设计一台铣床液压系统

液压与气压传动技术》程设计说明书学院：机电工程学院班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2014年1月10日课程设计任务书

学院机电学院班级姓名设计起止日期2013年12月30日-2014年1月10日设计题目：设计一台专用铳床的液压系统设计任务（主要技术参数）：工作台要求完成快进一一工作进给—快退一一停止的自动工作循环。铳床工作台重量5000N,工件夹具重量为2000N,铳削阻力最大为10000N,工作台快进、快退速度为5.5m/min,工作进给速度为0.05〜1.2m/min,往复运动加、减速时间为0.05s工作采用平导轨，静、动摩擦分别为fs=0.2,fd=0.1,工作台快进行程为0.4m。工进行程为0.1m。要求完成以下工作:1.进行液压系统工况分析，绘制工况图；2.设计液压缸；3.制订液压系统原理图，绘制控制元件动作顺序表;4.计算液压系统，选择标准液压元件；5.绘制液压系统原理图；6.验算液压系统的性能；7.编写、整理设计说明书。

指导教师评分：项目分值出勤情况10一次缺席扣2分，两次缺席扣4分，三次缺席扣10分，出勤情况连带影响学习态度和质疑答辩成绩。学习态度10学习态度认真，遵守纪律质疑答辩第一次10负载图正确（3分）；速度图正确（2分）;液压缸设计步骤准确（2分）；工况图填写正确（2分）；工况图画法正确（1分）第二次10液压系统图设计正确（3分）；液压泵规格选择正确（2分）；电动机功率计算准确（1分）；液压阀选择准确（3分）；辅助元件的设计（1分）。第三次10液压系统速度验算（3分）；效率验算（4分）；温升验算（3分）答辩20抽题答辩说明书质量30内容完整（5分），结构设计合理（5分），计算准确（5分），结论准确（5分），撰写规范工整（5分），排版准确（5分）总分教师签字：年月日目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1课程设计的目的 1\o"CurrentDocument"2负载分析 1\o"CurrentDocument"2.1负载计算负载图 1\o"CurrentDocument"2.2速度分析速度图 2\o"CurrentDocument"初步确定液压缸的结构尺寸 3\o"CurrentDocument"3.1初选液压缸的工作压力 3\o"CurrentDocument"计算确定液压缸的主要结构尺寸 3\o"CurrentDocument"液压缸的工况分析与工况图 4\o"CurrentDocument"拟订液压系统原理图 5\o"CurrentDocument"5.1选择液压基本回路 5\o"CurrentDocument"将液压回路综合成液压系 7\o"CurrentDocument"计算和选择液压元件 8确定液压泵的规格与电动机功率 8\o"CurrentDocument"液压阀的选择 10\o"CurrentDocument"油管设计 11\o"CurrentDocument"确定油箱容积 11\o"CurrentDocument"液压系统主要性能的验算 12\o"CurrentDocument"液压缸速度的验算 12\o"CurrentDocument"系统中的压力损失验算 13液压系统的效率和温升的验算 16\o"CurrentDocument"参考文献 17课程设计的目的液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：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；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；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。对学生在计算、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。负载分析负载计算负载图已知工作负载Fw二1°°°°N重力负载Fg二0启动加速时Ff=5000X0.2=1000N,快进、工进，快退时Ff=5000X =500N按加减速时间和运动部件的重量，根据动量定理mv=Ft，计算可得惯性负载，由5000X竺=FX0.05F10 60a ，得到Fa=916.67N。取液压缸的机械效率"m=0.9，则液压缸工作阶段的负载值见表

表1液压缸在各个工作阶段的负载值工况计算公式缸的负载F启动F二F/耳f m1111.11N加速F=(F+F)/耳fam2129.63N快进F=F/nf m555.56N工进F=(F+F)/nf w m11666.67N快退f二f/nf m555.56N2・2速度分析速度图根据题义，快速进、退速度相等，即v二v二5.5m/s，行程为l=0.4m,1 3 1l=0.5m；工进速度v=0.05~1.2m/min，行程为l=0.1m；根据这些画出速3 2 2度分析图。

图2图23初步确定液压缸的结构尺寸3.1初选液压缸的工作压力组合机床的最大负载为11666.67N时宜初选液压缸的工作压力p1=3MPa3.2计算确定液压缸的主要结构尺寸为使工作台液压缸快进与快退速度相等，选用单出杆活塞差动连接的方式实现快进，设液压缸两有效面为Ai和A2，且Ai=2A2，即D=・2d,查表取回油路背压为0.5MPa,液压缸快退时背压取0.5MPa。由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程PiAi=P2A2+F，可得FA1=戶2=(3-0.5X!06-42.4cm2A=4nD2A=4nD22—■4A则-7.35cm=73.5mm圆整取D=75mm。工D又因为d=2，得出d=51.97mm，查表将其圆整为d=52mm，计算出液压缸的实际面AA1nd2积A二44.18x10-4m2，笃=Ai-4 =22.94x10-4m2工进时采用调速阀调速，其1最小稳定流量qmin=0.05L/min,按公式进行计算：q/v=10cm2VA，故满足要求。4液压缸的工况分析与工况图表2液压缸在工作循环各阶段压力、流量和功率值工况推力F0/N回油腔压

力p2/MPa启动加速恒速工进启动加速恒速1111.112129.63P]+0.5555.56p1+0.511666.671111.112129.63555.560.60.50.5进油腔压

力p/MPa0.691.560.82.640.471.890.9输入流量qL/min输入功率P/KW11.60.08计算公式p=F工况推力F0/N回油腔压

力p2/MPa启动加速恒速工进启动加速恒速1111.112129.63P]+0.5555.56p1+0.511666.671111.112129.63555.560.60.50.5进油腔压

力p/MPa0.691.560.82.640.471.890.9输入流量qL/min输入功率P/KW11.60.08计算公式p=F0+A2AP1 A1-A20.22〜5.30.01〜0.2312.610.19p=F+pA0 221 A1q=Au12P二pq1p=F0+p2A11 A2q=Au23P=pq16.10.085/：30.23迸油腔压丈］ 输入潇童 1.560.690.8MPa0.016.10.085/：30.23迸油腔压丈］ 输入潇童 1.560.690.8MPa0.010.40.22*s/m0.50.3KPa0.191.890.4712.615拟订液压系统原理图5.1选择液压基本回路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。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二25。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a所示。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b所示。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c所示。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。»J-(!>Jrll»J-(!>Jrll5・2将液压回路综合成液压系图41-双联叶片泵2-三位五通电磁换向阀3-行程阀4-调速阀561013-单向阀7-顺序阀89-溢流阀11-过滤器12-压力表开关14-压力继电器5.3控制元件动作顺序表表3注动作名称信号来源电磁铁行程阀31YA2YAYJ快进启动按钮+一一一+工进当块压下行程开关+一一+死挡铁停留工作部件压在死挡铁处+——++快退压力继电器发讯—+—+—原位停止挡铁压下终点开关————注：表中“+”表示电磁铁通电，“-”表示电磁铁断电；“-+”表示行程阀抬起至压下或压力继电器微动开关从断开至合上，“+-”相反。6计算和选择液压元件6.1确定液压泵的规格与电动机功率6.1.1液压泵规格（1）液压泵的工作压力工进时液压泵最大工作压力的计算工进时液压缸的最大工作压力为2.64MPa，如进油路上的压力损失取0.8MPa,,为了使压力继电器能可靠、有效地工作，取其调整压力比系统最大工作压力再高0.5MPa，则系统在工进时的最高工作压力应为P人二2.64+0.8+0.5二3.94MPapA快速运动时液压泵最大工作压力的计算双联泵中的大流量泵只有在快进和快退运动时才向系统供油。由工况图可知，快退时的工作压力比快进时大，为1.89MPa，如取快退时进油路上的压力损失为0.5MPa,则系统在快退时的最高工作压力应为P二1.89+0.5=2.49MPapB液压泵流量计算取系统泄露系数K=1.2，系统在快退时需要最大流量为12.61L/min则两个泵的总流量为Q=KQ=1.2x12.61=15.13p pmax工进时的最大流量为5.3L/min，考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，则大流量泵的流量最少应为&3L/min。所以选取液压泵规格为YB-10/12双联叶片泵，转速为960r/min，压力6.3MPa。Q=9L/min，Q=7L/minQ=16L/min。ABp确定液压泵规格按液压泵的额定压力P应高于最大工作压力的(25~60)%,即mP=P[1+(0.25〜0.6)]=3.94X(1.25~1.6)=(4.925~6.3)MPampmax6.1.2电动机功率最大功率出现在快退阶段，取液压缸进油路上压力损失为0.5MPa,则液压泵输出压为1.2+0.5=1.7Mpa。液压泵的总效率为np=0.8，液压泵流量为15.13L/min。则电动机功率为：P=pq/n=1.7x106x16x10-3/(60x0.8)=550Wpqp据此选用Y100-6型立式电动机，其额定功率为1.5KW,转速为960r/min。

6.2液压阀的选择表4液压兀件型号与规格序号液压元件名称通过的最大实际流量（L/min）型号规格接口尺寸数量1双联叶片泵YB1-1616L/min6.3MPa12滤油器25XU-40X10040L/min100um13单向阀25I-25B25L/min6.3MPa©1224溢流阀10Y-25B25L/min6.3MPa©1215液控顺序阀17.5XY-25B25L/min6.3MPa©1216背压阀5X2F-B10D20L/min(0.5~1)MPa©1017三位五通电磁阀4435D-63BY63L/min6.3MPa©1818单向阀44I-63B63L/min6.3MP©1819行程阀4422C-63BH63L/min6.3MP©18110调速阀10Q-25B(0.05~25)L/min6.3MPa©12111压力继电器/DP1-63B调压范围1~6.3MPa©11112压力表开关/K-6B6.3MPa©4113压力表/Y-60测量范围M14X1.516.3油管设计液压缸在快进和快退时无杆腔流量较大，计算在快进时液压缸的无杆腔流量八QA16X44.18Q-pA二 =31.5L/miniA-Ai44.18-22.9412液压缸在快退时无杆腔的排油量QA16X44.18Q=—p—1= =29.1L/min2A22.942所以液压缸进出油管的流量按快退时回油管流量计算，并按压力管路的推荐流速V二3m/s来计算油管内径d二2x：29.1X心=1.43x10-2m=14.3mmnx3x60选取内径为15mm的无缝钢管6.4确定油箱容积V二6Q二6x16二96Lp

7液压系统主要性能的验算液压缸速度的验算表5\流量输入流量(L/min)排出流量(L/min)移动速度(m/min)Q=Q+Q12QAv=Q1A-A=Q+7^A-AQ二Q-Q211216x10-3快进(差动)12—二31.5-16- 16x22.94=16+ （44.18-22.94）x10-444.18-22.94二15.5=7.1=31.5AQ=—Qv=£2A12A1工进Q=0.2~5.32122.94= x（0.2〜5.3）1=（0.2〜5.3）x10-344.1844.18x10-4=0.103〜2.75=0.045~1.2Q=的Av=Q2A1A快退2-44.18216x10-3Q2=Q=16=16x22.94 22.94x10-4=29.14=6.6系统中的压力损失验算液压元件在额定流量下的额定压力损失元件压力损失35D-63BYI-25BXY-25BI-63B22C-63BHQ-25B△pvn(X105Pa)423225液压缸进、出油口至阀组装置中的管道按选定的管道尺寸，即d=15mm，进、回油管长度暂且均按2m估算，油液的运动粘度取v=46x106m2/s，压力损失验算应按整个工作循环中不同阶段分别进行。快进进油路损失快进时，进油管中液流的雷诺数“vd 4Q 4x31.5x10-3=968V2320Re= =i=一=968V2320v 兀vd兀x46x10-6x15x10-3x60管道中的流动状态为层流，应按公式计算进油管路的沿程压力损失，即△Pl18x△Pl18x106vQld4x105=8x106x46x10-6x31.5x215x105=0.46X105Pa进油管的局部压力损失可按式估取为TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"△P=0.1^P=0.1X0.46X105=0.046X105PaEl n由系统原理图可以看出，快进时，液压缸差动链接，通过单向阀10的流量是9L/min,通过三位五通阀13的流量是16L/min，然后以流量31.5L/min通过行程阀3。由此可算出快进时的总降压\o"CurrentDocument"工△P=[2x(2)2+4x(兰)2+2x(31.5)2]x105=1.02x105Pav1 25 63 63快进时进油路上总的压力损失△P=AP+AP+AP=(0.46+0.046+1.02)x105=1.52x105Pa1 l1 E1 v1回油路损失同理可判断快进时回油路中液流的流动状态是层流，回油管路的流量可知Q2=15.5L/min，其压力损失

△Pl2△Pl28x106vQl 2d48x106x46x10-6x15.5x2154x105=0.22x105Pa快进时回油路上的局部△P=0.1^P=0.1x0.22x105=0.022x105PaTOC\o"1-5"\h\z.2 12快进时液压缸的油液经三位五通电磁阀13和单向阀6的流量均为15.5L/min,然后经行程阀3流入液压缸无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力至无杆腔的总降压工P=[2x(空)2+4x(空)2]x105=1.01x105Pav2 '25 63由此可计算出快进时有杆腔压力P与无杆腔压力P的差21△P=△+△P+△P=(0.22+0.022+1.01)x105=1.25x105Pa2 12 &2 v2工进工进时进油路的最大流量Q二5.3L/min，回油路的最大流量为Q=2.75L/minlz同理可判断工进时进油路与回油路中液流的流动状态是层流。(1)进油路进油管路的沿程压力损失△Pl18x△Pl18x106vQld4x105=8x106x46x10-6x5.3x2

15x105=0.077x105Pa进油管的局部压力损失为△P=0.1AP=0.1x0.077x105=0.008x105Pa&1 l1由系统原理图可以看出，工进时，通过三位五通电磁阀13的最大流量是5.3L/min，通过调速阀4上的最小压力损失为0.5MPa,由此可算出进油路上总阀降压为6.8E^P=[4x( )2+5]x105=5.09x105Pav1 63工进时进油路上总的压力损失△P=^P+△P+△P=(0.077+0.008+5.09)x105=5.17x105Pa1 l1 &1 v1(2)回油路损失工进时回油管路沿程压力损失△Pl28x△Pl28x106vQl cx105=8x106x46x10-6x2.75x2x105=0.04x105Pa回油管的局部压力损失△P=0.1AP=0.1x0.04X105=0.004x105PaE2 12由系统原理图可以看出，工进时回流通过三位五通电磁阀13的最大流量是2.75L/min,通过调速阀4上最小压力损失为0.5MPa,由此可算出回油路上总阀降压为2.75EAP=[4x( )2+5]x105=5.01x105Pav2 63工进时回油路上总的压力损失△P=AP+△P+△P=(0.04+0.004+5.01)x105=5.054x105Pa2 l2 E2v2快退快退时进油路最大流量为Q(=16L/min，回油路的最大流量为=29.14L/min同理可判断快退时进油路和回油路中液体流动状态是层流。(1)进油路进油管路的沿程压力损失△Pl18x△Pl18x106vQld4x105=8x106x46x10-6x16x2

15x105=0.23x105Pa进油管的局部压力损失为△P=0.1AP=0.1x0.23x105=0.023x105PaE1 l1由系统原理图可以看出，快退时，通过三位五通电磁阀13的流量是16L/min,由此可算出进油路上的总阀降压为E^P=4x(兰)2x105=0.26x105Pav163快退时进油路上总的压力损失△P=AP+△P+△P=(0.23+0.023+0.26)x105=0.513x105Pa1l1 E1 v1(2)回油路损失快退时回油管路的沿程压力损失△Pl2△Pl2=8%106呜1x105=d48x106x46x10-6x29.14x2

15x105=0.42x106Pa快退时回油路上总的局部损失△P=0.1AP=0.1x0.42x105=0.042x105PaE2 12

由系统原理图可知，快退时液压缸的有杆腔中的油液经电磁阀13与单向阀6均为29.14L/min29.1429.14工△=[2x( )2+4x( )2]X105=1.28X105PaTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"v2 63 63由此可算出快退时回油路管阀的总降压△P=AP+AP+AP=(0.42+0.042+1.28)x105=1.742x105Pa2 12 v2 ©液压系统的效率和温升的验算因工进时间占整个工作循环的比例较大，因此可用计算得到回路工进时的效率作为系统的效率。回路总效率"应为Fv—wFv—w—n—— ——w—— w n输出功率工PQ/n PQ+PQpppp pAApBB式中Fw、v