臥式鉆孔組合機床的液壓系統(tǒng)課程設(shè)計

1、13xxxx大學(xué)課程設(shè)計專用紙目 錄摘 要2一 設(shè)計要求及工況分析31.1設(shè)計要求31.2負載與運動分析3二 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)52.1初選液壓缸工作壓力52.2計算液壓缸主要尺寸62.3繪制液壓缸工況圖6三 擬定液壓系統(tǒng)原理圖73.1選擇液壓回路73.2液壓原理圖7四 計算和選擇液壓件84.1液壓泵及其驅(qū)動電機94.2閥類元件及其輔助元件94.3確定油管104.4確定油箱11五 液壓系統(tǒng)主要性能驗算115.1系統(tǒng)壓力損失驗算115.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計算12設(shè)計小結(jié)13參考文獻13摘要關(guān)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(yīng)用，而且越先進的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系

2、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：易于獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實現(xiàn)往復(fù)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

3、。 一.設(shè)計要求及工況分析 1.1設(shè)計要求 要求設(shè)計一臺臥式鉆孔組合機床的液壓系統(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(dǎo)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(shè)計該組合機床的液壓傳動系統(tǒng)。設(shè)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=7m/min=0.12m/s工進速度=0.05m/s=8.3×m/s

4、快退速度=7m/min=0.12m/s 快進行程=150mm，工進行程=40mm,則快退行程=150+40=190mm 1.2負載與運動分析（1）工作負載。工作負載即軸向切削力，F(xiàn)e=25000N。 （2）摩擦負載工作部件重量為G=9.8KN，則摩擦負載為=µG靜摩擦負載 動摩擦負載 （3）慣性負載 取加速、減速時間均為0.2s，則慣性負載為 （4） 液壓缸在各工作階段的負載值 設(shè)液壓缸的機械效率 =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 液壓缸在各運動階段的負載值（=0.9）工況計算公式負載值F/N液壓缸推力=F/N啟動19602178加速158017

5、56快進9801089工進2598028867反向啟動19602178加速15801756快退9801089快進、工進和快退時間由下式近似求出快進 工進 快退 根據(jù)負載計算結(jié)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。二.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=3MPa。表2按負載選擇工作壓力負載/ KN<5510102020303050>50工作壓力/MPa< 0.811.522.5334455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

6、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/MPa0.82352881010182032 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與有桿腔面積之比為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，取=0.6MPa。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

7、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 液壓缸缸筒直徑為 根據(jù)GB/T23481993將液壓缸的內(nèi)徑圓整為D=12.5cm=125mm又,故活塞桿直徑d=0.71D=88.25mm，按GB/T23481993將活塞桿的內(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：2.3 繪制液壓缸工況圖根據(jù)上述計算出的和值，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/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/W計算公式快進啟動

8、21780.81加速17561.240.74恒速10891.140.6444467.2工進288670.62.440.61324.93快退起動21781.69加速17560.71.75恒速10890.71.6444.51216.3三.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(shè)置背壓閥。（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

9、，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(zhuǎn)換到工進時，速度變化不大，因此采用行程閥作為速度轉(zhuǎn)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(guān)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。3.2 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(qū)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

10、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：=2.44+0.8=3.24MPa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0.4MPa則大流量泵最高工作壓力為：=1.75+0.4=2.15MPa（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(yīng)為：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0.613 L/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

11、壓力和流量數(shù)值查閱液壓泵產(chǎn)品手冊，現(xiàn)選取-2.5/50聯(lián)葉片泵。 =2.5×960×0.9=2.16（L/min） =50×960×0.9=43.2（L/min）（L/min）由工況圖可知最大功率出現(xiàn)在快退階段，取泵的總功率為則所需的電動機功率為選用電動機型號：查電動機產(chǎn)品樣本，選用Y132S-6型電動機，其額定功率是，額定轉(zhuǎn)速為。4.2 閥類元件及其輔助元件首先根據(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、出流量，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(chǔ)。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/(L

12、/min）排出流量/(L/min）運動速度/(m/s）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規(guī)格型號額定流量/L/min額定壓力/MPa1雙聯(lián)葉片泵-2.5/50(2.5/50)6.32三位五通電液換向閥94.2035DY100BY1006.33行程閥87.5022C-100BH1006.34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

13、94.20I-100B1006.310單向閥43.2I-63B636.311過濾器45.36XU-50X200506.312壓力表開關(guān)K-6B13溢流閥1.66Y10B106.34.3 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. 53 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 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25mm、外徑34mm的1鋼管。4.4 確定油箱油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗系數(shù)，

14、低壓系統(tǒng)，=24；高壓系統(tǒng)，=57。q為液壓泵的總額定流量。則=6×（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r=0.9174´103kg/m3。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)2000因為最大的雷諾

15、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： 因此沿程壓力損失為 在管路具體結(jié)構(gòu)沒有確定時，管路局部損失常按以下經(jīng)驗公式計算 =0.1各工況下的閥類元件的局部壓力損失為 式中：q為閥的實際流量；為閥的額定流量（從產(chǎn)品手冊中查得）；為閥在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(jié)果均小于估取值不會使系統(tǒng)工作壓力高于最高壓力。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 其中大流量泵的工作壓力就

16、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)值為前面已經(jīng)取雙聯(lián)泵的總效率=0.75，現(xiàn)取液壓缸的總效率=0.95，則可算得本液壓系統(tǒng)的效率 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 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 取散熱系數(shù)K=15W/（m），油箱的有效容積為V=315L，算得系統(tǒng)溫升為 設(shè)計床的工作環(huán)境t=25，加上此升溫后有t=25+4.28=29.28，在正常工作溫度內(nèi)，符合要求。設(shè)計小結(jié)通過本次液壓課程設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力，提升了我查閱資料的能力，在設(shè)計過程中，我按

17、照老師的要求逐步完善設(shè)計方案。對指導(dǎo)老師提出的問題經(jīng)行了詳細的修改。較好的完成了設(shè)計任務(wù)，這次設(shè)計的過程中，由于理論知識掌握得不夠，再加上平時沒什么設(shè)計經(jīng)驗，一開始有些手忙腳亂，不知從何下手。但是在老師的辛勤指導(dǎo)下，同學(xué)的的熱心幫助下，是我順利的完成了設(shè)計?，F(xiàn)在想想其實課程設(shè)計中的每一天都是很累的，正象老師說的一樣，機械專業(yè)的課程設(shè)計沒有那么簡單的。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。在本次設(shè)計中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到