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镇 江 高 专ZHENJIANG COLLEGE毕 业 设 计 (论 文)专用铣床液压系统设计Special Milling Machine Hydraulic System Design 系 名： 机械工程系 专业班级： 机电W071 学生姓名： 杨溢 学 号： 070108123 指导教师姓名： 戴月红 指导教师职称： 讲师 二一二 年 六 月目 录引言 3第一章 设计任务及工况分析1.1 设计任务41.2 工况分析并初步确定液压缸参数 41.2.1 负载分析及绘制负载图和速度图41.2 .2 初步确定液压缸参数及绘制工况图 7第二章 拟定液压系统原理图2.1 选择基本回路 122.2 组成液压系统 15第三章 液压系统计算与选择液压元件3.1液压泵、电机计算和选择183.2选择液压阀193.3选择辅助元件19结论 21致谢 22参考文献 23专用铣床液压系统设计专业班级： 机电W071 学生姓名： 杨溢 指导教师：戴月红 职称： 讲师 摘要 ： 液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。完成各种设备不同的动作需要。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个简单的液压系统是非常有意义的。本文首先介绍了液压的作用和工况分析，其次确定液压缸尺寸，然后进行了工艺规程设计。关键词：工况分析 液压元件设计 液压缸设计Special Milling Machine Hydraulic System DesignAbstract Hydraulic system is powered motor basis, the use of hydraulic pump will translate into pressure on the mechanical energy, promote the hydraulic oil. Through various control valves to change the flow of hydraulic oil, thus promoting the hydraulic cylinders made of different itinerary, the movements in different directions. All kinds of different equipment to complete the actions required. Hydraulic system has been in various industrial sectors and agriculture, forestry, animal husbandry and fisheries, and many other departments are more widely used, and more advanced equipment, its application on the part of the hydraulic system more. So students like us to study and personally designed a simple hydraulic system is very meaningful.Key words: hydraulic transmission, control system, hydraulic system引言 液压传动与机械传动、电气传动相比具有许多特殊优点，其应用已涉及二十多个专业领域的不同场合。各理工科大、专院校都把液压传动作为相关专业的技术基础必修课或专业课程，并既有理论知识学习，又有实际技能训练。在教学中安排液压传动课程设计，其目的是使学生在巩固、消化和吸收课堂基础理论知识的基础上，进一步扩大、加深对液压传动知识掌握和运用的深度、广度，借助课程设计任务指导书、国家有关标准、和技术手册等相关参考资料，提高掌握和使用制图及编写设计计算说明书等手段来正确表达自己的设计思想和意图的能力。 各校液压传动课程设计开展十几年来，设计题目一直是组合机床液压系统设计，具体如“卧式双面多轴组合钻床液压系统设计”、“半自动液压专用铣床液压系统设计”等，这些题目属于已经在工厂成熟应用的、典型的液压系统。对学生掌握负载计算、液压缸参数计算、结构设计及校核、液压基本回路的选择、元件选择、液压系统性能估算等方面能起到较好的锻炼。首先需根据设备要求分析液压系统要完成的任务，需要几个执行元件，这几个执行元件各自有什么动作要求，相互之间有什么样的关联等等。同时还需了解有关机械制造工艺方面的知识，双面钻多个不同直径的孔，在已知孔个数、直径、材料及硬度的情况下，如何计算负载。其次还需了解液压动力滑台与液压缸的连接形式，以确定液压缸的结构形式，以及根据滑台运动速度要求确定液压系统的基本回路，根据机床的布局决定液压系统采用分散结构还是集中布置等等内容，确实能达到课程设计的训练目标。 1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力； 2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统； 3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对自己在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。第一章 设计任务及工况分析1.1 设计任务: 专用铣床液压系统设计系统要求:工作台采用平面导轨，静摩擦系数0.2，动摩擦系数0.1，工作台重量为3000N，工件和夹具最大重量为1000N，切削阻力最大达9000N，快进速度为7.5cm/s，快退速度与快进速度近似相等，工进速度为0.10.617cm/s，工作台行程为400mm(快进300mm，工进100mm)，其往复运动始末的加减速度时间为0.05s。1.2 工况分析并初步确定液压缸参数根据系统设计任务系统的工作循环如下：工进快进原为停止快退工作循环图1.2.1 负载分析及绘制负载图和速度图液压缸负载包括：切削阻力、摩擦阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和被压阻力等。(1) 切削阻力F切 FL = 9000N (2) 摩擦阻力F静、F动，(3) 惯性阻力F惯式中 g-重力加速度(m/s2) G-运动部件重量(N) v-在t是时间内的速度变化值（m/s） t-启动加速度或减速制动的时间运动时间：快进 工进 快退 (4) 重力因为运动部件是水平安置，故重力在运动方向的分力为零。(5) 密封阻力一般按经验取F密=0.1F(F为总的负载)。(6) 背压阻力F背这是液压回油路上的阻力，初算时，可不考虑，其数值待系统确定后才能定下来。根据上述分析，可计算出液压缸各动作阶段中的负载。计算公式及数值见表1。 表1 进给液压缸负载计算工况负载计算公式液压缸负载液压缸推力/N启动800888.9加速1419.371577.08快进400444.44工进940010444.4快退400444.44(7) 绘制进给液压缸的负载图和速度图根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图1 和速度循环图2 图1 负载循环图图2 速度循环图1.2 .2 初步确定液压缸参数及绘制工况图(1) 确定进给缸的内径和活塞杆直径初选液压缸工作压力：所设计的动力滑台在工进时负载最大F工=10444.44，在其它工况负载都不太高，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p1=3MPa。表2 负载和工作压力的关系负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表3 各种机械常用的系统工作压力设备类型磨床组合机床车床铣床镗床拉床龙门刨床农业机械小型工程机械液压机重型机械起重运输机械工作压力/MPa0.8235242881010182032根据所选压力估算缸体内径：按缸径尺寸系列，如表4取D=63mm=6.3cm。表4 液压缸内径尺寸系列（GB2348-80） (mm)810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630注：括号内的数值为非优先选用值。根据液压缸快进、快退速度相等，可选单出杆液压缸差动连接，活塞杆直径可按下式计算： 表5活塞杆直径尺寸系列 （mm）456810121416182022252832364045505563708090100110125140160180200220250280320136400按活塞杆尺寸系列，取d=4.5cm根据已取的缸径和活塞杆直径，计算液压缸实际有效工作面积，无杆腔面积A1和活塞杆面积A2分别为：有杆腔有效工作面积A2=A1-A3=31.16-15.9=15.26（cm2）鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A1=2A2），快进时液压缸差动连接。工进时为防止车铣时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，p2=0.8106MP。如表6可选的：表6执行元件背压的估计值系统类型背压力/MPa中,低压系统08MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5中高压系统816MPa回油路较复杂的工程机械1.23高压系统1632MPa回油路较短且直接回油可忽略不计(2) 计算进给缸各运动阶段的压力、流量和功率根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表7。 表7 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动888.891.04加速1577.08p1+pp=0.51.97恒速444.44p1+p1.260.119015工进10444.440.83.740.0030.01900110.071快退启动888.891.08加速1577.08p=0.51.53恒速444.44p=0.50.790114009注：1. p为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取p=0.5MPa。2 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。(3) 绘制进给液压缸的工况图根据进给液压缸各阶段的压力、流量和功率值，用坐标法绘制出 “液压缸工况图”,此图可直观看出液压缸各个运动阶段主要参数的变化情况，如图3所示： 图3 液压缸工况图第二章 拟定液压系统原理图2.1 选择基本回路 (1) 选择调速回路选择调速回路 由图3可知，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。为防止铣完工件时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。(2) 选择油源形式 选择油源形式 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qmax/qmin=0.119/0.00339.7；其相应的时间之比(t1+t3)/t2=(4+5.3)/16=0.58。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、节省能量角度来看，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，如图4a所示。 图4 （a）(3) 选择快速运动和换向回路 选择快速运动和换向回路 本系统已选定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，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如图4b所示。图4 (b)(4) 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（1/2=7.5/0.175），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，如图4c所示。 图4 (c)(5) 选择调压和卸荷回路 选择调压和卸荷回路 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，无需另设调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。2.2 组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图6所示。在图6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12。图中增设了一个压力继电器13。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。图5 液压系统原理图电磁动作顺序表动作电磁阀快退原为停止快进工进行程阀第三章 液压系统计算与选择液压元件3.1液压泵、电机计算和选择(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=3.74MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失p=0.8MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估算为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p1=1.53MPa，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，现取进油路上的总压力损失p=0.3MPa，则大流量泵的最高工作压力估算为 (2) 计算液压泵的流量由表7可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.11910-3 m3/s ，若取回路泄漏系数K=1.1，则两个泵的总流量为 =7.854(L/min)考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时的流量为0.01910-3 m3/s =1.14L/min，则小流量泵的流量最少应为4.14L/min。(3) 确定液压泵的规格和电动机功率根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取BY-6/16L型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为6mL/r和16mL/r，当液压泵的转速np=940r/min时，其理论流量分别为5.6 L/min和14.9L/min，若取液压泵容积效率v=0.9，则液压泵的实际输出流量为由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率p=0.8，这时液压泵的驱动电动机功率为根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y100L6型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为940r/min。3.2选择液压阀序号元件名称通过流量qv(L*min-1)型号规格工作压力1双联叶片泵24L/minYB1-16/66.3MPa2三位五通电磁换向阀60L/min35EF3Y-E10B6.3MPa3单向行程调速阀24L/minAXQF3-E10L6.3MPa4节流阀24L/minL1-25B6.3MPa5单向阀24L/minAF3-Ea10B6.3MPa6单向阀24L/minAF3-Ea10B6.3MPa7背压阀18L/minYF3-10B05MPa8减压阀18L/minJ-25B6.3MPa9液控顺序阀0.5L/minXY-25B4MPa10单向阀24L/minAF3-Ea10B 6.3MPa11过滤器24L/minXU-J40*806.3MPa12单向阀24L/minAF3-Ea10B6.3MPa13压力计开关KF3-E3B3.3 选择辅助元件（1）确定管道尺寸油路内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许的流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量q=17.56L/min,压油管的允许流速取（参照液压气动系统设计手册） 综合诸因素及系统上面各阀的通径取d=12mm,吸油管的直径参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d=25mm.（2）液压油箱容积的确定本系统为中压系统液压油箱有效容量按泵流量的57倍来确定，现选用容量为130L.结 论通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用
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