單面多孔鉆床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì).doc

武漢紡織大學(xué)課程設(shè)計(jì)液壓課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（一）設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面多軸鉆孔機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，有三個(gè)液壓缸，分別完成鉆削（快進(jìn)、工進(jìn)、快退）、夾緊工件（夾緊、松開）、工件定位（定位、拔銷）。其工作循環(huán)為：定位 夾緊 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 原位停止 松開，如1圖所示：（二）原始數(shù)據(jù)1. 主軸數(shù)及孔徑：主軸6根，孔徑14mm;2. 總軸向切削阻力：20000N3. 運(yùn)動(dòng)部件重量：30000N4. 快進(jìn)、快退速度：6m/min;5. 工進(jìn)速度：0.021.2m/min6. 行程長(zhǎng)度：250mm7. 導(dǎo)軌形式及摩擦系數(shù)：平導(dǎo)軌，8. 加速、減速時(shí)間：大于0.2秒9. 夾緊力：4000N10. 夾緊時(shí)間：12秒11. 夾緊液壓缸行程長(zhǎng)度：16mm（三）系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1. 夾緊后在工作中如突然停電時(shí)，要保證安全可靠，當(dāng)主油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)，夾緊缸保持夾緊力；2. 快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)要平穩(wěn)可靠3. 鉆削是速度平穩(wěn)，不受外載干擾，孔鉆透時(shí)不前沖（四）最后提交內(nèi)容（電子稿和打印稿各一份）1. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書各一份2. 系統(tǒng)原理圖一份，含電磁鐵動(dòng)作順序表，主要元件明細(xì)表3. 液壓閥塊二維CAD零件圖（A3，比例1：1或者1：2）4. 液壓閥塊三位實(shí)體圖5. 可選部分，包含液壓閥塊，閥塊安裝件的三維實(shí)體圖21目錄液壓課程設(shè)計(jì)任務(wù)書I1工況分析1 1.1動(dòng)作要求分析 1 1.2設(shè)計(jì)要求及工況分析1 1.3負(fù)載圖和速度圖的繪制 1 2液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)22.1確定液壓泵類型及調(diào)速方式22.2選用執(zhí)行元件22.3快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路22.4換向回路的選擇22.5定位夾緊回路的選擇22.6動(dòng)作換接的控制方式選擇 22.7液壓基本回路的組成33液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算43.1液壓缸參數(shù)計(jì)算43.1.1初選液壓缸的工作壓力43.1.2計(jì)算液壓缸主要尺寸43.1.3確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞直徑63.1.4計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率63.2確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)7 3.2.1計(jì)算液壓泵的壓力73.2.2計(jì)算液壓泵的流量7 3.2.3選用液壓泵規(guī)格和型號(hào)74液壓原件的選擇84.1液壓閥及過(guò)濾器的選擇 84.2油管的選擇 84.3油箱容積的確定85驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能95.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整95.1.1工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和泵的壓力調(diào)整95.1.2快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算95.2液壓系統(tǒng)的熱和溫升驗(yàn)算115.2.1系統(tǒng)發(fā)熱量的計(jì)算115.2.2系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算116總結(jié) 127參考文獻(xiàn) 121、工況分析1.1動(dòng)作要求分析根據(jù)主機(jī)動(dòng)作要求畫出動(dòng)作循環(huán)圖如圖1-1快進(jìn)工進(jìn)快退拔銷松開定位夾緊圖1-1 動(dòng)作循環(huán)圖1.2負(fù)載分析負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：切削力，導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜壓力為Ffs，動(dòng)摩擦力為Ffd，則Ffs=fsFN=0.230000N=60000NFfd=fdFN=0.130000N=3000N而慣性力 Fm=N=1530.6N 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦里的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率m=0.95，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見表1-1 表1-1 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段計(jì)算公式總機(jī)械負(fù)載F/N定位夾緊 4000快進(jìn)啟動(dòng)F=Ffs/m6315.8加速F=(Ffd+Fm)/ m4769.1快進(jìn)F=Ffd/m3157.9工進(jìn)F=(Ft+ Ffd)/ m24210.5快退F= Ffd/m3157.91.3負(fù)載圖和速度圖的繪制根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各個(gè)階段的速度，由于行程是250mm，設(shè)定快進(jìn)時(shí)的行程L1=200mm，工進(jìn)時(shí)的行程L2=50mm?？衫L出負(fù)載圖（F-l）和速度圖（v-l），見圖1-2a、b。橫坐標(biāo)以上為液壓缸活塞前進(jìn)時(shí)的曲線，以下為液壓缸退回時(shí)的曲線。 a)負(fù)載圖 圖1-2 負(fù)載速度圖 b)速度圖2、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1確定液壓泵類型及調(diào)速方式參考同類組合機(jī)床，由于快進(jìn)、快退和工進(jìn)速度相差比較大，為了減少功率損耗，采用限壓式變量葉片泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥作定壓閥。為防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值Pb=0.8Mpa。2.2選用執(zhí)行元件因系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退，且快進(jìn)、快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無(wú)桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的兩倍。由于結(jié)構(gòu)上的原因和為了有較大的有效工作面積，定位缸和夾緊缸也采用單桿活塞液壓缸。2.3快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，速度換接要平穩(wěn)可靠，另外是專業(yè)設(shè)備，所以可采用行程閥的速度換接回路。若采用電磁閥的速度換接回路，調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。2.4換向回路的選擇由速度圖可知，快進(jìn)時(shí)流量不大，運(yùn)動(dòng)部件的重量也較小，在換向方面無(wú)特殊要求，所以可選擇電磁閥控制的換向回路。為方便連接，選擇三位五通電磁換向閥。2.5定位夾緊回路的選擇按先定位后夾緊的要求，可選擇單向順序閥的順序動(dòng)作回路。通常夾緊缸的工作壓力低于進(jìn)給缸的工作壓力，并由同一液壓泵供油，所以在夾緊回路中設(shè)減壓閥減壓，同時(shí)還需滿足；夾緊時(shí)間可調(diào)，在進(jìn)給回路壓力下降時(shí)能保持夾緊力，所以要接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。換向閥可連接成斷電夾擊方式，也可以采用帶定位的電磁換向閥，以免工作時(shí)突然斷電松開。2.6動(dòng)作換接的控制方式選擇為了確保夾緊后才能進(jìn)行切削，夾緊與進(jìn)給的順序動(dòng)作應(yīng)采用壓力繼電器控制。當(dāng)工作進(jìn)給結(jié)束轉(zhuǎn)為快退時(shí)，由于加工零件是通孔，位置精度不高，轉(zhuǎn)換控制方式可采用行程開關(guān)控制。2.7液壓基本回路的組成將已選擇的液壓回路，組成符合設(shè)計(jì)要求的液壓系統(tǒng)并繪制液壓系統(tǒng)原理圖。此原理圖除應(yīng)用了回路原有的原件外，又增加了液控順序閥6和單向閥等，其目的是防止回路間干擾及連鎖反映。從原理圖中進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：1）工件定位夾緊：（1）先定位 壓力油減壓閥8單向閥9電磁換向閥10定位缸18無(wú)桿腔定位缸18有桿腔電磁換向閥10油箱（2）再夾緊 工件定位后，壓力油壓力升高到單向順序閥開啟的壓力，單向順序閥開啟。壓力油單向順序閥11單向調(diào)速閥12夾緊缸17無(wú)桿腔 夾緊缸17有桿腔電磁換向閥10油箱2）快進(jìn)：2YA通電，電磁換向閥3左位工作，由于系統(tǒng)壓力低，液控順序閥6關(guān)閉，液壓缸有桿腔的回油只能經(jīng)換向閥3、單向閥5和泵流量合流經(jīng)單向行程調(diào)速閥4中的行程閥進(jìn)入無(wú)桿腔而實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)，顯然不增加閥6，那么液壓缸回油通過(guò)閥7回油箱而不能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)。 葉片泵1單向閥2電磁換向閥3單向行程調(diào)速閥4主液壓缸19（差動(dòng)連接）3）工進(jìn)：4YA通電，切斷差動(dòng)油路?？爝M(jìn)行程到位，擋鐵壓下行程開關(guān)，切斷快進(jìn)油路，4YA通電，切斷差動(dòng)油路，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，系統(tǒng)壓力升高，液控順序閥6被打開，回油腔油液經(jīng)液控順序閥6和背壓閥7流回油箱，此時(shí)，單向閥5關(guān)閉，將進(jìn)、回油路隔開，使液壓缸實(shí)現(xiàn)工進(jìn)。 葉片泵1單向閥2電磁換向閥3單向行程調(diào)速閥4主液壓缸19無(wú)桿腔 主液壓缸19有桿腔電磁換向閥3液控順序閥6背壓閥7油箱4）快退：3YA通電，工進(jìn)結(jié)束后，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，2YA斷電，3YA、4YA通電。葉片泵單向閥4電磁換向閥3主液壓缸有桿腔 主液壓缸無(wú)桿腔單向行程閥4電磁換向閥3油箱主液壓缸無(wú)桿腔快退到位碰行程開關(guān)，行程開關(guān)發(fā)信息，下步工件拔銷松夾。5）拔銷松夾：1YA通電液壓油減壓閥8單向閥9電磁閥10定位缸18和夾緊缸17的有桿腔 定位缸18無(wú)桿腔電磁閥10油箱夾緊缸16無(wú)桿腔單向調(diào)速閥12的單向閥單向順序閥11的單向閥電磁閥10油箱 工件松夾后發(fā)出信息，操作人員取出工件。6）系統(tǒng)組成后，應(yīng)合理安排幾個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，這些測(cè)壓點(diǎn)通過(guò)壓力表開關(guān)與壓力表相接，可分別觀察各點(diǎn)的壓力，用于檢查和調(diào)試液壓系統(tǒng)。 系統(tǒng)原理圖如下圖2-1 臥式單面多軸鉆孔機(jī)床液壓系統(tǒng)原理圖表2-1 電磁鐵動(dòng)作順序表1Y2Y3Y4Y定位夾緊-快進(jìn)-+-工進(jìn)-+-+快退-+原位停止+-拔銷松開+-3、液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算3.1液壓缸參數(shù)計(jì)算3.1.1初選液壓缸的工作壓力所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表3-1和表3-2，根據(jù)F=24210.5N初選液壓缸的工作壓力p1=4MPa。3.1.2計(jì)算液壓缸主要尺寸鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止鉆透時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表3-3選此背壓為p2=0.6Mpa。表3-1 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN50工作壓力/MPa25cm2，滿足最低速度要求。3.1.3確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞直徑根據(jù)夾緊缸的夾緊力=4000N，選夾緊缸工作壓力=1MPa可以認(rèn)為回油壓力為零，則夾緊缸的直徑根據(jù)表3-4取d/D=0.5則活塞桿直徑按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 D夾=8cm d夾=3.6cm表3-4按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D050.55.0.620.700.73.1.4計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸的工作過(guò)程各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)的背壓按代人，快退時(shí)的背壓按pb=5105Pa代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列于表3-5中表3-5 液壓缸所需要的實(shí)際流量、壓力和功率工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載F進(jìn)油壓力回油壓力Pb所需流量輸入功率NPaPaKW定位夾緊4000015.240.078差動(dòng)快進(jìn)3157.99.920.063工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載F進(jìn)油壓力回油壓力Pb所需流量輸入功率NPaPaKW工進(jìn)24210.515.240.553快退3157.95.320.190注：1.差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，而2. 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為，無(wú)桿腔回油，液壓為3.2 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)3.2.1計(jì)算液壓泵的壓力由表3-5可知工進(jìn)階段液壓缸的工作壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為，則液壓泵最高工作壓力可按課本式（8-5）算出因此泵的額定壓力可取3.2.2計(jì)算液壓泵的流量液壓泵的最大流量q泵應(yīng)為q泵K(q)max式中：(q)max-同時(shí)動(dòng)作各液壓缸所需流量之和的最大值 K-系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般取K=1.11.3，現(xiàn)取K=1.2。由表2-6可知快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是16.2L/min由于各階段為分時(shí)工作，所以(q)max=16.2L/minq泵=K(q)max=1.216.2L/min=19.44L/min3.2.3選用液壓泵規(guī)格和型號(hào)根據(jù)P額、q泵值查閱有關(guān)手冊(cè)，選用YBX-20型限壓式變量葉片泵。該泵的基本參數(shù)為：排量0-20L/min,額定壓力P額=6.3MPa,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍0-1450r/min,容積效率c=0.9,總效率=0.73.2.4確定電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)由表2-6可知，液壓缸最大輸入功率在快退階段，可按此階段估算電動(dòng)機(jī)功率，由于表中壓力值不包括由泵到液壓缸這段管路的壓力損失，在快退時(shí)這段管路的壓力損失若取 P=0.5MPa,液壓泵總效率=0.7，則電機(jī)功率P電為： 查閱電動(dòng)機(jī)樣本，選用Y90S-4電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1KW，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min.4、液壓原件的選擇4.1液壓閥及過(guò)濾器的選擇根據(jù)液壓閥在液壓系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最高流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格，本題中所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量，確定為三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表4中，過(guò)濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過(guò)濾器，表中序號(hào)與系統(tǒng)原理圖中的序號(hào)一致。表4-1 液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱最大通過(guò)流量/型號(hào)1限壓式變量葉片泵20YBX-202單向閥20I-25B3三位五通電磁閥4035D1-63BY4單向行程調(diào)速閥40UCF1G-035單向閥 20I-25B6液控順序閥0.16XY-25B7背壓閥0.16B-10B8減壓閥20JF3-C10B9單向閥20I-10B10二位四通電磁換向閥2024D1-63BH11單向順序閥閥20AXF3-C-B12單向調(diào)速閥20MK-10G13壓力繼電器DP1-63B14溢流閥20Y-25B15過(guò)濾器40XU-B4010016壓力開關(guān)表K-6B20電機(jī)Y90S-44.2油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)出油管按輸入、輸出的最大流量來(lái)計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快件快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)32L/min，則液壓缸進(jìn)、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號(hào)冷拔鋼管。4.3油箱容積的確定中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的57倍，本題取7本倍，故油箱容積為5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能5.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整由于定位、夾緊回路在夾緊后的流量幾乎為零，所以管路系統(tǒng)的壓力損失主要應(yīng)在工作臺(tái)液壓缸回路中進(jìn)行計(jì)算。5.1.1工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和泵的壓力調(diào)整工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為因此流速很小，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)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失,回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差，并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則即泵的調(diào)定壓力應(yīng)按此壓力調(diào)整。5.1.2快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算因快退時(shí)，液壓缸無(wú)缸腔的回油量是進(jìn)油量的2倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失。已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度均為，油管直徑，通過(guò)的流量為進(jìn)油路，回油路q 2=40L/min=0.6710-3m3/s，壓力系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為15C，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。（1） 確定油的流動(dòng)狀態(tài)，按式（1-30）經(jīng)單位換算為：式中則進(jìn)油路中流量的雷諾數(shù)為回油路中液流的雷諾數(shù)為由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)都是層流。（2） 沿程壓力損失，由式（1-37）可算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失。在進(jìn)油路上，流速在回油路上，流速為進(jìn)油路上的兩倍，即，則壓力損失為（3） 局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過(guò)各閥的局部壓力損失按課本式（1-39）計(jì)算，結(jié)果列于表5-1中。表5-1閥內(nèi)元件局部壓力損失元件名稱額定流量實(shí)際通過(guò)的流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失單向閥2252021.28三位五通電磁閥36320/4040.4/1.61單向行程調(diào)速閥4634041.61注：快退時(shí)進(jìn)過(guò)三位五通閥的兩油道流量不同，壓力損失也不同。若取集成塊進(jìn)油路的壓力損失，回油路壓力損失pj1=0.3105Pa，則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為：查表1-1知快退時(shí)液壓缸負(fù)載F=1032N；則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為按式（8-5）可算出快退時(shí)泵的工作壓力為從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各種工況下的實(shí)際壓力損失都小于初選的壓力損失值