液压专用铣床液压系统设计

湖南农业大学工学院课程设计说明书课程名称：液压与气压传动题目名称：液压专用铣床班级：2008级机电专业02班姓名：成夏亮学号：200840614403指导教师：莫亚武评定成绩：教师评语：指导老师签名：2011年月日1目录一、负载分析与速度析…………………………………………………31．负载分析2．速度分析二、确定液压缸主要参数………………………………………………51.初选液压缸的工作压力2.计算液压缸结构参数3.计算液压缸在工作循环各阶段压力、流量和功率值三、拟定液压系统图……………………………………………………81.选择基本回路2.回路合成四、液压元件的选择……………………………………………………91.液压泵及驱动电机功率的确定2.元件、辅件选择五、系统油液温验算…………………………………………………11六、参考文献…………………………………………………………122液压与气压传动课程设计题目：设计一台专用铣床，工作台要求完成：快进——工作进给—快退——停止的自动工作循环。设计要求如下：铣床工作台的重量4000N，工件夹具重量为1500N，工作台快进、快退速度为4.5m/min，工作进给速度为0.06～1m/min，往复运动加，减速时间为0.05s，工作台采用平导轨，静、动摩擦分别为2.0sf，1.0df，工作台快进行程为0.3m。工作行程为0.1m。试设计该机床的液压系统。一、负载分析与速度分析1．负载分析已知工作负载N9000Fw，重力负载0FG。启动加速时N8002.04000Ff，快进、工进，快退时N4001.04000Ff。按加减速时间和运动部件的重量，根据动量定理Ftmv，计算可得惯性负载，由0.05F605.48.94000a，得到aF=612.24N。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1-1表1-1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启动加速maf/FFF）（1569.16N快进mf/FF444.44N工进mwf/FFF）（10444.44N快退mf/FF444.44N2．速度分析已知快进、快退速度4.5m/min,工进速度为0.06～1m/min。工作台快进行程为0.3m。工作行程为0.1m。按上述分析可绘制出负载循环图和速度循环图。由于往复加减速时间只有0.05s，加减速度最大行程只有0.002m。所以相对于快进、3工进行程，加减速度的行程很小，可忽略不计！但是为了表示较为直观，所以将往复加、减速度的行程采用了夸大画法！（详见下图）。负载循环图4速度循环图注：在上两图中，代号1为启动加速，2为快进，3为工进，4为制动，5为加速，6为快退，7为制动。5二、确定液压缸主要参数1.初选液压缸的工作压力由最大负载值为10444.44N，查表9-3，取液压缸工作压力为2.5MPa。2.计算液压缸结构参数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1A和A2，且1A=22A，即D=2d，查表9-1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FApAp2211，可得1A=215.0ppF=610)5.05.05.2(44.10444≈46.42cm2A=241Dπ则D=π14A≈7.69cm=76.9mm查表4-4圆整取D=80mm。又因为d=D22，得出d=56.56mm，查表4-6将其圆整为d=56mm，计算出液压缸的有效面积1A=50.272cm，2A=1A-241dπ=25.642cm工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量minq=0.05L/min,按（9-1）式进行计算：q/v=8.332cm＜2A，故满足要求。3.计算液压缸在工作循环各阶段压力、流量和功率值差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力，取两腔间回路及阀上的压力损失为0.5MPa,即2p=1p+0.5MPa，计算结果见表2-1。6表2-1液压缸在工作循环各阶段压力、流量和功率值工况计算公式负载F（N）回油被压2p进油压力1p流入流量1q/103m3s1输入功率快进启动211221)(AAppAFP1211)(vAAq11qpP1569.161.66MPa1.16MPa————快进恒速444.441.20MPa0.70MPa0.1850.13工进1221ApAFP111vAq11qpP10444.440.5MPa2.33MPa0.005～0.0840.0116～0.197快退加速2211ApAFP121vAq11qpP1569.160.5MPa1.59MPa————快退恒速444.440.5MPa1.15MPa0.1920.22把表2-1中计算结果绘制成工况图，如图2-2所示。7图2-2工况图注：进油腔压力p单位为MPa，输入流量q单位为L.s-1，输入功率P单位为Kw。三、拟定液压系统图1.选择基本回路（1）调速回路因为液压系统功率小，并且只有进油负载，所以选用进油节流调速回路。为有较好的低速平稳性和加速度负载特性，可选用调速阀调速，并在液压缸回路上设置背压。（2）泵供油回路由于系统最大流量与最小流量比为38倍，且整个工作循环中，大部分时间都是在工进状态下工作，为了避免共进时效率损失大，选用限压式变量泵以节约能源提高效率。（3）速度换接回路和快速回路由于快进速度与工进速度变化较大，为了换接平稳，选用行程阀与节流阀并联的快慢速度换接回路，快速运动通过差动回路来实现。（4）换向回路为了换向平稳，选用电液换向阀，为了实现液压缸中位停止和差动连接，采用三位五通电液换向阀。（5）压力控制回路限压式变量泵本身能按预先调定的压力限制其最大的压力，故无需另设安全阀。2.回路合成对选定的基本回路在合成时，有必要进行整理、修改和归并。具体方法为：（1）防止工作时液压缸进油路、回油路相通，需接入单向阀要。（2）要实现差动快进，必须在回油路上设置液控单向阀，以阻止油液流回油箱。同时它与溢流阀串联。（3）为防止机床停止工作时系统中的油液回油箱，应增设单向阀。（4）设置压力表以及压力表的开关。四、元件的选择81.液压泵及驱动电机功率的确定（1）液压泵的工作压力液压泵的在工进时工作压力最大。则液压泵的工作压力P大于或者等于21PP。1P为执行原件的最大工作压力，MPaP33.21。2P为进油路的压力损失，取2P=0.8MPa。则工作时泵的最高压力为21PP=3.53Mpa，选择泵的额定压力应为MPaPn%)2553.353.3(与MPaPn%)6053.353.3(之间。即，4.4125MpanP5.648Mpa.（2）液压泵流量计算取系统泄露系数K=1.2，则液压泵的流量为：min8.131023.010192.02.13333maxLsmsmKqqP。由于工进时做需要的最大流量为sm3310084.0，，则泵的工进时最大稳定流量为31110084.02.1Kqqp=sm331010.0，即min6L（3）确定液压泵规格查液压元件手册，选用YBN-20N-JB18，其额定转速为1500r/min,容积效率为ηv=0.9,排量最大为12.5ml/r,调压范围为2-7Mpa。（4）确定驱动电动机功率由工况图表明，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1.15+0.5=1.65Mpa。液压泵的总效率为ηp=0.8，液压泵流量为13.8L/min。则电动机功率为：)8.060/(108.131065.1/36pqpqpP=474.4W据此选用Y802-4型立式电动机，其额定功率为0.75KW，转速为1390r/min，此时液压泵流量为17.375L/min，仍能满足系统要求。2.元件、辅件选择（1）根据实际工作压力及流量大小可选择液压元、辅件如下表4-1所示。9表4-1液压控制元件注：溢流阀（1）为防止系统压力突然升高，起到保护系统元件的作用。定差减压阀是为了防止因线隙式过滤器堵塞而使得泵经溢流阀（1）卸荷，导致长时间在高压下工作，起到保护泵，以及节约能量的作用。行程阀的作用是为了将液压缸的动作由快进切为工进。压力继电器的的作用是当工进速结束后，液压缸静止不动，系统压力升高，这时压力继电器就发出电信号给2YA电磁铁，是电磁铁得电，进而改变液压缸的运动方向，使液压缸实现快退的动作。液控先导式顺序阀是为了实现有杆腔中的油液的流动方向的顺序动作。溢流阀（2）为液压缸工进时保回油有一定的被压。（2）油管的选择与计算连接管选用尼龙管，承压能力8MPa，价格低廉，弯曲方便。缺点，寿命较短。油管的计算主要确定油管内径和管壁的厚度。根据（6-5）式有：序号元件名称额定流量L/min型号1溢流阀40Y1-F*16D-A/o2单向阀40AJ-Hb10B3定差减压阀40J-F*10D-P4三位五通电液换向阀7534DY※-B20H-T5单向节流阀25ALF3型（GE系列）6三位四通电磁换向阀734D※-B6C-T7调速阀25QA-F6/10D-A8行程阀4022CH-D16B9压力继电器PD-F*10D-A10单向阀40AJ-Hb10B11液控先导式顺序阀40XY-F*10D-P/012溢流阀20Y1-F*16D-B/o10d=2vqπ取吸油管1V=1m/s，压油管2V=2.5m/s，回油管3V=2m/s。计算可得：1d=15.6mm,2d=9.9mm，3d=11.0mm因为采用尼龙管，所以壁厚计算略。（3）油箱的容积由于是中低压系统，所以油箱容积取液压泵流量的5倍，管道尺寸由连接尺寸决定。V8.135q=69L（4）过滤器的选择按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的2.5倍。5.2输入过滤器qq=(13.8X2.5)L/min=34.5L/min采用两个过滤器，第一个采用网式过滤器，安装在液压泵的吸油口处。主要保护泵。第二个采用线隙式过滤器，安装在泵的出油口处，用以保护系统中的其他液压元件。由于所设计铣床液压系统为普通的液压传动系统，对油液的过滤精度要求不高，查液压元件手册选网式过滤器的型号为WU-40x180，流量为40L/min，通经为20mm，过滤精度180um，压力损失小于0.01MPa。线隙式过滤器的型号为XU-J40x80，流量为40L/min，通经为20mm，过滤精度80um，压力损失小于0.02MPa。五、系统油液温升验算系统在工作中绝大部分时间是处在工作阶段，所以可按工作状态来计算温升。泵在工作状态下的压力为3.53MPa，流量为6L/min。由公式pqpqpP/，计算可得输入功率为441.2W，即iP=441.2W。液压缸的最小有效功率为FvPo=（9000+400）x0.06/60=9.4W系统单位时间发热量为11oiiPPH=441.2-9.4=431.8W当油箱的高、宽、长比在1:1:1到1:2:3范围内，且油面高度为油箱高度的80%时，油箱散热面积近似为A=6.6632V=1.12m2式中V——油箱有效面积（m3）A——散热面积（m2）。采用风扇冷却，取散热系数K为20W/(m2·0C)，由试（9-13）得t=Hi/KA=431.8/（20x1.12）=19.30C即在温升允许范围内。六、参考文献（1）刘延俊，《液压与气传动》，北京：机械工业出版社，2010.08（2）黎启柏，《液压元件手册》，北京：机械工业出版社，2000.08（3）姜佩东，《液压与气压传动》，北京：高等教育出版社，2000（4）王春行，《液压控制系统》，北京：机械工业出版社，1999（5）贾铭新，《液压传动与控制》，北京：国防工业出版社，2001（6）雷天觉，《液压工程手册》，北京：机械工业出版社，1990