臥式雙面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、 液壓傳動課程設(shè)計說明書題目：臥式雙面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計姓 名：學(xué) 號：班 級：聯(lián)系方式：指導(dǎo)教師：2012年12月31日目 錄一、設(shè)計任務(wù)書1二、液壓系統(tǒng)性能和參數(shù)的初步確定11.運動分析12.液壓缸的負(fù)載分析23.初步確定液壓缸的參數(shù)31)滑臺液壓缸32)工況圖5三、液壓系統(tǒng)方案的選擇和擬定61.選擇液壓基本回路61)調(diào)速回路62)快速運動回路與速度換接回路63)壓力控制回路74)行程終點的控制方式92.擬定液壓系統(tǒng)圖9四、各液壓元件的計算和選擇101.確定液壓泵規(guī)格和電動機(jī)的功率101)液壓泵工作壓力的計算102)液壓泵流量的計算103)液壓泵規(guī)格的確定104)液壓泵電動機(jī)功

2、率的確定112.控制閥的選擇113.管道尺寸124.油箱容量12五、液壓系統(tǒng)性能的驗算121.靜態(tài)特性的驗算121)回路中的壓力損失122)液壓泵的工作壓力163)液壓回路和液壓系統(tǒng)的效率172.液壓系統(tǒng)發(fā)熱驗算18六、液壓集成塊裝置設(shè)計18七、參考文獻(xiàn)18一、 設(shè)計任務(wù)書設(shè)計一臺臥式雙面多軸鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)。要求兩面鉆削頭同時工作，能實現(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)、死擋塊停留、快退、停止的自動工作循環(huán)，其快進(jìn)和快退速度v1 = 3.5 m/min，工進(jìn)速度v2 = 40 mm/min，工作部件重量估計為9800 N，軸向切削力F = 30000 N，快進(jìn)行程長度為200 mm，工進(jìn)行程長度為100 m

3、m，動力滑合采用平導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)fs = 0.2，fd = 0.1，往復(fù)運動的加速和減速時間要求不大于0.2 s。二、 液壓系統(tǒng)性能和參數(shù)的初步確定首先，我們對液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析。工況分析是分析一部機(jī)器工作過程中的具體情況，其內(nèi)容包括對負(fù)載、速度和功率的變化規(guī)律的分析或確定這些參數(shù)的最大值，即分析負(fù)載的性質(zhì)和編制負(fù)載圖。在液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，各個階段的負(fù)載是由各種不同負(fù)載組成的。而各個階段都具有不同的速度，已知各階段的負(fù)載和速度，即可求出各階段功率的變化規(guī)律。本次課程設(shè)計以采用液壓缸型式為主，因此以下進(jìn)行液壓缸式的設(shè)計計算。1. 運動分析根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，確定本液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)為：快

4、進(jìn)工進(jìn)死擋塊停留快退原位停止卸荷，工作循環(huán)圖如下圖所示：快退死擋塊停留工進(jìn)快進(jìn)原 位 停 止 卸 荷圖 2-1 工作循環(huán)圖一個工作循環(huán)內(nèi)快進(jìn)行程的時間：t1=L1v1=200603500=3.43 s；工進(jìn)行程的時間：t2=L2v2=1006040=150 s；快退行程的時間：t3=L1+L2v1=(200+100)603500=5.14 s。畫出一個工作循環(huán)中的速度循環(huán)圖如下圖所示：圖 2-2 速度循環(huán)圖2. 液壓缸的負(fù)載分析滑臺采用的是平導(dǎo)軌和90的V型導(dǎo)軌。選擇靜導(dǎo)軌系數(shù)為fs=0.2，動導(dǎo)軌系數(shù)為fd=0.1。1) 液壓缸在工作過程各階段的負(fù)載為:加速階段：F=fdG+Ggvt=0.1

5、9800+98009.83.5600.2=1271.671272N；快進(jìn)階段：F=fdG=0.19800=980N；工進(jìn)階段：總負(fù)載=工作負(fù)載+切削力，所以 F=980+30000=30980N；快退階段：F=fdG=0.19800=980N。2) 重力FG，因工作部件是臥式安裝所以FG=0。根據(jù)以上分析，可算出液壓缸在各動作階段的負(fù)載。計算時考慮液壓缸的機(jī)械效率，對滑臺液壓缸，取m=0.9，階段數(shù)值如下表所示：工況左滑臺液壓缸右滑臺液壓缸負(fù)載F(N)推力F/m(N)負(fù)載F(N)推力F/m(N)啟動1960217819602178加速1272141312721413快進(jìn)980108998010

6、89工進(jìn)30980344223098034422快退98010899801089表 2-1負(fù)載表圖 2-3 液壓缸負(fù)載圖3. 初步確定液壓缸的參數(shù)1) 滑臺液壓缸為了確?？爝M(jìn)、快退速度相等，液壓缸采用差動連接，為了使運動平穩(wěn)、液壓系統(tǒng)采用調(diào)速閥式回油節(jié)流調(diào)速。因此，選取工進(jìn)時背壓力為8bar，快進(jìn)時為6 bar，快退時為6 bar。A. 初步確定工作壓力查表選工作壓力為45 bar。B. 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸要求滑臺快進(jìn)、快退速度相等，先采用活塞桿固定的單桿式液壓缸，快進(jìn)時采用差動連接，并取無桿端腔有效面積A1=2A2。為了防止在鉆孔鉆通時滑臺突然向前沖，在回路中采用背壓閥。查表，初選背壓

7、Pb=8105Pa。又工進(jìn)階段推力載荷F=F1m=19600.9=32222N，計算A1，則A1=FP1-12P2=3442245105-128105=84.0cm2液壓缸直徑： D=4A1=484.0=10.34cm；由于A1=2A2，可知活塞桿直徑d=0.707D=0.70710.34=7.31cm；取整后D=10cm，d=7cm 。按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出A1=D24=1004=78.5cm；A2=(D2-d2)4=40cm2；驗證動力滑臺是否能滿足最小穩(wěn)定速度的要求。取調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量為0.05 L/min，考慮保險系數(shù)1.5，Qmin=150.05= 0.075L/min。因工進(jìn)速度v2

8、= 40 mm/min；A10Qminvmin=100.0750.04=18.75cm2；A1=78.5cm218.75cm2。C. 計算液壓缸各工作階段的工作壓力流量功率根據(jù)液壓缸各階段的運動速度v和A1、A2，計算出液壓缸各階段所需流量如圖所示，工進(jìn)時背壓以pn=8105pa帶入，快進(jìn)、快退時pn=5105pa。液壓缸在工作循環(huán)各階段的工作壓力：差動快進(jìn)階段：p=FA1-A2+A2A1-A2pb；p=10890.3850.01+0.40.010.61060.3850.01=0.91MPa=9.1bar；工進(jìn)進(jìn)給階段：p=FA1+A2A1pb=34422+0.40.010.81060.785

9、0.01=4.79MPa=47.9bar；快進(jìn)退回階段：p=FA2+A2A2pb=14130.40.01+0.6106=0.95MPa=9.5bar計算液壓缸的輸出功率：快進(jìn)階段：P=pq=0.910.3853.51060=0.204kW；工進(jìn)階段：P=pq=40790.785400.0160=0.025kW；快退階段：P=pq=0.950.43.51060=0.222kW。工作階段工作壓力（bar）輸入流量（l/min）輸入功率（kW）快進(jìn)9.113.4750.204工進(jìn)47.90.3140.025快退9.5140.222表 2-2 液壓缸工作階段工況表2) 工況圖圖 2-4 液壓缸的工況圖

10、22三、 液壓系統(tǒng)方案的選擇和擬定1. 選擇液壓基本回路1) 調(diào)速回路這臺機(jī)床的液壓滑臺工作進(jìn)給速度低，傳遞功率也較小，很適宜選用節(jié)流調(diào)速方式，由于鉆孔時切削力變化小，而且是正負(fù)載，同時為了保證切削過程速度穩(wěn)定，采用調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速，為了增加液壓缸運行的穩(wěn)定性，在回油路設(shè)置背壓閥，分析液壓缸的V-L曲線可知，滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時，速度變化較大，選用單向行程調(diào)速閥換接速度，以減小壓力沖擊。如下圖所示：圖 3-1 調(diào)速回路2) 快速運動回路與速度換接回路此機(jī)床快進(jìn)時采用液壓缸差動連接方式，使其快速往返運動，即快進(jìn)、快退速度基本相等。查找相應(yīng)的資料 李松晶,梁慧敏,劉茂愷等.新型節(jié)能電磁換向閥的動態(tài)

11、分析J.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2000,32(1):1-4后得知，隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，電磁換向閥的換向精度和平穩(wěn)性逐步提高，加上電磁換向閥控制方式十分方便，其有取代電液換向閥的趨勢。采用電磁換向閥的換向回路，由于液壓缸采用了差動連接，電磁換向閥宜采用三位五通閥，為了保證機(jī)床調(diào)整時可停在任意位置上，現(xiàn)采用中位機(jī)能O型?？爝M(jìn)時，液壓缸的油路差動連接，進(jìn)油路與回油路串通，且不能經(jīng)背壓閥流回油箱，因而在回路中使用先導(dǎo)式順序閥，快進(jìn)時回路的壓力低，先導(dǎo)式液控順序閥不打開，回油路的油只有經(jīng)單向閥與進(jìn)油路匯合。轉(zhuǎn)為工進(jìn)后進(jìn)油路與回油路則要隔開，回油則經(jīng)背壓閥流回油箱，因而增加一個單向閥，轉(zhuǎn)工進(jìn)后（行程閥斷路）

12、，由于調(diào)速閥的作用，系統(tǒng)壓力升高，先導(dǎo)式液控順序閥打開，液壓缸的回油可經(jīng)背壓閥回油箱，與此同時，單向閥將回油路切斷，確保液壓系統(tǒng)形成高壓，以便液壓缸正常工作。該部分回路圖如下圖所示：圖 3-2 快速運動回路與速度換接回路3) 壓力控制回路考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時負(fù)載較大，速度較低，而在快進(jìn)、快退時負(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)宜選用雙泵供油回路或變量泵供油回路。限壓式變量泵雙聯(lián)葉片泵1系統(tǒng)較簡單須配有溢流閥，卸荷閥組，系統(tǒng)較復(fù)雜。2無溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升小有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較大3流量突變時，定子反應(yīng)滯后，液壓沖擊大流量突變時，液壓沖擊取決于溢流閥的性

13、能，一般沖擊較小4內(nèi)部徑向力不平衡，軸承負(fù)載較大，壓力波動及噪聲較大，工作平穩(wěn)性差內(nèi)部徑向力平衡，壓力平穩(wěn)，噪聲小，工作性能好表 3-1雙聯(lián)葉片泵與限壓式變量泵的比較根據(jù)上表的比較，又由于左右滑臺在工作時要采用互不干擾回路，所以只能選用雙泵供油回路。小流量泵提供高壓油，供兩滑臺工作進(jìn)給用，低壓大流量泵以實現(xiàn)兩滑臺快速運動。為使兩系統(tǒng)（左滑臺系統(tǒng)與右滑臺系統(tǒng)）工作互不干擾，小泵高壓油分別經(jīng)一節(jié)流閥進(jìn)入各自系統(tǒng)，大泵低壓油分別經(jīng)一單向閥進(jìn)入各自系統(tǒng)。高壓小流量泵分別設(shè)一溢流閥調(diào)壓后進(jìn)入兩邊的回路，工進(jìn)時只有小流量泵供油，大流量泵則可卸荷，而小流量泵只是在工件加工完畢，輸送帶即將裝入第二個工件之瞬刻

14、，才處于不工作狀態(tài)，其間斷時間甚短，故不必讓其卸荷，繪出雙泵油源及壓力控制回路圖。如下圖所示：圖 3-3 壓力控制回路4) 行程終點的控制方式由于機(jī)床需加工不通孔，工作部件對終點的位置精度有一定的要求，因此采用死擋鐵停留，并可通過壓力繼電器發(fā)出換向信號。2. 擬定液壓系統(tǒng)圖圖 3-4 液壓系統(tǒng)圖四、 各液壓元件的計算和選擇1. 確定液壓泵規(guī)格和電動機(jī)的功率1) 液壓泵工作壓力的計算各階段的液壓缸進(jìn)油壓力P1已在前面計算，如工況圖所示。而各階段進(jìn)油路上的壓力損失P1可根據(jù)系統(tǒng)圖的繁簡情況進(jìn)行估計。由于本液壓系統(tǒng)較簡單，因比快進(jìn)時的P=6bar，工進(jìn)時流量更小，取P1=8bar，快退時的P1=6b

15、ar，則液壓泵各階段的工作壓力為：快進(jìn)時 Pp19.1+6=15.1bar；工進(jìn)時 Pp247.9+8=55.9bar；快退時 Pp39.5+6=15.5bar。2) 液壓泵流量的計算根據(jù)公式 QpKQmax；本系統(tǒng)共2個液壓缸，左右滑臺工作壓力相同時，液壓泵供給到各液壓缸的油量相等，單邊液壓缸最大輸入流量（快退時）為14L/min，取回路漏油系數(shù)K=1.1，則 Qp11.113.47514.8L/min；工進(jìn)時 Qp21.10.3140.345L/min；快退時 Qp31.11415L/min。3) 液壓泵規(guī)格的確定根據(jù)以上計算的數(shù)據(jù) pPmax=55.9bar, QPmax=15L/min

16、,查閱產(chǎn)品目錄，高壓低流量定量泵選用5MCY-14-1B，其額定壓力分別為pn=315bar，額定流量為15L/min，低壓高流量定量泵選用PFB20，其額定壓力為pn=9bar，額定流量為42.8L/min，完全能滿足系統(tǒng)要求。4) 液壓泵電動機(jī)功率的確定PPI=PP小QP小+P卸QP大600P=2.05kW；PP快=PP快（QP小+QP大）600P=1.99kW；P電PPI電機(jī)平均功率：PP=k=1nPPk2tkk=1ntk=2.05kW選取驅(qū)動泵的電動機(jī)時，按平均功率選取。因為工況變化大，所以取Pp=2.05kW。查表選取Y100L1-4型異步電機(jī)，額定功率為2.2kW。轉(zhuǎn)速為1500r

17、/min。2. 控制閥的選擇根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過各閥的實際流量來選擇各控制閥。其中吸油口的濾油器的流量規(guī)格應(yīng)比泵的流量大一倍左右。選出各閥的規(guī)格如下表所示。序 號元件名稱型 號數(shù) 量1限隙式濾油器XU-B801012高壓低流量定量柱塞泵5MCY-14-1B13低壓高流量定量柱塞泵PFB2014二位二通電磁閥22D-63B15溢流閥Y-63B26節(jié)流閥L-63B27單向閥I-63B48外控順序閥X3F-B20H4-S29背壓閥B-63B210三位五通電磁閥35E-63B211單向行程調(diào)速閥QCI-63B212壓力繼電器DP-63B213壓力表K-6B114壓力表開關(guān)Y-60（0-100）1

18、表 4-1 液壓元件明細(xì)表3. 管道尺寸管道內(nèi)徑d：d=4.6Qv=9.2mm；管壁厚度：=Pd2=3.67mm；選用他的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，d=10mm，=4mm。4. 油箱容量按經(jīng)驗公式計算： V=（57）Qp=748.2=337.4L查表2-12選用Y2系列350升的液壓泵站。五、 液壓系統(tǒng)性能的驗算1. 靜態(tài)特性的驗算1) 回路中的壓力損失計算回路中的壓力損失時，必須知道管道的直徑和長度。取d=10mm;管道長度則在具體液壓裝置未設(shè)計好之前尚不知道。這里暫按進(jìn)油管、回油管管長2m來估計計算，選20#機(jī)械油油液的運動粘度，取v=15cm/s（按15時的v計算）：閥類元件的額定壓力損失查產(chǎn)品樣本和表

19、2-10得：二位三通閥為2bar，三位五通閥為1.5bar，單向行程調(diào)速閥為5bar，減壓閥為3bar，單向閥為2bar，精濾油閥為0.6bar各階段進(jìn)油路、回油路流量表如圖：快進(jìn)工進(jìn)快退進(jìn)油路流量（L/min）Q1=A1QpA1-A2=27.475Q1=0.314Q1=Qp=14回油路流量（L/min）Q2=Q1A2A1=14Q2=Q1A2A1=0.16Q2=Q1A2A1=27.475運動速度（m/min）V1=10QpA1-A2=3.5V2=10Q1A1=0.04V3=10Q1A2=3.5表 5-1 流量表和速度表(1) 快進(jìn)時的回油路壓力損失 進(jìn)油路壓力損失P1a 判斷流態(tài)：Re=VdV

20、 ；v=Q14d2=27.475100041260=583.36cm/s Re=583.361/1.5=3892320 屬層流。b 管路沿層損失根據(jù)公式得 PL=800VQ1d4L=6.64barc 管路局部損失 在尚未確定管道結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)油管的局部損傷按公式 Pr1=0.1PL =0.16.64=0.664bard 閥類局部損失進(jìn)油路通過三位五通電液閥，但通過的流量僅為13.475L/min Pr2=1.5(13.475/63)2=0.069bar節(jié)流閥：3bar單向順序閥：3bar單向行程調(diào)速閥：5bare 進(jìn)油路總的壓力損失 P1=pL+Pr1+Pr2=18.373bar 回油路壓力

21、損失P1”a 判斷流態(tài)V=Q24d2297.2cm/sRe=297.211.5=1982320屬層流b 管路沿層損失PL =8001.51421104=3.35barc 管路局部損失Pr1=0.1PL=0.13.35=0.335bard 回路通過二位三通閥和二位二通閥，但是通過的流量為17.66L/min，其局部損失二位三通閥 Pr2=214632=0.098bar三位五通閥Prs=1.514632=0.074bar P1”=PL+Pr1+Pr2+Pr3=3.857bar 快進(jìn)時總的壓力損失P1回油路的壓力損失應(yīng)折算到進(jìn)油路上才能求出P1 P1=P1+P1”A2A1=

22、9.27+6.664078.5=12.66bar(2) 工進(jìn)時回路壓力損失P2工進(jìn)時進(jìn)入液壓缸的流量最小，因此屬于層流。 進(jìn)油路壓力損失P2a 沿層損失PL =8001.50.3142/104=0.1barb 管道局部損傷 Pr2=0.10.1=0.01barc 閥類局部損失三位五通閥 Pr2=1.5*(0.314/63)2=0.000037bar節(jié)流閥：3bar液控順序閥：3bar單向行程調(diào)速閥：5bard 總的壓力損失 P2=11.110037bar 回油路壓力損失P2”a 從以上計算進(jìn)油路通過管道的壓力損失都很小，回油路通過的流量更少，其壓力損失會更少，可忽略不計。b 通過濾油器的壓力損

23、失有： PT=0.6bar 工進(jìn)時總的壓力損失P2 回油路上的壓力表損失仍須折算到進(jìn)油路上P2=P2+PTA2A1=11.4158bar(3) 快退時的回路壓力損失P3 進(jìn)油路的壓力損失P3a 判斷流態(tài)V=Q14d2298cm/sRe=29811.5=1992320屬層流b 管路粘層損失和局部損失PL=8001.5142104=3.32barP1=01.3.32=0.332barc 閥類局部損失三位五通閥 P2=1.5(1463)2=0.51bar節(jié)流閥：3bar液控順序閥：3bard 總的壓力損失 P3=PL+P1+P2+P3=10.162bar 回油路的壓力損失P

24、3“a 判斷流態(tài)v=Q24d2=27.475100041260=583cm/sRe=58311.5=3892320屬層流b 管道粘層損失和局部損失PL=8001.527.4752104=6.594barP1=0.16.594=0.659barc 閥類局部損失三位五通閥P2=227.475632=0.285bar液控順序閥：3bard 總的壓力損失P3”P3“=PL+P1+P2=10.538bar 快退時總的壓力損失P3P3=P3+P3A1A2=30.84bar快退時的壓力損失比較大，因此系統(tǒng)中的元件規(guī)格和管道直徑都不宜再減小了。2) 液壓泵的工作壓力(1) 快進(jìn)壓力Pp1Pp1=FA1-A2+

25、P1=20.17bar(2) 工進(jìn)壓力Pp2Pp2=FA1+P2=55.27bar(3) 快退壓力Pp3Pp3=FA2+P3=33.56bar根據(jù)驗算后泵的工作壓力與原來粗略計算的工作壓力相比較基本接近。因此原來計算的電動機(jī)功率基本符合實際要求，就不再進(jìn)行電動機(jī)功率的計算了。3) 液壓回路和液壓系統(tǒng)的效率本機(jī)床快進(jìn)、工進(jìn)和快退所占用的時間分別為快進(jìn)：t1=L1v1=200603500=3.43 s工進(jìn)：t2=L2v2=1006040=150 s；快退：t3=L1+L2v1=(200+100)603500=5.14 s。在整個循環(huán)周期中，以快進(jìn)、工進(jìn)和快退的占時來看，快進(jìn)、快退僅占4.7%，工進(jìn)占95.3%，而死擋塊停留、原位卸荷的時間也很短，所以系統(tǒng)的效率以及下面要計算的系統(tǒng)發(fā)熱等都可以用工進(jìn)情況來代表。(1) 回路效率根據(jù)公式2-41，按pP=47.9bar Qp=0.314L/min P1=43.85barQ1=0.314L/min則c=43.8547.9=0.915(2) 系統(tǒng)效率=pcm其中，p因變量泵在不同壓力下泄露不同而有變化