铣床动力滑台液压系统的设计.docx
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铣床动力滑台液压系统的设计
一、题目 …………………………………………………………………………（3）
铣床动力滑台液压系统的设计…………………………………………（3）
二、液压系统设计计算………………………………………………………（3）
（一）设计要求及工况分析……………………………………………（3）
1、设计要求………………………………………………………（3）
2、负载与运动分析……………………………………………（3）
（1）工作负载…………………………………………………（3）
（2）摩擦负载……………………………………………………（3）
（3）惯性负载………………………………………………………（3）
（4）液压缸在工作过程中各阶段的负载…………………………… （3）
（5） 运动时间……………………………………………………（4）
（二）确定液压系统主要参数………………………………………………（6）
1、初选液压缸工作压力……………………………………………（6）
2、计算液压缸主要尺寸……………………………………………（6）
（三）设计并拟定液压系统原理图…………………………………………（7）
1、设计液压系统方案……………………………………………………（7）
2、选择基本回路…………………………………………………（8）
（1）选择快速运动和换向回路……………………………………（8）
（2）选择速度换接回路…………………………………………（9）
（3）选择调压和卸荷回路………………………………………（9）
3、组成液压系统……………………………………………………（10）
（四）计算和选择液压元件…………………………………………………（11）
1.液压泵…………………………………（11）
2.阀类元件及辅助元件………………………………（11）
四、总结……………………………………………………………………（13）
五、参考文献………………………………………………………………（14）
一、题目
已知滑台移动部件总重量为 5700N，铣削力为 3093N，工作台总
行程为 400mm。
快速进给行程 300mm，速度为 3.5m/min；慢速进给行
程 100mm，速度为 60-1000mm/min；快速退回速度 3.5m/min。
启、制
动时间均为 0.05s，水平导轨上的摩擦力不计。
按要求设计铣床动力
滑台液压系统。
二、液压系统设计计算
（一）、设计要求及工况分析
1．设计要求
其动力滑台实现的工作循环是：
快进→工进→快退→停止。
主
要参数与性能要求如下：
铣削阻力F =3093N ；运动部件所受重力
L
G=5700N ； 快 进 、 快 退 速 度 υ = υ
1
3
=3.5m/min ， 工 进 速 度 υ
2
=60-1000mm/min；快进行程 L =300mm，工进行程 L =100mm；往复运动
12
的加速、减速时间 Δt=0.05s；工作台采用平导轨，水平导轨上的摩
擦力等于零。
液压系统执行元件选为液压缸。
2．负载与运动分析
（1） 工作负载 工作负载即为铣削阻力 F =3093N。
L
（2） 摩擦负载 Fs=0.
（3） 惯性负载
F =
m
G ∆υ 5700 3.5
= ⨯
g ∆t 9.8 0 .05×60
N = 679 N
（4）液压缸在工作过程中各阶段的负载为：
-2-
启动阶段：
F=0
启动加速阶段：
F= F m=679N
快进或快退阶段：
工进阶段：
（5） 运动时间
F=0
F=3093N
快进
工进
t =
1
t =
2
L
1 =
v
1
L
2 =
v
2
300 ⨯10-3
3.5 / 60
100 ⨯10-3
0.1/ 60
= 5.1s
= 60s
快退
t =
3
L + L
1 2 =
v
3
400 ⨯10-3
3.5 / 60
= 6.9s
设液压缸的机械效率 η =0.96，得出液压缸在各工作阶段的负载
m
和推力，如表 1 所列。
表 1 液压缸各阶段的负载和推力
工况
启动
负载组成
F=0
液压缸负载
F/N
0
液压缸推力
F =F/η /N
0 m
0
加速
F=F
m
679
707
快进
工进
反向启动
F=0
F =3093
L
F=0
0
3093
0
0
3093
0
加速
F=F
m
679
707
-3-
快退F=000
根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载
循环图 F-t 和速度循环图 -t，如下图所示。
F/N
3093
液压缸的负载图
679
100 液压缸的负载图 300
200
400l/mm
v（m/min）
3.5
工进
1
100200300400L/mm
-3.5
液压缸的速度图
-4-
A = F
η （ p ϕ- p ） 0.96（1⨯ 2 - 0.3） ⨯106
π = 0.077 m
4 = 50.24 ⨯10-4 m2
（二） 确定液压系统主要参数
1．初选液压缸工作压力
所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太
高，初选液压缸的工作压力 p =1MPa。
1
2．计算液压缸主要尺寸
鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式
差动液压缸（A1=2A2），快进时液压缸差动连接。
工进时为防止车铣
时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表 4
选此背压为 p2=0.3MPa。
由式得：
3093
== 23.01⨯10-4 m2
2
m12
A = ϕA = 2 A = 46.02 ⨯10-4 m2
122
则活塞直径
D =4 A1
d = 0.707D = 0.054m
参考表 5 及表 6，圆整后取标准数值得 D=80mm， d=55mm。
由此求得液压缸两腔的实际有效面积为:
A = π D 2
1
A =
2
π
4
（D2 - d 2 ） = 26.51⨯10-4 m2
根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶
段的压力、流量和功率，如表2 所列，由此绘制的液压缸工况图如图
-5-
2 所示。
表 2 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值
工况负
载
回油腔 进油腔压
压力 力
输入流
量
输入
功率
计算公式
F /Np2/MPa
p1/MPa
q×
10-3/m3/s
P /K
W
快
进
启
动
加
速
恒
速
0
679
0
—
p1+Δp
p1+Δp
0.335
0.633
0.335
—
—
0.138
—
—
0.046
p （F / ） A p
1 m 2
/（A A ）
1 2
q （A A ）
1 2 1
P p q
1
工进 309
30.60.956
启0——
动
快加6790.30.835
0.0030-0
.0050
—
—
0.015
-0.02
5
—
—
（F / ） p A
m 2 2
/A
1
q A
1 2
P p q
1
p （F / ） p A
1 m 2 1
/A
2
0.601 q
退速
恒0
速
0.3
0.155 0.093 2 3
A
P p q
1
注：
1. Δp 为回油口到进油口之间的压力损失，取 Δp=0.3MPa 。
2． 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 p1，无杆腔回油，
压力为 p2。
（三）设计液压系统方案和拟定液压系统原理图
1. 设计液压系统方案
由于该机床时固定式机械，这台机床液压系统的功率小，滑台运
-6 -
动速度低，工作负载变化小。
查表可知该液压系统宜采用节流调速方
式和开式循环为宜，现采用进油节流调速回路，为使工作平稳，回油
路上要设置背压阀。
从工况图中可以清楚地看到，在液压系统的工作循环内，液压缸要
求油源交替地提供大流量和小流量油液，，其提供的最大流量是最小
流量的 31 倍，且快进与快退时间t1 和工进时间t2 分别为
t =+ l
v v
= 12s t = l
v
1
l
1 3
1 3
2
2
2
≈ （6 - 100）s t
2
t ≈ 0.5 - 8.3
1
综上，采用单个限压式变量液压泵供油。
油压源如图 a。
2．选择基本回路
q/（10-3m3/s）,p/Mpa,P/kW
0.138 0.6
0.046
P1
0.633
0.355
0.025
P
q
0.003
0.601
0.093
l/mm
0.835
0.155
液压缸工况图
由于不存在负载时，系统的做功的工况，也不存在负载制动过程。
故
不需要设置平衡及制动回路。
但必须具有快速运动换向、速度换接以
及调压卸荷等回路
（1） 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和
-7-
变量泵快速运动回路实现快速运动。
考虑到从工进转快退时回油路流
量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压
冲击。
由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，
如图 2b 所示。
（2） 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时，速
度变化大，为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回
路，如图 2c 所示。
（3） 选择调压和卸荷回路 在变量泵供油的油源形式确定后，调压
和卸荷问题都已基本解决。
即滑台工进时，变量泵的出口压力由油源
中泵直接调定，无需另设调压回路。
在滑台工进和停止时，通过液控
顺序阀卸荷。
a图b图
-8-
c图
2．组成液压系统
将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可
得到完整的液压系统工作原理图，如下图所示。
在图中，为了解决滑
台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀。
为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系
统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀。
图中增设了一
个压力继电器。
当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信
号，操纵电液换向阀换向。
-9-
（四）计算和选择液压件
1.液压泵
液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为 0.956 MPa，如取进油路
上的压力损失为 0.8MPa，为使压力继电器能可靠地工作，取其调整
45 压力高出系统最大工作压力 0.5MPa，则液压泵的最大工作压力应
为
Pp1=（0.956+0.8+0.5）=2.256Mpa
由图 3 可知，液压泵应向液压缸提供的最大流量为 9L/min，因系统
较简单，取泄露系数 KL=1.1，则液压泵的实际流量应为
qp=1.1×9.0=9.9 L/min
-10-
由于溢流阀的最小稳定溢流量为 3L/min，而工作时输入液压缸的流
量为 6L/min，液压泵单，所以液压泵的流量规格最少应为 6L/min。
根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取 YB1 型定
量叶片液压泵，其压泵排量分别为 8mL/r，当液压泵的转速 np=1200r/L
时该液压泵的理论流量为 9.6 L/min，若取液压泵的容积效率 η
v=0.9
，则液压泵的实际输出流量为
P= 8.64L/min
由 于 液压 缸在快退 时输 入功 率最大 ，这 时液 压缸工 作压 力为
1.95MPa、流量为 8.64 L/min。
查表取液压泵的总效率，则液压
泵驱动电动机所需的功率为
P= （qp pp）/ηP=0.468kw
根据此数值查阅电动机产品样本选取 Y801 型电动机，其额定功率
0.55Kw，额定转速 1200r/min。
2.阀类元件及辅助元件
根据阀类元件及辅助元件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和规格，见表 3。
表中序号
与系统图的元件标号相同。
序元件名估计通过
额定流量 额定压力 型号.规格
流量
号称（L/min） （Mpa）
（L/min）
1
2
溢流阀 6
顺序阀
63
16 YF3－E10B
-11-
3
4
单向阀 20
调速阀 6
63 16 AXQF－E10B
0.07－50 16
5
压力继
10
HED1Ka／10
电器
6
7
单向阀 20
行程阀 20
63
63
16
16
AXQF－E10B
AXQF－E10B
8
液压缸
9
先导阀 20
80
16
35DYF3Y－E10B
10 三位五
20
80
16
35DYF3Y－E10B
通电磁
阀
11 单向阀20
12 限压式
变量叶
片泵
13 滤油器10
63 16 AXQF－E10B
63 xu－63×80－J
四、总结
这次课程设计花了四五天，通过这段时间的设计，认识到自己的
很多不足，自己知识的很多盲点和漏洞，知识和实践的差距，所以说
通过这次设计我深刻的认识到理论联系实际的能力还急需提高。
在
这个过程中，遇到了一些困难，但是通过和同学的讨论和资料查找还
-12-
是解决了这些难题，随着问题的解决，学习的热情高涨。
本次设计涉及了液压传动的大部分知识还有就是CAD 作图和
word 文档的处理。
也使我们很好的将课本上的知识与实际结合起来，
收获颇多，特别是收集资料和信息的能力，这也是我们大学期间一次
难得机会，总之是获益匪浅。
五、参考文献
1、章宏甲主编：
金属切削机车与液压传动。
北京：
机械工业出版
社，2002
2、蔡春源主编：
机电液设计手册。
北京：
机械工业出版社,1997
3、雷天觉主编：
液压工程手册。
北京：
机械工业出版社,1990
4、马玉贵主编：
液压件使用与维修技术大全。
北京：
中国建材工
业出版社,1986
5、煤炭工业部主编：
液压传动设计手册。
上海：
上海科学技术出版
社，1983
-13-
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