1設(shè)計(jì)題目 12、工況分析 1負(fù)載分析 2運(yùn)動(dòng)分析 23、確定液壓缸參數(shù)3初選液壓缸的工作壓力 3確定液壓缸尺寸 3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率計(jì)算值 4繪制液壓缸工況圖 44、 擬定液壓系統(tǒng)圖 6選擇液壓回路 6調(diào)速回路 6換向回路和卸荷回路 6快速運(yùn)動(dòng)回路 6壓力控制回路 7液壓系統(tǒng)合成 85、 選擇液壓元件 8選擇液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī) 8選擇控制元件 9選用輔助元件 106、 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算10回路中壓力損失 10工進(jìn)時(shí)壓力損失 10快退時(shí)壓力損失 11確定液壓泵工作壓力 12液壓系統(tǒng)的效率 12液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗(yàn)算 13參考文獻(xiàn) 14附錄 （液壓系統(tǒng)圖）液壓油缸圖）1設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺(tái)專用銑床，銑頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為千瓦，銑刀直徑為120mm轉(zhuǎn)速 350轉(zhuǎn)/分，如工作臺(tái)質(zhì)量為480公斤，工件和夾具的質(zhì)量為150公斤，工作臺(tái) 的行程為400mm工進(jìn)行程為100mm快進(jìn)快退速度為米/分，工進(jìn)速度為601000 毫米/分，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速(減速)時(shí)間為秒，工作臺(tái)用平導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)fs 0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd 0.1，試設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。2工況分析負(fù)載分析根據(jù)給定條件，先計(jì)算工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)中慣性力 Fm，工作臺(tái)與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦阻 力Ffd和靜摩擦阻力FfsFmFg v63000.075963(N)(2-1)g t9.810.05Ffdfd ( FG1Fg2)0.1(48001500)6300 (N)(2-2)FfSfs(FG1Fg2)0.2(48001500)1260 (N)(2-3)其中，F(xiàn)G1 m1g 480 104800(N)FG2 m2g 150 10 1500 (N)Fg FG1 FG2 4800 15006300 (N)由銑頭的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率可以求得銑削最大負(fù)載阻力Ft:PFt -(2-4)vn d 350 3.14 0.12m其中 v2.198m60 60 /s7000所以，F(xiàn)t3185v 2.198同時(shí)考慮到液壓缸密封裝置的摩擦阻力(取液壓缸的機(jī)械效率m 0.9)，工作臺(tái)的液壓缸在各工況階段的負(fù)載值列于表2-1中，負(fù)載循環(huán)圖如圖2-1所示表2-1各階段負(fù)載值工況負(fù)載計(jì)算公式液壓缸負(fù)載F（N）液壓缸推力F0（ N）起動(dòng)12601400加速15931770快進(jìn)630700工進(jìn)38154239反向起動(dòng)12601400反向加速15931700快退630700圖2-1負(fù)載循環(huán)圖運(yùn)動(dòng)分析根據(jù)給定條件，快進(jìn)、快退速度為 s，其行程分別為300mnO 400mm工進(jìn)速度為601000m/s（即s）,工進(jìn)行程100mm繪出速度循環(huán)圖如圖2-2所示3確定液壓缸的參數(shù)初選液壓缸的工作壓力根據(jù)液壓缸推力為4239N(表2-1 ),按表11-2 (書)的推薦值，初選工作 壓力為10 105Pa.確定液壓缸尺寸由于銑床工作臺(tái)快進(jìn)和快退速度相同，因此選用單桿活塞式液壓缸，并使A 2A2,快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，因管路中有壓力損失，快進(jìn)時(shí)回油路壓力損失 取p 5 105Pa,快退時(shí)回油路壓力損失亦取p 5 105Pa。工進(jìn)時(shí)，為使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在液壓缸回路油路上須加背壓閥，背壓力值一般為(5: 10)10 5 Pa,選取背壓P26 105 Pa。根據(jù)P1A1 P2A2 F。，可求出液壓缸大腔面積 A為A F°42395 0.006(m2)(3-1)p10.5p2(10 0.5 6) 10D4 0.0063.140.087(m)(3-2)根據(jù)GB2348-80圓整成就近的標(biāo)準(zhǔn)值，得 D=90mm液壓缸活塞桿直徑63.65mm，根據(jù)GB2348-80就近圓整成標(biāo)準(zhǔn)值d=63mm于是液壓缸實(shí)際有效工作面積為K -D2- 0.0920.006m2(3-3)44A (D2 d2)(0.092 0.0632) 0.003m2(3-4)44液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計(jì)算值（見表3-1 ）工況F°(N)液壓缸3 1C5PaP1 1C5PaN(W)快進(jìn)（差 動(dòng)）起動(dòng)14000加速17705恒速7005工進(jìn)42396:快退起動(dòng)11400加速17705減速7005繪制液壓缸工況圖根據(jù)表3-1計(jì)算結(jié)果，分別繪制P-L、Q-L和N-L圖，如圖3-1所示Q-L圖N-L圖圖3-1 -L 、Q-L和N丄圖4 擬定液壓系統(tǒng)圖選擇液壓系統(tǒng)圖由工況圖 3-1 可知，該銑床液壓系統(tǒng)功率小，因此選用節(jié)流調(diào)速方式，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)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓 閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)?？紤]到銑削加 工中有順銑和逆銑兩種工況，宜采用調(diào)速閥來保證速度穩(wěn)定，并將調(diào)速閥裝在 液壓缸回油路上起阻力作用，使工作臺(tái)低速運(yùn)動(dòng)時(shí)比較平穩(wěn)，如圖 4-1(a) 和 4-1 (A)所示, 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化不大，為減少速度換接時(shí)的液壓 沖擊，從節(jié)約成本考慮，選用如圖 4-1(a) 所示的調(diào)速回路。(a)(A)圖 4-1 調(diào)速回路換向回路和卸荷回路 銑床工作臺(tái)采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動(dòng)。由工況圖可知，系統(tǒng)壓力和流量都 不大，同時(shí)考慮工作臺(tái)工作一個(gè)循環(huán)后裝夾具時(shí)間比較長，為方便工作臺(tái)的手 動(dòng)，選用三位四通U型電磁換向閥，并由電氣行程開關(guān)配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向，如 圖 4-2b 所示快速運(yùn)動(dòng)回路 為實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)快速進(jìn)給，選用二位三通電磁換向閥構(gòu)成液壓缸的差動(dòng)連 接。這種差動(dòng)連接的快速運(yùn)動(dòng)回路，結(jié)構(gòu)簡單，也比較經(jīng)濟(jì)，如圖 4-2a 所示。 在圖 4-2a-b 中結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于控制，所以選擇 4-2a 所示的回路，一起同 4-2b 組成的快速、換向回路，同樣可以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。同時(shí)驗(yàn)算回路的壓力損失比 較簡便，所以不選用圖 4-2a-b 所示的回路。(a) (b)(a-b)圖 4-2 快速和換向回路壓力控制回路由于液壓系統(tǒng)流量很小，銑床工作臺(tái)工作進(jìn)給時(shí)，采用回油路節(jié)流調(diào)速， 故選用定量泵供油比較、經(jīng)濟(jì)，如圖 4-1a 所示. 調(diào)壓回路采用先導(dǎo)式溢流閥維 持液壓泵出口壓力恒定。當(dāng)換裝工件時(shí)，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，液壓泵卸荷回路采 用小型二位三通電磁閥控制先導(dǎo)型溢流閥，實(shí)現(xiàn)液壓泵的卸荷。而從提高系統(tǒng) 效率、節(jié)省能量角度來看，選用雙聯(lián)葉片泵油源顯然是不合理的，如圖 4-3b 所 示，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制也復(fù)雜，所以不適宜選用此方案。液壓系統(tǒng)合成根據(jù)以上選擇的液壓基本回路，合成為圖4-2所示的定量泵-回油路節(jié)流調(diào)速液壓系統(tǒng)圖。圖4-2液壓系統(tǒng)合成5選擇液壓元件選擇液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù)K= 則液壓泵的最大流量Qb K( QJmax 1.1 0.225 1 03 0.248 1 0 3 m3/s，即 QB=mi n。根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)是采用回油路節(jié)流調(diào)速，進(jìn)油路壓力損失選取p 5 105Pa，故液壓泵工作壓力為：Pb pip (9.84 5) 105 1 4.84 1 05 Pa。(5-1)考慮到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力因素的影響，液壓泵的額定工作壓力為：pB 14.84(1 25%) 105 18.85 105 Pa.(5-2)根據(jù)Qb、Pb和已選定的單向定量泵型式，查手冊(cè)書(二)選用丫日16型定量葉片泵。該泵額定排量為16mL/r,額定轉(zhuǎn)速960r/min，其額定流量為 0.256 10 3m3/s，由工況圖知，最大功率在快退階段，如果取液壓泵的效率為 為，驅(qū)動(dòng)液壓泵最大輸入功率 Nb為：NbP1QBB(15.9 5) 105 0.256 1030.75(5-3)查電工手冊(cè)選取750W的電動(dòng)機(jī)。選擇控制元件根據(jù)系統(tǒng)最大工作壓力和通過控制元件的最大流量，選用各類閥的規(guī)格見 表 5-1.表5-1選用各類閥的規(guī)序 號(hào)控制元件名稱型號(hào)規(guī)格技術(shù)數(shù)據(jù)實(shí)際流量額定流量時(shí) 壓力損失1溢流閥Y1-25B卸荷壓力1: 1.52三位四通電磁34D-25B2換向閥3單向調(diào)速閥Q1-25B反向時(shí)2取小壓差54二位三通電磁換向閥23D-25B15單向閥1-25B選用輔助元件濾油器：液壓泵吸油口需裝粗濾油器，選用XU-16 100J線隙式100 m進(jìn)口濾油器，流量 Q=16l/min= 10 3m3/s .油箱容量：由下式計(jì)算有效容積 V，取系數(shù)K=6, Q=12L/min,則有V KQ 6 12 72(L) 72 10 3(m3)(5-4)根據(jù)書(二)標(biāo)準(zhǔn)，可取油箱的容積 V=75L油箱見附圖1,管道尺寸由選 定的標(biāo)準(zhǔn)元件連接口尺寸確定。6液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算回路中壓力損失回路壓力損失計(jì)算應(yīng)在管道布置圖完成后進(jìn)行，必須知道管道的長度和直 徑。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定，即d=12mm長度在管道布置圖未完成前暫按進(jìn)油管、回油管均為L=2m估算。油液運(yùn)動(dòng)粘度取1.5 10 4m2/s，在此設(shè)計(jì)中主要驗(yàn)算工進(jìn)和快退工況時(shí)的壓力損失。工進(jìn)時(shí)壓力損失進(jìn)油管路壓力損失：首先判別進(jìn)油管液流狀態(tài)，由于雷諾數(shù)vd 4Q4 0.110 3Re3470.72000(6-1)d12 101.5 10故為層流。管路沿層壓力損失:Pl4.3 Q Ld110164.3 1.5 10 4 0.1 10 3 2(6-2)10160.622 105(Pa)取管道局部損失P 0.1FL 0.0622 105Pa油液流經(jīng)單向閥和三位四通換向閥的壓力損失按下面公式計(jì)算，有關(guān)數(shù)據(jù) 見表5-11.32 105( Fa)(6-3)工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路總壓力損失:pPLFFV 2 105 (Fa)(6-4)工進(jìn)時(shí)回油路壓力損失：因回油管路流量 Q2為330.05 10 (m /s)(6-5)液流狀態(tài)經(jīng)判斷為層流(Re 70.72000)，于是沿程壓力損失:P 4.3 Q L 10花 4.3 1.5 10 4 0.05 10 3 2Pld710(6-6)100.297 105(Pa)局部壓力損失：P 0.1PL 0.0297 105Pa(6-7)回油路中油液流經(jīng)二位三通換向閥、調(diào)速閥和三位四通換向閥時(shí)的壓力損 失計(jì)算方法同上，即=5.28 105(Pa)(6-8)工進(jìn)時(shí)回油路總壓力損失pPLP P 5.6 105(Pa)(6-9)將回油路中壓力損失折算到進(jìn)油路上，就可求出工進(jìn)時(shí)回路中整個(gè)壓力損 失p p'p" A2 2 105 5.6 1054.8 105(Pa) (6-10)A0.006快退時(shí)壓力損失快退時(shí)進(jìn)油路和回油路中經(jīng)檢查都是層流，進(jìn)油路壓力損失為:Pl16104.3 Q L16104.3 1.5 10 4 0.225 10 3 212451.4 10 (Pa)(6-11)5P 0.1 P 0.14 10 (Pa)進(jìn)油路中油液流經(jīng)單向閥、三位四通換向閥、單向調(diào)速閥(反向時(shí))以及二位三通換向閥時(shí)壓力損失計(jì)算方法同前21 1051.7 105(Pa)(6-12)0.417快退時(shí)進(jìn)油路總壓力損失：pPLP P 3.24 105(Pa)(6-13)快退時(shí)回油路中壓力損失：由于 Q1 2Q2,則有165102.8 10 (Pa)(6-14)回油路總壓力損失：pPlPP/ 5.54 105(Pa)(6-15)將回油路中的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，可得到快推時(shí)回油路中的整個(gè)壓力損失:(6-16)pp'p"電 3.24 105 5.54 1056 105(Pa)A 0.006這個(gè)數(shù)值比原來估計(jì)的數(shù)值大，因此系統(tǒng)中元件規(guī)格和管道直徑不宜再減確定液壓泵工作壓力工進(jìn)時(shí)，負(fù)載壓力F 42 3925Pl 一 66.24(N / cm2) 6.624 105(Pa)(6-17)A164液壓泵工作壓力55PgjPlp (6.624 4.8) 1011.4 10 (Pa)(6-18)快退時(shí)，負(fù)載壓力：F 70025Pl 21.88( N/cm )2.88 10 (Pa)(6-19)A 32液壓泵的工作壓力：PktPlp (2.88 6) 105 8.88 1 05(Pa)(6-20)根據(jù)Pgj，則溢流閥調(diào)整壓力取12 105 Pa。液壓系統(tǒng)的效率由于在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)占用時(shí)間最長，因此，系統(tǒng)的效率可以用工 進(jìn)時(shí)的情況來計(jì)算。工進(jìn)速度為 0.001: 0.0167m/s，則液壓缸的輸出功率為Nc FV 4239 0.001 4.239(W)(6-21)Nc FV 4239 0.0167 70.79(W)液壓泵的輸出功率：53Nb pQ 12 100.256 10307(W)(6-22)工進(jìn)時(shí)液壓回路效率：液壓系統(tǒng)效率NcNb4.23930770.793070.014 : 0.23(6-23)Y C ,取液壓泵效率B0.75，液壓缸效率取Y 0.88，于是B Y C 0.75 0.88 (0.014 : 0.23)0.009 : 0.15(6-24)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗(yàn)算液壓系統(tǒng)總發(fā)熱功率計(jì)算液壓泵輸入功率：N1pQ307409.3(W)B0.75(6-25)液壓缸有效功率：N2Nc4.239(W)(6-26)系統(tǒng)總發(fā)熱功率：H1N1N2409.3 4.239405(W)油箱散熱面積：A 6.66疔 6.66竽(72 10 3)21.15(m2)(6-28)油液溫升：THl ，取 G 15，則CT ATH1405.623.5C)(6-29)CT A 15 1.15溫升沒有超出允許范圍25: 35 C的范圍，液壓系統(tǒng)中不需要設(shè)置冷卻器 至此，該銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算宣告全部結(jié)束。參考文獻(xiàn)1 王積偉，章宏甲，黃誼 . 主編 . 液壓傳動(dòng) . 機(jī)械工業(yè)出版社 .2 成大先 . 主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本機(jī)械傳動(dòng) . 化學(xué)工業(yè)出版社3 何玉林，沈榮輝，賀元成 . 主編 . 機(jī)械制圖 . 重慶大學(xué)出版社 .4 路甬祥主編 . 液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè) . 北京 . 機(jī)械工業(yè)出版社 .20025 雷天覺主編 .液壓工程手冊(cè) .北京. 機(jī)械工業(yè)出版社 .1990