专用铣床工作台液压专业系统设计.doc

目录
1 序言 1
2 设计技术要求及参数 1
3 确定实施元件 1
4 系统工况分析 1
4.1动力分析 1
4.2运动分析 3
5 计算液压系统关键参数并编制工况图 3
5.1预选系统设计压力 3
5.2计算液压缸关键结构尺寸 3
5.3编制液压缸工况图 4
6 制订液压回路方案，确定液压系统原理图 7
6.1制订液压回路方案 7
6.2确定液压系统图 9
7 计算并选择液压元件 10
7.1液压泵计算和选定 10
7.2电机选定 10
7.3液压控制阀和液压辅助原件选定 11
8 验算 11
8.1液压系统效率 11
8.2液压系统温升 12
设计总结 13
参考文件 14

专用铣床工作台液压系统设计
1 序言
作为一个高效率专用铣床，在日常生活中，广泛在大批量机械加工生产中应用。此次课程设计是以专用铣床工作台液压系统为例，介绍该组合机床液压系统设计方法及设计步骤，其中包含工作台液压系统工况分析、关键参数确定、液压系统原理图确实定、液压元件选择和系统性能验算等。
«液压传动»课程设计是整个教学过程中最终一个综合性教学步骤，经过课程设计能够让我们了解液压传动系统设计基础方法和设计要求，提升我们利用所学理论知识处理具体工程技术问题能力。能依据设计任务要求，根据正确设计步骤，确定出液压系统。
2 设计技术要求及参数
一台专用铣床工作台拟采取单杆液压缸驱动。已知条件以下：铣刀驱动电机功率为P=7.5KW，铣刀直径为De=120mm，转速n=350r/min。工作台质量m1=400kg，工件及夹具最大质量为m2=150kg。工作总行程为Lz=400mm，其中工进行程为Lg=100mm。快进和快退速度均为vk=4.5m/min，工进速度范围为vg=60~1000mm/min，往复运动时加、减速时间均为Δt=0.05s。工作台水平放置，导轨静摩擦系数为μs=0.2，动摩擦系数为μd=0.1,以下为该铣床工作台进给运动半自动液压系统设计。
3 确定实施元件
液压系统动力原件是定量叶片泵，实施元件确定为液压缸（关键运动是往复直线运动）。
4 系统工况分析
4.1动力分析
铣床工作台液压缸在快进阶段，开启时外负载是导轨静摩擦阻力；加速外负载是导轨动摩擦阻力和惯性力；恒速时是动摩擦阻力；在快退阶段外负载是动摩擦阻力，由图3-4可知：

铣床工作台液压缸在工进阶段外负载是工作负载，即刀具铣削力及动摩擦阻力。
静摩擦负载 Ffs=μ（m1+m2）g=0.2x（400+150）g=1078(N)
动摩擦负载 Ffs=μ（m1+m2）g=0.1x（400+150）g=539（N）
惯性负载 Fi=（m1+m2）x=825（N）
利用铣削力计算公式：
Fi=（其中，T为负载转矩，T=）。算得工作负载为:
Fe== N·m =3410N·m
取液压缸机械效率ηm=0.9，可算得工作台液压缸在各工况下外负载和推力，见图表：

表3-7 铣床工作台液压缸外负载和推力计算结果
工况
外负载F/N
推力（F/ηm）/N
计算公式
结果
快进
开启
F=Fst
1078
1198
加速
F=Ffd+Fi
1364
1515
恒速
F=Ffd
539
599
工进
F=Fe+Ffd
3949
4388
快退
开启
F=Fst
1078
1198
加速
F=Ffd+Fi
1364
1515
恒速
F=Ffd
539
599

4.2运动分析
依据设计要求，可直接画出液压缸速度循环图（v-l图），图3-6。

5 计算液压系统关键参数并编制工况图
5.1预选系统设计压力
专用铣床也归属半精加工机床，参考表1，预选液压缸设计压力P1=3MPa。
5.2计算液压缸关键结构尺寸
因为设计要求工作台快速进退速度相等，故选择单杆差动连接液压缸，使缸无杆腔和有杆腔有效面积和保持关系=2，即杆d和缸径D满足d=0.707D。经查表3，取背压为0.8MPa。
从满足最大推力出发，可算得液压缸无杆腔有效面积：

液压缸内径：

按GB/T2348-1993（表2），将液压缸内径圆整为D=50mm=5cm。
径圆整为d=36mm=3.6cm。则液压缸实际有效面积为：
（）
（）
=- =1017（）
5.3编制液压缸工况图

依据上述条件，经计算液压缸工作循环中各阶段压力、流量和功率以下：
①压力
a、快进阶段液压缸压力
开启时， ==
加速时， ==(通常取被压为0.5Mp)
恒速时， ==
b、工进阶段液压缸力
==
c、快退阶段液压缸压力
开启时，==
加速时，==
恒速时，==
②流量
a、快进（恒速时）阶段流量
q=vk=1017x4.5xx=4.58（L/min）
b、工进阶段流量
qmax= vg=1963x1000x=1.96（L/min）
qmin= vg=1963x60x=0.12（L/min）
c、快退（恒速时）阶段流量
q= vk=946x4.5xx=4.26（L/min）
③功率
a、快进（恒速时）阶段功率
P= q=1.05x4.58x/60=80.2（W）
b．工进（最高速度时）阶段功率
P= q=2.62x1.96x/60=85.6（W）
c．快退（恒速时）阶段功率
P= q=1.67x4.26x/60=118.6（W）
由上述计算结果编制出液压缸工况图3-7~3-9

6 制订液压回路方案，确定液压系统原理图
6.1制订液压回路方案
①油源型式及压力控制 工况图表明，系统压力和流量均较小，故可采取电动机驱动单定量泵供油油源和溢油阀调压方案，图3-10所表示。

②调速回路 铣床加工零件时，有顺铣和逆铣两种工作状态，故选择单向调速阀回油节流调速回路（见图3-11）。因为已选择节流调速回路，故系统肯定为开式循环。

③换向回路和快速运动回路及换接方法 换向回路选择三位四通“O”型中位机能电磁换向阀实现液压缸进退和停止（见图3-12）。采取二位三通电磁换向阀实现液压缸快进时差动连接（见图3-13）。

因为本机床工作部件终点定位精度无特殊要求，故采取行程控制方法即活动挡块压下电气行程开关，控制换向阀电磁铁通断电和死挡铁即可实现自动换向和速度换接。
④辅助回路 在液压泵进口设置一过滤器以确保吸入液压泵油液清洁；出口设一单向阀以保护液压泵，在该单向阀和液压泵之间设一压力表及其开关，方便液压阀调压和观察（见图3-14）。

6.2确定液压系统图
在制订各液压回路方案基础上，经整理所组成液压系统原理图图3-15所表示。由电磁铁动作次序表（图中附表）轻易了解系统工作原理及各工况下油液流动路线图3-15 专用铣床液压系统原理图

附表 系统电磁铁动作次序表
工况
电磁铁状态
1YA
2YA
3YA
快进
┼

┼
工进
┼

快退

┼

工作台原为停止

1-过滤器；2-单向定量泵；3-电动机；4-溢流阀；5-压力表开关；6-单向阀；7-三位四通电磁换向阀；8-单向调速阀；9-二位三通电磁换向阀；10-液压缸
7 计算并选择液压元件
7.1液压泵计算和选定
①液压泵最高工作压力计算
由工况3-2能够查得液压缸最高工作压力出现在快退阶段，即p1=2.64 MPa ，因为进油路原件较少，故泵至缸间进油路压力损失取为Δp=0.3MPa。则液压泵最高工作压力pp为：
pp=2.64+0.3=2.94（MPa）
②液压泵流量计算
泵供油量qp按液压缸快进（恒速时）阶段流量q=4.58L/min进行估算。因为系统流量较小，故取泄漏系数K=1.3，则液压泵供油量qp应为：
qp≥qv=Kqlmax=1.3×4.58=5.95（L/min）
③确定液压泵规格
依据系统所需流量，拟初选液压泵转速为n1=1450r/min，泵容积效率ηv=0.8，依据式（2-37）可算得泵排量参考值为：
Vg===5.13（mL/r）
依据以上计算结果查阅产品样本，选择规格相近YB1-6型叶片泵，泵额定压力为pn=6.3MPa，泵额定转速为n=1450r/min，容积效z率ηp=0.80。倒推算得泵额定流量为：
q p=Vnηv=6×1450×0.80=6.96（L/min）比系统流量稍大。
④确定液压泵驱动功率由功率循环图3-9可知，最大功率出现在快退阶段，已知泵总效率为ηp=0.80，则液压泵快退所需驱动功率为：
Pp====0.357（KW）
7.2电机选定
查表得，选择Y系列（IP44）中规格相近Y801-4型卧式三相异步电动机，其额定功率为0.55kw，转速为1390r/min。用此转速驱动液压泵时，泵实际输出流量为6.67L/min，仍能满足系统各工况对流量要求。

表3-8 专用铣床液压系统中控制阀和部分辅助原件型号规格
序号
名称
经过流量/(L/min）
额定流量/(L/min）
额定压力/MPa
型号
1
过滤器
6.67
16
2.5
XU-B16×100
2
定量叶片泵
6.67
6
6.3
YB-6
3
交流异步电动机

Y801-4
4
溢流阀
6.67
63
6.3
YF3-10B
5
压力表开关
——
——
6.3
AF6EP30/Y63
6
单向阀
6.67
80
16
AF3-Ea10B
7
三位四通电磁换向阀
4.58
6
16
34DF3-E4B
8
单向调速阀
4.26
6.3
6.3
AQF3-6aB
9
二位三通电磁换向阀
4.26
10
6.3
23D-10B
10
液压缸

自行设计
说明
单向调速阀8中调速阀最小稳定流量为0.01L/min，小于系统工进速度时回油量qmin=A2vg=946×60×10 V×10-6=0.057（L/min）
7.3液压控制阀和液压辅助原件选定
依据系统工作压力和经过各液压控制阀及部分辅助原件最大流量，查产品样本所选择原件型号规格见表3-8，其中液压缸需自行设计。
管件尺寸由选定标准件油口尺寸确定。
本系统属于中低压系统，取经验系数α=5，得油箱容量为：
V=apq=5×6.67L=33.35≈33L
8 验算
8.1液压系统效率
（经计算，）取泵效率，液压缸机械效率，回路效率为：

当工进速度为时，
当工进速度为时，

8.2液压系统温升
（只验算系统在工进时发烧和温升）定量泵输入功率为：

工进时系统效率，系统发烧量为：

取散热系数，油箱散热面积时，
计算出油液温升近似值：
，故合理。

设计总结
这次液压系统课程设计，是我们第一次较全方面液压知识综合利用，经过这次练习，使得我们对液压基础知识有了一个较为系统全方面认识，加深了对所学知识了解和利用，将原来看来比较抽象内容实现了具体化，初步掊养了我们理论联络实际设计思想，训练了综合利用相关课程理论，结合生产实际分析和处理工程实际问题能力，巩固、加深和扩展了相关液压系统设计方面知识。
经过制订设计方案，合理选择各液压零件类型，正确计算零件工作能力，和针对课程设计中出现问题查阅资料，大大扩展了我们知识面，培养了我们在本学科方面爱好及实际动手能力，对未来我们在此方面发展起了一个关键作用。此次课程设计是我们对所学知识利用一次尝试，是我们在液压知识学习方面一次有意义实践。
在此次课程设计中，我独立完成了自己设计任务，经过这次设计，弄懂了部分以前书本中难以了解内容，加深了对以前所学知识巩固。在设计中，经过老师指导，使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面全部得到了一次良好训练。

参考文件
1 张利平编著 《液压传动系统设计和使用》 化学工业出版社
2 张利平编著 《液压传动设计指南》 化学工业出版社
3 丁树模、丁问司 《液压传动》（第三版） 机械工业出版社
4 杨慧敏 《液压和气压传动》 西北工业大学出版社