液壓與氣動傳動課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一臺臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床

1、課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱： 液壓與氣動傳動 設(shè)計(jì)題目： 設(shè)計(jì)一臺臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床 動力滑臺的液壓系統(tǒng) 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班級： 0902 學(xué)生姓名: 學(xué)號： 起迄日期: 2011年12月05日2011年12月11日 指導(dǎo)教師: 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院教務(wù)部制目 錄第1章 引 言.2第2章 明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 .2第3章 負(fù)載與運(yùn)動分析.3 3.1 工作負(fù)載 .3 3.2 摩擦負(fù)載 .3 3.3 慣性負(fù)載.3 3.4 運(yùn)動時間.3第4章 負(fù)載圖和速度圖的繪制.4第5章 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù).5第6章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖.8 6.1選擇基本回路.8 6.1.1選擇調(diào)速回路 .

2、8 6.1.2選擇油源形式 .8 6.1.3選擇快速運(yùn)動和換向回路.8 6.2組成液壓系統(tǒng).9 6.3系統(tǒng)圖的原理.11 第7章 液壓元件的選擇.12 7.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率.12 7.1.1 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力.12 7.1.2 計(jì)算液壓泵的流量.12 7.1.3確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率.13 7.2確定其它元件及輔件.13 7.2.1確定油管. 13 7.2.2 油箱的設(shè)計(jì). 14 7.2.3 確定閥類元件及輔件. 14第8章 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 . 15 8.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值. 15 8.2 驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升. 17設(shè)計(jì)小結(jié).18參考文獻(xiàn).18

3、 第1章 引 言液壓傳動是用液體作為來傳遞能量的，液壓傳動有以下優(yōu)點(diǎn)：易于獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動，易于實(shí)現(xiàn)較大范圍的無級變速，傳遞運(yùn)動平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)快速而且無沖擊，與機(jī)械傳動相比易于布局和操縱，易于防止過載事故，自動潤滑、元件壽命較長，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。液壓傳動的基本目的就是用液壓介質(zhì)來傳遞能量，而液壓介質(zhì)的能量是由其所具有的壓力及力流量來表現(xiàn)的。而所有的基本回路的作用就是控制液壓介質(zhì)的壓力和流量，因此液壓基本回路的作用就是三個方面：控制壓力、控制流量的大小、控制流動的方向。所以基本回路可以按照這三方面的作用而分成三大類：壓力控制回路、流量控制回路、方向控制回路

4、。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個部門得到廣泛的應(yīng)用，而且越先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部門就越多。 第2章 明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動力滑臺的液壓系統(tǒng)，動力滑臺的工作循環(huán)時快進(jìn)工進(jìn)快退停止。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)與性能要求如下：切削力ft=20000n，移動部件總重量g10000n；快進(jìn)行程l1100mm；工進(jìn)行程l250mm；快進(jìn)、快退的速度為5m/min，工進(jìn)速度為0.1m/min；加速減速實(shí)踐t0.15s，靜摩擦系數(shù)fs0.2；動摩擦系數(shù)fd0.1。該動力滑臺采用水平放置的平導(dǎo)軌，動力滑臺可在任意位置停止。 第3章 負(fù)載與運(yùn)動分析3.1 工作負(fù)載 載即為切削力3.2 摩擦負(fù)

5、載 靜摩擦阻力： = g=2000n （3-1） 動摩擦阻力： =g=1000 （3-2）3.3 慣性負(fù)載 （3-3）3.4運(yùn)動時間 快進(jìn) （3-4） 工進(jìn) （3-5）快退 （3-6） 忽略切削力引起的顛覆力矩對導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率=0.9，根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)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，如表1所示。 表1 液壓缸總運(yùn)動階段負(fù)載表（單位：n）工況負(fù)載組成負(fù)載值f/n推力f/n啟動20002222.22加速1566.31740.33快進(jìn)10001111.11工進(jìn)2100023333.33反向啟動20002222.22加速1566.31740.

6、33快退10001111.11制動433.7481.89 第4章 負(fù)載圖和速度圖的繪制 根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的個階段的速度，可繪制出工作循環(huán)圖如圖1所示，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖可根據(jù)已知的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行繪制，已知快進(jìn)和快退速度v1=v2=5m/min、快進(jìn)行程l1=100mm工進(jìn)行程l2=50mm工進(jìn)速度v=0.1m/min根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)繪制組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)繪制負(fù)載圖4-1(a)（f-t）和運(yùn)動分析（u-t)如圖4-1(b) 圖4-1 第5章 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)5.1確定液壓缸工作壓力由表2和表3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為21000n時宜取3mp。表2

7、 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/mpa0.82352881010182032 表3按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ kn50工作壓力/mpa 0.811.522.53344555.2計(jì)算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)鑒于動力滑臺快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（a1=2a2，即活塞桿直徑d與缸筒直徑d呈d = 0.707d的關(guān)系。），快進(jìn)時液壓缸差動連接。工進(jìn)時為防止孔鉆通時負(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4選此背壓為p2=0.6mpa?？爝M(jìn)時液

8、壓缸雖然作差動連接,但連接管路中不可避免地存在著壓降，且有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算取0.5mpa?？焱藭r回油腔中也是有背壓的，這時選取被壓值=0.6mpa。 表4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/mpa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計(jì) 工進(jìn)時液壓缸的推力計(jì)算公式為 （5-1）根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效作用面積可計(jì)算為 （5-2） 液壓缸缸筒直徑為 mm （5-3）由于有前述差動液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系，d = 0.

9、707d，因此活塞桿直徑為d=0.707105=74.15mm，根據(jù)gb/t23481993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=105mm，活塞桿直徑為d=75mm。此時液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： （5-4） （5-5）工作臺在快進(jìn)過程中，液壓缸采用差動連接，此時系統(tǒng)所需要的流量為 （5-6）工作臺在快退過程中所需要的流量為 （5-7）工作臺在工進(jìn)過程中所需要的流量為 q工進(jìn) =a1=0.87l/min （5-8）根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率值，如表5所示。表5 各工況下的主要參數(shù)值工況推力

10、f/n回油腔壓力p2/mpa進(jìn)油腔壓力p1/mpa輸入流量q/l.min-1輸入功率p/kw計(jì)算公式快進(jìn)啟動2222.2200.982加速1740.331.3730.873快速1111.111.2480.74822.10.276工進(jìn)23333.330.62.9880.870.0433 快退起動2222.2200.524 加速1740.330.61.636快退1111.110.61.48821.20.526制動481.890.61.34注：。 第6章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖6.1選擇基本回路6.1.1選擇調(diào)速回路 由圖2可知，這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運(yùn)動速低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，

11、故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時負(fù)載突然消失引起運(yùn)動部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。6.1.2選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=22.1/0.8725.4；其相應(yīng)的時間之比(t1+t3)/t2=(1.2+1.8)/30=0.1。這表明在一個工作循環(huán)中的大部分時間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源?？紤]到前者流量突變

12、時液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖3a所示。6.1.3選擇快速運(yùn)動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖3b所示。(4) 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，速度變化大（1/2=5/0.150），為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖2c所示。(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓

13、和卸荷問題都已基本解決。即滑臺工進(jìn)時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。在滑臺工進(jìn)和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺停止時雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。圖3 選擇的基本回路6.2組成液壓系統(tǒng)將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖3所示。在圖3中，為了解決滑臺工進(jìn)時進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥6。為了避免機(jī)床停止工作時回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺運(yùn)動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥13?？?/p>

14、慮到這臺機(jī)床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個壓力繼電器14。當(dāng)滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。 表6 電磁動作表 6.3系統(tǒng)圖的原理1 快進(jìn) 快進(jìn)如圖所示，按下啟動按鈕，電磁鐵1ya通電，由泵輸出地壓力油經(jīng)2三位五通換向閥的左側(cè)，這時的主油路為： 進(jìn)油路：泵 單向閥10三位五通換向閥2（1ya得電）行程3液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔三位五通換向閥2（1ya得電）行程閥3液壓缸左腔。由此形成液壓缸兩腔連通，實(shí)現(xiàn)差動快進(jìn)，由于快進(jìn)負(fù)載壓力小，系統(tǒng)壓力低，變量泵輸出最大流量。2 減速當(dāng)滑臺快到預(yù)定位置時，此時要減速。擋塊壓下

15、行程閥3，切斷了該通路，電磁閥繼續(xù)通電，這時，壓力油只能經(jīng)過調(diào)速閥4，電磁換向閥16進(jìn)入液壓缸的左腔。由于減速時系統(tǒng)壓力升高，變量泵的輸出油量便自動減小，且與調(diào)速閥4開口向適應(yīng)，此時液控順序7打開，單向閥6關(guān)閉，切斷了液壓缸的差動連接油路，液壓缸右腔的回油經(jīng)背壓閥8流回油箱，這樣經(jīng)過調(diào)速閥就實(shí)現(xiàn)了液壓油的速度下降，從而實(shí)現(xiàn)減速，其主油路為： 進(jìn)油路：泵 向閥10三位五通換向閥2（1ya得電）調(diào)速閥4電磁換向閥16液壓缸左腔。回油路：液壓缸右腔三位五通換向閥2背壓閥8液控順序閥7油箱。3 工進(jìn) 減速終了時，擋塊還是壓下，行程開關(guān)使3ya通電，二位二通換向閥將通路切斷，這時油必須經(jīng)調(diào)速閥4和15才

16、能進(jìn)入液壓缸左腔，回油路和減速回油完全相同，此時變量泵輸出地流量自動與工進(jìn)調(diào)速閥15的開口相適應(yīng)，故進(jìn)給量大小由調(diào)速閥15調(diào)節(jié)，其主油路為：進(jìn)油路：泵 向閥10三位五通換向閥2（1ya得電）調(diào)速閥4調(diào)速閥15液壓缸左腔?；赜吐罚阂簤焊子仪蝗晃逋〒Q向閥2背壓閥8液控順序閥7油箱。4 死擋鐵停留 當(dāng)滑臺完成工進(jìn)進(jìn)給碰到死鐵時，滑臺即停留在死擋鐵處，此時液壓缸左腔的壓力升高，使壓力繼電器14發(fā)出信號給時間繼電器，滑臺停留時間由時間繼電器調(diào)定。5 快退滑臺停留時間結(jié)束后，時間繼電器發(fā)出信號，使電磁鐵1ya、3ya斷電，2ya通電，這時三位五通換向閥2接通右位，因滑臺返回時的負(fù)載小，系統(tǒng)壓力下降，變量

17、泵輸出流量又自動恢復(fù)到最大，滑快速退回，其主油路為：進(jìn)油路：泵 向閥10三位五通換向閥2（2ya得電）液壓缸右腔?；赜吐罚阂簤焊鬃笄粏蜗蜷y5三位五通換向閥2（右位）油箱。6 原位停止 當(dāng)滑臺退回到原位時，擋塊壓下原位行程開關(guān)，發(fā)出信號，使2ya斷電，換向閥處于中位，液壓兩腔油路封閉，滑臺停止運(yùn)動。這時液壓泵輸出的油液經(jīng)換向2直接回油箱，泵在低壓下卸荷。 第7章 液壓元件的選擇7.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率 7.1.1 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進(jìn)時工作壓力最大，最大工作壓力為p1=2.99mpa，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)

18、油路上的總壓力損失p=0.6mpa，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差dpe=0.5mpa，則小流量泵的最高工作壓力估算為 （7-1）大流量泵只在快進(jìn)和快退時向液壓缸供油，由表7可見，快退時液壓缸的工作壓力為p1=1.488mpa，比快進(jìn)時大?？紤]到快退時進(jìn)油不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失p=0.3mpa，則大流量泵的最高工作壓力估算為 （7-2）7.1.2 計(jì)算液壓泵的流量由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為22.1l/min，若取回路泄漏系數(shù)k=1.1，則兩個泵的總流量為 考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3l/min，工進(jìn)時的流量為0.87l/min，則

19、小流量泵的流量最少應(yīng)為3.87l/min。7.1.3確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取pv2r12-6/33型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為5ml/r和30ml/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時，其理論流量分別為5.6 l/min和31l/min，若取液壓泵容積效率v=0.9，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為 由于液壓缸在快退時輸入功率最大，若取液壓泵總效率p=0.8，這時液壓泵的驅(qū)動電動機(jī)功率為 根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的y100l6型電動機(jī)，其額定功率為1.5kw，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。7

20、.2確定其它元件及輔件 7.2.1確定油管 在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動階段的運(yùn)動速度、時間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計(jì)算的結(jié)果如表7所列。表7各工況實(shí)際運(yùn)動速度、時間和流量流量、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/(l/min）由表可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動速度符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)表中數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s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： （7-6）取標(biāo)準(zhǔn)值20mm； （7-7）取標(biāo)準(zhǔn)值15mm。因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標(biāo)準(zhǔn)選用公稱通徑為和的無縫鋼管或高壓軟管

21、。如果液壓缸采用缸筒固定式，則兩根連接管采用無縫鋼管連接在液壓缸缸筒上即可。如果液壓缸采用活塞桿固定式，則與液壓缸相連的兩根油管可以采用無縫鋼管連接在液壓缸活塞桿上或采用高壓軟管連接在缸筒上。 7.2.2 油箱的設(shè)計(jì) 油箱的主要用途是貯存油液，同時也起到散熱的作用，參考相關(guān)文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)資料，油箱的設(shè)計(jì)可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法計(jì)算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對油箱的容積進(jìn)行校核。油箱中能夠容納的油液容積按jb/t79381999標(biāo)準(zhǔn)估算，取時，求得其容積為 （7-8）按jb/t79381999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值v=200l。7.2.3 確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各

22、閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表8列。表8壓元件規(guī)格及型號序號元件名稱通過的最大流量q/l/min規(guī)格型號額定流量qn/l/min額定壓力pn/mpa額定壓降pn/mpa1雙聯(lián)葉片泵pv2r12-6/26(5.1+22)16/142三位五通電液換向閥5035dyf3ye10b8016 0.53行程閥60axqfe10b6316 0.34調(diào)速閥1axqfe10b6165單向閥60axqfe10b63160.26單向閥25af3-ea10b63160.27液控順序閥22xf3e10b63160.38背壓閥0.3yf3e10b63169溢流閥5.1yf3e10b6

23、31610單向閥22af3-ea10b6316 0.0211濾油器30xu6380-j63 0.0212壓力表開關(guān)kf3-e3b 3測點(diǎn)1613單向閥60af3-fa10b1006.30.214壓力繼電器pfb8l0*注：此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940r/min時的流量。第8章 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 8.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值1 快進(jìn)滑臺快進(jìn)時，液壓缸差動連接，由表7和表8可知，進(jìn)油路上油液通過單向閥10的流量是22l/min，通過電磁換向閥2的流量是22.3l/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量44.3l/min通過行程閥3并進(jìn)入無桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為 （8-1）此

24、值不大，不會使壓力閥開啟，故能確保兩個泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是22.15l/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無桿腔。由此可算出快進(jìn)時有桿腔壓力p2與無桿腔壓力p1之差。 （8-2）此值小于原估計(jì)值0.5mpa，所以是偏安全的。2 工進(jìn)工進(jìn)時，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥2的流量為0.87l/min，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5mpa；油液在回油路上通過換向閥2的流量是0.434l/min，在背壓閥8處的壓力損失為0.5mpa，通過順序閥7的流量為（0.434+22）l/min=22.434l/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力為p2為 （8-3）可見此值小于原估計(jì)值0.8mpa。故可按表2中公式重新計(jì)算工進(jìn)時液壓缸進(jìn)油腔壓力p1，即 （8-4）考慮到壓力繼電器可靠動作需要壓差pe=0.5mpa，故