专用铣床工作台液压系统

一、设计题目…………………………………………………………………………3 二、设计要求…………………………………………………………………………3 三、执行元件运动与负载分析………………………………………………………3 1.动分析与速度循环图………………………………………………………3 ①运动分析……………………………………………………………….3 ②速度循环图 ……………………………………………………………3

2.负载分析与负载循环图……………………………………………………4

①液压缸负载分析……………………………………………………….4 ②工作负载Fw ……………………………………………………………4 ③导轨摩擦负载Ff ………………………………………………………4 ④惯性负载Fa ……………………………………………………………4 ⑤重力负载Fg、密封负载 Fs ……………………………………………5 ⑥负载循环图 ……………………………………………………………6

四、执行元件主要参数确定 …………………………………………………………6 1．初选执行元件的工作压力…………………………………………………6 2．流量确定……………………………………………………….…………6 ①液压缸内径的计算………………………………………………………6 ②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……………………………………………………………7

1．选择油源形式 …………………………………………………………7 2．选择速度转换回路 ……………………………………………………7

3. 选择速度换接回路……………………………………………………7

4. 选择调压和卸荷回路…………………………………………………8

5. 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………………………………………………………8

1．计算液压泵的最大工作压力 …………………………….………8 2．计算液压泵的流量 ……………………………………….………8 3．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

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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——工进——快退——停止”。 结果 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→工进→快退→停止，其定性工作循环图如图1-1所示。 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。 S1=4.2mm 1111t10.14.2mm 22121111 减速行程：S3(12)t3（）0.14.1mm 2212750111 制动行程：S52t50.10.065mm 22750 工进行程：S4100mm 快进行程：S2SS1S3S4S54004.24.10.065100291.6mm 1150.141.7mm 反向启动行程：S63t622601150.141.7mm 反向制动行程：S83t82260 启动行程：S1S3=4.1mm S5=0.065mm S4=100mm S2=291.6mm S6=41.7mm S8=41.7mm S7=316.6mm 2

快退行程：S7SS6S840041,741,7316.6mm 式中，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8——分别为启动、快进、减速、工进、制动、反向启动、快退、反向制动行程，mm； S——总行程，mm; ν1、ν2、ν3——分别为快进、工进、快退速度，m/s; t1、t3、t5、t6、t8——各为启动、减速、制动、反向启动、反向制动时间，s。计算中，启动、制动和速度转换时间若无特特殊要求可取0.01～0.5s，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： t2 t2=3.49s t4=75s t7=3.8s S213.49s t4S4275s t7S733.8s 式中:t2、t4、t7——分别为快进、工进、快退的时间，s. v 启动 快进 减速 工进 制动 S 制动 快退 反向启动 图1-2 滑台速度循环图 2、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Fw、导轨摩擦负载Ff、惯性负载Fa、重力负载Fg、密封负载Fs和背压负载Fb。 F=Fw+Ff+Fa+Fg+Fs+Fb 式中，F——总负载，N。 ①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Fw=8kN ②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fs=0.2、动摩擦系数fd=0.1则摩擦负载的计算公式为： 静摩擦负载：Ffsfs(GFN)0.250001000N 动摩擦负载：Ffdfd(GFN)0.15000500N 式中：G——运动部件重力，N

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FN——垂直于导轨的工作负载,N ③ 惯性负载Fa 加速：Fa1 Ffs=1000N Ffd=500N Gv500010340N gt9.8115减速：Fa2Gv500010255N gt9.8120Gv50001085N gt9.8160Gv500010424N gt9.8112Gv500010424N gt9.8112 Fa1=340N 制动：Fa3反向加速：Fa4Fa2=255N Fa3=85N Fa4=424N 反向制动：Fa5Fa4④重力负载Fg、密封负载 Fs 由于此导轨是水平放置，故Fg=0N。又因未完成设计，不知道密封装置的参数，一般用Fa5=424N 机械效率ηm加以考虑，取ηm=0.9 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： 启动阶段：FFfs1060N 加速阶段：FFfsFa1Fg106036001420N 快进阶段：FFfdFg5300530N 工进阶段：FFfdFwFg530800008530N 减速阶段：FFfdFwFa253080002708260N 制动阶段：FFfdFwFa35308000908440N 反向启动阶段： FFfdFa453045575N 快退阶段： FFfd530N 制动阶段： FFfdFa553045485N 2． 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。

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F=1060N F=1420N F=530N F=8530N F=8260N F=8440N F=575N F=530N F=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。 表1 按负载选择工作压力 负载/ KN 工作压力/MPa 表2 各种机械常用的系统工作压力 设备类型 工作压力/MPa 精加工机床 0.8~2 半精加精加工或农机小型工程机械 液压机大中型工机床 重型机床 工程机械辅助机构 施工机械 3~5 5~10 10~16 20~32 <10 0.8~1.2 10~20 20~30 30~50 4~5 >50 ≥5 D=100mm, 1.5~2.5 3~4 d=70mm 单位：L/min 2. 流量确定 ①液压缸内径的计算 A=Fmax/P =8530/1=8530 D4A4853010-6mm104mm按标准取圆整后为D=100mm, 3.14dD/1.35100/1.3574mm, 按标准取圆整后d=70mm 1213222-32可得：A1D7.8510m;A2(Dd)410m 44②液压缸流量的计算 液压缸的动作循环为快进——工进——快退，则流量的计算式分别为： 1 快进：q1（A1A2)12.85100.23103m3/s 1213 工进：q2A127.85100.01103m3/s 75013 快退：q3A234100.33103m3/s 123q1=13.8 q2=0.6 表3 液压缸各阶段的压力、流量、功率 工况 推力 F0/N 1178 1578 回油腔压力 p2/MPa — 进油腔压力 输入流量 p1/MPa q×10-3m3/s 0.41 0.55 — — 输入功率 P/KW — — 启快进 动 加速 p1+Δp q3=19.8 计算公式 F P1 A1-A2 q(A1A2)1 5

恒 速 A2F PP1b A1A1 工进 9478 0.6 1.4 0.01 0.014 qA12 Pp1q A1F启639 — 1.1 — — PP b 1A2A2动 快加5 0.5 1.1 — — qA23 退 速 Pp1q 恒539 0.5 1.0 0.33 0.33 速 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p1，无杆腔回油，压力为p2。 五、拟定液压系统原理图 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qmax/qmin=0.33/0.01=33；其相应的时间之比 (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，且后者可双泵同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（1/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所示。 4.选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后，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。 5 p1+Δp 0.21 0.23 0.048 Pp1q 6

图1-3双联叶片泵 图1-4三位五通电液换向阀 图1-5行程阀控制的换接回路 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Pp pp1p1ppe1.40.50.52.4MPa 式中，P——执行元件工况图中所示的最高压力，MPa. ΣΔp——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pe=0.5MPa 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速阀，故取进油路上的总压力损失ΣΔp=0.3MPa.则大流量泵的最高工作压力估算为 pp2p1p(1.10.3)MPa1.4MPa 2、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=KΣΔQmax=1.10.33L/s=21.78L/min -33考虑到溢流阀的最小稳定流量是3L/min，工进是的流量为0.01×10 m/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。当液压泵的转速np=1000r/min时，其理论流量分别为10 L/min和26L/min，若取液压泵容积效率ηv=0.9，则液压泵的实际输出流量为 qp1=qp1+qp2 =(12 +26 )1000 0.9/1000L/min=34.2 L/min 由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率ηp=0.8，这时液压泵的驱动电 7

动机功率为：PpPqpp2.410634.21.71KW 3600.810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： 附图1：

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附图2： 附图3：

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附图四： 附表： 1、元件清单 序号 1 2 通过的最元件名称 大流量q/L/min 双联叶片泵 三位五通电液换向阀 行程阀 调速阀 单向阀 单向阀 — 20 规格 额定流量额定压力qn/L/min Pn/MPa PV2R12 12/26* 16 35DY—100BY 22C—100BH Q—6B I—100B I—100B 100 6.3 型号 额定压降∆Pn/MPa — 0.3 3 4 5 6 10.3 <1 20 11.4 100 6 100 100 6.3 6.3 6.3 6.3 0.3 — 0.2 0.2 10

7 8 9 10 11 12 13 14 液控顺序阀 背压阀 溢流阀 单向阀 滤油器 压力表开关 单向阀 压力继电器 28.1 <1 5.1 11.78 36.6 — 20 — XY-—63B B—10B Y—10B I—100B XU—80×200 K—6B I—100B PF—B8L 63 10 10 100 80 — 100 — 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 — 6.3 14 0.3 — — 0.2 0.02 — 0.2 — 2、电液换向阀动作表 工况 快进 工进 快退

1YA（左） 2YA（右） + + - - - + 11

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