液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)四軸臥式鉆孔專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓與氣壓傳動(dòng) 課程設(shè)計(jì)專用紙 機(jī)制專業(yè)0704班 機(jī)電工程系液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)題 目： 四軸臥式鉆孔專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班 級(jí)： XXXXXX 姓 名： X X 學(xué) 號(hào)： XXXXXXX 指導(dǎo)教師： XXX XXX 2011.6.25目錄一、分析負(fù)載31.1外負(fù)載31.2慣性負(fù)載31.3阻力負(fù)載3二、確定執(zhí)行元件主要參數(shù)42.1確定執(zhí)行元件主要參數(shù)4三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖53.1設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案5設(shè)計(jì)內(nèi)容6設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程6備注63.2選擇基本回路63.3將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)8四、選擇液壓元件104.1液壓泵104.2閥類元件及輔助元件114.3油管124.4油箱12五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能135.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值135.2驗(yàn)算油液溫升15設(shè)計(jì)小結(jié)16參考文獻(xiàn)16感想16液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、主要任務(wù)與目標(biāo)任務(wù)：四軸臥式鉆孔專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鉆孔動(dòng)力部件質(zhì)量m=200kg，液壓缸的機(jī)械效率w=0.9，鉆削力Fe=16000N，工作循環(huán)為：快進(jìn)工進(jìn)死擋鐵停留快退原位停止。行程長(zhǎng)度為1500mm，其中，工進(jìn)長(zhǎng)度為50mm，快進(jìn)、快退速度為75mm/s,工進(jìn)速度為1.67mm/s。導(dǎo)軌為矩形，啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間為0.5s.要求快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)平穩(wěn)可靠，工作臺(tái)能在任意位置停住。目標(biāo)：通過(guò)本題目的課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的液壓與氣壓傳動(dòng)課程知識(shí)有一個(gè)全面深刻的認(rèn)識(shí)，熟悉液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和過(guò)程；提高學(xué)生的動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力。二、主要內(nèi)容（1）熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)，明確設(shè)計(jì)及目標(biāo)。（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已學(xué)過(guò)的設(shè)計(jì)流程，擬定系統(tǒng)工作原理圖。（3）計(jì)算各元件的參數(shù)并驗(yàn)算。（4）元件選型。（5）編制文件，繪制速度、負(fù)載圖譜。三、工作量要求完成規(guī)定的任務(wù)，總字?jǐn)?shù)30004000字。四、時(shí)間要求本課程設(shè)計(jì)于2010-6-15前完成設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注 一、分析負(fù)載 1.1外負(fù)載 由已知可得鉆削力Fg=30468N 1.2慣性負(fù)載 機(jī)床工作部件總質(zhì)量m=980kg 導(dǎo)軌為矩形，啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間為t=0.2s 快進(jìn)、快退速度為0.1m/s 1.3阻力負(fù)載 查表8-2得 靜摩擦阻力為動(dòng)摩擦阻力為液壓缸在個(gè)工作階段的負(fù)載 如表6-1 已知 w=0.9工況計(jì)算公式外負(fù)載（F1)工作負(fù)載F=F1/w啟動(dòng)F1=Ffs19602178加速F1=Ffd+Fm14701633快進(jìn)F1=Ffd9801089工進(jìn)F1=Ffd+Fg3144834942反向啟動(dòng)F1=Ffs19602178反向加速F1=Ffd+Fm14701633后退F1=Ffd9801089已知快進(jìn)、快退的速度 為100mm/s,工進(jìn)速度為0.88mm/s，工進(jìn)長(zhǎng)度50mm 行程150mm。由已知條件和上表數(shù)值繪制速度圖、負(fù)載圖如下圖（圖6-1,圖6-2）設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注 二、確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 負(fù)載圖6-1 速度圖6-2 2.1確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 由表6-1可知機(jī)床最大負(fù)載 查表8-7 8-8得液壓系統(tǒng)取工作壓力 d=0.707D =/=2查表8-3得液壓缸回油路背壓d=0.707D=0.0707m 圓整D=0.1m d=0.07mD為缸筒直徑d為活塞桿直徑，A1為無(wú)桿腔的工作面積，A2為有桿腔的工作面積設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注 三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖由此求的液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為經(jīng)驗(yàn)算，活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。 3.1設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案 根據(jù)D d 估算壓力、流量、功率 如表6-2工況負(fù)載F/N回油腔壓力P2/Mpa進(jìn)油腔壓力P1/Mpa輸入油量q10-3/m3s-1輸出功率P/kw計(jì)算公式快進(jìn)（差動(dòng)）啟動(dòng)326700.852P1=(F+A2P)/(A1-A2)q=（A1-A2)v1P=p1q加速2513P1+P（P=0.3Mpa）0.656恒速21780.560.28850.162工進(jìn)199560.62.800.0130.0332P1=(F+P2A2)/A1q=A1v2P=p1q快退啟動(dòng)326700.825P1=(F+P2A1)/A2q=A2v3P=p1q加速25130.61.61恒速21781.520.30030.457在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，快進(jìn)加快退的時(shí)間t1，工進(jìn)所需的時(shí)間t2分別為設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖， 因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來(lái)看 應(yīng)采用兩個(gè)適宜的液壓泵自動(dòng)兩級(jí)并聯(lián)供油的油源方案。如圖下圖6-3 圖6-3 3.2選擇基本回路 由于不存在負(fù)載對(duì)系統(tǒng)做功的工況也不存在負(fù)載制動(dòng)過(guò)程，故不需要設(shè)置平衡及制動(dòng)回路。但必須有快速運(yùn)動(dòng)、換向、速度換接以及調(diào)壓、卸荷等回路。 3.2.1確定換向方式為了滿足工作臺(tái)在任意位置停止，液壓缸差動(dòng)連接采用滑閥機(jī)能為 Y 型的三位五通電磁換向閥。（如下圖6-4） 3.2.2選擇工作進(jìn)給油路 為了實(shí)現(xiàn)工進(jìn)時(shí)液壓缸回油腔油液能經(jīng)換向閥左位流回油箱；快進(jìn)時(shí)液壓缸回油腔油液能經(jīng)換向閥左位流入油腔以及防止高壓油液倒流。在回油路上設(shè)置一只液控順序閥一只單向閥。（如下圖6-5）設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注 三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 圖6-4 圖6-5 3.2.3確定快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)方案 為了使快進(jìn)平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換為工進(jìn)，采用行程換向閥使快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)（如圖6-6）設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 圖6-6 3.2.4選擇調(diào)壓和卸荷回路 油源中有溢流閥（見(jiàn)圖6-3），調(diào)定系統(tǒng)工作壓力，因此調(diào)壓?jiǎn)栴}已在油源中解決，無(wú)需另外設(shè)置調(diào)壓回路。 在圖6-3所示的雙液壓泵自動(dòng)兩級(jí)供油的油源中設(shè)有卸荷閥，當(dāng)滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓、大流量液壓泵都可以經(jīng)此閥卸荷。由于工進(jìn)在整個(gè)循環(huán)周期占了絕大部分時(shí)間，且高壓、小流量液壓泵的功率較小，故可以認(rèn)為卸荷問(wèn)題已基本解決，就不需要在設(shè)置卸荷回路。 3.3將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng) 把上面選出的各種液壓回路組合畫(huà)在一起，就可得到一張下圖6-7所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 圖6-7設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注 四、選擇液壓元件 4.1液壓泵液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大壓力為2.54Mpa，如果進(jìn)油路上的壓力損失為0.8Mpa，為使壓力繼電器能可靠地工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力0.5Mpa，則小油量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為大流量液壓泵在快進(jìn)、快退運(yùn)動(dòng)時(shí)才才向液壓缸輸油，由表6-2可知，快退時(shí)液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5Mpa，則大流量液壓泵的最高工作壓力為由表6-2可知，兩個(gè)液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為17.31L/min，因系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，取泄漏系數(shù)KL=1.1,則兩個(gè)液壓泵的實(shí)際流量應(yīng)為由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進(jìn)時(shí)輸入液壓缸的流量為0.78L/min，由小流量液壓泵單獨(dú)供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為3.78L/min。 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取PV2R12-6/19型雙葉片液壓泵其小液壓泵和大液壓泵的排量分別為6ml/r和19ml/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí)該液壓泵的理論流量為23.5L/min，若取液壓泵的容積效率，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為 =(6+19)9400.9/1000L/min=(5.1+16.1)L/min=21.2L/min由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為2.02Mpa、流量為21.2L/min。按表8-13去液壓泵的總效率p=0.75，則液壓泵的電動(dòng)機(jī)所需的功率為設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注 四、選擇液壓元件根據(jù)此數(shù)據(jù)值查閱電機(jī)產(chǎn)品樣本選取Y100L-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率Pn=0.95KW，額定轉(zhuǎn)速nn=940r/min。4.2閥類元件及輔助元件根據(jù)閥類元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過(guò)該元件的最大實(shí)際流量，可選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格見(jiàn)表6-3,表中序號(hào)與圖6-7的元件標(biāo)號(hào)相同。編號(hào)元件名稱估計(jì)通過(guò)流量L/min額定流量L/min額定壓力Mpa額定壓降Mpa型號(hào)規(guī)格1、2雙聯(lián)葉片泵 （5.1+16.1）17.5PV2R12-6/19VP=(6+19)ml/r9三位五通電磁閥608016<0.535DYF3Y-E10B12溢流閥506316-YF3-E10B7a 7b7c行程閥調(diào)速閥單向閥500.560 630.0750 63161616<0.5-<0.2AXQF-E10B單向行程調(diào)速閥3液控順序閥56316<0.3XF3-E10B4液控順序閥256316<0.3XF3-E10B5背壓閥0.36316-YF3-E10B10、11、6單向閥256316<0.2AF3-Ea10BQmax=80L/min8壓力繼電器-10-HED1KA/1013濾油器3060-<0.2XU-6380-J 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注 四、選擇液壓元件 4.3油管 各元件連接的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、排除的最大流量計(jì)算。由于液壓泵選定后液壓在各個(gè)工作階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算如表6-4所示快進(jìn)工進(jìn)快退輸入油量L/minq1=(A1qp)/(A1-A2)=(78.521.2)/(78.5-40.03)=54.62q1=0.78q1=qp=21.2排除油量L/minq2=(A2q1)/A1=(40.0354.62)/78.5=27.85q2=(A2q1)/A1=(40.030.78)/78.5=0.4q2=(A1q1)/A2=(78.521.2)/40.03=41.57運(yùn)動(dòng)速度m/minv1=qp/(A1-A2)=(19.0410)/(78.5-40.03)=4.95v2=q1/A1=(0.7810)/78.5=0.099v3=q1/A2=(21.210)/40.03=5.30由上表可以看出，液壓缸在各個(gè)工作階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合要求。根據(jù)表6-4中數(shù)值，并按課本第二章第七節(jié)推薦取油液在壓油管的流速v=3m/s，按式d=2算的與液壓缸無(wú)桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為d=22mmmm這兩根油管都按GB/T23512005選用內(nèi)徑15mm、外徑18mm的冷拔無(wú)縫鋼管。4.4油箱郵箱容積按式V=qp估算，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)=7，故其容積為設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注 五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能V=721.2L=148.4L按JB/T73981999規(guī)定，區(qū)最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=160L。5.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值由于系統(tǒng)的管路布置尚未確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無(wú)法全面估算，故只能先按課本（8-13）式估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布局后，加上管路的沿程損失即可。壓力損失驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。5.1.1快進(jìn)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，由表6-3和表6-4可知，進(jìn)油路單向閥11的流量是16.1L/min，通過(guò)電液閥9的流量是21.2L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量54.62L/min通過(guò)行程閥7a并進(jìn)入無(wú)桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為 此值不大，不會(huì)是壓力閥打開(kāi)，故能確保兩個(gè)液壓泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。會(huì)有路上，液壓缸有桿腔中的油液通過(guò)電液換向閥9和單向閥6的流量都是27.85L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥7a流入無(wú)桿腔。由此可計(jì)算快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力與無(wú)桿腔壓力之差。此值與原估計(jì)值0.3Mpa（見(jiàn)表6-2）基本相符。5.1.2工進(jìn)工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過(guò)電液換向閥9的流量為設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注 五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能0.78L/min，在調(diào)速閥7c處的壓力損失為0.5Mpa；油液在回 油路上通過(guò)換向閥9的流量0.4L/min，在背壓閥5處的壓力損失為0.6Mpa，通過(guò)順序閥3的流量為（0.4+16.1）L/min，因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力P2為 可見(jiàn)此值略大原估計(jì)值0.6Mpa。故可以按表6-2表中公式重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力P1，即 此值略高于表6-2中數(shù)值考慮到壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差Pe=0.5Mpa，故溢流閥12的調(diào)壓應(yīng)為>P1+P+Pe=3.14+0.5()2+0.5+0.5Mpa=4.14Mpa5.1.3快退快退時(shí)，油液在進(jìn)路上通過(guò)單向閥11的流量為16.1L/min，通過(guò)換向閥9的流量為21.2L/min；油液在回油路上通過(guò)單向閥7b、換向閥9和單向閥14的流量都是41.57L/min。因此進(jìn)油路上的總壓降為此值較小所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率足夠的?；赜吐飞峡倝航禐?0.31Mpa此值與表6-2中的估值相近，故不必重算。所以，快退時(shí)液壓泵的工作壓降PP為 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注 五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能因此大流量液壓泵卸荷的順序閥5的調(diào)壓應(yīng)大于1.688Mpa。5.2驗(yàn)算油液溫升工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所占時(shí)間比例達(dá)95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油溫升可按工況工進(jìn)來(lái)計(jì)算。工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為這時(shí)大流量液壓泵經(jīng)順序閥3卸荷，小流量液壓泵在高壓下供油。大液壓泵通過(guò)順序閥3的流量為q2=16.1L/min，由表6-3查的該閥在額定流量qn=63L/min時(shí)的壓力損失Pn=0.3Mpa，故此閥在工進(jìn)的壓力損失P=Pn=（)2=0.3（）2Mpa=0.020Mpa小液壓泵工進(jìn)時(shí)的工作壓力PP1=4.14Mpa。流量q1=5.1L/min，所以兩個(gè)液壓泵的總輸出功率為Mpa=0.4693KW由式（8-21）算得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為P=PP-Pe=（0.4693-0.033）KW=0.4363KW按式（8-26）可算得郵箱的算熱面積為1.92m2由表8-18查的郵箱的散熱系數(shù)K=9W/(m2)，則按式（8-24）求出油液溫升為t=103=25.24由表8-19知，此溫升值沒(méi)有超出范圍，故該系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。 設(shè)計(jì)小結(jié)該四軸臥式鉆孔專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)床的“快進(jìn)工進(jìn)死擋鐵停留快退原位停止”，所以在設(shè)計(jì)該液壓系統(tǒng)時(shí)應(yīng)確保液壓系統(tǒng)傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，合理選取各執(zhí)行原件和控制原件，以保證機(jī)床對(duì)工件的精確加工。同時(shí)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有更深刻認(rèn)識(shí)和了解，統(tǒng)原理圖的繪制過(guò)程中學(xué)會(huì)了用AutoCAD軟件制圖，也學(xué)會(huì)了熟練應(yīng)用AutoCAD制圖軟件。提高我自己的動(dòng)手能力。 參考文獻(xiàn)液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù) 第二版 機(jī)械工業(yè)出版社2005（2009.6重?。┮簤嚎刂葡到y(tǒng) 第二版 機(jī)械工業(yè)出版社2000新編液壓工程手冊(cè) 北京理工大學(xué)出版社1998 感想通過(guò)本次對(duì)四軸臥式鉆孔專用機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我對(duì)液壓傳動(dòng)有了全面深刻的認(rèn)識(shí)，并且將理論應(yīng)用于實(shí)踐，巧妙的理論、實(shí)際相結(jié)合，使我的各項(xiàng)能力都有了全方面的提高。特別是我作為一名即將畢業(yè)的大三學(xué)生，通過(guò)此次的課程設(shè)計(jì)，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作都用很大的幫助。在本次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師、同學(xué)都幫助著我，才能使我能順利完成本次設(shè)計(jì)。特別是要感謝我們的XX老師，作為我們的液壓傳動(dòng)的代課老師，每堂課都繪聲繪色的講解著與液壓傳動(dòng)有關(guān)的知識(shí)，使我們對(duì)液壓傳動(dòng)全方面的認(rèn)識(shí)和了解，同時(shí)也擴(kuò)展了我們的視野和眼界，XX老師獨(dú)特的講課方式深受我們?nèi)嗤瑢W(xué)的喜歡，課堂氣氛十分活躍。XX老師的確是我們的良師益友，深受我們的尊敬和愛(ài)戴。在今后的學(xué)習(xí)和工作中我將努力學(xué)習(xí)、工作，用優(yōu)異的成績(jī)回報(bào)XX老師對(duì)我的希望！- 17 -