臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 SHANGHAI UNIVERSITY 課程設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)計(jì)算說明書）設(shè)計(jì)題目: 臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院 機(jī)電工程與自動(dòng)化專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué) 號(hào) 09121793學(xué)生姓名 倪曉春指導(dǎo)教師 沈 健起訖日期 2012.11.262013.3.8成 績(jī)： 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書組號(hào)：（二） 姓名：倪曉春 學(xué)號(hào)：091217931、 題目名稱：臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)2、 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求： 1、快進(jìn)-工進(jìn)-快退-原位停止 2、運(yùn)動(dòng)部件自重： 40KN 3、切削力： 25KN 4、快進(jìn)： L=300mm， V=100mm/s 5、工進(jìn)： L=300mm，

2、V=（0.81.5）mm/s 6、有較好的調(diào)速剛性 7、啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間均為0.5s 8、3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、負(fù)載和運(yùn)動(dòng)的分析計(jì)算，并作出負(fù)載圖、速度圖。 2、確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，作出油缸的壓力、流量、 功率圖。 3、擬定及繪制液壓系統(tǒng)原理圖。 4、有關(guān)元件的選擇和計(jì)算。 5、系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的效率估算和系統(tǒng)發(fā)熱估算。 6、繪制集成塊、油箱總圖及泵組總成圖。最大壓力 4.36 MPa; 最大流量 24.1 L/min; 主油缸內(nèi)徑 100，70 mm。 臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)1 設(shè)計(jì)要求及工況分析1.1設(shè)計(jì)要求要求設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn) à 工進(jìn) à 快退 &

3、#224; 原位停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：切削阻力FL=25N；運(yùn)動(dòng)部件所受重力G=40N；快進(jìn)、快退速度1= 3=0.1m/s，工進(jìn)速度2=（0.8-1.5）×10-3m/s；快進(jìn)行程L1=300mm，工進(jìn)行程L2=300mm；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速時(shí)間t=0.5s；靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。1.2負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析(1) 工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削阻力FL=25N。(2) 摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力 動(dòng)摩擦阻力 (3) 慣性負(fù)載 (4) 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 設(shè)液壓缸的機(jī)械效率cm=0.9，得出液壓缸在各工

4、作階段的負(fù)載和推力，如表1所列。表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力F0=F/cm/N啟 動(dòng)加 速快 進(jìn)工 進(jìn)反向啟動(dòng)加 速快 退8000481640002900080004816400088895351444432222888953514444根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，即可繪制出負(fù)載循環(huán)圖F-t和速度循環(huán)圖V-t，如圖所示：2 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)2.1初選液壓缸工作壓力所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表2和表3，考慮缸徑與工作壓力之間的關(guān)系，初選液壓缸的工作壓力p1=5MPa。 表2 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN

5、<5510102020303050>50工作壓力/MPa<0.811.522.5334455表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.823528810101820322.2計(jì)算液壓缸主要尺寸鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。選用回油路帶調(diào)速閥的差動(dòng)系統(tǒng)。參考表四，調(diào)速閥的壓差損失定為0.5MPa。表4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回

6、油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)由式得 則活塞直徑 表5 按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表6 按速比要求確定d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：1無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度；2有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。參考表5及表6，得d0.71D =66mm，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得 D=100mm， d=70mm。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為 根

7、據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表7所列。表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推力F0/N回油腔壓力p2/MPa進(jìn)油腔壓力p1/MPa輸入流量q×10-3/m3/s輸入功率P/KW計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)88892.31加速5351p1+p1.92恒速4444p1+p1.680.3840.645工進(jìn)322220.54.360.01180.051快退啟動(dòng)88892.21加速53510.11.53恒速44440.11.300.4010.838注：1. p為液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取p=0.5MPa。2 快退時(shí)，液壓缸有桿

8、腔進(jìn)油，壓力為p1，無桿腔直接回油，故壓力p2 取0.1MPa。3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1選擇基本回路(1) 選擇調(diào)速回路 由表7可知，這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用差動(dòng)連接，回油節(jié)流調(diào)速回路。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。(2) 選擇油源形式 從工況表可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=0.401/0.011834 ；其相應(yīng)的時(shí)間之比(t1+t3)/t2=(3+6)/375=0.024。 油缸壓力、流量、功率圖

9、這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源?？紤]到前者流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時(shí)向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖2a所示。(3) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，工作壓力不大。故選用換向時(shí)間可調(diào)的電磁換向閥式換向回路，考慮到系統(tǒng)完成運(yùn)動(dòng)后，處于待機(jī)狀態(tài)，以進(jìn)行下路動(dòng)作，故選用三位四通中位機(jī)能為M型的電磁換向閥，差動(dòng)連接由兩位三通

10、電磁球閥來完成，如圖2b所示。3.2組成液壓系統(tǒng)在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。4 計(jì)算和選擇液壓件4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率(1) 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為p1=4.36MPa，如在調(diào)速閥回油節(jié)流調(diào)速回路中，進(jìn)油路上的總壓力損失很小，取p=0.1MPa，則小流量泵的最高工作

11、壓力估算為 大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，由表7可見，快進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力為p1=2.31MPa，比快退時(shí)大?？紤]到快進(jìn)時(shí)不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失很小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失p=0.1MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為 (2) 計(jì)算液壓泵的流量由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.401×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為0.0118×10-3 m3/s =0.71L/min，則小流量泵的流量最少應(yīng)為3.71L/min。(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率

12、根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和36mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí)，其理論流量分別為5.6 L/min和24.4L/min，若取液壓泵容積效率v=0.9，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為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=0.8，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。4.2確定其它元件及輔件(1) 確定油管在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和

13、快退運(yùn)動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計(jì)算的結(jié)果如表9所列。表8各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量快進(jìn)工進(jìn)快退由表8可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。表9允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 按表9推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式計(jì)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20mm、外徑28mm的10號(hào)冷拔鋼管。(2) 確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量

14、，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表8所列。其中，溢流閥3按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥6選用2FRM6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.05L/min，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.71L/min。表10液壓元件規(guī)格及型號(hào)序號(hào)元件名稱通過的最大流量q/L/min規(guī)格型號(hào)額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵PV2R12-6/265.1/22162單向閥22RVP1060031.50.23先導(dǎo)式溢流閥5.1DB10A-1-30B/100U20031.54先導(dǎo)式卸荷溢流閥22DA10A-1-30B/8025031.55三位四通電磁換向閥53.14WE10E20

15、/A G2410031.50.36調(diào)速閥0.712FRM6B3P-2X/1.5QR631.57兩位三通電磁換向閥28.33WE6A80350.38過濾器 XU-B*注：此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940r/min時(shí)的流量。(3) 確定油箱油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，=24；中壓系統(tǒng)，=57；高壓系統(tǒng)，=612?，F(xiàn)取=6，得5 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能5.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失由于系統(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(shí)，首先確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進(jìn)、回油管道長(zhǎng)為l=2m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度取=1´10-4m2/s，油液的密度取r=0.9

16、174´103kg/m3。(1) 判斷流動(dòng)狀態(tài)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油管路中所通過的流量以快退時(shí)回油流量q2=70L/min為最大，此時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)也為最大。因?yàn)樽畲蟮睦字Z數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。(2) 計(jì)算系統(tǒng)壓力損失將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失p常按下式作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算其中的Dpn由產(chǎn)

17、品樣本查出，qn和q數(shù)值由表8和表10列出?；_(tái)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退工況下的壓力損失計(jì)算如下：1快進(jìn)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過電液換向閥差動(dòng)連接。在進(jìn)油路上，油液通過單向閥2、電磁換向閥5，在回油路上，經(jīng)過兩位三通閥。故在進(jìn)油路上，壓力損失分別為 小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。在回油路上，壓力損失分別為將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，便得出差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失2工進(jìn)滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過電磁換向閥5直接進(jìn)入無桿腔，閥的局部損失可忽略。且流量很小，沿程損失和局部損失可忽略不計(jì)。在回油路上，油液通過電磁換向閥5、調(diào)速閥6和兩位三通閥8返回油箱，在調(diào)速閥6處的壓

18、力損失為0.5MPa。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失。則在進(jìn)油路上壓力損失可忽略不計(jì)。在回油路上總的壓力損失為該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.5MPa，可見此值與初算時(shí)參考表4選取的調(diào)速閥系統(tǒng)背壓相符。則小流量泵的工作壓力為此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥3的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。3快退滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥2、電磁換向閥5，單向閥7，兩位三通閥8進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過電磁換向閥5返回油箱。在進(jìn)油路上總的壓力損失為在回油路上總的壓力損失為此值與表7的數(shù)值基本相符，故不必重算。大流量泵的工作壓力為此值是調(diào)整液控順序閥4的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。5.2 驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中占90%以上，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來計(jì)算。在工進(jìn)時(shí)，大流量泵經(jīng)液控順序閥4卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率由此可計(jì)算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為按式計(jì)算工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)中的油液溫升，即 其中傳熱系數(shù)K=15 W/（m2·°C）。V: 油箱體積，當(dāng)油箱的3個(gè)邊長(zhǎng)之比在1:1:1 1:2:3范圍內(nèi)，且油位高占油箱高80%時(shí)，其散熱面積設(shè)環(huán)境