专用铣床工作台液压系统设计讲解

1、目录 1 前言 . 1 2 设计技术要求及参数 . 1 3 确定执行元件 . 1 4 系统工况分析 . 1 4.1 动力分析 . 1 4.2 运动分析 . 3 5 计算液压系统主要参数并编制工况图. 3 5.1 预选系统设计压力 . 3 5.2 计算液压缸主要结构尺寸 . 3 5.3 编制液压缸的工况图 . 4 6 制定液压回路的方案，拟定液压系统原理图 . 7 6.1 制订液压回路方案 . 7 6.2 拟定液压系统图 . 8 7 计算并选择液压元件 . 9 7.1 液压泵的计算与选定 . 9 7.2 电机的选定 . 10 7.3 液压控制阀和液压辅助原件的选定 . 11 8 验算 . 11

2、8.1 液压系统的效率 . 11 8.2 液压系统的温升 . 11 设计总结 . 13 参考文献 . 14 专用铣床工作台液压系统设计 1 前言 作为一种高效率的专用铣床，在日常生活中，广泛在大批量机械加工生产中应用。本次课程设计是以专用铣床工作台液压系统为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法及设计步骤，其中包括工作台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。 ?液压传动?课程设计是整个教学过程中最后一个综合性教学环节，通过课程设计可以让我们了解液压传动系统设计的基本方法和设计要求，提高我们运用所学理论知识解决具体工程技术问题的能力。能根据设计任

3、务要求，按照正确的设计步骤，拟定出液压系统。 2 设计技术要求及参数 一台专用铣床的工作台拟采用单杆液压缸驱动。已知条件如下：铣刀驱动电机功率为 P=7.5KW，铣刀直径为 De=120mm，转速 n=350r/min。工作台质量m1=400kg，工件及夹具最大质量为 m2=150kg。工作总行程为 Lz=400mm，其中工进行程为 Lg=100mm。快进和快退速度均为 vk=4.5m/min，工进速度范围为 vg=601000mm/min，往复运动时加、减速时间均为 t=0.05s。工作台水平放置，导轨静摩擦系数为 s=0.2，动摩擦系数为 d=0.1,以下为该铣床工作台进给运动的半自动液压

4、系统设计。 3 确定执行元件 液压系统的动力原件是定量叶片泵，执行元件确定为液压缸（主要运动是往复直线运动） 。 4 系统工况分析 4.1 动力分析 铣床工作台液压缸在快进阶段，启动时的外负载是导轨静摩擦阻力；加速的外负载是导轨动摩擦阻力和惯性力；恒速时是动摩擦阻力；在快退阶段的外负载是动摩擦阻力，由图 3-4 可知： 1 铣床工作台液压缸在工进阶段的外负载是工作负载，即刀具铣削力及动摩擦阻力。g=1078(N) ） （400+150（m1+m2）g=0.2x 静摩擦负载 Ffs= ）（N（400+150）g=539 Ffs=（m1+m2）g=0.1x 动摩擦负载v54.）150（400 ）

5、（N（惯性负载 Fi=m1+m2）=825x t60 x.050 利用铣削力计算公式：TP: 。算得工作负载为 Fi=为负载转矩， （其中，TT=） n22/De3P2n/PT107.5m m =3410N NFe= 132De/60350n/De2De 12010，可算得工作台液压缸在各工况下的外负载和推力，m=0.9 取液压缸的机械效率 见图表： 2 表 3-7 铣床工作台液压缸外负载和推力计算结果 F/N 外负载/N结推力 F 工计算公式 11981078F=Fst 启动 1515F=Ffd+Fi 加 1364 599 恒 539 快F=Ffd 4388 工 F=Fe+Ffd3949 1

6、198F=Fst1078 启 1515 加速 1364 F=Ffd+Fi 快退 539 599 F=Ffd 恒速 运动分析 4.2 。 ，如图 3-6 图）根据设计要求，可直接画出液压缸的速度循环图（v-l 计算液压系统主要参数并编制工况图 5 5.1 预选系统设计压力 。1，预选液压缸的设计压力 P1=3MPa 专用铣床也归属半精加工机床，参考表 计算液压缸主要结构尺寸 5.2由于设计要求工作台快速进退速度相等，故选用单杆差动连接液压缸，使缸的无杆 3 AAAA。经 d=0.707D 和缸径与 D 保持关系满足=2，即杆腔与有杆腔的有效面积d2121 。3，取背压为 0.8MPa 查表 从满

7、足最大推力出发，可算得液压缸无杆腔的有效面积：F43882232O cmm916m691.10.A 1810.610)P)(3(P 2122 液压缸内径：3A4106941.1 mm446.0464mDm0按 GB/T2348-1993（表 2） ，将液压缸内径圆整为D=50mm=5cm。 径圆整为 d=36mm=3.6cm。则液压缸实际有效面积为： 22D14503.21963A （）mm 144422222946）50(D-d36)Ax（） （ mm 242） =1017=- （AAmmA215.3 编制液压缸的工况图 根据上述条件，经计算液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率如下： 压

8、力 a、快进阶段的液压缸压力 FAP1198021.18(MPa)P = 启动时， 11017A 4 FAP1515946x0.521.95(MPa)(一般取被压为 0.5Mp) 加速时， =P 11017AFAP599946x0.521.05(MPa) =恒速时， =P 11017Ab、工进阶段的液压缸力 FAP4388946x0.8222.62(MPa) =P 21017A1c、快退阶段的液压缸压力 FAP11980211.27(MPa) =启动时，P 1946A2FAP15151963x0.5212.64(MPa) =加速时，=P 1946A2PAF5.x0599196321)MPa67

9、(1.恒速时，= =P 1946A2流量 a、快进（恒速时）阶段的流量 361010A=4.58（L/minxq=）vk=1017x4.5x b、工进阶段的流量 A610=1.96（L/min）qmax= vg=1963x1000 x1A610=0.12（L/minqmin= ）vg=1963x60 x 1c、快退（恒速时）阶段的流量 A361010=4.26（L/minx）q= vk=946x4.5x2功率 a、快进（恒速时）阶段的功率 P310/60=80.2（W）P=q=1.05x4.58x 1b工进（最高速度时）阶段的功率 P310/60=85.6（Wq=2.62x1.96x） P=

10、1c快退（恒速时）阶段的功率 P310/60=118.6（W）q=1.67x4.26xP= 1由上述计算结果编制出的液压缸工况图3-73-9 5 6 6 制定液压回路的方案，拟定液压系统原理图制定液压回路的方案，拟定液压系统原理图 6.1 制订液压回路方案 油源型式及压力控制 工况图表明，系统的压力和流量均较小，故可采用电动机驱动的单定量泵供油油源和溢油阀调压方案，如图 3-10 所示。 铣床加工零件时，有顺铣和逆铣两种工作状态，故选用单向调速阀的 调速回路 。由于已选用节流调速回路，故系统必然为开式循环。回油节流调速回路（见图 3-11） 型中位机能的 O” “换向回路与快速运动回路及换接方

11、式 换向回路选用三位四通。采用二位三通电磁换向阀实现液压）电磁换向阀实现液压缸的进退和停止（见图 3-12 3-13） 。缸快进时的差动连接（见图 7 故采用行程控制方式即活动挡块由于本机床工作部件终点的定位精度无特殊要求，控制换向阀电磁铁的通断电以及死挡铁即可实现自动换向和速度换压下电气行程开关， 接。在液压泵进口设置一过滤器以保证吸入液压泵的油液清洁；出口设一辅助回路 单向阀以保护液压泵，在该单向阀与液压泵之间设一压力表及其开关，以便液压阀调压 ） 。和观测（见图 3-14 拟定液压系统图 6.2所示。3-15 在制定各液压回路方案的基础上，经整理所组成的液压系统原理图如图由电磁铁动作顺序

12、表（图中附表）容易了解系统的工作原理及各工况下的油液流动路线 专用铣床液压系统原理图 3-15 图 8 系统的电磁铁动作顺序表附表 电磁铁状工况 3YA 1YA2YA 快进 工进 快退 工作台原为停止 三位四通 7-6-单向阀；电动机；4-溢流阀；5-压力表开关；1-过滤器；2-单向定量泵；3- 10-液压缸单向调速阀；电磁换向阀；8-9-二位三通电磁换向阀； 7 计算并选择液压元件计算并选择液压元件 7.1 液压泵的计算与选定 液压泵的最高工作压力的计算 由，3-2 由工况可以查得液压缸的最高工作压力出现在快退阶段，即 p1=2.64 MPa 则液压泵的最高工。故泵至缸间的进油路压力损失取为

13、 p=0.3MPa 于进油路原件较少， 为：作压力 pp MPa） （pp=2.64+0.3=2.94 液压泵的流量计算 由于进行估算。 （恒速时）阶段的流量 q=4.58L/minqp 泵的供油量按液压缸的快进 qp 应为：K=1.3 系统流量较小，故取泄漏系数，则液压泵供油量 ）（qpqv=Kqlmax=1.34.58=5.95L/min 9 确定液压泵的规格 根据系统所需流量，拟初选液压泵的转速为 n1=1450r/min，泵的容积效率v=0.8，根据式（2-37）可算得泵的排量参考值为： 10005.95qv1000=5.13Vg=（mL/r） 80.1450vn1根据以上计算结果查阅

14、产品样本，选用规格相近的 YB1-6 型叶片泵，泵的额定压力为pn=6.3MPa，泵的额定转速为 n=1450r/min，容积效 z 率 p=0.80。倒推算得泵的额定流量为： q p=Vnv=614500.80=6.96（L/min）比系统流量稍大。 确定液压泵驱动功率由功率循环图 3-9 可知，最大功率出现在快退阶段，已知泵的总效率为 p=0.80，则液压泵快退所需的驱动功率为： pqq)1p(p1(1.670.3)61450ppp=0.357=（KWPp=） 310600.80pp7.2 电机的选定 查表得，选用 Y 系列（IP44）中规格相近的 Y801-4 型卧式三相异步电动机，其额

15、定功率为 0.55kw，转速为 1390r/min。用此转速驱动液压泵时，泵的实际输出流量为 6.67L/min，仍能满足系统各工况对流量的要求。 表 3-8 专用铣床液压系统中控制阀和部分辅助原件的型号规格 通过流量额定流量序额定压名称 /(L/min） /(L/min）号 力/MPa 型号 过滤器 1 6.67 16 2.5 XU-B16100 定量叶片泵 2 6.67 6 6.3 YB-6 交流异步电动机 3 Y801-4 溢流阀 4 6.67 63 6.3 YF3-10B 压力表开关 5 6.3 AF6EP30/Y63 单向阀 6 6.67 80 16 AF3-Ea10B 三位四通电磁

16、换向阀 7 4.58 6 16 34DF3-E4B 单向调速阀 8 4.26 6.3 6.3 AQF3-6aB 二位三通电磁换向阀 4.26 9 10 6.3 23D-10B 液压缸 10 自行设计 单向调速阀 8 中调速阀的最小稳定流量为说 0.01L/min，小于系统工进速度时的回油量明 qmin=A2vg=9466010 V 10-6=0.057（L/min） 10 7.3 液压控制阀和液压辅助原件的选定 根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助原件的最大流量，查产品样本所选择的原件型号规格见表 3-8，其中液压缸需自行设计。 管件尺寸由选定的标准件油口尺寸确定。 本系统属于中低压系

17、统，取经验系数 =5，得油箱容量为： V=apq=56.67L=33.3533L 8 验算验算 8.1 液压系统的效率 ，55Pa2.62510Pa10pp0.63液， （经计算）取泵的效率 0.7521： 压缸的机械效率，回路效率为 0.9GpFA22pp 11A1Qp54106.26510.01103960.4611 5Pa)0.6310( C Qp41019.63BB5Pa10245101.9624，minm/10.29 当工进速度为时 c510627510240.12，0.0178 当工进速度为时min/60mm c510627 0.0120.196(0.290.0178)0.750.

18、9 8.2 液压系统的温升 （只验算系统在工进时的发热和温升）定量泵的输入功率为：Qp561027BykW0.36kWP 3100.7560， 工进时系统的效率系统发热量为：0.012kW0.360.012)0.36(1(1P)kW 11 32，CkW/mK1510油取散热系数箱散热面积 223VmO.065 时，计算出油液温升的近似值： 3100.356H，故合理。 C50C5533.5TC KA32360.06515 12 设计总结设计总结 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。 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