设计一台专用铣床的液压系统.doc
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液压传动设计说明书
设计题目：
设计一台专用铣床的液压系统
分院：
机电与能源工程分院
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指导老师：
设计日期：
目录
一、工况分析 1
1.1摩擦阻力 1
1.2惯性负荷 1
二、绘制负载图和速度图 2
三、初步确定液压缸的参数 3
3.1初选液压缸的工作压力 3
3.2计算液压缸尺寸 3
3.3压力、流量和功率的计算 4
3.4液压缸的工况分析 5
四、计算和选择液压件 6
4.1确定液压泵的规格和电动机功率 6
五、拟定液压系统图 7
5.1选择液压基本回路 7
六、选择液压元件 8
6.1确定液压泵的容量及电动机功率 8
6.2控制阀的选择 9
6.3确定油管直径 9
6.4确定油箱容积 10
设计一台专用铣床的液压系统
工作台要求完成“快进－工作进给－－快退－－停止”的自动工作循环。
铣床工作台重量4000N，工件和夹具重量为1500N，铣削阻力最大为9000N，工作台快进、快退速度为4.5m／min，工作进给速度为0.06～1m／min，往复运动加、减速时间为0.05s工作采用平导轨，静、动摩擦系数分别为fs＝0.2，fd＝0.1，工作台快进行程为0.3m。
工进行程为0.1m。
一、工况分析
1.1摩擦阻力
1.2惯性负荷
查液压缸的机械效率，可计算出液压缸在各工作阶段的负载情况，如下表表1所示：
表1 液压缸各阶段的负载情况
工 况
负载计算公式
液压缸负载
液压缸推力/N
启 动
1100
1222.22
加 速
1390.98
1545.53
快 进
550
611.11
工 进
9550
10611
快 退
550
60611
二、绘制负载图和速度图
根据工况负载和以知速度和及行程S，可绘制负载图和速度图，如下图（图1、图2）所示：
图1（负载图）
图2（速度图）
三、初步确定液压缸的参数
3.1初选液压缸的工作压力
查各类液压设备常用工作压力初选，
3.2计算液压缸尺寸
选用差动液压缸，无杆腔与有杆腔的有效面积为；回油路上有背压阀或调压阀，取背压;回油管路压力损失。
按JB2183—77取标准值D=80mm
活塞杆的直径为：
按JB2183—77取标准值d=63mm
由此求得液压缸的实际有效工作面积
3.3压力、流量和功率的计算
液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值如下表2所示：
表2液压缸所需的实际流量、压力和功率
工况
负载
回油腔压力
进油腔压力
输入流量
输入功率
计算公式
快进
启动
1222.22
—
7.0
—
加速
1545.53
8.0
—
恒速
611.11
5.02
14
0.07
工进
10611
8
24.2
5.2～0.3
0.086
快退
启动
1222.22
—
19.6
—
加速
1545.53
21.3
—
恒速
611.11
16.4
8.5
0.139
第10页共10页
3.4液压缸的工况分析
选择调速回路由图1可知，这台机床液压系统功率较小，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。
为防止铣完工作时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加被压阀。
由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。
（1）选择油源形式从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。
最大流量与最小流量之比=0.4/（1.58×10-2）≈25：
其相应的时间之比（t1+t2）/t2=（3.3+5.3）/90=0.096。
这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。
从提高系统效率、节省能量角度看来，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。
考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案。
（2）选择快速运动和换向回路本系统已选择液压缸差动连接和双泵供油两种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。
（3）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（v1/v2=4.5/0.1≈45），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。
（4）选择调压和卸荷回路在双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，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另调压回路。
在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过夜空顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需要再设卸荷回路。
将上面选出的液压基本回路组合在一起，并修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理，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6。
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，添置了一个单向阀13。
增设一个压力继电器14。
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。
四、计算和选择液压件
4.1确定液压泵的规格和电动机功率
（1）计算液压泵的最大工作压力
小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=3.86MPa,如在调速阀进口节流阀调速回路中，选取进油路上的总压力损失∑△p=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差△pe=0.5MPa，则小流量泵的最高压力估算为
≧p1+∑△p+△=3.86+0.6+0.5=4.96MPa
大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表7可见，快退时液压缸的工作压力为，比快进时大，考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小，现取进油路上的总压力损失，则大流量泵的最高工作压力估算为
（2）计算液压泵的流量
因此，泵的额定压力可取Pr>=1.25X48.8X10^5=61X10^5Pa
工进时所需最小流量是0.3L/min，设溢流阀最小溢流量为2.5L/min,则小流量泵的流量是,快进快退时液压缸所需的最大流量是8.5L/min，则泵的总流量是，即大流量泵的流量
（3）确定液压泵的规格和电动机功率
根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取PV2R12-6/33型双联叶片泵。
其小流量泵和大流量泵的排量分别为6Ml/r和33mL/r。
由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压缸总效率，这时液压泵的驱动电动机功率为
根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y100L-6型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为940r/min。
五、拟定液压系统图
5.1选择液压基本回路
从工况图可知：
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，如图a所示。
铣床加工有顺锉和逆锉之分，宜采用出口节流调速，具有承受负切削的能力，如图b所示。
考虑到工作进给时负载大、速度低，而快进、快退行程中负载小、速度快，所以采用由换向阀联通的差动快速回路，如图c所示。
根据一般专用铣床的要求不高，采用电磁阀的快慢换接回路，其特点是结构简单。
选用简便的电气行程开关和挡铁控制行程方式。
为了实现工作台快退选用具单向阀的调速阀，图4为所设计的液压系统图。
六、选择液压元件
6.1确定液压泵的容量及电动机功率
（1）液压泵的工作压力和流量计算。
进油路的压力损失取，回路泄露系数取，则液压泵的最高工作压力和流量为：
根据上述计算数据查泵的产品目录，选用ＹＢ－６型定量叶片泵。
（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：
6.2控制阀的选择
根据泵的工作压力和通过各阀的实际流量，选取各元件规格，如表３所示。
格表3各元件的规格
序号
元件名称
最大通流量/（L/min）
型号规格
1
定量叶片泵
６
ＹＢ－６
2
溢流阀
６
Y—10B
3
三位四通电磁阀
６
34D—10B
4
单向调速阀
６
QI—10B
5
二位三通电磁阀
６
23D—10B
6
单向阀
６
I—10B
7
过滤器
６
XU—B
6.3确定油管直径
进出液压缸无杆腔的流量，在快退和差动工况时为，所以管道流量按计算。
取压油管流速
，取内径为的管道。
吸油管的流速，通过流量为，则
，取内径为管道。
确定管道尺寸应与选定的液压元件接口处的尺寸一致。
6.4确定油箱容积
中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的5~7倍，本例取7.
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