臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計

課程設(shè)計說明書課程名稱：液壓與氣壓傳動題目名稱：臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計班級：姓名：學(xué)號:指導(dǎo)老師：評定成績：教室評語：指導(dǎo)老師簽名：20 年 月 日機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計 任務(wù)書題 目臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計內(nèi)容及基本要求 設(shè)計一臺臥式鉆、鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)。該機(jī)床用于加工鑄鐵箱形零件的孔系，運(yùn)動部件總重G=10000N，液壓缸機(jī)械效率為09，加工時最大切削力為12000N，工作循環(huán)為：“快進(jìn)工進(jìn)死擋鐵停留決退原位停止”。行程長度為0.4m，工進(jìn)行程為0.1 m?？爝M(jìn)和快退速度為0.1ms，工過速度范圍為310-4510-3ms，采用平導(dǎo)軌，啟動時間為0.2s。要求動力部件可以手動調(diào)整，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)平穩(wěn)、可靠。設(shè)計要求：1）、繪制液壓原理圖。2）、設(shè)計液壓站和油缸的裝配圖包括： 泵、電機(jī)和閥的選用 油箱、油缸、閥座的零件設(shè)計3）、課程設(shè)計計算說明書一份。設(shè)計起止時間2014 年 5 月 19 日 至 2014年 5 月 24 日學(xué)生簽名年 月 日指導(dǎo)教師簽名年 月 日目錄第一章 緒論 4 1.1 開發(fā)背景及系統(tǒng)特點(diǎn)4第二章 液壓系統(tǒng)的工況分析 4第三章 負(fù)載圖和速度圖的繪制 5第四章 液壓缸主要參數(shù)的確定 6第五章 液壓系統(tǒng)的擬定 8 5.1 液壓回路的選擇 8 5.2 液壓回路的綜合 11第六章 液壓元件的選擇 11 6.1 液壓泵 11 6.2 閥類元件及輔助元件 13 6.3 油管和油箱 13第七章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 14 7.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 14 7.2 油液溫升驗(yàn)算 16第八章 設(shè)計總結(jié) 17參考文獻(xiàn) 17臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書第一章 緒論1.1 開發(fā)背景及系統(tǒng)特點(diǎn)本次課程設(shè)計將以組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計為例，介紹該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計步驟，其中包括組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗(yàn)算等。組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具而組成的半自動或自動專用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機(jī)床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時加工的方式，能完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、動作靈活、操作方便、調(diào)速范圍大、可無級連讀調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在組合機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。第二章液壓系統(tǒng)的工況分析一、工作負(fù)載工作負(fù)載是在工作過程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，即 =12000N 二、慣性負(fù)載最大慣性負(fù)載取決于移動部件的質(zhì)量和最大加速度。已知加、減速時間為0.2s，工作臺最大移動速度，即快進(jìn)、快退速度為0.1m/s，因此慣性負(fù)載為： 三、阻力負(fù)載阻力負(fù)載主要是工作臺的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動摩擦阻力兩部分。靜摩擦阻力 動摩擦阻力 根據(jù)上述負(fù)載力計算結(jié)果，可得出液壓缸在各個工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況，如下表所示： 注：1、液壓缸的機(jī)械效率為0.9 2、不考慮動力滑臺上的顛覆力矩的作用。液壓缸各運(yùn)動階段負(fù)載表運(yùn)動階段負(fù)載組成負(fù)載F/N推力/N起動=20002222.2加速=+1510.21687快進(jìn)=10001111.1工進(jìn)1300014444.4快退10001111.1 第三章 負(fù)載圖和速度圖的繪制按上面計算的數(shù)值以及已知條件進(jìn)行繪制，即可繪制出負(fù)載和速度圖，如下所示：速度圖負(fù)載圖第四章 液壓缸主要參數(shù)的確定由液壓傳動表11-2和表11-3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為14444.4N是宜取=4MPa。快退時回油腔中也是有背壓的，這時選取背壓值=0.6MPa。取液壓缸無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的2倍 故有 快進(jìn)速度V快=0.1m/s，工進(jìn)速度V工進(jìn)=0.005m/s,相差很大,應(yīng)進(jìn)行差動換接,取k= A2/ A1=0.5,則：d = 0.707D=0.70775.83=53.62mm，根據(jù)GB/T23482001對液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=80mm，活塞桿直徑為d=60mm。中低壓液壓系統(tǒng),由其切削加工性能確定液壓缸筒壁厚，按薄壁圓筒計算壁厚： 額定工作壓力： Pn=7MPa<16MPa 試驗(yàn)壓力為： Py=1.5Pn=1.57=10.5MPa許用應(yīng)力?。?（ 取安全系數(shù)n=5） 此時液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量q=0.05L/min因工進(jìn)速度為0.00265m/s為最小速度，則有q/v=50000/15.9=3145因?yàn)?50243145，滿足最低速度的要求。初步確定液壓缸流量為：快進(jìn)：=30L/min =15L/min =15L/min工進(jìn)：=0.8L/min根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計算結(jié)果，進(jìn)一步計算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率值，如下表所示：工作循環(huán)計算公式負(fù)載F（N）進(jìn)油壓力（Mpa）回油壓力（Mpa）所需流量Q（L/min）輸入功率P(kw)差動快進(jìn)Pj=(F+p A2)/（A1-A2）Q=v（A1-A2）P= PjQ 1111.10.780.516.950.22工進(jìn)Pj=(F+Ph A2)/A1Q=v A1P= PjQ14444.443.230.81.510.081快退Pj=(F+Ph A1)/ A2Q=v A2P= PjQ1111.111.680.613.190.369第五章 液壓系統(tǒng)圖的擬定5.1液壓回路的選擇首先要選擇調(diào)速回路。這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運(yùn)動速度低，工作負(fù)載變化小，故采用節(jié)流調(diào)速的開式回路是合適的，為了增加運(yùn)動的平穩(wěn)性，防止鉆孔時工件突然前沖，系統(tǒng)采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路中加背壓閥。從工況圖中可以清楚地看到，在這個液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，液壓缸要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流量的油源。最大流量和最小流量之比約為11，而快進(jìn)快退的時間和工進(jìn)所需的時間分別為： 即是/=3。因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度上來說，采用單個定量泵作為油源顯然是不合適的，而宜選用大、小兩個液壓泵自動并聯(lián)供油的油源方案。如下圖所示：雙泵供油油源其次是選擇快速運(yùn)動和換向回路。系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速回路后，不管采用什么油源形式都必須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸的兩腔，以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動。本系統(tǒng)中，單桿液壓缸要作差動連接，所以它的快進(jìn)快退換向回路，如下圖所示：換向回路再次是選擇速度緩解回路，工況圖可以看出，當(dāng)動力頭部件從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時滑臺速度變化較大，可選用行程閥來控制快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的速度換接，以減少液壓沖擊，圖如下所示：速度換接回路夾緊回路的選擇，用三位四通電磁閥來控制夾緊、松開換向動作時，為了避免工作時突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式。考慮到夾緊時間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時下降時仍能保持夾緊力，所以單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定，圖示如下所示：5.2液壓回路的綜合液壓回路的綜合和整理 第六章 液壓元件的選擇6.1液壓泵工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，取進(jìn)油總壓力損失=0.5MPa,壓力繼電器可靠動作需要壓力差0.5MPa,則液壓泵最高工作壓力Pp=+0.5MPa=4.8MPa因此泵的額定壓力Pr1.254800000Pa=6MPa工進(jìn)時所需要流量最小是0.8L/min,設(shè)溢流閥最小流量為2.5L/min,則小流量泵的流量（1.1*0.32+2.5）L/min=2.85L/min快進(jìn)快退時液壓缸所需的最大流量為15.4L/min,則泵總流量qp=1.1*15.4L/min=16.9L/min。即大流量泵的流量qp-=（16.9-2.85）L/min=14L/min根據(jù)上面計算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力6.3MPa，額定轉(zhuǎn)速960r/min二、電動機(jī)的驅(qū)動功率系統(tǒng)為雙泵共有系統(tǒng)，其中小泵的流量=（0.04/60）/s=0.000667/s大泵的流量=（0.012/60）/s=0.0002/s差動快進(jìn)，快退時的兩個泵同時向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載?？爝M(jìn)時，小泵的出口壓力損失0.45MPa，大泵出口損失0.15MPa。小泵出口壓力=1.26MPa(總功率=0.5)大泵出口壓力=1.41MPa（總功率=0.5)電動機(jī)功率=/+/=0.73Kw工進(jìn)時調(diào)速閥所需要最小壓力差0.5MPa。壓力繼電器可靠需要動力差0.5MPa。因此工進(jìn)時小泵的出口壓力=+0.5+0.5=4.8Pa.大泵的卸載壓力取=0.2Pa小泵的總功率=0.565大泵總功率=0.3電動機(jī)功率=/+/=0.7Kw快退時小泵出口壓力=1.65MPa(總功率=0.5)大泵出口壓力=1.8MPa(總功率=0.5)電動機(jī)功率=/+/=0.9Kw快退時所需的功率最大。根據(jù)查樣本選用Y90L-6異步電動機(jī)，電動機(jī)功率1.1Kw。額定轉(zhuǎn)速910r/min6.2閥類元件及輔助元件液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、換向閥、單項(xiàng)閥等閥類元件以及濾油器、空氣濾清器等輔助元件。 閥類元件的選擇序號元件名稱最大通過流量規(guī)格額定流量額定壓力MPa型號1三位五通電磁閥20636.335-63BY2行程閥20636.3AXQF-E10B(單向行程調(diào)速閥)3調(diào)速閥1.51106.34單向閥20256.35單向閥18256.3AF3-Ea10B6液控順序閥16256.3XF3-E10B7背壓閥0.125106.3YF3-E10B8溢流閥4106.3YF3-E10B9單向閥16256.3AF3-Ea10B10單向閥16256.3AF3-Ea10B11過濾器3060XU-63x80-J12壓力繼電器HED1kA/106.3油管和油箱各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、輸出的最大流量計算。由于液壓泵的具體選定之后液壓缸在各階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算如表所示液壓缸的進(jìn)、出流量和運(yùn)動速度流量、速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/(L/min)排出流量/(L/min)運(yùn)動速度/(m/min)當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/min時，可算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：這兩根有關(guān)按GB/T2351-2005選用外徑mm、內(nèi)經(jīng)mm的無縫鋼管。油箱容積按公式計算，當(dāng)去K為6時，求得其容積為V=640=240L，按GB2876-81規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。第七章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算7.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值一、工進(jìn)工進(jìn)時管路的流量僅為0.8L/min,因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部損失都非常小，可以忽略不計。這時進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的損失0.5MPa，回油路上只有背壓閥損失，小流量泵的調(diào)整壓力：Pp= +0.5+0.5=4.8MPa二、快退時的壓力損失及大流量泵卸載壓力的調(diào)整快退時進(jìn)油管和回油管長度為1.8m，有油管直徑d=0.015m，通過的流量為進(jìn)油路 =16L/min，回油路 =32L/min。液壓系統(tǒng)選用N32號液壓油，考慮最低工作溫度為15，有手冊查出此時油的運(yùn)黏度V=1.5st，油的密度P=900kg/ ，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式則進(jìn)油路中的液流雷諾數(shù)為：R=10000vd/r=151<2300回油路中液流的雷諾數(shù)為：R=302<2300由上可知，進(jìn)回油路的流動都是層流進(jìn)油路上，流速 則壓力損失為： =64lp /Rd2=0.52MPa在回油路上，流速為進(jìn)油路速的兩倍即V=3.02m/s，則壓力損失為： =1.04MPa三、局部壓力損失元件名稱額定流量實(shí)際流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失單向閥251620.082電液換向閥251620.082電磁閥631640.026順序閥631640.026取集成塊進(jìn)油路的壓力損失0.03MPa，回油路壓力損失為0.05MPa，則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為：P1=0.082+0.082+0.026+0.082+0.03=0.275MPaP2=0.082+0.082+0.026+0.082+0.026+0.05=0.348MPa快退負(fù)載時液壓缸負(fù)載F=1111N，則快退時液壓缸的工作壓力P=（F+P2A1）/A2=1.16MPa快退時工作總壓力為P+P1=1.435MPa大流量泵卸載閥的調(diào)整壓力應(yīng)大于1.435MPa綜上，各種工況下世紀(jì)壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近，說明液壓系統(tǒng)滿足要求7.2 油液溫升驗(yàn)算系統(tǒng)的主要發(fā)熱是在工進(jìn)階段造成的工進(jìn)時輸入功率：P1=701Kw工進(jìn)時液壓缸的輸出功率：P2=FV=(144440.00265)W=38.3W系統(tǒng)總發(fā)熱功率=P1-P2=662.7W已知油箱容積V=250L，則油箱近似散熱面積A=2.58 假定通風(fēng)良好，取消散熱系數(shù)Cr=0.015Kw/( )可得油液升溫為T1=/CrA=17.1設(shè)環(huán)境溫度T2=25則熱平衡溫度為T=T1+T2=42.555所以油箱散熱可達(dá)到要求第八章 設(shè)計總結(jié)本次液壓傳動課程設(shè)計耗費(fèi)了整整一個周的時間。在這一周的課程設(shè)計中，能學(xué)到的東西真的很有限，但是不能說一點(diǎn)收獲都沒有，我想我知道了一般機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計框架而且我也掌握了設(shè)計一個液壓系統(tǒng)的步驟，本次課程設(shè)計是我們對所學(xué)知識運(yùn)用的一次嘗試，是我們在液壓知識學(xué)習(xí)方面的一次有意義的實(shí)踐。一開始做課程設(shè)計時自己根本就不知道從哪兒開始做，看著書本的以及各種參考書費(fèi)了很長時間才慢慢的搞懂，本次設(shè)計涉及了液壓傳動的大部分知識，也使我們很好的將課本上的知識與實(shí)際結(jié)合起來，收獲頗多，特別是收集資料和信息的能力，這也是我們大學(xué)期間一次難得機(jī)會，總之是獲益匪淺。參考文獻(xiàn)1.液壓與氣壓傳動 張元越.西安交通大學(xué)出版社2液壓傳動 王積偉.章宏甲.機(jī)械工業(yè)出版社3.液壓系統(tǒng)設(shè)計元器件選型手冊 周恩濤.機(jī)械工業(yè)出版社4. 液壓傳動與控制（第二版） 國防工業(yè)出版社臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓動力系統(tǒng)圖 1、大泵，2、小泵，3、濾油器，4、外控順序閥，5、單向閥， 6、溢流閥，7、電液換向閥，8、單向行程調(diào)速閥，9、壓力繼電器，10、主液壓缸，11、二位三通電磁換向閥，12、背壓閥，13、二位二通換向閥，A、快進(jìn)： 1YA通電，電液換向閥左位工作， 大泵單向閥5電液換向閥7行程閥14主液壓缸無桿腔小泵2單向閥5電液換向閥7行程閥14主液壓缸無桿腔液壓缸有桿腔電磁閥11電液換向閥7單向行程調(diào)速閥8油箱（差動換接）B：工進(jìn)： 3YA通電，切斷差動油路，快進(jìn)行程到位，擋鐵壓下行程閥8，切斷快進(jìn)油路，3YA通電，切斷差動油路，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，液壓系統(tǒng)工作壓力升高到溢流閥5調(diào)定壓力，進(jìn)油路高壓油切斷單向閥5供油路,打開外控順序閥4，大泵卸荷，接通經(jīng)背壓閥12通油箱油路。大泵外控順序閥4（卸荷閥）油箱（大泵卸荷）小泵2電液換向閥7單向行程調(diào)速閥8主液壓缸無桿腔主液壓缸有桿腔電磁閥11電液換向閥7背壓閥12油箱C、快退： 1YA斷電，2YA、3YA、4YA通電工進(jìn)結(jié)束，液壓缸碰上死擋鐵，壓力升高到壓力繼電器調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)出信息，1YA斷電，2YA、3YA、4YA通電大泵單向閥5電液換向閥7電磁閥11主液壓缸有桿腔小泵2單向閥5電液換向閥7電磁閥11主液壓缸有桿腔主液壓缸無桿腔單向行程調(diào)速閥8電液換向閥7電磁閥13油箱小泵2單向行程調(diào)速閥8電液換向閥7電磁閥13油箱 主液壓缸無桿腔快退到位碰行程開關(guān)，行程開關(guān)發(fā)信，6YA通電，下步工件松夾。D、工件松夾： 6YA通電壓力油減壓閥14單向閥15電磁閥定位缸19和定位缸18的有桿腔定位缸19無桿腔電磁閥油箱夾緊缸18無桿腔單向順序閥的單向閥電磁閥油箱工件松夾后發(fā)出信息，操作人員取出工件。