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铣床液压系统设计
RevisedbyHanlinon10January2021
铣床液压系统设计
1、设计题目…………………………………………………………………………1
2、工况分析…………………………………………………………………………1
负载分析……………………………………………………………………2
运动分析……………………………………………………………………2
3、确定液压缸参数…………………………………………………………………3
初选液压缸的工作压力………………………………………………………3
确定液压缸尺寸………………………………………………………………3
液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率计算值…………………………4
绘制液压缸工况图……………………………………………………………4
4、拟定液压系统图…………………………………………………………………6
选择液压回路………………………………………………………………6
调速回路………………………………………………………………6
换向回路和卸荷回路……………………………………………………6
快速运动回路……………………………………………………………6
压力控制回路……………………………………………………………7
液压系统合成………………………………………………………………8
5、选择液压元件……………………………………………………………………8
选择液压泵和驱动电机………………………………………………………8
选择控制元件…………………………………………………………………9
选用辅助元件………………………………………………………………10
6、液压系统性能验算………………………………………………………………10
回路中压力损失……………………………………………………………10
工进时压力损失…………………………………………………………10
快退时压力损失…………………………………………………………11
确定液压泵工作压力…………………………………………………………12
液压系统的效率……………………………………………………………12
液压系统的发热温升验算……………………………………………………13参考文献……………………………………………………………………………14
附录(液压系统图)
(液压油缸图)
1设计题目
设计题目
设计一台专用铣床,铣头驱动电机的功率为千瓦,铣刀直径为120mm,转速350转/分,如工作台质量为480公斤,工件和夹具的质量为150公斤,工作台的行程为400mm,工进行程为100mm,快进快退速度为米/分,工进速度为60~1000毫米/分,其往复运动的加速(减速)时间为秒,工作台用平导轨静摩擦系数,动摩擦系数,试设计该机床的液压系统。
2工况分析
负载分析
根据给定条件,先计算工作台运动中惯性力,工作台与导轨的动摩擦阻力和静摩擦阻力
(N)(2-1)
(N)(2-2)
(N)(2-3)
其中,(N)
(N)
(N)
由铣头的驱动电机功率可以求得铣削最大负载阻力:
(2-4)
其中
所以,
同时考虑到液压缸密封装置的摩擦阻力(取液压缸的机械效率),工作台的液压缸在各工况阶段的负载值列于表2-1中,负载循环图如图2-1所示。
表2-1各阶段负载值
工况
负载计算公式
液压缸负载F(N)
液压缸推力(N)
起动
1260
1400
加速
1593
1770
快进
630
700
工进
3815
4239
反向起动
1260
1400
反向加速
1593
1700
快退
630
700
图2-1负载循环图
运动分析
根据给定条件,快进、快退速度为s,其行程分别为300mm和400mm,工进速度为60~1000m/s(即~s),工进行程100mm,绘出速度循环图如图2-2所示。
图2-2速度循环图
3确定液压缸的参数
初选液压缸的工作压力
根据液压缸推力为4239N(表2-1),按表11-2(书)的推荐值,初选工作压力为Pa.
确定液压缸尺寸
由于铣床工作台快进和快退速度相同,因此选用单杆活塞式液压缸,并使,快进时采用差动连接,因管路中有压力损失,快进时回油路压力损失取Pa,快退时回油路压力损失亦取Pa。
工进时,为使运动平稳,在液压缸回路油路上须加背压阀,背压力值一般为Pa,选取背压Pa。
根据,可求出液压缸大腔面积为
(3-1)
(3-2)
根据GB2348-80圆整成就近的标准值,得D=90mm,液压缸活塞杆直径,根据GB2348-80就近圆整成标准值d=63mm,于是液压缸实际有效工作面积为
(3-3)
(3-4)
液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值(见表3-1)
工况
(N)
液压缸
Pa
Pa
N(W)
快进
(差动)
起动
1400
0
加速
1770
5
恒速
700
5
工进
4239
6
快退
起动
1140
0
加速
1770
5
减速
700
5
绘制液压缸工况图
根据表3-1计算结果,分别绘制P-L、Q-L和N-L图,如图3-1所示
P-L图
Q-L图
N-L图
图3-1-L、Q-L和N-L图
4拟定液压系统图
选择液压系统图
由工况图3-1可知,该铣床液压系统功率小,因此选用节流调速方式,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。
为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲,在回油路上加背压阀。
由于系统选用节流调速方式,系统必然为开式循环系统。
。
考虑到铣削加工中有顺铣和逆铣两种工况,宜采用调速阀来保证速度稳定,并将调速阀装在液压缸回油路上起阻力作用,使工作台低速运动时比较平稳,如图4-1(a)和4-1(A)所示,
由于本系统滑台由快进转为工进时,速度变化不大,为减少速度换接时的液压冲击,从节约成本考虑,选用如图4-1(a)所示的调速回路。
(a)(A)
图4-1调速回路
换向回路和卸荷回路
铣床工作台采用单活塞杆液压缸驱动。
由工况图可知,系统压力和流量都不大,同时考虑工作台工作一个循环后装夹具时间比较长,为方便工作台的手动,选用三位四通U型电磁换向阀,并由电气行程开关配合实现自动换向,如图4-2b所示
快速运动回路
为实现工作台快速进给,选用二位三通电磁换向阀构成液压缸的差动连接。
这种差动连接的快速运动回路,结构简单,也比较经济,如图4-2a所示。
在图4-2a-b中结构复杂不利于控制,所以选择4-2a所示的回路,一起同4-2b组成的快速、换向回路,同样可以实现差动连接。
同时验算回路的压力损失比较简便,所以不选用图4-2a-b所示的回路。
(a)(b)
(a-b)
图4-2快速和换向回路
压力控制回路
由于液压系统流量很小,铣床工作台工作进给时,采用回油路节流调速,故选用定量泵供油比较、经济,如图4-1a所示.调压回路采用先导式溢流阀维持液压泵出口压力恒定。
当换装工件时,工作台停止运动,液压泵卸荷回路采用小型二位三通电磁阀控制先导型溢流阀,实现液压泵的卸荷。
而从提高系统效率、节省能量角度来看,选用双联叶片泵油源显然是不合理的,如图4-3b所示,其结构复杂,控制也复杂,所以不适宜选用此方案。
(a)(b)
图4-3压力控制回路
液压系统合成
根据以上选择的液压基本回路,合成为图4-2所示的定量泵-回油路节流调速液压系统图。
图4-2液压系统合成
5选择液压元件
选择液压泵和驱动电机
取液压系统的泄漏系数K=则液压泵的最大流量,即=min。
根据拟定的液压系统是采用回油路节流调速,进油路压力损失选取,故液压泵工作压力为:
。
(5-1)
考虑到系统动态压力因素的影响,液压泵的额定工作压力为:
.(5-2)
根据、和已选定的单向定量泵型式,查手册书
(二)选用型定量叶片泵。
该泵额定排量为16mL/r,额定转速960r/min,其额定流量为,由工况图知,最大功率在快退阶段,如果取液压泵的效率为为,驱动液压泵最大输入功率为:
(W)(5-3)
查电工手册选取750W的电动机。
选择控制元件
根据系统最大工作压力和通过控制元件的最大流量,选用各类阀的规格见表5-1.
表5-1选用各类阀的规
序号
控制元件名称
型号规格
技术数据
实际流量
额定流量时压力损失
1
溢流阀
Y1-25B
卸荷压力
2
三位四通电磁换向阀
34D-25B
2
3
单向调速阀
Q1-25B
反向时2
最小压差5
4
二位三通电磁换向阀
23D-25B
1
5
单向阀
1-25B
选用辅助元件
滤油器:
液压泵吸油口需装粗滤油器,选用XU-16100J线隙式100进口滤油器,流量Q=16l/min=.
油箱容量:
由下式计算有效容积V,取系数K=6,Q=12L/min,则有
(5-4)
根据书
(二)标准,可取油箱的容积V=75L,油箱见附图1,管道尺寸由选定的标准元件连接口尺寸确定。
6液压系统性能验算
回路中压力损失
回路压力损失计算应在管道布置图完成后进行,必须知道管道的长度和直径。
管道直径按选定元件的接口尺寸确定,即d=12mm,长度在管道布置图未完成前暂按进油管、回油管均为L==2m估算。
油液运动粘度取,在此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失。
工进时压力损失
进油管路压力损失:
首先判别进油管液流状态,由于雷诺数
(6-1)
故为层流。
管路沿层压力损失:
(6-2)
取管道局部损失
油液流经单向阀和三位四通换向阀的压力损失按下面公式计算,有关数据见表5-1
(Pa)(6-3)
工进时进油路总压力损失:
(Pa)(6-4)
工进时回油路压力损失:
因回油管路流量为
(6-5)
液流状态经判断为层流(,于是沿程压力损失:
(6-6)
局部压力损失:
(6-7)
回油路中油液流经二位三通换向阀、调速阀和三位四通换向阀时的压力损失计算方法同上,即
=(6-8)
工进时回油路总压力损失
(6-9)
将回油路中压力损失折算到进油路上,就可求出工进时回路中整个压力损失
(6-10)
快退时压力损失
快退时进油路和回油路中经检查都是层流,进油路压力损失为:
(6-11)
进油路中油液流经单向阀、三位四通换向阀、单向调速阀(反向时)以及二位三通换向阀时压力损失计算方法同前
(6-12)
快退时进油路总压力损失:
(6-13)
快退时回油路中压力损失:
由于,则有
(6-14)
回油路总压力损失:
(6-15)
将回油路中的压力损失折算到进油路上去,可得到快推时回油路中的整个压力损失:
(6-16)
这个数值比原来估计的数值大,因此系统中元件规格和管道直径不宜再减小。
确定液压泵工作压力
工进时,负载压力
(6-17)
液压泵工作压力
(6-18)
快退时,负载压力:
(6-19)
液压泵的工作压力:
(6-20)
根据,则溢流阀调整压力取。
液压系统的效率
由于在整个工作循环中,工进占用时间最长,因此,系统的效率可以用工进时的情况来
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- 铣床 液压 系统 设计