專用鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計快進工進死檔鐵停留快退原位停止

1、蚌埠學院任務(wù)要求快進-工進-死檔停留-快退-原位停止機電工程學院液壓與氣壓傳動課程設(shè)計說明書課題名稱：專用鉆床的液壓系統(tǒng)設(shè)計學生姓名： 學號：20100607208專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化班級: 10機電2成 績： 指導教師簽字： 2013年 6月 20日1設(shè)計題目及其要求 錯誤！未定義書簽。2工況分析2.1 動作要求分析 12.2 負載分析22.3 負載圖和速度圖的繪制 52.4 液壓缸主要參數(shù)確定 63液壓系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計3.1 液壓系統(tǒng)圖的擬定 錯誤！未定義書簽。03.2 液壓系統(tǒng)的工作原理 錯誤！未定義書簽。23.3 液壓元件的選擇134驗算性能完成設(shè)計 錯誤！未定義書簽。65總結(jié)

2、 錯誤！未定義書簽。0設(shè)計內(nèi)容計算說明結(jié)論題目及要 求動作要 求分析一，設(shè)計題目及要求：試設(shè)計一專用鉆床的液壓系統(tǒng)，要求完成“快進 工作-快退-停止(卸荷)”的工作循環(huán).-靜摩擦系數(shù)fs0.2動摩擦系數(shù)fd0.1快進、快退速度V ( m/min )4.8往復運動加減速時間At (S)0.15工進速度V2(m/min)20工進行程si( mm138快進行程s2 ( mm400切削阻力N14000工作部件重量N10000機械效率11m0.95二，工況分析2.1動作要求分析根據(jù)主機動作要求畫出動作循環(huán)圖如圖 1-1快進一工進圖1-1動作循環(huán)圖設(shè)計內(nèi)容計算說明結(jié)論2.2負載分析(1)工作負載：工作負載

3、與設(shè)備的工作情況有關(guān)，在機床上，工作負載與運動件的方向同軸的切削力的分量是工作負載。F l=13412NFl=134(2)摩擦負載：12N摩擦阻力是指運動部件與支撐面間的摩擦力，它與支承面的形狀，放置情況，潤滑條件以摩擦負載及運動狀態(tài)由關(guān)。Ffs = 107靜摩擦負載 Ffs=fsG = (0.2*5390)=1078N8N動摩擦負載 Ffd=fdG = (0.1*5390)=539NF(3) 慣性負載：Ffd=539慣性負載是運動部件的速度變化是，由其N慣性而產(chǎn)生的負載，可用牛頓第二定律計算。慣性負載加速Fai =Fai =206.04Nm*a1=(5390/9.81)*(0.075/0.2

4、)=206.04N減速Fa2 =Fa2=203m*a2=(5390/9.81)*(0.074/0.2)=203.29N.29N設(shè)計內(nèi)容計算說明結(jié)論制動 F a3 = m*a3二(5390/9.81)*(0.001/0.2)=2.75N反向加速 Fa4 = Fa1 = 206.04N反向制動 Fa5 = Fa4 =206.04N如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導軌摩擦里的影響，并設(shè)液壓缸的機械效率 刀后0.85,則液 壓缸在各工作階段的總機械負載可以算出，見表Fa3=2.75 NFa4=206.04N工況計算公式總負載F/N缸推力F/N啟動Ffs10781268.23加速Ffd + F al745

5、846.47快進Ffd539634.12減速Ffd - F a2336395.29工進Fl + F fd1395116412.94制動FL+Ffd-Fa313948.2516409.7反向加速-Ffd F a4745.04876.52快退-F fd539634.12制動-F fd + F a5332.96391.72設(shè)計內(nèi)容計算說明結(jié)論負載圖 和速度 圖的繪 制Um 錨 M)1 制 11"mis 8«,47-39L72 -634.12 .段b)配 艙缸的如tin及負噩2.3負載圖和速度圖的繪制根據(jù)負載計算結(jié)果和已知的各個階段的速 度，由于行程是 400mm設(shè)定快進時的行程

6、L1=300mm工進時的行程 L2=100mm可繪出負 載圖（F-l）和速度圖（v-l ）,見圖1-2a、bo 橫坐標以上為液壓缸活塞前進時的曲線，以下為 液壓缸退回時的曲線。1-2a,bA = Fmax16412.943 106=54.71 10-4m2液壓缸主 要參數(shù)確 定初選液壓 缸的工作 壓力液壓缸尺 寸2.4、液壓缸主要參數(shù)確定(1)、初選液壓缸的工作壓力按負載大小根據(jù)表2選擇液壓缸工作壓力表2按負載選擇執(zhí)行元件工作壓力嫩(kN) <5 MOM >50勵p 岫)<0M0 L5402H03.H.0 mo >M根據(jù)最大負載F=19412N,初選液壓缸的工作壓力為3

7、MPa(2)、計算液壓缸尺寸3MPa按最大負載Fmax#算缸筒面積A得計算缸筒內(nèi)徑D得0.083m = 83mmD=83mmD 4A 4 54.71 10/，二3.14159按計算結(jié)果根據(jù)表3選擇缸筒內(nèi)徑標準值 表3液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑標準系列(GB/T2348-1993)mm瞰卿 J,M停腳此.按標準取 D = 90mm(S厚5mm單重11.17kg/m) 根據(jù)快進和快退速度相等要求，擬定液壓系統(tǒng)在 快進時采用差動連接。設(shè)活塞桿直徑為 d,于是4q 4q22 2 d2(D2d2)D/(D -d ) =1.3d=43.23mm按標準取d = 45mm則液壓缸的有效作用面積為：A=63. 59

8、cm A=47.269cm無桿腔的面積 Ai=1/4 *兀*D2 = 1/4*兀*92=63.59cm2有桿腔的面積 A2=1/4 *兀*(D2-d2) = 1/4*兀*(9 2-4.5 2) =47.69cm 2活塞桿穩(wěn)定性校核(3 )活塞桿穩(wěn)定性校核活塞桿的總行程為400 mm ,而活塞桿的直徑為 45mm , l/d =400/45=8.89<10不用穩(wěn)定性校核(4)、計算液壓缸流量、壓力和功率1)流量計算流量計算不用穩(wěn) 定性校 核4 4.5q快進=(A1 -A2)v1 =(63.59 47.69)X10- x 6043 .=1.19 10" m /s =7.155L /

9、min“4 0.5-5 3 , 一 , q工進=A2 =63.59 父10口 黑=5.3 x103m3/s = 3.1L/min 2)壓力計算6044.54 3壓力計算q快退=A 2v3 =47.59 父10=3.5 父10/m3 / s = 21.4L / min 60二 F 快進二 634.12 A1 - A, 一 (63.59 -47.69) 10-4= 0.40 106Pa=0.4MPaF 工進16412.94P工進一A1 63.59 父 10”_ F快退 _634.123) 窣 Aff- 47.69 10”= 2.58 10 上 Pa = 2.58MPa= 0.13 10”Pa= 0

10、.13MPa6 7.155 10P快進=p快進q快進=0.4父10父=47.7W60一一 _36 3.1 102進=px進q工進=2.58父10 父二 133.3W功率計算60一一 _36 21.4 10P快退=p快退q快退=0.13父10父= 46.4W60工況圖設(shè)計內(nèi)容4、繪制工況圖工作循環(huán)中液壓缸各階段壓力、流量和功 率如表4所不。由表繪制液壓缸的工況圖如圖3所示。T況ffijjp (MPa)流量q (Urnin)功率F (WJ快進047.15547.7T進2.583.11333快退01321A46.4p(MPa2.5)0.480.1q(L/min)3 t(s)i1 7.121.53 1

11、4- t(s)47 746 4W1332一快講一3一工講 一一快退一 t(s)圖3液壓缸的工況圖計算說明結(jié)論選用執(zhí)行元件確定供油方式調(diào)速方式選擇三，液壓系統(tǒng)設(shè)計3.1、 液壓系統(tǒng)圖的擬定1、選用執(zhí)行元件由系統(tǒng)動作循環(huán)圖，選定單活塞桿液壓缸做 為執(zhí)行元件。根據(jù)快進和快退速度相等的要求， 擬定在快進時采用差動連接，因此應(yīng)使無桿腔有 效面積為有桿腔有效面積的兩倍。2、確定供油方式由工況圖分析可知，液壓缸在快進、快退 時所需流量較大，但持續(xù)時間較短；而在工進時 所需流量較小，但持續(xù)時間較長。因此從提高系 統(tǒng)效率，節(jié)省能源的角度考慮，系統(tǒng)供油方式不 宜米用單個定量泵，而宜米用雙呆或變量泵。因 此參考同類

12、組合機床，選用雙作用葉片泵雙泵供 油方式。3、調(diào)速方式選擇由工況圖口知，快進和快退時有速度要求， 因此在有桿腔油口處統(tǒng)一采用調(diào)速閥調(diào)速。 工進 時速度低，考慮到系統(tǒng)負載變化小，所以采用調(diào) 速閥進油節(jié)流調(diào)速回路。采用差 動連接雙作用 葉片泵 雙泵供 油調(diào)速閥 進油節(jié) 流調(diào)速 回路。速度換接選擇換向方式選擇4、速度換接選擇快進和工進之間速度需要換接，為便于對換 接的位置進行適當?shù)恼{(diào)整，因此采用二位二通行 程閥來實現(xiàn)速度的換接。另外采用液控順序閥與 單向閥來切斷差動回路。因此速度換接回路為行 程與壓力聯(lián)合控制形式。5、換向方式選擇采用三位五通電磁閥進行換向，以滿足系統(tǒng) 對換向的各種要求。選用三位閥的

13、中位機能為 M 型，以實現(xiàn)可以隨時在中途停止運動的要求。為 提高換向的位置要求，擬采用止擋塊和壓力繼電 器的行程終點返回控制。6、其它選擇為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處 和液壓缸的兩接口處 均設(shè)置測壓點，并配置多 點壓力表開關(guān)，以便利用一個壓力表即能觀測各 點壓力。完成以上各項選擇后，作出擬定的液壓系統(tǒng) 原理圖和各電磁鐵的動作順序表如圖 4所7K。3.2、液壓系統(tǒng)的工作原埋行程與 壓力聯(lián) 合控制 形式擋塊和 壓力繼 電器的 行程終 點返回 控制快進1、快進按下起動按鈕，電磁鐵1YA通電，電磁換 向閥8的閥芯右移，換向閥工作在左位，實現(xiàn)快 進，油路為：進油路：泵2f換向閥8左位一行程閥13

14、 下位一液壓缸左腔；回油路：液壓缸右腔 一調(diào)速閥14 f換向 閥8左位單向閥9f彳丁程閥13下位液壓缸 左腔，形成差動連接。2、工進工進當滑臺快速運動到給定位置時，滑臺上的 撞塊壓下行程閥13閥芯，切斷通道，使壓力油 經(jīng)調(diào)速閥10進入液壓缸左腔。由于油液流經(jīng)調(diào) 速閥，系統(tǒng)壓力上升，打開液控順序閥 7,此時 單向閥9關(guān)閉，切斷液壓缸差動回路，實現(xiàn)工進， 油路為：進油路：泵2f換向閥8左位一調(diào)速閥10 一液壓缸左腔；回油路：液壓缸右腔一調(diào)速閥14 f換向閥 8左位一順序閥7f背壓閥6 7油箱?？焱艘簤罕脡毫?.63MP a3、快退當滑臺工進完畢之后，停留在止擋塊處，系 統(tǒng)壓力升高，直到壓力繼電器

15、12的調(diào)整值時， 壓力繼電器動作，2YA通電，電磁換向閥8工作 在右位，滑臺快退返回。快退油路為：進油路：泵2 -調(diào)速閥14 -換向閥8右位 一液壓缸右腔；回油路：液壓缸左腔一單向閥11f換向閥8 右位一油箱。3.3、 液壓元件的選擇1、確定液壓泵的型號及電動機功率1 ）計算液壓泵壓力估算壓力損失經(jīng)驗數(shù)據(jù)：一般節(jié)流調(diào)速和管路簡單的系統(tǒng)取工 pl=0.20.5MPa ,有調(diào)速閥和管路較復雜的系統(tǒng) 取萬 pl=0.51.5MPa。液壓缸在整個工作循環(huán)中最大工作壓力為 2.58MPa,由于系統(tǒng)有調(diào)速閥，但管路簡單，所 以取壓力損失pl=0.5MPa,計算液壓泵的工 作壓力為pp=p+ EApl=2.

16、58+0.5=2.63MPa所需液壓2）計算所需液壓泵流量考慮泄漏的修正系數(shù) K: K=1.11.3。液壓缸在整個工作循環(huán)中最大流量為23.54L21.4L/min。取回路泄漏修正系數(shù)K=1.1,計算泵流量得所需兩個液壓泵的總流吊為/minqp=1.1X21.4=23.54L/min由于溢流閥最小穩(wěn)定流吊為3L/min ,工進時液壓缸所需流吊為0.4L/min ,所以高壓泵的流量不得少于3.4L/mino選用液壓1、3）選用液壓泵單泵 Single pump泵型號排量壓力轉(zhuǎn)速容積效率YB1446.396085YB125256.3960902、雙泵：Double PumpLL1L2L3BB1HS

17、D1D2dd125510638144452014511090dc12820d11YB1 一 10/16 型的雙聯(lián)葉片由網(wǎng)第5卷P158選用YB110/16型的雙 聯(lián)葉片泵。液壓泵額定壓力為6.3MPa,排量分別為10mL/r 和 16mL/r,取容積效率 ipV=0.85,總效率刀=0.8,額定轉(zhuǎn)速分別為1450r/min和選用電動機標準件油管油箱960r/min.4）選用電動機擬選Y系列三相異步電動機，滿載轉(zhuǎn)速960r/min ,按此計算液壓泵實際輸出流qp= （10+16）X 10-3 X960 x 0.85=21.22L/min計算所需電動機功率為pnqn 2 63 106 21 22

18、102Qpp = ppqp = 2.63 10 2I.22 i0 =1J6 103w 由3靖4卷P569選VSE電動機。電動機額定功率為3KW,滿載轉(zhuǎn)速為960r/min。2、選擇閥類元件及輔助元件1）標準件根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件 和輔助元件的流量，由產(chǎn)品目錄確定這些元件的 型號及規(guī)格如表5所示。2）非標件a）油管油管尺寸根據(jù)實際流量類比確定，采用內(nèi)徑 為16mm,外徑為20mm的紫銅管。b）油箱泵。Y132S-6電動機內(nèi)徑為16mm,外徑為20mm油箱容積計算如下壓力損失驗算V= (57) qp= (57) X21.22=106.1148.54L取 V=150L。表5液壓元件型

19、號及規(guī)格序 號名稱 通過流量qmax(L/min)型號及規(guī)格1濾油器24.96XU-C32 X 100B2雙聯(lián)葉片泵21.22YB1 10/163溢流閥8.11Y-10B4單向閥13.61I-25B5順序閥13.61X-B25B6溢流閥8.37Y-10B7順序閥8.37XB-25B8三位五通電磁換向閥21.2235D-25BM9單向閥8.37I-25B10調(diào)速閥16.20Q-25B11單向閥16.80I-25B12壓力繼電器DP-25B13二位二通行程閥24.5722D-25B14調(diào)速閥21.22Q-25B15壓力表開關(guān)K-3B16壓力表Y-100T17電動機Y132S-6四，驗算性能完成設(shè)計

20、4.1、 液壓系統(tǒng)的性能驗算1、壓力損失驗算按液壓泵的實際輸出流量估算壓力損失。1)油液在油管中的流速進油管流速V'.qp21.22 父 10乂4.v' -2_6 - 5.52m/sA 60M162M10V=150L回油管流速v"A240.06v" = 2 v' =5.52 = 2.81m /sA178.54層流狀態(tài)：入 1=75/Re1=75/552=0.142）沿程壓力損失 Pf沿程壓力損失 Pf設(shè)系統(tǒng)采用L-HM32液壓油，室溫為20c 時粘度為v =1.0X 10-4 m2/sa）進油沿程壓力損失 Pf1v'd 5.52 10 10與

21、e1 直流狀點：1 A01=75/Re1=75/552=0'3I（40取油液的密度為p =890kg/m3,進、回油管 長度均為2m,得進油沿程壓力損失為pfi= ' i= 0.14， !10 10890 5.522回油沿程壓力損失5b）向油8*0Pa癖.38MPa總沿程壓c）總沿程壓力損失_ v"d 2.81 10 10-3Re2 =y 281 2300層流狀態(tài)：V入2=70夠=05/281=0.27力損失局部壓力損失 Pr22l v"2890 2.81Pf2 = 20.27 3d 210 102_5_ = 1.9 105Pa = 0.19MPa3）局部壓

22、力損失 Pr局部壓力損失包括液壓閥的壓力損失及管道和管接頭的壓力損失。液壓閥的損失很小，可 以忽略不計。管道和管接頭壓力損失一般取沿程 壓力損失的10%計算，于是總壓力損失Sp pr=10% Apf=0.1 x0.48=0.05MPa4)總壓力損失萬 pEAp=EApf+ pr=0.48+0.05=0.53MPa原設(shè)工 p=0.5MPa,與計算結(jié)果非常接近。2、調(diào)定壓力的確定調(diào)定壓力的確定雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值為取pp =- +£ 與 p 卸=494Mp53i0 =3.64M1(6Pa=364MPa A635910溢流閥的調(diào)定值應(yīng)大于卸荷閥調(diào)定壓力0.30.5MPa。取p 溢=4

23、.5MPa順序閥的調(diào)定值應(yīng)為p 順=0.29+A p=0.29+0.95=1.24MPa背壓閥的調(diào)定值取為p背=0.3MPaH 803.63 10 3t =3、系統(tǒng)M驗匐5"O F835=29.20 C系統(tǒng)溫升f進時間A整p2工0W48爵由9例鬧MPa驗算例達87%,所以系統(tǒng)溫升可按工進計算。工進時液壓缸的有效功率為工進時大流量泵卸荷，卸荷壓力為.0.05 0.3Mpa邙q（秦在觸4婚幅下播7W兩個泵的總輸出功率為即qpiPpi%= 824W口設(shè)油箱的三個H 二 Pi . Po公哈24 20擊18。至63褊圍內(nèi)，計算散熱面積為按通風良好取散熱系數(shù)h=15 X 10 - 3kW/Am2

24、 0.0653 期2 液力.0653 15021.835m2熱平衡 計算在 允許范 圍內(nèi)。設(shè)室溫t1=20C,得油液溫度t2為熱平衡計算在允許范圍內(nèi)。t2 = 3 t = 20 29.20 = 49.20 C 65 C五，總結(jié)總結(jié)液壓是一們機械專業(yè)十分重要的專業(yè)基礎(chǔ) 課。同時液壓在實際生產(chǎn)的應(yīng)用上也發(fā)揮了契機 巨大的作用。在工業(yè)生產(chǎn)的各個部門應(yīng)用液壓傳 動技術(shù)。工程機械，礦上機械，壓力機械和航天 工業(yè)中，常常采用液壓傳動，因為其結(jié)構(gòu)簡單， 體積小，重量輕，輸出力大；機床上采用液壓傳 動是取其能在工作過程中方便的實現(xiàn)無級調(diào)速， 易于實現(xiàn)頻繁的換向，易于實現(xiàn)自動化；在電子 工業(yè)，包裝機械，印染機械

25、，食品機械等方面應(yīng) 用氣壓傳動主要是取其操作方便，無油，無污染。 由此可見，液壓的應(yīng)用很廣泛，發(fā)揮的作用也十 分巨大。液壓課程設(shè)計是是對液壓課程所學理論知識 的一次具體的應(yīng)用和實踐，增強學生所學知識以 及具體方法的實際應(yīng)用有很大的幫助。通過這次 課程設(shè)計，使我對于液壓系統(tǒng)設(shè)計有了一個更加 形象和直觀的認識與掌握。這個過程中鍛煉了我分析解決問題，應(yīng)用和查閱相關(guān)機械資料進行設(shè) 計的能力。由于這次課程設(shè)計是在教學的過程中進行的，剛剛學過的理論知識印象還很深刻， 但要在 在短短的幾周時間做好液壓課程是不是一件容 易的事，做課程設(shè)計又需要很多的相關(guān)的知識， 這次課程設(shè)計又相當于讓自己再次溫固了一遍 課程。真正做到理論與實踐的相統(tǒng)一。 做好一個 設(shè)計首要的是理清思路，把具體要做的工作細 分，循序漸進，走一步再走一步，