設(shè)計(jì)一臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)

1、下載可編輯設(shè)計(jì)一臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)。1）工作循環(huán) ：快進(jìn) 工進(jìn) 快退停止。2 ）工作參數(shù)軸向切削力21000N ，移動(dòng)部件總重10000N ，快進(jìn)行程100mm ，快進(jìn)與快退速度4.2m min ，工進(jìn)行程20mm ，工進(jìn)速度0.05m min ，加、減速時(shí)間為 0.2s，靜摩擦系數(shù) 0.2，動(dòng)摩擦系數(shù) 0.1，動(dòng)力滑臺(tái)可在中途停止。一、負(fù)載分析負(fù)載分析中 ，暫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(jī)械效率中加以考慮 。 因工作部件是臥式放置 ，重力的水平分力為零 ，這樣需要考慮的力有 ：切削力 ，導(dǎo)軌摩擦力和慣性力 。 導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力

2、，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為 Ffs ，動(dòng)摩擦力為 Ffd ，則F fsf sFN0.210000 N2000 NF fdf d FN0.110000 N1000N而慣性力Fmm vGv100004.2 / 60 N 357Ntgt9.80.2如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率m0.95 ，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見表 1。表 1液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段計(jì)算公式總機(jī)械負(fù)載 F / N啟動(dòng)F F fs / m2105加速F ( F fd Fm) / m1428.專業(yè) .整理 .下載可編輯快進(jìn)FF fd /m1053工進(jìn)F ( FtF fd ) /

3、 m23158快退FF fd /m1053根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各階段的速度，可繪制出負(fù)載圖 （ Fl ）和速度圖（ vl ），見圖 1a、 b。 橫坐標(biāo)以上為液壓缸活塞前進(jìn)時(shí)的曲線，以下為液壓活塞退回時(shí)的曲線 。a)b)圖 1負(fù)載速度圖a）負(fù)載圖b）速度圖二、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1. 確定液壓泵類型及調(diào)速方式參考同類組合機(jī)床 ,同時(shí)根據(jù)本題要求 。 選用雙作用葉片泵雙泵供油，同時(shí).專業(yè) .整理 .0.8MPa下載可編輯這是調(diào)速閥進(jìn)油調(diào)速的開式回路來(lái)滿足快進(jìn)、快退和工進(jìn)的功能?？爝M(jìn)或快退時(shí)雙泵進(jìn)行供油，工進(jìn)時(shí) ，小泵單獨(dú)供油，同時(shí)利用節(jié)流閥調(diào)速保證工進(jìn)速度。整個(gè)回路采用溢流閥作定壓閥，起安全閥作

4、用 。 為防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖 ，回油路上設(shè)置背壓閥 ，初定背壓值為pb。2. 選用執(zhí)行元件因系統(tǒng)循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退 ，且快進(jìn) 、快退速度相等 。 實(shí)現(xiàn)快進(jìn)快退速度相等有以下幾種方法：1）單活塞桿液壓缸 ，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接 ，無(wú)桿腔面積 A1 等于有桿腔面積A2 的兩倍。2）采用雙活塞桿液壓缸 ，因兩腔有效面積相等 ，即可滿足快進(jìn) 、快退速度相等的要求。差動(dòng)連接 可降低整個(gè)系統(tǒng)工作壓力，同時(shí)可選用更小規(guī)格的油泵。 而且組合機(jī)床對(duì)工作壓力要求的供油壓力并不高，所以選擇方案一3. 快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路根據(jù)題目運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用方案一的快速回路系統(tǒng)，差動(dòng)連接與雙泵

5、供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí) ，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接 。采用二位二通電磁閥的速度回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn) 。 與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺(tái)的行程開關(guān)控制，管路較簡(jiǎn)單 ，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液控順序閥與單向閥來(lái)切斷差動(dòng)油路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。4. 換向回路的選擇.專業(yè) .整理 .下載可編輯本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒(méi)有嚴(yán)格的要求，所以采用電磁換向閥的換向回路，采用三位五通閥 。5.組成液壓系統(tǒng)繪原理圖將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充，即組成如圖 2 所示的液壓系統(tǒng)圖 。為便于觀察調(diào)整壓力

6、 ，在液壓泵的進(jìn)口處 、背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn),并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開關(guān) 。這樣只需一個(gè)壓力表即能觀測(cè)各點(diǎn)壓力 。圖 2組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖.專業(yè) .整理 .下載可編輯液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表2 所示。表 2電磁鐵動(dòng)作順序表1Y2Y3Y快進(jìn)+-工進(jìn)+-+快退-+-停止-三、液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算（一）液壓缸參數(shù)計(jì)算1. 初選同類型組合機(jī)床 ，初定液壓缸的工作壓力為p140105 Pa 。2. 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M(jìn)差動(dòng)時(shí)，并取無(wú)桿腔有效面積 A1等于有桿腔有效面積 A2 的兩倍，即A1 2 A2 。

7、 為了防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，在油路上設(shè)置背壓閥，按1 表8-2 ，初 ,選背壓值 pb8105 Pa 。由表 1 克制最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F23158N ，按此計(jì)算 A1 則A1F23158m26.43 10 3 m21515P12 Pb401028 10液壓缸直徑D4A14 64.3cm 9.05cm.專業(yè) .整理 .下載可編輯由 A12A2 可知活塞桿直徑d 0.707D 0.707 9.05cm 6.4cm按 GB/T2348 1993 將所計(jì)算得 D 與 d 值分別圓整打動(dòng)相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑 ，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置 。 圓整后得D10cmd7cm按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出A1D

8、2102 cm278.5cm244A2(D 2d 2 )(10272 )cm240.1cm244按最低工進(jìn)速度演算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本 ，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量qmin 0.05L / min ，因工進(jìn)速度 v0.05m/ min 為最小速度 ，則由 1 式（8-11 ）A1qmin0.05103 cm2 10cm2vmin0.05102上述計(jì)算中 A1 78.5cm210cm2，滿足最低速度的要求 。3. 計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力 、流量和功率根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積 ，可以算出液壓缸工作過(guò)程中各階段的壓力 、流量和功率 ，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)按 pb 8 105 Pa 代

9、入，快退時(shí)背壓按 pb 5 105 Pa 代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列于表 3 中。表 3 液壓缸所需的實(shí)際流量 、壓力和功率負(fù)載 F進(jìn)油壓力回油壓力所需流量輸入功率 P工作循環(huán)計(jì)算公式p jpbqNPaPaL/minkW.專業(yè) .整理 .下載可編輯FPA2PjA2A17.9610512.9610516.10.174差動(dòng)快進(jìn)1053q v( A1A2 )PpjqFPb A2PjA133.61051050.021工進(jìn)2315880. 39qA1vPpjqFPj A1PjA212.42105510516.80.281快退1053qA2vPpjq注： 1.差動(dòng)連接時(shí) ，液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損

10、失p5 105Pa ，而 pbp j p 。2.快退時(shí) ，液壓缸有桿腔進(jìn)油 ，壓力為 p j ，無(wú)桿腔回油 ，壓力為 pb 。（二）液壓泵的參數(shù)計(jì)算由表 3 可知工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失p 5 105 Pa ，則液壓泵最高工作壓力可按 1式（ 8-5 ）算出pPp1p(33.65)105 Pa38.6 105 Pa因此泵的額定壓力可取pr1.2538.6105 Pa48 105 Pa 。由表 1-5 可知，工進(jìn)時(shí)所需流量最小是0.39L / min ，設(shè)溢流閥最小溢流量為2.5L / min ，則小流量泵的流量按 1 式（8-16 ）應(yīng)為q p1(1.1 0.392.5

11、) L / min2.93L / min ，快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是16.8L / min ，則泵的總流量為 qp1.1 16.8L / min18.5L / min 。 即大流量泵的流量q p2qpqp 1(18.52.93)L / min15.57L / min 。根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查相關(guān)產(chǎn)品樣本得 ，選用 YB-4/16 型雙聯(lián)葉片泵 。該泵額定壓力 6.3MPa ，額定轉(zhuǎn)速 960r / min 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯（三）電動(dòng)機(jī)的選擇系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng) ，其中小泵 1 的電動(dòng)機(jī)的選擇流量qp1(4 10 3 / 60)m3 / s0.0667 10 3 m3

12、/ s ,大泵 2 流量 q(16 10 3 / 60)m3 / s0.267 10 3 m3 / s 。差動(dòng)快進(jìn) 、快退時(shí)兩個(gè)p2泵同時(shí)向系統(tǒng)供油 ；工進(jìn)時(shí)，小泵 1 向系統(tǒng)供油 ，大泵 2 卸載 。 下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率P 。1.差動(dòng)快進(jìn)差動(dòng)快進(jìn)時(shí) ，大泵 2 的出口壓力油經(jīng)單向閥后與小泵1 匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通 3，二位二通閥 4 進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔 ，無(wú)桿腔壓力p p7.96105 Pa，查樣本可知 ，小泵 2 的出口壓力損失p1 4.5105 Pa ，1j大泵 2 出口到小泵 1 出口的壓力損失p2 1.5 105 Pa 。于是計(jì)算可得小泵出壓力 p12.4

13、6105 Pa （總效率 1 0.5），大泵 2 出口壓力 p13.96105 PaP1P 2（總效率20.5 ）。電動(dòng)機(jī)功率PP qP q(12.46 1050.0667 10313.961050.267 103P1 1P 2 2)W 912W10.50.5122.工進(jìn)考慮到調(diào)速閥所需要的最小壓力差 p1 5 105 Pa 。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差 p2 5 105 Pa 。因此工進(jìn)時(shí)小泵 1 的出口壓力PP1p1p1p243.6105 Pa 。而大泵 2 的卸載壓力取 PP12105 Pa 。（ 小泵1的總效率 10.565，大泵 2 總效率 20.3）。P2PP1q1PP2 q2(

14、 43.6105 0.0667 10 32105 0.2 10 3)W650W120.5650.3.專業(yè) .整理 .下載可編輯3.快退類似差動(dòng)快進(jìn)分析知 ：小泵 1 的出口壓力 PP116.9105 Pa （總效率10.5）：大泵 2 出口壓力 pP218.4105 Pa （總效率20.51 ）。電動(dòng)機(jī)功率P3PP1q1PP 2 q2(16.9 105 0.0667 10318.4105 0.210 3)W 947W120.50.51綜合比較 ，快退時(shí)所需功率最大 。據(jù)此查樣本選用 Y90L-66封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率 1.1kW 。額定轉(zhuǎn)速 940r/ min 。四、液壓元件的選擇

15、1.液壓閥及過(guò)濾器的選擇根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格 。本系統(tǒng)中所有閥的額定壓力都為63 105 Pa ，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量 ，確定為 10L / min ， 25L / min 和 63L / min 三種規(guī)格 ，所有元件的型號(hào)列于表4 中。過(guò)濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過(guò)濾器。表中序號(hào)與系統(tǒng)原理圖中的序號(hào)一致。表 4 液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱最大通過(guò)流量 / L min 1型號(hào)1雙聯(lián)葉片泵20YB-4/162單向閥201-25B3三位五通閥4035D 1-63BY.專業(yè) .整理 .下載可編輯4二位二通閥4022D

16、1-63BH5調(diào)速閥0.39Q-10B6壓力繼電器DP1-36B7單向閥201-25B8液控順序閥0.16XY-25B9背壓閥0.16B-10B10液控順序閥 （卸載16XY-25B用）11單向閥161-25B12溢流閥4Y-10B13過(guò)濾器40XY-B32x10014壓力表開關(guān)K-6B2. 油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口齒輪確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn) 、出油管按輸入、排出的最大流量來(lái)計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大 ，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)40L / min ，則液壓缸進(jìn) 、出油管直徑 d 按產(chǎn)品樣本 ，選用內(nèi)徑為 15mm ，外徑為 19mm 的 1

17、0 號(hào)冷拔鋼管 。3. 油箱容積的確定中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5 到 7 倍，本系統(tǒng)取 7 倍，故油箱容積為V(716) L112L.專業(yè) .整理 .下載可編輯五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能（一）壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整1.工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為0.39L / min ，因此流速很小 ，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計(jì) 。 這是進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失p15105 Pa ，回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力p1 加上進(jìn)油路壓差p1 則Ppp1p15 105 Pa43.6Pa即小

18、流量泵的溢流閥12 應(yīng)按此壓力調(diào)整 。1.快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整因快退時(shí) ，液壓缸無(wú)桿腔的回油量是進(jìn)油量的兩倍，起壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失，儀表確定大流量泵的卸載壓力 。已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度均為l 2m，油管直徑 d15 10 3 m ，通過(guò)的流量為進(jìn)油路 q1 20L / min 0.333m3/ s ，回油路q240L / min0.667m3 / s 。 液壓系統(tǒng)選用 N32 號(hào)液壓油 ，考慮最低工作溫度為 15， 由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度v1.5st1.5cm2 / s ，油的密度900kg / m3 ，液壓系統(tǒng)

19、元件采用集成塊似的配置形式。（ 1）確定油流的流動(dòng)狀態(tài)按1 式（1-30 ）經(jīng)單位換算為Revd104 1.2732q 104dv.專業(yè) .整理 .下載可編輯式中v 平均流速 （ m/ s ）；d 油管內(nèi)徑 （ m ）； 油的運(yùn)動(dòng)粘度 （ cm2 / s ）；q 通過(guò)的流量 （ m3 / s ）。則進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為Re11.27320.33310 310 4188.423001510 31.5回油路中液流的雷諾數(shù)為Re21.27320.66710 310 4376.923001510 31.5由上可知 ，進(jìn)回油路的流動(dòng)都是層流 。（ 2）沿程壓力損失p由1 式（1-37 ）可算出進(jìn)油路和

20、回油路的壓力損失 。在進(jìn)油路上 ，流速 v4q140.33310 3m / s1.88m / s則壓力損失為d23.1415210 6p 164lv2642900 1.882Pa0.72 105 PaRe1 d2188.41510 32在會(huì)有路上 ，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即 v3.76m / s ，則壓力損失為p 264lv 2642 900 3.762Pa5Re1d2376.91510 321.44 10 Pa（ 3）局部壓力損失由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失 。 通過(guò)各閥的局部壓力損失按1 式（1-39 ）計(jì)算，結(jié)果列于表 5 中 。表 5閥類元件局

21、部壓力損失.專業(yè) .整理 .下載可編輯元件名稱額定流量實(shí)際通過(guò)的流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失qn / L min 1q / L min 1pn /( 10 5 Pa)p /( 105 Pa)單向閥 2252021.025三位五通電磁閥36320/4040.325/1.2875二位二通電磁閥4634041.2875單向閥 11251620.575注：快退時(shí)經(jīng)過(guò)三位五通閥的兩油道流量不同，壓力損失也不同 。若取集成塊進(jìn)油路的壓力損失p j10.3 105 Pa ，回油路壓力損失為p j 20.5 105 Pa ，則進(jìn)油路和回油路的總的壓力損失為p1pp2p12pp j1(0.72 1.025 0.

22、5750.3)105 Pa2.62 105 Papp j 2(1.44 1.025 1.28750.5)105 Pa4.2525 105 Pa查表 1-1知快退時(shí)液壓缸負(fù)載 F 1052.6 N ；則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為p1 ( Fp2 A1 ) / A2(1052.6 4.2525 1057.85 10 3 ) / 4.01 10 3 Pa10.96105 Pa因此 ，大流量泵卸荷閥 2的調(diào)整壓力應(yīng)大于 10.96105 Pa 。從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各種工況下的實(shí)際壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近 ，說(shuō)明液壓系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)、元件的參數(shù)是合理的，滿足要求 。（二）液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率如前面計(jì)算P650W1工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率P2Fv(23158 0.05 / 60)W 19.3W系統(tǒng)總的發(fā)熱功率P1P2 (65019.3)W630.7W已知油箱容積 V 90L9010 3 m3 ，則按 1式（ 8-12 ）油箱近似散熱面積A 為.專業(yè) .整理 .下載可編輯A0.0653 V 20.0653902 m21.51m2假定通風(fēng)良好 ，取油箱散熱系數(shù) CT 1510 3 kW /(m2