专用铣床液压系统

1、一、设计依据 1二、工况分析 1三、初步确定油缸参数，绘制工况图4四、确定液压系统方案和拟订液压系统原理图7五、选择液压元气件9六、验算液压系统性能12七、心得体会 14八、参考文献 15一、设计依据:下面将按照这一流程图来进行本次液压课程设计。设计一专用铳床的液压系统。工作台作往复直线运动，要求实现：快进一工 进f快速退回。最大切削力F二9000N：铳床工作台重量G1二3000N,工件及夹具最 大重量为G2=1000N；行程长度L二400mm （工进和快进行程均为200mm）,快进、 快退的速度均为4. 5m./min,工作台的工进速度可调（601000） mm/min；启动、 减速、制动时

2、间厶t二0.05s;该动力滑台釆用水平放置的平导轨。静摩擦系数fs =0. 2；动摩擦系数fd=0. 1。二、工况分析液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分析，U的是 查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，作为拟定 液压系统方案，确定系统主要参数（压力和流量）的依据。负载分析（-）外负载max 二9000N其中max表示最大切削力。对于专用铳床铳削时铳刀所承受的主切削力大小（单位N）为：FC = PfUp （N）式中 p 单位切削力f 每转进给量（mm/r）J -背吃刀量（mm）下面将进行具体参数的计算：由公式ilf = fit可得 （其中卩表示每分钟

3、进给速度，n表示铳刀的转 速）山设讣依据可知n=300r/min工进速度"/二601000mm/min,故我们取 “f 二300mm/min。Urf= n= 300对于单位切削力P，山以下的常用金属材料的单位切削力表可得，我们选P=2000 N / mm2 o表1-1类别材料牌号单位切削力P(N/mm2 )钢易切钢Y40Mn1700结构钢45200040Cr不锈钢lCrl7Ni92500铸铁灰铸铁HT2001140铸造口孟铸造锡青铜ZcuSn5Pb5Zn5700铸造铝合金ZALSnYMg720对于铳削背吃刀量我们选用硬质合金铳刀，查铳工计算手册可得，取 a 1 bmnio根据以上的公

4、式F.=Pfap可得：F = Pfap = 2000 xlxl.5 = 3000(N)因为3000锋max二3183N,所以选取的合适(二)阻力负载静摩擦力：FPS= (G1+G2)fs其中Ffs静摩擦力(N) Gl、G2工作台及工件的重量(N) fs静摩擦系数由设计依据可得:Ffs二(G1+G2) fs= (4000+1800)X0. 2=1160N动摩擦力Ffd二(G1+G2)fd其中Ffd动摩擦力(N)fd动摩擦系数同理可得：Ffd二(G1+G2) fd二(4000+1800)X0. l=580N(三)惯性负载机床工作部件的总质量nr (G1+G2) /g=3800/9. 81二592k

5、g惯性力 Fnrm 尸592X= 493N其中：执行元件加速度 (m/J )Ut执行元件末速度（m/s2 ）U0执行元件初速度（m/s2 ）t执行元件加速时间（s）因此，执行元件在各动作阶段中负载计算如下表2-2所示：工况油缸负载（X）负载值（N）启动FFfs1160加速FFfd+Fm1073快进FFfd580工进FFfd+Fc3580快退FFfd580按上表的数值绘制负载如图所示。对于速度而言，设计依据中已经有了明确的说明，所以按照设计依据绘制如下:图2铳床液压缸速度图F/|3580L rr图1铳床液压缸负载图三、初步确定油缸参数，绘制工况图1、初选油缸的工作压力、山上可以知道，铳床的最大负

6、载F二35804根据下表可得: 表3-3按负载选择液压执行元件的工作压力载荷/ (kN)<5510102020303050>50匚作压力(Mpa)<0. 811.齐22. 53344"5>二57选系统的工作压力Pl=2Mpao山设计要求可知，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d07D。快进和工进的速度 换接用三位四通电磁阀来实现。铳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。考虑到铳床可能受到负值负载八故采用调速阀的进油节流加背压阀的调速 回路，所以回油路上具有背压P2,

7、取背压P2=0. 5Mpao2、计算油缸尺寸可根据油缸的结构及连接方式计算油缸的面积、油缸直径D及活塞杆直径d 计算出后应按标准予以圆整，然后再计算油缸的面积： 此时山工进时的负载值按讣算公式计算液压缸面积：沧=祁p®_ p?) = 0.96(2x2 0.5)x106 =吨"x“沪Aj = (pA 2 A, = 2131xl0_6m2d = 0.707Z) = 0.707 x 0.052m = 0.037m在将这些直径按照国标圆整成标准值得：D二0. 06m,d=0. 04m由 此就 求得液 压缸两 腔的实 际有效 面积为 AI= = 28.26xl0-4m2 厶=乳。上

8、= 15.7x10“/14'4°3、油缸各工况的压力、流量、功率的计算(1)、工进时油缸需要的流量Q工进(F/min)Q工进二AlU工进二Al:工进时油压作用的面积（）A1:工进时油压作用的面积（"）U工进一工进时油缸的速度（mm/min）、快进时油缸需要的流量Q快进 （F/min ）差动连接时:Q快进二（A1-A2）U快进 二（28. 26-15.7）x10"4x5 = 0.0063m3/minAl、A2分别表示油缸活塞腔、活塞杆截面积（in?）U快进一油缸快进时的速度（mm,min）、快退时油缸需要的流量Q快退（F/min）q 快退二 A2 u快退=1

9、5.7x 104 x5 = 0.0078m3/minU快退一油缸退回时的速度（mm/min）（4）、工进时油缸的压力px = （F /7小 + p2z）/A = 1 -60MPaP2为工进时回油腔的背压，上面已经选取为0. 5Mpao（5）、快进时油缸压力P启动=（F/% +aM2）/（A -= 0.96MPaP加速=（F /% +a/?A2）/（A1 -A2） = 1.26MPuP快速=（FI % +a"A2）/（A - A2） = O.86MP。这里：F分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力， P分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。3表示管路中压力损失大小，这里我们取值为

10、0. 3Mpao（6）、快退时油缸压力心动=F/f7m + P2AJ/A2=OJ7MPa血速=（F/7, + M）/A=l-61MP«心退=（F / % + 鬥 A） / 人2 = 1 28MPuF分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，P分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。P2的值为0. 5MPa油缸工作循环中各阶段的压力、流量、功率实际值如表2所示:表4-4液圧缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载F/N回油腔压 力PJMPa进油腔 压力PJMPu输入流量q/ min¥快进（差动）启动116000. 96加速10731. 26快进5800. 860. 00

11、630.09工进85800. 51. 600. 00080.021快退启动116000. 77加速10730.51. 61快退5801.280. 00780. 166由叨、上所计算的数据我们绘制出工况图如下所示：P/Q/P/，1.260.960.3C630.091.62/» .C.860.CP1*-C.OOC8L/mri1.610二66功率P压力P流量Q0.0378图3液压缸工况图四、确定液压系统方案和拟订液压系统原理图（一）确定油源及调速方式山以上的计算可以知道，铳床液压系统的功率不大，工作负载的变化情况很 小，因此，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。考虑到铳床可 能

12、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。从工况图中我们可以清楚的看出，在液压系统的工作循环中，液压缸要求油 源提供的流量变化并不是很大，因此工进和快进的过程中，所需流量差别较小。 故我们选用定量单液圧泵供油。工作缸图4（二）选择基本回路1.选择换向回路及速度换接方式山设计依据可以知道，设讣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6. 3L/min降到0. 8L/min,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，山电磁换向阀实现工 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

13、择0型机能的三位四通阀，如下图5所示：1Y2Y山于要求丄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d0.7D。（三）选择调压回路设计过程中，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。1、组合成液压系统图将上面所选的液压基本回路组合在一起，便可得到以下的液压系统原理图。 同时电磁铁的动作顺序表如下：表5-5液压专用铳床电磁铁动作顺序表工序1Y2Y3Y5Y工作缸快进+工作缸工进+工作缸快退+图6专用铳床液压系统原理图1-油箱；2-过滤 器；3-叶片泵；4

14、-溢流阀；5- 三位四通电磁换 向阀6单向调速阀；7-两位三通电磁 换向阀；8-工作 缸；9-压力继电 器五、选择液压元气件（-）液压泵的选择由以上的设计可以得到，液压缸在整个工作过程中的最大压力是1. 61Mpa, 如取进油路上的压力损失为0. 4Mpe则此时液压泵的最大工作压力是/二 1.61+0. 4二2. OlHpa。山以上的讣算可得，液压泵提供的最大流量是7. 8L/min,因为系统较为简 单，取泄漏系数«=1.1,则两个液压泵的实际流量应为：qp = 1.1x7.8L/min = 8.58L/min由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min,而工进时输入到液压缸的流量是 3

15、.8L/min, ill流量液压泵单独供油，所以液压泵的流量规格最少应为6. 8L/min。根据以上的压力和流量的数值查阅机械设计手册，最后选用YB1-6. 3型单 叶片液压泵，其排量大小为6. 3ml/r,当液压泵的转速为1450r/min时，该液压 泵的理论流量为9. 14L/mino取液压泵的容积效率为久=0.9,则液压泵的实际 流量大小为：乞，=6.3x1200x0.9/1000 = 6.8厶/min曲于苗以上的计算过程中，我们知道了液压缸在快退时的输入功率最大， 此时液压泵的工作压力是1.28+0.4 （进油路上的压力损失）二1.68Mpa,流量为 6. 8L/min，查表可得，取液

16、压泵的总效率.=0.7,则液压泵驱动电机所需的功 率为P皿&x6.8=03册rjp 60x0.7根据以上的数据查机械设讣手册选用Y801型电动机,其额定功率为0. 55kW, 额定转速为1200r/mino（二）阀类元气件及辅助元气件的选择根据阀类及辅助元气件所在油路的最大工作压力和通过的最大实际流量，可 选择这些器件的型号和规格如下表：表5-5元气件的型号及规格序元件名称额定流量(L/min )额定压力(Mpa)质量(kg)型号1单叶片泵9.26.35.5YB1-6.32三位四通电磁阀256.334D-25BOP3二位三通电磁阀256.323D-25B4单向调速阀0.05（最小）0.

17、5-6.33.2QI-10B5溢流阀200.4-6.31.7Y-10B6压力继电器1.0-6.30.7DP1-63B7滤油器162.50.18XU-B16X1008开关阀256.322D-25B(三)确定油管直径山于液压泵在选定之后液压缸在各个工作阶段的进、出流量已与原来的数值 不同，所以要重新计算，计算如下表4所示：表6-6液压缸的进岀、流量快进工进快退输入流量(L/min )ql=Aiqp/(A1-A2)= (28.26x6.8)/(2& 26-15.7)= 15.3q =0.8% =%=6.8输出流量(L/min)?2 =也 / A= (15.7x15.3)/28.26=&

18、;52 =也 / A= 15.7x0.8/28.26= 0.44q2 = Alql/A2= 28.26x6.8/15.7= 12.24运动速度(m/min)屿=的/(4一舛)= 6.8x 10/(2&26 15.7)= 5.4u2=ql/Ai= 0.8x10/28.26= 0.28U3=qJ A.= 6.8x10/15.7= 4.33由上表中的数值，按照书中推荐的油液在压油管的流速U二3ni/s可得，液压 缸有杆腔和无杆腔相连的油管内径分别为：d = 2x Jg/伽)二2x7(6.8xlO6/6O)/3.14x3xlO3 二6.94mm =2 x Jqgu) =2x A/(15.3xl

19、O6/6O)/3.14x3xlO3 = 10.4mm两根油管按丫B23164选用外径为13mm ,壁厚为1.2mm的冷拔无缝钢管。(-) 油箱的设计对油箱容积我们进行估算，取经验数据 = 7 ,故其容积为:V = qp = 7 x 6.8£ = 47.6L取靠其最近的标准值V=50L六、验算液压系统性能一一油液温升的验算11进在整个工作循环中所占的时间比例是很长的，所以系统发热和油液温升 可按工进时的工况来计算。工进时液压缸的有效功率是Pe=Fu2 =3580x0,2810sx60= 00167£W山以上的计算可知，液压泵在工进时的工作压力为p二16+0. 4 （进油路上的 压力损失）=2Mpa,流量为6. 8L/min,所以液压泵的输入功率为：Pp = 2x6.8/60 = 0.227W所以可得，液压系统的发热功率为：p = Pp_p= 0.227 - 0.0167 = 0.21W油箱的散热面积为：2 2A = 6.5b = 6.5(50 xW3)J = 0.88m2查表可得油箱的散热系数K = 9W/（nr：,C）f则可得油液的温升为:Ar=xlo3"c=29-8°c查表知，此