課程設(shè)計--半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　測控技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計</p><p>　　設(shè)計題目： 半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　序號3 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 &

2、lt;/p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　目 錄</

3、b></p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)1</b></p><p><b>　　二、設(shè)計內(nèi)容2</b></p><p>　　1.負(fù)載與運動分析2</p><p><b>　　1.1工作負(fù)載2</b></p><p><b>

4、　　1.2摩擦負(fù)載2</b></p><p>　　1.3負(fù)載圖與速度圖的繪制2</p><p>　　2.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定4</p><p>　　2.1液壓缸的選定4</p><p>　　3.編制液壓缸的工況圖5</p><p>　　4.液壓系統(tǒng)圖的擬定7</p><p&

5、gt;　　4.1選擇基本回路7</p><p>　　4.2組成液壓系統(tǒng)8</p><p>　　5.液壓元件的選擇8</p><p>　　5.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率8</p><p>　　5.2確定其他元件及輔件9</p><p>　　6.驗算液壓系統(tǒng)性能10</p><p>

6、　　6.1驗算系統(tǒng)壓力損失10</p><p>　　6.2驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升13</p><p>　　7.參考文獻(xiàn)：13</p><p><b>　　附錄：14</b></p><p>　　半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)</b>

7、;</p><p><b>　　1．設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計一臺用成型銑刀在加工件上加工出成型面的液壓專用銑床，工作循環(huán)：手工上料——自動夾緊——工作臺快進(jìn)——銑削進(jìn)給——工作臺快退——夾具松開——手工卸料。</p><p><b>　　2．設(shè)計參數(shù)</b></p><p>　　工

8、作臺液壓缸負(fù)載力（KN）：FL 夾緊液壓缸負(fù)載力（KN）：Fc</p><p>　　工作臺液壓缸移動件重力（KN）：G 夾緊液壓缸負(fù)移動件重力（N）：Gc</p><p>　　工作臺快進(jìn)、快退速度（m/min）：V1=V3 夾緊液壓缸行程（mm）：Lc</p><p>　　工作臺工進(jìn)速度（mm/min）：V2 夾緊液

9、壓缸運動時間（S）：tc</p><p>　　工作臺液壓缸快進(jìn)行程（mm）：L1 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)：μs=0.2</p><p>　　工作臺液壓缸工進(jìn)行程（mm）：L2 導(dǎo)軌面動摩擦系數(shù)：μd=0.1</p><p>　　工作臺啟動時間（S）：t=0.5 </p><p>　　3.液壓傳動與控制系統(tǒng)設(shè)計一般

10、包括以下內(nèi)容：</p><p>　　1、液壓傳動與控制系統(tǒng)設(shè)計基本內(nèi)容：</p><p>　　(1) 明確設(shè)計要求進(jìn)行工況分析；</p><p>　　(2) 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)；</p><p>　　(3) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖；</p><p>　　(4) 計算和選擇液壓件；</p><p>

11、　　(5) 驗算液壓系統(tǒng)性能；</p><p>　　(6) 編制技術(shù)文件。</p><p>　　4.學(xué)生應(yīng)完成的工作量：（打印稿和電子版各1份）</p><p>　　(1) 液壓系統(tǒng)原理圖1張；</p><p>　　(2) 設(shè)計計算說明書1份。（字?jǐn)?shù)：2500~3000。）</p><p><b>　　二、設(shè)

12、計內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.負(fù)載與運動分析</b></p><p><b>　　1.1工作負(fù)載</b></p><p><b>　　1)夾緊缸</b></p><p><b>　　工作負(fù)載：</b></p>&

13、lt;p>　　由于夾緊缸的工作對于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高，所以在系統(tǒng)的設(shè)計計算中把夾緊缸的工作過程簡化為全程的勻速直線運動，所以不考慮夾緊缸的慣性負(fù)載等一些其他的因素。</p><p><b>　　2)工作臺液壓缸</b></p><p>　　工作負(fù)載極為切削阻力FL=8.8KN。</p><p><b>　　1.2摩擦負(fù)

14、載</b></p><p>　　摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：</p><p><b>　　(1)靜摩擦阻：</b></p><p><b>　　(2)動摩擦阻力：</b></p><p><b>　　(3)慣性負(fù)載：</b></p><p>

15、　　1.3負(fù)載圖與速度圖的繪制</p><p><b>　　快進(jìn)</b></p><p><b>　　工進(jìn)</b></p><p><b>　　快退</b></p><p>　　假設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1-1所示。</p>&

16、lt;p>　　圖1-1 液壓缸F-L圖</p><p>　　圖1-2 液壓缸V-L圖</p><p>　　2.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定</p><p><b>　　2.1液壓缸的選定</b></p><p><b>　　1)夾緊缸</b></p><p>　　根據(jù)負(fù)載

17、選擇液壓缸的執(zhí)行壓力p=1MPa。</p><p>　　根據(jù)相關(guān)資料，D取80mm。根據(jù)穩(wěn)定性校核LC/d<10時，液壓缸能滿足穩(wěn)定性條件，LC=10mm ，這里取d=40mm。</p><p>　　液壓缸的有效作用面積：</p><p><b>　　有桿腔：</b></p><p><b>　　無桿腔：

18、</b></p><p>　　此時實際工作壓力為：，所以選取工作壓力1MPa滿足要求。</p><p><b>　　2)工作臺液壓缸</b></p><p>　　所設(shè)計的動力滑臺在工進(jìn)時負(fù)載最大，初選液壓缸的工作壓力P1=4MPa.鑒于動力滑臺快進(jìn)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=A2），快進(jìn)時液壓缸差動

19、連接。工進(jìn)時為防止車銑時負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，選定背壓為，而液壓缸快退時背壓取0.5Mpa</p><p><b>　　由式得</b></p><p><b>　　則活塞直徑</b></p><p>　　參考表2.4及表2.5，，取標(biāo)準(zhǔn)值得。</p><p>　　由此求得

20、液壓缸兩腔的實際有效面積：</p><p><b>　　無桿腔：</b></p><p><b>　　有桿腔： </b></p><p><b>　　有效面積： </b></p><p>　　3.編制液壓缸的工況圖</p><p>　　根據(jù)上述條件

21、，經(jīng)計算液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率如下：</p><p><b>　?、賶毫?lt;/b></p><p>　　a、快進(jìn)階段的液壓缸壓力</p><p><b>　　啟動時， ==</b></p><p>　　加速時， ==(差動回路中一般取被壓為0.5Mp)</p><

22、p><b>　　恒速時， ==</b></p><p>　　b、工進(jìn)階段的液壓缸力</p><p><b>　　==</b></p><p>　　c、快退階段的液壓缸壓力</p><p><b>　　啟動時，==</b></p><p><b

23、>　　加速時，==</b></p><p><b>　　恒速時，==</b></p><p><b>　　夾緊缸</b></p><p>　?。ǎ┗赜吐繁硥簽?.5Mpa</p><p><b>　　夾緊時：</b></p><p>&

24、lt;b>　　，</b></p><p><b>　　放松時：</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　?、诹髁?lt;/b></p><p>　　a、快進(jìn)（恒速時）階段的流量</p><p><b&g

25、t;　　b、工進(jìn)階段的流量</b></p><p>　　c、快退（恒速時）階段的流量</p><p><b>　　③功率</b></p><p>　　a、快進(jìn)（恒速時）階段的功率</p><p>　　b．工進(jìn)（最高速度時）階段的功率</p><p>　　c．快退（恒速時）階段的功率&l

26、t;/p><p>　　表3-1 工作液壓缸工況表</p><p>　　圖3-1 液壓缸壓力圖</p><p>　　圖3-2 液壓缸流量圖</p><p>　　4.液壓系統(tǒng)圖的擬定</p><p><b>　　4.1選擇基本回路</b></p><p><b>　

27、　1)選擇調(diào)速回路 </b></p><p>　　由可知這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，在液壓缸的回路上加背壓閥。</p><p><b>　　2)供油方式</b></p><p>　　從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液

28、壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液，其相應(yīng)的時間之比。</p><p>　　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，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源。同時選用一定量泵作為夾緊缸油源。</p><p>　　3)選擇快速運動和換向回路 </p><

29、p>　　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(jìn)轉(zhuǎn)快進(jìn)快退時回路流量較大，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，所以選用三位五通電液換向閥。</p><p>　　4)選擇速度換向回路 </p><p>　　由于本系統(tǒng)滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，速度變化大，為減少速度換向時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換向回路

30、。</p><p>　　5)選擇調(diào)壓和卸荷回路 </p><p>　　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(jìn)時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥確定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺工進(jìn)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為卸荷，但功率損失較小，故可不許再設(shè)卸荷回路。</p><p><b>　　4

31、.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。</p><p><b>　　5.液壓元件的選擇</b></p><p>　　5.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率</p><p>　　1)計算工作液壓缸的泵</p>

32、<p>　　(1)計算液壓泵的最大工作壓力 工作臺液壓缸在工進(jìn)時工作壓力最大，最大工作壓力p1=MPa。如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=1MPa，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為：</p><p>　　(2)計算液壓泵的流量</p><p>　　由表2.6可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為q=642mL/s，按10%的泄露來計算那么泵的總流量為：

33、</p><p>　　而工進(jìn)時調(diào)速閥的穩(wěn)定流量是4.69mL/s，所以泵的穩(wěn)定輸出流量不得小于工進(jìn)時的流量。</p><p>　　(3)確定液壓泵的規(guī)格 </p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取YBN-40M型限壓式變量泵，額定轉(zhuǎn)速1450m/min，最大流量為58L/min, 液壓泵總效率,調(diào)壓范圍在，滿足要求。</p&g

34、t;<p>　　2)計算夾緊液壓缸的泵</p><p>　　(1)計算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　由以上計算可知，夾緊液壓缸在夾緊時工作壓力最大，夾緊缸最大壓力p2'=0.95MPa。選取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=0.4MPa，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為：</p><p>　　(2)計算液壓泵的流量</p>

35、<p>　　由以上計算可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，按10%的泄露來計算那么泵的總流量為：</p><p>　　(3)確定液壓泵的規(guī)格 </p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取型葉片泵，額定轉(zhuǎn)速1450r/min,容積效率，額定流量為4.64L/min，滿足要求。</p><p>　　3)電動機(jī)功率的確定</

36、p><p>　　把上述兩液壓泵雙聯(lián)由電動機(jī)一起帶動，則工作液壓缸在快退時輸入功率最大，取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5Mpa，則液壓泵輸出壓力為1.53Mpa，又工作液壓泵總效率，這是液壓泵的驅(qū)動電動機(jī)的功率為：</p><p>　　根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用電動機(jī)Y90L-4型異步電動機(jī)，其額定功率為1.5kW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，型葉片泵輸出流量為4.48L/min，仍能滿足系統(tǒng)要

37、求。</p><p>　　5.2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)格如表所式。其中，溢流閥9按泵的額定流量選取，調(diào)速閥5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(jìn)時的流量0.5L/min。</p

38、><p>　　6.驗算液壓系統(tǒng)性能</p><p>　　6.1驗算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首選確定管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失。現(xiàn)取進(jìn)回油管長l=2m,油液的運動粘度取，油液的密度取</p><p><b>　　(1)判斷流動狀態(tài)</b&

39、gt;</p><p>　　在快進(jìn)﹑工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)﹑回油管路中所通過的流量以快退時回油流量=70L/min為最大，此時，油液流動的雷諾數(shù)也為最大，因為最大的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)﹑回油路中的油液的流動狀態(tài)全為層流。</p><p>　　(2)計算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速

40、同時帶入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據(jù)帶入后，得</p><p>　　可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。</p><p>　　在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失常按下式作經(jīng)驗計算</p><p>　　各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計算，其中的由產(chǎn)品樣本查出。和數(shù)值由表8和表9列出?；_在快進(jìn)﹑工進(jìn)和快退工況下的

41、壓力損失計算如下：</p><p><b>　　6.1.1快進(jìn)</b></p><p>　　滑臺快進(jìn)時，液壓缸通過電液換向閥差動連接，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥10﹑電液換向閥2，然后與液壓缸有桿腔的回油回合通過行程閥3進(jìn)入無桿腔。在進(jìn)油路上，壓力損失分別為</p><p>　　在回路上，壓力損失分別為</p><p>

42、　　將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，使得出差動連接運動時的總的壓力損失</p><p><b>　　6.1.2工進(jìn)</b></p><p>　　滑臺工進(jìn)時，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥2﹑調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥2﹑背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損

43、失為0.6MPa,若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進(jìn)油路上總的壓力損失為</p><p>　　該值即為液壓缸的回油腔壓力，可見此值與初算時參考表4選取的背壓基本相符。</p><p>　　按表7的公式重新計算液壓缸的工作壓力</p><p><b>　　此略高于表7數(shù)值</b></p><p>　　考略到壓力

44、繼電器的可靠動作要求壓差，則小流量泵的工作壓力為</p><p>　　此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥10的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　6.1.3快退</b></p><p>　　滑臺快退時，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥10﹑電液換向閥2進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥5﹑電液換向閥2和單向閥13返回油箱。

45、在進(jìn)油路上總的壓力損失為</p><p>　　此值遠(yuǎn)小于估算值，因此液壓泵的驅(qū)動電動機(jī)的功率是足夠的。</p><p>　　在回油路上總的壓力損失為</p><p>　　此值與表7的數(shù)值基本相符，故不必重算。</p><p>　　大流量泵的工作壓力為</p><p>　　此值是調(diào)整液控順序閥7在調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。

46、</p><p>　　6.2驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升</p><p>　　由于工進(jìn)在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來計算。在工進(jìn)時，大流量泵經(jīng)液控順序閥7卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失</p><p>　　液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率</p><p>　　液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的

47、有效功率</p><p>　　由此可計算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為</p><p>　　按式計算工進(jìn)時系統(tǒng)中的油液溫升，即</p><p><b>　　其中傳熱系數(shù)。</b></p><p>　　設(shè)環(huán)境溫度，則熱平衡溫度為</p><p>　　油溫在允許范圍內(nèi)，郵箱散熱面積符合要求，不必設(shè)置冷卻器。<

48、;/p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用 化學(xué)工業(yè)出版社 張利平編著</p><p>　　[2]液壓傳動設(shè)計指南 化學(xué)工業(yè)出版社 張利平編著</p><p>　　[3]液壓傳動（第三版）機(jī)械工業(yè)出版社 丁樹模、丁問司</p><p>