臥式雙面銑削組合機床的液壓系統(tǒng)設計說明書

1、液壓與氣壓傳動課程設計任務書系 別 機械與汽車工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及自動化 班 級 0811班 學 號 08116150 姓 名 曾璐 目 錄1. 設計目的和要求、方法及步驟12. 技術要求33. 負載分析34. 負載圖和速度圖的繪制45. 初步確定液壓缸參數(shù)56. 液壓系統(tǒng)圖的擬定97. 液壓元件的選擇118. 液壓系統(tǒng)性能驗算139. 設計小結(jié)1610. 參考文獻17一、設計的目的和要求：設計的目的 液壓傳動課程設計是本課程的一個綜合實踐性教學環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的： 1.鞏固和深化已學知識，掌握液壓系統(tǒng)設計計算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學生工程設計能力和綜合分析問題

2、、解決問題能力； 2.正確合理地確定執(zhí)行機構，選用標準液壓元件；能熟練地運用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)； 3.熟悉并會運用有關的國家標準、部頒標準、設計手冊和產(chǎn)品樣本等技術資料。對學生在計算、制圖、運用設計資料以及經(jīng)驗估算、考慮技術決策、cad技術等方面的基本技能進行一次訓練，以提高這些技能的水平。設計的要求1.設計時必須從實際出發(fā)，綜合考慮實用性、經(jīng)濟性、先進性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強調(diào)先進性。并非是越先進越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨考慮簡單、經(jīng)濟；2.獨立完成設計。設

3、計時可以收集、參考同類機械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡單地抄襲；3.在課程設計的過程中，要隨時復習液壓元件的工作原理、基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考。不能直接向老師索取答案。4.液壓傳動課程設計的題目均為中等復雜程度液壓設備的液壓傳動裝置設計。具體題目由指導老師分配，題目附后；5.液壓傳動課程設計一般要求學生完成以下工作：設計計算說明書一份； 液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）。二、設計的內(nèi)容及步驟設計內(nèi)容1. 液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負載和速度循環(huán)圖；2. 進行方案設計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖；3. 計算和選擇液壓元件；4. 驗算液壓系統(tǒng)性能

4、；5. 繪制正式工作圖，編制設計計算說明書。 設計步驟以一般常規(guī)設計為例，課程設計可分為以下幾個階段進行。1.明確設計要求閱讀和研究設計任務書，明確設計任務與要求；分析設計題目，了解原始數(shù)據(jù)和工作條件。參閱本書有關內(nèi)容，明確并擬訂設計過程和進度計劃。2.進行工況分析做速度-位移曲線，以便找出最大速度點；做負載-位移曲線，以便找出最大負載點。液壓缸在各階段所受的負載需要計算，為簡單明了起見，可列表計算；工 況計 算 公 式缸 的 負 載 f缸的推力f/cm啟 動加 速快 進工 進快 退注：cm缸的機械效率，取cm=0.9確定液壓缸尺寸確定液壓缸尺寸前應參照教材選擇液壓缸的類型，根據(jù)設備的速度要求

5、確定d/d的比值、選取液壓缸的工作壓力，然后計算活塞的有效面積，經(jīng)計算確定的液壓缸和活塞桿直徑必須按照直徑標準系列進行圓整。計算時應注意考慮液壓缸的背壓力，背壓力可參考下表選取。系 統(tǒng) 類 型背 壓 力（mpa）回路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回路上有背壓閥或調(diào)速閥的進給系統(tǒng)0.51.5采用輔助泵補油的閉式回路（拉床、龍門刨等）11.5繪制液壓缸工況圖液壓缸工況圖包括壓力循環(huán)圖（p-s）、流量循環(huán)圖（q-s）和功率循環(huán)圖（p-s），繪制目的是為了方便地找出最大壓力點、最大流量點和最大功率點。計算過程可列表計算。各階段壓力、流量和功率值工 況負載f（n）液 壓 缸計 算 公 式回油腔壓力流入

6、流量進油腔壓力輸入功率快進（差動）啟動加速恒速工 進快退啟動加速恒速3.進行方案設計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖方案設計包括供油方式、調(diào)速回路、速度換接控制方式、系統(tǒng)安全可靠性（平衡、鎖緊）及節(jié)約能量等性能的方案比較，根據(jù)工況分析選擇出合理的基本回路，并將這些回路組合成液壓系統(tǒng)，初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖。選擇液壓基本回路，最主要的就是確定調(diào)速回路。應考慮回路的調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性、效率等問題，同時盡量做到結(jié)構簡單、成本低。4.計算和選擇液壓組件計算液壓泵的工作壓力計算液壓泵的流量選擇液壓泵的規(guī)格計算功率，選擇原動機選擇控制閥選擇液壓輔助元件5.驗算液壓系統(tǒng)性能驗算液壓系統(tǒng)的效率驗算液壓系統(tǒng)的溫升6.繪制

7、正式工作圖，編制課程設計計算說明書液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）整理課程設計計算說明書液壓系統(tǒng)原理圖的標題欄如下所示：圖 名比 例圖 號件 數(shù)設 計日 期重 量共 張第 張指 導日 期襄 樊 學 院審 核日 期7.設計總結(jié)與答辯完成答辯前的準備工作。參加答辯。一技術要求設計臥式雙面銑削組合機床的液壓系統(tǒng)。機床的加工對象為鑄鐵變速箱箱體，動作順序為夾緊缸夾緊工作臺快速趨近工件工作臺進給工作臺快退夾緊缸松開原位停止。工作臺移動部件的總質(zhì)量為400kg，加、減速時間為0.2s。采用平導軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1，夾緊缸行程為30mm，夾緊力為 8

8、00n。工作臺快進行程為 100mm，快進速度為 3.5mmin，工進行程為 200mm，工進速度為 80300mmin，軸向工作負載為12000n，快退速度為6mmin。要求工作臺運動平穩(wěn)，夾緊力可調(diào)并保壓。二工況分析1.負載分析因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需加以考慮。而工作部件是臥式放置，重力的的水平分力為零，導軌的正壓力fn等于動力部件的重力g。這樣需要考慮的力有：切削力，導軌摩擦力和慣性力。，設導軌的靜摩擦力為ffs，動摩擦力為ffd,則 工作負載 fl=12000n 靜摩擦阻力 動摩擦阻力 慣性負載 式中 g重力加速度v速度的變化量t速度變化所需

9、的時間如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導軌摩擦力的影響，則液壓缸在各工作階段的總機械負載可以算出 液壓缸各運動階段負載表 工 況計 算 公 式缸 的 負 載f/n缸的推力f/cm啟 動f=ffs800889n加 速 f=(ffd+fa)517574n快 進f=ffd400444n工 進f=fl+ffd1240013778n快 退f=ffd400444n注：cm缸的機械效率，取cm=0.92.負載圖和速度圖的繪制根據(jù)負載計算結(jié)果和已知的各階段的速度，可繪制出負載圖（f-s）和速度圖（v-s）3.初步確定液壓缸參數(shù)1.初選液壓缸的工作壓力根據(jù)分析此設備的負載，按類型屬組合機床類，初選液壓缸的工作壓力

10、p1=3mpa。2.計算液壓缸的液壓缸內(nèi)徑d和活塞桿直徑d為了滿足工作臺快速進退速度相等，并減小液壓泵的流量，液壓缸選用單桿式的，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，考慮的快進、快退速度相等，取d/d為0.7。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。知液壓缸上的平衡方程：故液壓缸無桿腔的有效面積： = 據(jù)液壓系統(tǒng)設計簡明手冊gb2348-80，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標準系列直徑d=80mm；故活塞桿直徑d=d=56mm（標準直徑）則液壓缸的有效作用面積為：3.活塞桿穩(wěn)定性校核因為活塞桿總行程為3

11、00mm，而活塞桿直徑為56mm,則不需要進行穩(wěn)定性校核。4.繪制工況圖差動連接快進時，液壓缸有桿腔壓力p2必須大于無桿腔壓力p1，其差值估取p2-p1=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。液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力.流量和功率如下表所示：各階段壓力、流量和功率值工 況負載f（n）液 壓 缸計 算 公 式回油腔壓力p2(mpa)流入流量q(l/min)進油腔壓力p1（mpa）輸入功率p（kw）快進（差動）啟動8890 0.35加速5741.250.75恒速 4441.208.6170.700.450工 進137780.50.41

12、.53.7610.150.43快退啟動889 0 0.34加速574 0.3 0.809恒速444 0.38.967 0.7580.608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，壓力為由上表，繪制液壓缸的工況圖：4.液壓系統(tǒng)圖的擬定液壓系統(tǒng)圖的擬定，主要是考慮以下幾個方面的問題：(1)供油方式 一般在機床液壓系統(tǒng)中，泵源系統(tǒng)宜選用雙作用葉片泵供油或限壓式變量葉片泵供油，考慮到該機床在工作進給時負載較大，速度較低。而在快進、快退時負載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，現(xiàn)采用限壓式變量葉片泵作為油源。(2)調(diào)速回路 在中

13、小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)銑削類專用機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定要求的特點，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)速回路沒有節(jié)流損失和溢流損失，因而具有效率高、油溫升溫小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負切削力的能力。(3)速度換接回路 本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點是結(jié)構簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，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，但行程閥的安裝位置不能任意布置，管路連接較為復雜。(4)平衡及鎖緊用二位四通電磁閥來控制夾緊、松

14、開換向動作時，為了避免工作時突然失電而松開，應采用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時間可調(diào)節(jié)和當進油路壓力瞬時下降時仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成下圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖。動作順序表動作名1ya2ya3ya4ya5ya6ya7ya夾緊力1+-夾緊力2+-+-夾緊力3+-+-快進+-+工進+-+-快退+-+-松開-+-停止-5.液壓元件的選擇(1)液壓泵的選擇液壓泵的工作壓力計算 除了考慮執(zhí)行機構的壓力外，還需考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為 注：pp液

15、壓泵最大工作壓力； p1執(zhí)行元件所需最大工作壓力； p液壓泵的出口至執(zhí)行機構進口之間的總的壓力損失，估算時一般節(jié)流調(diào)速和管路簡單的系統(tǒng)取0.20.5mpa，有調(diào)速閥和管路復雜的系統(tǒng)取 0.51.5mpa，可取0.5mpa。上述計算所得的pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(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pn應滿足pn(1.251.6) pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。取pn =1.25 pp=3.75mpa。 液壓泵的流量確定 液壓泵的最大流量應為qp液壓泵的最大供油流量；k考慮系統(tǒng)泄漏等因素的修正系數(shù)，一般

16、k=1.11.3，小流量去大值，大流量去小值，現(xiàn)取k=1.2。qmax為同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量23lmin；計算得，選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上計算的pp和qp，再查閱液壓系統(tǒng)設計簡明手冊，現(xiàn)選用yb120限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量qo20ml/r,泵的額定壓力pn6.3mpa,電動機轉(zhuǎn)速nh960r/min,容積效率0.9，總效率0.78，驅(qū)動功率2.6kw電動機功率的確定取進油路上的壓力損失為0.5mpa，則液壓泵輸出壓力為3.75mpa，又工作液壓泵總效率，這是液壓泵的驅(qū)動電動機的功率為： 根據(jù)此數(shù)值查

17、閱機械設計手冊產(chǎn)品樣本，選用電動機y100l-6型異步電動機，其額定功率為1.5kw，額定轉(zhuǎn)速為940r/min，型葉片泵輸出流量為19.2l/min，仍能滿足系統(tǒng)要求。 (2)選擇液壓控制閥根據(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)格見表液壓元件明細表序 號名 稱額定流量/l·min-1型號及規(guī)格2過濾器16wu-16803溢流閥40yf-120b4變量葉片泵18yb1-205三位四通電磁閥3024d-b20c6.7單向減壓閥30jf3-10b8單向節(jié)流閥30src-t-0610溢流閥40yf-120b11三位四通電磁閥302

18、4d-b20c12溢流閥40yf-120b13溢流閥40yf-120b14三位四通電磁閥3024d-b20c15單向行程調(diào)速閥18aqf3-e10b16二位四通電磁閥3023d-b20h-718流量表28mplc1219流量表28mplc12(3)確定油管直徑及管接頭各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進、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所示液壓缸的進、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

19、號、規(guī)格適合。由表可知，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）（4）確定油箱容量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。6.液壓系統(tǒng)性能驗算（1） 壓力損失快進滑臺快進時，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?，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是28.2l/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力p2和無桿腔壓力p1之差。此值小于原估計值0.5mpa,所以是偏安全的。 工進工進時，油液在進油路上通過電液換向閥2的流量為0.41.5l/min，在調(diào)速閥4處的壓