专用铣床液压系统设计 计算说明书分解.docx

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专用铣床液压系统设计计算说明书分解

镇江高专

ZHENJIANGCOLLEGE

毕业设计（论文）

专用铣床液压系统设计

Specialmillingmachinehydraulicsystemdesign

系名：

机械系

专业班级：

机制10

******

学号：

1********

指导教师姓名：

戴月红

指导教师职称：

副教授

二○一三年五月

引言...................................................................................................3

第一章概述...........................................................................................4

1.1设计的目的.....................................................................................................4

1.2设计的要求.....................................................................................................4

1.3设计题目.........................................................................................................5

第二章工况分析.................................................................................6

2.1负载分析.......................................................................................................6

2.2工作负载........................................................................................................6

2.3摩擦阻力.......................................................................................................6

2.4惯性负载.......................................................................................................6

第三章绘制负载图、速度图和动作循环图.......................................7

第四章初步确定液压缸的参数..............................................................9

4.1初步确定液压缸的参数.................................................................................9

4.2计算液压缸的尺寸.......................................................................................9

4.3液压缸工况...................................................................................................10

第五章拟定液压原理图......................................................................13

5.1选择液压基本回路........................................................................................13

5.2组成系统图.................................................................................................15

第六章选择液压元件...........................................................................16

6.1确定液压泵的工作压力和流量计算...........................................................16

6.2控制阀的选择................................................................................................17

6.3确定油箱直径................................................................................................17

第七章液压系统的性能验算..............................................................18

结论.......................................................................................................19

致谢.....................................................................................................20

专用铣床液压系统设计

摘要液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。

通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。

完成各种设备不同的动作需要。

液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。

所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个简单的液压系统是非常有意义的。

关键词：

液压传动、稳定性、液压系统

SpecialMillingMachineHydraulicSystemDesign

AbstractHydraulicsystemispoweredmotorbasis,theuseofhydraulicpumpwilltranslateintopressureonthemechanicalenergy,promotethehydraulicoil.Throughvariouscontrolvalvestochangetheflowofhydraulicoil,thuspromotingthehydrauliccylindersmadeofdifferentitinerary,themovementsindifferentdirections.Allkindsofdifferentequipmenttocompletetheactionsrequired.Hydraulicsystemhasbeeninvariousindustrialsectorsandagriculture,forestry,animalhusbandryandfisheries,andmanyotherdepartmentsaremorewidelyused,andmoreadvancedequipment,itsapplicationonthepartofthehydraulicsystemmore.Sostudentslikeustostudyandpersonallydesignedasimplehydraulicsystemisverymeaningful.

Keywords:

hydraulictransmission,controlsystem,hydraulicsystem

引言

目前，随着电子、信息等高新技术的不断发展及市场需求个性化与多样化，世界各国都把机械制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，将其他学科的高技术成果引入机械制造业中。

因此机械制造业的内涵与水平已今非昔比，它是基于先进制造技术的现代制造产业。

纵观现代机械制造技术的新发展，其重要特征主要体现在它的绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制造智能制造、并行工程、敏捷制造和网络制造等方面。

近年来，我国的工程机械取得了蓬勃的发展，其中，液压传动技术起到了至关重要的作用。

而且，随着液压传动技术的快速发展和广泛应用，它已成为农业机械和工程建筑机械等行业不可缺少的重要技术。

然而，尽管液压技术在机械能与压力能的转换方而，已取得很大进展，但它在能量损失和传动效率上仍然存在着问题。

因为，在液压系统中，随着油液的流动，有相当多的液体能量损失掉，这种能量损失不仅体现在油液流动过程中的内摩擦损失上，还反映在系统的容积损失上，使系统能量利用率降低，传动效率无法提高。

高能耗和低效率又使油液发热增加，使性能达小到理想的状况，给液压技术的进一步发展带来障。

因此，探索和研究高效液压传动技术，提高其综合性能就成为了液压技术领域研究的重点之一。

第一章概述

1.1设计的目的

液压传动系统设计是本设计的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的；

1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力；

2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路，组合成满足基本性能要求的液压系统；

3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。

对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。

1.2设计的要求

1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。

如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。

并非是越先进越好。

同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济；

2.独立完成设计。

设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。

不能简单地抄袭；

3.在设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。

不能直接向老师索取答案；

4.液压传动设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。

具体题目由指导老师分配，题目附后；

5.液压传动设计一般要求学生完成以下工作：

（1）液压系统原理图及速度循环图,负载图,电磁发动工作循环表一张A1.

（2）液压缸装配图一张A1

（3）液压缸主要零件的零件图五张（A3）

（4）设计计算说明书，字数不少于5000字

（5）以上资料打印稿和电子版（图纸用AutoCAD2004版本存盘，说明书及

任务书用Word2003存盘）各一份。

1.3设计题目

一台专用铣床的铣头驱动电机的功率为7.5KW，铣刀直径为120mm，转速为350rpm，工作台重量为4000N，工件及夹具最大重量为1500N，工作台行程为400mm，（快进300mm，工进100mm）快进速度为4.5m/min，快进速度与快退速度相等近视，工金速度为60～1000mm/min，其往复运动和加速（减速）时间t=0.05s，工作台用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1

第二章工况分析

2.1负载分析

液压缸负载包括：

切削阻力、摩擦阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和被压阻力

2.2工作负载

2.3摩擦阻力

2.4惯性负载

查液压缸的机械效率

，可计算出液压缸在各工作阶段的负载情况，

如下表1：

工

况

负载计算公式

液压缸负载F/N

液压缸推力/N

启

动

F＝

1100

1222.22

加

速

F＝

1390.98

1545.53

快

进

F＝

550

611.11

工

进

F＝

3960.46

4400.51

快

退

F＝

550

611.11

液压缸各阶段的负载情况表

第三章绘制负载图、速度图和动作循环图

根据工况负载和以知速度v1和v2及行程L，可绘制负载图和速度图，如下图1,2,3所示：

负载循环图

F/N

4400.51

100

200

300

400

s/mm

图1

速度循环图

v/（m/min）

6

4.5

4

2

100

200

300

400

s/mm

图2

动作循环图

快进

停

止工进

快退

图3

第四章初步确定液压缸的参数

4.1初步确定液压缸的参数

所设计的动力滑台在工进时负载最大F=4400.51，在其它工况负载都不太高，

参考表2和表3，初选液压缸的工作压为

。

表2按负载选择工作压力

负载/KN

<5

5~10

10~20

20~30

30~50

>50

工作压力/MPa

<0.8~1

1.5~2

2.5~3

3~4

4~5

>=5

表3各种机械常用的系统压力

机械类型

机床

农业机械

小型工程机械

建筑机械

液压凿岩机

液压机

大中型挖掘机

重型机械

起重运输机械

磨床

组合机床

龙门刨床

拉床

工作压力/MPa

0.8~2

3~5

2~8

8~10

10~18

20~32

4.2计算液压缸的尺寸

鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸，快进时液压缸差动连接。

工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表4选背压力为

。

表4执行元件背压力

系统类型

背压力/MPa

简单系统或轻载节流调速系统

0.2~0.5

回油路带背压阀的系统

0.5~1.5

回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时

0.5

用补油泵的闭式系统

0.8~1.5

从满足最大推力出发，可算得液压无杆腔的有效面积

由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程

，可得

A1=

=

=16.9cm2

液压缸内径

D=

=46.4mm

查表5圆整取D=50mm

表5液压缸内径尺寸系列GB2348-1993（mm）

8

10

12

16

20

25

32

40

50

63

80

（90）

100

（110）

125

（140）

160

（180）

200

（220）

250

320

400

500

630

根据液压缸快进，快退速度相等。

退速度相等，可选单出杆液压缸差动连接，活塞杆直径可按下式计算：

d=0.707D=

=35.3mm，查表6将其圆整为d=36mm

表6活塞杆直径尺寸系列

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

22

25

28

32

36

40

45

50

55

63

70

80

90

100

110

125

140

160

180

200

220

250

280

320

136

400

计算出液压缸的有效面积

=1963mm2，

=946mm2

4.3液压缸工况

液压缸各工作循环的负载、压力、流量和功率数值表

工况

负载

FL/N

回油腔压力

P2/MPa

进油腔压力p1/MPa

输入理论流量q

/

（m3/s）

输入功率P/kW

计算式

快进（差动）

启动

1222.22

—

12.6

—

—

加速

1545.53

21.27

—

—

恒速

611.11

11.56

4.33

0.08

工进

4400.51

8

26.5

1.96~0.12

0.086

快退

启动

122.22

—

12.2

—

—

加速

1545.53

25.24

—

—

恒速

611.11

15.91

4.5

0.011

绘制液压缸的工况图，如图4所示：

图4

第五章拟定液压原理图

5.1选择液压基本回路

（1）选择油源形式

选择油源形式从工况图可以清楚看出，系统的压力和流量均较小，故可采用电动机驱动的单定量泵供油油源和溢流阀调压方案，如图5所示。

图5

（2）选择调速回路

选择调速回路由工况图可知，这台机床液压系统功率较小，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，如图6所示。

为防止铣完工件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。

图6

（3）换向回路和选择快速回路

换向回路选用三位四通“O”型中位机能的电磁换向阀实现液压缸的快退和停止，采用二位三通电磁换向阀实现液压缸快进时的差动快速连接。

考虑到工作进给时负载大、速度低，而快进、快退行程中负载小、速度快，所以采用由换向阀联通的差动快速回路，如图7所示。

根据一般专用铣床的要求不高，采用电磁阀的快慢换接回路，其特点是结构简单。

选用简便的电气行程开关和挡铁控制行程方式，如图d8所示。

图7图8

（4）辅助回路

在液压泵进口设置一过滤器以保证吸入液压泵的油液清洁，出口设一单向阀

以保护液压泵，在该单向阀与液压泵之间设一压力表及其开关，以便溢流阀调压和观测。

电磁铁动作顺序表图9下

电磁铁动作顺序表

图9

5.2组成系统图

为了实现工作台快退选用具单向阀的调速阀，图为所设计的液压系统图

如图10所示。

液压系统原理图

图10

第六章选择液压元件

6.1确定液压泵的工作压力和流量计算

（1）液压泵的工作压力计算

由工况图可以查得液压缸的最高工作压力出现在快退阶段，即

由于进油元件少，故泵至缸间的进油路的压力损失估计取为

=0.3MPa。

则工作时泵的最高压力为

=2.94MPa

（2）液压泵流量计算

泵的供油流量按液压缸快进阶段的流量4.58L/min进行估算，由于系统流量较小，故取系统泄露系数K=1.3，则液压泵的流量为：

（3）确定液压泵规格

根据系统所需流量，初选液压泵的转速为n=1450r/min,泵的容积效率为

，可算得泵的排量参考值为

查液压元件手册，选用规格相近的YB-6型叶片泵，其额定转速容积为0.8，可算得泵的额定流量为

6.69L/min,比系统流量稍大。

（4）确定驱动电动机功率由工况图表明，最大功率出现在快退阶段，已知液压泵的总效率为

=0.8，液压泵流量为1.7L/min。

则电动机功率为：

=357W

据此选用Y801-4型卧式三项异步电动机，其额定功率为0.55KW，转速为1390r/min，此时液压泵流量为6.67L/min，仍能满足。

6.2控制阀的选择

根据泵的工作压力和通过各阀的实际流量，选取各元件的规格，如表7所示。

各元件的规格表

序号1

元件名称定量叶片泵

最大通流量/（L/min）６

型号规格ＹＢ－６6⨯63*⨯63

1

滤油器

6.67

XU-B16*100

2

定量叶片泵

6.67

YB-6

3

电动机

Y801-4

4

溢流阀

6.67

YF3-10B

5

单向阀

6.67

AF3-Ea10B

6

三位四通电磁阀

4.58

34DF-E4B

7

单向调速阀

4.26

AQF3-6aB

8

二位三通电磁阀

4.26

23D-10B

表7

6.3确定油箱直径

进出液压缸无杆腔的流量，在快退和差动工况时为2Q所以管道流量Q按12L/min计算。

取压油管流速v=3m/s

=9.22mm,取内径10mm的管道。

吸油管的流速v=1m/s，通过的流量为6L/min,则

取内径12mm的管道。

确定管道尺寸应与选定的液压元件接口处的尺寸一致。

第七章液压系统的性能验算

7.1液压系统的效率

取泵的效率

，液压缸的机械效率

，回路效率为

当工进速度1m/min时，

当工进速度60mm/min时，

7.2液压系统的温升

（只验算系统在工进时的发热和温升）定量泵的输入功率为：

工进时系统的效率

＝0.012，系统发热量为：

取散热系数K=15，油箱散热面积

计算出油液温升的近似值：

摄氏度,所以合理。

结论

目前我国液压技术缺少技术交流，液压产品大部分都是用国外的液压技术加工回来的，所以发展国产液压技术振兴国产液压系统技术。

不管人们有没有意识到，科学技术已经深深的影响着我们的日常生活，在经济社会发展扮演着不可或缺的角色。

科学技术在一定程度上也改变着我们的生活方式，改变着我们的文化。

正是因为科学技术具有如此的重要性，我们的国家领导人也在多种场合提出大力发展科学技术。

我国在改革开放以后取得了很大地进步，步入了科技强国之林。

但是，我们还应该认识到，我国很多技术都受限于发达国家。

所以，我们应该奋起直追，迎头赶上。

作为当前社会的一员，我们不仅应该认识到科技的重要性，还应该努力学习科学技术，用科学技术来武装我们的头脑，具有献身科学的勇气和决心，具有用科学技术来发展全人类的博大胸怀。

更重要地是，我们还应当教育我们的后代，要热爱科学，尊重科学！

致谢

在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助