專用平面磨床工作臺往復運動的液壓系統(tǒng)設計

1、廣西科技大學課程設計(說明書)液壓課程設計學生姓名。學院名稱。 班級。指導教師。2013年01月18日 摘要主要闡述了平面磨床工作臺液壓系統(tǒng)，液壓技術是機械設備中發(fā)展最快的技術之一。隨著科技步伐的加快，液壓技術在各個領域中得到廣泛應用。液壓技術己成為主機設備中最關鍵的部分之一。本平面磨床工作臺液壓系統(tǒng)設計，出了滿足在性能方面規(guī)定要求外，還必須符合體積小，重量輕，工作可靠，使用和維修方便等一些公認的普通設計原則。液壓系統(tǒng)的設計主要是根據(jù)已知條件，來確定液壓工作方案、液壓流量、壓力和液壓泵以及其他元件的設計。完成整個設計過程需要進行一系列工作。設計者首先應以樹立正確的設計思路，努力掌握先進的科學技

2、術知識和科學辯證的思想方法。同時，還要堅持理論聯(lián)系實際，并在實踐中不斷總結(jié)和積累設計經(jīng)驗，向有關領域的科技工作者和從事生產(chǎn)實踐的工作者學習，不斷發(fā)展和創(chuàng)新，才能建好地完成機械設計任務。關鍵詞： 磨床 液壓缸 液壓泵 目 錄摘要目 錄21 課題題目31.1 課程設計課題內(nèi)容31.1.1 設計的目的31.2設計內(nèi)容及步驟 31.2.1 設計的內(nèi)容及步驟42. 正文52.1 設計要求及設計參數(shù)52.1.1設計要求52.1.2設計參數(shù)52.2負載與運動分析52.2.1負載分析62.2.2運動分析62.2.3負載圖與運動圖的繪制62.3確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)92.3.1液壓缸的選定92.3.2液壓缸各階段

3、的壓力，流量和功率112.3.3液壓缸的工況圖133 選型及計算書143.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖143.2液壓元件的選擇153.2.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機的功率153.2.2選擇閥類元件及輔助元件173.3液壓確定系統(tǒng)性能的驗算17總結(jié)18參考文獻181課題題目1.1課程設計課題內(nèi)容1.1.1設計的目的 專用平面磨床液壓系統(tǒng)的設計是為了使得工作臺的往復運動采用液壓運動，平面磨床為精加工磨床，磨削力及變化量不大，工作臺往復運動速度高，調(diào)速范圍廣，要求換向靈敏迅速，沖擊小，所以采用液壓傳動能夠達到這些效果，液壓傳動主要是為了操縱平面磨床的往復運動，所以是液壓系統(tǒng)的主體回路，其中主要有工作臺油路

4、的控制，和工作臺速度的控制，工作臺制動，換向和停留以及工作臺手動與自動控制互鎖。專用平面磨床工作臺液壓系統(tǒng)設計能夠提高運動的效率和精確度，并且能夠?qū)φ{(diào)速，運動平穩(wěn)性，換向精度，換向頻率都有較好的控制，所以對液壓系統(tǒng)也有較高的要求。小型平面磨床工作臺的液壓傳動系統(tǒng)，其采用液壓系統(tǒng)和雙出桿液壓缸組成了液壓傳動系統(tǒng)，取代原機床手動傳動系統(tǒng)。工作臺的來回縱向運動由安裝在拖板上的液壓缸的液壓桿來回運動而牽引著工作臺來回運動。其運動行程和方向轉(zhuǎn)換則由安裝在工作臺上的行程擋塊和安裝在拖板上的磨床專用液壓閥所決定。本發(fā)明解決了手動平面磨床以純?nèi)斯な謩硬僮鞯倪@一系列的動作，大大提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，而且重

5、量輕、體積小、運動慣性小、反應速度快1.1.2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。1.2設計內(nèi)容及

6、步驟 1.2.1 設計的內(nèi)容及步驟（一）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；5. 繪制正式工作圖，編制設計計算說明書。（二）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。參閱與本課題相關內(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。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

7、的速度要求確定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。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、速度轉(zhuǎn)接控制方式、系統(tǒng)

8、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。2正文2.1設計要求及設計參數(shù)2.1.1設計要求設計專用磨床工作臺往復運動的液壓系統(tǒng)2.1.2設計參數(shù)工作臺速度最大12m/min,最小為0.5m/min,最大切削力為800N,工作臺及工件重量G=20000N,啟動時間t=0.1s,液壓缸總回程為700毫米，導軌面的摩擦系數(shù)f=0.2，節(jié)流閥裝載在液壓缸的回油路上，回油背壓0.3Mpa。1

9、. 2.2負載與運動分析2. 運動分析：根據(jù)已知條件，運動部件的工作循環(huán)為快進-工進-快退-停止。工作循環(huán)圖如下所示： 圖1 工作循環(huán)圖 2.2.1負載分析，(假設工作臺動摩擦系數(shù)f=0.2) 工作載荷Ft=800N, 工作臺最大速度V=12m/min=0.2m/s 工作臺最小速度V=0.5m/min=0.00833m/s 慣性負載：F1=ma=(20000/10) ×(0.2/0.1)=4000N F2=ma=(20000/10) ×(0.00833/0.1)=166N 阻力負載：Fs=0.2×20000=4000NFd=0.2 ×20000=4000

10、N 假設液壓缸的機械效率，得出液壓缸在各工作階段的負載和推力，如表1所示 表1 液壓缸各階段的負載和推力 工況負載組成液壓缸負載F/N液壓缸推力啟動F=Fs40004396加速F=Fd+F180008791快進F=Fd40004396工進F=Fd+Ft48005275快退F=Fd400043962.2.2負載圖和速度圖的繪制速度循環(huán)圖V-12.3液壓缸的主要參數(shù)的確定由教材表9-2可知初定Pb=2pa2.3.1液壓缸的選定(1) 確定液壓缸的幾何尺寸鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等，這里的液壓缸可以選用單桿式的，并在快進是做差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔A1應為有桿腔工作面積A2的2倍，即

11、塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d=0.707D的關系。 在磨床加工時，液壓缸回油路上必須有背壓P2,以防止工件被加工完時磨床突然前沖。根據(jù)題目要求，取P2=0.3Mpa?？爝M時液壓缸雖做差動連接，但由于油管中有壓降p存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算的時候取p=0.5Mpa?？焱藭r回油腔中是有背壓的，這時的P2=0.3Mpa。 有表1可知最大負載為加速階段時F=8791N，有加速時的負載計算液壓缸的面積 A2=F/（2p1-p2）=8791/（2×2×106 -0.3×106) 所以A1=2*A2=4.751×10-3m2, D= 4A1/ =78.30m

12、m, d=0.707D=55.36mm當按照GB-T2348-1993將這些直徑圓整成就近標準值時得到：D=80mm, d=63mm,由此求得液壓缸兩腔實際有效面積為：A1=D2/4=5.024×10-3m2,A2=(D2-d2)/4=1.908×10-3m2,因為A1=50.25cm2>1cm2故滿足最低速要求。2.3.2液壓缸各階段的壓力，流量和功率計算系統(tǒng)所需壓力 1）系統(tǒng)快進前啟動時，所需壓力為 P1=(F+A2P)/(A1-A2)=(4396+1.908×10-3×0.3×106)/(5.024-1.908) ×10-

13、3=1.59Mpa 2)系統(tǒng)快進加速時，所需壓力為 P1=(F+A2P)/(A1-A2)= (8791+1.908×10-3×0.3×106)/(5.024-1.908) ×10-3=3Mpa， 3)系統(tǒng)快進恒速時所需壓力為 P1=(F+A2P)/(A1-A2)= (4396+1.908×10-3×0.3×106)/(5.024-1.908) ×10-3=1.59Mpa， 4）系統(tǒng)工進時，所需壓力為 P1=(F+P2A2)/A1= (5275+1.908×0.3×103)/5.024×

14、10-3=1.16Mpa 5 ）系統(tǒng)快退時，所需壓力為 P1=(F+P2A1)/A2= (4396+0.3×5.024×103)/1.908×10-3=3.09Mpa，（3）計算液壓缸所需的流量 1)快進過程中所需的流量q=(A1-A2)V1=(5.024-1.908)×10-3×12×103=37.3L.min-1 2）工進過程中所需的流量q=A1V2=5.024×10-3×0.5×103=2.512L.min-1 3)快退過程中所需的流量q=A1V3=1.908×10-3×12&#

15、215;103=22.89 L.min-1 （4）計算系統(tǒng)所需功率 1）快進恒速時，所需功率為 P=p1q=1.59×37.3/60=0.988KW 2) 工進時，所需的功率為 P=p1q=1.16×2.512/60=0.049KW 3)快退時，所需功率為 P=p1q=3.09×22.89/60=1.179KW23.3液壓缸的工況圖工況推力F/N回油腔壓力P2/Mpa進油腔壓力P1/Mpa輸入流量q/L.min-1輸入功率P/KW計算式快進（差動）起動439601.59P1=(F+A2P)/(A1-A2)q=(A1-A2)V1p=p1q加速8791P2=P1+P3

16、恒速43961.537.70.988工進2852750.31.162.5120.049P1=(F+P2A2)/A1q=A1V2P=P1q快退43960.63.0922.891.179P1=(F+P2A1)/A2q=A2V2P=P1q確定液壓泵流量3造型及計算書3.1液壓系統(tǒng)圖擬定 （一）液壓回路的選擇 首先要選擇調(diào)速回路，由上圖中的一些曲線可知，這臺專用磨床工作臺往復運動液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運動速度低，工作負載變化小，可采用進口節(jié)流調(diào)速形式，為了解決進口節(jié)流調(diào)速回路在工件磨完時突然前沖的現(xiàn)象，回路上要設置背壓閥。1） 油源形式及壓力控制從上圖計算可知，最大流量和最小流量的比值為15，而快進快

17、退時間t1和工進所需時間t2。從提高系統(tǒng)效率和節(jié)省能量的角度上看，采用單個定量泵作為油源時可行的。2） 換向回路，快退運動回路及換接方式系統(tǒng)中使用節(jié)流調(diào)速回路后，不管使用什么油源形式液壓缸兩腔，都必須有單獨的油路直接通向液壓缸兩腔以實現(xiàn)快速運動。在本系統(tǒng)中，單桿液壓缸要做差動連接，所以他的換向回路，快速運動回路以及換接方式應該采用以下所示的形式調(diào)速回路有計算表格可知，當工作臺快進時，輸入液壓缸的流量為37.7 L.min-1，當工作臺工作在工進階段時，輸入液壓缸的流量為2.512 L.min-1，當工作臺在快退階段時，輸入液壓缸的流量為22.89 L.min-1，為滿足不同的流量，必須要調(diào)速回

18、路，調(diào)速回路選用單向調(diào)速閥調(diào)速4冷卻回路由于磨床工作時，液壓系統(tǒng)工作負載加大，油溫不斷身高，需對油溫進行冷卻處理。選用冷卻器組成冷卻回路來冷卻液壓油3） 測量回路為使用戶更直觀的了解系統(tǒng)的使用情況，安裝壓力表，實時顯示系統(tǒng)狀態(tài)。（二）液壓回路綜合 將上面的各種回路組合畫在一起，就得到下圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 3.2液壓元件的選擇3.2.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機的功率 液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為3.09Mpa,根據(jù)書上取進油路上壓力損失為p=0.6MPa，則泵的最大工作壓力為P1=3.09+0.6=3.69Mpa 泵應該向液壓缸提供最大流量為37.7L.min-1，若回路中的泄露

19、按照液壓缸輸入量的10估計，則泵的總流量為1.1×37.7=41.47 L.min-1，。由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3 L.min-1，而快退時輸入液壓缸的流量為22.89，所以流量泵的流量規(guī)格最小為25.89.4 L.min-1，。若取泵的總效率為0.75，則驅(qū)動液壓泵的的功率為：P=pq/=3.09×37.7/(60*0.75)=2.59KW. 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YB-63型葉片泵。其流量為63 L.min-1，,轉(zhuǎn)速為960r/min容積效率大于90%驅(qū)動功率選5.5KW采用20號液壓油溫度為10-50

20、6;C。 3.2.2選擇閥類元件及輔助元件（1）根據(jù)閥類及輔助原件在油路中的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，即可選出合適的液壓元件。（2） 確定油管表10允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 按表10推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑25mm的10號冷拔鋼管。(3) 確定油箱油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)，=24；中壓系統(tǒng)，=57；高壓系統(tǒng)，=612?，F(xiàn)取=6，得

21、3.3液壓確定系統(tǒng)性能的驗算 （一）驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥調(diào)整值，由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，所以只能估算閥類元件的壓力損失，待設計好管路布局后，加上管路的沿程損失就好。但對于中小型的液壓系統(tǒng)，管路壓力損失很小，不與計算。(二) 集成塊連接裝置的設計 1 .通用集成塊組結(jié)構 集成塊組，是按通用的液壓典型回路設計成的通用組件。它由集成塊、底塊和頂蓋用四只長螺栓垂直固緊而成。液壓元件一般安裝在集成塊的前面、后面和右側(cè)面、左側(cè)面不安放元件，留著連接油管，以便向執(zhí)行元件供油。為了操縱調(diào)整方便，通常把需要經(jīng)常調(diào)節(jié)的元件，入調(diào)速閥、溢流閥、減壓閥等，布置在右側(cè)面和

22、前面。 元件之間的聯(lián)系借助于塊體內(nèi)部的油道孔。根據(jù)單元回路塊在系統(tǒng)中的作用可分為調(diào)壓、換向、調(diào)速、減壓、順序等若干種回路。每塊的上下兩面為疊積結(jié)合面，布有公用的壓力油孔P、回油孔O、泄漏油孔L和連接螺栓孔。 2 集成塊的特點 從集成塊的組成原理圖可以看出，集成塊由板式元件與通道體組成，元件可以根據(jù)設計要求任意選擇，因此，集成塊連接裝置廣泛地應用在機床及組合機床自動線中，其工作壓力為0.3×1063.5×107Pa，流量一般在3060l/min，集成塊與其它的連接方式相比有以下特點： （1） 可以采用現(xiàn)有的板式標準元件，很方便地組成各種功能的單元集成回路，且回路的更換很方便，

23、只須更換或增、減單元回路就能實現(xiàn)，因而有極大的靈活性。 （2） 由于是在小塊體上加工各種孔道，故制造簡單，工藝孔大為減少，便于檢查和及時發(fā)現(xiàn)毛病。如果加工中出了問題，僅報廢其中一小塊通道體，而不是整個系統(tǒng)報廢。（3） 系統(tǒng)中的管道和管接頭可以減少到最少程度，使系統(tǒng)的泄漏大 為減少，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且結(jié)構緊湊，占地面積小，裝配與維修方便。 （4） 由于裝在通道體側(cè)面的各液壓元件間距離很近，油道孔短，而且通油孔徑還可選擇大一些，因而系統(tǒng)中管路壓力損失小，系統(tǒng)發(fā)熱量也小。 （5） 有利于實現(xiàn)液壓裝置的標準化、通用化、系列化，能組織成批生產(chǎn)。由于組成裝置的靈活性大，故設計和制造周期大為縮短，生產(chǎn)

24、成本低，為在機床廣泛應用液壓技術提供了方便。 3.油孔直徑的確定。 （1）油孔間最小間隙的確定。若相鄰油孔間的距離太近，則在油液壓力作用下可能造成油道串通，致使集成塊報廢。因此在設計油孔的具體位置時，必須確定通道體內(nèi)各通油孔道的最小間隔尺寸e，一般推薦e不小于5mm，當油液壓力高于6.3×106Pa或孔道間隔尺寸較小時，還要作強度校核，以防止使用過程中被擊穿。 （4）通道體高度H的確定。 （5）通道體外形尺寸的確定。 （6）元件在通道體上的初步布局。 5.集成塊的設計（1）公用油道孔的選定。集成塊的主要作用為連通各液壓元件，以便組成單元回路。因此，集成塊上一般必須有公用的壓力油孔P，回油孔O及泄露孔L，它們是由下往上貫穿通道體的。集成塊通道體，有二孔式、三孔式 、四孔式、五孔式等多種設計方案，目前廣泛應用二孔式和三孔式，這里選擇二孔式。（1） 油孔直徑的確定。油孔直徑可按下式確定： d= 式中 , Q流經(jīng)油孔的流量（L/min）；孔道中的允許流速（