专用铣床液压系统设计论文

摘要液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为势能，推动液压油。

通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。

完成各种设备不同的动作需要。

液压系统的泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。

所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个简单的液压系统是非常有意义的。

本次专用铣床液压系统设计，根据任务书说明要求，从给定的条件和数值，进行分析计算，理论结合实际，进行工况图的绘制，分析它的运动负载选择元件的基础上应先计算它的有关参数量，液压系统完成快进、工进、快退、等动作在返回原位。

运动的过程中受各方向的力，对它的分力进行分析计算，设定加减速时间不能太短，加速时间设置的短，启动时的冲击力比较大，减速时间设置的短会造成振动过大，这样损害设备会使故障的几率增大。

根据铣头电机驱动功率、铣头直径、转速、运动所受的力和工作台的最大行程进行设计计算。

摩擦系数也是需要考虑的一部分，动静摩擦系数虽然相对的阻力比较小，但也会有一定的影响，外加负载的受力大小将直接影响工作台的性能。

用PLC电气控制二位五通电液换向阀及其它部件使液压缸动作从而完成铣床液压系统设计。

液压传动课程设计的目的主要有以下几点：1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实际只是，进行液压传动设计实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。

2、在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。

3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。

关键词：现代机械、液压传动、稳定性、液压系统目录1、设计题目 (3)2、工况分析 (4)2.1 负载分析 (4)2.2 运动分析 (5)3、确定液压缸参数 (6)3.1 初选液压缸的工作压力 (6)3.2 确定液压缸尺寸 (6)3.3 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率计算值 (7)3.4 绘制液压缸工况图 (8)4、拟定液压系统图 (10)4.1 选择液压回路 (10)4.1.1 调速回路 (10)4.1.2 换向回路和卸荷回路 (10)4.1.3 快速运动回路 (10)4.1.4 压力控制回路 (11)4.2 液压系统合成 (12)5、选择液压元件 (13)5.1 选择液压泵和驱动电机 (13)5.2 选择控制元件 (14)5.3 选用辅助元件 (14)6、液压系统性能验算 (15)6.1 回路中压力损失 (15)6.1.1 工进时压力损失 (15)6.1.2 快退时压力损失 (16)6.2 确定液压泵工作压力 (17)6.3 液压系统的效率 (17)6.4 液压系统的发热温升验算 (18)结论 (19)参考文献 (20)致谢1 设计题目1.1设计题目设计一台专用铣床，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G1，工作夹具重量G2，铣削阻力最大为F，工作台快进、快退速度为V1，工作台进给速度为V2，往复运动加减速时间为t。

工作台采用平导轨，静、动摩擦系数分别为fs=0.2、fd=0.1,工作台快进行程为S1。

工进行程为S2，试设计该机床的液压系统。

2 工况分析2.1负载分析根据给定条件，先计算工作台运动中惯性力m F ，工作台与导轨的动摩擦阻力fd F 和静摩擦阻力fs F1100 5.5317.7609.810.15G m F v F N g t ∆+⨯===∆⨯⨯（4000） 12()0.1(40001100)510fd d G G F f F F N=+=⨯+= 12()0.2(40001100)1020fS s G G F f F F N =+=⨯+=其中已知铣削最大阻力为11000t F N =同时考虑到液压缸密封装置的摩擦阻力（取液压缸的机械效率0.9m η=），工作台的液压缸在各工况阶段的负载值列于表2-1中，负载循环图如图2-1所示。

表2-1 各阶段负载值图2-1负载循环图2.2运动分析根据给定条件，快进、快退速度为0.092m/s，其行程分别为500mm 和800mm，工进速度为0.0117m/s，工进行程300mm，绘出速度循环图如图2-2所示。

图2-2 速度循环图3 确定液压缸的参数3.1初选液压缸的工作压力根据液压缸最大推力为12789N （表2-1）,按表11-2（书）的推荐值，初选工作压力为53010⨯Pa.3.2 确定液压缸尺寸由于铣床工作台快进和快退速度相同，因此选用单杆活塞式液压缸，并使122A A =,快进时采用差动连接，因管路中有压力损失，快进时回油路压力损失取5510p ∆=⨯Pa ，快退时回油路压力损失亦取5510p ∆=⨯Pa 。

工进时，为使运动平稳，在液压缸回路油路上须加背压阀，背压力值一般为5(5~10)10⨯Pa,选取背压52810p =⨯Pa 。

快退时回油腔中是背压的，这是2P 可以按0.6a MP 根据11220p A p A F =+,可求出液压缸大腔面积1A 为201512127890.0049()0.5(300.58)10F A m p p ===--⨯⨯0.079()79()D m mm ==== 根据GB2348-80圆整成就近的标准值，得D=80mm ，液压缸活塞杆直径56.56d mm ==，根据GB2348-80就近圆整成标准值d=63mm ，于是液压缸实际有效工作面积为22210.080.00544A D m ππ==⨯=222222()(0.080.063)0.00244A D d m ππ=-=-=3.3液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值表3-1 各阶段的压力、流量和功率的计算值工况推力F0/N 回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量1/minq L-输入功率P/KW计算公式快进起动11330.711————加速920p1+Δp(p∆=0.5MPa)0.64————恒速567 0.5216.56 0.135工进12789 0.8 2.88 3.51 0.168快退启动11332.07————加速9200.61.96————恒速567 1.7811.04 0.3283.4绘制液压缸工况图根据表3-1计算结果，绘制液压缸的工况图，如图3-2所示图3-2液压缸的工况图4 拟定液压系统图4.1选择液压回路4.1.1调速回路由工况图3-2可知，该铣床液压系统功率小，因此选用节流调速方式，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。

为防止铣削时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。

由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。

考虑到铣削加工中有顺铣和逆铣两种工况，宜采用调速阀来保证速度稳定，并将调速阀装在液压缸回油路上起阻力作用，使工作台低速运动时比较平稳，如图4-1(a)和4-1（A）所示,由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化不大，为减少速度换接时的液压冲击，从节约成本考虑，而从提高系统效率、节省能量角度来看，选用双联叶片泵油源显然是不合理的，如图4-3b所示，其结构复杂，控制也复杂，所以不适宜选用此方案。

(a) (A)图4-1 调速回路4.1.2 换向回路和卸荷回路铣床工作台采用单活塞杆液压缸驱动。

由工况图可知，系统压力和流量都不大，同时考虑工作台工作一个循环后装夹时间比较长，为方便工作台的手动，选用三位四通U型电磁换向阀，并由电气行程开关配合实现自动换向，如图4-2b所示4.1.3 快速运动回路为实现工作台快速进给，选用二位三通电磁换向阀构成液压缸的差动连接。

这种差动连接的快速运动回路，结构简单，也比较经济，如图4-2a所示。

在图4-2a-b中结构复杂不利于控制，所以选择4-2a 所示的回路，一起同4-2b组成的快速、换向回路，同样可以实现差动连接。

同时验算回路的压力损失比较简便，所以不选用图4-2a-b 所示的回路。

(a) (b)(a-b)图4-2 快速和换向回路4.1.4 压力控制回路由于液压系统流量很小，铣床工作台工作进给时，采用回油路节流调速，故选用定量泵供油比较、经济，如图4-1a所示.调压回路采用先导式溢流阀维持液压泵出口压力恒定。

当换装工件时，工作台停止运动，液压泵卸荷回路采用小型二位三通电磁阀控制先导型溢流阀，实现液压泵的卸荷。

而从提高系统效率、节省能量角度来看，选用如图4-3b所示。

(a) (b)图4-3 压力控4.2 液压系统合成根据以上选择的液压基本回路，合成为图4-2所示的定量泵-回油路节流调速液压系统图。

图4-2 液压系统合成1-变量叶片泵 2-三维五通电磁阀 3-单向阀（4个）4-溢流阀 5-调速阀 6-行程阀 7-背压阀 8-压电继电器9-过滤器 10液空顺序阀 11-节流阀 12液压缸5 选择液压元件5.1 选择液压泵和驱动电机取液压系统的泄漏系数K=1.1则液压泵的最大流量max () 1.116.5618.216L /min B i q K q ≥∑=⨯=，根据拟定的液压系统是采用回油路节流调速，进油路压力损失选取5810p Pa ∑∆=⨯，压力续电器压力高出系统最大工作压力之比为0.5MPa 故液压泵工作压力为：661(2.880.5)10 3.3510B p p p Pa =+∑∆=+⨯=⨯。

根据B Q 、B p 和已选定的单向定量泵型式，查手册书（二）选用2114PV R -型定量叶片泵。

该泵额定排量为14.4mL/rev,额定转速1500r/min ，由工况图知，最大功率在快退阶段，如果取液压泵的效率为为0.75，驱动液压泵最大输入功率B N 为：61 3.351018.216 1.360.75601000BB Bp Q N KW η⨯⨯===⨯⨯（W ）查电工手册选取Y2-100L-6的三相异步电动机。

5.2 选择控制元件根据系统最大工作压力和通过控制元件的最大流量，选用各类阀的规格见表5-1.表5-1 选择各种阀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21 2114PV R-2 溢流阀21 Y—10B 1063⨯3 三位四通电磁阀21 34D—10B4 单向调速阀21 QI—10B5 二位三通电磁阀21 23D—10B6 单向阀21 I—10B7 过滤器21 XU—B16100⨯5.3 选用辅助元件油管：各元件连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进，出油管则按输入排量的最大流量计算，由于液压泵具体选定之后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表5.2所列表5.2 各液压缸的进、出流量和运动速度表3中数据说明液压缸快进快退速度与设计要求相近，这表明所选液压泵型号，规格是适合的。