液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)-某臥式單面多空鉆孔機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)班 級(jí): 機(jī)設(shè)*班 姓 名： * 學(xué) 號(hào)： *指導(dǎo)老師： * 小組其它成員 * - 1 - / 24目錄題目部分 1設(shè)計(jì)、計(jì)算部分 一、負(fù)載分析 2 二、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3 三、液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算 5 （一）液壓缸參數(shù)計(jì)算 5 （二）液壓泵參數(shù)計(jì)算 8 四、液壓元件的選擇 10 五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 11 （一）壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 11 （二）液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算 14 （附）六、液壓閥塊的設(shè)計(jì) （一）液壓閥塊的三維效果圖 15 （二）液壓閥塊的二維效果圖 17液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)某臥式單面多空鉆孔機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算題目部分一、設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單

2、面多軸鉆孔機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，有三個(gè)液壓缸，分別完成鉆削（快進(jìn)、工進(jìn)、快退）、夾緊工件（夾緊、松開）、工件定位（定位、拔銷）。其工作循環(huán)為：定位夾緊快進(jìn)工進(jìn)快退拔銷松開，如圖1所示。 二、原始數(shù)據(jù)1、主軸數(shù)及孔徑：主軸6根，孔徑14mm；2、總軸向切削阻力：12400N；3、運(yùn)動(dòng)部件重量：9800N；4、快進(jìn)、快退速度：5 m/min；5、工進(jìn)速度：0.040.1m/min；6、行程長度：320mm；7、導(dǎo)軌形式及摩擦系數(shù)：平導(dǎo)軌，f靜=0.2，f動(dòng)=0.1；8、夾緊、減速時(shí)間：大于0.2秒；9、夾緊力：50006000N；10、夾緊時(shí)間：12秒；11、夾緊液壓缸行程長度：16mm；12、快進(jìn)

3、行程240mm。三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1、夾緊后在工作中如突然停電時(shí)，要保證安全可靠，當(dāng)主油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)，夾緊缸保持夾緊力；2、快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)要平穩(wěn)可靠；3、鉆削時(shí)速度平穩(wěn)，不受外載干擾，孔鉆透時(shí)不氣沖。設(shè)計(jì)、計(jì)算部分一、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。在此，我們主要討論工作液壓缸的負(fù)載情況。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)軌的正壓力等于運(yùn)動(dòng)部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為F靜，動(dòng)摩擦力為F動(dòng)， 加速減速的時(shí)間大于0.2秒，選定其為0.25秒，則慣性力 如果忽略切削力引起的顛覆

4、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m=0.95,則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以計(jì)算出，見表一。 表一 工作液壓缸各運(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起動(dòng)2063加速1382快進(jìn)1032工進(jìn)14084快退1032根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各階段的速度，我們可以根據(jù)行程長度來初步繪出負(fù)載圖（F-l）和速度圖（v-l）,見圖2的a、b。橫坐標(biāo)以上為液壓缸活塞前進(jìn)時(shí)的曲線，以下為液壓缸活塞退回時(shí)的曲線。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，液壓泵我們可以選用單向變量葉片泵或者雙作用定量葉片泵。調(diào)速方式可以選用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，溢流閥作為定壓閥

5、。為防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，工件加緊后以免出現(xiàn)突發(fā)狀況、不論是停電還是主油路壓力瞬降而要求加緊缸保持加緊力，回油路上宜設(shè)置單向閥，初定背壓值Pb=0.8Pa。 2、選用執(zhí)行元件 因系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退，且快進(jìn)、快退的速度相等，因此都選用單活塞桿液壓缸。3、快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路 根據(jù)本例的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接與雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，利由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。 本例采用二位二通手動(dòng)電磁換向閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與常采用行程閥相比，手動(dòng)換向閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺(tái)的行程開關(guān)控制，管路簡(jiǎn)單

6、，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液控順序閥與單向閥來切斷油路。因此速度換接回路為行程和壓力聯(lián)合控制形式。4、換向回路的選擇 本系統(tǒng)對(duì)于換向的平穩(wěn)性有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。為了便于實(shí)現(xiàn)快進(jìn)和快退，選用了三位五通電磁換向閥。為提高換向的位置精度，采用死擋鐵和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返程控制。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)要求作必要的補(bǔ)充修改，即組成如圖3、圖4所示的液壓系統(tǒng)圖。為了便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無桿腔進(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。 液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表二所

7、示。 表二 電磁鐵及手動(dòng)閘動(dòng)作順序表 Y1Y2Y3Y4定 位-夾 緊-快 進(jìn)+-工 進(jìn)+-+-快 退-+-拔銷松開-+圖4 雙泵供油液壓系統(tǒng)原理圖三、液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算（一）液壓缸參數(shù)計(jì)算1、初選液壓缸的工作壓力 通過負(fù)載分析，知道工作液壓缸的最大負(fù)載為14084N，加緊液壓缸的最大負(fù)載為6000N，故由表二，可以初定工作液壓缸的工作壓力為，夾緊液壓缸的工作壓力為。表三 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/KN55-1010-2020-3030-5050工作壓力/MPa0.8-11.5-22.5-33-44-52、確定工作液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 本例要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)在采用活塞桿固定的單桿

8、式液壓缸。快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，并取無桿腔有效面積是有桿腔有效面積的兩倍，即=2。為了防止在鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，參考液壓與氣壓傳動(dòng)（許福玲、陳堯明主編，第三版）中的表8-2，初選背壓。 由表一可知，最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載,按此計(jì)算則 液壓缸直徑由=2可知活塞桿直徑 按GB/T2348-1993將計(jì)算的和值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 按標(biāo)準(zhǔn)的直徑算出 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣板，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量因工進(jìn)速度為最小速度。則由文獻(xiàn)【1】中式8-2有 本例，滿足最低速度的要求。3、確定加緊液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 為保證拔銷松開時(shí)液壓

9、缸平穩(wěn)運(yùn)行，在加緊液壓缸回油路中裝有單向節(jié)流閥，參考文獻(xiàn)【1】中表8-2，初選背壓力。取無桿腔有效面積是有桿腔有效面積的兩倍，即=2。 加緊液壓缸的最大負(fù)載為，按此計(jì)算則 液壓缸直徑由=2可知活塞桿直徑 按GB/T2348-1993將計(jì)算的和值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 按標(biāo)準(zhǔn)的直徑算出 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣板，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量因快進(jìn)最小速度 則由文獻(xiàn)【1】中式8-2有 本例，滿足最低速度的要求。4、計(jì)算工作液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率 根據(jù)工作液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效工作面積，可以計(jì)算出液壓缸工作過程各階段的壓力、流

10、量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓按代入，快退時(shí)背壓按代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果如表四所示。 表四 工作液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載F加油壓力Pj回油壓力Pb所需流量輸入功率PNPaPaL/minKW差動(dòng)快進(jìn)103212.750.19工 進(jìn)140840.250.013快 退103212.370.30注：1.差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，而 2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為，無桿腔回油，壓力為。（二）液壓泵的參數(shù)計(jì)算 由表四可知工進(jìn)階段液壓缸的工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失為，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為，則液壓泵的最高工作壓力可按文獻(xiàn)【1】中式8-5算

11、出 因此泵的額定壓力可取。 由表四可知，工進(jìn)時(shí)所需的最小最小流量是0.25L/min,設(shè)溢流閥最小流量為2.5 L/min，則小流量泵的流量按按文獻(xiàn)【1】中式8-6應(yīng)為 快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是12.75 L/min，則泵的總流量為 則大流量泵的流量 根據(jù)計(jì)算得出的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用YB1-4/12型的雙聯(lián)葉片泵，該泵的額定壓力為6.3MPa,額定轉(zhuǎn)速為960r/min。（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的流量 ，大泵2的流量 。差動(dòng)快進(jìn)、快退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率。1、差動(dòng)快進(jìn) 差動(dòng)快

12、進(jìn)時(shí)，大泵2的出口壓力油經(jīng)單向閥21后與小泵1匯合，然后經(jīng)，三位五通閥3，二位二通閥6進(jìn)入液壓缸大腔，大腔的壓力，查樣本可知，小泵的出口壓力損失，大泵出口到小泵出口的壓力損失。于是可以計(jì)算得小泵的出口壓力,大泵的出口壓力為 。 電動(dòng)機(jī)的功率 2、工進(jìn) 考慮到調(diào)速閥所需要的最小壓力差。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差。因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力。 而大泵的卸載壓力取。（小泵的總效率為，大泵的總效率為）。 電動(dòng)機(jī)功率 3、快退 類似差動(dòng)快進(jìn)分析：大泵2的出口壓力油經(jīng)單向閥11后與小泵1匯合，然后經(jīng)過單向閥2，三位五通閥3，進(jìn)入液壓缸小腔，小腔的壓力，查樣本可知，小泵的出口壓力損失，小泵出口到大泵出口的壓

13、力損失。于是可以計(jì)算得小泵的出口壓力,大泵的出口壓力為 。 電動(dòng)機(jī)功率 綜合比較，快退時(shí)功率最大。據(jù)此查參考文獻(xiàn)【3】中表16-1，選用Y90-6異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率1.1KW，額定轉(zhuǎn)速910r/min。四、液壓元件的選擇1、液壓閥及過濾器的選擇 根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，參考文獻(xiàn)【2】，可以選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。本例中泵的額定壓力為，額定流量可以確定為16，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表五中。過濾器按液壓泵流量的兩倍選取吸油用線隙過濾器。表中序號(hào)與雙泵供油系統(tǒng)圖中一致。表五 液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱最大通過流量/型號(hào)1雙聯(lián)葉片泵16YB1-4/122過濾器32X

14、U-32×2003三位五通電磁換向閥3235D1-63BY4單向閥16CRG-03-04-505調(diào)速閥0.25FG-3-10-K-106二位二通電磁閥3222D1-63BH7單向閥16CRG-03-04-508液控順序閥0.25XY-25B9背壓閥0.25B-10B10減壓閥16RCT-03-B-2211單向閥16CRG-03-04-5012二位四通電磁換向閥3224DI3-H6B13單向順序閥16HC-T-03-N-2-P-2214單向節(jié)流閥16MK-8-G-1.215壓力繼電器HED1K16工作液壓缸1680-60-32017定位液壓缸1660-50-1618加緊液壓缸1660-

15、50-1619電動(dòng)機(jī)Y90-620溢流閥40DA-1021單向閥12CRG-03-04-502、 油管的選擇 根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出口油管按輸入、排出的最大流量來計(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)32,則液壓缸進(jìn)、出油管直徑參考文獻(xiàn)【2】，確定選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號(hào)冷鋼管。 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57倍，在此取7倍，故油箱容積為 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

16、流量僅為0.25，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)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，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)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差并考慮壓力繼電器的動(dòng)作需要，則 即小流量泵的溢流閥20應(yīng)按此壓力調(diào)整。2、快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整因快退時(shí)，液壓缸無桿腔的回油量是進(jìn)油量的兩倍，其壓力損失比快時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路和回油路的壓力損失，以便確定大流量泵的卸載壓力。已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長度均為，油管直徑，通過的流量為進(jìn)油路，回油路。液壓系統(tǒng)選用L-HM-32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為

17、15，由文獻(xiàn)【2】查出此油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。（1）確定油流的流動(dòng)狀態(tài) 參考文獻(xiàn)【1】中式1-30經(jīng)單位換算為 式中 則進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為 回油路中液流的雷諾數(shù)為 因此可以判斷，進(jìn)回油路中的流動(dòng)都是層流。（2）沿程壓力損失 參考文獻(xiàn)【1】中式1-37可以算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失 在進(jìn)油路上，流速 則壓力損失是 在回油路上，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即,則壓力損失是(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。通過各閥的局部壓力損失按參考文獻(xiàn)【1】中式（1-39）計(jì)算，結(jié)果列于表六中。 表六 閥類元件局部壓力

18、損失元件名稱額定流量實(shí)際通過流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失三位五通電磁閥36316/3240.26/1.03單向閥4251620.82二位二通電磁閥6633241.03單向閥21251220.46 注：快退時(shí)經(jīng)過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 ，回油路壓力損失為，則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為 查表一知快退時(shí)液壓缸負(fù)載F=1032N；則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為 按參考文獻(xiàn)【1】中式（8-5）可以計(jì)算出快退時(shí)泵的工作壓力 因此泵的卸載閥20的調(diào)整壓力應(yīng)大于。 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 在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占時(shí)間最長，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進(jìn)階段造成的，故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。 工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率如前面計(jì)算 工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率 系統(tǒng)總的發(fā)熱功率為： 已