專用銑床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p>　　機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（本科）</p><p>　　《液壓氣動控制技術(shù) 》課程設(shè)計</p><p>　　班級： </p><p>　　學號： </p><p>　　姓名： <

2、/p><p>　　日期： 2016-11-13 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、題目 …………………………………………………………………………（3）</p><p>　　專用銑床動力滑臺的設(shè)計 ………………………………………………（3）</p>

3、<p>　　二、液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 ………………………………………………………（3）</p><p>　　（一）設(shè)計要求及工況分析 ……………………………………………（3）</p><p>　　1、設(shè)計要求 ………………………………………………………（3）</p><p>　　2、負載與運動分析 ……………………………

4、………………（3）</p><p>　?。?）工作負載 …………………………………………………（1）</p><p>　　（2）摩擦負載 ……………………………………………………（1）</p><p>　?。?）慣性負載 ………………………………………………………（4）</p><p>　　（4）液壓缸在工作過程中各階段的負

5、載…………………………… (4)</p><p>　　( 5 ) 運動時間 ……………………………………………………（4）</p><p>　　（二）確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) ………………………………………………（6）</p><p>　　1、初選液壓缸工作壓力 ……………………………………………（6）</p><p>　　2、計

6、算液壓缸主要尺寸 ……………………………………………（6）</p><p>　　（三）擬定液壓系統(tǒng)原理圖 …………………………………………………（10）</p><p>　　1、選擇基本回路 …………………………………………………（10）</p><p>　　（1）選擇調(diào)速回路 …………………………………………………（10）</p>

7、<p>　?。?）選擇油源形式 …………………………………………………（11）</p><p>　?。?）選擇快速運動和換向回路 ……………………………………（11）</p><p>　?。?）選擇速度換接回路 …………………………………………（11）</p><p>　　（5）選擇調(diào)壓和卸荷回路 ………………………………………（11）

8、</p><p>　　2、組成液壓系統(tǒng) ……………………………………………………（12）</p><p>　?。ㄋ模┯嬎愫瓦x擇液壓元件 …………………………………………………（13）</p><p>　　1、確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 …………………………………（13）</p><p>　?。?）計算液壓泵的最大工作壓力

9、………………………………（13）</p><p>　　（2）計算液壓泵的流量 …………………………………………（14）</p><p>　?。?）確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 ……………………………（14）</p><p><b>　　一、題目</b></p><p>　　要求設(shè)計一專用銑床，工作臺要求完成快進→

10、工作進給→快退→停止的自動工作循環(huán)。銑床工作臺總重量為4000N，工件夾具重量為1500N，銑削阻力最大為9000N，工作臺快進、快退速度為4.5m/min、工進速度為0.06～1m/min，往復運動加、減速時間為0.05s，工作臺采用平導軌、靜摩擦分別為 fs ＝0.2，fd＝0.1，工作臺快進行程為0.3m。工進行程為0.1m，試設(shè)計該機床的液壓系統(tǒng)。</p><p>　　二、液壓系統(tǒng)設(shè)計計算</p&g

11、t;<p>　　(一)、設(shè)計要求及工況分析</p><p><b>　　1．設(shè)計要求</b></p><p>　　其動力滑臺實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進→工進→快退→停止。主要參數(shù)與性能要求如下：切削阻力FL=9000N；運動部件所受重力G=5500N；快進、快退速度1= 3 =0.075m/min，工進速度2 =1000mm/min；快進行程L1=0.3mm

12、，工進行程L2=0.1mm；往復運動的加速、減速時間Δt=0.05s；工作臺采用平導軌，靜摩擦系數(shù)μs=0.2，動摩擦系數(shù)μd=0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。</p><p><b>　　2．負載與運動分析</b></p><p>　　(1) 工作負載 工作負載即為切削阻力FL=9000N。</p><p>　　(2) 摩擦負載 摩擦負載

13、即為導軌的摩擦阻力：</p><p>　　靜摩擦阻力 </p><p><b>　　動摩擦阻力 </b></p><p><b>　　(3) 慣性負載 </b></p><p><b>　　(4) 運動時間 </b></p><p><b&

14、gt;　　快進 </b></p><p>　　工進 </p><p>　　快退 </p><p>　　設(shè)液壓缸的機械效率ηcm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負載和推力，如表1所列。</p><p>　　表1液壓缸各階段的負載和推力</p>

15、<p>　　根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負載和運動時間，即可繪制出負載循環(huán)圖F-t 和速度循環(huán)圖-t，如下圖所示。</p><p>　?。ǘ?確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)</p><p>　　1．初選液壓缸工作壓力</p><p>　　所設(shè)計的動力滑臺在工進時負載最大，在其它工況負載都不太高，參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力p1=3MPa。</p&g

16、t;<p>　　2．計算液壓缸主要尺寸</p><p>　　鑒于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（A1=2A2），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止車銑時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應有背壓，參考表4選此背壓為p2=0.6MPa。</p><p>　　表2 負載和工作壓力之間的關(guān)系</p><p>　　表3

17、 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　表4 執(zhí)行元件背壓力的估計值</p><p>　　表5 按工作壓力選取d/D</p><p>　　表6 按速比要求確定d/D</p><p>　　注：1—無桿腔進油時活塞運動速度；</p><p>　　2—有桿腔進油時活塞運動速度。</p><p&g

18、t;<b>　　由式 </b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　則活塞直徑 </b></p><p>　　參考表5及表6，得d 0.5D =35.35mm，圓整后取標準數(shù)值得 D=71mm， d=36mm。</p><p>　　由此求得液壓缸

19、兩腔的實際有效面積為:</p><p>　　A1=πD2/4=3.96×10-3m2</p><p>　　A2=π(D2-d2)/4=2.94×10-3m2</p><p>　　根據(jù)計算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖2所示。</p><p>　　

20、表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值</p><p>　　注：1. Δp為液壓缸差動連接時，回油口到進油口之間的壓力損失，取Δp=0.5MPa。</p><p>　　2． 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。</p><p>　?。ㄈ?擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　1．選擇基本回路

21、</b></p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　(1) 選擇調(diào)速回路 由圖1可知，這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調(diào)速回路。為防止銑完工件時負載突然消失引起運動部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。</p><p

22、>　　(2) 選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進、快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=0.22/(0.396×10-2)56；其相應的時間之比(t1+t3)/t2=(4+5.33)/100=0.0933。這表明在一個工作循環(huán)中的大部分時間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此

23、可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源?？紤]到前者流量突變時液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時向液壓缸供油實現(xiàn)快速運動，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖2a所示。</p><p>　　(3) 選擇快速運動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運動回路實現(xiàn)快速運動?？紤]到從工進轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接，所以

24、選用三位五通電液換向閥，如圖2b所示。</p><p>　　(4) 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺由快進轉(zhuǎn)為工進時，速度變化大（1/2=0.075/0.00175），為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖2c所示。</p><p>　　(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺工進時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流

25、閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺工進和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺停止時雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。</p><p><b>　　2．組成液壓系統(tǒng)</b></p><p>　　將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖3所示。在圖3中，為了解決滑臺工進時進、回油路串通使系

26、統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥6。為了避免機床停止工作時回路中的油液流回油箱，導致空氣進入系統(tǒng)，影響滑臺運動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥13。圖中增設(shè)了一個壓力繼電器14。當滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。</p><p>　?。ㄋ模┯嬎愫瓦x擇液壓件</p><p>　　1．確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p><p>　　

27、(1) 計算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為p1=2.68MPa，如在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進油路上的總壓力損失∑?p=0.6MPa，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為 </p><p>　　≧p1+∑△p+△ =2.68+0

28、.6+0.5=3.78 MPa</p><p>　　大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，由表7可見，快退時液壓缸的工作壓力為p1=2.7MPa，比快進時大。考慮到快退時進油不通過調(diào)速閥，故其進油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進油路上的總壓力損失∑?p=0.3MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為 </p><p>　　≧p1+∑△p=2.7+0.3=3 MPa</p><p

29、>　　(2) 計算液壓泵的流量</p><p>　　由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.4×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個泵的總流量為 </p><p>　　≧K =1.1×0.2×10-3 m3/s =0.22×10-3 m3/s =13.2L/min</p><p>　　考慮

30、到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進時的流量為0.396×10-5 m3/s =0.2L/min，則小流量泵的流量最少應為3.2L/min。</p><p>　　(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/33型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和3

31、3mL/r，當液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時，其理論流量分別為5.6 L/min和31L/min，若取液壓泵容積效率ηv=0.9，則液壓泵的實際輸出流量為</p><p>　　由于液壓缸在快退時輸入功率最大，若取液壓泵總效率ηp=0.8，這時液壓泵的驅(qū)動電動機功率為</p><p>　　根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L—6型電動機，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為9

32、40r/min。</p><p>　　2.確定其他元件及輔件</p><p>　　（1）確定閥類元件及輔件</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表8所列。其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用Q-6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03L/min,小于本系統(tǒng)工進時的流量0.5L/m

33、in。</p><p>　　表8液壓元件規(guī)格及型號</p><p>　　*此為電動機額定轉(zhuǎn)速為940時的流量r/min</p><p><b>　?。?）確定油管</b></p><p>　　在選定了液壓泵后，液壓缸在實際快進、工進和快退運動階段的運動速度、時間以及進入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計算的結(jié)果如

34、表9所列。</p><p>　　表9各工況實際運動速度、時間和流量</p><p>　　表10允許流速推薦值</p><p>　　由表9可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設(shè)計要求。</p><p>　　根據(jù)表9的數(shù)值，按表10推薦的管道內(nèi)允許速度取V=4m/s，由式d=計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為</p>