液壓系統(tǒng)課程設計-- 半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設計

1、<p>　　測控技術(shù)基礎之液壓傳動與控制</p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　設計題目： 液壓傳動與控制系統(tǒng)設計 </p><p>　　半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設計 </p><p>　　姓 名： </p>

2、<p>　　專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2013年 6

3、月 6 日 至 2013年 6 月27 日</p><p>　　半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設計</p><p><b>　　1．設計要求</b></p><p>　　設計一臺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——自動夾緊——工作臺快進——銑削進給——工作臺快退——夾具松開——手工卸料。</p>&

4、lt;p><b>　　2．設計參數(shù)</b></p><p>　　工作臺液壓缸負載力（KN）：FL =2.8 夾緊液壓缸負載力（KN）：Fc =4.8 </p><p>　　工作臺液壓缸移動件重力（KN）：G=2.8 夾緊液壓缸負移動件重力（N）：Gc =35 </p><p>

5、　　工作臺快進、快退速度（m/min）：V1=V3=4.5 夾緊液壓缸行程（mm）：Lc=10 </p><p>　　工作臺工進速度（mm/min）：V2=45 夾緊液壓缸運動時間（S）：tc=1</p><p>　　工作臺液壓缸快進行程（mm）：L1=350 導軌面靜摩擦系數(shù)：μs=0.2</p><p>　　工作臺液壓缸工進行

6、程（mm）：L2=85 導軌面動摩擦系數(shù)：μd=0.1</p><p>　　工作臺啟動時間（S）：t=0.5 </p><p>　　液壓傳動與控制系統(tǒng)設計一般包括以下內(nèi)容：</p><p>　　1、液壓傳動與控制系統(tǒng)設計基本內(nèi)容：</p><p>　　(1) 明確設計要求進行工況分析；</p><p&

7、gt;　　(2) 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)；</p><p>　　(3) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖；</p><p>　　(4) 計算和選擇液壓件；</p><p>　　(5) 驗算液壓系統(tǒng)性能；</p><p>　　(6) 編制技術(shù)文件。</p><p>　　學生應完成的工作量：（打印稿和電子版各1份）</p>

8、<p>　　(1) 液壓系統(tǒng)原理圖1張；</p><p>　　(2) 設計計算說明書1份。（字數(shù)：2500~3000。）</p><p><b>　　設計內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.負載與運動分析</b></p><p><b>　　1.1工作負載</b&

9、gt;</p><p><b>　　1)夾緊缸</b></p><p><b>　　工作負載：</b></p><p>　　由于夾緊缸的工作對于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高，所以在系統(tǒng)的設計計算中把夾緊缸的工作過程簡化為全程的勻速直線運動，所以不考慮夾緊缸的慣性負載等一些其他的因素。</p><p>

10、;<b>　　2)工作臺液壓缸</b></p><p>　　工作負載極為切削阻力FL=2.8KN。</p><p><b>　　1.2摩擦負載 </b></p><p>　　摩擦負載即為導軌的摩擦阻力：</p><p>　　(1)靜摩擦阻 </p><p><b&

11、gt;　　(2)動摩擦阻力</b></p><p>　　1.3負載圖與速度圖的繪制</p><p><b>　　快進 </b></p><p>　　工僅 快退 假設液壓缸的機械效率，得出液壓缸在各工作階段的負載和推力，如表1.1所示。</p><p>　　根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負載和運動時間

12、，即可繪出負載循環(huán)圖F-t和速度循環(huán)圖。如圖1所示。</p><p>　　2.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 </p><p><b>　　液壓缸的選定</b></p><p><b>　　1)夾緊缸</b></p><p>　　根據(jù)負載選擇液壓缸的執(zhí)行壓力p=1MPa。</p>&

13、lt;p>　　根據(jù)[4]中表2-4（GB\T2348-80），D取100mm。根據(jù)穩(wěn)定性校核LC/d<10時，液壓缸能滿足穩(wěn)定性條件，LC=10mm ，這里取d=40mm。</p><p>　　液壓缸的有效作用面積：</p><p><b>　　有桿腔：</b></p><p><b>　　無桿腔：</b>&l

14、t;/p><p>　　此時實際工作壓力為：，所以選取工作壓力1MPa滿足要求。</p><p><b>　　2)工作臺液壓缸</b></p><p>　　所設計的動力滑臺在工進時負載最大，，初選液壓缸的工作壓力P1=4MPa.</p><p>　　鑒于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（A1=

15、2A2），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止車銑時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應有背壓，選定背壓為，而液壓缸快退時背壓取0.5Mpa</p><p><b>　　由式得</b></p><p><b>　　則活塞直徑</b></p><p>　　參考表2.4及表2.5，，取標準值得。</p>&l

16、t;p>　　由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積：</p><p><b>　　無桿腔：</b></p><p><b>　　有桿腔： </b></p><p>　　3)液壓缸各運動階段的壓力，流量和功率</p><p>　　1)夾緊缸 （）回油路背壓為0.5Mpa</p>

17、<p><b>　　夾緊時： </b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　放松時： </b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　2)工作臺液壓缸</b>&

18、lt;/p><p>　　快進時，液壓缸無桿腔進油，壓力為p1；有桿腔回油，壓力為p2。</p><p>　　快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為p1；無桿腔回油，壓力為p2。</p><p>　　由于液壓缸是差動連接，回油口到進油口之間的壓力損失取?？焱藭r，回油路的背壓取0.5MPa，即。</p><p>　　際工作壓力為：，即選取工作壓力4MPa滿

19、足要求</p><p>　　3.液壓系統(tǒng)圖的擬定</p><p><b>　　3.1選擇基本回路</b></p><p><b>　　1)選擇調(diào)速回路 </b></p><p>　　由可知這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆

20、通時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，在液壓缸的回路上加背壓閥。</p><p><b>　　2)供油方式</b></p><p>　　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、快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液，其相應的時間之比。</p><p>　　這表明在一個工作循環(huán)中的大部分時間都處于高壓小流量工作，從提高系統(tǒng)效

21、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。同時選用一定量泵作為夾緊缸油源。</p><p>　　3)選擇快速運動和換向回路 </p><p>　　本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運動回路實現(xiàn)快速運動?？紤]到從工進轉(zhuǎn)快進快退時回路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接，所

22、以選用三位五通電液換向閥。</p><p>　　4)選擇速度換向回路 </p><p>　　由于本系統(tǒng)滑臺由快進轉(zhuǎn)為工進時，速度變化大，為減少速度換向時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換向回路。</p><p>　　5)選擇調(diào)壓和卸荷回路 </p><p>　　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。即滑臺工進時，高壓小流量泵的出

23、口壓力由油源中的溢流閥確定，無需另設調(diào)壓回路。在滑臺工進和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺停止時雖為卸荷，但功率損失較小，故可不許再設卸荷回路。</p><p><b>　　3.2組成液壓系統(tǒng)</b></p><p>　　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。</p><p&

24、gt;<b>　　4.液壓元件的選擇</b></p><p>　　4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p><p>　　1)計算工作液壓缸的泵</p><p>　　(1)計算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　工作臺液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力p1=MPa。如在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進油路上的

25、總壓力損失∑?p=1MPa，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為：</p><p>　　(2)計算液壓泵的流量</p><p>　　由表2.6可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為q=642mL/s，按10%的泄露來計算那么泵的總流量為：</p><p>　　而工進時調(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時的流量。</p>&l

26、t;p>　　(3)確定液壓泵的規(guī)格 </p><p>　　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。</p><p>　　2)計算夾緊液壓缸的泵</p><p>　　(1)計算液壓泵的最大工作壓力</p><

27、p>　　由以上計算可知，夾緊液壓缸在夾緊時工作壓力最大，夾緊缸最大壓力p2'=0.95MPa。選取進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：</p><p>　　(2)計算液壓泵的流量</p><p>　　由以上計算可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，按10%的泄露來計算那么泵的總流量為：</p><p>　　(3)

28、確定液壓泵的規(guī)格 </p><p>　　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。</p><p>　　3)電動機功率的確定</p><p>　　把上述兩液壓泵雙聯(lián)由電動機一起帶動，則工作液壓缸在快退時輸入功率最大，取進油路上的壓力損失為0.5Mpa，則液壓泵輸出壓力為

29、1.53Mpa，又工作液壓泵總效率，這是液壓泵的驅(qū)動電動機的功率為：</p><p>　　根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用電動機Y90L-4型異步電動機，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4.48L/min，仍能滿足系統(tǒng)要求。</p><p>　　4.2確定其他元件及輔件</p><p>　　(1)確定閥類元件及輔件</p&g

30、t;<p>　　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)工進時的流量0.5L/min。</p><p>　　表4.1 液壓元件規(guī)格及型號</p><p>　　5.液壓系統(tǒng)的性能驗算</p><

31、;p>　　5.1驗算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　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，首選確定管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進回油管長l=2m,油液的運動粘度取，油液的密度取</p><p><b>　　(1)判斷流動狀態(tài)</b></p><p>　　在快進﹑工進和快退三種工況下，進

32、﹑回油管路中所通過的流量以快退時回油流量=70L/min為最大，此時，油液流動的雷諾數(shù)也為最大，因為最大的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進﹑回油路中的油液的流動狀態(tài)全為層流。</p><p>　　(2)計算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時帶入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據(jù)帶入后，得</p><

33、p>　　可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。</p><p>　　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)驗計算</p><p>　　各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計算，其中的由產(chǎn)品樣本查出。和數(shù)值由表8和表9列出。滑臺在快進﹑工進和快退工況下的壓力損失計算如下：</p><p><b>　　5

34、.1.1快進</b></p><p>　　滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接，在進油路上，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進入無桿腔。在進油路上，壓力損失分別為</p><p>　　在回路上，壓力損失分別為</p><p>　　將回油路上的壓力損失折算到進油路上去，使得出差動連接運動時的總的壓力損失<

35、/p><p><b>　　5.1.2工進</b></p><p>　　滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥2﹑調(diào)速閥4進入液壓缸無桿腔，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，則在進油路上總的壓力損失為

36、</p><p>　　該值即為液壓缸的回油腔壓力，可見此值與初算時參考表4選取的背壓基本相符。</p><p>　　按表7的公式重新計算液壓缸的工作壓力</p><p><b>　　此略高于表7數(shù)值</b></p><p>　　考略到壓力繼電器的可靠動作要求壓差，則小流量泵的工作壓力為</p><p&

37、gt;　　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)。</p><p><b>　　5.1.3快退</b></p><p>　　滑臺快退時，在進油路上，油液通過單向閥10﹑電液換向閥2進入液壓缸有桿腔。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。在進油路上總的壓力損失為</p><p>　　此值遠小于估算

38、值，因此液壓泵的驅(qū)動電動機的功率是足夠的。</p><p>　　在回油路上總的壓力損失為</p><p>　　此值與表7的數(shù)值基本相符，故不必重算。</p><p>　　大流量泵的工作壓力為</p><p>　　此值是調(diào)整液控順序閥7在調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。</p><p>　　5.2驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升</p&

39、gt;<p>　　由于工進在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進工況來計算。在工進時，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</p><p>　　液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率</p><p>　　液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率</p><p>　　由此可計算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為&

40、lt;/p><p>　　按式計算工進時系統(tǒng)中的油液溫升，即</p><p><b>　　其中傳熱系數(shù)。</b></p><p>　　設環(huán)境溫度，則熱平衡溫度為</p><p>　　油溫在允許范圍內(nèi)，郵箱散熱面積符合要求，不必設置冷卻器。</p><p>　　1

41、 雙聯(lián)葉片泵</p><p>　　2 三位五通電液換向閥</p><p>　　3 行程閥</p><p>　　4 調(diào)速閥<

42、;/p><p>　　5 單向閥</p><p>　　6 單向閥</p><p>　　7 液控順序閥</p><p>　　8

43、 背壓閥</p><p>　　9 溢流閥</p><p>　　10 單向閥</p><p>　　11

44、 濾油器</p><p>　　12 壓力表開關(guān)</p><p>　　13 單向閥</p><p>　　14 壓力繼電器</p>&

45、lt;p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的課程設計終于完成了，在沒有做這個課程設計以前覺得這個課程設計只是對這三年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。這次設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東

46、西都懂，有點眼高手低。通過這次設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。</p><p>　　在這次設計中也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。</p><p>　　我的心得也就這么多了，總之，不管學會的還是學不會的的確覺

47、得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。</p><p>　　在此要感謝我的指導老師對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也

48、經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p><b>　　參考文獻</b><

49、/p><p>　　[1] 《機械設計基礎》 主編：王世輝 重慶大學出版社 2005年。</p><p>　　[2] 《機械制造技術(shù)課程設計》 主編：吳雄彪 浙江大學出版社 2005年。</p><p>　　[3] 《機械制造基礎》 主編：吳建修 機械工業(yè)出版社 2007年。</p><p>

50、　　[4] 《機械制造技術(shù)基礎》 主編：黃健求 機械工業(yè)出版社 2006年。</p><p><b>　?。ǖ谝话?，第二版）</b></p><p>　　[5] 《機械工程材料》 主編：許德珠 高等教育出版社 2005年。</p><p>　　[6] 《機械制造技術(shù)》 主編：朱正心

51、機械工業(yè)出版社 1999年。</p><p>　　[7] 《金屬切削原理與刀具》 主編：王曉霞 高等教育出版社 2009年。</p><p>　　[8] 《機械制圖》 主編：劉 力 高等教育出版社 2000年。</p><p>　　[9]《Pro/ENGINEER模具設計與Mastercam數(shù)控加工》</p>

52、;<p>　　主編：何滿才 人民郵電出版社 2006年。</p><p>　　[10]《液壓與氣壓傳動》（第四版） 主編：左健民 機械工業(yè)出版社 2007年。</p><p>　　[11]《液壓回路與系統(tǒng)》 主編：劉延俊 化學工業(yè)出版社 2005年。</p><p>　　[12]《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》 主編：楊培元