臥式雙面銑削組合機床的液壓系統(tǒng)設計

1、液壓與氣壓傳動課程設計說明書題目：臥式雙面洗削組合機床液壓系統(tǒng)院系：國際教育專業(yè)：機電一體化班級：51301姓名：陳雪峰指導教師：徐巧日期：2015.5.21液壓與氣壓傳動課程設計任務書一、設計目的液壓與氣壓傳動課程設計是機械工程專業(yè)教學中重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，也是整個專業(yè)教學計劃中的重要組成部分，是培養(yǎng)學生運用所學有關理論知識來解決一般工程實際問題能力的初步訓練。課程設計過程不僅要全面運用液壓與氣壓傳動課程有關知識，還要根據(jù)具體情況綜合運用有關基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的知識，深化和擴大知識領域，培養(yǎng)獨立工作能力。通過課程設計，使學生在系統(tǒng)設計方案的擬定、設計計算、工程語言的使用過程中熟悉和

2、有效地使用各類有關技術手冊、技術規(guī)范和技術資料，并得到設計構思、方案擬定、系統(tǒng)構成、元件選擇、結構工藝、綜合運算、編寫技術文件等方面的綜合訓練，使之樹立正確的設計思想，掌握基本設計方法。二、設計內(nèi)容1液壓與氣壓傳動系統(tǒng)圖，包括以下內(nèi)容：1）液壓與氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖；2）系統(tǒng)工作特性曲線；3）系統(tǒng)動作循環(huán)表；4）元、器件規(guī)格明細表。2設計計算說明書設計計算說明書用以論證設計方案的正確性，是整個設計的依據(jù)。要求設計計算正確，論據(jù)充分，條理清晰。運算過程應用三列式繕寫，單位量綱統(tǒng)一，采用ISO制，并附上相應圖表。具體包括以下內(nèi)容：1） 繪制工作循環(huán)周期圖；2） 負載分析，作執(zhí)行元件負載、速度圖；

3、3） 確定執(zhí)行元件主參數(shù)：確定系統(tǒng)最大工作壓力，液壓缸主要結構尺寸，計算各液壓缸工作階段流量，壓力和功率，作工況圖；4） 方案分析、擬定液壓系統(tǒng)；5） 選擇液壓元件；6） 驗算液壓系統(tǒng)性能；7） 繪制液壓系統(tǒng)工作原理圖，闡述系統(tǒng)工作原理。三、設計要求與方法步驟1認真閱讀設計任務書，明確設計目的、內(nèi)容、要求與方法步驟；2根據(jù)設計任務書要求，制定個人工作計劃；3準備必要繪圖工具、圖紙，借閱有關技術資料、手冊；4認真對待每一設計步驟，保證質(zhì)量，在教師指導下獨立完成設計任務。（課程設計說明書封面格式與設計題目附后） 二、液壓傳動課程設計(大型作業(yè))的內(nèi)容和設計步驟 1工況分析 在分析機器的工作情況(工

4、況)的基礎上，確定液動機(液壓缸和液壓馬達)的負載、速度、調(diào)速范圍、功率大小、動作循環(huán)、自動化程度等并繪制出工況圖。 2初定液動機的基本參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)有兩個壓力和流量。液壓系統(tǒng)的壓力和流量都由兩部分組成：一部分由液動機的工作需要確定，另一部分由油液流經(jīng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的壓力損失和泄漏損失決定，前者是主要的，占有很大的比重，因此需要先初步確定液動機的這兩個基本參數(shù)。另外，因為當回路系統(tǒng)尚未擬訂之前，其壓力損失和泄漏損失也無法確定。 壓力和流量的選定都是在工況圖的基礎上進行的。 3擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 根據(jù)機器的技術性能要求，在工況圖的基礎上來擬訂液壓系統(tǒng)原理圖。在擬訂液壓系統(tǒng)原理圖時應擬出幾種

5、方案進行分析對比。調(diào)速回路是液壓系統(tǒng)的核心，選擇回路應從它開始，然后再去選擇其它的基本回路，進行合成以滿足工況圖的要求和機器的其它性能要求。 4選擇標準液壓元件，設計非標準液壓元件 選擇液壓元件應盡量選擇國產(chǎn)標準定型產(chǎn)品，除非不得已時才自行設計制造。 5對液壓系統(tǒng)進行必要的驗算 對工作性能要求較高的液壓系統(tǒng)，為使設計可靠在液壓元件選定后再根據(jù)管路裝配草圖，然后即可對液壓系統(tǒng)的壓力損失、發(fā)熱溫升、液壓沖擊等進行驗算，如果驗算結果與初定參數(shù)相差很大或不能滿足機器的工作性能要求時，則應對設計進行必要的修改，或重新擬訂液壓系統(tǒng)或重新選擇元件等。 對于比較簡單且性能要求般的液壓系統(tǒng)，可以不進行復雜的驗算

6、。6繪制正式的工作圖液壓傳動課程設計(大型作業(yè))要求繪制出所設計的一個液壓缸的結構裝配圖。以上繪圖工作必須嚴格遵照國家標準和有關部頒標準。機械制圖按GB44574460一84、GBl3183I公差配合按GBl800180479I形狀和位置公差按GBll83一U8480和GBl95880；表面粗糙度按GB350583和GB103183，其它內(nèi)容如螺紋、齒輪等均應貫徹國家現(xiàn)行的有關標準。7編寫設計計算說明書應當指出，上述設計步驟征設計中常常是互相穿插進行的，而且往往需經(jīng)多次反復才能初步完成液壓系統(tǒng)的設計，另外上述步驟也不一定是必不可少的。 三、要求及完成工作量1學生在課程設計(大型作業(yè))進行中要系

7、統(tǒng)復習課本上的理論知識，應當運用液壓傳動課本上的和其它的理論知識積極思考、獨立工作，可收集參考同類資料進行類比分析、理解消化，但不許簡單地抄襲。2要明確設計要求，仔細地讀懂題意。對你所要進行設計的液壓機器的各種性能、工藝要求、工作循環(huán)、運動方式、動作顛序、調(diào)遣范圍、負載變化以及總體布局等應當全面地了解，因為這一切都是設計工作的重要依據(jù)。3液壓系統(tǒng)原理圖一張4編寫設計計算說明書一份。要求: 原理圖除了打印的外,還必須手繪一張.一、設計要求：設計一臺液壓專用組合銑床，機床加工對象為鑄鐵變速箱體。要求一次可同時加工兩件工件。能實現(xiàn)工件自動定位、夾緊、加工等功能。工件的上料、卸料由手工完成。機床的工作

8、循環(huán)為：手工上料 工件自動夾緊 工作臺快進銑削進給（工進） 工作臺快退 夾具松開 手動卸料。二、參數(shù)要求：運動部件總重量G=4000N切削力FW=12000N快進行程l1=150mm工進行程l2=200mm快進、快退速度v1 =v2=4m/min工進速度v2=80300mm/min啟動時間t=0.5s夾緊力Fj=2800N行程lj=30m夾緊時間t j=2s工作臺采用平導軌，導軌間靜摩擦系數(shù)fs=0.2,動摩擦系數(shù)fd=0.1，要求工作臺運動平穩(wěn)并能在任意位置上停留，夾緊力可調(diào)并能保壓。2 工況分析2.1負載分析負載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機械效率中加以

9、考慮。因工作部件是臥式放置，重力的的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：切削力，導軌摩擦力和慣性力。導軌的正壓力等于動力部件的重力，設導軌的靜摩擦力為，動摩擦力為,則工作負載 Fl=12000N靜摩擦阻力 Ffs=0.2*4000=800N動摩擦阻力 Ffd=0.1*4000=400N慣性力 Fa=4000*4/(60*0.1*9.8)=272N如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導軌摩擦力的影響，并設液壓缸的機械效率，則液壓缸在各工作階段的總機械負載可以算出，見表2-1。表2-1 液壓缸各運動階段負載表工況負載組成負載值F/N推力起動800888加速672747快進400444工進124001377

10、7快退400444根據(jù)負載計算結果和已知的各階段的速度，可繪制出負載圖（F-l）和速度圖（F-2） 圖2-1負載圖和速度圖3 液壓系統(tǒng)方案設計3.1液壓缸參數(shù)計算組合機床液壓系統(tǒng)的最大負載約為14000N，初選液壓缸的設計壓力P1=3MPa，為了滿足工作臺快速進退速度相等，并減小液壓泵的流量，這里的液壓缸課選用單桿式的，并在快進時差動連接，則液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應滿足：d=0.707D。為防止銑削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，暫取背壓為0.5MPa，并取液壓缸機械效率=0.9。則液壓缸上的平衡方程故液壓缸無桿腔的

11、有效面積： 液壓缸內(nèi)徑： 按GB/T2348-1980，取標準值D=80mm；因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.707D=56mm（標準直徑）則液壓缸有效面積為：差動連接快進時，液壓缸有桿腔壓力P2必須大于無桿腔壓力P1，其差值估取P2P1=0.5MPa，并注意到啟動瞬間液壓缸尚未移動，此時P=0；另外取快退時的回油壓力損失為0.5MPa。根據(jù)假定條件經(jīng)計算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力.流量和功率，并可繪出其工況圖表31液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工作階段計算公式推力F（N）回油腔壓力P2（MPa）工作腔壓力P1（MPa）輸入流量q（L/min）輸入功率P（KW）快進啟動 88

12、80 0.35 快進加速 746 1.25 0.75 快進恒速 444 1.2 0.70 9.848 0.514工進137770.53.7610.41.50.150.43快退啟動 888 0 0.34 快退加速 746 0.3 0.809 快退恒速 444 0.3 0.758 10.248 0.77注：1.差動連接時，液壓缸的回油口到進油口之間的壓力損失. 2.快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為，無桿腔回油，壓力為液壓缸的工況圖： 圖3-1工況圖3.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖 3.2.1調(diào)速回路的選擇該機床液壓系統(tǒng)的功率?。?kw）,速度較低；鉆鏜加工時連續(xù)切削，切削力變化小，故采用節(jié)流調(diào)速的開式回路

13、是合適的，為了增加運動的平穩(wěn)性，防止鉆孔時工件突然前沖，系統(tǒng)采用調(diào)速閥的進油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路中加背壓閥。3.2.2油源及其壓力控制回路的選擇該系統(tǒng)由低壓大流量和高壓小流量兩個階段組成，因此為了節(jié)能，考慮采用雙聯(lián)葉片泵油源供油。3.2.3快速運動與換向回路由于系統(tǒng)要求快進與快退的速度相同，因此在雙泵供油的基礎上，快進時采用液壓缸差動連接快速運動回路，快退時采用液壓缸有桿腔進油，無桿腔回油的快速運動回路。3.2.4速度換接回路由工況圖可以看出，當動力頭部件從快進轉為工進時滑臺速度變化較大，可選用行程閥來控制快進轉工進的速度換接，以減少液壓沖擊。3.2.5壓力控制回路在泵出口并聯(lián)一先導式溢流

14、閥，實現(xiàn)系統(tǒng)的定壓溢流，同時在該溢流閥的遠程控制口連接一個二位二通電磁換向閥，以便一個工作循環(huán)結束后，等待裝卸工件時，液壓泵卸載，并便于液壓泵空載下迅速啟動。3.2.6行程終點的控制方式這臺機床用于鉆、鏜孔（通孔與不通孔）加工，因此要求行程終點的定位精度高因此在行程終點采用死擋鐵停留的控制方式。3.2.7組成液壓系統(tǒng)繪原理圖將上述所選定的液壓回路進行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補充，即組成如下圖1-3所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進口處、背壓閥和液壓缸無腔進口處設置測壓點，并設置多點壓力表開關。這樣只需一個壓力表即能觀測各點壓力。 圖1-3液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動

15、作順序如表3-2所示。動作名稱1YA2YA工作臺快進+-工作臺工進+-工作臺快退-+液壓泵卸載-3-2電磁鐵動作順序表3.3液壓元件的選擇3.3.1液壓泵液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為3.761MPa,如取進油路上的壓力損失為0.8MPa,壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力之值為0.5MPa，則小流量泵的最大工作壓力應為 Pp1=(3.761+0.8+0.5)MPa=5.061MPa大流量泵是在快速運動時才想液壓缸輸油的，由工況圖可知，快退時液壓缸中的工作壓力比快進時大，如取進油路上的壓力損失為0.5MPa,則大流量泵的最高工作壓力為 Pp2=(0.758+0.5)MPa=1.25

16、8MPa由工況圖可知，兩個液壓泵應向液壓缸提供的最大流量為10.248L/min，若回路中的泄漏按液壓缸輸入流量的10%估計，則兩個泵的總流量應為 Q=1.1x10.248L/min =11.2728L/min。由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min,而工進時輸入液壓缸的流量為0.41.5L/min,由小流量也巖崩單獨供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少為3.4L/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PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片泵，其小泵和大泵的排量分別為6mL/r和26mL/r，若取液壓泵的容積效率，則當泵的轉速為940r/min時，液壓泵的實際輸出流量為由于液壓缸在

17、快退時輸入功率最大，這是液壓泵工作壓力為1.258MPa,流量為27.1L/min,取泵的總效率為0.75，則液壓泵驅動電動機所需的功率為根據(jù)此數(shù)值按JB/T10391-2002,，查閱電動機產(chǎn)品樣本選取Y100L-6型電動機，其額定功率，額定轉速。3.3.2閥類元件及輔助元件的選擇 根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，可以選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表33表33元件的型號及規(guī)格序號元件名稱估計流量L/MIN額定流量L/MIN額定壓力額定壓降型號、符號1雙聯(lián)葉片泵5.1+2216/14PV2R12-6/262三位五通閥5580160.535DF3Y-E10B3

18、行程閥6063160.25AXQE-Ea10B4調(diào)速閥0.41.50.075016AXQF-Ea10B5單向閥6063160.2AF3-Ea10B6單向閥30630.5-160.2AF3-Ea10B7液控順序閥2263160.3XF3-E10B8背壓閥0.20.86316YF3-E10B9溢流閥5.16316YF3-E10B10單向閥2263160.2AF3-Ea10B11過濾器30630.2XU-63*80J 12壓力表開關16KF3-Ea10B13單向閥5563160.2KF3-Ea10B14壓力繼電器10HED1KA/103.3.3油管的選擇各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液

19、壓缸進、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、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算如表34所示表34液壓缸的進、出流量和運動速度流量、速度快進工進快退輸入流量/(L/min)排出流量/(L/min)運動速度/(m/min)由表中的數(shù)據(jù)可知所選液壓泵的型號、規(guī)格適合。由表34可知，該系統(tǒng)中最大壓力小于3MPa，油管中的流速取3m/s。所以按公式可計算得液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：查表JB82766（52），同時考慮制作方便，選182（外徑18mm,壁厚2mm）的10號冷拔無縫鋼管（YB23_70）3.3.4確定油箱容積：油箱容積按液壓傳動式（7-8）估算，當取為7時，求得其容積按JB/T7938-1999規(guī)定，取標準值V=250L。4液壓系統(tǒng)性能驗算4.1驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值(1) 快進滑臺快進時，液壓缸差動連接，進油路上油液通過單向閥10的流量是22L/MIN，通過電液換向閥2的流量是27.1L/MIN，然后與液壓缸的有桿腔的回油匯合，以流量55.30L/min通過行程閥3并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為此值不大，不會使壓力閥開啟，故能確保兩個泵的流量全部進入液壓缸?；赜吐飞?，液壓缸有