专用铣床液压系统的设计专项方案张越.doc

HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY液压和气压传动技术课程 设计说明书设 计 题 目：专用铣床液压系统设计学院名称：机械和汽车工程学院专业班级：机电10-3班姓名学号：张越 0710组 员：裴洪0712 张启 0709樊高金0711指导老师： 曾亿山 成 绩:机械和汽车工程学院 二零一 三 年 七 月 二十四 日 目 录摘要3一、设计目标及要求4 1.设计目标4 2.设计要求4二、 设计题目4三、工况分析5 1.运动分析5 2.负载分析6 3.绘制液压缸负载图和速度图7四、初步确定液压缸参数8五、确定液压系统图15六、选择液压元件17七、液压系统性能验算18 1.液压系统效率 18 2.溢流阀调整压力 20 3.液压系统效率 20 4.液压系统温升 20八、集成块设计21九、总结24 参考文件25合肥工业大学课程设计任务书设计题目专用铣床液压系统设计成绩主要内容某台专用铣床，驱动铣头电动机功率为7.5kw，铣刀盘形）直径为120mm，转速为350r/min。假定工作平台重量为4103N，工件和夹具最大重量为1.5103N，工作台行程为400mm，其中快进行程300mm，工进行程100mm；快进速度为4.5m/min，工进速度为0.061m/min，其往复运动加速减速）时间为0.05s，工作台用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fu=0.1，试设计铣床液压系统。指导教师意见署名： 200 年 月 日 摘要此次液压课程设计是半自动液压专用铣床液压设计，专用铣床是依据工件加工需要，以液压传动为基础，配以少许专用部件组成一个机床。在生产中液压专用铣床有着较大实用性，能够以液压传动大小产生不一样性质铣床。此次设计关键是将自己所学知识结合辅助材料利用到设计中，巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算通常步骤和方法，正确合理确实定实施机构，选择标准液压元件，能熟练利用液压基础回路，组成满足基础性能要求液压系统。在设计过程中最关键是图纸绘制，这不仅能够清楚将所设计内容完整显示出来，还能看出所学知识是否已完全掌握了。整个设计过程关键分成六个部分：参数选择、方案制订、图卡编制、专用铣床设计、液压系统设计和最终相关验算。主体部分基础在图编制和液压系统设计两部分中完成。关键词 专用铣床，液压传动，回路，集成块一、设计目标及要求 1、设计目标 伴随制造业发展，数控机床应用越来越广泛，相关数控机床控制技术方面文章本也很多，但对传统控制了解叙述不是很多。在该设计过程中，我们经过掌握数控机床机械本体、液压等知识设计专用铣床液压系统，为我们走向“机电液类”工作岗位做好铺垫。此次课程设计要求学生能够含有以下能力： 1）掌握液压系统设计计算通常方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、处理问题能力。 2）正确合理地确定实施机构，选择标准液压元件；能熟练地利用液压基础回路、组成满足基础性能要求液压系统。 3）熟悉并会利用相关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。 2、设计要求 首先要对机械设备主机工作情况进行具体分析，明确主机对液压系统动作、性能和工作环境等要求，具体包含： 1）主机用途、关键结构、总体布局，主机对液压系统实施元件在位置部署和空间尺寸上限制。 2）主机工作循环，液压系统实施元件工作方法及其工作范围。 3）液压实施元件载荷特征、行程和运动速度大小等。 4）主机对液压实施元件动作次序或互锁要求。 5）对液压系统实施元件动作控制方法、控制精度和液压系统工作效率、自动化程度等方面要求。 6）对液压系统防尘、防爆、防寒、安全可靠性等要求。 7）其它方面要求：如体积、重量、经济性等方面要求。二、 设计题目某台专用铣床，驱动铣头电动机功率为7.5kw，铣刀盘形）直径为120mm，转速为350r/min。假定工作平台重量为4103N，工件和夹具最大重量为1.5103N，工作台行程为400mm，其中快进行程300mm，工进行程100mm；快进速度为4.5m/min，工进速度为0.061m/min，其往复运动加速减速）时间为0.05s，工作台用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fu=0.1，试设计铣床液压系统。三、 工况分析 工况分析关键指对液压实施元件工作情况分析，即进行运动分析和负载分析。分析目标是了解工作过程中实施元件速度、负载改变规律，并将此规律用用曲线表示出来，作为确定液压系统方案、确定系统关键参数压力和流量）依据。 1、运动分析 由题目要求可知，该专用铣床运动大致可分分为三个阶段：快进、工进和快退，具体运动过程图见图1。图1 液压缸简图和运动过程图 2、负载分析 对于该液压缸来说，会受到工作负载Fw、摩擦阻力负载Ff和惯性负载Fa，下面具体求这些这些力大小。 2.1工作负载Fw2.2摩擦阻力负载摩擦阻力又分为静摩擦阻力和动摩擦阻力。 静摩擦阻力： 动摩擦阻力：2.3惯性负载3、 绘制液压缸负载图F-s图）和速度图 选 D=50mm，活塞杆直d=0.707D=35.6mm,取d=36mm.由此求得液压缸实际有效工作面积 验算满足最低速度要求之面积，按液压和气压传动式10.2-6）本液压系统拟采取调速阀节流调速系统，使用国产GE系列调速阀，型号为AQF3-E66B，从样本中可查得其，已知给定。则可得 能满足上式要求。3、液压缸工作循环中各阶段压力、流量和功率 3.1快进时油缸需要流量Q快进 Q快进=A1-A2）V快进 =； D液压缸内径(m；试验压力，通常取最大工作压力(1.25-1.5倍；缸筒材料许用应力。无缝钢管：。=1.525=37.5 则pyD/2=0.068m在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸壁厚往往很小，使缸体刚度往往很不够，如在切削过程中变形、安装变形等引发液压缸工作过程卡死或漏油。所以通常不作计算，按经验选择，必需时按上式进行校核。液压缸壁厚算出后，即可求出缸体外经为 D1D+2=186mm 5.2缸盖厚度确实定通常液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时 有孔时 式中 t缸盖有效厚度(m；缸盖止口内径(m；缸盖孔直径(m。 无孔时 t0.4333610-3(37.5/110 = 9.1mm 取 t=10mm 有孔时t0.4330.510-3(37.550/110(50-36 =3mm 取 t=3mm 5.3最小导向长度确实定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点距离H称为最小导向长度。假如导向长度过小，将使液压缸初始挠度D；缸盖滑动支承面长度，依据液压缸内径D而定；当D80mm时，取。为确保最小导向长度H，若过分增大和B全部是不宜，必需时可在缸盖和活塞之间增加一隔套K来增加H值。隔套长度C由需要最小导向长度H决定，即滑台液压缸：最小导向长度 HL/20+D/2=42.5mm取H=50mm活塞宽度：B=0.6D=30mm缸盖滑动支承面长度：l1=0.6d=21.622mm隔套长度： C=H-(l1+B/2=3 所以有隔套。液压缸缸体内部长度应等于活塞行程和活塞宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖厚度。通常液压缸缸体长度不应大于内径20-30倍。液压缸：缸体内部长度L=B+l=380mm当液压缸支承长度LB(10-15d时，需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设计不需进行稳定性验算。五、确定液压系统图 1、选择液压基础回路 从工况图上能够得出： 1）本系统压力、流量和功率全部较小，能够选择单定量泵和溢流阀组成供油源。 2）调速系统可采取调速阀出口节流调速回路，以满足铣削加工顺铣和逆铣而且速度稳定要求。 3）速度换接方法：铣削时位置精度要求不高，可用行程开关挡铁控制行程开关使电磁换向阀切换来实现换向。 4）液压缸快进时用单杆活塞缸差动连接来实现。 5）换向阀可用三位四通电磁换向阀换向。2、组合成液压系统图依据上诉基础回路再加上必需辅助装置如滤油器、压力表等）可组成图7所表示一个完整液压系统图，并配以电磁铁动作次序表。动作次序为：当YA2和YA3通电时，三位四通换向阀处于右位，二位四通换向阀处于右位，液压缸差动连接，此时为快进；当YA3断电后，二位四通换向阀处于左位，液压缸无杆腔进油，有杆腔连接节流阀，流回油箱，此时液压缸为工进状态；当YA1通电后，三位四通换向阀处于左位，液压缸快退。为确保液压泵能卸荷，在设计过程添加了一个二位四通换向阀，和溢流阀远程控制口连接，当YA4通电后，液压泵会自动卸荷。图7 专用铣床液压系统图 表3 电磁铁动作表工作程序YA1YA2YA3YA4快进工进快退停止六、选择液压元件1、确定液压泵容量及电动机功率 1.1液压泵工作压力和流量计算取进油路压力损失取，回路泄露系数取，则液压泵最高工作压力按液压和气压传动表10-12可知，取 依据上述计算选择单作用叶片泵，其型号规格为型定量叶片泵排量V=4mL/r）其流量 1.2确定驱动电动机功率。在快速时为最大功率 式中：-液压泵总效率，取。 查电机手册，可选择Y系列电动机。2、选择控制阀 依据泵工作压力和经过各阀实际流量，选择各元件规格，如表4所表示。 表4 液压元件选择列表序号元件名称最大通流量/型号规格1 定量叶片泵5.6YB-42溢流阀5.6Y-25B3三位四通电磁阀5.634D-25B4单向调速阀5.6QI-25B5二位三通电磁阀5.6Y10B 10636单向阀5.6I-25B7压力表开关E-388过滤器5.6WU-1680-J3、确定油管直径及管接头 进出液压缸无杆腔流量，在快退和差动工况时为，所以流量为 。取压油管流速，则取吸油管流速，则 查相关机械手册可选择阴极铜管GB/T 1527-1987），压油管道选择直径为10mm，吸油管道选择直径为12mm。确定管道尺寸应和选定液压元件接口处尺寸一致。管接头可选择扩口式管接头。4、确定油箱容积 故取油箱容积为36L。七、液压系统性能验算1、液压系统效率 已知该液压系统中进、回油管内经均为10mm，各段管道长度分别为：AB=0.3m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m.选择L-HL32液压油，考虑到有最低温度为15，查15是该液压油运动粘度=150cst=1.5cm/s,油密度=920kg/m. 下面计算压力损失：工作进给时进油路压力损失：工作进给时最大流量Q=dv/4=8.843L/min v1=Q/(d/4=188m/s管道流动雷诺数为：Rel=v1d /=125( v /2=0.2Mpa查换向阀4WE6-61/G12压力损失p1-2=0.05 Mpa忽略油液经过管接头、油路板等处局部压力损失，则进油路总压力损失为：p1=p1-1+p1-2=0.15 Mpa工作进给时回油路压力损失： 因为选择单活塞液压缸，且液压缸有杆腔工作面积为无杆腔工作面积二分之一，则回油管道流量为进油管二分之一，则v2=v1/2=94Re2=v2d /=62.72=75/Re2=1.2回油管路沿程成压力损失为：p2-1=2(l/d( v /2=0.15Mpa 查得：换向阀3WE650/G24压力损失p2-2=0.025 Mpa,换向阀4WE6-61/G12压力损失p2-3=0.025 Mpa，调速阀2FRM5-10压力损失p2-4=0.5 Mpa回油管路总压力损失为：p2=p2-1+p2-2+p2-3+p2-4=0.6 Mpa变量泵出口处压力： Pp=(F/cm+A2p2 A1+p1=0.8Mpa进油时压力损失：快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸进油口C之间管路AC 中流量为液压泵出口流量两倍即24L/min,管路沿程压力损失为： v1=Q/(d/4=510m/s Rel=v1d /=3401=75/Rel=0.221p1-1=1(l/d( v /2=0.52Mpa一样可求管道AB段及AD段沿程压力损失为：V2=Q/(d/4=255m/s Re2=v1d /=1702=75/Re2=0.44p1-2=0.032 Mpap1-3=0.181 Mpa查产品样本知：流经各阀局部压力损失为：4EW6-61/G12压力损失p2-1=0.17 Mpa3EW650/G24压力损失p2-2=0.17Mpa据分析在差动连接中，泵出口压力为：Pp=2p1-2+p1-2+p2-2+p2-1+p2-2+ F/(A2cm=4.05 Mpa快退时压力损失验算从略，上述验算表明，无需修改原设计。2、溢流阀调整压力 溢流阀共进调整压力。取。3、液压系统效率 液压系统效率见液压和气压传动式10.4-1取泵效率，液压缸机械效率，回路效率为： P1=(F+A2P2/A1+P1 =(4010.46+6.26510.0110-4105/19.6310-4+0.63105Pa =24.3105Pa24105Pa当工进速度为时，当工进速度为时，4、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：故油温符合要求。若油箱太小，温度过高，可换更换稍大油箱或使用冷却装置。八、集成块设计1液压集成回路设计 1.1回路划为若干单元回路，每个单元回路通常由三个液压元件组成，采取通用压力油路P和回油路T，这么单元回路称液压单元集成回路。设计液压单元集成回路时，优先选择通用液压单元集成回路，以降低集成块设计工作量，提升通用性。1.2连接起来，组成液压集成回路，图8所表示为组合铣床液压集成回路。一个完整液压集成回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、调速回路、顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。 图8 组合铣床液压集成回路 2液压集成块及其设计组合铣床液压集成块装配总图是由底板、中间集成块1、中间集成块2和顶盖组成，由四个紧固螺栓把它们连接起来，再由四个螺钉将其紧固在液压油箱上，油压泵经过油管和底板连接，组成液压站，油压元件分别固定在各集成块上，组成一个完整液压系统。 2.1底板设计底板块作用是连接集成块组。液压泵供给压力油P由底板引入各集成块，液压系统回油路T及泄漏油路L经底板引入液压油箱冷却沉淀。其零件图见附件。 2.2顶盖设计顶盖关键用途是封闭主油路，安装压力表开关及压力表来观察液压泵及系统各部分工作压力。设计顶盖时，要充足利用顶盖有效空间，也可把测压回路、卸荷回路和定位夹紧回路等部署在顶盖上。其零件图见附件。 2.3集成块设计若液压单元集成块回路中液压元件较多或不好安排时，能够采取过渡板把阀和集成块连接起来。如：集成块某侧面要固定两个液压元件有困难，假如采取过渡板则会使问题比较轻易处理。使用过渡板时，应注意，过渡板不能和上下集成块上元件碰撞，避免影响集成块安装，过渡板高度应比集成块小2mm。过渡板通常安装在集成块正面，过渡板厚度为35至40mm，在不影响其部件工作条件下，其长度可稍大于集成块尺寸。过渡板上孔道设计和集成块相同。可采取先将其用螺钉和集成块连好，再将阀装在其上方法安装。集成块上公用通道，即压力油孔P、回油孔T、泄漏孔L有时不用）及四个安装孔。压力油孔由液压泵流量决定，回油路通常不得小于压力油孔。直接和液压元件连接液压油孔由选定液压元件规格决定。孔和孔之间连接孔即工艺孔）用螺塞在集成块表面堵死。和液压油管连接液压油孔可采取M制细牙螺纹或英制管螺纹。把制做好液压元件样板放在集成块各视图上进行布局，有液压元件需要连接板，则样板应以连接板为准。电磁阀应部署在集成块前、后面上，要避免电磁换向阀两段电磁铁和其它部分相碰。液压元件部署应以在集成块上加工孔最少为好。孔道相同液压元件尽可能部署在同一水平面，或在直径d范围内，不然要钻垂直中间油孔，不通孔道之间最小壁厚h必需进行强度校核。液压元件在水平面上孔道若和公共油孔相通，则尽可能地部署在同一垂直位置或在直径d范围，不然要钻中间孔道，集成块前后和左右连接孔道应相互垂直，不然也要钻中间孔道。 集成块零件图见附件。九、总结此次液压课程设计在本小组组员合作下，能够说圆满完成了预期任务。经过这次液压课程设计，我们切身体会了液压系统整个设计体制，加深了液压传动学知识了解，了解和掌握了液压系统设计步骤。此次液压系统设计，采取小组组员分工合作制，在集体讨论好设计方案后，每个小组组员按工作量分别计算和设计液压系统一部分集成块，完成各自设计后，再汇总进行审查。本小组方案进行审查后，能够成功达成所需要求，液压系统设计成功完成。经过这次液压课程设计，我们再次体会到团体合作关键性，在设计过程中，不停查阅多种相关技术资料，加深了我们对液压系统设计过程映像。这次课程设计为我们以后工作做了一次良好铺垫，为我们以后工作奠定了一定基础。在此要感谢曾亿山老师和夏永胜老师悉心指导，感谢老师们给我帮助。在设计过程中，我经过查阅大量相关资料，和同学交流经验和自学，并向老师请教等方法，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获一样巨大。在整个设计中我知道了很多东西，也培养了我独立工作能力，树立了对自己工作能力信心，相信会对以后学习工作生活有很关键影响。 参考文件1. 曾亿山编.液压和气压传动.合肥：合肥工业大学出版社.2. 张利平编.液压传动系统及设计.北京：化工工业出版社，.3. 王守城，段俊勇编.液压元件及选择.北京：化工工业出版社，.4. 左健民编.液压和气压传动.北京:机械工业出版社.5. 周士昌编.液压系统设计图集.北京：机械工业出版社，.6. 许贤良，王传礼编.液压传动.北京：国防工业出版社，.7. 徐之梦编.液压机构.机械工业出版社.