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专用液压系统课程设计

精品文档
1． 一台专用铣床，铣头驱动电机的功率为7.5KW，铣刀直径为150mm，转速为300r/min，工作台重量为4*103N，工件和夹具最大重量为1.8*103N，工作台行程为500mm（快进300mm，工进150mm），快进速度为5m/min，工进速度为50~800mm/min，往返加速、减速时间为0.1s，工作台用平导轨，静摩擦系数fj=0.2，动摩擦系数fd=0.1。试设计此专用铣床液压系统。

1. 课程设计题目3
一台专用铣床，铣头驱动电机的功率为7.5KW，铣刀直径为150mm，转速为300r/min，工作台重量为4*103N，工件和夹具最大重量为1.8*103N，试设计此专用铣床液压系统。
2. 课程设计的目的和要求
通过设计液压传动系统，使学生获得独立设计能力，分析思考能力，全面了解液压系统的组成原理。
明确系统设计要求；分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。
3. 课程设计内容和教师参数（各人所取参数应有不同）
工作台行程为500mm（快进300mm，工进150mm），快进速度为5m/min，工进速度为50~800mm/min，往返加速、减速时间为0.1s，工作台用平导轨，静摩擦系数fj=0.2，动摩擦系数fd=0.1。
目录

一、 设计任务书
二、 负载工况分析
1. 工作负载
2. 摩擦阻力
3. 惯性负荷
三、 负载图和速度图
四、 确定液压缸参数
1. 液压缸的工作压力
2. 液压缸尺寸计算
3. 液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算
4. 绘制液压缸的工况图
五、 拟定液压系统图
1. 选择液压基本回路
2. 组成系统图
六、 选择液压元件
1. 确定液压泵的容量及电机功率
2. 控制阀的选择
3. 确定油管直径
4. 确定油箱容积
七、 液压系统的性能验算
1. 液压系统的压力损失计算
2. 液压系统的热量温升计算
附：液压系统图

二、负载工况分析
1.工作负载
Fw=1000P/ν=1000P/(πDn/60×1000)=60×106P/πDn
=60×7.5×106/π×300×150 N
=3183 N
2.摩擦阻力
静摩擦阻力
Ffj=fj(G1+G2)=0.2×(4000+1800) N=1160 N
动摩擦阻力
Ffd=fd(G1+G2)=0.1×(4000+1800) N=580 N
G1-工作台重量
G2-工件和夹具最大重量
3. 惯性负荷
Fg=(G1+G2) ν/gt=(4000+1800) ×5/9.8×0.1×60 N
=493.20 N
g –重力加速度9.8m/s2
ν –工进速度
t –往返加减速时间

三、负载图和速度图
取液压缸的机械效率η=0.9，计算液压缸各工作阶段的负载情况
启动：F=Ffj=1160 N
F‵=F/η=1160/0.9 N=1289 N
加速：F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20 N
F‵=F/η=1073.20/0.9=1193 N
快进：F=Ffd=580 N
F‵=F/η=580/0.9=645 N
工进：F=Ffd+Fw=580+3183=3763 N
F‵=F/η=3763/0.9=4182 N
快退：F=Ffd=580 N
F‵=F/η=580/0.9=645 N

液压缸各阶段负载情况
阶段
负载计算公式
液压缸负载F/N
液压缸推力F‵/N
启动
F=Ffj
1160
1289
加速
F=Ffd+Fg
1073.20
1193
快进
F=Ffd
580
645
工进
F=Ffd+Fw
3763
4182
快退
F=Ffd
580
1193

根据工况负载F及行程S，绘制负载图：

根据快进速度ν1、工进速度v2和行程S，绘制速度图：

四、确定液压缸参数
1.液压缸的工作压力
根据负载并查表，初选工作压力
P1=3MPa
2.计算液压缸尺寸
鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，可选用单杆式差动液压缸。无杆腔工作面积A1，有杆腔工作面积A2，
且A1=2A2，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。
回油路上背压P2取0.8MPa
油路压力损失△P取0.5MPa
A1=F/(P1-P2/2)=4182×10-6/(3-0.8/2)m2=0.0016m2
D==45.13mm
d=0.707D=31.91mm
按GB/T2348-2001将直径元整成就进标准值
D=50mm
d=35mm
液压缸两腔的实际有效面积为：
A1=πD2/4=19.63×10-4m2
A2=π(D2-d2)/4=10.01×10-4m2
根据上述D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力
3.液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算
工况
推力
F/N
回油腔压力P2/MPa
进油腔压力P1/MPa
输入流量
输入功率
计算公式
快进
启动
1289
0
1.86
—
-

加速
1193

△P=0.5
1.76
—
-
恒速
645
1.29
4.81
0.10
工进
4182
0.8
2.54
1.57～0.098
0.07

快退
启动
1289
0
1.29
—
-

加速
1193
0.5
2.17
—
-
恒速
645
1.62
5.01
0.135
4. 液压缸工况图

五．拟定液压系统图
1.选择液压基本回路
选择调速回路。该系统的流量、压力较小，可选用定量泵和溢流阀组成的供油源，液压系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，铣床加工有顺锉和逆锉之分，可采用进流口节流的调速形式，具有承受负切削的能力，如图（a）

(a)
选择快速运动回路和换向回路。系统采用节流调速回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。在本系统中，单杆液压缸要作差动连接，为保证换向平稳，采用电液换向阀式换接回路，如图（b）
选择速度换接回路。避免液压冲击，宜选用行程阀来控制速度换接，如图（c）

（b）

（c）
2.组成液压系统图
根据各液压基本回路组成液压系统图,如图（d）
系统油路分析:
1)、快进
进油路：油箱→滤油器1→油泵2→单向阀3→换向阀4左位→行程阀5左位→液压缸8右腔
回油路：液压缸8左腔→换向阀4左位→单向阀9→行程阀5左位→液压缸8右腔

2）、工进
进油路：油箱→滤油器1→油泵2→单向阀3→换向阀4左位→调速阀6→液压缸8右腔
回油路：液压缸8左腔→换向阀4左位→溢流阀10→顺序阀11→油箱
3）、快退
进油路：油箱→滤油器1→油泵2→单向阀3→换向阀4右位→液压缸8左腔
回油路：液压缸8右腔→单向阀7→换向阀4右位→单向阀13→油箱
六、选择液压元件
1．确定液压泵的容量及电机功率
1）、液压泵
油路压力损失△P=0.5MPa，回油路泄露系数取1.1，则液压泵的最高工作压力为：
pB=p1+△p=(2.54+0.5) MPa=3.04 MPa
总流量：
QB=KQmax=(1.1x5.01) L/min=5.511 L/min
根据上述计算数据查泵的产品目录,选用YB-A9B定量式叶片泵,输出流量6.9L/min。
２）确定驱动电动机功率。
由工况图表明，最大功率出现在快退阶段，液压泵总效率η＝0.75,则电动机功率为：
P== kW=0.283 kW
根据此数据按JB/T9616—1999，查阅电动机产品样本选取Y90S型三相异步电动机，其额定功率P=0.75Kw,额定转速n=1000r/min。
2．控制阀的选择
根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元件的型号及规格，如下表：
序号
元件名称
额定流量L/min
额定压力MPa
型号规格
1
滤油器
16
6.18
XU—10x200
2
定量式叶片泵
6.9
7
YB-A9B
3
单向阀
63
16
AF3-Ea10B
4
三位五通电液阀
80
18
35DYF3Y-E10B
5
行程阀
63
16
AXQF-E10B
6
调速阀
0.07~50
16
7
单向阀
63
16
9
单向阀
63
16
AF3-Ea10B
10
背压阀
63
6.3
YF3-10B
11
顺序阀
20
3~7
X2F-L10F
12
溢流阀
63
6.3
YF3-10B
13
单向阀
63
16
AF3-Ea10B
3．定油管直径
各元件间连接管道的规格按原件接口尺寸决定，液压缸则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算，如下表所示。
油液在压油管中的流速取3m/min，
d≥2=2×mm=9.3mm
油液在吸油管中的流速取1m/min,
d≥2=2×mm=11.3mm
两个油管都按GB/T2351-2005选用外径Φ15mm、内径Φ12mm的无缝钢管。
流量、速度
快进
工进
快退
输入流量L/min
q1=(A1qp)/(A1-A2`)
=(19.63x6)/(19.63-10.01)
=12.24
q1=0.5
q1=qp=6
排出流量L/min
q2=(A2q1)/A1
=(10.01x12.24)/19.63
=6.24
q2=(A2q1)/A1
=(0.5x10.01)/19.63
=0.25
q2=(A1q1)/A2
=(19.63x6)/10.01
=11.76
4．定油箱容积
取ξ为7时，求得其容积为：
V=ξqp=7×6 L=42 L
按JB/T7938-1999规定，取标准值V=100L。
七、液压系统性能的验算
1.液压系统的压力损失计算
1）、快进
滑台快进时，液压缸差动连接，进油路上通过单向阀3的流量是6L/min，通过电液换向阀4，液压缸有杆腔的回油与进油路汇合，以12.24L/min通过行程阀5并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为
∑△pv=[0.2×(6/63)2+0.5×(6/80)2+0.3×(12.24/63)2]
=(0.019+0.038+0.058)MPa=0.115MPa
压力阀不会被打开，油泵的流量全部进入液压缸。
回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀4和单向阀9的流量都是6.24L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀5流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力p2与无杆腔压力p1之差
△p=p2-p1=[0.5×(6.24/80)2+0.2×(6.24/63)2+0.3×(12.24/63)2]
=(0.039+0.020+0.058)MPa
=0.117MPa
此值小于原估计值0.5MPa，所以是安全的。
2）、工进
工进时，油液在进油路上通过电液换向阀4的流量为0.5L/min,在调速阀7处得压力损失为0.5MPa，油液在回油路上通过换向阀4的流量是0.25L/min，在背压阀10处得压力损失为0.5MPa，通过顺序阀11的流量为（6+0.24）=6.24L/min，因此这时液压缸回油腔的压力p2为
p2=[0.5×(0.24/80)2+0.5+0.3×(6.24/63)2]
=(0.002+0.5+0.030)MPa
=0.532MPa
此值小于原估计值0.8MPa。
重新计算工进时液压缸进油腔压力p1
p1=(F`+p2A2)/A1
=(4182+0.532×106×10.01×10-4)/19.63×106×10-4
=2.40 MPa
此数值与2.54MPa接近。
3）、快退
快退时，油液在进油路上通过换向阀4的流量为6L/min；油液在回油路上通过单向阀7、换向阀4和单向阀13的流量都是11.76L/min，因此进油路上总压降为
∑△pv1=[0.2×(6/63)2+0.5×(6/80)2]
=(0.019+0.038)MPa
=0.057 MPa
此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为
∑△pv2=[0.2×(11.76/63)2+0.5×(11.76/80)2+0.2×（11.76/63）2]
=(0.037+0.074+0.037)MPa
=0.148MPa
此值与0.135MPa接近，不必重算。
所以快退时液压泵的最大工作压力pp应为
pp=p1+∑△pv1=(2.17+0.057)MPa=2.227MPa
因此液压泵卸荷的顺序阀11的调压应大于2.227MPa。
2.液压系统的热量温升验算
工进在整个工作循环过程中所占的时间几乎占据整个工作循环周期，所以系统发热和油液温升可用工进时的情况来计算。
工进时液压缸的有效功率为
PO=Fv= kW=0.056 Kw
液压泵的输入总功率
Pi==0.32Kw
由此得液压系统的发热量
Hi=Pi-Po=(0.32-0.056)Kw=0.264kW
油液温升的近似值
△ T=(0.264×103)/℃=6.7℃
温升没有超出允许范围，液压系统中不需要设置冷却器。

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