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1、測控技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 半自動(dòng)液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 序號(hào)3 姓 名： 豐俊 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 20101051 學(xué) 號(hào)： 2010105104 指導(dǎo)教師： 目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)1二、設(shè)計(jì)內(nèi)容21.負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析21.1工作負(fù)載21.2摩擦負(fù)載21.3負(fù)載圖與速度圖的繪制22.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定42.1液壓缸的選定43.編制液壓缸的工況圖54.液壓系統(tǒng)圖的擬定74.1選擇基本回路74.2組成液壓系統(tǒng)85.液壓元件的選擇85.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率85.2確定其他元件及輔件96.驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能106.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失106.2驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升1

2、37.參考文獻(xiàn)：13附錄：14半自動(dòng)液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)用成型銑刀在加工件上加工出成型面的液壓專用銑床，工作循環(huán)：手工上料自動(dòng)夾緊工作臺(tái)快進(jìn)銑削進(jìn)給工作臺(tái)快退夾具松開手工卸料。2設(shè)計(jì)參數(shù)工作臺(tái)液壓缸負(fù)載力（KN）：FL 夾緊液壓缸負(fù)載力（KN）：Fc工作臺(tái)液壓缸移動(dòng)件重力（KN）：G 夾緊液壓缸負(fù)移動(dòng)件重力（N）：Gc工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度（m/min）：V1=V3 夾緊液壓缸行程（mm）：Lc工作臺(tái)工進(jìn)速度（mm/min）：V2 夾緊液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間（S）：tc工作臺(tái)液壓缸快進(jìn)行程（mm）：L1 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)：s=0.2工作臺(tái)液壓缸工進(jìn)行程（mm）：L2 導(dǎo)

3、軌面動(dòng)摩擦系數(shù)：d=0.1工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)間（S）：Dt=0.5 序號(hào)3FL8.8Fc3.8G1.5Gc80V14.5V245L1350L290Lc10tc23.液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般包括以下內(nèi)容：1、液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容：(1) 明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析；(2) 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)；(3) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖；(4) 計(jì)算和選擇液壓件；(5) 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能；(6) 編制技術(shù)文件。4.學(xué)生應(yīng)完成的工作量：（打印稿和電子版各1份）(1) 液壓系統(tǒng)原理圖1張；(2) 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份。（字?jǐn)?shù)：25003000。）二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析1.1工作負(fù)載1)夾緊缸工作負(fù)載：由于

4、夾緊缸的工作對(duì)于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中把夾緊缸的工作過程簡化為全程的勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以不考慮夾緊缸的慣性負(fù)載等一些其他的因素。2)工作臺(tái)液壓缸工作負(fù)載極為切削阻力FL=8.8KN。1.2摩擦負(fù)載摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：(1)靜摩擦阻：(2)動(dòng)摩擦阻力：(3)慣性負(fù)載：1.3負(fù)載圖與速度圖的繪制快進(jìn)工進(jìn)快退假設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1-1所示。工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力啟動(dòng)300333.3加速175.5195快進(jìn)150166.7工進(jìn)89509944.4反向啟動(dòng)300333.3加速175.5195快退150166.7

5、圖1-1 液壓缸F-L圖圖1-2 液壓缸V-L圖2.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定2.1液壓缸的選定1)夾緊缸根據(jù)負(fù)載選擇液壓缸的執(zhí)行壓力p=1MPa。根據(jù)相關(guān)資料，D取80mm。根據(jù)穩(wěn)定性校核LC/d10時(shí)，液壓缸能滿足穩(wěn)定性條件，LC=10mm ，這里取d=40mm。液壓缸的有效作用面積：有桿腔：無桿腔：此時(shí)實(shí)際工作壓力為：，所以選取工作壓力1MPa滿足要求。2)工作臺(tái)液壓缸所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，初選液壓缸的工作壓力P1=4MPa.鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（A1=A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止車銑時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓

6、缸的回油腔應(yīng)有背壓，選定背壓為，而液壓缸快退時(shí)背壓取0.5Mpa由式得則活塞直徑參考表2.4及表2.5，取標(biāo)準(zhǔn)值得。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積： 無桿腔： 有桿腔： 有效面積：A=A 1-A2=1.5810-3m23.編制液壓缸的工況圖根據(jù)上述條件，經(jīng)計(jì)算液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率如下：壓力a、快進(jìn)階段的液壓缸壓力啟動(dòng)時(shí)， =加速時(shí)， =(差動(dòng)回路中一般取被壓為0.5Mp)恒速時(shí)， =b、工進(jìn)階段的液壓缸力=c、快退階段的液壓缸壓力啟動(dòng)時(shí)，=加速時(shí)，=恒速時(shí)，=夾緊缸（）回油路背壓為0.5Mpa夾緊時(shí)：，放松時(shí)：，流量a、快進(jìn)（恒速時(shí)）階段的流量q=AV1=15804.51

7、0310-6=7.11L/minb、工進(jìn)階段的流量q=A1V2=31104510-6=0.14L/minc、快退（恒速時(shí)）階段的流量q=A2V3=15304.510-3=6.89L/min功率a、快進(jìn)（恒速時(shí)）階段的功率p=pq=0.327.1110360=37.92Wb工進(jìn)（最高速度時(shí)）階段的功率p=pq=3.600.1410360=8.4Wc快退（恒速時(shí)）階段的功率P=pq=0.636.8910360=72.35表3-1 工作液壓缸工況表工況推力回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量QL/min輸入功率P/W計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)333.30.21加速1950.61恒速166.70.597.1137.92

8、工進(jìn)9944.40.63.600.148.4快退啟動(dòng)333.30.32加速1950.50.64恒速166.70.50.636.8972.35圖3-1 液壓缸壓力圖圖3-2 液壓缸流量圖4.液壓系統(tǒng)圖的擬定4.1選擇基本回路1)選擇調(diào)速回路 由可知這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，在液壓缸的回路上加背壓閥。2)供油方式從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液，其相應(yīng)的時(shí)間之比。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小

9、流量工作，從提高系統(tǒng)效率節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源。同時(shí)選用一定量泵作為夾緊缸油源。3)選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快進(jìn)快退時(shí)回路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，所以選用三位五通電液換向閥。4)選擇速度換向回路 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大，為減少速度換向時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥控制的換向回路。5)選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺(tái)

10、工進(jìn)時(shí)，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥確定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖為卸荷，但功率損失較小，故可不許再設(shè)卸荷回路。4.2組成液壓系統(tǒng)將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖。5.液壓元件的選擇5.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率1)計(jì)算工作液壓缸的泵(1)計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 工作臺(tái)液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力p1=MPa。如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失p=1MPa，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為：(2)計(jì)算液壓泵的流量由表2.6

11、可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為q=642mL/s，按10%的泄露來計(jì)算那么泵的總流量為：而工進(jìn)時(shí)調(diào)速閥的穩(wěn)定流量是4.69mL/s，所以泵的穩(wěn)定輸出流量不得小于工進(jìn)時(shí)的流量。(3)確定液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取YBN-40M型限壓式變量泵，額定轉(zhuǎn)速1450m/min，最大流量為58L/min, 液壓泵總效率,調(diào)壓范圍在，滿足要求。2)計(jì)算夾緊液壓缸的泵(1)計(jì)算液壓泵的最大工作壓力由以上計(jì)算可知，夾緊液壓缸在夾緊時(shí)工作壓力最大，夾緊缸最大壓力p2=0.95MPa。選取進(jìn)油路上的總壓力損失p=0.4MPa，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為：(2)計(jì)算液壓

12、泵的流量由以上計(jì)算可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，按10%的泄露來計(jì)算那么泵的總流量為：(3)確定液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取型葉片泵，額定轉(zhuǎn)速1450r/min,容積效率，額定流量為4.64L/min，滿足要求。3)電動(dòng)機(jī)功率的確定把上述兩液壓泵雙聯(lián)由電動(dòng)機(jī)一起帶動(dòng)，則工作液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5Mpa，則液壓泵輸出壓力為1.53Mpa，又工作液壓泵總效率，這是液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率為：根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用電動(dòng)機(jī)Y90L-4型異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5kW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，型葉片泵輸出流量為4.

13、48L/min，仍能滿足系統(tǒng)要求。5.2確定其他元件及輔件(1)確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表所式。其中，溢流閥9按泵的額定流量選取，調(diào)速閥5選用Q-6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03L/min，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.5L/min。序號(hào)元件名稱通過的最大流量q/L/min規(guī)格型號(hào)額定流量額定壓力額定壓降1限壓式變量泵-YB-40M-6.3-2液控順序閥28.1XY63B636.30.33三位五通電液換向閥7035DYF3 -C10B806.30.34單向閥70100B1006.30.25調(diào)速閥1QF3-E6

14、aB6.3 6.3-6 換向閥30.84SED2080-7單向閥29.3100B1006.30.28背壓閥1B10B106.3-9溢流閥5.1Y10B106.3-10單向閥27.9100B1006.30.211濾油器36.6XU-80200806.30.0212壓力表開關(guān)-k-6B-13單向閥70100B1006.30.214壓力繼電器-PF-D8L-15葉片泵-6.04.8-6.驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能6.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時(shí)，首選確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進(jìn)回油管長l=2m,油液的運(yùn)動(dòng)粘度取，油液的密度取(

15、1)判斷流動(dòng)狀態(tài)在快進(jìn)工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)回油管路中所通過的流量以快退時(shí)回油流量=70L/min為最大，此時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)也為最大，因?yàn)樽畲蟮睦字Z數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。(2)計(jì)算系統(tǒng)壓力損失將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時(shí)帶入沿程壓力損失計(jì)算公式，并將已知數(shù)據(jù)帶入后，得可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失常按下式作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算，其中的由產(chǎn)品樣本查出。和數(shù)值由表8和表9列出?；_(tái)在快進(jìn)工進(jìn)和快退工

16、況下的壓力損失計(jì)算如下：6.1.1快進(jìn)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過電液換向閥差動(dòng)連接，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥10電液換向閥2，然后與液壓缸有桿腔的回油回合通過行程閥3進(jìn)入無桿腔。在進(jìn)油路上，壓力損失分別為在回路上，壓力損失分別為將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，使得出差動(dòng)連接運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失6.1.2工進(jìn)滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥2調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥2背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失為0.6MPa,若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進(jìn)油路上總

17、的壓力損失為該值即為液壓缸的回油腔壓力，可見此值與初算時(shí)參考表4選取的背壓基本相符。按表7的公式重新計(jì)算液壓缸的工作壓力此略高于表7數(shù)值考略到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差，則小流量泵的工作壓力為此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥10的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。6.1.3快退滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥10電液換向閥2進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥5電液換向閥2和單向閥13返回油箱。在進(jìn)油路上總的壓力損失為此值遠(yuǎn)小于估算值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。在回油路上總的壓力損失為此值與表7的數(shù)值基本相符，故不必重算。大流量泵的工作壓力為此值是調(diào)整液控順序閥7在調(diào)整壓力

18、的主要參考數(shù)據(jù)。6.2驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來計(jì)算。在工進(jìn)時(shí)，大流量泵經(jīng)液控順序閥7卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率由此可計(jì)算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為按式計(jì)算工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)中的油液溫升，即其中傳熱系數(shù)。設(shè)環(huán)境溫度，則熱平衡溫度為油溫在允許范圍內(nèi)，郵箱散熱面積符合要求，不必設(shè)置冷卻器。7.參考文獻(xiàn)：1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用 化學(xué)工業(yè)出版社 張利平編著2液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)指南 化學(xué)工業(yè)出版社 張利平編著3液壓傳動(dòng)（第三版）機(jī)械工業(yè)出版社 丁樹模、丁問司附錄：