液压传动课程设计专用铣床液压系统设计.doc

青岛滨海学院课程设计液压传动课程设计 学号： 20120460347 姓名： 院部： 机电工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化指导教师： 成绩： 完成时间： 2014年12月 27日 目录任务题目1一、负载与运动分析11.负载分析12.速度分析2 二、 确定液压缸主要参数31. 液压缸主要尺寸的确定3 2.计算液压缸在工作循环各阶段压力、流量和功率值3三、拟定液压系统图51. 选择基本回路52 .回路合成7四、系统图的原理91 .快进92. 减速93. 工进104. 死挡铁停留105. 快退106. 原位停止10五 、液压元件的选择101.液压泵及驱动电机功率的确定102.元件、辅件选择11六 、液压系统性能的运算151 .验算系统压力损失并确定压力阀的调整值15七、系统油液温升验算16八 、设计总结17 参考文献18任务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：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。铣床工作台重量6000N，工件夹具重量为2000N，铣削阻力最大为9000N，工作台快进、快退速度为5mmin，工作进给速度为0.061mmin，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fs0.2，fd0.1，工作台快进行程为0.5m。工进行程为0.1m，试设计该机床的液压系统。一、负载与运动分析1.负载分析(1)工作负载 对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载 即:  (2)惯性负载 往复运动加、减速时间为0.05s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为5m/min，因此惯性负载可表示为 阻力负载导轨的正压力等于动力部件的重力，静、动摩擦分别为fs0.2，fd0.1，静摩擦阻力：动摩擦阻力:取液压缸的机械效率=0.9，则液压缸工作阶段的负载值见表1-1表1-1 工作循环各阶段的外负载工况负载值推力起动1333加速1778快进667工进10667快退6672.速度分析二、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10667N，查表11-2，取液压缸工作压力为2.5MPa。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和A2，且，即，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 可得 将这些直径圆整成就近标准值得： 计算出液压缸的有效面积工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量=0.05L/min,按（9-1）式进行计算：，故满足要求。2.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, 即计算结果见表 2-1。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）回油被压进油压力流入流量输入功率快进起动 133300.86加速17781.521.02_恒速6671.120.6214.130.15工进106670.52.340.30.0117快退起动 133300.61_加速17780.51.95恒速6670.51.44110.26把表2-1 中计算结果绘制成工况图，如图2-2所示。快进和快退的速度为工进的速度 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47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。快进快退所需要的时间和工进所需要的时间分别为 因此 为提高系统效率、节省能量的角度上来看，宜选用大小两个液压泵自动并联供油的油源方案。图3-1双泵供油油源（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。图3-2速度换接回路（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。图3-3换向回路（5）压力控制回路 大泵卸荷需要设安全阀。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。（5）为了便于系统自动发出快退信号起见，在调速阀输出端需增设一个压力电器。 液压系统图3-41双联叶片泵 2三位五通电磁换向阀 3行程阀 4、15调速阀 5、6、10、13单向阀 7顺序阀 8背压阀 9溢流阀 11过滤器 12压力表开关 14压力继电器 16二位二通电磁换向阀四、系统图的原理1.快进 快进如图所示，按下启动按钮，电磁铁1YA通电，由泵输出地压力油经2三位五通换向阀的左侧，这时的主油路为： 进油路：泵 向阀10三位五通换向阀2（1YA得电）行程阀3液压缸左腔。 回油路：液压缸右腔三位五通换向阀2（1YA得电）单向阀6行程阀3液压缸左腔。由此形成液压缸两腔连通，实现差动快进，由于快进负载压力小，系统压力低，变量泵输出最大流量。2.减速当滑台快到预定位置时，此时要减速。挡块压下行程阀3，切断了该通路，电磁阀继续通电，这时，压力油只能经过调速阀4，电磁换向阀16进入液压缸的左腔。由于减速时系统压力升高，变量泵的输出油量便自动减小，且与调速阀4开口向适应，此时液控顺序7打开，单向阀6关闭，切断了液压缸的差动连接油路，液压缸右腔的回油经背压阀8流回油箱，这样经过调速阀就实现了液压油的速度下降，从而实现减速，其主油路为： 进油路：泵 向阀10三位五通换向阀2（1YA得电）调速阀4电磁换向阀16液压缸左腔。回油路：液压缸右腔三位五通换向阀2背压阀8液控顺序阀7油箱。3.工进 减速终了时，挡块还是压下，行程开关使3YA通电，二位二通换向阀将通路切断，这时油必须经调速阀4和15才能进入液压缸左腔，回油路和减速回油完全相同，此时变量泵输出地流量自动与工进调速阀15的开口相适应，故进给量大小由调速阀15调节，其主油路为：进油路：泵 向阀10三位五通换向阀2（1YA得电）调速阀4调速阀15液压缸左腔。回油路：液压缸右腔三位五通换向阀2背压阀8液控顺序阀7油箱。4.死挡铁停留当滑台完成工进进给碰到死铁时，滑台即停留在死挡铁处，此时液压缸左腔的压力升高，使压力继电器14发出信号给时间继电器，滑台停留时间由时间继电器调定。5.快退滑台停留时间结束后，时间继电器发出信号，使电磁铁1YA、3YA断电，2YA通电，这时三位五通换向阀2接通右位，因滑台返回时的负载小，系统压力下降，变量泵输出流量又自动恢复到最大，滑快速退回，其主油路为：进油路：泵 向阀10三位五通换向阀2（2YA得电）液压缸右腔。回油路：液压缸左腔单向阀5三位五通换向阀2（右位）油箱。6.原位停止 当滑台退回到原位时，挡块压下原位行程开关，发出信号，使2YA断电，换向阀处于中位，液压两腔油路封闭，滑台停止运动。这时液压泵输出的油液经换向2直接回油箱，泵在低压下卸荷。五、液压元件的选择1.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。为执行原件的最大工作压力，。为进油路的压力损失，取=0.8MPa，压力继电器调整压力高出系统最大工作压力之值为0.5MPa.则工作时小流量泵的最高压力为，大流量泵是在快速运动时才向液压缸输油的，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5MPa，则大流量泵的最高工作压力为（2）液压泵流量计算 表中表明，在整个工作循环过程中，液压油源应向液压缸提供的最大流量出现在快进工作阶段，为14.13 L/min，若整个回路中总的泄漏量按液压缸输入流量的10%计算，则液压油源所需提供的总流量为： 工作进给时，液压缸所需流量约为0.5 L/min，但由于要考虑溢流阀的最小稳定溢流量3 L/min，故小流量泵的供油量最少应为3.5L/min。据据以上液压油源最大工作压力和总流量的计算数值，因此选取PV2R126/26型双联叶片泵，其中小泵的排量为6mL/r，大泵的排量为26mL/r，若取液压泵的容积效率=0.9，则当泵的转速=940r/min时，液压泵的实际输出流量为 由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为1.94MPa、流量为27.1r/min。取泵的总效率，则液压泵驱动电动机所需的功率为：根据上述功率计算数据，此系统选取Y100L-6型电动机，其额定功率，额定转速。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5-1所示。表5-1 液压元件规格及型号序号元件名称通过的最大流量q/L/min规格型号额定流量qn/L/min额定压力Pn/MPa额定压降Pn/MPa1双联叶片泵PV2R12-6/26(5.1+22)16/142三位五通电液换向阀5035DYF3YE10B8016< 0.53行程阀60AXQFE10B6316< 0.34调速阀<1AXQFE10B6165单向阀60AXQFE10B63160.26单向阀25AF3-Ea10B63160.27液控顺序阀22XF3E10B63160.38背压阀0.3YF3E10B63169溢流阀5.1YF3E10B631610单向阀22AF3-Ea10B6316< 0.0211滤油器30XU63×80-J63< 0.0212压力表开关KF3-E3B 3测点1613单向阀60AF3-Fa10B1006.30.214压力继电器PFB8L0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）油管的选择与计算在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表5-2所列。表5-2 各工况实际运动速度、时间和流量流量、速度快进工进快退输入流量/(L/min）排出流量/(L/min）运动速度/(m/min）由表可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据表中数值，当油液在压力管中流速取3m/s时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：因此与液压缸相连的两根油管可以按照标准选用外径，内径的无缝钢管或高压软管。如果液压缸采用缸筒固定式，则两根连接管采用无缝钢管连接在液压缸缸筒上即可。如果液压缸采用活塞杆固定式，则与液压缸相连的两根油管可以采用无缝钢管连接在液压缸活塞杆上或采用高压软管连接在缸筒上。（3）油箱的设计 油箱的主要用途是贮存油液，同时也起到散热的作用，参考相关文献及设计资料，油箱的设计可先根据液压泵的额定流量按照经验计算方法计算油箱的体积，然后再根据散热要求对油箱的容积进行校核。油箱中能够容纳的油液容积按JB/T79381999标准估算，取时，求得其容积为 按JB/T79381999规定，取标准值V=250L。（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。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。六、液压系统性能验算1.验算系统压力损失并确定压力阀的调整值系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，只能先按课本式（3-46）估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。 快进滑台快进时，液压缸差动连接，由表3和表4可知，进油路上油液通过单向阀10的流量是22L/min，通过电液换向阀2的流量是27.1L/min，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量54.2L/min通过行程阀3并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀6的流量都是27.1L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀3流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力p2与无杆腔压力p1之差。此值小于原估计值0.5MPa，所以是偏安全的。 工进工进时，油液在进油路上通过电液换向阀2的流量为0.5L/min，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa；油液在回油路上通过换向阀2的流量是0.22L/min，在背压阀8处的压力损失为0.5MPa，通过顺序阀7的流量为（0.22+22）L/min=22.22L/min，因此这时液压缸回油腔的压力为p2为 可见此值小于原估计值0.8MPa。故可按表2中公式重新计算工进时液压缸进油腔压力p1，即 此值与表2-1中数值2.34MPa相近。考虑到压力继电器可靠动作需要压差=0.5MPa，故溢流阀9的调压应为 快退快退时，油液在进油路上通过单向阀10的流量为22L/min，通过换向阀2的流量为27.1L/min；油液在回油路上通过单向阀5、换向阀2和单向阀13的流量都是61.94L/min。因此进油路上总压降为 此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为 此值与表2-1中的估计值相近，故不必重算。所以，快退时液压泵的最大工作压力pp应为 因此大流量液压泵卸荷的顺序阀7的调压应大于2.032MPa。七、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。液压缸的最小有效功率为这时大流量泵通过顺序阀7卸荷，小流量泵在高压下供油，所以，两个泵的总输入功率为系统单位时间发热量为 求出油液温升近似值温升没有超出允许范围，液压系统不需要设置冷却器。八、设计总结 这次液压专用铣床液压系统设计，是我们第一次较全面的液压知识的综合运用，通过这次练习，使得我们对液压基础知识有了一个较为系统全面的认识，加深了对所学知识的理解和运用，将原来看来比较抽象的内容实现了具体化，初步掊养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用相关课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展了有关液压系统设计方面的知识。 通过制订设计方案，合理选择各液压零件类型，正确计算零件的工作能力，以及针对课程设计中出现的问题查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在本学科方面的兴趣及实际动手能力，对将来我们在此方面的发展起了一个重要的作用。本次课程设计是我们对所学知识运用的一次尝试，是我们在液压知识学习方面的一次有意义的实践。 在设计中，通过老师的指导，使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面都得到了一次良好的训练。这次课程设计的内容是小型液压机液压系统的设计。这次液压系统课程设计，是我们第一次较全面的液压知识的综合运用，通过这次练习，使得我们对液压基础知识有了一个较为系统全面的认识，加深了对所学知识的理解和运用，将原来看来比较抽象的内容实现了具体化，初步掊养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用相关课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展了有关液压系统设计方面的知识。 本次课程设计是我们对所学知识运用的一次尝试，是我们在液压知识学习方面的一次有意义的实践。在本次课程设计中，我独立完成了自己的设计任务，通过这次设计，弄懂了一些以前书本中难以理解的内容，加深了对以前所学知识的巩固。参考文献1 王积伟，章宏甲，黄谊.液压传动.第二版.北京：机械工业出版社，206.12（20108重印）2 马振福.液压与气动传动.第二版.北京：机械工业出版社，2004.13 成大先.机械设计手册单行本液压传动. 北京：化学工业出版社，20044 陈启松.液压传动与控制手册M. 上海：上海科学技术出版社，2006