专用铣床工作台液压系统

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1、一、设计题目3二、设计要求3三、执行元件运动与负载分析31. 动分析与速度循环图3 运动分析.3 速度循环图 32. 负载分析与负载循环图4 液压缸负载分析.4 工作负载F 4w 导轨摩擦负载F 4f 惯性负载F 4 重力负载F密封负载F 5 负载循环图、S6四、执行元件主要参数确定 61. 初选执行元件的工作压力62. 流量确定 6 液压缸内径的计算6 液压缸流量的计算6五、拟定液压系统原理图7液压回路的选择71. 选择油源形式 72. 选择速度转换回路 73. 选择速度换接回路74. 选择调压和卸荷回路85. 组成液压系统.8六、液压元件的计算与选择 .8选择液压泵及拖动装置81. 计算液

2、压泵的最大工作压力 .82. 计算液压泵的流量 .83. 确定液压泵的规格和电动机功率 .8七、心得体会 9八、参考文献 9附图 10结果设计过程及说明一、设计题目设计一专用铣床工作台液压系统，工件台驱动装置采用单杆液压缸，要求实现的工作循 环为“快进一一工进一一，快退一一停止”二、设计要求最大切削力：8000N快进速度：5m/min 快退速度：5m/min 工进速度：0.08m/min 总行程：400mm 工进行程：100mm 工作台自重：3500N工件及夹具最大重力：1500N三、执行元件运动与负载分析1运动分析与速度循环图1）运动分析运动分析师对液压系统一个工作循环中，各阶段的运动速度变

3、化情况进行定性分析。在此次 设计的液压系统中，一个工作循环中有快进一工进一快退一停止，其定性工作循环图如图1-1 所示。国卜1工作循环图速度循环图是要表示在一个工作循环内各个阶段运动速度随位移变化的情况，在知道执 行机构各段的运动速度和总行程及相关参数后，各段行程可由运动学公式定量计算得到。图 1-2为滑台速度循环图。图中各段的行程由下式计算。启动行程：S1 = 2v .t1 = 2 x-2x0.1 = 4.2mm厶厶 JL厶减速行程：s3 = 2（v 1 -v 2）-13 = 土冷 一 750）x 0.1 = 41mmS = v L = x x 0.1 = 0.065mm52 2- 52 7

4、50S 4 = 100mmS 2制动行程:工进行程: 快进行程:反向启动行程:反向制动行程:5 - S1 - S3 S4 S5 二 400 - 4.2 - 4.1 - 0.065 -100 二 291.6mm S =丄5 t = x x 0.1 = 41.7mm6 2 3 - 6 2 60S =to = x x 0.1 = 41.7mm8 2 3 - 8 2 60S=4.2mmS3=4.1mmS5=0.065mm5S4=100mm4S2=291.6mmS6=41.7mmS8=41.7mmS7=316.6mm快退行程：S7 = S - S6 - S8 = 400 - 41,7 - 41,7 =

5、316.6mm式中，s、s、s、s、s、s、s、s分别为启动、快进、减速、工进、制动、反12345678向启动、快退、反向制动行程，mm；S总行程，mm;v、v、v分别为快进、工进、快退速度，m/s;1 2t、t、t、t、t各为启动、减速、制动、反向启动、反向制动时间，S。计算中，13568启动、制动和速度转换时间若无特特殊要求可取0.010.5s,在此计算中均取0.1S由下列 公式计算出快速、工进、快退时间：Ss12 = 2 = 3.49s14 = 4 = 75sV 2 t 分别为快进、工进、V 1 式中：t、t、S17 = z = 3.8sV 3 快退的时间，t2=3-49Ss.图1-2滑

6、台速度循环图t4=75St7=3-8S2、负载分析与负载循环图1液压缸负载分析一般情况下，液压缸承受的负载由六部分组成，即工作负载F、导轨摩擦负载F、惯性wf负载F、重力负载F、密封负载F和背压负载Fb。agsbF=F +F +F +F +F +F式中，F总负载，N。w f a g s b 工作负载Fw对于金属切削机床，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。即F=8kNw 导轨摩擦负载Ff导轨摩擦负载和运动部件的导轨形式，放置位置与运动状态有关。将导轨水平放置，取静摩 擦系数f =0.2、动摩擦系数f =0.1则摩擦负载的计算公式为：sd静摩擦负载：Ffs = fs(G + Fn) = 0.2

7、 x 5000 = 1000N动摩擦负载：Ffd = fd(G + Fn) = 0.1 x 5000 = 500N式中：G运动部件重力，NF 垂直于导轨的工作负载,NN惯性负载Fa加速:二 G Av 二 5000 x 10 二 34。N a1g At 9.81 15Ffs=lN减速:F 2 = Av = 502 = 255Na2 g At9.81 x 20Ffd=5N制动:Fa 3=G 色=500010 = 85 N g At9.81 x 60反向加速:=G Av = 50000 = 424Na4 g At 9.81 x 12Fai=34NFa2=255N反向制动:F 5 = F4 = Av

8、= 5000X10 = 424N a5a4 g At9.81 x 12重力负载F密封负载Fg、s由于此导轨是水平放置，故F =0N。又因未完成设计，不知道密封装置的参数，一般用g启动阶段：F二F二1060Nfs加速阶段：F二F+ F+ F 二 1060 + 360 + 0 二 1420Nf sa1g快进阶段：F二F+ F二 530 + 0 二 530Nf dg工进阶段：F二F+ F+ F 二 530 + 8000 + 0 二 8530Nf dwg减速阶段：F二F+ F-F 二 530 + 8000 - 270 二 8260Nfdwa 2制动阶段：F F+ F-F 二 530 + 8000 -

9、90 二 8440Nfdwa 3反向启动阶段：F二 F+ F 二 530 + 45 二 575Nfda 4快退阶段：F二 F二 530Nfd制动阶段：F二 F-F 二 530 - 45 二 485Nfda 52.负载循环图由上述计算可得执行元件工作循环中各个阶段的工作负载，为使图示直观简单，将各阶 段的负载按其段内的最大负载等值绘出，如图附表2-1所示。机械效率n加以考虑，取n =0.9mm液压缸在一个工作循环中一般要经历四种负载工况，各个工况的总负载可按下列式子 计算：Fa3=85NFa4=424NF =424Na5F=1060NF=1420NF=530NF=8530NF=8260NF=84

10、40NF=575NF=530NF=485N四、执行元件主要参数确定1. 初选执行元件的工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表1和表2,初 选液压缸的工作压力P=1MPa。负载/ KN50工作压力 /MPa0.81.21.52.53445三5表1按负载选择工作压力D=100mm,d=70mm表2各种机械常用的系统工作压力设备类型精加工 机床半精加 工机床精加工或 重型机床农机小型工程机械 工程机械辅助机构液压机大中型 施工机械工作压力/MPa0.8235510101620322. 流量确定液压缸内径的计算A=Fmax/P =8530/1=8530：4 乂 853

11、0 乂10-6mm = 104mm 按标准取圆整后为 D=100mm,13.14d = D/1.35 = 100/1.35 = 74mm,按标准取圆整后 d=70mm可得.A =兀D2 = 7.85x 10-3m2 ； A =兀（D2 d2） = 4x 10-3m21424液压缸流量的计算液压缸的动作循环为快进一一工进一一，快退，则流量的计算式分别为: q = （A 一 A ） -v = 2.85 x 10-3 丄=0.23 x 10-3 m3 / s1 12112q = A -v = 7.85 x 10-3 - - = 0.01 x 10-3 m3 / s2 12750q = A -v =

12、4x 10-3 = 0.33x 10-3m3 /s3 2312表3液压缸各阶段的压力、流量、功率快进:工进:快退:工况推力F/N0回油腔压力p /MPaa进油腔压力p /MPa1输入流量qX 10-3ma/s输入功率P/KW计算公式单位：L/mq =13.81q=0.62q =19.8311781578p + Ap10.410.55q=（ Ai - A2）恒 速589pjA p0.210.230.048P 二 p qi工进94780.61.40.010.014“FAP =+ 2-i AA1 1q = A v1 2P = p1qPb快 退启 动6391.1FAP=一+riAA22q= Av23P

13、 = p qiPb加速5890.51.1恒速5390.51.00.330.33注：1. Pb为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取Pb=0.5MPa。2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p,无杆腔回油，压力为p。五、拟定液压系统原理图12液压回路的选择1. 选择油源形式在工作循环内，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q /q =0.33/0.01=33；其相应的时间之比 maxmin(0.1+0.1)/9-0.022。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，可选限压

14、式变量泵或双联叶片泵作为油源。前者流量突变 时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵冋时向液压缸供油实现快速运动，最后选用 双联叶片泵，如图1 -3所示。2. 选择速度转换回路快慢速度的转换常用换向阀实现，其中电磁换向阀的快慢速转换回路适合于此处，因 为该回路速度换接快，行程调节比较灵活，便于实现自动控制。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1 -4所示。3. 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( /U 2=5/0.08=62.5),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1 -5所2示。4. 选择调压和卸荷回路在双泵供油的油

15、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。由以上回路组成的液压系统图，如附图2-3液压系统原理图所示。rO图1-5行程阀控制的换接回路图1-4三位五通电液换向阀图1-3双联叶片泵5.系统图将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工 作原理图，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

16、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，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。六、液压元件的计算与选择选择液压泵及拖动装置1、计算液压泵的最大工作压力Ppp p+ Ap 二 1.4 + 0.5 + 0.5 二 2.4MPapl1e式中，P执行元件工况图中所示的最高压力，MPa.工Ap进油路上总的压力损失，对于简单系统可取0.5MPa.压力继电器的可靠动作要求压差AP =0.5MPae大流量泵只在快进和快退是向液压缸供油，快退是液压缸的工作压力为1.1MPa,又快退时 进油不通过调

17、速阀，故取进油路上的总压力损失工Ap=0.3MPa.则大流量泵的最高工作压力 估算为p p +丫 Ap = (1.1 + 0.3)MPa = 1.4MPap212、计算液压泵的最大供油量Qp取 K=1.1,则可计算泵的最大流量 Qp=KSA Qmax=1.1 x 0.33L/s=21.78L/min 考虑到溢流阀的最小稳定流量是3L/min，工进是的流量为0.01X10-3 m3/s=0.6L/min 故小流量泵的流量最少应为3.6L/min。3、确定液压泵的规格和电动机的功率根据以上计算数值，选用型号为PV2R12-12/26的双联叶片泵，其最小和最小排量分别为 12mL/r和26mL/r。

18、当液压泵的转速n =1000r/min时，其理论流量分别为10 L/min和26L/min，P若取液压泵容积效率n =0.9，则液压泵的实际输出流量为vq =q +q =(12 +26 ) x 1000 x 0.9/1000L/min=34.2 L/minp1 p1 p2由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率n =0.8，这时液压泵的驱动电p q2.4 X106 X 34.2动机功率为：p n -P= 1.71KW耳60 X 0.8 X103p根据此数值查阅产品样本，可选型号为Y100L1-4的电动机，其额定功率为2.2KW,额定 转速为1430r/min七、心得体会一周的课程设计已

19、经结束，虽然很辛苦，但给我带来了从未有过的体验与喜悦。在设计 实践的过程中，我深深的体会到必须要有扎实的知识基础，要熟练地掌握课本上的知识，这 样才能对试验中出现的问题进行分析解决。通过几天的课程设计学习，在充分运用以前学过的知识的基础上，加深了我对于一个系 统的设计的一种整体的思路，学会了一种工程设计的思想，虽然说查阅资料是无聊的，但是 通过查阅大量相关资料的同时，培养我如何在有限的时间筛选出对自己有利信息。这次课程 设计花了四五天，通过这段时间的设计，认识到自己的很多不足，自己知识的很多盲点和漏 洞，知识和实践的差距，所以说通过这次设计我深刻的认识到理论联系实际的能力还急需提 高。在这个过

20、程中，遇到了一些困难，但是通过和同学的讨论和资料查找还是解决了这些 难题。因为要画图，涉及到大量的CAD的知识，这就促使我重新学习了一些CAD的常用知识， 加深了对其的理解。总的来说，设计中有快乐、有纠心、有烦恼，但经过自己的一番努力后，所有的问题都 迎刃而解的时候，一切的付出都是值得的。这次设计使我在平时的理论学习中遇到的问题都 一一解决，加深了我对专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为以后的学习打下了好的开端， 我受益匪浅。同时，让我明白：课程设计容不得纸上谈兵，只有自己动手实际操作才会有深 刻理解，才会有收获，所谓“千里之行，始于足下”这次课程设计最大的意义在于让我们 迈出了通往工程师的第

21、一步八、参考文献1、左建民，液压与气压传动（第四版），北京：机械工业出版社2、张群生，液压与气压传动（第二版），北京：机械工业出版社3、贾铭新，液压传动与控制（第二版），北京：国防工业出版社4、何玉林，机械制图，重庆：.重庆大学出版社5、路甬祥，液压气动技术手册，北京：机械工业出版社.附：图L-2淆台速度循环图(LQL 一011D250400S图2-1负載图附图四:图2-3浚压奚统原理图附表：1、元件清单序号元件名称通过的最大流量q/L/min型号双联叶片泵三位五通电液换向阀行程阀PV2R12调速阀5 单向阀6 单向阀2010.3规格额定流量qn/L/min12/26*额定压力P /MPan16额定压降P /MPa n35DY100BY22C100BH1001001Q6B620I100B1006.36.36.36.311.4I100B1006.30.30.30.20.27液控顺序 阀28.1XY- 63B8背压阀1B10B9溢流阀5.1Y10B10单向阀11.78I100B11滤油器36.6XU80X20012压力表开 关K6B13单向阀20I100B14压力继电 器PFB8L2、电液换向阀动作表工况1YA （左）快进+工进+快退-636.30.3106.3106.31006.30.2806.30.021006.30.2142YA （右）+12