立式多軸組合鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 山東廣播電視大學(xué) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 地 市 山東萊蕪市 教學(xué)班 萊鋼電大 姓 名 學(xué) 號(hào) 山東廣播電視大學(xué)教學(xué)出編印 課程設(shè)計(jì)須知 一、課程設(shè)計(jì)是圍繞一門主要技術(shù)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課結(jié)合工程設(shè)計(jì)而進(jìn)行的一次綜合性訓(xùn)練，通過(guò)對(duì)具體課題的方案分析、比較、設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、安裝調(diào)試環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單的工程分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。 二、電大工科各專業(yè)的學(xué)生必須在教學(xué)計(jì)劃中規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成課程設(shè)計(jì)。 三、課程設(shè)計(jì)的選題應(yīng)符合教學(xué)要求，題目應(yīng)符合工程實(shí)際，每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)題目?jī)?nèi)容要有所區(qū)別。 四、電大

2、學(xué)生應(yīng)以嚴(yán)肅認(rèn)真，實(shí)事求是的態(tài)度完成課程設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)論文寫(xiě)作要做到論點(diǎn)明確、論據(jù)充分、書(shū)面整潔、字跡工整。圖紙應(yīng)清晰、工整，符合設(shè)計(jì)要求，符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)。 五、填報(bào)有關(guān)表格時(shí)，應(yīng)按項(xiàng)目要求逐項(xiàng)填實(shí)、填全、填清。 姓 名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 機(jī)電 一體化 年 級(jí) 教學(xué)班 萊鋼電大 教學(xué)班負(fù)責(zé)人 設(shè)計(jì)題目 立式多軸鉆孔專用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名 王奉德 職 稱 高級(jí) 指導(dǎo)教師（含答辯）評(píng)語(yǔ)： 成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽名： 工作單位：

3、 月 日 地市電大復(fù)審意見(jiàn)： 成績(jī)： 復(fù)審人簽名： 職稱： 月 日 省電大終審意見(jiàn)： 成績(jī)： 終審人簽名： 月 日 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和具體要求 《液壓氣動(dòng)技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一臺(tái)立式多軸鉆孔專用組合機(jī)床，鉆削動(dòng)力部件的上下運(yùn)動(dòng)采用液壓傳動(dòng)。工作循環(huán)是：快速下降--工作進(jìn)給—快速上升—原位停止。（為防止鉆削頭部由于重力下滑，裝有平衡重，設(shè)計(jì)不考慮重力影響）已知數(shù)據(jù)如下：最大鉆削進(jìn)給抗力FL=

4、28000N，動(dòng)力滑臺(tái)質(zhì)量m=270Kg，快速下降行程S1=250mm，工進(jìn)行程S2=50mm，快速上升行程S3=300mm；快速下降速度v1=75mm/s，工進(jìn)速度v2不大于1mm/S，快速上升速度110mm/s，升速和減速時(shí)間在0.2S之內(nèi)；滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的靜摩擦力Ffs=1000N，動(dòng)摩擦力F=500N。執(zhí)行元件用液壓缸，活塞桿固定。液壓缸機(jī)械效率取0.90。試設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包含的內(nèi)容 1、 按格式寫(xiě)出設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，使用說(shuō)明書(shū)，另部件明細(xì)表，調(diào)試維護(hù)說(shuō)明書(shū)。 2、 畫(huà)出液壓系統(tǒng)原理圖。 課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的圖紙 1、 循環(huán)圖 2、 液壓缸工況圖 3、 液壓

5、系統(tǒng)圖 其他要求 課程設(shè)計(jì)的期限 自 年 月 日至 年 月 日 課程設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃 起 至 日 期 工 作 內(nèi) 容 備 注 參考文獻(xiàn)、資料索引 文獻(xiàn)、資料名稱 編著者 出版單位 課程設(shè)計(jì)目錄 1、負(fù)載分析 2、運(yùn)動(dòng)分析 3、繪制負(fù)載、速度循環(huán)圖 4、確定液壓缸尺寸 5、繪制液壓缸工況圖 6、選擇液壓基本回路 1）、調(diào)速回路 2）、換向回路和速度切換回路 3）、節(jié)約能量 4）組合基本回路 7、選擇液壓泵 1）、計(jì)算液壓泵的工作

6、壓力 2）、計(jì)算液壓泵的流量 3）、選擇液壓泵的規(guī)格 4）、計(jì)算功率選擇電動(dòng)機(jī) 8、選擇控制閥 9、選擇油管及油箱 10、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 1）、系統(tǒng)壓力損失估算 2）、溫升驗(yàn)算 附圖：多孔鉆機(jī)液壓系統(tǒng)圖 一、 負(fù)載分析 由于系統(tǒng)采用平衡重，因此鉆削頭部件重量產(chǎn)生的向下作用力不再計(jì)入。鉆削頭部件啟動(dòng)、減速和制動(dòng)過(guò)程中的慣性力為 啟動(dòng)時(shí)： Fa1=2m=2m=2270=202.5N 減速時(shí)：Fa2=2m=2m=2270=199.8N 制動(dòng)時(shí)：Fa3=2m=2m=2270=2.7N 反向啟動(dòng)時(shí)：Fa4=2m=2m=2270=270N 反向制動(dòng)時(shí)：Fa5

7、=2m=2m=2270=270N 由此可得液壓缸在各階段的負(fù)載（見(jiàn)表1）。 表1 各工作階段 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果（N） 啟 動(dòng) FL1=Ffs+Fa1 1202 快速下降 FL2=Ffd 500 減 速 FL3= Ffd- Fa2 300 工作進(jìn)給 FL4= Ffd+Fmax 28500 制 動(dòng) FL5= Ffd- Fa3 497 反向啟動(dòng) FL6= Ffs+Fa4 1297 快速上升 FL7=Ffd 500 反向制動(dòng) FL8= Ffd- Fa5 203 二、 運(yùn)動(dòng)分析 根據(jù)勻加速位移公式s=v0t+at2、加

8、速度公式a=和已知條件，列出個(gè)階段的速度和行程（見(jiàn)表2）。 表2 工 況 速度 行程 公式 結(jié)果（mm） 啟 動(dòng) 0~v1 v1 7.5 快速下降 v1 s1- v1-v2 234.9 減 速 v1~v2 v1+v2 7.6 工作進(jìn)給 v2 s2-v2 49.9 制 動(dòng) v2~0 v2 0.1 反向啟動(dòng) 0~v3 v3 11.0 快速上升 v3 s3- v3 280 反向制動(dòng) v2~0 v3 11.0 三、繪制負(fù)載、速度循環(huán)圖 負(fù)載循環(huán)圖（見(jiàn)圖1）。 圖1 負(fù)

9、載循環(huán)圖 速度循環(huán)圖（見(jiàn)圖2）。 圖2 速度循環(huán)圖 四、確定液壓缸尺寸 參照各類機(jī)械廠用壓力，取液壓缸負(fù)載壓力為3.5MPa。根據(jù)最大負(fù)載要求，液壓缸有效工作面積A A===90.476cm2 液壓缸直徑D D===107mm 根據(jù)快速下降與上升的速比求活塞桿直徑d =≈1.333 所以 d=53.5mm 參照GB2348—80，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的活塞和活塞桿直徑。 D=125mm d=70mm 液壓缸實(shí)際有效面積分別為 A1==122.66cm2 A2==84.19cm2 五、繪制液壓缸工況圖 根

10、據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可求出專用機(jī)床在各個(gè)工作階段內(nèi)的壓力、流量和功率值（見(jiàn)表3）。由于加、減速時(shí)間很短，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)選擇的影響不大，可忽略。 表3 工 況 負(fù)載FL (N) 回油腔壓力p2(MPa) 工作腔壓力p2(MPa) 輸入流量Q(L/min) 輸入功率N(kW) 快速下降 500 p2=0 p1==0.045 Q1=A1v1= 55.197 N=p1Q1= 0.0414 工作給進(jìn) 28500 p2=0.5 p2=+=2.92 Q1=A1v2= 0.736 N=p2Q1= 0.0358 快速上升 500 p2=0 p3=

11、=0.066 Q1=A1v3= 80.995 N=p3Q1= 0.0891 根據(jù)表3中的參數(shù)繪制液壓缸工況圖。 圖3 液壓缸工況圖 六、選擇液壓基本回路 1、 調(diào)速回路 由于這臺(tái)專用機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，鉆削頭部件運(yùn)動(dòng)速度較低，故選擇節(jié)流調(diào)速回路。又因?yàn)楣ぷ鬟M(jìn)給時(shí)會(huì)油路上必須有背壓，因此采用回油路調(diào)速閥調(diào)速回路。 圖4 回油路調(diào)速單元 2、 換向回路和速度切換回路 由于該系統(tǒng)流量比較小，采用三位四通電磁換向閥換向即可。換向閥中位機(jī)能選M型，是為了停機(jī)時(shí)泵能實(shí)現(xiàn)壓力卸荷。從Q—t曲線可知鉆削頭部件有快速下降轉(zhuǎn)為工作進(jìn)給時(shí)，速度相差很大，宜采用行程閥，以避免速度切換時(shí)產(chǎn)

12、生液壓沖擊。 圖5 換向回路和速度切換單元 3、 節(jié)約能量 從p—t和Q—t曲線可知，系統(tǒng)工作主要由低壓大流量和高壓小流量?jī)蓚€(gè)階段組成，故采用限壓式變量泵自動(dòng)改變流量，以減少流量損失。 4、組合基本回路 把以上所選各種回路組合畫(huà)在一起，初步形成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)（見(jiàn)圖6），然后再增加一些元件，如單向閥3、單向閥5、濾油器1。他們的作用分別是： 單向閥3：防止油液向液壓泵倒灌； 單向閥5：使液壓缸上升時(shí)，一開(kāi)始可得到快速； 濾油器1：過(guò)濾油液，保持油液清潔度。 圖6 多孔鉆機(jī)液壓系統(tǒng)圖 表4 電磁鐵 動(dòng)作順序 1DT 2DT 行程閥

13、快速下降 + - + 工作給進(jìn) + - - 快速上升 - + - 停 止 - - + 七、選擇液壓泵 1、計(jì)算液壓泵的工作壓力 由圖的p—t曲線中查出pmax=2.92MPa，取∑Δp=0.5MPa。 ps=p+∑Δp ps=2.92+0.5=3.42MPa 2、計(jì)算液壓泵的流量 QP≥K(∑Q)max 從圖Q—t曲線中查得Qmax=80.995L/min，取K=1.1。 QP=1.180.995=89.1 L/min 3、選擇液壓泵的規(guī)格 pr=ps1.25=5.603 MPa 從有關(guān)樣本中查出：YBN—40N型限壓式變量泵，Q=4

14、0L/min， pmax=6.3 MPa，p=0.80, pv=0.90。 4、計(jì)算功率選擇電動(dòng)機(jī) 按表3，使用時(shí)最大功率為0.0891Kw(沒(méi)考慮閥和管道壓力損失以及泵的效率)。但應(yīng)考慮限壓式變量泵所需最大功率，根據(jù)樣本參數(shù)先畫(huà)出泵的流量—壓力特性曲線ABC（見(jiàn)圖7），并根據(jù)快速上升和工進(jìn)時(shí)的工作特點(diǎn)，可畫(huà)出實(shí)際工作時(shí)泵應(yīng)有的流量—壓力特性曲線A`B`C`。圖中B`點(diǎn)功率最大，其值為N`=1573W。 考慮到泵的效率，則電動(dòng)機(jī)應(yīng)有功率 ==1966W 查相關(guān)材料，選用Y112M-6電動(dòng)機(jī)，其額定功率為2.2Kw。 圖7：泵的流量—壓力特性曲線 八、選擇控制閥 根據(jù)液

15、壓泵的工作壓力和通過(guò)各閥的實(shí)際流量選用得液壓元件見(jiàn)表5。 表5 序號(hào) 元件 名稱 通過(guò)閥的實(shí)際流量（L/min） 額定流量（L/min） 額定壓力MPa 額定壓降MPa 型號(hào)及規(guī)格 數(shù)量 1 濾油器 38.87 63 16 <0.2 TLW—50 1 2 限壓式變量泵 38.87 25 6.3 0.5 YBN—40N 1 3 單向閥 38.87 63 16 1.2 S10P1 2 4 三位四通電磁閥 51.83 160 16 <0.5 4WE10E—20B 1 5 二位二通行程閥 35.34 63 16

16、 <0.3 22C—63BH 1 6 調(diào)速閥 <1 0.07~50 16 2FRM6B—10B/1.5M 1 7 液壓缸 自行設(shè)計(jì) 1 九、選擇油管及油箱 1、 油管 元件之間的連接管道按元件接口尺寸決定。液壓泵選定之后，需重新計(jì)算液壓缸工作各階段的進(jìn)、回油流量。見(jiàn)表6。 表6 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流量(L/min) Q1== =175.99 Q1=2.347 Q1=Qp=55.197 排出流量(L/min) Q2= ==55.59 Q2= = =1.549 Q2= =80.42 運(yùn)動(dòng)速度/（m/min）

17、V1== =2.105 V2= =0.0191 V1== =6.6 2、 油箱 油箱容量按液壓泵的流量計(jì)算，取ζ=7。 V=ζQp=780.995=566.96 按國(guó)標(biāo)規(guī)定，就近選標(biāo)準(zhǔn)值，V=700L。 3、濾油器的選擇 選擇濾油器的依據(jù)有以下幾點(diǎn)： (1)承載能力：按系統(tǒng)管路工作壓力確定。 (2)過(guò)濾精度：按被保護(hù)元件的精度要求確定，選擇時(shí)可參閱表7。 (3)通流能力：按通過(guò)最大流量確定。 (4)阻力壓降：應(yīng)滿足過(guò)濾材料強(qiáng)度與系數(shù)要求。 表7 系統(tǒng) 過(guò)濾精度(μm) 元件 過(guò)濾精度(μm) 低 壓 系 統(tǒng) 100～150 滑 閥 1/3

18、最小間隙 70105Pa系統(tǒng) 50 節(jié) 流 孔 1/7孔徑(孔徑小于1.8mm) 100105Pa系統(tǒng) 25 流量控制閥 2.5～30 140105Pa系統(tǒng) 10～15 安全閥溢流閥 15～25 電液伺服系統(tǒng) 5 高精度伺服系統(tǒng) 2.5 十、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 1、系統(tǒng)壓力損失估算 由于管路布置未確定，沿程損失暫無(wú)法計(jì)算。僅對(duì)閥類元件進(jìn)行估算。 常用中、低壓各類閥的壓力損失(Δpn)如表8。 表8 閥名 Δpn(105Pa) 閥名 Δpn(105Pa) 單向閥 0.3～0.5 背壓閥 3～8 換向閥 1.5～3

19、節(jié)流閥 2～3 行程閥 1.5～2 轉(zhuǎn)閥 1.5～2 順序閥 1.5～3 調(diào)速閥 3 常 （1）快進(jìn) 由圖可知。進(jìn)油路上有單向閥3，電磁換向閥4的流量均為38.87 L/min。行程閥的流量為155.4L/min。其進(jìn)油路總壓力損失為 ∑Δpv=0.2ⅹ()2+0.5ⅹ()2+0.3ⅹ()2=0.4261 MPa 回油路上液壓缸單向閥3，電磁換向閥4的流量均為51.8 3 L/min，計(jì)算出有桿腔與無(wú)桿腔壓力之差 Δp=p2-p1=0.5ⅹ()2+0.2ⅹ()2+0.3ⅹ()2=0.135+0.077 +0.254=0.466MPa （2）工進(jìn) 工進(jìn)時(shí)，進(jìn)

20、油路上進(jìn)油路上有單向閥3，電磁換向閥4的流量均為1.88 L/min。行程閥的流量為0.93L/min。順序閥的流量為0.93+22=22.93 L/min。進(jìn)油路的總損失為 ∑Δpv=0.5ⅹ()2+0.5+[0.5ⅹ()2+0.6+0.3ⅹ()2] ⅹ=0.62 MPa 液壓缸回油腔的壓力p2為 p2=0.5ⅹ()2+0.6+0.3ⅹ()2=0.6358 MPa （3）快退 快退時(shí)，進(jìn)油路上進(jìn)油路上有單向閥3的流量均為22L/min，電磁換向閥4的流量為38.37 L/min。行程閥的流量為51.83L/min。進(jìn)油路的總損失為 ∑Δpv1=0.5ⅹ()2+0.2ⅹ()2=0.

21、1122 MPa 回油路總壓力損失為 ∑Δpv2=0.2ⅹ()2+0.5ⅹ()2+0.2ⅹ()2 =0.2642 MPa 所以，快退階段，液壓泵的工作壓力Pp為 Pp=P1+∑Δpv1=1.5+0.1122=1.6122 MPa 此值為卸荷順序閥的壓力調(diào)定值。 2、溫升驗(yàn)算 以工進(jìn)時(shí)的消耗功率計(jì)算溫升。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為 Pe=Fv2==0.0136kw 液壓泵輸入功率Pp Pp==PⅹQ=0.5ⅹ1.88=0.94 kw 發(fā)熱功率 Δp= Pp- Pe=0.94-0.0136=0.9247 kw 油箱散熱面積 A=6.5=6.5==51244cm2=5.12m2 溫升 ΔT===ⅹ103=20.07?C 系統(tǒng)溫升為超過(guò)允許的40?C，可不設(shè)計(jì)冷卻裝置。 23 / 23文檔可自由編輯打印