专用平面磨床工作台往复运动的液压系统设计13参考.docx
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专用平面磨床工作台往复运动的液压系统设计13参考
1课题题目
1.1课程设计课题内容
1.1.1设计的目的
专用平面磨床液压系统的设计是为了使得工作台的往复运动采用液压运动，平面磨床为精加工磨床，磨削力及变化量不大，工作台往复运动速度高，调速范围广，要求换向灵敏迅速，冲击小，所以采用液压传动能够达到这些效果，液压传动主要是为了操纵平面磨床的往复运动，所以是液压系统的主体回路，其中主要有工作台油路的控制，和工作台速度的控制，工作台制动，换向和停留以及工作台手动与自动控制互锁。
专用平面磨床工作台液压系统设计能够提高运动的效率和精确度，并且能够对调速，运动平稳性，换向精度，换向频率都有较好的控制，所以对液压系统也有较高的要求。
小型平面磨床工作台的液压传动系统，其采用液压系统和双出杆液压缸组成了液压传动系统，取代原机床手动传动系统。
工作台的来回纵向运动由安装在拖板上的液压缸的液压杆来回运动而牵引着工作台来回运动。
其运动行程和方向转换则由安装在工作台上的行程挡块和安装在拖板上的磨床专用液压阀所决定。
本发明解决了手动平面磨床以纯人工手动操作的这一系列的动作，大大提高生产效率，降低劳动强度，而且重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快
1.1.2设计的要求
1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。
如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。
并非是越先进越好。
同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济；
2.独立完成设计。
设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。
不能抄袭；
3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。
不能直接向老师索取答案。
4.液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。
1.2设计内容及步骤
1.2.1设计的内容及步骤
（一）设计内容
1.液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图；
2.进行方案设计和拟定液压系统原理图；
3.计算和选择液压元件；
4.验算液压系统性能；
5.绘制正式工作图，编制设计计算说明书。
（二）设计步骤
以一般常规设计为例，课程设计可分为以下几个阶段进行。
1.明确设计要求
⑴阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目，了解原始数据和工作条件。
⑵参阅与本课题相关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。
2.进行工况分析
⑴做速度-位移曲线，以便找出最大速度点；
⑵做负载-位移曲线，以便找出最大负载点。
⑶确定液压缸尺寸
确定液压缸尺寸前应参照教材选择液压缸的类型，根据设备的速度要求确定d/D的比值、选取液压缸的工作压力，然后计算活塞的有效面积，经计算确定的液压缸和活塞杆直径必须按照直径标准系列进行圆整。
计算时应注意考虑液压缸的背压力，背压力可参考下表选取。
⑷绘制液压缸工况图
液压缸工况图包括压力循环图（p-s）、流量循环图（q-s）和功率循环图（P-s），绘制目的是为了方便地找出最大压力点、最大流量点和最大功率点。
3.进行方案设计和拟定液压系统原理图
方案设计包括供油方式、调速回路、速度转接控制方式、系统安全可靠性（平衡、锁紧）及节约能量等性能的方案比较，根据工况分析选择出合理的基本回路，并将这些回路组合成液压系统，初步拟定液压系统原理图。
选择液压基本回路，最主要的就是确定调速回路。
应考虑回路的调速范围、低速稳定性、效率等问题，同时尽量做到结构简单、成本低。
2正文
2.1设计要求及设计参数
2.1.1设计要求
设计专用磨床工作台往复运动的液压系统
2.1.2设计参数
工作台速度最大7.2m/min,最小为0.4m/min,磨削时的切削分力Px=500N,Py=1000N,工作台及工件重量G=9000N,启动时间t=0.05s,导轨摩擦系数f=0.16，节流阀装载在液压缸的回油路上，回油背压P2=0.3Mpa。
2.2负载与运动分析
2.2.1负载分析，（假设工作台动摩擦系数f=0.2）
工作载荷Ft=1118.03N,
工作台最大速度V=7.2m/min=0.12m/s
工作台最小速度V=0.4m/min=0.0067m/s
惯性负载：
F1=ma=（9000/10）×（0.12/0.05）=2160N
F2=ma=（9000/10）×（0.0067/0.05）=120.6N
阻力负载：
Fs=0.2×9000=1800N
Fd=0.16×9000=1440N
假设液压缸的机械效率
，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所示
表1液压缸各阶段的负载和推力
2.2.2负载图和速度图的绘制
速度循环图V-1
2.3液压缸的主要参数的确定
由教材可知初定Pb=0.8Mpa
2.3.1液压缸的选定
（1）确定液压缸的几何尺寸
鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可以选用单杆式的，并在快进是做差动连接。
这种情况下液压缸无杆腔A1应为有杆腔工作面积A2的2倍，即塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。
在磨床加工时，液压缸回油路上必须有背压P2,以防止工件被加工完时磨床突然前冲。
根据题目要求，取P2=0.3Mpa。
快进时液压缸虽做差动连接，但由于油管中有压降p存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算的时候取p=0.5Mpa。
快退时回油腔中是有背压的，这时的P2=0.3Mpa。
由工进时，计算液压缸的面积
F/η=A1P1-A2P2=A1P1-（A1/2）P2
所以A1=（F/η）/（P1-P2/2）
=4000×0.000001/（0.8-0.3/2）=O.00615m2
D=√4A1/π=78.3mm,d=0.707D=55.3mm
当按照GB-T2348-1993将这些直径圆整成就近标准值时得到：
D=8cm,d=5.6cm,由此求得液压缸两腔实际有效面积为：
A1=πD2/4=5.02×10-3m2,
A2=π（D2-d2）/4=2.56×10-3m2,
经检验，活塞的强度和稳定性均符合要求。
2.3.2液压缸各阶段的压力，流量和功率
计算系统所需压力
1）系统快进前启动时，所需压力为
P1=（F+A2△P）/（A1-A2）=（2000+2.56×10-3×0.5×106）/（5.02-2.56）×10-3=1.3Mpa
2）系统快进加速时，所需压力为
P1=（F+A2△P）/（A1-A2）=（4000+2.56×10-3×0.5×106）/（5.02-2.56）×10-3=2.15Mpa，
3）系统快进恒速时所需压力为
P1=（F+A2△P）/（A1-A2）=（1600+2.56×10-3×0.5×106）/（5.02-2.56）×10-3=1.17Mpa，
4）系统工进时，所需压力为
P1=（F+P2A2）/A1=（2842+0.3×2.56×10-3）/5.02×10-3=0.56Mpa，
5）系统快退前启动时，所需压力为
P1=（F+P2A1）/A2=（2000+0.3×5.02×10-3）/2.56×10-3=0.78Mpa，
6）系统快退加速时，所需的压力为
P1=（F+P2A1）/A2=（4000+0.3×5.02×10-3）/2.56×10-3=1.56Mpa，
7）系统快退时，所需压力为
P1=（F+P2A1）/A2=（1600+0.3×5.02×10-3）/2.56×10-3=0.63Mpa，
（3）计算液压缸所需的流量
1）快进过程中所需的流量
q=（A1-A2）V1=（5.02-2.56）×10-3×7.2=17.7L.min-1
2）工进过程中所需的流量
q=A1V2=5.02×10-3×0.4=2L.min-1
3）快退过程中所需的流量
q=A1V3=2.56×10-3×7.2=18.4L.min-1
（4）计算系统所需功率
1）快进恒速时，所需功率为
P=p1q=1.17×17.7/60=0.34KW
2）工进时，所需的功率为
P=p1q=0.56×2/60=0.02KW
3）快退恒速时，所需功率为
P=p1q=0.63×18.4/60=0.19KW
2．3.3液压缸的工况图
工况
推力F/N
回油腔压力P2/Mpa
进油腔压力P1/Mpa
输入流量q/L.min-1
输入功率P/KW
计算式
快进（差动）
起动
2000
0
1.3
P1=（F+A2△P）/（A1-A2）
q=（A1-A2）V1
p=p1q
加速
4000
P2=P1+△P
2.15
恒速
1600
1.17
17.7
0.34
工进
2842
0.3
0.56
2
0.02
P1=（F+P2A2）/A1
q=A1V2
P=P1q
快退
起动
2000
0
0.78
P1=（F+P2A1）/A2
q=A2V2
P=P1q
加速
4000
0.3
1.56
恒速
1600
0.63
18.4
0.19
3造型及计算书
3.1液压系统图拟定
（一）液压回路的选择
首先要选择调速回路，由上图中的一些曲线可知，这台专用磨床工作台往复运动液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流调速形式，为了解决进口节流调速回路在工件磨完时突然前冲的现象，回路上要设置背压阀。
1）油源形式及压力控制
从上图计算可知，最大流量和最小流量的比值为9，而快进快退时间t1和工进所需时间t2。
从提高系统效率和节省能量的角度上看，采用单个定量泵作为油源时可行的。
2）换向回路，快退运动回路及换接方式
系统中使用节流调速回路后，不管使用什么油源形式液压缸两腔，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，单杆液压缸要做差动连接，所以他的换向回路，快速运动回路以及换接方式应该采用以下所示的形式
3）调速回路
有计算表格可知，当工作台快进时，输入液压缸的流量为17.7L.min-1，，当工作台工作在工进阶段时，输入液压缸的流量为2L.min-1，，当工作台在快退阶段时，输入液压缸的流量为18.4L.min-1，，为满足不同的流量，必须要调速回路，调速回路选用单向调速阀调速
4）冷却回路
由于磨床工作时，液压系统工作负载加大，油温不断身高，需对油温进行冷却处理。
选用冷却器组成冷却回路来冷却液压油。
5）测量回路
为使用户更直观的了解系统的使用情况，安装压力表，实时显示系统状态。
（二）液压回路综合
将上面的各种回路组合画在一起，就得到下图所示的液压系统原理图。
3.2液压元件的选择
3.2.1确定液压泵的规格和电动机的功率
液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为2.15Mpa,根据书上取进油路上压力损失为0.2Mpa,压力继电器调整压力高出系统最大工作压力值0.4Mpa，则泵的最大工作压力为P1=2.15+0.2+0.4=2.75Mpa
泵应该向液压缸提供最大流量为18.4L.min-1，，若回路中的泄露按照液压缸输入量的10％估计，则泵的总流量为1.1*18.4=20.24L.min-1，。
由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L.min-1，，而快退时输入液压缸的流量为18.4，所以流量泵的流量规格最小为21.4L.min-1，。
若取泵的总效率为0.75，则驱动液压泵的的功率为：
P=pq/η=0.63*18.4/（60*0.75）=0.26KW.
3.2.2选择阀类元件及辅助元件
根据阀类及辅助原件在油路中的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，即可合适的液压元件。
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