機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說明書

1、液壓與氣動(dòng)課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目： 機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 設(shè) 計(jì) 人： 指導(dǎo)老師： 完成日期 ：2011年1月11日一、負(fù)載工況分析機(jī)床工作臺(tái)液壓缸負(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，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，動(dòng)摩擦力為， 則： 而慣性力 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，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見下表表1-1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

2、機(jī)械負(fù)載F/N起動(dòng)6189加速4642快進(jìn)3095工進(jìn)23726快退3095根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各階段的速度，可繪出負(fù)載圖（F-l）和速度圖（v-l），見圖8-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。 圖8-5 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)速方式組合機(jī)床是由通用部件和部分專用部件組成的高效，專用，自動(dòng)化程度較高的機(jī)床，它能完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、銑、攻螺紋等加工工序。動(dòng)力滑臺(tái)是組合機(jī)床的通用部件，它要求空載時(shí)速度快、推力小；工進(jìn)時(shí)速度慢、推力大，速度穩(wěn)定；速度換接平穩(wěn)；功率利用合理、效率高、發(fā)熱小。參考同類組

3、合機(jī)床，選用雙作用葉片泵雙泵供油，調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥作定壓閥。為防止鉆孔通時(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Pb=0.8MPa2. 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)、快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無桿腔面積等于有桿腔面積的兩倍。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)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。本例采用二位二通電磁閥的速度換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較

4、差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路，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. 換向回路的選擇選用電磁換向閥的換向回路。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用了三位五通換向閥。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)要求作必要的修改補(bǔ)充，即組成如圖1-1所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無桿腔

5、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。用二位四通電磁閥來控制夾緊，松開換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表1-2所示1Y2Y3Y快進(jìn)+-工進(jìn)+-+快退-+-停止-三、液壓系統(tǒng)的計(jì)算（一）液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算1）初選液壓缸的工作壓力參照同類型組合機(jī)床，選液壓系統(tǒng)工作壓力。2）確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸動(dòng)力滑臺(tái)要求快進(jìn)速度和快退速度相等，選用單桿液壓缸，

6、快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接。因此無桿腔面積等于有桿腔面積的兩倍，即。為防止突然向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值。易知工進(jìn)時(shí)有最大負(fù)載F=23726N,按此負(fù)載求液壓缸尺寸A1液壓缸直徑由可知活塞桿直徑 按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d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)直徑算出 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度為最小速度，則由式本題，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)載和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓按

7、代入，快退時(shí)背壓按代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果如表表1-3 工作臺(tái)液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工況負(fù)載F進(jìn)油腔壓力回油腔壓力所需流量q輸入功率P計(jì)算式NPaPaL/minkw差動(dòng)快進(jìn)309523.10.510工進(jìn)237260.160.009快退3095240.7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1，確定液壓泵的最大工作壓力 由表可知工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差5×105Pa，則液壓泵最高工作壓力可按液壓與氣壓傳動(dòng)書中式子 式中 P1

8、執(zhí)行元件的最高工作壓力； 執(zhí)行元件進(jìn)油路上的壓力損失，如對(duì)加緊、壓制和定位等工況，在執(zhí)行元件到終點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)才出現(xiàn)最高工作壓力，則=0；其他工況，液壓元件的規(guī)格和管路長(zhǎng)度、直徑未確定時(shí)，可初定簡(jiǎn)單系統(tǒng)=（25）×105Pa，復(fù)雜系統(tǒng)=（515）×105Pa。 因此泵的額定壓力可取1.25×44.3×105Pa=55.375×105Pa。由表可知，工進(jìn)時(shí)所需流量最小是0.16L/min，設(shè)溢流閥最小溢流量是2.5L/min，則小流量泵的流量按上式應(yīng)為L(zhǎng)/min，快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是24L/min，則泵的總流量為qp=1.1×24

9、L/min=26.42L/min。即大流量的流量根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查液壓元件手冊(cè)p54頁選雙聯(lián)葉片泵YB1-25/4，額定壓力為6.3MPa,額定轉(zhuǎn)速960r/min。（三）電動(dòng)機(jī)的選擇由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率p=0.5，小泵的出口壓力，大泵出口壓力，總效率p=0.51，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為2036W根據(jù)此數(shù)值查閱機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，選用規(guī)格相近的Y112M6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為2.2KW，額定轉(zhuǎn)速為940r/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，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。本例中所有

10、閥的額定壓力都為6.3MPa。所有元件的規(guī)格型號(hào)列于下表中。表四 液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱通過的最大流量q/L/min型號(hào)1雙聯(lián)葉片泵29YB1-25/42單向閥29I50B3三位五通電磁閥5835DY-63BY4二位二通電磁閥5822DY-63BY5調(diào)速閥<1Q-6136壓力繼電器PF-B8L7單向閥29I-50B8液控順序閥<1XY-25B9背壓閥<1B-10B10液控順序閥(卸載用)24XY-63B11單向閥24I-50B12溢流閥4Y-10B13過濾器58XU63×8014壓力表開關(guān)K-6B2、油管的選擇 由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，油管內(nèi)通油量較大，其實(shí)

11、際流量 為泵的額定流量的兩倍達(dá)58L/min，由液壓元件手冊(cè)p496。 按JB827-66、JB/Z95-67選用內(nèi)徑為15mm,外徑為22mm鋼管。4、油箱容積得確定 中壓系統(tǒng)油箱的容一般取液壓泵額定流量的57倍 ，本例取7倍，故油箱容積為 V=7 =7×29L=203L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0.16L/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)。這時(shí)進(jìn)油路上進(jìn)考慮調(diào)速閥的壓力損失=5×105Pa，回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整

12、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，并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則 PP=P1+5×105Pa=（34.3+5+5）×105Pa=44.3×105Pa即小流量泵的溢流閥12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，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(zhǎng)度約為L(zhǎng)2m,油管直徑d=15×10-3m,通過的流量為進(jìn)油路q1=29L/min=0.483×10-3m3/s,回油路q2=58

13、L/min=0.967×10-3m3/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)查處此時(shí)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) 按液壓與氣壓傳動(dòng)中式（130）經(jīng)單位換算為 式中 平均流速（m/s） d油管內(nèi)徑（m） 油的運(yùn)動(dòng)粘度（cm2/s） q通過的流量（m3/s） 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 由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)都是層流。（2）沿程壓力損失 由液壓與氣壓傳動(dòng)書中式（1-37）可算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失。 在進(jìn)油路上，流速，則壓力損失為 在回油路上，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即=5.46m

14、/s，則壓力損失為 （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式計(jì)算，結(jié)果列于下表中。 表六 閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量實(shí)際通過的流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失單向閥25029 2 0.98三位五通電磁閥3 63 29/58 3 0.37/1.47二位二通電磁閥4 63 58 3 1.47單向閥11 50 24 2 0.16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)油路得壓力損失，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=3095N；則快退時(shí)液壓缸的工作

15、壓力為 按式可算出快退時(shí)泵的工作壓力為=（18.57×105+2.86×105）Pa=21.43×105Pa因此，大流量泵卸載閥10的調(diào)整壓力應(yīng)大于21.43×105Pa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)階段所占用的時(shí)間最長(zhǎng)，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 P1= 工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率P2=Fv=(23726×0.02/60)W=7.9W系統(tǒng)總的發(fā)熱率為： 已知油箱容積V=203L=203×10-3m3,則按式A=0.065油箱近似散熱面積A為 假定通風(fēng)條件良好，取油箱散熱系數(shù)CT=15×10-3Kw/( ，則利用式可得油液溫升為 =設(shè)環(huán)境溫度T2=25,則熱平衡溫度為 T1=T2+=25+23.2=48.2所以油箱散熱可達(dá)到要求。設(shè)計(jì)小結(jié)完成情況：經(jīng)過一周緊張有序的工作，以完成組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。所得收獲：這次課程設(shè)計(jì)從整體上來說，通過詳細(xì)的計(jì)算和仔細(xì)的校核并且結(jié)合了