2022年铣床液压系统设计 .pdf

攀枝花学院本科毕业设计（论文）1 目录1 目录1、设计题目 12、工况分析 12.1 负载分析2 2.2 运动分析2 3、确定液压缸参数 33.1 初选液压缸的工作压力3 3.2 确定液压缸尺寸3 3.3 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率计算值 4 3.4 绘制液压缸工况图4 4、拟定液压系统图64.1 选择液压回路6 4.1.1 调速回路6 4.1.2 换向回路和卸荷回路6 4.1.3 快速运动回路6 4.1.4 压力控制回路7 4.2 液压系统合成8 5、选择液压元件85.1 选择液压泵和驱动电机8 5.2 选择控制元件9 5.3 选用辅助元件10 6、液压系统性能验算 106.1 回路中压力损失10 6.1.1 工进时压力损失10 6.1.2 快退时压力损失11 6.2 确定液压泵工作压力12 6.3 液压系统的效率12 6.4 液压系统的发热温升验算13参考文献 14 附录（液压系统图）（液压油缸图）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）1 设计题目2 1 设计题目1.1 设计题目设计一台专用铣床，铣头驱动电机的功率为7.0 千瓦，铣刀直径为120mm ，转速 350 转/ 分，如工作台质量为480 公斤，工件和夹具的质量为150公斤，工作台的行程为 400mm ，工进行程为 100mm ，快进快退速度为4.5 米/ 分，工进速度为 601000毫米/ 分，其往复运动的加速 （减速）时间为 0.05 秒，工作台用平导轨静摩擦系数0.2sf，动摩擦系数0.1df，试设计该机床的液压系统。2 工况分析2.1 负载分析根据给定条件，先计算工作台运动中惯性力mF，工作台与导轨的动摩擦阻力fdF和静摩擦阻力fsF63000.0759639.810.05GmFvFgt（N） (2-1) 12()0.1(48001500)6300fddGGFfFF(N) (2-2) 12()0.2(48001500)1260fSsGGFfFF(N) (2-3) 其中，11480104800GFm g(N) 22150101500GFm g(N)12480015006300GGGFFF(N) 由铣头的驱动电机功率可以求得铣削最大负载阻力tF：tPFv (2-4) 其中3503.140.122.1986060ndmvs所以，700031852.198tPFv同时考虑到液压缸密封装置的摩擦阻力（取液压缸的机械效率0.9m） ，工作台的液压缸在各工况阶段的负载值列于表2-1 中， 负载循环图如图 2-1 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）2 工况分析3 表 2-1 各阶段负载值工况负载计算公式液压缸负载 F(N) 液压缸推力0F（N ）起动fsFF1260 1400 加速fdmFFF1593 1770 快进fdFF630 700 工进fdtFFF3815 4239 反向起动fsFF1260 1400 反向加速fdmFFF1593 1700 快退fdFF630 700 图 2-1 负载循环图2.2 运动分析根据给定条件， 快进、快退速度为 0.075m/s，其行程分别为 300mm 和 400mm ，工进速度为 601000m/s（即 0.0010.0167m/s ） ，工进行程 100mm，绘出速度循环图如图 2-2 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）3 确定液压缸的参数4 图 2-2 速度循环图3 确定液压缸的参数3.1 初选液压缸的工作压力根据液压缸推力为4239N （表 2-1）, 按表 11-2（书）的推荐值，初选工作压力为51010Pa. 3.2 确定液压缸尺寸由于铣床工作台快进和快退速度相同，因此选用单杆活塞式液压缸，并使122AA, 快进时采用差动连接，因管路中有压力损失，快进时回油路压力损失取5510pPa，快退时回油路压力损失亦取5510pPa。工进时，为使运动平稳，在液压缸回路油路上须加背压阀，背压力值一般为5(510)10Pa,选取背压52610pPa。根据11220p Ap AF, 可求出液压缸大腔面积1A为20151242390.006()0.5(100.56)10FAmpp (3-1) 1440.0060.087()3.14ADm (3-2) 根据 GB2348-80 圆整成就近的标准值，得D=90mm，液压缸活塞杆直径名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）3 确定液压缸的参数5 63.652Ddmm，根据 GB2348-80就近圆整成标准值d=63mm ， 于是液压缸实际有效工作面积为22210.090.00644ADm (3-3) 222222()(0.090.063)0.00344ADdm (3-4) 3.3液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值（见表 3-1）工况0F (N) 液压缸5210pPa 5110pPa 3()mQsN(W) 快进（差动）起动1400 0 9.7 0.225 164.3 加速1770 5 10.9 恒速700 5 7.3 工进4239 6 11.07 0.0060.1 6.6110.7 快退起动1140 0 0.225 276.8 加速1770 5 15.9 减速700 5 12.3 3.4 绘制液压缸工况图根据表 3-1 计算结果，分别绘制P-L、Q-L 和 N-L 图，如图 3-1 所示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）3 确定液压缸的参数6 P-L 图Q-L 图N-L 图图 3-1 -L 、Q-L 和 N-L 图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）4 拟定液压系统图7 4 拟定液压系统图4.1 选择液压系统图4.1.1 调速回路由工况图 3-1 可知，该铣床液压系统功率小，因此选用节流调速方式，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。为防止孔钻通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。 。考虑到铣削加工中有顺铣和逆铣两种工况， 宜采用调速阀来保证速度稳定， 并将调速阀装在液压缸回油路上起阻力作用， 使工作台低速运动时比较平稳，如图 4-1(a) 和 4-1（A）所示, 由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化不大， 为减少速度换接时的液压冲击，从节约成本考虑，选用如图4-1(a) 所示的调速回路。(a) (A) 图 4-1 调速回路4.1.2 换向回路和卸荷回路铣床工作台采用单活塞杆液压缸驱动。由工况图可知， 系统压力和流量都不大，同时考虑工作台工作一个循环后装夹具时间比较长，为方便工作台的手动，选用三位四通 U型电磁换向阀，并由电气行程开关配合实现自动换向，如图 4-2b所示4.1.3 快速运动回路为实现工作台快速进给，选用二位三通电磁换向阀构成液压缸的差动连接。这种差动连接的快速运动回路，结构简单，也比较经济，如图4-2a 所示。在图4-2a-b 中结构复杂不利于控制，所以选择4-2a 所示的回路，一起同4-2b 组成的快速、换向回路，同样可以实现差动连接。 同时验算回路的压力损失比较简便，所以不选用图 4-2a-b 所示的回路。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）4 拟定液压系统图8 (a) (b) (a-b) 图 4-2 快速和换向回路4.1.4 压力控制回路由于液压系统流量很小， 铣床工作台工作进给时， 采用回油路节流调速， 故选用定量泵供油比较、 经济，如图 4-1a 所示. 调压回路采用先导式溢流阀维持液压泵出口压力恒定。 当换装工件时， 工作台停止运动， 液压泵卸荷回路采用小型二位三通电磁阀控制先导型溢流阀，实现液压泵的卸荷。 而从提高系统效率、 节省能量角度来看，选用双联叶片泵油源显然是不合理的，如图4-3b 所示，其结构复杂，控制也复杂，所以不适宜选用此方案。(a) (b) 图 4-3 压力控制回路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）5 选择液压元件9 4.2 液压系统合成根据以上选择的液压基本回路，合成为图4-2 所示的定量泵 -回油路节流调速液压系统图。图 4-2 液压系统合成5 选择液压元件5.1 选择液压泵和驱动电机取 液 压 系 统 的 泄 漏 系 数K=1.1则 液 压 泵 的 最 大 流 量333max()1.10.225100.24810/BiQKQms，即BQ=14.88L/min 。根据拟定的液压系统是采用回油路节流调速，进油路压力损失选取5510pPa， 故液压泵工作压力为：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）5 选择液压元件10 551(9.845)1014.8410BpppPa。 (5-1) 考 虑 到 系 统 动 态 压 力 因 素 的 影 响 ， 液 压 泵 的 额 定 工 作 压 力 为 ：5514.84(125% )1018.8510BpPa. (5-2) 根据BQ、Bp和已选定的单向定量泵型式，查手册书（二）选用116YB型定量叶片泵 。该泵 额定排量 为 16mL/r, 额定转速960r/min ，其额 定流量为330.25610/ms，由工况图知，最大功率在快退阶段，如果取液压泵的效率为为 0.75 ，驱动液压泵最大输入功率BN为：531(15.95)100.256107130.75BBBp QN（W ） (5-3) 查电工手册选取 750W的电动机。5.2 选择控制元件根据系统最大工作压力和通过控制元件的最大流量，选用各类阀的规格见表5-1. 表 5-1 选用各类阀的规序号控制元件名称型号规格技术数据510()pPa3(/)Q ms实际流量3(/)Q ms额定流量时压力损失510pPa1 溢流阀Y1-25B max3630.41710pQ30.25610卸荷压力11.52 三位四通电磁换向阀34D-25B m ax3630.41710pQ30.256102 3 单向调速阀Q1-25B max33min630.417100.810pQQ30.25610反向时 2 最小压差 5 4 二位三通电磁换向阀23D-25B m ax3630.41710pQ30.256101 5 单向阀1-25B m ax3630.41710pQ1.5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）6 液压系统性能验算11 5.3 选用辅助元件滤油器：液压泵吸油口需装粗滤油器，选用XU-16 100J 线隙式 100m进口滤油器，流量 Q=16l/min=0.2673310/ms. 油箱容量：由下式计算有效容积V，取系数 K=6，Q=12L/min,则有3361272()7210()VKQLm (5-4) 根据书（二）标准，可取油箱的容积V=75L，油箱见附图 1，管道尺寸由选定的标准元件连接口尺寸确定。6 液压系统性能验算6.1 回路中压力损失回路压力损失计算应在管道布置图完成后进行，必须知道管道的长度和直径。管道直径按选定元件的接口尺寸确定，即 d=12mm, 长度在管道布置图未完成前暂按进油管、回油管均为L=2m估算。油液运动粘度取421.510/ms，在此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失。6.1.1 工进时压力损失进油管路压力损失：首先判别进油管液流状态，由于雷诺数334440.11070.7200012101.510evdQRd(6-1)故为层流。管路沿层压力损失：4316441654.34.31.5100.11021012100.62210()LQLPdPa (6-2) 取管道局部损失50.10.062210LPPPa油液流经单向阀和三位四通换向阀的压力损失按下面公式计算，有关数据见表 5-1 222550.2560.2561.5102100.4170.417VVVnVnQPPQ51.3210（Pa） (6-3) 工进时进油路总压力损失：5210LVpPPP(Pa) (6-4) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）6 液压系统性能验算12 工进时回油路压力损失：因回油管路流量2Q为333120.1100.0510(/)22QQms (6-5) 液流状态经判断为层流（70.72000)eR，于是沿程压力损失：4316441654.34.31.5100.051021012100.29710()LQLPdPa (6-6) 局部压力损失：50.10.029710LPPPa (6-7) 回油路中油液流经二位三通换向阀、调速阀和三位四通换向阀时的压力损失计算方法同上，即2225550.1280.1281105102100.4170.417VVVnVnQPPQ =55.2810()Pa (6-8) 工进时回油路总压力损失55.610 ()LVpPPPPa (6-9) 将回油路中压力损失折算到进油路上，就可求出工进时回路中整个压力损失555210.0032105.6104.810()0.006ApppPaA (6-10) 6.1.2 快退时压力损失快退时进油路和回油路中经检查都是层流，进油路压力损失为：43164416554.34.31.5100.2251021012101.410()0.10.1410()LQLPdPaPPPa (6-11) 进油路中油液流经单向阀、 三位四通换向阀、 单向调速阀 （反向时） 以及二位三通换向阀时压力损失计算方法同前222550.2560.2561.5102100.4170.417VVVnVnQPPQ2550.2561 101.710 ()0.417Pa(6-12)快退时进油路总压力损失：53.2410 ()LVpPPPPa (6-13) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）6 液压系统性能验算13 快退时回油路中压力损失：由于122QQ, 则有4316444.34.31.51020.2251021012LQLPd165102.810 ()Pa (6-14) 522550.10.2810 ()20.2562102.4610 ()0.417VVVnVnPPPaQPPPaQ回油路总压力损失：55.5410 ()LVpPPPPa (6-15) 将回油路中的压力损失折算到进油路上去，可得到快推时回油路中的整个压力损失：555210.0033.24105.5410610()0.006ApppPaA (6-16) 这个数值比原来估计的数值大，因此系统中元件规格和管道直径不宜再减小。6.2 确定液压泵工作压力工进时，负载压力25142.3966.24(/)6.62410()64LFpNcmPaA (6-17) 液压泵工作压力55(6.6244.8)1011.410 ()gjLpppPa(6-18) 快退时，负载压力：25270021.88(/)2.8810()32LFpNcmPaA (6-19) 液压泵的工作压力：55(2.886)108.8810()ktLpppPa (6-20) 根据gjp，则溢流阀调整压力取51210Pa。6.3 液压系统的效率由于在整个工作循环中， 工进占用时间最长， 因此，系统的效率可以用工进时的情况来计算。工进速度为0.0010.0167/ms，则液压缸的输出功率为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）6 液压系统性能验算14 42390.0014.239()42390.016770.79()CCNFVWNFVW (6-21) 液压泵的输出功率：5312100.25610307()BNpQW(6-22) 工进时液压回路效率：4.23970.790.0140.23307307CCBNN (6-23) 液压系统效率BYC, 取液压泵效率0.75B，液压缸效率取0.88Y，于是0.750.88(0.0140.23)0.0090.15BYC(6-24) 6.4 液压系统的发热温升验算液压系统总发热功率计算液压泵输入功率：1307409.3()0.75BpQNW (6-25) 液压缸有效功率：24.239()CNNW (6-26) 系统总发热功率：112409.34.239405()HNNW或11(1)409.3(10.009)405.6()HNW (6-27) 油箱散热面积：32322316.666.66(7210)1.15()AVm (6-28) 油液温升：1THTCA，取15TC，则1405.623.5151.15THTCA（） (6-29) 温升没有超出允许范围2535的范围，液压系统中不需要设置冷却器。至此，该铣床液压系统设计计算宣告全部结束。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）参考文献15 参考文献1 王积伟，章宏甲，黄谊. 主编 . 液压传动 . 机械工业出版社.2006.12 2 成大先 . 主编 . 机械设计手册单行本机械传动. 化学工业出版社2004.1 3 何玉林，沈荣辉，贺元成.主编 . 机械制图 . 重庆大学出版社.2000.8 4 路甬祥主编 . 液压气动技术手册. 北京 . 机械工业出版社.2002 5 雷天觉主编 . 液压工程手册 . 北京 . 机械工业出版社.1990 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -