銑削專用機床液壓系統(tǒng)設計

銑削專用機床液壓系統(tǒng)設計,銑削,專用,機床,液壓,系統(tǒng),設計 鎮(zhèn) 江 高 專 ZHENJIANG COLLEGE 畢 業(yè) 設 計 (論 文) 銑削專用機床液壓系統(tǒng)設計 Milling special machine hydraulic system design 系 名： 機械工程系 專業(yè)班級： 機電 W071 學生姓名： 趙 煥 學 號： 070108138 指導教師姓名： 戴月紅 指導教師職稱： 講 師 二〇一二 年 六 月 2 目 錄 摘要 .............................................................................................................................................................................3 引言 .............................................................................................................................................................................5 第一章 液壓系統(tǒng)設計要求和工況分析 .........................................................................................6 1.1 明確設計要求 .......................................................................6 1.2 工況分析 ...........................................................................6 第二章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 .............................................................................................................9 2.1 液壓回路選擇 .......................................................................9 2.2 液壓系統(tǒng)原理圖 .....................................................................9 第三章 液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 ..................................................................................11 3.1 液壓缸的主要尺寸的確定 ..........................................................11 3.2 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 .........................................12 3.3 液壓閥的選擇 ......................................................................13 4.1 壓力損失的驗算 ....................................................................14 4.2 系統(tǒng)溫升的驗算 ....................................................................17 結 論 ...................................................................................................................................................................19 致 謝 ...................................................................................................................................................................20 參考文獻 ...................................................................................................................................................................21 3 銑削專用機床液壓系統(tǒng)設計 專業(yè)班級：機電 W071 學生姓名：趙煥 指導老師：戴月紅 職稱：講師 摘要 傳動裝置是一部機器的重要組成部分，它在很大程度上決定著機器的性能。傳動裝 置的主要類型有機械傳動、電氣傳動和流體傳動。液壓傳動和液力傳動是以液體為工作 介質(zhì)的流體傳動，其中液壓傳動是以液體的壓力能來工作的，液壓傳動在工業(yè)生產(chǎn)的各 個領域中都有著非常廣泛的應用，尤其在組合機床的傳動系統(tǒng)中更是有著獨特的優(yōu)勢。 本次設計機床的液壓系統(tǒng)，運用了液壓傳動系統(tǒng)的各方面知識，通過對液壓系統(tǒng)的工作 循環(huán)和工況分析計算其參數(shù)，選擇系統(tǒng)回路、元件、附件等。在滿足其使用要求的前提 下使系統(tǒng)質(zhì)量輕，體積小，性能完善，維護方便。而壓力傳動除壓力能外，主要是靠液 體的動能進行工作的。 關鍵詞：液壓傳動、液壓泵 4 Milling special machine hydraulic system design Abstract Transmission is an important component of a machine, which largely determines the performance of the machine. The main types of gear mechanical transmission, electrical transmission and fluid power. Hydraulic transmission and hydraulic transmission fluid as the working medium is a fluid transmission, which is based on the hydraulic fluid pressure to drive to work, the hydraulic transmission in all areas of industrial production has a very wide range of applications, especially in combination machine Transmission is a unique advantage. The design of the machine's hydraulic system, the use of all aspects of hydraulic system only through the work of the hydraulic system of loops and conditions to calculate the parameters, select the system circuit, components, accessories and so on. In meeting its requirements under the premise of using the system light weight, small size, performance, sound, and easy maintenance. In addition to the pressure to drive the pressure, the kinetic energy of the liquid depends mainly on work carried out. Key words: Hydraulic transmission, hydraulic pump 5 引 言 液壓傳動相對于機械傳動來說。是一門發(fā)展較晚的技術。自 18 世紀末英國制成世界 上第一臺水壓機算起，液壓傳動技術只有二三拜百年的歷史。直到 20 世紀 30 年代它才 較普遍地用于起重機、機床及工程機械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn) 由響應迅速、精度高的液壓控制機構所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結束后， 戰(zhàn)后液壓技術迅速轉向民用工業(yè)，液壓技術不斷應用于各種自動機及自動生產(chǎn)線，從而 使它在機械制造、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)得到推廣應用。 日常所見到的機器，如機床、起重機、汽車、拖拉機等，都裝有一個用來接受外界 能源輸入的原動機，如電動機、內(nèi)燃機等，并通過機器中的一系列傳動裝置，把原動機 的動作轉變?yōu)闄C器工作機構的動作，以完成機器工作任務。例如，車床主軸的旋轉、刀 架的移動、起重機吊鉤的升降等等。所以一部完整的機器都是由原動機，傳動裝置和工 作機構三部分所組成，其中傳動方式又有多種，液壓傳動以其功率大，調(diào)速方便等優(yōu)點 在傳動裝置中得到廣泛應用。 20 世紀 60 年代以來液壓技術隨著原子能、空間技術、計算機技術的發(fā)展迅速發(fā)展，并 滲透到各個工業(yè)領域中。液壓技術開始向高速、高壓、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久 耐用、高度集成化的方向發(fā)展。 我國的液壓工業(yè)開始于 20 世紀 50 年代，最初只是應用于機床和鍛壓設備山個，后來又 用于拖拉機和工程機械?，F(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進一些液壓元件、生產(chǎn)技 術以及進行自行設計，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。我國 的液壓技術在 21 世紀將獲得更快的發(fā)展?，F(xiàn)在液壓傳動在組合機床傳動系統(tǒng)中的應用技 術已經(jīng)非常成熟，本設計就是液壓傳動在組合機床上應用的一個實例。 6 第一章 液壓系統(tǒng)設計要求和工況分析 1.1 明確設計要求 設計內(nèi)容：設計一套液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)完成的工作循環(huán)是：工作夾緊—工作臺快進— 工作臺工進—工作臺快退—工作臺松開。運動部件的重力為 25000N。 快進、快退速度為 5m/min,工進速度為 100—1200mm/min,最大行程為 400mm,其中工 進行程為 180mm。最大切削力為 18000N.采用平面導軌。夾緊缸的行程為 20mm，夾緊力為 30000N，夾緊時間為 1s. 明確液壓系統(tǒng)的動作和性能要求，例如，執(zhí)行元件的運動方式、行程和速度范圍、 負載條件、運動的平穩(wěn)性和精度、工作循環(huán)和動作周期、同步或聯(lián)鎖要求、工作可靠性 要求等。 明確液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境，例如，環(huán)境溫度、濕度塵埃、通風情況、是否易燃、外 界沖擊振動的情況及安裝空間的大小等。 1.2 工況分析 首先根據(jù)已知條件，繪制運動部件的速度循環(huán)圖，如圖 1 所示。然后計算各階段的 外負載并繪制負載圖。 液壓缸所受外負載 F 包括三種類型，即 F=F +F +Fwfa 式中 F _____工作負載，對于金屬切削機床來說，即為沿活塞運動方向的切削力，在本w 例中 F 為 18000N； F _____運動部件速度變化時的慣性負載；a 7 F _____導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平f 導軌 F 可由下式求得f F ＝f(G+F )；fRn G_____運動部件重力； F _____垂直于導軌的工作負載，事例中為零；Rn f_____導軌摩擦系數(shù)，在本例中取靜摩擦系數(shù)為 0.2，動力摩擦系數(shù)為 0.1。則 求得 F =0.2 25000N=5000NfS× F =0.1 25000N=2500Nfa 上式中 F 為靜摩擦阻力, F 為動摩擦阻力。fSfa F =agGtvΔ 式中 g_____重力加速度； t_____加速或減速時間，一般 t=0.01~0.5s；Δ v_____ t 時間內(nèi)的速度變化量。 在本例中 F = × N=4230Na8.925060. 根據(jù)上述計算結果，列出各工作階段所受的外負載見表 1，并畫了如圖所示的負循環(huán)圖。 8 102304246S(min)速 度 循 環(huán) 圖 010230425093負 載 循 環(huán) 圖 S(min) 圖 1 工況圖 表 1 負載表 工作循環(huán) 外負載 F（N） 工作循環(huán) 外負載 F（N） 啟動、加速 F=F +FfSa9230 工進 F=F +Ffaw20500 快進 F= F f2500 快退 F = F fa2500 9 第二章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 2.1 液壓回路選擇 （1）確定供油方式 考慮到該機床在工作進給時負載較大，速度較低。而在快進、快退時負載較小，速 度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油?，F(xiàn)采用帶壓力反饋的 限壓式變量葉片泵。 （2）調(diào)速方式的選擇 在中小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù) 銑削類專用機床工作時對低速性能和速度負載特征都有一定要求的特點，決定采用限壓 式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性 好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負切削力的能力。 （3）速度換接方式的選擇 本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速度接回路，它的特點是結構簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便， 閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改 用行程閥切換的速度換接回路。 （4）夾緊回路的選擇 用二位四通電磁閥來控制夾緊、松開換向動作時，為了避免工作時突然失電而松開， 應采用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時間可調(diào)節(jié)和當進油路壓力瞬時下降時仍能保持夾緊 力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的 大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。 2.2 液壓系統(tǒng)原理圖 最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成圖 2 所示原理圖： 10 圖 2 液壓系統(tǒng)原理圖 11 第三章 液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 3.1 液壓缸的主要尺寸的確定 1．工作壓力 P 的確定：工作壓力 P 可根據(jù)負載大小及機器的類型來初步?jīng)Q定，現(xiàn)取 液壓缸工作壓力為 3MPa. 2．計算液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d.有負載圖知最大負載 F 為 20500N，按表取 p2 為 0.5MPa, 0.95，考慮到快進、快退速度相等，取 d/D 為 0.7。將上述數(shù)據(jù)代入式中可Μ?η 得： D=9.9×10 m2— 將液壓缸內(nèi)徑圓整為標準系列直徑 D=100mm；活塞桿直徑 d,按 d/D=0.7,活塞桿直徑 =70mm. 按工作要求夾緊力由兩個夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應低于 進給液壓缸的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為 2.5MPa,回油背壓力為零， 為Μαη 0.95，可得 D= m251096.8.0124.3—×=× 按照液壓缸和活塞桿的尺寸系列，取夾緊液壓缸的 D 和 d 分別為 100mm 及 70mm。 按最底工進速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度可得下式 A> =minvq2 35105.cm=× 式中 q 是由產(chǎn)品樣本查得 GE 系列調(diào) 速閥 AQF3-E10B 的最小穩(wěn)定流量為 0.05L/min.min 本例中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應選取液壓缸有桿腔的 實際面積，即 A= ????2222 4071044 cmdD???—?? 可見上述不等式能滿足，液壓缸能達到所需低速。 12 3．計算在各工作階段液壓缸所需流量 q ?? min/2.19in/102.9min/51074 3322 Lvd ?????——快 進快 進 ? q i/4.i/4.9in/.04 3322 LmD=×=×=工 進工 進 π q???? in/20i/102in/5071.4 33222 Lvd ??????? —快 退快 退 。?? m4.914.9in/601.432v—夾夾夾 3.2 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 1．泵的工作壓力的確定：考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的 工作壓力為 p ppΣΔ+=1 式中 P 液 壓 泵 最 大 工 作 壓 力_ P 執(zhí) 行 元 件 最 大 工 作 壓 力1 進油管路中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取 0.2~0.5MPa,復雜系統(tǒng)_ΣΔ 取 0.5~1.5MPa,本例取 0.5MPa. p ??MPa5.3.031 ????? 上述計算所得的 p 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓 力。另外考慮到一定的貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力 p 應滿足 pnn P 。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本例中 P =1.25P =4.4MPa。??6.1~25.p 2．泵的流量確定。液壓泵的最大流量應為 q ≥Kp??maxL? 式中 q _________液壓泵的最大流量；p 13 ____同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正??maxq? 進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量 2～3L/min; K _________系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 K =1.1～1.3，現(xiàn)取 K =1.2L LL q =K =1.2 20L/min=24L/minp??maxL?× 3．選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得的 p 和 q 再查閱有關手冊，現(xiàn)選用 YBX—16p 限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉排量 q =16mL/r,泵的額定壓力 p =6.3MPa,v n 電動機轉速 n=1450r/min,容積效率 =0.85，總效率 =0.7。vηη 3.3 液壓閥的選擇 本液壓系統(tǒng)可采用力士樂系統(tǒng)或 GE 系列的閥。方案 1：控制液壓缸部分選用力士樂 系統(tǒng)的閥，其夾緊部分選用疊加閥。方案 2：均選用 GE 系列閥。根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng) 圖，按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。選用的液壓元件如表 2： 表 2 液壓元件明細表 序號 元件名稱 方案一 方案二 通過流量 （L/min） 1 濾油器 XU—BS2×100 XU— BS2×100 24 2 液壓泵 YBX—16 YBX—16 24 3 壓力表開關 K—H6 KF3—EA10B 4 三位四通換向閥 4WE6E50/OAG24 34EF3B— E10B 20 5 二位三通換向閥 3WE6A50/OAG24 23EF3B— E10B 20 6 單向調(diào)速閥 2FRM5—20/6 AQF3—E10B 20 7 減壓閥 J—FC10D—P—1 JF3—E10B 9.4 14 8 壓力表開關 4K—F10D—1 與 3 共用 9 單向閥 A—F10D—D/DP1AF3—EA10B 9.4 10 二位四通換向閥 24DF3B—E10B— B 24EF3—E10B 9.4 11 壓力繼電器 DP —63B1DP —63B19.4 12 單向節(jié)流閥 LA—F10D—B— 1 ALF—E10B 9.4 15 第四章 液壓系統(tǒng)的驗算 已知該液壓系統(tǒng)中進、回油管的內(nèi)徑均為 12mm,各段管道的長度分別為： AB=0.3m,AC=1.7,DE=2m。選用 L—HL32 液壓油，考慮到油的最低溫度為 15℃，查得 15℃ 時該液壓油的運動粘度 v=150cst=1.5㎝ /s,油的密度 =920kg/m .2ρ3 4.1 壓力損失的驗算 1．作進給時進油路壓力損失。運動部件工進給時的最大速度為 1.2m/min,進給時的最 大流量為 9.42L/min,則液壓油在管內(nèi)流速 v 為1 v = = cm/min=8330cm/min=139cm/s124dqπ2 3.09× 管道流動雷諾數(shù) Re 為1 Re = =1111vd Re ＜2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù) = = =0.68。1 1λRe75 進油管道 BC 的沿程壓力損失 = =0.68× × Pa=0.1×10 Pa 查的換向閥 4WE6W50/AG241_ΔΡ2vdlρλ??2_10.37??9.126 的壓力損失 =0.05×10 Pa1—6 忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進油路總壓力損失為 1ΔΡ = + =(0.1×10 +0.05×10 )Pa=0.15×10 Pa1ΔΡ_21—666 2．工作進給時回油路的壓力損失。憂郁選用活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作 面積為無桿腔的工作面積的二分之一，則回 油管道的流量為進油管道的二分之一，則 16 v = =69.5cm/s21 Re = = =55.52d5.269× = =75/55.5=1.392λRe7 回油管道的沿程壓力損失 為：1_2ΔΡ = =1.39× × Pa=0.05×10 Pa1_2vdlρλ2_10.695.26 查產(chǎn)品樣本知換向閥 3WE6A50/AG24 的壓力損失 =0.025×10 Pa,換向閥2_ΔΡ6 4WE6E50/AG24 的壓力損失 =0.025×10 Pa,調(diào)速閥 2FRM5—20/6 的壓力損失3_2ΔΡ6 =0.5×10 Pa。4_2ΔΡ6 回油路總壓力損失為 為2Ρ = + + + =（0.05+0.025+0.025+0.5）×10 =0.6×10 Pa2Ρ1_2Δ3_4_2 66 3．量泵出口處的壓力 p p = + =( +0.15×10 )Pa12/AFomη1Ρ4_6105.78.9/0×+6 =3.2×10 Pa6 4．進時的壓力損失?？爝M時液壓缸為差動連接，自匯流點 A 至液壓缸進油口 C 之間 的管路 AC 中，流量為液壓泵出口流量出口流量的兩倍即 40L/min,AC 段管道的沿程壓力 損失 為1_ΔΡ v = =124dqπscms/590/6.13023=× 17 Re =14725.190=×vd 9. Re71λ PapvdlP 6221 103.a.50.59.0×=×=?Δ—— 同樣可求管道 AB 段及 AD 段的沿程壓力損失 和 為21—ΔΡ31 v = = cm/s=295cm/s24dqπ602.13 3× Re = = =2362v5.9 = =0.322λRe7 =0.32× × Pa=0.032×10 Pa21—ΔΡ2_10.395.26 =0.32× × Pa=0.181×10 Pa312_.7. 26 查產(chǎn)品樣品知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為： 4EW6E50/AG24 的壓力損失 =0.17×10 Pa12—ΔΡ6 3EW6A50/AG24 的壓力損失 =0.17×10 Pa26 據(jù)分析在差動連接中，泵的出口壓力 p 為 p =2 + + + + +1_ΔΡ2—311_2ΔΡ2amAFη =1.93×10 Pa6 18 快退時壓力損失經(jīng)驗算從略。上述驗算表明，無需修改原設計。 4.2 系統(tǒng)溫升的驗算 在整個工作循環(huán)中，工進階段所占的時間最長，為了簡化計算，主要考慮工進時的發(fā) 熱量，一般情況下，工進速度大時發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時，效率 相差極大，所以分別計算最大、最小時的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值大著進行分析。 當 v=10cm/min 時 q= D v=0.785×10 m /min=0.785L/min4π23— 此時泵的效率為 0.1，泵的出口壓力位 3.2MPa,則有 P = KW=0.42KW輸 入 1.0678523× P =F =20500× ×10 ×10 KW=0.034KW輸 出 v 2_3 此時的功率損失為 P= P —P =0.386KWΔ輸 入 輸 出 當 v=120cm/min 時，q=9.42L/min,總效率 =0.7η 則 P = KW=0.718KW輸 入 7.064293× P = F =20500×2×10 ×10 =0.41KW輸 出 v2—3 P= P —P =0.31KW℃Δ輸 入 輸 出 可見在工進速度低時，功率損失為 0.386KW,發(fā)熱量最大。 假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，去 K=10×10 KW/（cm .℃）,郵箱的散熱面積 A 為3—2 A=0.065 =1.92m32V2 系統(tǒng)的溫升為 19 = =20.1℃tΔKAΡ 驗算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。 20 結 論 本次設計的專用銑削機床液壓系統(tǒng)設計，運用液壓傳動系統(tǒng)的各方面知識綜合運用 審計通過對液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)和工況分析計算其技術參數(shù)，來選擇系統(tǒng)的回路、元件、 附件等。該液壓系統(tǒng)在滿足原有要求的情況下實現(xiàn)重量輕、體積小、成本低、效率高、 結構簡單、使用維護方便的要求。 設計過程當中由于本人知識結構不充足，在系統(tǒng)的計算過程當中，有些部分設計的 比較簡單，可能會對系統(tǒng)產(chǎn)生一些影響。本次設計與其他小的液壓站相比較，結構比較 簡單，體積小重量輕，基本上符合了系統(tǒng)設計要求。但是，由于設計經(jīng)驗有限，本次設 計的計算過程不夠完善。 21 致 謝 在這次畢業(yè)設計中首先感謝戴月紅老師，在百忙中抽出時間給我細心指導和幫助， 也在戴老師的指導下我懂得了設計的整個過程也明白設計的目的，真心學到了東西。其 次在我完成論文過程中也得到了同學的幫助。這份設計的完成凝結了老師和同學的汗水， 再次衷心感謝戴老師和同學們！ 22 參考文獻： [1]《液壓與氣壓傳動》 左鍵明主編 機械工業(yè)出版社 [2]《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》 楊培元、朱福元主編 機械工業(yè)出版社 [3]《液壓與氣壓傳動》 張群生主編 機械工業(yè)出版社