液压传动课程设计计算书

1、 液压传动课程设计计算书题目系别专业班级学号学生姓名起讫日期指导教师职称教研室主任日期江西蓝天学院教务处印制前言随着国名经济和现代工程技术的发展,液压技术也日益广泛,正确合理地设计与使用液压系统,对于提高各表液压机械及装置的工作品质和技术经济性能具有重要的意义。根据提供的铣床工作台液压系统设计的参数,我通过计算和参考文献自己也设计了一个铣床,但也简明的论述和介绍了液压传动系统的组成,系统性能分析,和设计计算方法。本液压系统设计说明书总共分为六章,第二章到第五章主要论述液压传动设计的内容、步骤,这中间也涉及了不少的计算公式和经验公式,第一章主要指出了液压系统的设计要求和配置执行元件,第六章主要验

2、算液压系统的性能,最后是我的设计总结。在这个分析设计说明书中,不仅有各种计算,同时还附有图表和设计图以更加简洁和清晰的方式向大家展示了简单液压系统的设计过程,希望自己的同学,你们以后也能有这样的设计实践,来丰富自己的理论知识。目录一、明确设计要求配置执行原件1.1 设计要求1.2 配置执行元件二、液压系统工况分析2.1 运动分析2.2 工作负载2.3 摩擦负载2.4 惯性负载2.5 工进负载2.6 运动时间三、确定液压系统主要参数3.1 预选液压系统工作压力3.2 计算液压缸主要尺寸3.3 计算工进时的实际工作压力3.4 液压缸各工况所需的流量3.5 其他工作阶段所需的压力流量和功率四、拟定液

3、压系统原理图4.1 制定基本方案4.2 合成液压系统图五、计算和选择液压元件5.1 液压泵和电动机的选择5.2 其他液压元件的选择六、验算和选择液压元件6.1 压力损失验算七、设计总结八、参考文献一、明确设计要求配置执行原件1.1 设计要求要求设计一专用铣床,其动力滑台实现的工作循环是:快进工进快退停止。专用铣床工作台的液压系统,其主要参数如下:铣头参数:铣头驱动电动机功率为: 7.5 KW铣刀直径为:150 mm铣刀转速:300 r/min工作台动力参数:工作台重量:4000 N工件和夹具的最大重量和为:1800 N工作台运动参数:工作台快进行程为:350 mm工进行程为:150 mm,快进

4、速度为:5m/min,工进速度无级调节范围为:50800mm/min,根据铣床的总体布局和技术要求,选择缸筒固定的单杠活塞缸作为驱动铣动力头实现进给运动液压执行原件。二、液压系统工况分析2.1 运动分析由于动力头的快速进退及工作进给阶段的速度已经给定,不必进行运动分析。股仅对液压缸作动力分析,即通过分析计算,确定液压缸总的最大外负载。2.2 工作负载 液压缸拖动铣动力头进给时的工作负载为切削抗力e FN nD P Fe 318415.0514.37500= 2.3 摩擦负载 :摩擦负载即为导轨的摩擦阻力:2.3.1取静磨擦因素2.0=d ,可算得静摩擦阻力为:2.3.2取动磨擦因素1.0=d

5、,可算得动摩擦阻力为:N F G F n d fd 58018004000(1.0(=+=+=2.4 惯性负载去速度变化量s m /2.00=,启动时间s t 1.0=。算得惯性力N t V g G Fi 1161.002.081.95800=2.5 工进负载液压缸密封摩擦阻力 作用于液压缸活塞上密封摩擦阻力,用下式估算:e cm m F F 1(-=式中液压缸机械效率为95.090.0,=cm cm 效率取0.90,算得启动时的静密封摩擦阻力N F F e cm ms 4.318318495.01(1(=-=-=恒速时的动密封摩擦阻力估计取为静密封摩擦阻力的30%,即N F F ms md

6、52.95%30=即工进的总负载为N F F F F md fd e 5.38595.9558031841=+=+=表2-1铣床动力头液压缸外负载计算结果三、确定液压系统主要参数工况缸 的 负 载 F/N 计算公式结果快 进启动ms fs F F F +=1478加速md fd F tg G F F +=恒速 md d F F F +=675.5 工进md fd e F F F F +=13.1 预选液压系统工作压力预选系统设计压力 该铣床属于半精加工机床,负载最大时为慢速工进阶段,其他工况是载荷不大,参考表3-1,预选液压缸的设计压力MPa p 31=主机类型设计压力/MPa 说明机床精加工

7、机床0.82 当压力超过32MPa 时,称为超高压压力 半精加工机床 35龙门刨床 28拉床810 农业机械、工程机械辅助机构等 1016 大中型机械、起重运输机等 2032 地质机械、冶金机械等25100表3-13.2 计算液压缸主要尺寸为了满足动力头快速进退速度相同的要求并减少液压泵的流量,将无杆腔作为主工作腔,并在快进是进行差动连接,则液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积1A 与2A 应满足212A A =,即活塞杆直径d 和液压杆内径D 间满足D d 71.0=。 为提高动力头工作的平稳性,给液压设置一定的回油背压。系统类型背压力/MPa表3-2液压执行元件背压力参考表3-2暂取背压0.3M

8、Pa,上已取液压缸机械效率95.0=cm ,则可算得液压缸无杆腔的有效面积A1为: 23624.38842(m p p FA cm -=-=-=从而得液压缸内表3-3缸内径及活塞杆外径尺寸系列(GB/T 2348-1993 mm中低压系统简单系统和一般轻载节流调速系统0.20.5 回油带背压阀回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时0.5 设补油泵的闭式系统0.81.5 高压系统初算时可不计内径尺寸系列活塞杆外尺寸系列 8 40 125 (280 4 16 36 90 220 10 50 (140 320 5 18 45 110 280 12 63 160 360 6 20 50 125 320

9、 16 80 (180 400 8 22 56 140 360 20 (90 200 (450 10 25 63 160 25 100 (220 500 12 28 70 180 32(110250143280200mm m A D1=-按表3-3,将液压缸内径圆整为D=80mm=8cm 因212A A =,故活塞杆直径为mm D d 2.598071.071.0=按表3-3,将活塞杆外径圆整为d=60mm=6cm 则液压缸实际有效面积为221222222222146.3898.216080(4(4804cm A A A cm d D A cm D A =-=-=-=表3-4由于动力头的最低工

10、进速度很低,故按式minminq A 对缸的结构尺寸进行检验:将调速阀的最小稳定流量min /50min mL q =和活塞最小进给速度负载/KN 50 工作压力/MPa =5cm mm 550min =代入式中算得2minmin10550cm q = 结果表明液压缸面积可满足最低稳定速度的要求 3.3 计算工进时的实际工作压力差动连接快进时,液压缸有杆腔压力必须大于无杆腔压力,其差值估取MPa p p p 5.012=-=,并注意到启动瞬间液压缸尚未移动,此时0=p ;另外,取快退时的回油压损失为MPa .60。从而算得液压缸在工进阶段的实际工作压力MPa A A p Fp cm385944

11、61221=+=+=-它正是系统工作循环的最高压力。 3.4 液压缸各工况所需的流量单个工况的流量情况,快进时的流量需求根据式 max max A q = 求单个液压缸的最大流量min /4.219min /307681058.48332max max 1L cm A q =3.5 其他工作阶段所需的压力流量和功率 其他工作阶段的压力、流量、功率见表3-5表3-5单个液压缸工作循环中各个阶段压力、流量和功率工作阶段 计算公式负载F/N 回油腔压力MPa p /2工作腔压力MPa p /1单缸输入流量min/(1L q 负载功率W P /1快进启动11221A q A A p F p cm=+=

12、1740 - 1.03 - - 加速 791.5 1.17 0.67 11.99 - 恒速132工进21221A q A A p Fp cm=+=4.16四、制定基本方案拟定液压系统原理图4.1 制定基本方案4.1.1 调速方式与油源方案考虑到切削进给系统传动功率不是很大,低速时稳定性要求比较高;加加工期间负载变化较大,故采用限压式变量泵供油和调速阀联合的容积节流调速方案,且快进时液压缸差动连接,以满足系统为高压小流量和低压大流量的工况特点,从而提高系统效率,实现节能。调速阀设置在进油路上,通过国调节通流面积实现液压缸及其拖动的铣头得铣削进给速度大小;通过调速阀可使铣头获得较高的精度。4.1.

13、2 方向控制方案由于系统流量不是很大,故选用三位五通“O形”中位机能的电磁换向阀作主换向阀;本机床加工的轴颈无特俗的加工精度要求,故采用行程控制即活动档块压下电气行程开关,控制换向阀电磁铁的通断来实现自动换向和速度换接。通过电磁换向阀的通断可实现铣头进行调整。4.1.3 速度换接方案快进和工进的速度换接由二位二通行程阀实现,以简化油路,提高换接精度。工进时和回路的隔离采用单向阀实现。4.1.4 背压与安全保护为了提高液压缸及其驱动的铣削动力头得运动平稳性,在液压缸工进时的回油路上设置溢流阀,以使液压缸在一定的背压下运行。为了保证整个系统的安全,在泵的出口并联一个溢流阀,用于防止过载。4.1.5

14、 辅助回路方案在液压泵入口设置吸油过滤器以保证油液的清洁度;在液压泵的出口设置压力表即多点压力表开关以便于个压力阀调压时的压力观侧。4.2 合成液压系统图图4-2专用铣床液压系统1过滤器2变量泵3电动机4压力表开关5压力表6,7溢流阀8单向阀9换向阀 10调速阀11行程阀12液压缸13油箱将上述各个液压回路方案进行综合即可组成专用铣床的液压系统原理图(见图4-2附表:表4-3专用铣床液压系统电磁铁和行程开关状态表图中附表是电磁铁即行程阀的状态表。 组合和绘制草图时注意的事项:力求系统简单可靠,除非系统因可靠性要求有多余的元件,应避免消除多余的液压元件。从实际出发,尽量采用具有互换性的标准液压元

15、件。 管路尽量短,使系统发热少,效率高。保证工作循环的每一步安全可靠,且不互相干扰。组合而成的系统适应而合理,不可盲目追求先进,脱离实际。工况电磁铁和行程阀状态1YA2YA行程阀 快进 + - 下位 工进+-上位先按所选的方案绘制草图,待系统确定后再按标准画系统原理图。4.2.1 快进按下启动按钮,电磁铁1YA通电使换向阀切换至左位。由于快进时的负载较小,系统压力不高,变量泵2输出最大流量,此时液压缸12为差动连接,动力头快进。系统油液流动路线如下:进油路:变量泵2换向阀9(左位行程阀11(下位液压缸12无杆腔回油路:液压缸12有杆腔换向阀9(左位单向阀行程阀11(下位液压缸12无杆腔4.2.

16、2 工进当动力头快速前进到预定位置时,动力头侧面的活动档块压下行程阀11,动力头开始铣削工件。此时系统压力升高,限压式变量泵2自动减小其输出量,以便于调速阀10的开口相适应。系统中也有也流动路线如下。进油路:变量泵2换向阀9(左位调速阀10液压缸12无杆腔回油路:液压缸12有杆腔换向阀9(左位溢流阀(背压阀7油箱13五、计算和选择液压元件5.1液压泵和驱动电机的选择 5.1.1 液压泵的选择小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油,由表3-5可知,液压缸在工进时工作压力最大,最大工作压力为p 1=0.98MPa ,如在调速阀进口节流调速回路中,选取进油路上的总压力损失p =0.3MPa ,考虑到压

17、力继电器的可靠动作要求压差p e =0.6MPa 则小流量泵的最高工作压力估算为 MPa p p p p e p 8.816.03.08.9011=+=+(2 计算液压泵的流量由表3-5可知,油源向液压缸输入的最大流量为4m/min ,若取回路泄漏系数K =1.1,则泵的总流量为min /4.12min /0124.041026.281.134max 21L m A A K q p =-(根据系统所需流量,拟初选限压式变量液压泵的转速为n=1500r/min,泵的容积效率0.85v =,根据式 vvg n q V 11000=1210001000=v v g n q V mL/r根据以上计算结

18、果查表,选用规格相近的YBX-B30M 型限压式变量叶片泵,其额定压力问哦6.3MPa,排量为V=30mL/r,泵的额定转速为n=1500r/min ,取容积效率0.85v =,倒推算得泵的额定流量为min /25.38min /3825085.0150030mL mL V q v n P =与系统所需流量基本符合。由表3-5可知,系统在工进阶段以最高进给速度工作时,负载功率最大,其值为W P =max 1,故此阶段的液压泵所需驱动功率选择电动机。此时泵的工作压力为MPa p P 58.1=,流量为min /1.04L qP =,已知泵的总效率为0.80,则液压泵在工进阶段所需的驱动功率为KW

19、 q p P Pn36max =- 查设计手册选用Y 系列中规格相近的Y90L-4-B5型立式三相异步电动机,其额定功率为1.5kW ,转速为1400r/min,用此转速驱动液压泵是,变量泵的实际输出流量分别为 5.2 其他液压元件的选择根据系统工作压力通过各液压控制阀及部分辅助元件的最大流量,查样本所选择的元件型号规格如下表序号 元件名称 通过流量 /(L/mL 额定流量 /(L/mL 额定压力 /MPa 工作压力 /MPa型号 1 过滤器 17.8 25 原始压力损失0.02 -XU-4080J 2 限压式变量叶片泵 38.5 38.25 6.3 3.44 YBX-B30M 3 压力表开关

20、- - 6.3 3.9 K-6B 4 压力表 - 测压范围0-40 3.9 Y-40 5 直动式溢流阀 4.8 10 2.5 0.3 P-B10B 6 单向阀 31.4 25 6.3 6.3 I-25B 7三位五通电磁换向阀2535D-25B8 调速阀 10 10 6.3 2.84 Q-10B 9 行程阀 15.46 100 6.3 2.84 22C-25BH表5-2主要元件型号5.2.1 油箱容量的选择本系统属于中压系统,故取经验系数7=可算得油箱的容量 L aq V p 1.1683.797=5.2.2 管件尺寸由选定的标准元件油口尺寸确定。所选的过滤器、压力表及压力表开关的型号规格间表5

21、-2表5-3油管中允许的速度表5-4安全系数油液流经油管 吸油管 高压管 回油管 短管及局部收缩处允许流速2.551.557管内最高工作压力/MPa7 717.5 17.5 安全系数864六、验算和选择液压元件 6.1 验算压力损失按选定的液压元件接口尺寸确定管道直径为d=1mm,进、回油管道长度均为 L=1.5m ,去油液运动粘度s mm /322=,油液密度33/10.90m kg =,由表3-5确定最大流量为min /99.11L q =,发生在快进阶段,由此计算得液流雷洛数33e =-dv q v d Re 小于临界雷洛数2300Re =c,故可推出下的,各个工况进回油路中的液流均为层

22、流。将适用于层流的沿程主力系数dv(4q75e /75=R 和管道中的液体流速/(42d q =代入公式计算得3434=-在管道具体结构尚未确定的情况下管道局部压力损失按以下经验公式计算 MPa p p 0057.00057.00.101.0= 各个工况下的阀类元件局部压力损失按式计算,即: 2/(n n v q q p p =根据上三式计算出个工况下的进回油管道的沿程、局部和阀类的压力损失MPa p p p p F 10627.12.100057.00057.0=+=+= 系统的总压MPa p p p 98627.210627.188.1max =+=+= 小于液压泵的额定压力6.3MPa,

23、符合设计的要求。6.2 估算系统发热和温升 6.2.1 液压系统发热估算液压系统的压力、容积和机械损失,这些能量损失都将转化为热量,使系统油温升高,产生一系列的不良影响。为此,必须对系统进行发热和温升计算,以便对系统温升加以控制。对于简单的系统,可以分别计算各个发热部位的发热功率进行综合, 液压泵的输入功率KW pq8.7538608.01001.41088.136=-工进时液压缸的输出功率W Fv P 7.960/101505.388430=-系统发热功率WP P P o i h 3.1477.9157=-=-=散热面积2323203.163065.065.00m v A =油液温升147=

24、A K P t t h 在室温状态下T=26则3.32=+t t 小于系统承受的 最高温度65可见油箱散热能够满足液压系统的散热要求不需要加其他的冷却装置。设计小结 液压传动课程设计是机械课程当中一个重要环节，通过这次课程设计 使我从各个方面都受到了专业课程设计的训练，对液压系统的有关各个零件的 有机结合有了更深刻的认识。通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识 的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还需 提高。 在实践的过程中，通过制定设计方案，合理选择个液压零件类型，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。本次课程设计使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。 我个人认为实践是一个让子子知道自己哪些方面不足欠缺的最有效直 接的途径， 在这一个星