设计一台铣床液压系统.doc

液压与气压传动技术液压与气压传动技术 课课 程程 设设 计计 说明书说明书 学 院 机电工程学院 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2014 年 1 月 10 日 课程设计任务书 学院机电学院班级姓名 设计起止日期2013 年 12 月 30 日 2014 年 1 月 10 日 设计题目 设计一台专用铣床的液压系统 设计任务 主要技术参数 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 5000N 工件夹具重量为 2000N 铣削阻力最大为 10000N 工作台快进 快退速度为 5 5m min 工作进给速度为 0 05 1 2m min 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 fs 0 2 fd 0 1 工作台快进行程为 0 4m 工进行程 为 0 1m 要求完成以下工作 1 进行液压系统工况分析 绘制工况图 2 设计液压缸 3 制订液压系统原理图 绘制控制元件动作顺序表 4 计算液压系统 选择标准液压元件 5 绘制液压系统原理图 6 验算液压系统的性能 7 编写 整理设计说明书 指导教师评分 项目项目分值分值 出勤情况10 一次缺席扣 2 分 两次缺席扣 4 分 三次缺席扣 10 分 出勤 情况连带影响学习态度和质疑 答辩成绩 学习态度10 学习态度认真 遵守纪律 第一次 10 负载图正确 3 分 速度图正 确 2 分 液压缸设计步骤准 确 2 分 工况图填写正确 2 分 工况图画法正确 1 分 第二次 10 液压系统图设计正确 3 分 液压泵规格选择正确 2 分 电动机功率计算准确 1 分 液压阀选择准确 3 分 辅助 元件的设计 1 分 质 疑 答 辩 第三次10 液压系统速度验算 3 分 效 率验算 4 分 温升验算 3 分 答辩20 抽题答辩 说明书质量30 内容完整 5 分 结构设计合 理 5 分 计算准确 5 分 结论准确 5 分 撰写规范 工整 5 分 排版准确 5 分 总 分 教师签字 年 月 日 目目 录录 1 1 课程设计的目的课程设计的目的 1 2 负载分析负载分析 1 2 1 负载计算 负载图 1 2 2 速度分析 速度图 2 3 3 初步确定液压缸的结构尺寸初步确定液压缸的结构尺寸 3 3 1 初选液压缸的工作压力 3 3 2 计算确定液压缸的主要结构尺寸 3 4 4 液压缸的工况分析与工况图液压缸的工况分析与工况图 4 5 5 拟订液压系统原理图拟订液压系统原理图 5 5 1 选择液压基本回路 5 5 2 将液压回路综合成液压系 7 6 6 计算和选择液压元件计算和选择液压元件 8 6 1 确定液压泵的规格与电动机功率 8 6 2 液压阀的选择 10 6 3 油管设计 11 6 4 确定油箱容积 11 7 7 液压系统主要性能的验算液压系统主要性能的验算 12 7 1 液压缸速度的验算 12 7 2 系统中的压力损失验算 13 7 3 液压系统的效率和温升的验算 16 参考文献参考文献 17 0 1 1 课程设计的目的课程设计的目的 液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节 通过该教学环节 要求达到 以下目的 1 巩固和深化已学知识 掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤 培养学生工程设 计能力和综合分析问题 解决问题能力 2 正确合理地确定执行机构 选用标准液压元件 能熟练地运用液压基本回路 组合 成满足基本性能要求的液压系统 3 熟悉并会运用有关的国家标准 部颁标准 设计手册和产品样本等技术资料 对学 生在计算 制图 运用设计资料以及经验估算 考虑技术决策 CAD 技术等方面的基本技 能进行一次训练 以提高这些技能的水平 2 负载分析负载分析 2 12 1 负载计算负载计算 负载图负载图 已知工作负载 重力负载 N10000Fw 0FG 启动加速时 N10002 05000Ff 快进 工进 快退时 N5001 05000Ff 按加减速时间和运动部件的重量 根据动量定理 计算可得惯性负载 由 Ftmv 得到 916 67N 0 05F 60 5 5 10 5000 a a F 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 m 1 表 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 mf FF 1111 11N 加速 maf FFF 2129 63N 快进 mf FF 555 56N 工进 mwf FFF 11666 67N 快退 mf FF 555 56N 图 1 2 22 2 速度分析速度分析 速度图速度图 根据题义 快速进 退速度相等 即 行程为 smvv 5 5 31 ml4 0 1 工进速度 行程为 根据这些画出速ml5 0 3 min 2 1 05 0 2 mv ml1 0 2 度分析图 2 图 2 3 3 初步确定液压缸的结构尺寸初步确定液压缸的结构尺寸 3 13 1 初选液压缸的工作压力初选液压缸的工作压力 组合机床的最大负载为 11666 67N 时宜初选液压缸的工作压力 p1 3MPa 3 23 2 计算确定液压缸的主要结构尺寸计算确定液压缸的主要结构尺寸 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 2 即 D d 查表取回油路背压为 0 5MPa 液 1 A 1 A 2 A 2 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 FApAp 2211 42 4 1 A 21 5 0pp F 6 10 5 05 03 67 11666 2 cm 则 D 7 35cm 73 5mm 2 A 2 4 1 D 1 4A 3 圆整取 D 75mm 又因为 d 得出 d 51 97mm 查表将其圆整为 d 52mm 计算出液压缸的实际 D 2 2 面积 工进时采用调速阀调速 24 1 1018 44mA 2 A 1 A 2 4 1 d 24 1094 22m 其最小稳定流量 0 05L min 按公式进行计算 min q q v 10 故满足要求 2 cm 2 A 4 4 液压缸的工况分析与工况图液压缸的工况分析与工况图 表 2 液压缸在工作循环各阶段压力 流量和功率值 工况推力 F0 N 回油腔压 力 p2 MPa 进油腔压 力 p1 MPa 输入流量 q L min 输入功率 P KW 计算公式 启动 1111 11 0 69 加速 2129 63p1 0 51 56 快 进 恒速 555 56p1 0 50 811 60 08 21 20 1AA PAF p 121 AAq qpP 1 工进 11666 6 7 0 62 640 22 5 30 01 0 23 1 220 1A ApF p 21 Aq qpP 1 启动 1111 11 0 47 加速 2129 630 51 89 快 退 恒速 555 560 50 912 610 19 2 120 1A ApF p 32 Aq qpP 1 4 图 3 5 5 拟订液压系统原理图拟订液压系统原理图 5 15 1 选择液压基本回路选择液压基本回路 1 选择调速回路 这台机床液压系统功率较小 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 为防止铣完工件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 2 选择油源形式 从工况图可以清楚看出 在工作循环内 液压缸要求油源提供快进 快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液 最大流量与最小流量之比 qmax qmin 25 这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作 从提高 系统效率 节省能量角度来看 选用单定量泵油源显然是不合理的 为此可选用限压式变 5 量泵或双联叶片泵作为油源 考虑到前者流量突变时液压冲击较大 工作平稳性差 且后 者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动 最后确定选用双联叶片泵方案 如图 a 所示 3 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动 回路实现快速运动 考虑到从工进转快退时回油路流量较大 故选用换向时间可调的电液 换向阀式换向回路 以减小液压冲击 由于要实现液压缸差动连接 所以选用三位五通电 液换向阀 如图 b 所示 4 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时 速度变化大为减少速度换 接时的液压冲击 选用行程阀控制的换接回路 如图 c 所示 5 选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后 调压和卸荷问题都已基本解 决 即滑台工进时 高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定 无需另设调压回路 在滑台工进和停止时 低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷 高压小流量泵在滑台停止时虽 未卸荷 但功率损失较小 故可不需再设卸荷回路 6 5 25 2 将液压回路综合成液压系将液压回路综合成液压系 图 4 1 双联叶片泵 2 三位五通电磁换向阀 3 行程阀 4 调速阀 5 6 10 13 单向阀 7 顺序 阀 8 9 溢流阀 11 过滤器 12 压力表开关 14 压力继电器 7 5 35 3 控制元件动作顺序表控制元件动作顺序表 表 3 注 表中 表示电磁铁通电 表示电磁铁断电 表示行程阀抬起至压下或压力继电器微动 开关从断开至合上 相反 6 6 计算和选择液压元件计算和选择液压元件 6 16 1 确定液压泵的规格与电动机功率确定液压泵的规格与电动机功率 6 1 16 1 1 液压泵规格液压泵规格 1 液压泵的工作压力 工进时液压泵最大工作压力的计算 工进时液压缸的最大工作压力为 2 64MPa 如进油路上的压力损失取 0 8 MPa 为了 使压力继电器能可靠 有效地工作 取其调整压力比系统最大工作压力再高 0 5 MPa 则 系统在工进时的最高工作压力应为 3 94MPa 5 08 064 2 pA P 快速运动时液压泵最大工作压力的计算 双联泵中的大流量泵只有在快进和快退运动时才向系统供油 由工况图可 电磁铁注动作名称信号来源 1YA2YAYJ 行程 阀 3 快进启动按钮 工进当块压下行程开关 死挡铁停留工作部件压在死挡铁处 快退压力继电器发讯 原位停止挡铁压下终点开关 8 知 快退时的工作压力比快进时大 为 1 89MPa 如取快退时进油路上的压力 损失为 0 5MP a 则系统在快退时的最高工作压力应为 2 49MPa5 089 1 pB P 2 液压泵流量计算 取系统泄露系数 K 1 2 系统在快退时需要最大流量为min 61 12L 则两个泵的总流量为13 1561 122 1 max pp KQQ 工进时的最大流量为 考虑到溢流阀的最小稳定流量为 3L min 则大流min 3 5 L 量泵的流量最少应为 8 3L min 所以选取液压泵规格为 YB 10 12 双联叶片泵 转速为 960r min 压力 6 3MPa min 7min 9LQLQ BA min 16LQp 3 确定液压泵规格 按液压泵的额定压力应高于最大工作压力的 25 60 即 m P 3 94 1 25 1 6 4 925 6 3 MPa 6 0 25 0 1 max pm PP 6 1 26 1 2 电动机功率电动机功率 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 2 0 5 1 7Mpa 液压泵的总效率为 p 0 8 液压泵流量为 15 13L min 则电动机功率为 550W 8 060 1016107 1 36 pqpq pP 据此选用 Y100 6 型立式电动机 其额定功率为 1 5KW 转速为 960r min 9 6 26 2 液压阀的选择液压阀的选择 表 4 液压元件型号与规格 序号液压元件名称通过的最大实 际流量 L min 型号规格接口 尺寸 数量 1 双联叶片泵 YB1 1616L min 6 3MPa 1 2 滤油器 25XU 40 10040 L min 100 m 1 3 单向阀 25I 25B25 L min 6 3MPa 122 4 溢流阀 10Y 25B25 L min 6 3MPa 121 5 液控顺序阀 17 5XY 25B25 L min 6 3MPa 121 6 背压阀 5X2F B10D20 L min 0 5 1 MPa 101 7 三位五通电磁阀 4435D 63BY63 L min 6 3MPa 181 8 单向阀 44I 63B63 L min 6 3MP 181 9 行程阀 4422C 63BH63 L min 6 3MP 181 10 调速阀 10Q 25B 0 05 25 L min 6 3MPa 121 11 压力继电器 DP1 63B 调压范围 1 6 3MPa 111 12 压力表开关 K 6B6 3MPa 41 13 压力表 Y 60 测量范围 M14 1 5 1 10 6 36 3 油管设计油管设计 液压缸在快进和快退时无杆腔流量较大 计算在快进时液压缸的无杆腔流量 31 5L min 1 21 1 A AA Q Q p 94 2218 44 18 4416 液压缸在快退时无杆腔的排油量 29 1L min 2 1 2 A AQ Q p 94 22 18 4416 所以液压缸进出油管的流量按快退时回油管流量计算 并按压力管路的推荐流速 来计算油管内径 dsmv 3 14 3mm v Q d 2 603 10 1 29 2 3 2 1043 1 m 选取内径为 15mm 的无缝钢管 6 46 4 确定油箱容积确定油箱容积 LQV p 961666 11 7 7 液压系统主要性能的验算液压系统主要性能的验算 7 17 1 液压缸速度的验算液压缸速度的验算 表 5 输入流量 L min 排出流量 L min 移动速度 m min 快进 差动 5 31 94 2218 44 94 2216 16 21 2 21 AA QA Q QQQ 5 15 16 5 31 12 QQQ 1 7 10 94 2218 44 1016 4 3 21 1 AA Q v 工进 3 5 2 0 2 Q 75 2 103 0 3 5 2 0 18 44 94 22 1 1 2 2 Q A A Q 2 1 045 0 1018 44 10 3 5 2 0 4 3 1 1 2 A Q v 快退 16 2 QQ 14 29 94 22 18 44 16 1 2 1 2 A A Q Q 6 6 1094 22 1016 4 3 2 A Q v 流量 及速 度 工 序 12 7 27 2 系统中的压力损失验算系统中的压力损失验算 液压元件在额定流量下的额定压力损失 元件 压力损失 35D 63BYI 25BXY 25BI 63B22C 63BHQ 25B pvn 105Pa 423225 液压缸进 出油口至阀组装置中的管道按选定的管道尺寸 即 d 15mm 进 回油管长 度暂且均按 2m 估算 油液的运动粘度取 压力损失验算应按整个工作smv 1046 26 循环中不同阶段分别进行 1 快进 1 进油路损失 快进时 进油管中液流的雷诺数 968 2320 6010151046 10 5 3144 Re 36 3 1 vd Q v vd 管道中的流动状态为层流 应按公式计算进油管路的沿程压力损失 即 0 46 Pa 5 4 66 5 4 1 6 1 10 15 2 5 311046108 10 108 d lvQ Pl 5 10 进油管的局部压力损失可按式估取为 0 1 0 1 0 46 0 046 1 P n P 5 10Pa 5 10 由系统原理图可以看出 快进时 液压缸差动链接 通过单向阀 10 的流量是 9L min 通过三位五通阀 13 的流量是 16L min 然后以流量 31 5L min 通过行程阀 3 由 此可算出快进时的总降压 5222 1 10 63 5 31 2 63 16 4 25 9 2 v PPa 5 1002 1 13 快进时进油路上总的压力损失 PaPPPP vl 55 1111 1052 1 10 02 1 046 0 46 0 2 回油路损失 同理可判断快进时回油路中液流的流动状态是层流 回油管路的流量可知 其压力损失min 5 15 2 LQ Pa d lvQ Pl 55 4 66 4 2 6 2 1022 0 10 15 2 5 151046108108 快进时回油路上的局部 PaPP l 55 22 10022 0 1022 0 1 01 0 快进时液压缸的油液经三位五通电磁阀 13 和单向阀 6 的流量均为 15 5L min 然后经 行程阀 3 流入液压缸无杆腔 由此可算出快进时有杆腔压力至无杆腔的总降压 PaPv 5522 2 1001 1 10 63 5 15 4 25 5 15 2 由此可计算出快进时有杆腔压力与无杆腔压力的差 2 P 1 P PaPPPP vl 55 2222 1025 1 10 01 1 022 0 22 0 2 工进 工进时进油路的最大流量 回油路的最大流量为 min 3 5 LQl min 75 2 LQz 同理可判断工进时进油路与回油路中液流的流动状态是层流 1 进油路 进油管路的沿程压力损失 Pa d lvQ Pl 55 4 66 5 4 1 6 1 10077 0 10 15 23 51046108 10 108 进油管的局部压力损失为 PaPP l 55 11 10008 0 10077 0 1 01 0 由系统原理图可以看出 工进时 通过三位五通电磁阀 13 的最大流量是 5 3L min 通过调速阀 4 上的最小压力损失为 0 5MPa 由此可算出进油路上总阀降压为 PaP 552 1v 1009 5 10 5 63 8 6 4 工进时进油路上总的压力损失 14 PaPPPP vl 55 1111 1017 5 1009 5 008 0 077 0 2 回油路损失 工进时回油管路沿程压力损失 a1004 0 10 15 275 2 1046108 10 108 55 4 66 5 4 2 6 2 P d lvQ Pl 回油管的局部压力损失 PaPP l 55 22 10004 0 1004 0 1 01 0 由系统原理图可以看出 工进时回流通过三位五通电磁阀 13 的最大流量是 2 75L min 通 过调速阀 4 上最小压力损失为 0 5MPa 由此可算出回油路上总阀降压为 PaPv 552 2 1001 5 10 5 63 75 2 4 工进时回油路上总的压力损失 PaPPPP vl 55 2222 10054 5 10 01 5 004 0 04 0 3 快退 快退时进油路最大流量为 回油路的最大流量为 min 16LQl min 14 29 2 LQ 同理可判断快退时进油路和回油路中液体流动状态是层流 1 进油路 进油管路的沿程压力损失 Pa d lvQ Pl 55 4 66 5 4 1 6 1 1023 0 10 15 2161046108 10 108 进油管的局部压力损失为 PaPP l 55 11 10023 0 1023 0 1 01 0 由系统原理图可以看出 快退时 通过三位五通电磁阀 13 的流量是 16L min 由此可 算出进油路上的总阀降压为 PaP 552 1v 1026 0 10 63 16 4 快退时进油路上总的压力损失 a10513 0 1026 0 023 0 23 0 55 111 l1 PPPPP v 2 回油路损失 15 快退时回油管路的沿程压力损失 Pa d lvQ Pl 65 4 66 5 4 2 6 2 1042 0 10 15 214 291046108 10 108 快退时回油路上总的局部损失 a10042 0 1042 0 1 01 0 55 22 PPP l 由系统原理图可知 快退时液压缸的有杆腔中的油液经电磁阀 13 与单向阀 6 均为 29 14L min a1028 1 10 63 14 29 4 63 14 29 2 5522 2 PPv 由此可算出快退时回油路管阀的总降压 PaPPPP vl 55 2222 10742 1 10 28 1 042 0 42 0 7 37 3 液压系统的效率和温升的验算液压系统的效率和温升的验算 因工进时间占