专用铣床的液压专业系统设计.docx

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专用铣床的液压专业系统设计

液压传动课程设计

题目名称

专用铣床液压系统设计

专业班级

学生姓名

学号

指导老师

机械和车辆工程系

二○一六年月日

蚌埠学院机械和车辆工程系

液压传动课程设计任务书

班级姓名学号指导老师：

一、设计题目：

设计一台专用铣床液压传动系统，若工作台、工件和夹具总重量力为14000N，轴向切削力为10KN，工作台总行程300mm，工作行程180mm，快进和快退速度均为6m/min，工进速度为30-800mm/min，加速和减速时间均为0.05s，工作台采取平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，设计该机床液压传动系统。

二、设计要求：

液压系统图确定时需要提供2种以上设计方案选择比较。

从中选择你认为愈加好一个进行系统元件选择计算。

三、工作量要求

1·液压系统图1张（A1）

2·液压缸装配图1张

3·设计计算说明书1份

四、设计时间：

6月6日--6月12日

蚌埠学院本科课程设计评阅表

机械和车辆工程系级专业

学生姓名

学号

课题名称

专用铣床液压系统设计

指导老师评语：

指导老师（署名）：

6月16日

评定成绩

1分析负载

1.1负载分析

1.1.1外负载

Ft=10KN

1.1.2惯性负载

机床工作部件总质量m=1400kg，取t=0.05s。

Fm=mΔv/Δt=1400×［6/（0.05×60）］=2800N

1.1.3阻力负载

机床工作部件对动力滑台导轨法向力为

Fn=mg=14000N

静摩擦阻力

Ffs=fsFn=0.2×14000=2800N

动摩擦阻力

Ffd=fdFn=0.1×14000=1400N

由此得出液压缸在各工作阶段负载以下表。

工况

负载组成

负载值F（N）

起动

F=Fnfs

2800

加速

F=Fnfs+mΔV/Δt

4200

快进

F=Fnfd

1400

工进

F=Fnfd+Fg

11400

快退

F=Fnfd

1400

按上表数值绘制负载图

因为V1=V3=6m/min，l1=120mm，l2=180mm，快退行程l3=l1+l2=300mm，工进速度V2=0.1m/min，由此可绘出速度图。

a．负载图

b．速度图

2确定实施元件关键参数

由资料查得，组合机床在最大负载约为10000N时液压系统宜取压力P1=2.5Mpa，鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里液压缸用单活塞杆是，并在快进时作差动连接。

这种情况下液压缸无杆腔工作面积A1，应为有杆腔工作面积A2两倍，即=A1/A2=2，而活塞杆直径d和缸筒直径D成d=0.707D关系。

在铣屑加工时，液压缸回路上必需含有背压P2，以预防铣屑完成时滑台忽然前冲。

查表可得P2=0.6Mpa。

快进时液压缸作差动连接，管路中有压力损失，有杆腔压力应略大于无杆腔，但其差值较小，可先按0.3Mpa考虑，快退时回油腔中是有背压，这时P2也可按0.6Mpa估算。

有工进时负载按上表中公式计算液压缸面积

A2===27.27×10-4m2

A1=φA2=2A2=2×27.27×10-4=54.54×10-4m2

D===0.083m

d=0.707D=0.083×0.707=0.059m

将这些直径按GB/t2348-圆整成就近标准值得

D=0.09m

d=0.06m

由此求得液压缸两腔实际有效面积A1=πD2/4=63.585×10-4m2，A2=π（D2-d2）/4=35.325×10-4m2。

经验算，活塞杆强度和稳定性均符合要求。

依据上述D和d值，可估算出液压缸在各个工作阶段中压力、流量和功率，入下表所表示，并据此绘出工况图。

工况

负载F/N

回油腔压力p2/Mpa

进油腔压力p1/Mpa

输入流量q10-3/m3·s-1

输入功率P/KW

快进（差动）

起动

2800

0

1.043

-

-

加速

4200

p1+Δp（Δp=0.3Mpa）

1.939

-

-

恒速

1400

0.896

0.2826

0.2532

工进

11400

0.6

2.22

0.0106

0.0235

快退

起动

2800

0

0.834

-

-

加速

4200

0.6

2.332

-

-

恒速

1400

1.497

0.3533

0.5289

工况图

设计液压系统方案和确定液压系统原理图

3.1设计液压系统方案

因为该机床是固定式机械，且不存在外负载对系统作功工况，并有工况图知，这台机床液压系统功率小，滑台运动速度低，工作负载改变小。

查表可得该液压系统以采取节流调速方法和开式循环为宜。

现采取进油路节流调速回路，为处理铣削完成时滑台忽然前冲问题，回油路上要设置背压阀。

从工况图中能够清楚地看到，在这个液压系统工作循环内，液压缸要求油源交替提供低压大流量和高压小流量油液。

最大流量约为最小流量33倍，而快进加紧退所需要时间t1和工进所需要时间t2分别为

亦即是t1/t2=26。

所以从提升系统效率、节省能量角度来看，采取单个定量液压泵作为油源显然是不适宜，而宜采取大、小两个液压泵自动两级并联供油油源方案。

3.2选择基础回路

因为不存在负载对系统作功工况，也不存在负载制动过程，故不需要设置平衡及制动回路。

但必需含有快速运动、换向、速度换接和调压、卸荷等回路。

3.2.1调速回路

由工况图可知，该铣床液压系统功率小，所以选择节流调速方法，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中改变小，故可选择进口节流调速回路。

为预防铣削时负载忽然消失引发运动部件前冲，在回油路上加背压阀。

因为系统选择节流调速方法，系统肯定为开式循环系统。

考虑到铣削加工中有顺铣和逆铣两种工况，宜采取调速阀来确保速度稳定，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，以下图a、b所表示,因为本系统滑台由快进转为工进时，速度改变不大，为降低速度换接时液压冲击，从节省成本考虑，而从提升系统效率、节省能量角度来看，我们选择选择双联叶片泵供油油源方案。

ab

3.2.2换向回路和卸荷回路

铣床工作台采取单活塞杆液压缸驱动。

由工况图可知，输入液压缸流量由17L/min降至0.6L/min，滑台速度改变较大，可选择行程阀来控制速度换接，以减小液压冲击。

当滑台由工进转为快退时，回路中经过流量很大——进油路中经过21L/min，回油路中经过21×（63.585/35.325）L/min=37.8L/min。

为了确保换向平稳起见，宜采取换向时间可调电液换向阀式换接回路。

因为这一回路还要实现液压缸差动连接，所以换向阀必需是五通，以下图所表示。

3.2.3快速运动回路

为实现工作台快速进给，选择三位五通电磁换向阀组成液压缸差动连接。

这种差动连接快速运动回路，结构简单，也比较经济，以下图a所表示。

在图b中结构复杂不利于控制，所以选择a所表示回路，一起同上图组成快速换向回路，一样能够实现差动连接。

同时验算回路压力损失比较简便，所以不选择图b所表示回路。

ab

3.2.4压力控制回路

因为液压系统流量很小，铣床工作台工作进给时，采取回油路节流调速，故选择定量泵供油比较、经济，图所表示。

调压回路采取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，液压泵卸荷回路采取小型二位三通电磁阀控制先导型溢流阀，实现液压泵卸荷。

而从提升系统效率、节省能量角度来看，选择图b所表示。

ab

3.3将液压回路综合成液压系统

把上面学选出多种液压回路组合画在一起，就能够得到一张液压系统原理图，将此图仔细检验一遍，能够发觉该图所表示系统在工作中还存在问题。

为了预防干扰、简化系统并使其功效愈加完善，必需对系统图进行以下修改：

（1）为了处理滑台工进时进、回油路相互接通，系统无法建立压力问题，必需在换向回路中串接一个单向阀a，将进、回油路隔断。

（2）为了处理滑台快进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接问题，必需在回油路上串接一个液控次序阀b。

这么，滑台快进时因负载较小而系统压力里较低，使阀b关闭，便阻止了油液返回油箱。

（3）为了处理机床停止工作后回路中油液流回油箱，造成空气进入系统，影响滑台运动平稳性问题，必需在电液换向阀回油口增设一个单向阀c。

（4）为了在滑台工进后系统能自动发出快退信号，须在调速阀输出端增设一个压力继电器d。

（5）若将次序阀b和背压阀8位置对调一下，就能够将次序阀和油源处卸荷阀合并，从而省去一发。

进过修改、整理后液压系统原理图图所表示。

4选择液压元件

4.1液压缸

液压缸在整个工作循环长最大工作压力为2.332Mpa，如取进油路上压力损失为0.8Mpa，为使压力继电器能可靠地工作，取其调整压力高出系统最大工作压力0.5Mpa，则小流量液压泵最大工作压力应为

pp1=（2.332+0.8+0.5）=3.632Mpa

大流量液压泵在快进、快速运动是才向液压缸输油，由工况图可知，快退时液压缸工作压力比快进时打，如取进油路上压力损失为0.5Mpa，则大流量液压泵最高工作压力为

pp2=（1.497+0.5）=1.997Mpa

有工况图可知，两个液压泵应向液压泵提供最大流量为21.198L/min，因系统较简单，取泄露系数KL=1.05，则两个液压泵实际流量应为

qp=1.0521.198=22.258L/min

因为溢流阀最小稳定溢流量为3L/min，而工进时输入液压缸流量为0.6L/min，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵流量规格最少应为3.6L/min。

依据以上压力和流量数值查询产品样本，最终确定选择YB1-6/20型双联叶片液压泵，其小液压泵和撒液压泵排量分别为6mL/r和20mL/r，当液压泵转速np=940r/min时该液压泵理论流量为5.640L/min，18.8L/min，若取液压泵容积效率ηv=0.88则液压泵实际输出流量为

qp=［（6+20）×940×0.88/1000］=21.5072L/min

因为液压缸在快退时属兔功率最大，这时液压缸工作压力为2Mpa、流量为21.5072L/min。

按表取液压泵总效率ηp=0.75，则液压泵驱动电动机所需功率为

P==kW=0.95kW

依据此数值查阅电动机产品样本选择Y100L-6型电动机，其额定功率Pn=1.5kW，额定专属nn=940r/min。

4.2阀类元件及辅助元件

依据阀类及辅助元件所在油路最大工作压力和经过该元件最大实际流量，可选出这些液压元件型号及规格见表。

表中序号和系统图元件标号相同。

元件型号及规格

序号

元件名称

估量经过流量/L·min-1

额定流量/L·min-1

额定压力/Mpa

额定压降/Mpa

型号、规格

1

双联叶片泵

-

21.5

17.5

-

YB1-6/20

2

三位五通电液阀

60

80

16

<0.5

35DYF3Y-E10B

3

行程阀

50

63

16

<0.3

AXQF-E10B

qmax=100L/min

4

调速阀

0.5

0.07～50

16

-

5

单向阀

60

63

16

0.2

6

单向阀

25

63

16

<0.2

AF3-Ea10B

7

液控次序阀

25

63

16

<0.3

XF3-E10B

8

背压阀

0.3

63

16

-