垂直孔和水平孔專用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計

垂直孔和水平孔專用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計,垂直,以及,水平,專用,組合,機(jī)床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計 液壓傳動課程設(shè)計說明書 液壓傳動課程設(shè)計 說明書 題目：垂直孔和水平孔專用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計 院校： 班級： 姓名： 指導(dǎo)老師： 2013年1月3日  目錄 一、 前言………………………………………………………………………………………2 二、液壓系統(tǒng)設(shè)計的題目和要求…………………………………………………………2 三、 液壓系統(tǒng)參數(shù)的確定及液壓缸工況圖的繪制……………………………………3 1、立置動力滑臺負(fù)載計算與工況圖繪制……………………………………………………4 2、臥置動力滑臺負(fù)載計算與工況圖繪制……………………………………………………5 3、液壓缸參數(shù)計算……………………………………………………………………………6 四、液壓系統(tǒng)圖的擬定………………………………………………………………………12 1、液壓基本回路的選擇………………………………………………………………………12 2、液壓系統(tǒng)圖的繪制…………………………………………………………………………13 五、液壓元、輔件的選擇………………………………………………………………………14 六、液壓系統(tǒng)的驗算……………………………………………………………………………17 七、結(jié)論…………………………………………………………………………………………26 液壓傳動課程設(shè)計說明書 一、 前言 液壓傳動課程設(shè)計是在學(xué)習(xí)了“液壓傳動”有關(guān)課程及其他相關(guān)課程后進(jìn)行的、旨在培養(yǎng)我們液壓系統(tǒng)設(shè)計能力的一門重要課程。要求我們能夠獨立地運用所學(xué)到的許多基本理論、基本技術(shù)和生產(chǎn)實際的知識，具有綜合分析問題、解決問題的能力。通過本門課程的學(xué)習(xí)，需要我們達(dá)到以下目的： 1.鞏固和深化已學(xué)知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合分析問題、解決問題能力； 2.正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)； 3.熟悉并會運用有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對學(xué)生在計算、制圖、運用設(shè)計資料以及經(jīng)驗估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。 二、液壓傳動課程設(shè)計的題目和要求 設(shè)計一臺加工垂直孔（有數(shù)個圓柱孔和圓錐孔）和水平孔（不通孔）的專用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)，主機(jī)的工況要求： 工作性能和動作循環(huán) 立置動力滑臺所加工的孔，光潔度和尺寸精度要求較高，換向精度要求也較高，故在滑臺行程終點加死擋塊停留。為了滿足擴(kuò)錐孔的進(jìn)給量要求而設(shè)計第Ⅱ次慢速工進(jìn)。其動作循環(huán)為快進(jìn)→第Ⅰ工進(jìn)→第Ⅱ工進(jìn)→死檔塊停留→快退→原位停止。 臥置式動力滑臺的動作循環(huán)為快進(jìn)→工進(jìn)→死檔塊停留→快退→原位停止。 運動和動力參數(shù)如下表所示 立置滑臺寬為320mm，采用平導(dǎo)軌。臥置滑臺寬為200毫米，采用平面和V型（α=90°）導(dǎo)軌組合方式，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動摩擦?xí)rfd=0.1。 自動化程度 采用液壓與電氣配合，實現(xiàn)工作循環(huán)。為了提高生產(chǎn)效率，要求二滑臺同時實現(xiàn)工作循環(huán)，但要防止相互干擾。 滑臺名稱 切削力F（N） 移動件重 FG（N） 速度（m/min） 行程 S （mm） 啟動制動時間⊿t Ⅰ工進(jìn) Ⅱ工進(jìn) 快速 Ⅰ工進(jìn) Ⅱ工進(jìn) 快進(jìn) 1工進(jìn) Ⅱ工進(jìn) 快退 立置滑臺 12000 7400 25000 4.5 0.045 0.026 207 35 8 250 0.2 臥置滑臺 2500 3200 6 0.025 162 40 202 0.1 三、 液壓系統(tǒng)參數(shù)的確定及液壓缸工況圖的繪制 （一）、立置動力滑臺負(fù)載計算與工況圖繪制 采用液壓方式平衡防止運動部件因自重下滑，且在立置情況下導(dǎo)軌和滑輪副的摩擦力較小，故在此處忽略不計，由于第Ⅱ工進(jìn)的速度很低，故不考慮制動過程的慣性力。 表一立置液壓缸外負(fù)載分析計算 工況 計算公式 計算 計算結(jié)果 啟動加速 快進(jìn) 0 第Ⅰ工進(jìn) 第Ⅱ工進(jìn) 反向啟動 快退 制動 圖1速度循環(huán)圖圖2 外負(fù)載循環(huán)圖 （二）、臥置動力滑臺負(fù)載計算與工況圖繪制 1、導(dǎo)軌摩擦阻力 (1)在工進(jìn)和快進(jìn)以及啟動加速階段時，動摩擦阻力的計算公式為： （2）啟動時，導(dǎo)軌受靜摩擦阻力作用，其計算公式為： （3）慣性力的計算公式為： （4）工進(jìn)時的切削力為,故令工作負(fù)載 （5）液壓缸密封摩擦阻力 取液壓缸機(jī)械效率，則靜密封摩擦阻力為， 恒速時的動密封摩擦阻力估取為靜密封摩擦阻力的30%，即 表2臥置液壓缸外負(fù)載計算 工況 計算公式 計算 結(jié)果 快進(jìn) 啟動 1022N 加速 恒速 工進(jìn) 快退 啟動 1022N 加速 恒速 2、工況圖繪制 圖3速度循環(huán)圖圖4 外負(fù)載循環(huán)圖 （三）、液壓缸參數(shù)計算 1、立置液壓缸 （1）參數(shù)計算 考慮到對機(jī)床加工精度要求較高，故設(shè)計的機(jī)床為精加工機(jī)床，按照負(fù)載選擇液壓缸的工作壓力，預(yù)設(shè)系統(tǒng)壓力，在快進(jìn)時采用差動聯(lián)接，取d=0.4D。液壓缸下行時，滑塊自重采用液壓方式平衡，同時為使運動平穩(wěn)，液壓系統(tǒng)采用調(diào)速閥式回油節(jié)流調(diào)速，因此根據(jù)相關(guān)設(shè)計手冊，取工進(jìn)時背向壓力為 ，快進(jìn)時為。 液壓缸內(nèi)徑（活塞直徑） 按GB/T2348—1993，將液壓缸內(nèi)徑取為標(biāo)準(zhǔn)值 故 ,從而可以算出液壓缸無桿腔和有桿腔的實際有效面積為 差動連接快進(jìn)時，液壓缸有桿腔壓力p2必須大于無桿腔壓力p1,其差值Δp=0.3MPa,并注意到啟動瞬間液壓缸尚未移動，此時Δp=0；同時取快退時的回油壓力損失為0.2MPa.故根據(jù)上述條件計算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量功率（表3），并編制工況圖。 表3立置液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率 工作階段 計算公式 負(fù)載F/N 工作腔壓力p1/MPa 回油壓力p2/MPa 輸入流量qx10-3(m3/s) 輸入功率P/W 快進(jìn) 啟動 956 2.11 — — — 恒速 0 1.57 1.87 0.147 230.8 工進(jìn)1 12000 1.76 0.8 0.92x10-2 16.19 工進(jìn)2 7400 1.34 0.8 0.57x10-2 7.65 快退 啟動 25956 2.79 — — — 恒速 25000 2.93 0.2 0.77 2256 制動 24044 2.59 — — — （2）驗算液壓缸尺寸 立置液壓缸在II工進(jìn)的時候速度最小為0.028m/mim=2.8cm/min,故按對液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行檢驗，取調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量qmin=70ml/mimn，算得 ， 故活塞面積滿足最低穩(wěn)定速度的要求。 （2）工況圖繪制 圖5 立置液壓缸工況圖 2水平液壓缸 （1）參數(shù)計算 根據(jù)負(fù)載初步選擇液壓缸的工作壓力p1=1MPa,快進(jìn)時采用差動連接，故取，也就是。為使運動平穩(wěn)，液壓系統(tǒng)采用調(diào)速閥式回油節(jié)流調(diào)速。根據(jù)設(shè)計手冊，取工進(jìn)是背壓力為0.5MPa,快進(jìn)時為0.3MPa，液壓缸的機(jī)械效率，則可以計算液壓缸無桿腔的有效面積 所以液壓缸的直徑為 按照GB/T2348-1993，將液壓缸內(nèi)徑圓整為D=80mm.所以，查表圓整取d=60mm.故液壓缸的實際有效面積是 （2）驗算液壓缸尺寸 按照公式進(jìn)行檢驗，將調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量qmin=50ml/min，以及vmin=0.025m/min，求得，故活塞面積滿足最低穩(wěn)定速度的要求。 （3）工況圖的繪制 差動連接快進(jìn)時，液壓缸有桿腔壓力p2必須大于無桿腔壓力p1,其差值估取Δp=0.3MPa，并且注意到啟動瞬間液壓缸尚未移動，此時Δp=0；另外，取快退時的回油壓力損失為0.2MPa。故根據(jù)上述條件計算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量功率（表4），并編制工況圖。 表4 臥置液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率 工作階段 計算公式 負(fù)載F/N 工作腔壓力p1/MPa 回油腔壓力p2/MPa 輸入流量q1(10-3m3/s) 負(fù)載功率P1/W 快進(jìn) 啟動 1022 0.402 — — — 加速 787 0.698 0.998 — — 恒速 461 0.57 0.87 0.283 161 工進(jìn) 2961 0.87 0.5 2.09x10-3 1.83 快退 啟動 1022 0.516 — — — 加速 787 0.85 0.2 — — 恒速 461 0.69 0.2 0.22 152 圖6 水平液壓缸工況圖 四、液壓系統(tǒng)圖的擬定 （一）、液壓基本回路的選擇 1、調(diào)速方案 由工況要求所知，執(zhí)行元件采用油缸實現(xiàn)往復(fù)運動：組合機(jī)床進(jìn)給時的功率較小，同時為了增加進(jìn)給運動的平穩(wěn)性，因此采用回油路節(jié)流調(diào)速方案；此外，為保證切削過程速度穩(wěn)定，選用調(diào)速閥調(diào)速。 2、換向及速度換接方式 本機(jī)床的動力滑臺在調(diào)整時，需停在任意位置上，故采用三位五通換向閥進(jìn)行換向。當(dāng)動力滑臺由差動快進(jìn)換接為工進(jìn)時，與調(diào)速閥并聯(lián)的二為二通電磁閥關(guān)閉，泵壓升高，使液控順序閥逐漸打開，使差動油路斷開，油缸回油經(jīng)調(diào)速閥，三位五通電磁閥和液控順序閥流回油箱。這樣可使速度換接平穩(wěn)。采用回路見圖7，圖8。 3、泵源的選擇 此液壓系統(tǒng)的工況特點是快進(jìn)及快退時低壓大流量，時間短；工進(jìn)是中壓小流量，時間長。目前多數(shù)采用雙聯(lián)定量葉片泵（圖9a，b）或限壓式變量葉片泵（圖9c），僅在功率較小時，才用定量泵（圖10d）。為了減少功率損失，可選用限壓式變量葉片泵，快速時全流量供油，工進(jìn)時限壓變量，與油缸所需流量相適應(yīng)。 圖8 立置液壓缸回路 圖7 臥置滑臺液壓缸回路 圖9 泵源的選擇 4、液壓系統(tǒng)的組合 立置與臥置滑臺的負(fù)載不同，速度要求也不同，要保證同時動作，又不相互干擾，兩回路組合時，在各自進(jìn)油油路上串接一個節(jié)流閥，變量泵的調(diào)節(jié)流量應(yīng)大于兩個動力滑臺同時快進(jìn)時通過兩個節(jié)流閥的流量。測壓點布置在泵源出口和節(jié)流閥后，便于調(diào)整油泵和液控順序閥的壓力。本機(jī)床液壓系統(tǒng)，過濾精度要求不高，故在泵進(jìn)口處安裝網(wǎng)式濾油器即可。 （二）液壓回路圖的繪制 根據(jù)上述所選回路液壓系統(tǒng)，并繪制液壓系統(tǒng)圖（如圖10）。圖中附有油缸的工作循環(huán)圖和電磁鐵動作表。 工 況 4DT 5DT 6DT 7DT 快 進(jìn) + - + + Ⅰ工進(jìn) + - - + Ⅱ工進(jìn) + - - - 停 留 + - - - 快 退 - + + + 原 位 - - - + 工 況 1DT 2DT 3DT 快 進(jìn) + - +X 工 進(jìn) + - - 停 留 + - - 快 退 - + + 原 位 - - - 立置滑臺電磁閥動作循環(huán)圖 水平液壓缸電磁閥動作循環(huán)圖 圖10液壓系統(tǒng)圖 五、液壓元、輔件的計算和選擇 （一）確定液壓泵規(guī)格和電動機(jī)功率 1、根據(jù)液壓泵工作壓力的計算 根據(jù)公式，液壓泵的工作壓力應(yīng)為： 其中是執(zhí)行元件的最大工作壓力；是進(jìn)油路上的壓力損失，由于立置液壓缸的工作壓力遠(yuǎn)大于水平液壓缸，故以立置液壓缸的工作壓力為系統(tǒng)壓力的計算標(biāo)準(zhǔn)。其值在表3中查到。根據(jù)經(jīng)驗，快進(jìn)時取，工進(jìn)時，快退時取。則液壓泵各階段的工作壓力為： 快進(jìn)時： I工進(jìn)時： II工進(jìn)時： 快退時： 2、液壓泵流量的計算 根據(jù)公式，液壓泵的流量應(yīng)為： 取回路泄露系數(shù)K=1.1，根據(jù)表3,表4，則有 根據(jù)計算結(jié)果，查閱產(chǎn)品目錄，選用YBX-50N-JB型限壓式變量葉片泵。其額定壓力Pn=6.3MPa,額定排量為60mL/r,滿足所設(shè)計系統(tǒng)的要求。 4、液壓泵電動機(jī)功率的確定 根據(jù)公式，限壓式變量葉片泵的電動機(jī)功率應(yīng)為： 由表3，表4可知，立置液壓缸在快退時的功率最大，為2256W，水平液壓缸在快進(jìn)時的功率最大，為161W，分別按照該階段的液壓泵所需驅(qū)動功率選擇電動機(jī)。對于立置液壓缸，泵的工作壓力Pp1=2.93+0.2=3.13MPa,流量為Qp1=0.77x10-3m3/s,而對于水平液壓缸,Pp2=0.87MPa,Qp2=0.283x10-3m3/s.取液壓泵的總效率，故所需的驅(qū)動功率為 查電動機(jī)產(chǎn)品目錄，選用YB2-132S-4型，其額定功率為5.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。 （二）控制閥的選擇 根據(jù)回路中最高壓力和最大流量來選擇控制閥，吸油口的濾油器的流量規(guī)格應(yīng)比泵的流量大一倍左右。各閥的規(guī)格見表5 表5 各元件規(guī)格 序號 元件名稱 通過閥的實際最大流量L/min 選用規(guī)格（Qxp） 1 限壓式變量葉片泵 69.5L/min YBX-50N-JB 69.5x6.3 2 三位五通電磁閥 46.2L/min 25D-63 63x6.3 3 三位五通電磁閥 23.3L/min 35E1-25 25x6.3 4 二位二通電磁閥 46.2L/min 25D-63 63x6.3 5 二位二通電磁閥 23.3L/min 35E1-25 25x6.3 6 單向閥 46.2L/min I-63 63x6.3 7 單向閥 23.3L/min I-25 25x6.3 8 調(diào)速閥 46.2L/min QI-63 63x6.3 9 減壓閥 23.3L/min J25 25x6.3 10 溢流閥 46.2L/min Y-63 63x6.3 11 溢流閥 23.3L/min Y-25 25x6.3 12 線隙式濾油器 69.5L/min T 13 壓力表 — Y-60(0~300) (三)、管道尺寸 根據(jù)公式可以粗略計算出管道內(nèi)徑其中Q為通過該管的最大流量，v為通過該管允許的流速，取v=1m/s，則 ，故取d=32mm. （四）、郵箱容量 按經(jīng)驗公式計算 查表選用YZ系列630升的液壓泵站。 六、液壓系統(tǒng)的驗算 （一）靜態(tài)特性的驗算 1、回路中的壓力損失 設(shè)進(jìn)油管、回油管的長度均為2m，運動粘度即，油液的密度ρ=0.9174×103㎏/m3,各元件的額定壓力損失查表可知，三位五通電磁閥為0.1MPa，二位二通電磁閥為0.1MPa,單向閥為0.2，溢流閥為0.2MPa，調(diào)速閥為0.5MPa。立置液壓缸各階段進(jìn)油路、回油路的流量和速度見表6，水平液壓計算情況類似，此處不做驗算。 表6立置液壓缸各階段流量和速度 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 1 2 進(jìn)油路流量 55 回油路流量 運動速度 4.9 （1） 快進(jìn)時的回路壓力損失 ① 進(jìn)油路壓力損失 a、 判斷流態(tài)： Re== 屬于層流 b、管路沿程損失 根據(jù)公式，進(jìn)油管的沿程損失為： c、管路局部損失 在未確定出管道結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)油管的局部損失按下面的公式計算 d、閥類局部損失 進(jìn)油路通過調(diào)速閥和三位五通電磁閥，故根據(jù)公式可計算 e、進(jìn)油路總的壓力損失為： =0.013+0.0013+0.09=0.104MPa. ② 回油路壓力損失 a、判斷流態(tài)： Re== 屬于層流 b、管路沿程損失 根據(jù)公式，回油管的沿程損失為： c、管路局部損失 在未確定出管道結(jié)構(gòu)的情況下，回油管的局部損失按下面的公式計算 d、閥類局部損失 回油路通過單向閥和二位二通電磁閥，故根據(jù)公式可計算 回油路總的壓力損失為： =0.011+0.0011+0.045=0.057MPa. ③ 快進(jìn)時總的壓力損失 計算總的壓力損失時必須把回油路的壓力損失折算到進(jìn)油路上，即 =+=0.104+0.057=0.152MPa. （2）I工進(jìn)時的回路壓力損失 工進(jìn)時進(jìn)入液壓缸的流量較小，故一定屬于層流。 ①進(jìn)油路壓力損失 a、沿程損失 b、管道局部損失 c、閥類局部損失 d、總的壓力損失 =（1.26+0.13+1.79）=1.95MPa ②回油路壓力損失 a、從以上計算進(jìn)油路通過管道的壓力損失都很小，回油路通過的流量更少，其壓力更少，可忽略不計。 b、通過閥的壓力損失 =++=3.18 ③工進(jìn)時總的壓力損失 = +=+=5.56 （3）II工進(jìn)時的回路壓力損失 工進(jìn)時進(jìn)入液壓缸的流量較小，故一定屬于層流。 ①進(jìn)油路壓力損失 a、沿程損失 b、管道局部損失 c、閥類局部損失 ②回油路壓力損失 a、從以上計算進(jìn)油路通過管道的壓力損失都很小，回油路通過的流量更少，其壓力更少，可忽略不計。 b、通過閥的壓力損失 =(0.78+0.078+1.31)=2.17 ③工進(jìn)時總的壓力損失 = +=+=7.67 (4) 快退時的回路壓力損失 ①進(jìn)油路壓力損失 b、 判斷流態(tài)： Re== 屬于層流 b、管路沿程損失 根據(jù)公式，進(jìn)油管的沿程損失為： c、管路局部損失 在未確定出管道結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)油管的局部損失按下面的公式計算 d、閥類局部損失 進(jìn)油路通過調(diào)速閥和兩個二位二通電磁閥，故根據(jù)公式可計算 e、進(jìn)油路總的壓力損失為： =0.011+0.0011+0.4555=0.4676MPa. ②回油路壓力損失 a、判斷流態(tài)： Re== 屬于層流 b、管路沿程損失 根據(jù)公式，回油管的沿程損失為： c、管路局部損失 在未確定出管道結(jié)構(gòu)的情況下，回油管的局部損失按下面的公式計算 d、閥類局部損失 回油路通過單向閥，故根據(jù)公式可計算 回油路總的壓力損失為： =++=0.0387MPa. ④ 快進(jìn)時總的壓力損失 計算總的壓力損失時必須把回油路的壓力損失折算到進(jìn)油路上，即 =+=0.4676+0.0359=0.51MPa. 2、液壓泵的工作壓力 由于組合機(jī)床在工作時立置液壓缸的工作壓力遠(yuǎn)大于水平液壓缸的工作壓力，故以立置液壓缸的工作壓力為系統(tǒng)工作壓力。且假設(shè)在任意工作階段水平液壓缸的壓力損失為0.5MPa。 （1）快進(jìn)壓力 （2）I工進(jìn)壓力 （3）II工進(jìn)壓力 (4)快退階段 由此可以看出，泵的工作壓力與開始粗略計算的工作壓力相接近。因此設(shè)計的液壓系統(tǒng)符合要求。 3、液壓回路和液壓系統(tǒng)的效率 ①立置液壓缸 該工作缸各階段所占用的時間分別為： 快進(jìn)： I工進(jìn)： II工進(jìn)： 快退： ②水平液壓缸 快進(jìn)： 工進(jìn)： 快退： 由于工進(jìn)占了主要工作時間，故系統(tǒng)的效率及系統(tǒng)發(fā)熱情況都可以用工進(jìn)時的情況來代表。根據(jù)公式，按，來計算 （1）回路效率 （2）系統(tǒng)效率 根據(jù)公式,其中 因變量泵在不同工作壓力的泄漏不同而有所變化，查表得P=1.47MPa時，=0.17KW，故為 取液壓缸的效率為0.9，則 從上述計算中可以看出，盡管采用了變量葉片泵，但因高壓下的泄漏大而效率低，致使整個系統(tǒng)效率都偏低，不過一般說來其效率又比定量泵要高得多。 （二）系統(tǒng)發(fā)熱量的計算 本機(jī)床只計算工進(jìn)時的發(fā)熱即可，查表可知，要求油液溫升。 由于立置液壓缸在工進(jìn)時液壓缸的負(fù)載F=12000N，工進(jìn)時的速度為0.045m/min，故輸出功率為： 水平液壓缸在工進(jìn)時液壓缸的負(fù)載F=3200N，速度為0.025，故輸出功率為： 故 故系統(tǒng)的發(fā)熱量為： 其中傳熱系數(shù)K=25W/（m2·℃），故符合系統(tǒng)要求。 七、結(jié)論 液壓傳動課程的設(shè)計，使我對液壓系統(tǒng)有進(jìn)一步的認(rèn)識，進(jìn)一步掌握了液壓元件的工作原理和在所設(shè)計液壓系統(tǒng)時對液壓元件的選用，同時學(xué)會了液壓集成單元圖的繪制以及集成塊的設(shè)計。在設(shè)計過程中，對其他液壓相關(guān)課程的知識進(jìn)行了加深和鞏固，通過為期十天的分析、計算、設(shè)計，對液壓知識有了進(jìn)一步的了解，設(shè)計出的液壓系統(tǒng)符合工作要求，達(dá)到了課程設(shè)計的目的。 26