臥式鉆孔組合機床的液壓系統(tǒng)課程教學設計

1、設計要求及工況分析1.1設計要求1.2負載與運動分析確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)2.1初選液壓缸工作壓力2.2計算液壓缸主要尺寸2.3繪制液壓缸工況圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1選擇液壓回路3.2液壓原理圖計算和選擇液壓件4.1液壓泵及其驅動電機4.2閥類元件及其輔助元件4.3確定油管4.4確定油箱液壓系統(tǒng)主要性能驗算5.1系統(tǒng)壓力損失驗算5.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計算設計小結錯誤!未定義書簽。10111111121313參考文獻摘要關鍵詞：液壓液壓系統(tǒng) 組合機床液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個部門得到越來越廣泛的應用，而且越先進的設 備，其應用液壓系統(tǒng)的部門就越多。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：易于

2、 獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實現(xiàn)往復運動，易于實現(xiàn)較 大范圍的無級變速，傳遞運動平穩(wěn)，可實現(xiàn)快速而且無沖擊，與機械傳 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, 易于實現(xiàn)標準化、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。設計要求及工況分析1.1設計要求要求設計一臺臥式鉆孔組

3、合機床的液壓系統(tǒng)。要求完成如下工作循環(huán)：快進-工 進-快退-停止。機床的切削力為Fe=25000N ，工作部件的重量為9800N，快進 與快退的速度均為7m/min，工進速度為0.05m/min ，快進行程為150mm，工 進行程為40mm，加速、減速時間要求不大于 0.2s，動力平臺采用平導軌，靜摩擦系數(shù)0.2 ；動摩擦系數(shù)為0.1。要求活塞桿固定，油缸與工作臺連接。設計該組 合機床的液壓傳動系統(tǒng)。設計參數(shù)如下:切削力Fe=25000N工作部件質(zhì)量G=9.8KN快進速度 V =7m/min=0.12m/s工進速度 V2=0.05m/s=8.3 X10 4m/s快退速度 Vg =7m/min=

4、0.12m/s快進行程S1 =150mm，工進行程S? =40mm,則快退行程S3=150+40=190mm1.2負載與運動分析(1 )工作負載。工作負載即軸向切削力,Fe=25000N 。(2)摩擦負載工作部件重量為 G=9.8KN，則摩擦負載為Ff = uG靜摩擦負載 Ffs 0.2 98001960N動摩擦負載 Ffd 0.1 9800 980N(3)慣性負載取加速、減速時間均為0.2s，則慣性負載為G v 98000.12Fa G下喬衛(wèi)N 600N(4)液壓缸在各工作階段的負載值設液壓缸的機械效率w =0.9，根據(jù)公式計算得出液壓缸在各階段的負載和推力。如表1所列。表1液壓缸在各運動階

5、段的負載值(w =0.9)工況計算公式負載值F/N液壓缸推力Fo=F/ ncm/N啟動FFfs19602178加速FFfdFa15801756快進F Ffd9801089工進F FfdFe2598028867反向啟動F Ffs19602178加速FFfdFa15801756快退FFfd9801089快進、工進和快退時間由下式近似求出快進t1 S0151.25S0.12工進t2S2V2但L 48.2s0.00083快退t3S3V3019 1.58s0.12根據(jù)負載計算結果和已知的個階段的速度，可繪制出工作循環(huán)圖（a）,負載循環(huán)圖（F-t）如圖（b）,速度循環(huán)圖如圖（C）所示。F/NASSKtP3

6、曲1009MSn.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)2.1初選液壓缸工作壓力參考表2和表3,初選液壓缸的工作壓力P 1=3MPa 。表2按負載選擇工作壓力負載/ KN<5510102020303050>50工作壓力/MPa<1.52.53445>50.8123表3各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機械類型機床農(nóng)業(yè)機械小型工程機械建筑機械液壓鑿巖機液壓機大中型挖掘機重型機械起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力0.8352881010182032/MPa2為了減小液壓泵的最大流量，空程前進時選用差動快速回路，為了滿足工作臺快進與快退速度相等，選用液壓缸無桿腔面積 A與有桿腔面積A2之比為

7、2:1，即d=0.71D（D為液壓缸內(nèi)徑，d為活塞桿直徑）。差動連接時由于管路存在壓力損失，液壓缸有桿腔壓力必須大于無桿腔壓力，估算時取p=0.5MPa。為了防止鉆孔鉆通后滑臺突然前沖，工進時液壓缸回路上必須存在背壓 P2，取P2=O.6MPa。取快退時回油腔背壓為0.7MPa 。2.2計算液壓缸主要尺寸由工進時的推力計算液壓缸無桿腔的有效面積，公式為F/ m AiPi A2P2因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效作用面積可計算為FA P1m7P22288673320.9(3 0.6/2)10® m 11.8 10 m液壓缸缸筒直徑為D J4A/0.123m，按GB/T2348 1

8、993將活塞桿的根據(jù)GB/T2348 1993將液壓缸的內(nèi)徑圓整為 D=12.5cm=125mm 又A 2A2,故活塞桿直徑d=0.71D=88.25mm內(nèi)徑圓整為D=9cm=90mm此時液壓缸兩腔的實際有效面積分別為：AD2/4 12.266 10 3m2A D2 d2 /4(1.252 O.92)/4 5.907 10 3m22.3繪制液壓缸工況圖根據(jù)上述計算出的Ai和A2值，可計算得到液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率值，如表4所示。由此繪制的液壓缸工況圖如圖 2所示。表4液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推力Fo'/N回油 腔壓 力P 2/MPa進油 腔壓 力P1/

9、MPa輸入流量q/L.min-1輸入功率P/W計算公式快進啟動21780.81p1F 0A2 P / Al A2qAlA2 V1PP1q加速17561.240.74恒速10891.140.6444467.2工進288670.62.440.61324.93p1F0 p2A2 /Alq A1V2P P1q快退起動21781.69PF0 P2A / A2qA2V3PP1q加速17560.71.75恒速10890.71.6444.51216.3.擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1選擇液壓回路(1) 選擇調(diào)速回路。由工況圖可知液壓系統(tǒng)功率小，負載為阻力負載且工作中變化小，因此采用進油調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路，回油路設置

10、背壓閥。(2) 選擇油源形式。分析工況圖可知，系統(tǒng)在快進、快退時為低壓、大流量且持續(xù)時間短，在工進時為高壓、小流量且持續(xù)時間長。兩種工況要求的最大流量與最小流量之比約為60，因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來看，宜選用高低壓雙泵供油回路或選用限壓式變量泵供油?，F(xiàn)選用高低壓雙泵供油方案。(3) 選擇換向與速度換接回路。系統(tǒng)已選用差動回路做快速回路?？紤]到由快進轉換到工進時，速度變化不大，因此采用行程閥作為速度轉換環(huán)節(jié)。由于本機床工作部件終點的定位精度不高，因此采用擋塊壓下行開關控制換向閥電磁鐵失電，使液壓缸停止。由于快退時回油量較大，為了保證換向平穩(wěn)，因此采用三位五通電液換向閥作為主換向閥。3

11、.2液壓原理圖，如圖3 :（圖3.臥式鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)原理圖）四、計算和選擇液壓件4.1液壓泵及其驅動電機（1）確定液壓泵的最高工作壓力由表4.工況圖所需壓力、流量和功率表可知，液壓缸在整個工作循環(huán)中最大壓力為2.44MPa。在調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速回路中，選取進油路上的壓力損失為0.8MPa， 則泵的最高工作壓力為：Ppi =2.44+0.8=3.24MPaYB, 2.5/50聯(lián)葉片泵。則所需的電動機功率為PpCIp 2.15 106 (2.5 50) 103 kwPP選用電動機型號：查電動機產(chǎn)品樣本，選用丫132S-63.0KW，額定轉速為960 min。60 0.75 1032.51kW

12、型電動機，其額定功率是大流量泵只在快退、快進時向液壓缸供油，由表4可知，快退時液壓缸的工作壓力比快進時大，取進油路壓力損失為0.4 MPa則大流量泵最高工作壓力為：Pp2 =1.75+0.4=2.15 MPa(2)確定液壓泵的流量由工況圖可知缸需要的最大流量為44L/min,若取統(tǒng)的泄露系數(shù)為1.1則兩臺泵的總流量應為：qp 1.1 44 L/min 48.4L/min由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量2 L/min，工進時輸入液壓缸的流量為0.613L/min，所以小流量液壓泵的流量為2.613 L/min 。(3)選擇液壓泵的規(guī)格據(jù)據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱液壓泵產(chǎn)品手冊，現(xiàn)選取qp1 yn n=2

13、.5 X960 X0.9=2.16 (L/min )qp2 V2n n=50 X960 X0.9=43.2 (L/min )qp qpi qp2 45.36 ( L/min )P o.75由工況圖可知最大功率出現(xiàn)在快退階段，取泵的總功率為4.2閥類元件及其輔助元件出流首先根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)的工況算出液壓缸在各個階段的實際進、量，運動速度以便為其他液壓控制閥及輔件的選擇及系統(tǒng)的性能奠定基礎。各工況實際運動速度、流量流量、速度快進工進快退輸入流量Aqp/(L/min )q1.A A122.66 45.36122.66 59.0787.50q10.613q1 qp 45.36排出流量A2q

14、iqA2q1q A1q1q2八q2aq2aAlAA2/(L/min)87.50 59.070.613 59.0745.36 122.66HZ. 1 H122.66122.6659.070.3094.20運動速度v qpqV2 Av qV3 AviA A/(m/s)45.361030.613 10 345.36 10360 122.66 10 40.83 10 360 59.07 1040.13(122.6659.07)104 600.12根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查閱產(chǎn)品樣本，可選出這些元件的型號及規(guī)格，如下表液壓元件表序號元件名稱通過的最大流量q/L/min

15、規(guī)格型號額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵YB 2.5/5(2.5/50)6.302三位五通電94.2035DY 1006.3液換向閥100BY3行程閥87.5022C-100B1006.3H4調(diào)速閥< 1Q-6B66.35單向閥94.20I-100B1006.36單向閥42.14I-63B636.37背壓閥< 1B-10B106.38順序閥43.2XY-63B636.39單向閥94.20I-100B1006.310單向閥43.2I-63B636.311過濾器45.36XU-50X20506.3012壓力表開關K-6B13溢流閥1.66丫一 10B106.34

16、.3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，裝有過濾器；1.53無過濾器壓油管道34中低壓管道，57高壓管道回油管道1.5 3根據(jù)液壓元件表中的數(shù)值，按表 10推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式4q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d4 87.50 103 10 360 3.14 4d 聽 X? 10322.36mm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25mm、外徑34mm 的1鋼管。21.55mm4.4確定油箱油箱的容量按式V q估算，其中a為經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)，a=24 ;高壓系統(tǒng),a=57。q為液壓泵的總額定流量。則Vq=6

17、 X(2.5+50 ) =315L 取標準值 V=350L五.液壓系統(tǒng)主要性能驗算5.1系統(tǒng)壓力損失驗算由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首先確定管 道內(nèi)液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進、回油管道長為l=2m，油液的運動粘度取 =1 10-4m2/s，油液的密度取 =0.9174103kg/m 3。判斷流動狀態(tài):在快進、工進和快退三種工況下，進、回油管路中所通過的流量以快退時回油流量q2=94.20L/min 為最大，此時，油液流動的雷諾數(shù)巴竺 _4 94.20 310 34 800 < 2000v vd 6025 101 10因為最大的雷

18、諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進、回油路中 的油液的流動狀態(tài)全為層流。管中流速為:V亠-d2434 94.20 1060(2510 3)2 3.2m/s因此沿程壓力損失為75Pf反I V2 d 275800225 10 33 22917.40.35 106Pa2在管路具體結構沒有確定時，管路局部損失Pr常按以下經(jīng)驗公式計算Pr=0.1Pf各工況下的閥類元件的局部壓力損失為FS為閥在式中：q為閥的實際流量；qs為閥的額定流量（從產(chǎn)品手冊中查得） 額定流量下的壓力損失（從產(chǎn)品手冊中查得）根據(jù)以上公式計算出各工況下的進、回油管路的壓力損失，計算結果均小于估取 值不會使系統(tǒng)工作壓

19、力高于最高壓力。5.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計算液壓系統(tǒng)工進在整個工作循環(huán)中所占的時間比例為95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和升溫可用工進時的數(shù)值來計算。工進時的回路效率皿1LpP 1q P1PP2qP22.44 0.6133.24 2.16 0.077 43.20.14其中大流量泵的工作壓力Pp2就是此泵通過順序閥卸荷時產(chǎn)生的壓力損失因此它的數(shù)值為pP2 0.3 106 (32/63)2 Pa0.077 106 Pa前面已經(jīng)取雙聯(lián)泵的總效率p =0.75 ,現(xiàn)取液壓缸的總效率m=0.95，則可算得本液壓系統(tǒng)的效率m L 0.75 0.14 0.950.1可見工進時液壓系統(tǒng)效率很低這主要是溢流損失和節(jié)流損失造成的。工進工況液壓泵的輸入功率為33cc, “6 2.16 10 CC" “6 43.2 10 3.24 10 0.077 10215.1WPP1qP1PP2qP2 6060i 0.80根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)熱量計算式可算得共進階段的發(fā)熱功率Q P(1)215.1 (1 0.1)W193.59W193.59取散熱系數(shù)K=15W/(m? C),油箱的有效容積為V=315L ,算得系統(tǒng)溫升為t 1 4.28 CKA 0.065K 邸 V20.065 15 V3152設計床的工作環(huán)境t=25 C,加上此升溫后有t=25+4.28=29.28 C,在正常工作溫度內(nèi)，符合要