液壓與氣壓傳動課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目 專用銑床液壓系統(tǒng) 專 業(yè) 機(jī)械 班 級 10-2班 姓 名 蔡春彬 學(xué) 號 1001010239 指導(dǎo)教師 韓桂華 年月日機(jī)械電子工程系第一章 緒論液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)為壓力，推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出不同行程，不同方向的動作，完成各種設(shè)備不同的動作需要。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的一部分，它除了應(yīng)符合主機(jī)動作循環(huán)和靜、動態(tài)性能等方面的要求外，還應(yīng)當(dāng)滿足結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠、效率高、壽命長、經(jīng)濟(jì)型好、使用維護(hù)方便等條件。液壓系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)在各個工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到越來越多的應(yīng)用，而且越先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分越多。所以，像我們這樣的大學(xué)生學(xué)習(xí)和親手設(shè)計(jì)一個簡單的液壓系統(tǒng)是非常有意義的。第二章 設(shè)計(jì)要求及工況分析2.1 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺專用銑床液壓系統(tǒng)，工作臺要求完成快進(jìn)銑削進(jìn)給 快退停止等自動循環(huán)，工作臺采用平導(dǎo)軌，主要性能參數(shù)見下表。負(fù)載力（N）工作臺重量（N）工件及夾具重量（N）行程（mm）速度（m/min）啟動時間（S）靜摩擦系數(shù)fs動摩擦系數(shù)fs快進(jìn)工進(jìn)快進(jìn)工進(jìn)快退360011005301105050.150.20.20.12.2 設(shè)計(jì)要求（1） 液壓系統(tǒng)工作要求的明確和工況分析（負(fù)載循環(huán)圖、速度循圖）。（2） 液壓原理圖的擬定。（3） 主要液壓原件的設(shè)計(jì)計(jì)算（例油缸、油箱）和液壓原件，輔助裝置的選擇。（4） 液壓系統(tǒng)性能的校核。（5） 繪制液壓系統(tǒng)圖（包括電磁鐵動作順序表、工作循環(huán)圖、液壓原件名稱）一張。（6） 編寫設(shè)計(jì)說明書一份（5000字）。2.3 工況分析（1）負(fù)載分析切削阻力工作負(fù)載既為切削力FL =3600N摩擦阻力Fg=1100+530=1630NFfs=Fgfs=16300.2=326NFfd=Fgfd=16300.1=163N慣性阻力Fm=ma=69N重力負(fù)載Fg因工作部件是臥式安裝，故重力阻力為零，即Fg=0.密封阻力負(fù)載Fs將密封阻力考慮在液壓缸的機(jī)械效率中去，取液壓缸機(jī)械效率m=0.9背壓阻力負(fù)載Fb背壓力Fb由表2.3選取，背壓阻力Fb無法進(jìn)行計(jì)算，只能先按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取一個數(shù)值，在系統(tǒng)方案確定后再進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)上述分析可算出液壓缸在各動作階段中的負(fù)載如表2.1表2.1 液壓缸各動作階段中的負(fù)載工況計(jì)算公式液壓缸負(fù)載F(N)液壓缸推力F/m (N)啟動F=Ffs326362加速F=Ffd+Fm232258快進(jìn)F=Ffd163181工進(jìn)F=FL+Ffd37634181快退F=Ffd163181(2)負(fù)載圖、速度圖快進(jìn)速度V1與快退速度V3相等，即V1=V3=5m/min,行程分別為L1=110mm.L3=160mm；工進(jìn)速度V2=0.1m/min,行程L2=50mm。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和表2.1中的數(shù)值繪制液壓缸的F-L負(fù)載圖和V-L速度圖，如圖2.1所示 圖2.1 液壓缸的負(fù)載圖和速度圖2.4 初定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸（1）初選液壓缸的工作壓力p1銑床的最大負(fù)載F=4181N，根據(jù)下表2.2可得：表2.2 按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力載荷/kN<5510102020303050>50工作壓力（MPa）0.811.522.53344557初選液壓缸的工作壓力 p1=2MPa(2)計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸因機(jī)床要求滑臺快進(jìn)與快退速度相同，即V1=V3，故選用單桿式液壓缸，使A1=2A2，于是d=0.707D，且快進(jìn)時液壓缸差動連接?？紤]到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，所以回油路中應(yīng)有背壓，由表2.3暫取背壓pB=p2=0.8MPa。表2.3 液壓缸的背壓阻力系統(tǒng)類型背壓阻力/MPa中低壓系統(tǒng)或請?jiān)诠?jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥或背壓閥的系統(tǒng)0.51.5采用輔助泵補(bǔ)油的閉式油路系統(tǒng)11.5采用多路閥的復(fù)雜的忠告系統(tǒng)1.23快進(jìn)時，液壓缸差動連接p1A1=p2A2+F,A1=2A2 A1= =2.61312510-3m2則液壓缸內(nèi)徑D為：D=0.05768m根據(jù)無桿腔面積和有桿腔面積關(guān)系式A1=2A2，可求得液壓缸活塞直徑d為：d=0.707D=0.7070.05768=0.04078m 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-1993,將液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)值為：D=63mm、d=40mm由D、d可求得液壓缸無桿腔和有桿腔的實(shí)際有效工作面積分別為無桿腔面積 A1= =3.1210-3m2 有桿腔面積 A2= =1.8610-3m2當(dāng)按照最低工進(jìn)時的速度驗(yàn)算液壓缸的尺寸時，查得調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量為qmin=0.05L/min，且液壓缸的工進(jìn)速度V2=0.1m/min,則：=0.510-3 m2 < A1=3.1210-3m2 故滿足最低速度要求。2.5 計(jì)算液壓缸工作循環(huán)各階段的流量、壓力和功率。根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖及液壓缸的有效工作面積，可計(jì)算出液壓缸在工作循環(huán)各階段的流量、壓力和功率。當(dāng)液壓缸做差動連接快進(jìn)時，由于管路中有壓力損失，液壓缸的有桿腔的壓力必須大于無桿腔，此處選壓力損失p=0.5MPa，則有桿腔壓力為p2=p1+p。液壓缸工進(jìn)時回油腔的背壓力p2=0.8MPa，快退時回油腔中的背壓力為p1=0.5MPa。 液壓缸差動快進(jìn)時無桿腔進(jìn)油壓力、輸入流量、輸入功率和有桿腔壓力分別為：p2=p1+pp1A1=(p1+p)A2+Fp1啟動=1.03MPap1加速=0.943Mpap1快進(jìn)=0.882MPaq=V(A1-A2)=5(3.1210-3-1.8610-3) 103=6.3L/minP=p1快進(jìn)q=0.8821066.310-3/60=92.61Wp2=p1快進(jìn)+p=0.882MPa0.5MPa=1.382MPa 液壓桿工進(jìn)階段時進(jìn)油壓力、輸入流量、輸入功率和有桿腔壓力為：p1A1=p2A2+Fp1=1.82MPaq=A1V2=3.1210-30.1103=0.312L/minP=p1q=1.821060.31210-3/60=9.464WP2=0.8MPa 液壓缸快退時無桿腔壓力、輸入流量、輸入功率和有桿腔壓力分布為：p1=0.5MPap2A2=p1A1+FP2啟動=1.03MPaP2加速=0.98Mpap2快退=0.94MPaq=A2V3=1.8610-35103=9.3L/minP=p2快退q=0.941069.310-3/60=145.7W表2.4 液壓缸工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率工況負(fù)載F/N進(jìn)油腔壓力輸入流量q/輸入功率P/kW快進(jìn)(差動)啟動3621.03 加速2580.943 快進(jìn)1810.8826.392.61 工進(jìn)41811.820.3129.464快退啟動3621.03加速2580.98快退1810.949.3145.7根據(jù)上表液壓缸的各個工作階段的壓力、流量和功率，可繪制液壓缸的工況圖如下圖所示。 圖2.2組合機(jī)床液壓缸的工況圖第三章 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定根據(jù)銑床的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，該機(jī)床對調(diào)整范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問題，速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。3.1 調(diào)速回路的選擇本機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特性，故采用調(diào)速閥調(diào)速。本系統(tǒng)為小功率系統(tǒng)，效率和發(fā)熱問題并不突出；連續(xù)加工，切削力變化不大，而且是正負(fù)載，在其它條件相同的情況下，進(jìn)口節(jié)流調(diào)速比出口節(jié)流調(diào)速能獲得更低的穩(wěn)定速度，故本機(jī)床液壓系統(tǒng)采用調(diào)速閥式進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，為防止工作時發(fā)生前沖，在回油路上應(yīng)加背壓閥。由于機(jī)床液壓系統(tǒng)采用了進(jìn)口節(jié)流調(diào)速形式，故液壓回路的結(jié)構(gòu)形式是開式循環(huán)回路。由上表2.4和圖2.2液壓工的工況圖中的壓力-位移曲線和流量-位移曲線知，液壓系統(tǒng)的工作主要為低壓大流量和高壓小流量兩個階段組成，若采用兩個單獨(dú)的定量泵，顯然會增大系統(tǒng)的功率損失、使效率降低。針對這一情況，為了提高系統(tǒng)效率和節(jié)約能源，供油方式采用雙泵對系統(tǒng)進(jìn)行供油。3.2 換向回路和速度換接回路的選擇本系統(tǒng)對換向平穩(wěn)性的要求不是很高，所以選用價格較低的電磁換向閥控制換向回路。為便于差動連接，選用三位五通電磁換向閥；為了便于調(diào)整和增設(shè)液壓夾緊支路，選用Y型中位機(jī)能。由液壓缸工況圖中的流量-位移曲線可知，當(dāng)滑臺從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，進(jìn)入液壓缸的流量由6.3L/min降為0.312L/min，速度變化大，故選用二位二通行程換向閥來進(jìn)行速度換接，以減少液壓沖擊。同時，由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時，在回路上并聯(lián)了一個單向閥以實(shí)現(xiàn)速度換接。3.3 壓力控制回路的選擇由于采用雙泵供油回路進(jìn)行調(diào)壓和卸荷，故采用液控順序閥對低壓大流量泵進(jìn)行卸荷，采用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。為了便于觀察和調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無桿腔的進(jìn)口設(shè)置測壓點(diǎn)。3.4行程終點(diǎn)的控制方式為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，此處采用擋塊加壓力繼電器的行程終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制方式。 3.5液壓系統(tǒng)原理圖將上述所選定的液壓基本回路進(jìn)行組合，同時根據(jù)需要進(jìn)行必要的修改和調(diào)整，最后畫出液壓系統(tǒng)原理圖(如圖3.1)。1-雙聯(lián)葉片泵;2-溢流閥;3-4,8-單向閥;5-三位五通電磁換向閥;6-壓力繼電器;7-單向行程調(diào)速閥;9-背壓閥;10-外控順序閥;13-濾油器第4章 液壓元件的計(jì)算與選擇 液壓元件的計(jì)算主要是計(jì)算元件的工作壓力和流量，此外還包括電機(jī)的功率和油箱容量的計(jì)算。而在選擇液壓元件是盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，只有在特殊的情況下才設(shè)計(jì)專用元件。4.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)的功率（1）液壓泵工作壓力的計(jì)算確定小流量液壓泵的工作壓力pp1小流量液壓泵在快進(jìn)、快退和工進(jìn)時都向系統(tǒng)供油，根據(jù)表2.4或液壓缸工況圖2.2可知，液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為p1=1.82MPa，在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，進(jìn)油路上的壓力損失可由表2.3取值，取壓力損失p=1MPa則小流量液壓泵的最高工作壓力為：pp1=p1+p=1.82+1=2.82MPa確定大流量泵的工作壓力pp2大流量泵只在快進(jìn)、快退向系統(tǒng)供油，根據(jù)表2.4或液壓缸工況圖2.2可知，系統(tǒng)快退時的最大工作壓力為p2=1.03MPa，此時壓力油不通過調(diào)速閥，此時p=0.5MPa，則大流量液壓泵的最高工作壓力為：pp2=p2+p=1.03+0.5=1.53MPa液壓泵的額定壓力prpr1.252.82=3.525MPa(2)液壓泵流量的計(jì)算由表2.4或液壓缸工況圖2.2可知，快進(jìn)快退時油液向液壓缸輸入的最大流量為9.3L/min，若取回路泄露折算系數(shù)為K=1.1，則兩個泵的總流量為qp=1.19.3=10.23L/min.工進(jìn)時的流量為0.312L/min.考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點(diǎn)，尚需加上溢流閥穩(wěn)定工作的最小溢流量，一般取為3L/min，所以小流量泵的流量為：qp1=31.1+0.312=3.612 L/min則大流量泵的流量為qp2=qp-qp1=10.23-3.612L/min.液壓泵規(guī)格的確定根據(jù)上述計(jì)算的液壓泵的最高工作壓力和流量，查閱產(chǎn)品樣本，選擇小泵的排量為V1=4mL/r ,大泵的排量為V2=16mL/r 的YB1型雙聯(lián)葉片泵,其額定轉(zhuǎn)速為n=960r/min,容積效率為0.95,額定壓力為6.3MPa.小泵的額定流量為:qp3=V1npv=410-39600.95=3.648L/min;大泵的額定流量為:qp4=V2npv=1610-39600.95=14.592L/min >10.23L/min；雙聯(lián)葉片泵的額定流量為qp=qp3+qp4=3.648L/min+14.592L/min =18.24L/min>10.23L/min。 滿足了設(shè)計(jì)要求。 故本系統(tǒng)選用的液壓泵為YB1-4/16型雙聯(lián)葉片泵。液壓泵電機(jī)功率的確定根據(jù)液壓工況圖可知，液壓缸快退時的功率最大，故按照快退工作階段估算電機(jī)的功率。若取快退時進(jìn)油路的壓力損失為p=0.5MPa，液壓泵的總效率為p=0.75，則電機(jī)所需功率為：Pp=620.2W查電動機(jī)產(chǎn)品樣本（見下圖）選用Y80M1-2型異步電動機(jī)，P=0.75kW,n=2825r/min，=0.754.2閥類元件和輔助元件的選擇根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，計(jì)算分析液壓泵的工作壓力和通過各閥的實(shí)際流量，選擇出各閥的規(guī)格下表所示。序號元件名稱最大通過流量（L/min）型號1雙聯(lián)葉片泵18.24YB1-4/162溢流閥3.648Y-10B3單向閥14.592I-25B4單向閥3.648I-10B5三位五通電磁換向閥36.4834E-63B6壓力繼電器DP-40B7單向行程換向閥36.48、18.240.312QC11-63B8單向閥9.12I-25B9背壓閥0.156B-10B10外控順序閥14.748XY-25B11壓力表Y-10012壓力表開關(guān)KF3-E3B13濾油器18.24WU-401804.3管路的選擇油管的內(nèi)徑一般參考所選擇的液壓元件的油口尺寸進(jìn)行確定，也可按照管路允許的流速來進(jìn)行計(jì)算。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接快進(jìn)、快退時，油管內(nèi)的通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的2倍，即為36.5L/min，則液壓缸的進(jìn)、出油管直徑d按照產(chǎn)品樣本，取管路直徑d=24mm，故可選用直徑24mm的無縫鋼管。且進(jìn)、出油管長度l均為l=2m。4.4油箱容積的確定對于低壓系統(tǒng)，油箱容量V等于24倍液壓泵的容量；對于中壓系統(tǒng)，油箱容量等于57倍液壓泵的流量；對于高壓系統(tǒng)，油箱的容量等于612倍液壓泵的容量。本系統(tǒng)采用中壓系統(tǒng)，故油箱容量為57倍的液壓泵的流量，此處取7倍，則油箱的容積為V=718.24=127.68L，取液壓泵站油箱的公稱容量V=160L。第5章 機(jī)床液壓系統(tǒng)主要性能的校核主要進(jìn)行壓力損失的校核和發(fā)熱溫升的校核。5.1系統(tǒng)發(fā)熱溫升的校核在液壓系統(tǒng)中，所有的能量損失都轉(zhuǎn)換為熱量，導(dǎo)致系統(tǒng)的溫度升高，從而對系統(tǒng)的工作產(chǎn)生一些不利的影響，故需要進(jìn)行發(fā)熱溫升的校核。由于工進(jìn)在整個工作循環(huán)中所占的時間比例是最長的，所以系統(tǒng)發(fā)熱溫升可按工進(jìn)時的工況來計(jì)算。工進(jìn)時液壓缸的有效功率為：Pe=p2q2=Fv2=41810.1/60=6.97W工進(jìn)時大流量泵卸荷，小流量泵在2.82MPa下供油，故輸出功率為P0=（2.8210631210-6）/（600.9）=18.1W由此的液壓系統(tǒng)的單位時間的發(fā)熱量為H=18.1-6.97=11W設(shè)油箱三個邊的結(jié)構(gòu)尺寸比例為1:1:11:2:3之間，油平面高度為油箱高度的0.8倍時，其散熱面積可近似用下式計(jì)算A=0.065V2/3式中 V油箱有效容積 則： A=0.0651602/3=1.92m2取油箱的散熱系數(shù)為CT=1510-3時，油液溫升近似為：T=Hi/CT/(1510-31.92)=0.382熱平衡計(jì)算值哎允許范圍內(nèi)，故設(shè)計(jì)滿足溫升要求。5.2系統(tǒng)壓力損失的校核結(jié)論 液壓系統(tǒng)專用銑床的設(shè)計(jì)總共耗時3天，期間，認(rèn)識到自己的很多不足，自己知識有很多盲點(diǎn)和漏洞，知識和實(shí)踐的差距很大，通過這次設(shè)計(jì)，深刻的認(rèn)識到理論聯(lián)系實(shí)際的必要性。在設(shè)計(jì)過程中，遇到了一些困難，但是 通過和同學(xué)的討論和上網(wǎng)查找資料和查閱有關(guān)書籍，還是將這些難題解決了，那種成就感時無法言語的。本次設(shè)計(jì)涉及了液壓傳動的大部分知識還有就是CAD作圖和word文檔的應(yīng)用能力。這樣的一次課程設(shè)計(jì)對于我們這些還未正式步入社會的學(xué)生來說是很有意義的，為我們將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)和將來的工作提供了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)技巧與禁忌 韓桂華 主編 液壓傳動設(shè)計(jì)手冊 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 新編銑工計(jì)算手冊 劉承啟 主編 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法機(jī)械工業(yè)出版社