液压课程设计.docx
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液压课程设计
液压传动课程设计
题目名称
专用铣床液压系统设计
专业班级
********
学生姓名
****
学号
******
指导教师
*****
机械与电子工程系
二○一四年六月五日
目录
液压传动课程设计任务书-3-
蚌埠学院本科课程设计评阅表-4-
设计内容-5-
3.1负载工况分析-5-
3.1.1工作负载-5-
3.1.2摩擦阻力-5-
3.1.3惯性负荷-5-
3.2负载图和速度图-5-
3.3确定液压缸参数-7-
3.3.1液压缸的工作压力-7-
3.3.2计算液压缸尺寸-7-
3.3.3液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算-8-
3.3.4液压缸工况图-9-
3.4拟定液压系统图-9-
3.4.1选择液压基本回路-9-
3.4.2组成液压系统图-11-
3.5选择液压元件-13-
3.5.1确定液压泵的容量及电机功率-13-
3.5.2控制阀的选择-13-
3.5.3定油管直径-14-
3.5.4定油箱容积-15-
3.6液压系统性能的验算-15-
3.6.1液压系统的压力损失计算-15-
3.6.2液压系统的热量温升验算-16-
设计小结-17-
参 考 文 献-17-
蚌埠学院机械与电子工程系
液压传动课程设计任务书
班级11机械设计制造及自动化姓名**学号**指导教师**
一、设计题目：
某专用铣床的工作台拟采用液压传动，其已知参数如下表所列，试设计此专用铣床工作台的液压系统。
铣头参数
工作台动力参数
工作台涌动参数
其他
铣头驱动电动机功
率为7.5KW铣刀直径为150
，铣刀转速为300
工作台重量为4000
，工作和夹具的最大重量和为1800
工作台快进和工进行程分别为350
和150
；快进速度为
，工进速度无极调节范围为50-800
，往复运动的加速、减速时间为0.1
工作台用平轨，静动摩擦因数分别为0.2和0.1
二、设计要求：
液压系统图拟定时需要提供2种以上的设计方案的选择比较。
从中选择你认为更好的一种进行系统元件选择计算。
三、工作量要求
1·液压系统图1张（A1）
2·液压缸装配图1张
3·设计计算说明书1份
四、设计时间：
2014年5月26日--2014年6月1日
******本科课程设计评阅表
机械与电子工程系2011级机械设计制造及自动化专业
（班级）：
*****班
学生姓名
****
学号
*******
课题名称
专用铣床液压系统设计
指导教师评语：
指导教师（签名）：
2014年月日
评定成绩
设计内容
3.1负载工况分析
对于该液压缸来说，会受到工作负载Fw、摩擦阻力Ff以及惯性负荷Fg，下面具体求这些力的大小。
3.1.1工作负载
Fw=1000P/ν=1000P/（πDn/60×1000）=60×106P/πDn
=60×7.5×106/π×300×150N
=3183N
3.1.2摩擦阻力
静摩擦阻力
Ffj=fj（G1+G2）=0.2×（4000+1800）N=1160N
动摩擦阻力
Ffd=fd（G1+G2）=0.1×（4000+1800）N=580N
G1-工作台重量
G2-工件和夹具最大重量
3.1.3惯性负荷
Fg=（G1+G2）ν/gt=（4000+1800）×5/9.8×0.1×60N=493.20N
g–重力加速度9.8m/s2
ν–工进速度
t–往返加减速时间
3.2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=1160N
F‵=F/η=1160/0.9N=1289N
加速：
F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20N
F‵=F/η=1073.20/0.9=1193N
快进：
F=Ffd=580N
F‵=F/η=580/0.9=645N
工进：
F=Ffd+Fw=580+3183=3763N
F‵=F/η=3763/0.9=4182N
快退：
F=Ffd=580N
F‵=F/η=580/0.9=645N
表3-1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：
图3-1负载图
根据快进速度ν1、工进速度v2和行程S，绘制速度图：
图3-2速度图
3.3确定液压缸参数
3.3.1液压缸的工作压力
根据负载并查表，初选工作压力P1=3MPa
3.3.2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
3.3.3液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算
表3-2液压缸压力、流量和功率计算表
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
3.3.4液压缸工况图
图3-3液压缸工况图
3.4拟定液压系统图
3.4.1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3-4
图3-4液压系统调速回路图
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3-4
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3-5
图3-5液压系统快速运动回路图
图3-5液压系统换向回路图
3.4.2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3-6
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
图3-6液压系统图
（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
3.5选择液压元件
3.5.1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=3.04MPa
总流量：
QB=KQmax=（1.1x5.01）L/min=5.511L/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=0.283kW
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。
3.5.2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：
表3-3液压元件型号及规格统计图
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
3.5.3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。
表3-4进出油量统计表
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
3.5.4定油箱容积
取ξ为7时，求得其容积为：
V=ξqp=7×6L=42L
按JB/T7938-1999规定，取标准值V=100L。
3.6液压系统性能的验算
3.6.1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=2.40MPa
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=0.057MPa
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。
3.6.2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
液压泵的输入总功率
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。
设计小结
在****老师的带领下，一个星期的液压传动课程设计已经结束。
在这一周的时间中，感谢****老师的指导，通过本次课程设计，让我对液压系统有了更好的了解，也让我对铣床设计原理有了更好的了解。
对于铣床设计有很多理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。
这次的课程设计从程序上面看起来很复杂，，但是我进行了细化工作任务，一下子就变得简单化了。
而给予我们的时间有限，我采取相互比较方案的方法，从而实现使设计更加完善通过这次的课程设计，我认识到了自己的不足，更感觉到了自己与别人的差距。
为了明年的毕业而做准备，应该从各方面充实自己，使自己适应这个社会。
总之，这次的课程设计给予了我不同的学习方法和体验，让我深切的认识到知识储备的重要性。
在以后的学习过程中，我会更加注重自己的消化理论知识的能力，多与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境。
参 考 文 献
[1]章宏甲.《液压传动》[M].北京：
机械工业出版社，2006.1
[2]章宏甲.《液压与气压传动》[M]北京：
机械工业出版社，2005.4
[3]黎启柏.《液压元件手册》[M]北京：
冶金工业出版社，2002.8
[4]贾铭新.《液压传动与控制》[M]北京：
国防工业出版社，2001
[5]姜佩东.《液压与气压传动》[M]北京：
高等教育出版社，2000
[6]王春行.《液压控制系统》[M]北京：
机械工业出版社，1999
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