液压系统设计说明书

精品文档 1 1欢迎下载 液压传动课程设计计算说明书液压传动课程设计计算说明书 设计题目 设计题目 专用铣床液压系统设计专用铣床液压系统设计 学院 学院 机电工程学院机电工程学院 专业 专业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班级 班级 1111 机三机三 姓名 姓名 张敏张敏 指导老师 指导老师 徐建方徐建方 20132013 年年 1212 月月 2828 日日 精品文档 2 2欢迎下载 目录目录 摘 要 3 一 设计目的 要求及题目 5 一 设计的目的 5 二 设计的要求 5 三 设计题目 6 二 负载 工况分析 7 1 工作负载 7 2 摩擦阻力 7 3 惯性负荷 7 三 绘制负载图和速度图 8 四 初步确定液压缸的参数 10 1 初选液压缸的工作压力 11 2 计算液压缸尺寸 12 3 液压缸工作循环中各阶段的压力 流量和功率的计算值如下表 13 4 绘制液压缸的工况图 图 3 14 5 液压缸工况分析 15 五 拟定液压系统图 16 1 选择液压基本回路 16 2 组成系统图 20 六 选择液压元件 22 1 确定液压泵的容量及电动机功率 22 2 控制阀的选择 23 3 确定油管直径 24 4 确定油箱容积 25 精品文档 3 3欢迎下载 七 液压系统的性能验算 26 1 液压系统的效率 28 小结 29 参考文献 30 摘摘 要要 本次课程设计的是液压专用铣床的液压设计 专用铣床是根据工件加工需 要 以液压传动为基础 配以少量专用部件组成的一种机床 在生产中液压专 用铣床有着较大实用性 可以以液压传动的大小产生不同性质的铣床 此次设 计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中 巩固和深化已学知识 掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法 正确合理的确定执行机构 选用标 准液压元件 能熟练的运用液压基本回路 组成满足基本性能要求的液压系统 在设计过程中最主要的是图纸的绘制 这不仅可以清楚的将所设计的内容完整 的显示出来 还能看出所学知识是否已完全掌握了 整个设计过程主要分成六个部分 参数的选择 方案的制定 图卡的编制 专用铣床的设计 液压系统的设计以及最后有关的验算 主体部分基本在图的 编制和液压系统的设计两部分中完成的 关键词关键词 专用铣床 液压传动 AbstractAbstract The graduation design is semi automatic hydraulic special milling machine hydraulic design special milling machine is based on needs of work based on hydraulic transmission match with a few special parts of a machine tool During production has great 精品文档 4 4欢迎下载 practical hydraulic special milling machine can with hydraulic drive size produces different nature of the milling machine This design is mainly with my own knowledge will be applied to design of auxiliary materials strengthening and deepening prior knowledge of hydraulic system design calculation the general procedure and method to determine the correct method of actuator choose standard hydraulic components can skilled using hydraulic basic circuit composition satisfy basic performance requirements of the hydraulic system In the design process of the main is drawing which not only can clearly drawn designed by the completeness of the contents will show out still can see whether the knowledge already complete mastery The whole design process mainly divided into six parts parameter selection plan formulation the figure card planning special milling machine design hydraulic system design and final relevant calculating Theme part includes graph preparation and hydraulic system design KeyKey WordsWords Special milling machine hydraulic transmission 精品文档 5 5欢迎下载 一 一 设计目的及要求设计目的及要求 一 一 设计的目的 设计的目的 液压传动与机械传动 电气传动为当代三大传动形式 是现代发展起来的 一门新技术 液压传动 课是工科机械类专业的重点课程之一 既有理论知识 学习 又有实际技能训练 为此 在教学中安排一周的课程设计 该课程设计 的目的是 1 综合运用液压传动及其它先修课的理论知识和生产实际知识 进行 液压传动实际实践 从而使这些知识得到进一步的巩固 加深和发展 2 熟悉和掌握拟定液压传动系统图 液压缸机构设计 液压元件选择 以及液压系统的计算方法 3 通过课程设计 提高设计 计算 绘图的基本技能 熟悉设计资料 和技术手册 培养独立分析和解决问题的能力 为今后毕业设计及设计工作 打下必要的基础 二 二 设计的要求 设计的要求 1 设计时必须从实际出发 综合考虑实用性 经济性 先进性及操作维修 方便 如果可以用简单的回路实现系统的要求 就不必过分强调先进性 并非 是越先进越好 同样 在安全性 方便性要求较高的地方 应不惜多用一些元 件或采用性能较好的元件 不能单独考虑简单 经济 精品文档 6 6欢迎下载 2 独立完成设计 设计时可以收集 参考同类机械的资料 但必须深入理 解 消化后再借鉴 不能简单地抄袭 3 在课程设计的过程中 要随时复习液压元件的工作原理 基本回路及典 型系统的组成 积极思考 不能直接向老师索取答案 4 液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设 计 具体题目由指导老师分配 题目附后 5 液压传动课程设计一般要求学生完成以下工作 1 设计计算说明书一份 2 液压传动系统原理图一张 A1 号图纸 包括工作循环图和电磁铁得 电顺序表 3 设计工作流程图 液压系统设计与整机设计是紧密联系的 设计步骤的一般流程如图 下面将按照这一流程图来进行本次液压课程设计 明确液压系统的设计要求 执行元件运动与负载分析 确定执行元件主要参数 拟定液压系统原理图 选择液压元件 验标液压系统性能 是否通过 绘制工作图 编制技术文件 是否符合要求 结 束 液 压 CAD 否 否 是 是 精品文档 7 7欢迎下载 三 三 设计题目 设计题目 设计一台专用铣床液压系统 要求实现 夹紧 快进 工进 快退 原位停止 松开 的自动工作循环 设计要求如下 夹紧力为 3500N 工作缸的最大有效行程为 400mm 工作行程为 200mm 工 作台自重 3000N 工件及液压夹具最大重量为 1000N 采用平导轨和 V 型导轨 水平切削力为 12000N 垂直切削力为 2000N 工作台快进 快退速度为 4m min 工作进给速度为 40 1000mm min 设静摩擦系数 fj 0 2 动摩擦系数 fd 0 1 试设计该机床的液压系统 二 二 负载负载 工况分析工况分析 1 1 工作负载 工作负载 工作负载对于金属切削机床来说 即为沿活塞运动方向的切削力 即水平 切削力 Fw 12000N 2 2 摩擦阻力 摩擦阻力 静摩擦阻力 Ffj fj G1 G2 G3 0 2 3000 1000 2000 N 1200 N 动摩擦阻力 Ffd fd G1 G2 G3 0 1 3000 1000 2000 N 600N G1 工作台重量 G2 工件和夹具最大重量 G3 垂直切削力 精品文档 8 8欢迎下载 3 3 惯性负荷 惯性负荷 Fa G1 G2 G3 gt 3000 1000 2000 4 9 8 0 1 60 N 408 16N g 重力加速度 9 8m s2 工进速度 t 往返加减速时间 设 t 0 1s 三 三 绘制负载图和工作图绘制负载图和工作图 取液压缸的机械效率 0 9 计算液压缸各工作阶段的负载情况 启动 F Ffj 1200 N F F 1200 0 9 N 1333N 加速 F Ffd Fg 600 408 16 1008 16N F F 1008 16 0 9 1120 N 快进 F Ffd 600 N F F 600 0 9 667 N 工进 F Ffd Fw 600 12000 12600 N F F 12600 0 9 14000 N 快退 F Ffd 600 N F F 600 0 9 667 N 精品文档 9 9欢迎下载 液压缸各阶段负载情况液压缸各阶段负载情况 阶段负载计算公式液压缸负载 F N液压缸推力 F N 启动 F Ffj12001333 加速 F Ffd Fg1008 161120 快进 F Ffd600667 工进 F Ffd Fw1260014000 快退 F Ffd600667 根据工况负载 F 及行程 S 绘制负载图 根据快进速度 1 工进速度 v2和行程 S 绘制速度图 精品文档 10 10欢迎下载 四 四 确定液压缸参数确定液压缸参数 表表 2 2 按负载选择工作压力 负载 KN 50 工作压力 MPa 5 表表 3 3 各种机械常用的系统压力 机械类 型 机 床农业机械 小型工程机 械 建筑机械 液压凿岩机 液压机 大中型挖掘 机 重型机械 起重运输机 械 精品文档 11 11欢迎下载 磨床组合机 床 龙门刨 床 拉床 工作压 力 MPa 0 8 2 3 52 88 1010 1820 32 表表 4 4 执行元件背压力 系统类型背压力 MPa 简单系统或轻载节流调速系统 0 2 0 5 回油路带调速阀的系统 0 5 0 8 回油路设置由背压阀的系统 0 5 1 5 用补油泵的闭式回路 0 8 1 5 回油路较复杂的工程机械 1 2 3 回油路较短且直接回油可忽略不计 表表 5 5 按工作压力选取 d D 工作压力 MPa 7 0 d D0 5 0 550 62 0 700 7 表表 6 6 按速比要求确定 d D 12 v v 1 151 251 331 461 612 精品文档 12 12欢迎下载 d D0 30 40 50 550 620 71 注 无杆腔进油时活塞运动速度 1 v 1 1 液压缸的工作压力 液压缸的工作压力 根据负载并查表 2 3 初选工作压力 P1 3MPa 由设计要求可知 导轨要求快进 快退的速度相等 故液压缸选用单活塞杆式 的 快进时采用差动连接 且液压缸活塞杆直径 d 0 7D 快进和工进的速度换 接用三位五通电磁阀来实现 铣床液压系统的功率不大 为使系统结构简单 工作可靠 决定采用定量泵 供油 考虑到铣床可能受到负值负载 故采用调速阀的进油节流加背压阀的调 速回路 所以回油路上具有背压 P2 取背压 P2 0 8Mpa 2 2 计算液压缸尺寸计算液压缸尺寸 鉴于动力滑台要求快进 快退速度相等 可选用单杆式差动液压缸 无杆 腔工作面积 A1 有杆腔工作面积 A2 且 A1 2A2 即活塞杆直径 d 与缸筒直径 D 呈 d 0 7D 的关系 查表 4 回油路上背压 P2取 0 8MPa 油路压力损失 P 取 0 5MPa A1 F P1 P2 2 14000 10 6 3 0 8 2 m2 53 84 10 4m2 D 82 79mm 14 A d 0 7D 57 65mm 按 GB T2348 2001 将直径圆整成就进标准值 D 80mm d 63mm 精品文档 13 13欢迎下载 液压缸两腔的实际有效面积为 A1 D2 4 56 75 10 4m2 A2 D2 d2 4 28 47 10 4m2 根据上述 D 与 d 的值 可估算液压缸在各个工作阶段中的压力 3 3 液压缸各工作阶段的压力 流量和功率计算 液压缸各工作阶段的压力 流量和功率计算 工况 推力 F N 回油腔 压力 P2 MPa 进油腔压 力P1 MPa 输入流 量 J Q L m i n 输入功 率 P kW 计算公式 启 动 133300 975 快 进 加 速 1120 1 ppp P 0 899 2 1 12 FAP p AA 121 Qv A A 1 Pp Q 精品文档 14 14欢迎下载 恒 速 667 0 5Mpa0 7391 130 835 工进 140000 82 89 5 68 0 23 0 578 22 1 1 Fp A p A 1 2 QAv 1 Pp Q 启 动 133300 468 加 速 11201 39 快 退 恒 速 667 0 5 1 231 141 40 21 1 2 Fp A p A 2 QA v 1 Pp Q 4 4 绘制液压缸的工况图 绘制液压缸的工况图 精品文档 15 15欢迎下载 图三图三 5 5 液压缸工况分析 液压缸工况分析 机床工况由题可知为 按设计要求 希望系统结构简单 工作可靠 估计到系统的功率不会很大 且连续工作 所以决定采用单个定量泵 非卸荷式供油系统 考虑到铣削时可 能有负的负载力产生 故采用回油节流调速的方法 为提高夹紧力的稳定性与 精品文档 16 16欢迎下载 可靠性 夹紧系统采用单向阀与蓄能器的保压回路 并且不用减压阀 使夹紧 油源压力与系统的调整压力一致 以减少液压元件数量 简化系统结构 定位 液压缸和夹紧液压缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成 并采用压力继电 器发讯启动工作 以简化电气发讯与控制系统 提高系统可靠性 五 拟定液压系统图五 拟定液压系统图 1 1 选择液压基本回路 选择液压基本回路 首先要选择调速回路 首先要选择调速回路 这台机床液压系统功率较小 滑台运动速度低 工作负载为阻力负载且工作中变化小 故可选用进口节流调速回路 为防止铣 完工作时负载突然消失引起运动部件前冲 在回油路上加被压阀 考虑到铣床 可能受到负值负载 故采用回油路调速阀节流调速方式 并选用开式循环 从工况图可以清楚看出 在工作循环内 液压缸要求油源提供快进 快退 行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液 最大流量与最小流量之比 0 4 1 58 10 2 25 其相应的时间之比 t1 t2 t2 3 3 5 3 精品文档 17 17欢迎下载 90 0 096 这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作 从 提高系统效率 节省能量角度看来 选用单定量泵油源显然是不合理的 为此 可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源 考虑到前者流量突变时液压冲击 较大 工作平稳性差 且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动 最后确 定选用双联叶片泵方案 该系统的流量 压力较小 可选用定量泵和溢流阀组 成的供油源 液压系统功率小 滑台运动速度低 工作负载变化小 铣床加工 有顺锉和逆锉之分 可采用进流口节流的调速形式 具有承受负切削的能力 如图 a a 选择快速运动回路和换向回路 选择快速运动回路和换向回路 由设计依据可以知道 设计过程中不考 虑工件夹紧这一工序 并且从快进到工进时 输入液压缸的流量从 6 3L min 降 到 0 8L min 速度变化不是很大 所以采用电磁换向阀来实现速度的换接 压 力继电器发讯 由电磁换向阀实现工作台的自动启动和换向 同时为了实现工 作台能在任意位置停止 泵不卸载 故电磁阀必须选择 O 型机能的三位五通阀 由于要求工作台快进与快退速度相等 故快进时采用差动连接来实现 快速运动回路 且要求液压缸活塞杆直径 d 0 7D 本系统已选择液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动 考虑到从工进转快退时回油路流量较大 故选用换向时间可调的电液换向阀式 换向回路 单杆液压缸要作差动连接 为保证换向平稳 以减小液压冲击 由 精品文档 18 18欢迎下载 于要实现液压缸差动连接 所以选用三位五通电液换向阀 系统采用节流调速 回路后 不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔 以 实现快速运动 如图 b b 选择速度换接回路 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时 速度变化大 v1 v2 4 5 0 1 45 为减少速度换接时的液压冲击 选用行程阀控制的换接 回路 避免液压冲击 宜选用行程阀来控制速度换接 如图 c 精品文档 19 19欢迎下载 c 选择调压和卸荷回路选择调压和卸荷回路 设计过程中 在油源中采用溢流阀来调定系统的工作 压力 因此调压问题基本上已经在油源中解决 无须在另外设置调压系统 这 里的溢流阀同时还能起到安全阀的作用 在双泵供油的油源形式确定后 调压 和卸荷问题都已基本解决 即滑台工进时 高压小流量泵的出口压力由油源中 的溢流阀调定 无需另调压回路 在滑台工进和停止时 低压大流量泵通过夜 空顺序阀卸荷 高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷 但功率损失较小 故可 不需要再设卸荷回路 将上面选出的液压基本回路组合在一起 并修改和完善 就可得到完整的 液压系统工作原理 如图 3 所示 在图 3 中 为了解决滑台工进时进 回油路 串通使系统压力无法建立的问题 增设了单向阀 6 为了避免机床停止工作时 回路中的油液流回油箱 导致空气进入系统 影响滑台运动的平稳性 图中添 置了一个单向阀 13 图中增设了一个压力继电器 14 当滑台碰上死挡块后 系 精品文档 20 20欢迎下载 统压力升高 它发出快退信号 操纵电液换向阀换向 2 2 组成液压系统图 组成液压系统图 根据各液压基本回路组成液压系统图 如图 d 精品文档 21 21欢迎下载 d 专用铣床液压系统原理图 1 滤油器 2 定量泵 3 单向阀 4 三位五通电磁换向阀 5 二位二通电磁换向阀 6 调速阀 7 单向阀 8 液压缸 9 单向阀 10 溢流阀 11 顺序阀 12 溢流阀 13 单向阀 系统油路分析系统油路分析 1 快进 进油路 油箱 滤油器 1 定量泵 2 单向阀 3 三位五通电磁换向阀 4 左 位 行程阀 5 左位 液压缸 8 右腔 精品文档 22 22欢迎下载 回油路 液压缸 8 左腔 三位五通电磁换向阀 4 左位 单向阀 9 行程阀 5 左位 液压缸 8 右腔 2 工进 进油路 油箱 滤油器 1 油泵 2 单向阀 3 换向阀 4 左位 调速阀 6 液压缸 8 右腔 回油路 液压缸 8 左腔 三位五通电磁换向阀 4 左位 溢流阀 10 顺序阀 11 油箱 3 快退 进油路 油箱 滤油器 1 油泵 2 单向阀 3 三位五通电磁换向阀 4 右位 液压缸 8 左腔 回油路 液压缸 8 右腔 单向阀 7 换向阀 4 右位 单向阀 13 油箱 同时电磁铁的动作顺序表如下 表表 3 3 液压专用铣床电磁铁动作顺序表液压专用铣床电磁铁动作顺序表 工序 1Y2Y3Y4Y5YYJ 工作缸快进 工作缸工进 工作缸快退 六 选择液压元件六 选择液压元件 1 1 确定液压泵的容量及电机功率 确定液压泵的容量及电机功率 精品文档 23 23欢迎下载 1 1 液压泵 液压泵 1 计算液压泵的最大工作压力 小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油 由表 7 可知 液压缸在工进时 工作压力最大 最大工作压力为p1 2 89MPa 如在调速阀进口节流阀调速回路中 选取进油路上的总压力损失 p 0 5 MPa 考虑到压力继电器的可靠动作要求 压差 pe 0 5MPa 则小流量泵的最高压力估算为 P1 p 2 89 0 5 0 5 MPa 3 89 MPa 大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油 由表 7 可见 快退时液压缸的 工作压力为 比快进时大 考虑到快退时进油不通过调速阀 故其进油路压力 损失比前者小 取回油路泄露系数取 1 1 2 总流量 QB KQmax 1 1x5 68 L min 6 248L min 根据上述计算数据查泵的产品目录 选用 YB A9B 定量式叶片泵 输出流量 6 9L min 确定驱动电动机功率 确定驱动电动机功率 由工况图表明 最大功率出现在快退阶段 液压泵总效率 0 75 则电动机 功率为 P 1 40 0 5 0 5 1 14 60 0 75kW 0 260 kW Qp 根据此数据按 JB T9616 1999 查阅电动机产品样本选取 Y90S 型三相异步电 动机 其额定功率 P 0 75Kw 额定转速 n 1000r min 2 2 控制阀的选择 控制阀的选择 精品文档 24 24欢迎下载 根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量 可选出这些液压元件的型号及规格 如下表 序号元件名称 额定流量 L min 额定压力 MPa型号规格 1 滤油器 166 18XU 10 x200 2 定量式叶片泵 6 97YB A9B 3 单向阀 6316AF3 Ea10B 4 三位五通电液阀 801835DYF3Y E10B 5 行程阀 6316 6 调速阀 0 07 5016 7 单向阀 6316 AXQF E10B 9 单向阀 6316AF3 Ea10B 10 背压阀 636 3YF3 10B 11 顺序阀 203 7X2F L10F 12 溢流阀 636 3YF3 10B 13 单向阀 6316AF3 Ea10B 4 确定油管直径确定油管直径 精品文档 25 25欢迎下载 各元件间连接管道的规格按原件接口尺寸决定 液压缸则按输入 排出的最大 流量计算 由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进 出流量已与原定 数值不同 所以要重新计算 如下表所示 油液在压油管中的流速取 3m min d 2 2 mm 9 3mm q 60103 1024 12 36 油液在吸油管中的流速取 1m min d 2 2 mm 11 3mm q 60101 106 36 两个油管都按 GB T2351 2005 选用外径 15mm 内径 12mm 的无缝钢管 流量 速度快进工进快退 输入流量 L min q1 A1qp A1 A2 56 7 6 56 75 28 47 12 04 q1 0 5q1 qp 6 排出流量 L min q2 A2q1 A1 28 47x12 04 56 75 6 04 q2 A2q1 A1 0 5x28 47 56 75 0 25 q2 A1q1 A2 56 75 6 28 47 11 96 精品文档 26 26欢迎下载 4 4 确定油箱容积 确定油箱容积 取 为 7 时 求得其容积为 V qp 7 6 L 42 L 按 JB T7938 1999 规定 取标准值 V 100L 七 液压系统性能的验算七 液压系统性能的验算 精品文档 27 27欢迎下载 1 1 液压系统的效率 压力损失计算 液压系统的效率 压力损失计算 1 1 快进 快进 滑台快进时 液压缸差动连接 进油路上通过单向阀 3 的流量是 6L min 通过电液换向阀 4 液压缸有杆腔的回油与进油路汇合 以 12 04L min 通过行程阀 5 并进入无杆腔 因此进油路上的总压降为 pv 0 2 6 63 2 0 5 6 80 2 0 3 12 04 63 2 0 019 0 038 0 058 MPa 0 112MPa 压力阀不会被打开 油泵的流量全部进入液压缸 回油路上 液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀 4 和单向阀 9 的流量 都是 6 04L min 然后与液压泵的供油合并 经行程阀 5 流入无杆腔 由此可 算出快进时有杆腔压力 p2与无杆腔压力 p1之差 p p2 p1 0 5 6 04 80 2 0 2 6 04 63 2 0 3 12 04 63 2 0 038 0 020 0 057 MPa 0 115MPa 此值小于原估计值 0 5MPa 所以是安全的 2 2 工进 工进 工进时 油液在进油路上通过电液换向阀 4 的流量为 0 5L min 在调速 阀 7 处得压力损失为 0 5MPa 油液在回油路上通过换向阀 4 的流量是 0 25L min 在背压阀 10 处得压力损失为 0 5MPa 通过顺序阀 11 的流量为 6 0 04 6 24L min 因此这时液压缸回油腔的压力 p2 为 p2 0 5 0 24 80 2 0 5 0 3 6 24 63 2 0 002 0 5 0 030 MPa 0 532MPa 此值小于原估计值 0 8MPa 重新计算工进时液压缸进油腔压力 p1 p1 F p2A2 A1 精品文档 28 28欢迎下载 14000 0 8 106 28 74 10 4 56 75 106 10 4 2 87MPa 此数值与 2 54MPa 接近 3 3 快退 快退 快退时 油液在进油路上通过换向阀 4 的流量为 6L min 油液在回油 路上通过单向阀 7 换向阀 4 和单向阀 13 的流量都是 11 96L min 因此进油路 上总压降为 pv1 0 2 6 63 2 0 5 6 80 2 0 019 0 038 MPa 0 057 MPa 此值较小 所以液压泵驱动电动机的功率是足够的 回油路上总压降为 pv2 0 2 11 96 63 2 0 5 11 96 80 2 0 2 11 96 63 2 0 037 0 074 0 037 MPa 0 148MPa 此值与 0 135MPa 接近 不必重算 所以快退时液压泵的最大工作压力 pp应为 pp p1 pv1 1 39 0 057 MPa 1 447MPa 因此液压泵卸荷的顺序阀 11 的调压应大于 1 447MPa 2 2 液压系统的热量温升验算 液压系统的热量温升验算 精品文档 29 29欢迎下载 工进在整个工作循环过程中所占的时间几乎占据整个工