专用铣床液压系统设计.doc

1、大同煤炭职业技术学院设计说明书液压传动课程设计专用铣床液压系统设计学生李其栋院系机电工程系专业机电一体化学号20070301029指导教师秦峰答辩日期目录333313231121344(4)(5)4616261011011021131141151121213113113214314.15(20)21- 2 -一、题目要求设计一专用铣床，若工作台、工件和夹具的总重量为5500N，轴向切削力为 30KN，工作台总行程为400mm，工作行程为150mm，快进、快退速度为4.5m/min 、工进速度为601000mm/min，加速、减速时间均为 0.05s ，工作台采用平导轨、静摩擦系数为0.2 ，动

2、摩擦系数为 0.1 ，试设计机床的液压传动系统。二、液压系统设计计算( 一) 、设计要求及工况分析1设计要求其动力滑台实现的工作循环是：快进工进快退停止。主要参数与性能要求如下：切削阻力FL=30kN；运动部件所受重力G=5500N； 快 进 、 快 退 速 度1=3=4.5m/min ， 工 进 速 度2=60-1000mm/min；快进行程 L1=250mm，工进行程 L2=150mm；往复运动的加速、减速时间t =0.05s ；工作台采用平导轨，静摩擦系数 s=0.2 ，动摩擦系数 d=0.1 。液压系统执行元件选为液压缸。2负载与运动分析(1) 工作负载 工作负载即为切削阻力 FL=3

3、0000N。(2) 摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力FFSS G0.2 5500 1100N动摩擦阻力F fdd G0.1 5500 550N- 3 -(3)惯性负载FG55004.5N 842Nig t9.80 .05 60(4) 液压缸在工作过程中各阶段的负载为：启动阶段：FFFS1100 N启动加速阶段：FFFdFi550N842N1392 N快进或快退阶段：FFFd550N工进阶段：F FFd FL 550N 30000 N 30500N(5) 运动时间快进工进快退L1250103t14.5 / 603.3sv1L215010390st 20.1/ 60v2L1L240

4、0103t 35.3sv34.5 / 60设液压缸的机械效率 cm=0.9 ，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表 1 所列。- 4 -表 1 液压缸各阶段的负载和推力液压缸负载液压缸推力工况负载组成启动加速快进工进反向启动加速快退F FFsF FfdF Ffd FiF Ffd FLF FfsF Ffd FiF FfdF/NF0=F/ cm/N110012221392154755061130550339441100122213921547550611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 F- t 和速度循环图- t ，如下图所示。液压缸的负载图- 5 -液压缸的速

5、度图（二）确定液压系统主要参数1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，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=4MPa。2计算液压缸主要尺寸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， 参考表 4 选此背压为 p2=0.6MPa。表 2 负载和工作压力之间的关系负载50F/ KN工作压力0.81.21.52.53.04.04.05.05.0p/MPa- 6 -表 3 各类液压设备常用的工作压力设备农业机械 、液压机

6、、重型粗加工或小型工程机机械、大中型类型精加工机床半精加工机床重型机床械、工程机械挖掘机、起重辅助机构运输机械工作压力0.8 23551010162032p/MPa表 4 执行元件背压的估计值系统类型背压 Pb/MPa简单系统，一般轻载节0.2 0.5流调速系统中低压系统（ 08MPa）回油路调速阀的调节系0.5 0.8统回油路带背压阀0.5 1.5带补油路的必式回答0.8 1.5中高压系统（ 816MPa）同上比中低压系统高 50%100%高压系统（ 1632MPa）如锻压机械等初算时背压可忽略不计表 5 按工作压力选取d/D工作压力 /MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.

7、620.700.7- 7 -表 6 按速比要求确定d/D2/ 11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：1无杆腔进油时活塞运动速度；2有杆腔进油时活塞运动速度。由式Fp1 A1p2 A2cm得AF3055092 10 4 m2m21( pp2 ) 0.9 (40.6) 106cm122则活塞直径4A1492104Dm 0.108m 108mm参考表 5 及表 6，得 d0.71 D=77mm，圆整后取标准数值得D=110mm，d=80mm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为:A1D 20.112m 295 10 4 m 244A2(D 2d

8、 2 )(0.1120.82 ) m 244.7 10 4 m 244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 所列，由此绘制的液压缸工况图如图2 所示。- 8 -表 7 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推回油腔进油腔压输入流输入功计算公式力压力力量率0/21qP/KWFp /MPap /MPaN10-3 /m3/s启1220.69动2加1541+p0.75快7p速进611p1+p0.570.40.23恒速工进3390.63.861.580.0614410-2启1220.27动2快加1540.51.41退速7恒6110.51.200.34

9、0.41速p1F0A2 PA1A2q(A1A2) 1Pp1qF0p2 A2p1A1q A1 2Pp1qF0p2 A1p1A2q A2 3Pp1q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。- 9 -（三）拟定液压系统原理图1选择基本回路图 1(1) 选择调速回路 由图 1 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

10、循环系统。-10-(2) 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=0.4/(1.58 10-2 ) 25；其相应的时间之比( t 1+t 3)/ t 2=(3.3+5.3)/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

11、油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图 2a 所示。(3) 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 2b 所示。(4) 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=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，如图 2c 所示。(5) 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。

12、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。-11-图 3 整理后的液压系统原理图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-12-得到完整的液压系统工作原理图，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

13、14。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。（四）计算和选择液压件1确定液压泵的规格和电动机功率(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=3.86MPa，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=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差pe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估算为pp1 p1p pe3.860.60.54.96MPa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 =1.41MPa，

14、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pp2p1p(1.410.3)MPa1.71MPa-13-(2) 计算液压泵的流量-33由表 7 可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.4 10m/s，若取回路泄漏系数K=1.1 ，则两个泵的总流量为q pKq11.10.410 30.4410 3 m3 / s26.4L / min考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min ，工进时的流量为1.58 10-53m/s=0.95L/min ，则小流量泵的流量最少应为3.95L/min 。(3) 确定液压

15、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 PV2R12-6/33 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 33mL/r，当液压泵的转速 np=940r/min 时，其理论流量分别为5.6L/min 和 31L/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qpqp1 qp269400.9 / 1000339400.9 /1000 L/min5.127.9 L/min33L/min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pp qp1.73 106

16、33 103P60 0.8103KW 1.19 KWp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 。-14-三、附表与附图表 1 液压缸各阶段的负载和推力液压缸负载液压缸推力工况负载组成启动加速快进工进反向启动加速快退F FFsF FfdF Ffd FiF Ffd FLF FfsF Ffd FiF FfdF/NF0=F/ cm/N110012221392154755061130550339441100122213921547550611表 2 负载和工作压力之间的关系负载1020203030505010F/ KN工作压力

17、1.52.53.04.04.05.05.00.81.2p/MPa表 3各类液压设备常用的工作压力设备农业机械 、液压机、重型粗加工或小型工程机机械、大中型类型半精加工机床重型机床械、工程机械挖掘机、起重辅助机构运输机械工作压力0.8 23551010162032p/MPa-15-表 4 执行元件背压的估计值系统类型背压 Pb/MPa简单系统，一般轻载节0.2 0.5流调速系统中低压系统（ 08MPa）回油路调速阀的调节系0.5 0.8统回油路带背压阀0.5 1.5带补油路的必式回答0.8 1.5中高压系统（ 816MPa）同上比中低压系统高 50%100%高压系统（ 1632MPa）如锻压机械

18、等初算时背压可忽略不计表 5 按工作压力选取d/D工作压力 /MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表 6 按速比要求确定d/D2/ 11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71-16-表 7 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推回油腔进油腔压输入流输入功力压力力量率0/21qP/KWFp /MPap /MPaN10-3/m3/s启1220.69动2加1541+p0.75快7p速进611p1+p0.570.40.23恒速工进3390.63.861.580.0614410-2启1220.27动2快加1540.51.41退速7恒6110.51.200.340.41速计算公式p1F0A2 PA1A2q( A1A2) 1Pp1qF0p2 A2p1A1q A1 2Pp1qF0p2 A1p1A2q A2 3Pp1q-17-液压缸负载、速度循环图速度循环图负载循环图-18-图 1-19-四、总结这次课程设计花了四五天， 通过这段时间的设计， 认识到自己的很多不足，自己知识的很多盲点和漏洞，知识和实践的差距， 所以说通过这次设计我深刻的认识到理论联系实际的能力还急需提高。 在这个过程中，遇到了一些困难， 但是通过和同学的讨论和资料查找还是解决了这些难题，随着问题的解决，学习的热情高涨。本次设计涉及了