液压传动课程设计专用铣床.docx
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液压传动课程设计专用铣床
《液压与气压传动》
课程设计
学号03
姓名谢明璐
年级专业09机自
指导教师钱雪松
一、设计任务书---------------------------------------------------
二、负载分析-----------------------------------------------------
工作负载---------------------------------------------------
惯性负载----------------------------------------------------
阻力负载----------------------------------------------------
三、负载图和速度图------------------------------------------------
四、液压缸主要参数的肯定------------------------------------------
液压缸的工作压力---------------------------------------------
液压缸尺寸计算-----------------------------------------------
液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算-----------------------
绘制液压缸的工况图-------------------------------------------
五、液压系统图的拟定----------------------------------------------液压回路的选择-----------------------------------------------
液压回路的综合-----------------------------------------------
六、液压元件的选择------------------------------------------------液压泵-------------------------------------------------------
阀类元件及辅助元件-------------------------------------------
油管---------------------------------------------------------
油箱---------------------------------------------------------
七、液压系统性能的验算--------------------------------------------
验算系统压力损失并肯定压力阀的调整值-------------------------
油液温升计算-------------------------------------------------
八、设计心得-----------------------------------------------------
附:
液压系统原理图-------------------------------------------------
河海大学机电工程学院2009-2010学年第二学期
《液压与气压传动》课程设计任务书3
讲课班138101/2专业年级2009机自指导教师钱雪松学号姓名03谢明璐
1.课程设计题目3
一台专用铣床,铣头驱动电机的功率为,铣刀直径为150mm,转速为300r/min,工作台重量为4*103N,工件和夹具最大重量为*103N,试设计此专用铣床液压系统。
2.课程设计的目的和要求
通过设计液压传动系统,使学生取得独立设计能力,分析思考能力,全面了解液压系统的组成原理。
明确系统设计要求;分析工况肯定主要参数;拟订液压系统草图;选择液压元件;验算系统性能。
3.课程设计内容和教师参数(各人所取参数应有不同)
工作台行程为500mm(快进300mm,工进150mm),快进速度为5m/min,工进速度为50~800mm/min,来回加速、减速时间为,工作台用平导轨,静摩擦系数fj=,动摩擦系数fd=。
4.设计参考资料(包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等)
●章宏甲《液压传动》机械工业出版社
●章宏甲《液压与气压传动》机械工业出版社
●黎启柏《液压元件手册》冶金工业出版社
●榆次液压有限公司《榆次液压产品》
课程设计任务
明确系统设计要求;分析工况肯定主要参数;拟订液压系统草图;选择液压元件;验算系统性能。
设计说明书(或报告)
分析工况肯定主要参数;拟订液压系统草图;选择液压元件;验算系统性能。
技术附件(图纸、源程序、测量记录、硬件制作)
图样、字数要求
系统图一张(3号图),设计说明书一份(2000~3000字)。
6.工作进度计划
起止日期
工作安排
完成情况
1~2
分析工况确定主要参数
3~4
拟订液压系统草图
5~6
选择液压元件;验算系统性能
7
答辩,交卷
4.设计方式
手工
5.设计地址、指导答疑时间
待定
9.备注
二、负载分析
1.工作负载
Fw=1000p/ν=1000p/(πDn/60×1000)=60×106p/πDn
=60××106/(π×300×150N)=3183N
p-铣头驱动电机的功率
D-铣刀直径
n-转速
2.惯性负载
Fg=(G1+G2)ν/gt
=(4000+1800)×5/(××60N)
=493N
G一、G2-工作台重量、工件和夹具最大重量
g–重力加速度s2
v–工进速度
t–来回加减速时间
3.阻力负载
静摩擦阻力
Ffj=fj(G1+G2)=×(4000+1800)N=1160N
动摩擦阻力
Ffd=fd(G1+G2)=×(4000+1800)N=580N
Fj-静摩擦系数
Fd-动摩擦系数
三、负载图和速度图
取液压缸的机械效率ηm=,计算液压缸各工作阶段的负载情况:
起动:
F=Ffj=1160N
F'=F/ηm=1160/N=1289N
加速:
F=Ffd+Fg=580+493=1073N
F'=F/ηm=1073/=1192N
快进:
F=Ffd=580N
F'=F/ηm=580/=645N
工进:
F=Ffd+Fw=580+3183=3763N
F'=F/ηm=3763/=4181N
快退:
F=Ffd=580N
F'=F/ηm=580/=645N
表1液压缸各阶段负载情况
工况
负载组成
负载值F/N
推力F'/N
起动
F=Ffj
1160
1289
加速
F=Ffd+Fg
1073
1192
快进
F=Ffd
580
645
工进
F=Ffd+Fw
3763
4181
快退
F=Ffd
580
645
按照工况负载F及行程S,绘制负载图:
按照快进速度ν1、工进速度v2和行程S,绘制速度图:
四、液压缸主要参数的肯定
1.液压缸的工作压力
按照负载并查表11-二、11-3,初选工作压力P1=3MPa
2.计算液压缸尺寸
鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等,这里的液压缸可选用单缸式的,并在快进时做差动连接。
由第五章得知,这种情况下液压缸无杆腔工作面积A1,应为有杆腔工作面积A2的两倍,即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=的关系。
在加工时,液压缸回油路上必需具有背压p2,一方加工完时滑台突然前冲。
按照《现代机械设备设计手册》中推荐数值,可取回油路上背压p2=MPa。
快进时液压缸虽作差动连接,但由于油管中有压降△p的存在,有杆腔的压力必需大于无杆腔,估算时油路压力损失△p取MPa。
快退时回油腔是有背压的,这时p2可按MPa估算
A1=F'/(p1-p2/2)=4181×10-6/2)m2=m2
D=
=mm
d==mm
当按GB/T2348-2001将这些直径元整成绩近标准值时得:
D=50mm,d=35mm。
由此求得液压缸两腔的实际有效面积为:
A1=πD2/4=×10-4m2
A2=π(D2-d2)/4=×10-4m2
经查验,活塞杆的强度和稳定性均符合要求。
按照上述D与d的值,可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率。
3.液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算
表2液压缸各工作阶段的压力、流量和功率值
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
启动
1289
0
—
—
加速
1192
△P=MPa
—
—
恒速
645
工进
4181
~
快退
启动
1289
0
—
—
加速
1192
—
—
恒速
645
4.液压缸工况图
五.液压系统图的拟定
1.液压回路的选择
首先要选择调速回路。
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,工作负载转变小,铣床加工有顺铣和逆铣之分,可采用进流口节流的调速形式,具有经受负切削的能力。
如图(a)
由于液压系统选用了节流调速的方式,系统中的油液的循环必然是开式的。
(a)
其次是选择快速运动和换向回路。
系统采用节流调速回路后,无论采用什么油源形式都必需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,所以它的快进快退换向回路应采用如图(b)所示形式。
(b)
再次是选择速度换接回路。
当滑台从快进转为工进时,滑台速度转变较大,宜选用行程阀来控制速度换接,以减少液压冲击,如图(c)。
(c)
当滑台由工进转为快退时,回路中通过的流量很大,为保证换向平稳起见,可采用电液换向阀式换接回路,如图(b)。
由于这一回路要实现液压缸的差动连接,换向阀必需是五通的。
最后再考虑压力控制回路。
系统的调压问题和卸荷问题已在油源中解决,见图(b),就不需再设置专用的元件或油路。
2.液压回路的综合
按照各液压大体回路组成液压系统原理图,如图(d)
对系统油路进行分析:
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
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
六、液压元件的选择
1.肯定液压泵的容量及电机功率
1)、液压泵
液压缸在整个循环中的最大工作压力为。
如取进油路上的压力损失△P=,压力继电器调整压力高出系统最大工作压力之值为,则液压泵的最大工作压力应为:
pP=++MPa=MPa
液压泵应向液压缸提供的最大流量为L/min,若回路中的泄漏按液压缸输入流量的10%估量,则泵的总流量应为:
qp=L/min=L/min
按照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min。
2)肯定驱动电动机功率。
由工况图表明,最大功率出此刻快退阶段,液压泵总效率η=
则电动机功率为:
P=
=
kW=kW
按照此数据按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=,额定转速n=1000r/min。
2.阀类元件及辅助元件
按照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。
表中序号与液压系统原理图的原件标号相同。
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
XU—10x200
2
定量式叶片泵
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
~50
16
7
单向阀
63
16
9
单向阀
63
16
AF3-Ea10B
10
背压阀
63
YF3-10B
11
顺序阀
20
3~7
X2F-L10F
12
溢流阀
63
YF3-10B
13
单向阀
63
16
AF3-Ea10B
表3元件的型号及规格
3.油管
各元件间连接管道的规格按原件接口尺寸决定,液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。
由于液压泵具体选定以后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同,所以要从头计算,如下表所示。
油液在压力管中的流速取3m/min,
d≥2
=2×
mm=
油液在吸油管中的流速取1m/min,
d≥2
=2×
mm=
两个油管都按GB/T2351-2005选用外径Φ15mm、内径Φ12mm的无缝钢管。
表4液压缸的进、出流量和运动速度
流量、速度
快进
工进
快退
输入流量L/min
q1=(A1qp)/(A1-A2`)
=/
排出流量L/min
q2=(A2q1)/A1
=
运动速度/m·min-1
=(6×10)/
油箱
油箱容积按讲义式(7-8)估算,当取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。
七、液压系统性能的验算
1.验算系统压力损失并肯定压力阀的调整值
由于系统的管路布置尚未具体肯定,整个系统的压力损失无法全面估算,故只能先按式(3-46)估算阀类元件的压力损失,待设计好管路布局图后,加上管路的沿程损失和局部损失即可。
但对于中小型液压系统,管路的压力损失甚微,可以不予考虑。
压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段别离进行。
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=[×(6/63)2+×(6/80)2+×63)2]
=++MPa=
此值不大,不会使压力阀开启,故能确保油泵的流量全数进入液压缸。
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min,然后与液压泵的供油归并,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=[×80)2+×63)2+×63)2]
=++MPa
=
此值小于原估量值,所以是偏安全的。
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min,在调速阀7处得压力损失为,油液在回油路上通过换向阀4的流量是min,在背压阀10处得压力损失为,通过顺序阀11的流量为(6+)=min,因此这时液压缸回油腔的压力p2为
p2=[×80)2++×63)2]
=++MPa
=
可见此值小于原估量值。
故可按表2从头计算工进时液压缸进油腔压力p1
p1=(F'+p2A2)/A1
=(4182+×106××10-4)/×106×10-4
=MPa
此数值与表2中数值相近。
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min,因此进油路上总压降为
∑△pv1=[×(6/63)2+×(6/80)2]
=+MPa
=MPa
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=[×63)2+×80)2+×(63)2]
=++MPa
=
此值与表2中的估量值接近,没必要重算。
所以快退时液压泵的最大工作压力pp应为
pp=p1+∑△pv1=+MPa=
因此液压泵卸荷的顺序阀11的调压应大于。
2.油液温升验算
工进在整个工作循环进程中所占的时间几乎占据整个工作循环周期,所以系统发烧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(即系统输出功率)为
PO=Fv=
kW=Kw
液压泵的输出总功率(即系统输入功率)为
Pi=
=
由此得液压系统的发烧量
Hi=Pi-Po=油液温升的近似值
△T=×103)/
℃=℃
温升没有超出允许范围,液压系统中不需要设置冷却器。
八、设计心得
液压传动课程设计是机械课程当中的一个重要环节,通过这一次设计,让我对液压系统的有关各个零部件的有机结合有了更深刻的熟悉,通过查阅资料等途径来帮忙设计,让我初步学会了如何设计一个液压系统,步骤是什么,要注意些什么,会发生什么样的问题,如何解决这些问题。
这次设计进程提高了我的独立设计液压系统的能力,分析思考能力,并让我对液压系统的组成原理有了更全面的理解。
由于我在设计液压系统方面没有任何经验,理论知识也学得不够牢固,在设计中不免会出现这样那样的问题,这些问题,有的通过与同窗交流或查阅参考资料解决了,有的还存在在设计说明中可能不曾发现或可能没能解决。
总的来讲,这次课程设计培育了我将液压传动课程及其他课程的理论知识在实际生产中应用到解决实际工程问题的能力,提高了我的分析思考能力,让我深刻熟悉到了自己在知识理解和实际应用方面的不足,让我在此后的学习中可以加倍尽力完善自己。
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