臥式鉆床液壓系統(tǒng).docx

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1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 1．設(shè)計(jì)目的： 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，是在完成《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程理論教學(xué)以后所進(jìn)行的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)課程設(shè)計(jì)對(duì)所學(xué)內(nèi)容能夠靈活掌握，融會(huì)貫通，并獲得綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下目的： 1.鞏固和深化已學(xué)的液壓傳動(dòng)的理論知識(shí)，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟； 2.鍛煉機(jī)械制圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程運(yùn)算的能力； 3.熟悉液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及液壓元件的選擇方法； 4.學(xué)會(huì)使用有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、液壓手冊(cè)及產(chǎn)品樣本等有關(guān)技術(shù)資料。 2．設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)

2、據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）： 工作循環(huán)：手工上料——自動(dòng)夾緊——工作臺(tái)快進(jìn)——銑削進(jìn)給——工作臺(tái)快退——夾具松開(kāi)——手工卸料。 工作臺(tái)液壓缸負(fù)載力（KN）：FL＝2.0 夾緊液壓缸負(fù)載力（KN）：Fc ＝4.8 工作臺(tái)液壓缸移動(dòng)件重力（KN）：G＝3.5 夾緊液壓缸負(fù)移動(dòng)件重力（N）：Gc＝45 工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度（m/min）：V1=V3＝6.5 夾緊液壓缸行程（mm）：Lc＝10 工作臺(tái)工進(jìn)速度（mm/min）：V2＝48 夾緊液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間（S）：tc＝1 工作臺(tái)液壓缸快進(jìn)行程（mm）：L1 ＝450

3、 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)：μs=0.2 工作臺(tái)液壓缸工進(jìn)行程（mm）：L2 ＝80 導(dǎo)軌面動(dòng)摩擦系數(shù)：μd=0.1 工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)間（S）：Dt=0.5 3．設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等〕： （1) 液壓系統(tǒng)原理圖1張； (2) 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)1份。  一. 運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析 二．計(jì)算液壓缸尺寸和所需流量 三．確定液壓系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)圖 四．選擇液壓元件和確定輔助裝置 五．確定電機(jī)功率 六．液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算  序號(hào) FL FC G GC V1 V2 L1 L2

4、 LC tC 8 2.0 4.8 3.5 45 6.5 48 450 80 10 1 一運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析 根據(jù)主機(jī)要求畫(huà)出動(dòng)作循環(huán)圖，然后根據(jù)動(dòng)作循環(huán)圖和速度要求畫(huà)出速度與路程的工況圖。 夾緊 快進(jìn) 工進(jìn)

5、 快退 松開(kāi) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 1.1工作負(fù)載 1）夾緊缸 工作負(fù)載：Fl = FC + GCμs=4800+45*0.2=4809N F2= FC + GCμd=4800+45*0.1=4804.5N 夾緊缸最大夾緊力Fmax Fmax=F1/0.9=5343N 夾緊缸最小夾緊力Fmin Fmin=F2/0.9=5338N 由于夾緊缸的工作對(duì)于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中把夾緊缸的工作過(guò)

6、程簡(jiǎn)化為全程的勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以不考慮夾緊缸的慣性負(fù)載等一些其他的因素。 2)工作臺(tái)液壓缸 工作負(fù)載極為切削阻力FL=2.0KN。 1.2摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力： (1)靜摩擦阻力 Ffs=μs*G=0.23500=700N==m (2)動(dòng)摩擦阻力 Ffd=μd*G=0.13500=350N 1.3慣性負(fù)載 Fi=Gg△v△t=Gg（v1-0）△t=35009.86.5/600.5=77.38N 1.4負(fù)載圖與速度圖的繪制 快進(jìn) t1=L1V1=4506.

7、5103∕60=4.15s 工進(jìn) t2=L2V2=804860=100s 快退 t3=L1+L2V3=450+806.5103∕60=4.89s 因?yàn)橐簤焊椎氖芰€有密封阻力，所以假設(shè)液壓缸機(jī)械效率ηcm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1.1所示。 表1.1液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力 工況 負(fù)載組成 液壓缸負(fù)載F/N 液壓缸推力F0=F/ηcm/N 啟動(dòng) F=Ffs 700 777.8 加速 F=Ffd+Fi 427.38 474.87 快進(jìn) F=Ffd 350 388.9

8、 工進(jìn) F=Ffd+FL 2350 2611.1 反向啟動(dòng) F=Ffs 700 777.8 加速 F=Ffd+Fi 427.38 474.87 快退 F=Ffd 350 388.9 表二 液壓缸負(fù)載與工作壓力之間的關(guān)系: 負(fù)載/ KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 表三 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列：（mm） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125

9、 140 160 180 200 220 250 320 400 500 630 表四 活塞桿直徑尺寸系列：（mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 55 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 136 400 速度與路程的工況圖： 負(fù)載與路程的工況圖： 二．計(jì)算液壓缸尺寸和所需流量： 1. 工作壓力的確定，查表

10、二，取工作壓力P=1MPa 2. 計(jì)算液壓缸尺寸 （1）液壓缸的有效工作面積A1 A1==2611.11000000=2611（mm2） 液壓缸內(nèi)徑： D=(4A1/π)1/2=57.7(mm) 查表三，取標(biāo)準(zhǔn)值D=63mm （2）活塞桿直徑： 要求快進(jìn)與快退的速度相等，故用差動(dòng)連接方式，所以，取d=0.7D=44.1mm,查表四，取標(biāo)準(zhǔn)值d=45mm。 （3）缸徑、桿徑取標(biāo)準(zhǔn)值后的有效工作面積： 無(wú)桿腔有效工作面積： A1=D2=X632=3116（mm2） 活塞桿面積：

11、 A3=d2=X452=1590（mm2） 有桿腔有效工作面積： A2=A1-A3=3116-1590=1526（mm2） A1 A2 A3 3. 確定液壓缸所需的流量： 快進(jìn)流量qkj: qkj=A3V1=8.745103≈9(L/min) 快退流量qkt: qkt=A2V3=8.3910-3=8(L/min) 工進(jìn)流量qj: qgj=A1V2=3116X10-6X0.048≈0.15(L/min) 4.夾緊缸的有效面積、工作壓力和流量的確定： （1） 確定夾緊缸的工作壓力： 查表二，取工作壓力Pj=2

12、MPa （2） 計(jì)算夾緊缸有效面積、缸徑、桿徑： 夾緊缸有效面積Aj: Aj==53432 =2671.5(mm2) 夾緊缸直徑Dj: Dj=(4Aj/π)1/2=58.3(mm) 取標(biāo)準(zhǔn)值為Dj=63mm 則夾緊缸的有效面積為: Aj=Dj2=3115.67(mm2) 活塞桿直徑dj: dj=0.5Dj=32(mm) 夾緊缸在最小夾緊力時(shí)的工作壓力為： Pjmin==53383115.671000000≈1.7110-6=2MPa （3） 計(jì)算夾緊缸的流量qj qj=AjVj=3115.6710-61010-360≈1.87(L/min) 三．

13、 確定液壓系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)圖 1．確定執(zhí)行元件的類型 （1）工作缸：根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)要求，選用無(wú)桿腔面積等于兩倍有桿腔面積的差動(dòng)液壓缸。 （2）夾緊缸：由于結(jié)構(gòu)上的原因和為了有較大的有效工作面積，采用單桿液壓缸。 2．換向方式確定 為了便于工作臺(tái)在任意位置停止，使調(diào)整方便，所以采用三位換向閥。為了便于組成差動(dòng)連接，應(yīng)采用三位五通換向閥?？紤]本設(shè)計(jì)機(jī)器工作位置的調(diào)整方便性和采用液壓夾緊的具體情況，采用“Y”型機(jī)能的三位五通換向閥。 3.調(diào)整方式的選擇 在組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)鉆、鏜類專機(jī)工作時(shí)對(duì)

14、對(duì)低速性能和速度負(fù)載都有一定要求的特點(diǎn)，采用調(diào)速閥進(jìn)行調(diào)速。為了便于實(shí)現(xiàn)壓力控制，采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速。同時(shí)為了考慮低速進(jìn)給時(shí)的平穩(wěn)性，以及避免鉆通孔終了時(shí)出現(xiàn)前沖現(xiàn)象，在回油路上設(shè)有背壓閥。 4．快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的控制方式的選擇 為了保證轉(zhuǎn)換平穩(wěn)、可靠、精度高，采用行程控制閥。 5．終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制方式的選擇 根據(jù)鏜削時(shí)停留和控制軸向尺寸的工藝要求，本機(jī)采用行程開(kāi)關(guān)和壓力繼電器加死擋鐵控制。 6．實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的供油部分設(shè)計(jì) 因?yàn)榭爝M(jìn)、快退和工進(jìn)的速度相差很大，為了減少功率損耗，采用雙聯(lián)泵驅(qū)動(dòng)（也可采用變量泵）。工進(jìn)時(shí)中壓小流量泵供油，并控制液壓卸荷閥，使低壓大流量泵卸荷；快進(jìn)時(shí)兩泵同時(shí)

15、供油。 7．夾緊回路的確定 由于夾緊回路所需壓力低于進(jìn)給系統(tǒng)壓力，所以在供油路上串接一個(gè)尖壓閥。此外為了防止主系統(tǒng)壓力下降時(shí)（如快進(jìn)和快退）影響夾緊系統(tǒng)的壓力，所以在減壓閥后串接一個(gè)單向閥。 夾緊缸只有兩種工作狀態(tài)，故采用二位閥控制。這里采用二位五通帶鋼球定位的電磁換向閥。 為了實(shí)現(xiàn)夾緊后才能讓滑臺(tái)開(kāi)始快進(jìn)的順序動(dòng)作，并保證進(jìn)給系統(tǒng)工作時(shí)夾緊系統(tǒng)的壓力始終不低于所需要的最小夾緊力，故在夾緊回路上安裝一個(gè)壓力繼電器。當(dāng)壓力繼電器工作時(shí)，滑臺(tái)進(jìn)給；當(dāng)夾緊力降到壓力繼電器復(fù)位時(shí)，換向閥回到中位，進(jìn)給停止。 根據(jù)以上分析，繪出液壓系統(tǒng)圖如 1.2雙聯(lián)泵 3.三位五通電磁閥 4

16、.減壓閥 5.安全閥 6.背壓閥 7.順序閥 8.9.10.12.15單向閥 11.行程控制閥 13.調(diào)速閥 14.二位五通電磁換向閥 16.17壓力繼電器 18.液壓缸 19.夾緊缸 1. 夾緊：3YA通電 進(jìn)油：（1-9、2-8）-4-15-14（右位）-19（上腔）-下移 回油：19（下腔）-14（右位）-油箱 2. 快進(jìn)：1YA通電 進(jìn)油：（1-9、2-8）-3（左位）-11-18（左腔）-右移 回油：18（右腔）-3（左位）-8-11-18（左腔）-右移 3. 工進(jìn)：11切斷 進(jìn)油：2-10-3（左位）-13-18（左腔）-右移 回油：18（右腔）-3（左位）

17、-6-油箱 4. 快退：2YA通電 進(jìn)油：（1-9、2-10）-3（右位）-18-左移 回油：18（左腔）-12-3（右位）-油箱 5. 松開(kāi)：4YA通電 （1-9、2-10）-4-15-14（左位）-19（下腔）-上移 開(kāi)關(guān) 動(dòng)作 1YA 2YA 3YA 4YA 行程閥 壓力繼電器 夾緊 - - + - - - 快進(jìn) + - + - - - 工進(jìn) + - + - + - 快退 - + + - + - 松開(kāi) - - - + - + 四．選擇液壓元件和確定輔助裝置： 1.

18、選擇液壓泵： （1）泵的工作壓力的確定： 初算時(shí)可取∑△P=0.5MPa-1.2MPa,考慮背壓，現(xiàn)取∑△P=1MPa。泵的工作壓力Pb初定為Pb=P+∑△P=1+1=2(MPa)。 式中P為液壓缸的工作壓力；∑△P為系統(tǒng)的壓力損失。 執(zhí)行元件背壓力估計(jì)值 系統(tǒng)類型 背壓力/MPa 中低壓系統(tǒng)0-8MPa 簡(jiǎn)單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.5~0.8 回油路帶背壓閥 0.5~1.5 采用帶補(bǔ)液泵的閉式回路 0.8~1.5 （2）泵的流量的確定： 1.快速進(jìn)退時(shí)泵的流量：

19、 由于液壓缸采用差動(dòng)連接方式，而有桿腔有效面積A2小于活塞桿面積A3，故在速度相等的情況下，快退所需的流量小于快進(jìn)的流量，故按快進(jìn)考慮。 快進(jìn)時(shí)缸所需的流量為： qkt=A2Vk=8.74510-3=9(L/min) 快進(jìn)時(shí)泵應(yīng)供油量為： qktb=Kqkt=1.1X9=9.9(L/min) 式中K為系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般K=1.1-1.3，此處取K=1.1。 2.工進(jìn)時(shí)泵的流量： 工進(jìn)時(shí)缸所需的流量為： qgj=A1Vg=3116X10-6X0.048=0.15 (L/min) 工進(jìn)時(shí)泵應(yīng)供流量為

20、： qgjb=Kqgj=1.1X0.15=0.165(L/min) 考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點(diǎn)，需加上溢流閥的最小溢流量（一般取3L/min）,所以 qgjb=0.17+3=3.17(L/min) 根據(jù)組合機(jī)床的具體情況從產(chǎn)品樣本中選用YB-4/6型雙聯(lián)葉片泵，此泵在快速進(jìn)退時(shí)（低壓狀態(tài)下雙泵供油）提供流量為： qmax=4+6=10(L/min)=qktb 在工進(jìn)時(shí)（高壓狀態(tài)下小流量的泵供油）提供的流量為 qmin=4(L/min)＞qgjb 故所選泵符合系統(tǒng)要求。 （3）驗(yàn)算快進(jìn)、快退的實(shí)際速度： Vkj=qmax/A3=10X10-3/1

21、590X10-6=6.3(m/min) Vkt=qmax/A2=10X10-3/1526X10-6=6.6(m/min) 2.選擇閥類元件： 各類閥可按通過(guò)該閥的最大流量和實(shí)際工作壓力選取，閥的調(diào)整壓力值，必須在確定了管路的壓力損失和閥的壓力損失后才能確定。 3.確定油管尺寸： （1） 油管內(nèi)徑的確定： 可按下式計(jì)算： d2=q 泵的最大流量為10L/min,但在系統(tǒng)快進(jìn)時(shí)，部分油管流量可達(dá)20L/min。按20L/min計(jì)算，取V為 4m/s,則 d=(4X0.020/3.14X4X60) 1/2=10(mm) (2) 按標(biāo)準(zhǔn)選取油管： 可按標(biāo)準(zhǔn)選取

22、內(nèi)徑d=10mm，壁厚為1mm的紫銅管，安裝方便處可選用內(nèi)徑d=10mm，外徑D=16mm的無(wú)縫鋼管。 5. 確定油箱容量： 本設(shè)計(jì)為中壓系統(tǒng)，油箱有效容量可按泵每分鐘內(nèi)公稱流量的5-7倍來(lái)確定。 V=5Xqb=5X10=50(L) 6.工進(jìn)時(shí)所需的功率 根據(jù)p1A1 = F + A2p2，工進(jìn)時(shí)油路的流量?jī)H為0.15L/min，因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上只考慮調(diào)速閥的損失0.6MPa，回油路上只有被壓閥損失，還有夾緊缸的壓力2MPa，小流量泵的調(diào)整壓力p=p1+2+0.6+0.8=4.3MPa 工進(jìn)時(shí)

23、泵1的調(diào)整壓力為4.3MPa流量為4L/min.泵2卸荷時(shí)，其卸荷壓力可視為零取其效率η=0.75 所以工進(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為 p=＝0.18Kw Pb1液壓泵的最大公最壓力（Pa） Qb1液壓泵的輸出流量（m3/s） 7.快進(jìn)快退時(shí)所需的功率 p==0.3Kw 序號(hào) 名稱 通過(guò)流量（L/min） 型號(hào)及規(guī)格 1.2 雙聯(lián)葉片泵 10 YB-4/6 3 三位五通電磁閥 9.9 34EF3Y-E10B 4 減壓閥 1.87 Y-10B 5. 安全閥 3.375 YF3-10B 6 背壓閥 ＜1 B-10B 7 順序閥 11.57

24、 AXF3-10B 8.9.10.12.15 單向閥 11.57 YAF3-Ea10B 11 行程閥 -- k-6B 13 調(diào)速閥 <1 QF3-E6aB 14 二位五通電磁換向閥 1.87 23D-10B 16.17 壓力繼電器 -- PF-D8L 五．確定電機(jī)功率 由于快速運(yùn)動(dòng)所需電機(jī)功率大于工作進(jìn)給所需電機(jī)功率，故可按快速所需的功率來(lái)選取電機(jī)，現(xiàn)按標(biāo)準(zhǔn)選取電機(jī)功率為1.1Kw。具體型號(hào)可參考相關(guān)手冊(cè)。 六．液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 1．油液溫升驗(yàn)算 工作在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所占的時(shí)間比例達(dá)92%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液升溫可按工進(jìn)時(shí)的工況

25、來(lái)計(jì)算。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為P=pq=Fv=2611.10.04860=2.1W，這時(shí)大流量液壓泵經(jīng)過(guò)溢流閥卸荷，小流量泵在高壓下供油，所以兩個(gè)泵的總輸出功率為P1==(4.31060.00317)/(0.7560)=302.9 W,由此求得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為Hi=P1-Pe=(302.9-2.1)W=300.8W, 當(dāng)油箱的高、寬、長(zhǎng)比例在1：1：1到1：2：3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80％時(shí)，油箱散熱面積近似為： 式中 V為油箱有效容積（）；A為散熱面積 取油箱有效容積，散熱系數(shù) 按計(jì)算，所以油液的溫升為： 查得《液壓與氣壓傳動(dòng)》章宏甲主編P338表8-19可知，此溫升值沒(méi)有超過(guò)允許范圍，所以該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。 2．驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失 由于系統(tǒng)的具體管道布置尚未具體確定,整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無(wú)法全面估算。所以只能估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布置圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。本設(shè)計(jì)鏜床液壓系統(tǒng)為小型液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失很小，可以不考慮。