液壓課程設(shè)計(jì)臥式鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄1 題目 32 技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求 33 工況分析 34 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 44.1 確定供油方式 44.2 調(diào)速方式的選擇 54.3 速度換接方式的選擇 55 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 55.1 液壓缸主要尺寸的確定55.1.1 工作壓力P的確定 55.1.2 計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 55.1.3 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量 65.2 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 65.2.1 泵的工作壓力的確定 65.2.2 泵的流量確定 75.2.3 選擇液壓泵的規(guī)格 75.2.4 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定 75.3 液壓閥的選擇 85.4 確定管道尺寸 9 5.5

2、液壓油箱容積的確定 96 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 9 6.1 壓力損失的驗(yàn)算 9 6.1.1 工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失 96.1.2 工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失 106.1.3 變量泵出口處的壓力Pp 106.1.4 快進(jìn)時(shí)的壓力損失 106.2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 117 液壓缸的設(shè)計(jì) 117.1 液壓缸工作壓力的確定 117.2 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿d前面已經(jīng)計(jì)算 127.3 液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算 127.4 缸蓋厚度的確定 128 參考文獻(xiàn) 131. 設(shè)計(jì)題目：臥式鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)，要求完成如下工作循環(huán)：快進(jìn) 工進(jìn) 快退 停止。機(jī)

3、床的切削力為2 104N，工作部件的重量為7.8103 N，快進(jìn)與快退速度均為6 m/min，工進(jìn)速度為0.05 m/min，快進(jìn)行程為100 mm，工進(jìn)行程為50 mm，加速、減速時(shí)間要求不大于0.2 s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。設(shè)計(jì)該組合機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。3.工況分析根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如圖速度循環(huán)圖然后計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖，如圖液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類型，即F = Fw+ Ff + Fm式中：Fw 工作負(fù)載；Fm 運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；Ff 導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦阻力，對(duì)于平導(dǎo)軌Ff可由

4、下式求得：Ff = f (G - Ffn )G 運(yùn)動(dòng)部件重力；Fn 垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載；f 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)于是可得：Ffs = 0.27.8103 =1560NFfd = 0.17.8103=780N上式中，F(xiàn)fs為靜摩擦阻力，F(xiàn)fd為動(dòng)摩擦阻力。Fm = Gv/(g.t)式中：g 重力加速度；t 加速或減速時(shí)間；v t時(shí)間內(nèi)的進(jìn)度變化量在本例中Fm = 7.8 1036/(9.80.260) = 398N根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載F(N)工作循環(huán)外負(fù)載F(N)啟動(dòng)、加速F=Ffs+Fm1928工進(jìn)F=Ffd+Fw20780快進(jìn)F=Ffd780快退F=Ffd780

5、4.擬定液壓系統(tǒng)原理圖4.1 確定供油方式考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低，而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高，從節(jié)省能量，減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油，現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。4.2 調(diào)速方式的選擇在中小型專業(yè)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)鉆孔類專用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。4.3 速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

6、單、調(diào)節(jié)行程比較方便、閥的安裝也較簡(jiǎn)單，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。5.液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件5.1 液壓缸主要尺寸的確定5.1.1 工作壓力P的確定工作壓力P可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來(lái)初步確定，現(xiàn)參閱指導(dǎo)書表2-1取液壓缸的工作壓力為3-5Mpa，本系統(tǒng)取液壓缸的工作壓力為5Mpa.5.1.2 計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為20780N，按指導(dǎo)書表2-2執(zhí)行元件背壓的估算值：可取P2為0.5MPa，cm為0.95，考慮到快進(jìn)、快退速度相等，取d/D為0.7。將上述數(shù)據(jù)代入公式可得D =（420780)/3.

795(1-5(1-0.72)/50)1/2=0.077 (m) 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值80mm.根據(jù)指導(dǎo)書表2-4液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80），將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=80mm，活塞桿直徑d，按d/D=0.7及指導(dǎo)書表2-5活塞桿直徑尺寸系列（GB2348-80）活塞桿直徑系列取d=56mm。按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，可得：AQmin / Vmin =0.051000/5=10(cm2)式中：Qmin是由產(chǎn)品樣本查得GE系列調(diào)速閥AQF3-E10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min。A=(D2-d2)/4 =(82-5.62)/4 = 25(c

8、m2)可見(jiàn)上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。5.1.3 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量Q(快進(jìn)) = d2V(快進(jìn))/4 =(0.0056)26/4 = 14.8(L/min)Q(工進(jìn)) = D2V(工進(jìn))/4 =(0.08)20.05/4 = 2.5(L/min)Q(快退) = (D2-d2)V(快退)/4 =(0.082-0.0562)6/4 = 15.4(L/min)5.2 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格5.2.1 泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為Pp = P1 +p式中：Pp 液壓泵最大工作壓力；P1 執(zhí)行元件最大工作壓力；p

9、 進(jìn)油管路中的壓力損失，初算是簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.20.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)可取0.51.5MPa。本題中取0.5MPa。因此Pp = P1 +p = 5+0.5 = 5.5(MPa)上述計(jì)算所得的Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pa應(yīng)滿足Pa(1.251.6)Pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本題中Pa = 1.3Pp，Pp =5.5MPa。5.2.2 泵的流量確定液壓泵的最大流量應(yīng)為Qp KL(Q)max式中：Q 液壓泵的最大流量；(Q)max 各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值

10、。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加1溢流閥的最小流量23 L/min；KL 系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取1.11.3，現(xiàn)取KL = 1.2。因此Qp = KL(Q)max = 1.215.4= 18.48(L/min) 5.2.3 選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上算得的Pp和Qp，查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YBX25限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量q = 16mL/r，泵的額定壓力P0 = 6.3MPa，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n0 = 1450r/min，容積效率v = 0.85，總效率= 0.72。5.2.4 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，取兩者較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依

11、據(jù)。由于在慢進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.21L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取= 0.030.14。同時(shí)還應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即Pb = Qp/Pd式中：Pd 所選電動(dòng)機(jī)額定功率；Pb 限壓式變量泵的限定壓力；Qp 壓力為Pb時(shí)，泵的輸出流量。首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為780N，進(jìn)油路的壓力損失定為0.3MPa，由公式可得：Pb = 780/(0.00562/4) 10-6+0.3 = 0.62MPa快進(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為：P = PbQp/= 0.6214.8/(600.72) = 0.212(kW

12、)工進(jìn)時(shí)： Pb=20780/(0.082/4) 10-6+0.3 = 4.44(MPa)工進(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為： P = PbQp/= 4.442.5/(600.72) = 0.257(kW)查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y90S4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1kW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得YBX25的流量壓力特性曲線。再由已知的快進(jìn)時(shí)流量為23.08L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為3.93L/min，壓力為4.5MPa，作出泵的實(shí)際工作時(shí)的流量壓力特性曲線，如圖3-1所示，查得該曲線拐點(diǎn)處的流量為30L/min，壓力為3MPa，該工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率為P = 330/（600.7）=

13、2.14（kW）所選電動(dòng)機(jī)功率滿足要求，拐點(diǎn)處能正常工作。.圖3-1 YBX25液壓泵特性曲線1額定壓力下的特性曲線；2實(shí)際工作時(shí)的特性曲線5.3 液壓閥的選擇該液壓系統(tǒng)可采用力士樂(lè)系列閥或GE系列閥。本題均選用GE系列閥。根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如下表：5.4 確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)油路流量為差動(dòng)時(shí)流量Q = 30L/min，壓油路的允許流速取V = 4m/s，則內(nèi)徑d = 4.6(Q / V)1/2 = 4.6(30 / 4)1/2 = 12.60(mm)若系

14、統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取Q = 15.4L/min，則可算得油路內(nèi)徑d = 9.0mm。綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為10mm。吸油管同樣可按上式計(jì)算，現(xiàn)參照YBX25變量泵吸油口連接尺寸，出吸油管內(nèi)徑d為25mm。5.5 液壓油箱容積的確定本題為中壓液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來(lái)確定，現(xiàn)選用容量為160L的油箱。6 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算已知該液壓系統(tǒng)的進(jìn)、回油管的內(nèi)徑均為15mm，各段管道的長(zhǎng)度分別為：AB = 0.3m，AC = 1.7m，AD = 1.7m，DE = 2m。選用LHL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15，查得15時(shí)該液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度為= 150cst = 1.5c

15、m2/s油的密度 = 920kg/m3 6.壓力損失的驗(yàn)算6.1.1 工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的速度為0.05m/min，進(jìn)給時(shí)的最大流量為2.5L/min，則液壓油在管內(nèi)流速v1為：v1=Q/(d2/4)=42.51000/(3.1412)=3184(cm/min)=53.1(cm/s)管道流動(dòng)雷諾數(shù)Re1為Re1 = v1d/=53.11.5/1.5 = 53.1 2300可見(jiàn)油液在管道中流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)1=75，Re1=0.68.進(jìn)油管道的沿程壓力損失p1-1為p1-1=(l/d）/(v2/2) =0.68(1.7+0.3)/(0.0159200.5312/2

16、) =1.05MPa查得換向閥34EF3PE10B的壓力損失p1-2= 0.5MPa。忽略油液通過(guò)管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路的總壓力損失p1=p1-1+p1-2 = 1.05 + 0.5 = 1.55 (MPa)6.1.2 工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積是無(wú)桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則v2 = v1/2 = 53.1/2 = 26.55(cm/s)Re2 = v2d/= 26.551.5/1.5 = 26.55 23002 = 75/Re2 = 75/26.55 = 2.83回油管道的沿程壓力損失

17、p2-1為p2-1=2(l/d) /( v2/2) =2.83(1.7+0.3)/(0.019200.2652/2) =1.75Mpa查產(chǎn)品樣本知換向閥24EF3ME10B的壓力損失為p2-2=0.025MPa，調(diào)速閥QF3E10B的壓力損失p2-3=0.5MPa?；赜吐房倝毫p失p2為p2=p2-1+p2-2 +p2-3 =1.75+0.025+0.5= 2.275(MPa)6.1.3 變量泵出口處的壓力PpPp = (F/cm+A2p2)/A1+p1=(20780/0.95+40.050.6100)/0.007854+1.55=2.65(MPa)6.1.4 快進(jìn)時(shí)的壓力損失快進(jìn)時(shí)液壓缸為差

18、動(dòng)連接，流量為液壓泵出口流量的兩倍，取40L/min。管路的沿程壓力損失p1-1為： v1=Q/(d2/4)=4401000/(3.141260)=590(cm/s) Re1 = v1d/ = 5901.5/1.5 = 5901 = 75/Re1 = 75/590= 0.159p1-1=1(l/d) /( v1/2)=0.159(1.7/0.01)/(9005.92/2) =0.36(MPa)同樣可求沿程壓力損失p1-2和p1-3為：p1-2=0.024MPa、p1-3=0.13MPa查產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：換向閥p2-1 = 0.15MPa調(diào)速閥p2-2 = 0.15MPa故

19、差動(dòng)連接時(shí)，泵的出口壓力Pp為：Pp = 2p1-1+p1-2+p1-3+p2-1+p2-2+F/(A2cm) = 1.70(MPa)快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算從略，上述驗(yàn)算表明，無(wú)需修改原設(shè)計(jì)。6.2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大，計(jì)算如下：v=0.05m/min：流量Q=v(d2/4)= 0.120.05/4=0.393(L/min)此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為2.65Mpa則有：P(輸入) = 2.650.393/(600.1) = 0.174(kW)P(輸入)= Fv = 2078010/60102103 = 0.0346(kW)此時(shí)的壓力損失為：P = P(輸入) - P(輸入) = 0.174Kw-0.0346KW=0.139KW假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K=1010-3 =kW/(cm2)，油箱的散熱面積A為1.92cm2，則系統(tǒng)的溫升為：T =P/KA = 0.139/(1010-3 1.92) = 7.24()驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。7.液壓缸的設(shè)計(jì)7.1 液壓缸工作壓力的確定選擇5MP液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備類型確定，對(duì)不