液壓與氣壓傳動課程設計臥式鉆鏜組合機床液壓系統(tǒng)設計

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1、 液壓與氣壓傳動課程設計說明書 課程名稱： 液壓與氣壓傳動 設計題目： 臥式鉆鏜組合機床液壓系統(tǒng)設計 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班級： 學生姓名: 龔世柱 學號： 起迄日期: 2015 年 1月1日 ~ 2015 年 1月6日 指導教師: 劉忠偉

2、 湖南工業(yè)大學科技學院教務部 制 2015年 1 月 1日 目錄 1 設計要求及工況分析 1 1.1 設計目的 1 1.2 設計要求 1 1.3負載與運動分析 1 2 主要參數(shù)的確定 3 2.1初選液壓缸的工作壓力 3 2.2 計算液壓缸主要尺寸 3 3 液壓系統(tǒng)圖的擬定 5 3.1 選擇基本回路 5 1選擇調(diào)速回路 5 2速度快速運動和換向回路 5 3 選擇速度換接回路 5 4 選擇調(diào)壓回路和卸荷回路 7 3.2 組成液壓系統(tǒng) 7 3.3 液壓系統(tǒng)工作原理 9 3.3.1快進 9 3.3.2工進 9 3.3.3快

3、退 9 3.3.4順序動作 9 4 液壓元件的計算與選擇 10 4.1 動力元件的選擇 10 4.2 確定控制元件和輔助元件 10 4.3 確定油管 11 4.4 確定油箱 12 5 液壓系統(tǒng)的性能驗算 13 5.1回路壓力損失驗算 13 5.2 熱溫升驗算 13 總結(jié) 14 參考文獻 15 附 課程設計工作進度計劃表 15 1 設計要求及工況分析 1.1 設計目的 進一步加深學生對所學液壓傳動理論知識的理解，培養(yǎng)學生運用理論知識獨立解決有關本課程實際問題的能力，使學生對液壓系統(tǒng)工作原理圖的設計有一完整和系統(tǒng)的概念；同時通過課程設計，培養(yǎng)學生計算，使用技

4、術資料及繪制液壓原理圖的工程設計能力。 1.2 設計要求 一臥式鉆鏜組合機床動力頭要完成工進→快進→快退→原位停止的工作循環(huán)，最大軸向切削力為F＝30000N，動力頭自重FG＝19600N，工作進給要求能在0.02～0.12m/min范圍內(nèi)無級調(diào)速，快進、快退速度為6m/min，工進行程為200mm，快進行程為200mm，導軌型式為平導軌，其摩擦系數(shù)取fs＝0.2，fd＝0.1；往復運動的加速減速實踐要求不大于0.2s。試設計該液壓系統(tǒng)。 1.3負載與運動分析 假定主軸轉(zhuǎn)速n=360r/mim,s=0.147mm/r 1 工作負載 =30000 2 慣性負載

5、 （1-1） 3 摩擦負載 因為采用的滑臺是平導軌，因此作用在其上的正壓力N=F=19600N 靜摩擦阻力 （1-2） 動摩擦阻力 （1-3） 去液壓缸的機械效率=0.90，得出的液壓缸在各個工作階段的負載值如下表1-1所示 表1-1 液壓缸在各個家電的負載值 工況 負載組成 負載值F/N 推力F//N 啟動 3290 4356 加速 4289 3288 工進 31960 355

6、11 快進 1960 2178 快退 1960 2178 根據(jù)液壓缸上述各階段的負載可繪制如圖一a所示的負載循環(huán)圖F-l.速度圖按已知數(shù)據(jù)=6m/min，快進行程長度，工進行程長度為，快進行程長度和工進速度等繪制，如圖一b所示，其中由主軸轉(zhuǎn)速及每轉(zhuǎn)進給量求出，即： （1-4） 35511 2178 400 2178 -4356 L/mm 4356 V/m.min 0.053 200 400 L/mm -6 6 F/N

7、 200 0 (a)負載圖 （b）速度圖 圖一 組合機床液壓缸的負載圖和速度圖 2 主要參數(shù)的確定 2.1初選液壓缸的工作壓力 所設計的動力頭在工進時的負載最大，在其他工況負載都不高，由書表9-2和9-3初選液壓缸工作壓力p1=4mpa 2.2 計算液壓缸主要尺寸 鑒于動力頭要求快進、快退速度相等，液壓缸可選單桿式的并在快進時作差動連接。此時液壓缸無桿腔工作面積A1應為有桿腔A2兩倍，即活塞桿外徑d與液壓缸內(nèi)徑D有d=0.707D的關系。 在鉆孔加工時，液壓缸回油路上必須有背壓p2，以防被鉆通時滑臺突然前沖?？扇2

8、=0.8mpa?？爝M時液壓缸雖然作差動連接，但是由于油管中有壓降存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時可取約為0.5mpa 由工進時的推力計算液壓缸的面積 （2-1） （2-3） 所以 （2-2） 當按GB 2348-1980將這些直徑圓整成接近標準值時得D=11cm，d=8cm.由此求得液壓缸兩腔實際的有效面積為： （2-5） （2-4） 經(jīng)檢查，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。 根據(jù)上述D與d的值，可以估算液

9、壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率，如表2-1，并據(jù)此繪出液壓缸工況圖，如圖二。其中虛線、細實線和雙點劃線分表表示P、q、p。 表2-1 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值 工況 負載F/N 回油腔壓力p2/mpa 進油腔壓力p1/mpa 輸入流量q、L.Min 輸入功率p/kw 計算式 快進 啟動 4356 =0 1.312 - - 加速 3288 1.099 - - 恒速 2178 0.879 - - 工進 35511 0.8 7.506 0.504

10、 0.063 快退 啟動 4356 =0 0.973 - - 加速 3288 0.5 1.8 - - 恒速 2178 1.55 26.86 0.69 圖二 組合機床液壓缸的工況圖 3 液壓系統(tǒng)圖的擬定 3.1 選擇基本回路 1選擇調(diào)速回路 由曲線得知，這臺機床液壓系統(tǒng)的功率小，動力頭運動速度底，工作負載變化小，可采用進口節(jié)流調(diào)速形式。由于要求不高，考慮經(jīng)濟性，使用節(jié)流閥來進行進口節(jié)流調(diào)速。 由于液壓系統(tǒng)選用了節(jié)流調(diào)速形式，系統(tǒng)中華液壓油的循環(huán)必須是開式的。 從工況圖系統(tǒng)的工作循環(huán)

11、內(nèi)，液壓缸交替地要求油源提供低壓大流量和高壓小流量的液壓油。最大流量和最小流量之比約為60，而快進、快退所需的時間t1和工進所需時間t2分別為 t1=（l1/v1）+(l2/v3)=(60*200)/(6*1000)+(60*400)/(6*1000)=6s （3-1） t2=l2/v2=(60*200)/53=226.4s （3-2） 即 t2/t1=38.因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)約能量的角度來看，采用單個定量泵作為油源是不合適的，應選用圖三（a）雙聯(lián)式定量葉片泵。 2速度快速運動和換向回路

12、系統(tǒng)在節(jié)流調(diào)速回路后，不高采用什么油源形式，都必須有單獨的油路直接通向液壓缸兩腔，以實現(xiàn)快速運動?？紤]快進速度與快退速度相等，因此在本體系采用了單桿液壓缸作差動連接，來實現(xiàn)液壓缸的快進快退換向回路如圖三（b）。在油路設計一個行程閥來控制快進與工進的換接 3 選擇速度換接回路 由工況圖得當動力頭從快進轉(zhuǎn)向工進時輸入的液壓缸的流量由360L/min降到0.504L/min，動力頭速度變化很大，應該選用行程閥來控制速度的換接，以減少液壓沖擊。當動力頭由工進轉(zhuǎn)向快退時，回路中通過的流量最大，為了保證換向平穩(wěn)，可采用電液換向閥式換接回路。如圖三（c） 圖三（a）雙聯(lián)

13、式定量葉片泵 圖三（b）換向回路 圖三（c）速度換接回路 圖三 液壓回路的選擇 4 選擇調(diào)壓回路和卸荷回路 系統(tǒng)的壓力變化由工況圖可知變化與流量變化相反，系統(tǒng)調(diào)壓主要由高壓小流量泵來調(diào)節(jié)供應，流量變化由另一個壓力大流量泵來調(diào)節(jié)。兩個泵互相作用一起調(diào)節(jié)油路的壓力和流量供應。 3.2 組成液壓系統(tǒng) 將上面選出的液壓基本回路組合在一起，就可得到完整的液壓系統(tǒng)原理圖，如圖四所示 為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)一些故障，導致系統(tǒng)壓力在短時間內(nèi)急劇

14、上升，在泵的出口設計一個溢流閥與泵并聯(lián)。當系統(tǒng)壓力急劇上升，為了不讓系統(tǒng)元件遭到破壞，也為了避免高壓油從管道接口處爆出，溢流閥就會自動為系統(tǒng)卸荷，通向油箱，保護設備。 3YA 2YA 1YA 圖四 液壓系統(tǒng)原理圖  3.3 液壓系統(tǒng)工作原理 3.3.1快進 進油：液壓泵--換向閥8（左位）--行程閥11--液壓缸13（無桿腔） 回油：液壓缸（有桿腔）--換向閥9（左位）-行程閥11-液壓缸14（無桿腔） 3.3.2工進 進油：液壓泵--換向閥8（左位）--調(diào)速閥10--液壓缸13（無桿腔） 回油：液壓缸13（有桿腔）--換向閥9

15、（右位）--背壓閥7--油箱 3.3.3快退 進油：液壓泵--換向閥8（右位）--換向閥9（右位）--液壓缸13（有桿腔） 回油：液壓缸（無桿腔）--單向閥12--換向閥8（右位）--背壓閥7--油箱 3.3.4順序動作 通過以上的各個回路的設計已經(jīng)組裝，目的就是能夠通過系統(tǒng)的開關得以能實現(xiàn)動力頭的循環(huán)動作，并符合要求。動力頭的順序動作通過開關的痛斷來實現(xiàn)的，具體痛斷情況細節(jié)如下表3-1 表3-1 電磁鐵和行程閥的動作順序 動作名稱 快進 工進 快退 原位停止 1YA + + - - 2YA - - + - 3YA -

16、 + + - 注：“-”表示電磁鐵失電，“+”表示電磁鐵得電 4 液壓元件的計算與選擇 液壓元件的計算主要是計算各個元件在工作中承受的壓力和流量。根據(jù)計算得結(jié)果來選擇元件的規(guī)格、型號，此外還要計算原動機的功率和郵箱的容量，盡量選用標準元件，比較具有經(jīng)濟性。 4.1 動力元件的選擇 液壓缸整個工作循環(huán)中的最高工作壓力為7.506mpa，如果進油路上的壓力損失為0.8mpa，則高壓小流量泵的最高壓力為pp1=7.506+0.8=8.306mpa 低壓大流量是在快速運動時才向液壓缸供油，快退時液壓缸中的工作壓力比快進時大，如果取進油路的壓力損失為0.5Mpa，則低

17、壓大流量泵的最高壓力為=1.55+0.5=2.05Mpa。 兩個液壓泵向液壓缸提供的最大流量為30.16L/min，若回路中的泄漏按液壓缸輸入流量的10%估算，則兩泵總流量應為=1.1x30.16=33.18L/min。而溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進時輸入液壓缸的流量為0.5L/min，所以低壓小流量的流量規(guī)格最小應為3.5L/min。 根據(jù)以上的壓力和流量的數(shù)值查得，最后選擇PV2R12型雙聯(lián)葉片泵。 由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這相當于液壓泵輸出壓力2.05Mpa，流量為30L/min時的情況。若取雙聯(lián)葉片泵的總功率為=0.75，則液壓泵的驅(qū)動原動機所需的功率為：

18、 P=/=2.05（30/60)/(0.75)=1.4kW （4-1） 根據(jù)此數(shù)據(jù)查得，選擇J02-32-6型電動機，其額定功率為2.2kw。 4.2 確定控制元件和輔助元件 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個控制閥類元件和輔助元件的實際流量，可選用這些元件的規(guī)格和型號，見下表4-1 表4-1 元件的規(guī)格和型號 序號 元件名稱 估計通過流量/M.min-1 型號 規(guī)格 1 油箱 35 YL-32-12 6Mpa,15通徑 2 濾油器 40 YYL-105-10 21Mpa，90L/min 3 雙聯(lián)

19、葉片泵 —— PV2R12 14Mpa，34.5L/min 4 液控順序閥 35 XF3-E10B 16Mpa，10通徑 5 單向閥 35 AF3-Ea10B 6 溢流閥 4.5 YF3-E10B 7 背壓閥 <1 YF3-10B 8 三位四通換向閥 75 35DYF3Y-E10B 9 兩位三通換向閥 70 AXQF-E10B 10 調(diào)速閥 <1 AXQF-E10B 11 行程閥 84 AXQF-E10B 12 單向閥 35 AF3-Ea10B 13 液壓缸 30 DCNG-32

20、*100 4.0Mpa,25通徑 4.3 確定油管 各元件間管道的規(guī)格按元件接口處的尺寸確定，液壓缸進、出油管按輸入的最大流量計算。由于液壓泵具體選定后液壓缸在各個階段的進、出流量已經(jīng)與原定數(shù)據(jù)不同，所以要重新計算。 當液壓油的流速取3m/min時，可得到液壓缸有桿腔和無桿腔相連的油管內(nèi)徑為： d=2x=21.1mm (4-2) d=2x=15.05mm (4-3) 為標準化，本系統(tǒng)所有的油管均為內(nèi)徑18mm,外徑25mm的10號冷拔鋼管。

21、 表4-2 液壓缸的進、出流量 項 目 快 進 工 進 快 退 輸入流量/L.min-1 =/() =62.7 =0.5 輸出流量/ L.min-1 =/=29.54 =/=0.24 =/=68 運動速度/m.min-1 ==6.4 =0.053 =7.15 4.4 確定油箱 油箱的容積V按是V=a估算，當經(jīng)驗系數(shù)取6時，V=a=6x30=180L 按國標規(guī)定，取靠近的值V=200L。 5 液壓系統(tǒng)的性能驗算

22、 5.1回路壓力損失驗算 壓力損失包括管道內(nèi)的沿程損失和局部損失以及閥類元件處的局部損失三項。閥類元件的局部壓力損失則查出，當通過閥類元件的實際流量q不是公稱流量時，它的實際壓力損失與其額定壓力損失之間有以下近似關系： = (5-1) 5.2 熱溫升驗算 工進在整個工作循環(huán)過程中所占用的時間達96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱和液壓油溫升主要計算工進時的。 工進液壓缸的有效功率為 =x=Fv=35511x0.053/60x1000=0.0314kW

23、 (5-2) 泵的總輸出功率為： ==0.74kW (5-3) 則液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為 =-=0.74-0.0314=0.7086kw （5-4） 求液壓油的溫升的近似值 =/=21 （5-5） 溫升沒有超出允許的范圍，系統(tǒng)不需要設置冷卻器。 總結(jié) 為期兩周的的課程設計已經(jīng)結(jié)束。期間過得很充實，也覺得自己有實質(zhì)性的學到一些知識。 1） 無論是這次的課程設計，還是以后

24、工作了的機械零件設計，首先我們得保證總體設計方案的合理性，這樣才能夠開一個好頭。 2） 設計計算時可能會遇到許多麻煩，由于計算的任務量較大覺復雜，大家難免會有厭倦情緒，這就需要我們冷靜面對，認真計算，不然會出現(xiàn)連續(xù)性的計算錯誤。也會導致設計出來的產(chǎn)品不符要求甚至可能造成事故。 3) 理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所

25、學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 4） 在整個設計過程中充分體現(xiàn)了學生是主體，在教師引導的作用，采用統(tǒng)一設計主線,形式變化多樣的設計方式,通過多種方案的設計與分析比較，從而得出較優(yōu)方案.通過設計可以使我們切實把工程實際的問題與所學理論知識聯(lián)系起來,增強分析問題和解決問題的能力.注重我們的創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。 5） 設計中提倡學生利用機算機輔助設計的方法,鞏固,加強了我們課程所學的知識,提高了我們利用現(xiàn)代化手段設計的能力,提高了我們就業(yè)的競爭力。 參考文獻 【1】劉忠偉.液壓與氣壓傳動.化學工業(yè)出版社.2011 【2】液壓系統(tǒng)設計手冊 【3】叢曉霞.機械設計手冊.高等教育出版社.2009 附 課程設計工作進度計劃表 序號 起 迄 日 期 工作內(nèi)容 1 2015.1.1 設計要求及工況分析 2 2015.1.2 主要參數(shù)的確定 3 2015.1.3 液壓系統(tǒng)圖的擬定 4 2014.1.4 液壓元件的計算與選擇 5 2015.1.5 液壓系統(tǒng)的性能驗算 14