液压系统设计说明书专用铣床液压系统设计

1、液压传动课程设计计算说明书设计题目：专用铣床液压系统设计学院： 机电工程学院专业： 机械设计制造及其自动化班级： 11机三姓名： 张敏指导老师：徐建方2013年12月28日目录摘 要3一设计目的、要求及题目5（一）设计的目的5（二）设计的要求5（三）设计题目6二负载工况分析71、工作负载72、摩擦阻力73、惯性负荷7三绘制负载图和速度图8四初步确定液压缸的参数101、初选液压缸的工作压力112、计算液压缸尺寸123、液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值如下表134、绘制液压缸的工况图（图3）145、液压缸工况分析15五拟定液压系统图161、选择液压基本回路162、组成系统图20六选

2、择液压元件221、确定液压泵的容量及电动机功率222、控制阀的选择233、确定油管直径244、确定油箱容积25七 液压系统的性能验算261、液压系统的效率28小结29参考文献30摘 要本次课程设计的是液压专用铣床的液压设计，专用铣床是根据工件加工需要，以液压传动为基础，配以少量专用部件组成的一种机床。在生产中液压专用铣床有着较大实用性，可以以液压传动的大小产生不同性质的铣床。此次设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中，巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法，正确合理的确定执行机构，选用标准液压元件，能熟练的运用液压基本回路，组成满足基本性能要求的液压系统。在设计过

3、程中最主要的是图纸的绘制，这不仅可以清楚的将所设计的内容完整的显示出来，还能看出所学知识是否已完全掌握了。整个设计过程主要分成六个部分：参数的选择、方案的制定、图卡的编制、专用铣床的设计、液压系统的设计以及最后有关的验算。主体部分基本在图的编制和液压系统的设计两部分中完成的。关键词 专用铣床 液压传动AbstractThe graduation design is semi-automatic hydraulic special milling machine, hydraulic design special milling machine is based on needs of work

4、, based on hydraulic transmission, match with a few special parts of a machine tool. During production has great practical hydraulic special milling machine, can with hydraulic drive size produces different nature of the milling machine. This design is mainly with my own knowledge will be applied to

5、 design of auxiliary materials, strengthening and deepening prior knowledge of hydraulic system design calculation, the general procedure and method to determine the correct method of actuator, choose standard hydraulic components, can skilled using hydraulic basic circuit, composition satisfy basic

6、 performance requirements of the hydraulic system. In the design process of the main is drawing, which not only can clearly drawn designed by the completeness of the contents will show out, still can see whether the knowledge already complete mastery. The whole design process mainly divided into six

7、 parts: parameter selection, plan formulation, the figure card planning, special milling machine design, hydraulic system design and final relevant calculating. Theme part includes graph preparation and hydraulic system design.Key Words Special milling machine hydraulic transmission 一、 设计目的及要求（一）、设计

8、的目的液压传动与机械传动，电气传动为当代三大传动形式，是现代发展起来的一门新技术。液压传动课是工科机械类专业的重点课程之一。既有理论知识学习，又有实际技能训练。为此，在教学中安排一周的课程设计。该课程设计的目的是：1、 综合运用液压传动及其它先修课的理论知识和生产实际知识，进行液压传动实际实践，从而使这些知识得到进一步的巩固，加深和发展。2、 熟悉和掌握拟定液压传动系统图，液压缸机构设计，液压元件选择以及液压系统的计算方法。3、 通过课程设计，提高设计、计算、绘图的基本技能，熟悉设计资料和技术手册，培养独立分析和解决问题的能力，为今后毕业设计及设计工作打下必要的基础。（二）、设计的要求1、设计

9、时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济；2、独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭；3、在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。不能直接向老师索取答案。4、液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。具体题目由指导老师分配，题目附后；5、液压传动课程设计一般要求学生完成以下

10、工作：（1）、设计计算说明书一份； （2）、液压传动系统原理图一张（A1号图纸，包括工作循环图和电磁铁得电顺序表）。（3）、设计工作流程图液压系统设计与整机设计是紧密联系的，设计步骤的一般流程如图明确液压系统的设计要求否否 液 压 CAD是否符合要求？绘制工作图，编制技术文件是否通过？ 验标液压系统性能 选择液压元件 拟定液压系统原理图 确定执行元件主要参数执行元件运动与负载分析是 结 束是 下面将按照这一流程图来进行本次液压课程设计。（三）、设计题目设计一台专用铣床液压系统，要求实现“夹紧快进工进快退原位停止松开”的自动工作循环。设计要求如下：夹紧力为3500N，工作缸的最大有效行程为400

11、mm、工作行程为200mm、工作台自重3000N，工件及液压夹具最大重量为1000N，采用平导轨和V型导轨，水平切削力为12000N，垂直切削力为2000N，工作台快进、快退速度为4m/min，工作进给速度为401000mm/min。设静摩擦系数fj=0.2，动摩擦系数fd=0.1，试设计该机床的液压系统。二、 负载工况分析1、工作负载 工作负载对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，即水平切削力，Fw=12000N。2、摩擦阻力静摩擦阻力Ffj=fj(G1+G2+G3)=0.2(3000+1000+2000) N=1200 N动摩擦阻力Ffd=fd(G1+G2+G3)=0.1(30

12、00+1000+2000) N=600NG1-工作台重量G2-工件和夹具最大重量G3-垂直切削力3、惯性负荷Fa=(G1+G2+G3) /gt=(3000+1000+2000) 4/9.80.160 N = Ng 重力加速度2 工进速度t 三、 绘制负载图和工作图取液压缸的机械效率=0.9，计算液压缸各工作阶段的负载情况。启动：F=Ffj=1200 NF=F/=1200/0.9 N=1333N加速：F=Ffd+Fg=600+408.16=1008.16NF快进：F=Ffd=600 N F=F/=600/0.9=667 N工进：F=Ffd+Fw=600+12000=12600 N F=F/=12

13、600/0.9=14000 N快退：F=Ffd=600 N F=F/=600/0.9=667 N液压缸各阶段负载情况阶段负载计算公式液压缸负载F/N液压缸推力F/N启动F=Ffj12001333加速F=Ffd+Fg1120快进F=Ffd600667工进F=Ffd+Fw1260014000快退F=Ffd600667根据工况负载F及行程S，绘制负载图：根据快进速度1、工进速度v2和行程S，绘制速度图：四、 确定液压缸参数表2 按负载选择工作压力负载/KN50工作压力/MPa=5表3 各种机械常用的系统压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床

14、组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032表4 执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统回油路带调速阀的系统回油路设置由背压阀的系统用补油泵的闭式回路回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短且直接回油可忽略不计表5 按工作压力选取d/D工作压力/MPad/D表6 按速比要求确定d/D2d/D注：无杆腔进油时活塞运动速度；1、液压缸的工作压力根据负载并查表2、3，初选工作压力P1=3MPa由设计要求可知，导轨要求快进、快退的速度相等，故液压缸选用单活塞杆式的，快进时采用差动连接，且液压缸活塞杆直径d0.7D。快进和工进的速度换接用三位五通电磁

15、阀来实现。 铣床液压系统的功率不大，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。考虑到铣床可能受到负值负载，故采用a。2.计算液压缸尺寸鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，可选用单杆式差动液压缸。无杆腔工作面积A1，有杆腔工作面积A2，且A1=2A2，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.7D的关系。查表4，回油路上背压P2油路压力损失A1=F/(P1-P2/2)=1400010-6/(3-0.8/2)m2=10-4m2D=mmd=0.7D=mm按GB/T2348-2001将直径圆整成就进标准值D=80mmd=63mm液压缸两腔的实际有效面积为：A1=D2/4=10-4m2A2=(D2-d2

16、)/4=10-4m2根据上述D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力3、液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算工况推力F/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量输入功率计算公式快进启动13330-加速1120P-恒速667工进140000.23快退启动13330-加速1120-恒速6674、绘制液压缸的工况图图三5、液压缸工况分析机床工况由题可知为：按设计要求，希望系统结构简单，工作可靠，估计到系统的功率不会很大，且连续工作，所以决定采用单个定量泵，非卸荷式供油系统；考虑到铣削时可能有负的负载力产生，故采用回油节流调速的方法；为提高夹紧力的稳定性与可靠性，夹紧系统采用单向

17、阀与蓄能器的保压回路，并且不用减压阀，使夹紧油源压力与系统的调整压力一致，以减少液压元件数量，简化系统结构；定位液压缸和夹紧液压缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，并采用压力继电器发讯启动工作，以简化电气发讯与控制系统，提高系统可靠性。五拟定液压系统图1、选择液压基本回路 首先要选择调速回路。 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。为防止铣完工作时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加被压阀。考虑到铣床可能受到负值负载，故采用回油路调速阀节流调速方式，并选用开式循环。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

18、、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=0.4/(1.5810-2)25：其相应的时间之比(t1+t2)/t2。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、节省能量角度看来，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变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。该系统的流量、压力较小，可选用定量泵和溢流阀组成的供油源，液压系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，铣床加工有顺锉和逆锉之分，可采用进流口节流的调速形式，具有承受

19、负切削的能力，如图（a） （a）选择快速运动回路和换向回路。 由设计依据可以知道，设计过程中不考虑工件夹紧这一工序，并且从快进到工进时，输入液压缸的流量从降到，速度变化不是很大，所以采用电磁换向阀来实现速度的换接。压力继电器发讯，由电磁换向阀实现工作台的自动启动和换向。同时为了实现工作台能在任意位置停止，泵不卸载，故电磁阀必须选择O型机能的三位五通阀。由于要求工作台快进与快退速度相等，故快进时采用差动连接来实现快速运动回路，且要求液压缸活塞杆直径。本系统已选择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，单杆

20、液压缸要作差动连接，为保证换向平稳，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。系统采用节流调速回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。如图（b）(b)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(v1/v2=4.5/0.145)，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。避免液压冲击，宜选用行程阀来控制速度换接，如图（c）（c）选择调压和卸荷回路 设计过程中，在油源中采用溢流阀来调定系统的工作压力，因此调压问题基本上已经在油源中解决，无须在另外设置调压系统。这里的溢流阀同时还能起到安全阀的作用。

21、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，无需另调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过夜空顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需要再设卸荷回路。将上面选出的液压基本回路组合在一起，并修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理，如图3所示。在图3中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀6。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀13。图中增设了一个压力继电器14。当滑台碰上死挡块后，系统压

22、力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。2、组成液压系统图根据各液压基本回路组成液压系统图,如图（d） (d) 专用铣床液压系统原理图1、滤油器 2、定量泵 3、单向阀 4、三位五通电磁换向阀5、二位二通电磁换向阀 6、调速阀 7、单向阀 8、液压缸9、单向阀 10、溢流阀 11、顺序阀 12、溢流阀 13、单向阀系统油路分析:1)、快进进油路：油箱滤油器1定量泵2单向阀3三位五通电磁换向阀4左位行程阀5左位液压缸8右腔回油路：液压缸8左腔三位五通电磁换向阀4左位单向阀9行程阀5左位液压缸8右腔2）、工进进油路：油箱滤油器1油泵2单向阀3换向阀4左位调速阀6液压缸8右腔回油路：液压缸8左腔

23、三位五通电磁换向阀4左位溢流阀10顺序阀11油箱3）、快退进油路：油箱滤油器1油泵2单向阀3三位五通电磁换向阀4右位液压缸8左腔回油路：液压缸8右腔单向阀7换向阀4右位单向阀13油箱同时电磁铁的动作顺序表如下： 表3液压专用铣床电磁铁动作顺序表 工序1Y2Y3Y4Y5YYJ 工作缸快进+-+-+工作缸工进+- - -+工作缸快退-+- - -+六、选择液压元件1、确定液压泵的容量及电机功率1）、液压泵（1） 计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=MPa,如在调速阀进口节流阀调速回路中，选取进油路上的总压力损失p

24、=0.5 MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差pe，则小流量泵的最高压力估算为P1+p+=+0.5 )MPa = MPa大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表7可见，快退时液压缸的工作压力为，比快进时大，考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小。取回油路泄露系数取 ，(2) 总流量：QB=KQmax.68) L/min=L/min根据上述计算数据查泵的产品目录,选用YB-A9B定量式叶片泵,输出流量。）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，液压泵总效率,则电动机功率为：P= (1.40+0.5+0.5) 1.14/6060 kW根据此数据按JB/T9

25、6161999，查阅电动机产品样本选取Y90S型三相异步电动机，其额定功率P=0.75Kw,额定转速n=1000r/min。2控制阀的选择根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元件的型号及规格，如下表：序号元件名称额定流量L/min额定压力MPa型号规格1滤油器16XU10x2002定量式叶片泵7YB-A9B3单向阀6316AF3-Ea10B4三位五通电液阀801835DYF3Y-E10B5行程阀6316AXQF-E10B6调速阀0.0750167单向阀63169单向阀6316AF3-Ea10B10背压阀63YF3-10B11顺序阀2037X2F-L

26、10F12溢流阀63YF3-10B13单向阀6316AF3-Ea10B4、 确定油管直径各元件间连接管道的规格按原件接口尺寸决定，液压缸则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算，如下表所示。油液在压油管中的流速取3m/min，d2=2油液在吸油管中的流速取1m/min,d2=2两个油管都按GB/T2351-2005选用外径15mm、内径12mm的无缝钢管。流量、速度快进工进快退输入流量L/minq1=(A1qp)/(A1-A2)=(6)/(-)=12.04q1=qp=6排出流量L/minq2=(A2q1)/A1=(x12.

27、04)/=6.04q2=(A2q1)/A1)/q2=(A1q1)/A2=(6)/=11.964、确定油箱容积取为7时，求得其容积为：V=qp=76 L=42 L按JB/T7938-1999规定，取标准值V=100L。七、液压系统性能的验算1、液压系统的效率（压力损失计算） 1）、快进滑台快进时，液压缸差动连接，进油路上通过单向阀3的流量是6L/min，通过电液换向阀4，液压缸有杆腔的回油与进油路汇合，以12.04L/min通过行程阀5并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为pv=0.2(6/63)2+0.5(6/80)2+0.3(12.04/63)22MPa压力阀不会被打开，油泵的流量全部进入液压

28、缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀4和单向阀9的流量都是6.04L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀5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p=p2-p1=0.5(6.04/80)2+0.2(6.04/63)2+0.3(12.04/63)2 87)MPa 5MPa此值小于原估计值，所以是安全的。2）、工进工进时，油液在进油路上通过电液换向阀4的流量为0.5L/min,在调速阀7处得压力损失为，油液在回油路上通过换向阀4的流量是，在背压阀10处得压力损失为，通过顺序阀11的流量为（6+0.04），因此这时液压缸回油腔的压力p2为p2=0.5(0.24

29、/80)2+0.5+0.3(6.24/63)2 =(0.002+0.5+0.030)MPa 此值小于原估计值。重新计算工进时液压缸进油腔压力p1p1=(F+p2A2)/A1=(14000+0.810610-4)/10610-4=2.87MPa此数值与接近。3）、快退快退时，油液在进油路上通过换向阀4的流量为6L/min；油液在回油路上通过单向阀7、换向阀4和单向阀13的流量都是11.96L/min，因此进油路上总压降为pv1=0.2(6/63)2+0.5(6/80)2 =(0.019+0.038)MPa =0.057 MPa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pv2=0.2(11.96/63)2+0.5(11.96/80)2+0.2（11.96/63）2 =(0.037+0.074+0.037)MPa 此值与接近，不必重算。所以快退时液压泵的最大工作压力pp应为pp=p1+pv1=(+0.057)MPa=7MPa因此液压泵卸荷的顺序阀11的调压应大于7MPa。2、液压系统的热量温升验算工进在整个工作循环过程中所占的时间几乎占据整个工作循环周期，所以系统发热和油液温升可用工进时的情况来计算。工进时液