专用铣床的液压系统设计

液压传动课程设计题目名称专用铣床的液压系统设计专业班级学生姓名学号指导教师机械与车辆工程系二○一六年月日-2-目录液压传动课程设计任务书....................................................-3-蚌埠学院本科课程设计评阅表................................................-4-1分析负载...............................................................-5-1.1负载分析..............................................................-5-1.1.1外负载..............................................................-5-1.1.2惯性负载............................................................-5-1.1.3阻力负载............................................................-5-2确定执行元件主要参数...................................................-6-3设计液压系统方案和拟定液压系统原理图...................................-8-3.1设计液压系统方案......................................................-8-3.2选择基本回路..........................................................-9-3.2.1调速回路............................................................-9-3.2.2换向回路和卸荷回路..................................................-9-3.2.3快速运动回路.......................................................-10-3.2.4压力控制回路.......................................................-10-3.3将液压回路综合成液压系统.............................................-11-4选择液压元件..........................................................-12-4.1液压缸...............................................................-12-4.2阀类元件及辅助元件...................................................-13-4.3油管.................................................................-14-4.4油箱.................................................................-14-5验算液压系统性能.......................................................-14-5.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值.................................-14-5.2验算油液温升.........................................................-16-设计小结..............................................................-17-参考文献..............................................................-18--3-蚌埠学院机械与车辆工程系液压传动课程设计任务书班级姓名学号指导教师：一、设计题目：设计一台专用铣床的液压传动系统，若工作台、工件和夹具的总重量力为14000N，轴向切削力为10KN，工作台总行程300mm，工作行程180mm，快进与快退速度均为6m/min，工进速度为30-800mm/min，加速和减速时间均为0.05s，工作台采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，设计该机床的液压传动系统。二、设计要求：液压系统图拟定时需要提供2种以上的设计方案的选择比较。从中选择你认为更好的一种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：2016年6月6日--2016年6月12日-4-蚌埠学院本科课程设计评阅表机械与车辆工程系2015级专业学生姓名学号课题名称专用铣床的液压系统设计指导教师评语：指导教师（签名）：2016年6月16日评定成绩-5-1分析负载1.1负载分析1.1.1外负载Ft=10KN1.1.2惯性负载机床工作部件的总质量m=1400kg，取t=0.05s。Fm=mΔv/Δt=1400×［6/（0.05×60）］=2800N1.1.3阻力负载机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为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的负载如下表。工况负载组成负载值F(N)起动F=Fnfs2800加速F=Fnfs+mΔV/Δt4200快进F=Fnfd1400工进F=Fnfd+Fg11400快退F=Fnfd1400按上表数值绘制负载图由于V1=V3=6m/min，l1=120mm，l2=180mm，快退行程l3=l1+l2=300mm，工进速度V2=0.1m/min，-6-由此可绘出速度图。a．负载图b．速度图2确定执行元件主要参数由资料查得，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，这里的液压缸用单活塞杆是的，并在快进时作差动连接。-7-这种情况下液压缸无杆腔的工作面积A1，应为有杆腔工作面积A2的两倍，即=A1/A2=2，而活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系。在铣屑加工时，液压缸回路上必须具有背压P2，以防止铣屑完成时滑台突然前冲。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，有杆腔的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的，这时P2也可按0.6Mpa估算。有工进时的负载按上表中的公式计算液压缸面积A2=Fηm(p1φ-p2)=114000.95（2.5×2-0.6）=27.27×10-4m2A1=φA2=2A2=2×27.27×10-4=54.54×10-4m2D=4A1π=4×54.54×10-43.14=0.083md=0.707D=0.083×0.707=0.059m将这些直径按GB/t2348-2001圆整成就近标准值得D=0.09md=0.06m由此求得液压缸两腔的实际有效面积A1=πD2/4=63.585×10-4m2，A2=π（D2-d2）/4=35.325×10-4m2。经验算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。根据上述D和d的值，可估算出液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，入下表所示，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280001.043--加速4200p1+Δp（Δp=0.3Mpa）1.939--恒速14000.8960.28260.2532工进114000.62.220.01060.0235快退起动280000.834--加速42000.62.332--恒速14001.4970.35330.5289-8-工况图设计液压系统方案和拟定液压系统原理图3.1设计液压系统方案由于该机床是固定式机械，且不存在外负载对系统作功的工况，并有工况图知，这台机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小。查表可得该液压系统以采用节流调速方式和开式循环为宜。现采用进油路节流调速回路，为解决铣削完成时滑台突然前冲的问题，回油路上要设置背压阀。从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，液压缸要求油源交替的提供低压大流量和高压小流量的油液。最大流量约为最小流量的33倍，而快进加快退所需要的时间t1和工进所需要的时间t2分别为亦即是t1/t2=26。因此从提高系统效率、节省能量的角度来看，采用单个定量液压泵作为油源显然是不合适的，而宜采用大、小两个液压泵自动两级并联供油的油源方案。-9-3.2选择基本回路由于不存在负载对系统作功的工况，也不存在负载制动过程，故不需要设置平衡及制动回路。但必须具有快速运动、换向、速度换接以及调压、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，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。为防止铣削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，如下图a、b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，而从提高系统效率、节省能量角度来看，我们选用选用双联叶片泵供油的油源方案。ab3.2.2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，输入液压缸的流量由17L/min降至0.6L/min，滑台的速度变化较大，可选用行程阀来控制速度的换接，以减小液压冲击。当滑台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大——进油路中通过21L/min，回油路中通过21×（63.585/35.325）L/min=37.8L/min。为了保证换向平稳起见，宜采用换向时间可调的电液换向阀式换接回路。由于这一回路还要实现液压缸的差动连接，所以换向阀必须是五通的，如下图所示。-10-3.2.3快速运动回路为实现工作台快速进给，选用三位五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，如下图a所示。在图b中结构复杂不利于控制，所以选择a所示的回路，一起同上图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b所示的回路。ab3.2.4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，选用如图b所示。-11-ab3.3将液压回路综合成液压系统把上面学选出的各种液压回路组合画在一起，就可以得到一张液压系统原理图，将此图仔细检查一遍，可以发现该图所示系统在工作中还存在问题。为了防止干扰、简化系统并使其功能更加完善，必须对系统图进行如下修改：（1）为了解决滑台工进时进、回油路相互接通，系统无法建立压力的问题，必须在换向回路中串接一个单向阀a，将进、回油路隔断。（2）为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法实现