铣床液压系统设计Word格式.docx

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6、液压系统性能验算………………………………………………………………10

回路中压力损失……………………………………………………………10

工进时压力损失…………………………………………………………10

快退时压力损失…………………………………………………………11

确定液压泵工作压力…………………………………………………………12

液压系统的效率……………………………………………………………12

液压系统的发热温升验算……………………………………………………13参考文献……………………………………………………………………………14

附录（液压系统图）

（液压油缸图）

1设计题目

设计题目

设计一台专用铣床，铣头驱动电机的功率为千瓦，铣刀直径为120mm，转速350转/分，如工作台质量为480公斤，工件和夹具的质量为150公斤，工作台的行程为400mm，工进行程为100mm，快进快退速度为米/分，工进速度为60~1000毫米/分，其往复运动的加速（减速）时间为秒，工作台用平导轨静摩擦系数，动摩擦系数，试设计该机床的液压系统。

2工况分析

负载分析

根据给定条件，先计算工作台运动中惯性力，工作台与导轨的动摩擦阻力和静摩擦阻力

（N）（2-1）

（N）（2-2）

（N）（2-3）

其中，（N）

（N）

由铣头的驱动电机功率可以求得铣削最大负载阻力：

（2-4）

其中

所以，

同时考虑到液压缸密封装置的摩擦阻力（取液压缸的机械效率），工作台的液压缸在各工况阶段的负载值列于表2-1中，负载循环图如图2-1所示。

表2-1各阶段负载值

工况

负载计算公式

液压缸负载F（N）

液压缸推力（N）

起动

1260

1400

加速

1593

1770

快进

630

700

工进

3815

4239

反向起动

反向加速

1700

快退

图2-1负载循环图

运动分析

根据给定条件，快进、快退速度为s，其行程分别为300mm和400mm，工进速度为60~1000m/s（即~s），工进行程100mm，绘出速度循环图如图2-2所示。

图2-2速度循环图

3确定液压缸的参数

初选液压缸的工作压力

根据液压缸推力为4239N（表2-1）,按表11-2（书）的推荐值，初选工作压力为Pa.

确定液压缸尺寸

由于铣床工作台快进和快退速度相同，因此选用单杆活塞式液压缸，并使,快进时采用差动连接，因管路中有压力损失，快进时回油路压力损失取Pa，快退时回油路压力损失亦取Pa。

工进时，为使运动平稳，在液压缸回路油路上须加背压阀，背压力值一般为Pa,选取背压Pa。

根据,可求出液压缸大腔面积为

（3-1）

（3-2）

根据GB2348-80圆整成就近的标准值，得D=90mm，液压缸活塞杆直径，根据GB2348-80就近圆整成标准值d=63mm，于是液压缸实际有效工作面积为

（3-3）

（3-4）

液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值（见表3-1）

液压缸

Pa

N（W）

（差动）

5

恒速

6

1140

减速

绘制液压缸工况图

根据表3-1计算结果，分别绘制P-L、Q-L和N-L图，如图3-1所示

P-L图

Q-L图

N-L图

图3-1-L、Q-L和N-L图

4拟定液压系统图

选择液压系统图

由工况图3-1可知，该铣床液压系统功率小，因此选用节流调速方式，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。

为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。

由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。

。

考虑到铣削加工中有顺铣和逆铣两种工况，宜采用调速阀来保证速度稳定，并将调速阀装在液压缸回油路上起阻力作用，使工作台低速运动时比较平稳，如图4-1（a）和4-1（A）所示,

由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化不大，为减少速度换接时的液压冲击，从节约成本考虑，选用如图4-1（a）所示的调速回路。

（a）（A）

图4-1调速回路

换向回路和卸荷回路

铣床工作台采用单活塞杆液压缸驱动。

由工况图可知，系统压力和流量都不大，同时考虑工作台工作一个循环后装夹具时间比较长，为方便工作台的手动，选用三位四通U型电磁换向阀，并由电气行程开关配合实现自动换向，如图4-2b所示

快速运动回路

为实现工作台快速进给，选用二位三通电磁换向阀构成液压缸的差动连接。

这种差动连接的快速运动回路，结构简单，也比较经济，如图4-2a所示。

在图4-2a-b中结构复杂不利于控制，所以选择4-2a所示的回路，一起同4-2b组成的快速、换向回路，同样可以实现差动连接。

同时验算回路的压力损失比较简便，所以不选用图4-2a-b所示的回路。

（a）（b）

（a-b）

图4-2快速和换向回路

压力控制回路

由于液压系统流量很小，铣床工作台工作进给时，采用回油路节流调速，故选用定量泵供油比较、经济，如图4-1a所示.调压回路采用先导式溢流阀维持液压泵出口压力恒定。

当换装工件时，工作台停止运动，液压泵卸荷回路采用小型二位三通电磁阀控制先导型溢流阀，实现液压泵的卸荷。

而从提高系统效率、节省能量角度来看，选用双联叶片泵油源显然是不合理的，如图4-3b所示，其结构复杂，控制也复杂，所以不适宜选用此方案。

（a）（b）

图4-3压力控制回路

液压系统合成

根据以上选择的液压基本回路，合成为图4-2所示的定量泵-回油路节流调速液压系统图。

图4-2液压系统合成

5选择液压元件

选择液压泵和驱动电机

取液压系统的泄漏系数K=则液压泵的最大流量，即=min。

根据拟定的液压系统是采用回油路节流调速，进油路压力损失选取，故液压泵工作压力为：

（5-1）

考虑到系统动态压力因素的影响，液压泵的额定工作压力为：

.（5-2）

根据、和已选定的单向定量泵型式，查手册书

（二）选用型定量叶片泵。

该泵额定排量为16mL/r,额定转速960r/min，其额定流量为，由工况图知，最大功率在快退阶段，如果取液压泵的效率为为，驱动液压泵最大输入功率为：

（W）（5-3）

查电工手册选取750W的电动机。

选择控制元件

根据系统最大工作压力和通过控制元件的最大流量，选用各类阀的规格见表5-1.

表5-1选用各类阀的规

序号

控制元件名称

型号规格

技术数据

实际流量

额定流量时压力损失

1

溢流阀

Y1-25B

卸荷压力

2

三位四通电磁换向阀

34D-25B

3

单向调速阀

Q1-25B

反向时2

最小压差5

4

二位三通电磁换向阀

23D-25B

单向阀

1-25B

选用辅助元件

滤油器：

液压泵吸油口需装粗滤油器，选用XU-16100J线隙式100进口滤油器，流量Q=16l/min=.

油箱容量：

由下式计算有效容积V，取系数K=6，Q=12L/min,则有

（5-4）

根据书

（二）标准，可取油箱的容积V=75L，油箱见附图1，管道尺寸由选定的标准元件连接口尺寸确定。

6液压系统性能验算

回路中压力损失

回路压力损失计算应在管道布置图完成后进行，必须知道管道的长度和直径。

管道直径按选定元件的接口尺寸确定，即d=12mm,长度在管道布置图未完成前暂按进油管、回油管均为L==2m估算。

油液运动粘度取，在此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失。

工进时压力损失

进油管路压力损失：

首先判别进油管液流状态，由于雷诺数

（6-1）

故为层流。

管路沿层压力损失：

（6-2）

取管道局部损失

油液流经单向阀和三位四通换向阀的压力损失按下面公式计算，有关数据见表5-1

（Pa）（6-3）

工进时进油路总压力损失：

（Pa）（6-4）

工进时回油路压力损失：

因回油管路流量为

（6-5）

液流状态经判断为层流（，于是沿程压力损失：

（6-6）

局部压力损失：

（6-7）

回油路中油液流经二位三通换向阀、调速阀和三位四通换向阀时的压力损失计算方法同上，即

=（6-8）

工进时回油路总压力损失

（6-9）

将回油路中压力损失折算到进油路上，就可求出工进时回路中整个压力损失

（6-10）

快退时压力损失

快退时进油路和回油路中经检查都是层流，进油路压力损失为：

（6-11）

进油路中油液流经单向阀、三位四通换向阀、单向调速阀（反向时）以及二位三通换向阀时压力损失计算方法同前

（6-12）

快退时进油路总压力损失：

（6-13）

快退时回油路中压力损失：

由于,则有

（6-14）

回油路总压力损失：

（6-15）

将回油路中的压力损失折算到进油路上去，可得到快推时回油路中的整个压力损失：

（6-16）

这个数值比原来估计的数值大，因此系统中元件规格和管道直径不宜再减小。

确定液压泵工作压力

工进时，负载压力

（6-17）

液压泵工作压力

（6-18）

快退时，负载压力：

（6-19）

液压泵的工作压力：

（6-20）

根据，则溢流阀调整压力取。

液压系统的效率

由于在整个工作循环中，工进占用时间最长，因此，系统的效率可以用工进时的情况来