臥式單面鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、機電工程系液壓與氣壓傳動課程設(shè)計題目： 臥式單面鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班級： 機制7班 姓名： 李XX 學(xué)號： 201094014251 (2012年12月30日)液壓與氣壓傳動課程設(shè)計任務(wù)書一、主要任務(wù)與目標(biāo)任務(wù)：臥式單面鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計8-7一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床，動力滑臺的工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。液壓系統(tǒng)的主要性能參數(shù)要求如下，軸向切削力=24000N；滑臺移動部件總質(zhì)量為510Kg；加、減速時間為0.2s;采用平導(dǎo)軌，靜摩擦因數(shù)=0.2，動摩擦因數(shù)=0.1;快進(jìn)行程為200mm，工進(jìn)行程為100mm；快進(jìn)與快退速度相等，均為3.5

2、m/min,工進(jìn)速度為30-40mm/min.工作時要求運動平穩(wěn)，且隨時停止運動。試設(shè)計動力滑臺的液壓系統(tǒng)。目標(biāo)：通過本題目的課程設(shè)計，使學(xué)生對所學(xué)的液壓與氣壓傳動課程知識有一個全面深刻的認(rèn)識，熟悉液壓系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和過程；提高學(xué)生的動手能力和工程實踐能力。二、主要內(nèi)容（1）熟悉設(shè)計任務(wù)，明確設(shè)計及目標(biāo)。（2）根據(jù)設(shè)計要求和已學(xué)過的設(shè)計流程，擬定系統(tǒng)工作原理圖。（3）計算各元件的參數(shù)并驗算。（4）元件選型。（5）編制文件，繪制速度、負(fù)載圖譜。三、工作量要求完成規(guī)定的任務(wù)，總字?jǐn)?shù)30004000字。四、時間目錄一、分析負(fù)載3（一）外負(fù)載3（二）慣性負(fù)載3（三）阻力負(fù)載3二、確定執(zhí)行元件主要參

3、數(shù)5三、設(shè)計液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖7（一）設(shè)計液壓系統(tǒng)方案7（二）選擇基本回路81.選擇快進(jìn)運動和換向回路82.選擇速度換接回路93.選擇調(diào)壓和卸荷回路9（三）將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)9四、選擇液壓元件12（一）液壓泵12（二）閥類元件及輔助元件13（三）油管14（四）油箱15五、設(shè)計小結(jié)16六、參考文獻(xiàn)17七、感想18設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注一、 分析負(fù)載（一） 外負(fù)載 Fg=Ft=24000N（二）慣性負(fù)載 機床工作部件的總質(zhì)量m=510kg，取t=0.2s Fm=mv/t=5103.5/(600.2)=148.75N (三）阻力負(fù)載 機床工作部件對動力滑臺導(dǎo)軌的法向力為：

4、 Fn=mg=5109.8N=4998N 靜摩擦阻力 Ffs=fsFn=0.24998N=999.6N Ffd=fdFn=0.14998N=499.8N由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表1所示。表1液壓缸在各工作階段負(fù)載F （單位：N）工況負(fù)載組成負(fù)載值F工況負(fù)載組成負(fù)載值F啟動F=999.6工進(jìn)F=+24499.8加速F=+mv/t648.55快退F=499.8快進(jìn)F=499.8按上表數(shù)值繪制負(fù)載圖如圖1a所示。由于v1=v3=3.5m/min、l1=200mm、l2=100mm、快退行程l3=l1+l2=300mm，工進(jìn)速度v2=3040mm/min，由此可繪出速度如圖1所示。-499.

5、8F/Nl/mm300100200999.624499.8648.550a) 負(fù)載圖2003.5-3.50.0330001000l/mmmmv/m* b) 速度圖圖1 組合機床液壓缸負(fù)載圖額速度圖 二、 確定執(zhí)行元件主要參數(shù)由課本中表8-7和表8-8可知，組合機床在最大負(fù)載約為25000N時液壓系統(tǒng)宜取壓力p1=4MPa。鑒于動力滑臺要求快進(jìn)、快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式的，并在快進(jìn)時作差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積A1應(yīng)為有桿腔工作面積A2的兩倍，即=A1/A2=2,而活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d=0.707D的關(guān)系。在加工時，液壓缸回油路上必須具有背壓p2，以防止

6、孔鉆通時滑臺突然前沖。按課本中表8-3取p2=0.8MPa?？爝M(jìn)時液壓缸作差動連接，管路中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按0.3MPa考慮?？焱藭r回油腔中是有背壓的，這時p2也可按0.8MPa估算。由工進(jìn)時的負(fù)載值按課本中表8-9中的公式計算液壓缸面積： A2= =24499.8/0.96(42-0.8)106m2=35.4510-4m2 A1=A2=2A2=70.8910-4m2 D= =0.095m d=0.707D=0.067m將這些直徑按GB/T2348-2001圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值得： D=0.1m、d=0.07m由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為A1=D2/

7、4=78.5410-4m2，A2=(D2-d2)/4=40.0610-4m2。經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。根據(jù)上述D和d的值，可估算出液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率，如表2所示，并據(jù)此繪出工況圖如圖2所示。 表2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值qpp(13.47L/min) 0.22453.730.1010.00520.0190.2337（14.02L/min）0.3971.700.4881.730.448圖2 液壓缸工況圖三、 設(shè)計液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖（一）設(shè)計液壓系統(tǒng)方案 由于該機床是固定式機械，且不存在外負(fù)載對系統(tǒng)作功的工況，并由圖8-12知，

8、這臺機床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運動速度低，工作負(fù)載變化小。根據(jù)課本中工具表8-5,8-6該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流調(diào)速方式和開示循環(huán)為宜?，F(xiàn)采用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路，為解決孔鉆通時滑臺突然前沖的問題，回油路上要設(shè)置背壓閥。 從工況圖中可以清楚地看到，在這個液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量約為最小流量的55倍，而加進(jìn)加快退所需的時間t1和工進(jìn)所需的時間t2分別為 : =/+/=(60*200/3.5*1000+60*300/3.5*1000)s=8.57s =l2/v2=60*100/1000*0.04=150s亦即是/17.5。因此從提高系統(tǒng)效率，節(jié)

9、省能量的角度來看，采用單個定量液壓泵作為油源顯然是不適合的，而宜采用大，小兩個液壓泵自動兩級并聯(lián)供油的油源方案（圖3a）.圖3a) 圖圖3b)圖3c)圖3 油源及液壓回路的選擇a)液壓源 b)換向回路 c)速度換接回路(二)選擇基本回路由于不存在負(fù)載對系統(tǒng)作功的工況，也不存在負(fù)載制動過程，故不需要設(shè)置平衡制動回路。但必須具有快速運動，換向、速度換接以及調(diào)壓，卸荷等回路。1. 選擇快速運動和換向回路系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速回路后，不論采用何種油源形式都必須有單獨的油路直接通向液壓缸兩腔，以實現(xiàn)快速運動。在本系統(tǒng)中，快進(jìn)，快退換向回路應(yīng)采用圖3b所示的形式。2. 選擇速度換接回路在工況圖（圖2）中的q-

10、l曲線可知，當(dāng)滑臺快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，輸入液壓缸的流量由13.47L/min降至0.3L/,in,滑臺的速度變化較大，可選用行程閥來控制速度的換接，以減小液壓沖擊（見圖3c）。當(dāng)滑臺由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時，回路中通過的流量很大-進(jìn)油路中通過14.02L/min,回油路中通過14.02*(78.54/40.06)L/min=27.492L/min。為了保證換向平穩(wěn)起見，宜采用換向時間可調(diào)的點也換向閥式換接回路（見圖3b）。由于這一回路還要實現(xiàn)液壓缸的差動連接，所以換向閥必須是五通的。3. 選擇調(diào)壓和卸荷回路油源中有溢流閥（見圖3a），調(diào)定系統(tǒng)工作壓力，因此調(diào)壓問題已在油源中解決，無需另外再設(shè)置調(diào)壓回路。而

11、且，系統(tǒng)采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，故溢流閥常開，即時滑臺卡主，系統(tǒng)壓力也不會超過溢流閥的調(diào)定值，所以又起安全作用。再圖3a中所示的雙液壓泵自動兩級供油的油源中設(shè)有卸荷閥，當(dāng)滑臺工進(jìn)和停止時，低壓，大流量液壓泵都可經(jīng)此閥卸荷。由于工進(jìn)在整個工作循環(huán)周期中占了絕大部分時間，且高壓，小流量液壓泵的功率較小，故可以認(rèn)為卸荷問題已基本解決，就不需要再設(shè)置卸荷回路。（三）將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng) 把上面現(xiàn)出的各種液壓回路組合畫在一起，就可以得到一張液壓系統(tǒng)原理圖（不包括點畫線圓框內(nèi)的元件）。將此圖自習(xí)檢查一遍，可以發(fā)現(xiàn)，該圖所示系統(tǒng)的工作中還存在問題。為了防止干擾，簡化系統(tǒng)并使其功能更加完善，必須對系統(tǒng)進(jìn)行如下修

12、正：1） 為了解決防滑臺工進(jìn)時圖中進(jìn)，回油路相互接通，系統(tǒng)無法建立壓力的問題，必須在換回回路中串接一個單向閥，將進(jìn)，回油路隔斷。2） 為了解決滑臺快進(jìn)時回油路接通郵箱，無法實現(xiàn)液壓缸差動連接的問題，必須在回油路上串接一個液控順序閥。這樣，滑臺快進(jìn)時因負(fù)載較小而系統(tǒng)壓力較低，使閥關(guān)閉，便組織了油液返回油箱。3） 為了解決機床停止工作后回路中的油液流向油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響回臺運動平穩(wěn)性的問題，必須在電液換向閥的回油口增設(shè)一個單向閥。4） 為了在滑臺工進(jìn)后系統(tǒng)能自動發(fā)出快退信號，須在調(diào)速閥輸出端增設(shè)一個壓力繼電器。5） 若將順序閥和背壓閥的位置對調(diào)一下，就可以將順序閥與油源處的卸荷閥合并，從

13、而省去一個閥。經(jīng)過修改，整理后的液壓系統(tǒng)原理圖4所示。1413121110987654321圖4 整理后的液壓系統(tǒng)原理框圖1-雙葉片液壓泵 2-三位五通電液閥 3-行程閥4-調(diào)速閥 5-單向閥6-單向閥7-順序閥 8-被壓閥 9-溢流閥 10-單向閥 11-過濾器 12-壓力表節(jié)接點 13-單向閥 14-壓力繼電器四、 選擇液壓元件（一）液壓泵液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為3.25MPa，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.8MPa，為使壓力繼電器能可靠地工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力0.5MPa，則小流量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為Pp1=(3.25+0.8+0.5)MPa=4.55Mp

14、a。大流量液壓泵在快進(jìn)，快速運動時才向液壓缸輸油，由圖2可知，快退時液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時大，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MPa（因為此時進(jìn)油不經(jīng)調(diào)速閥故壓力損失減小），則大流量液壓泵的最高工作壓力為Pp2=(1.7+0.5)=MPa=2.2Mpa。由圖2可知，兩個液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為30.16L/min,因系統(tǒng)較簡單，取泄露指數(shù)=1.05,則2個液壓泵的實際流量為=1.05*13.47L/min=14.1435L/min。由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進(jìn)時輸入液壓缸的流量為0.31L/min，由小流量液壓泵單獨供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為3.3L/mi

15、n。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片液壓泵，其小液壓泵和大液壓泵的排量分別為6mL/r和26mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速=940r/min時該液壓泵的理論流量為31.96L/min，若取液壓泵的容積效率=0.9，則液壓泵的實際輸出流量為：=(6+26)*940*0.9/1000L/min=27.1L/min。由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這時液壓泵工作壓力位2.2MPa，流量為27.1L/min。按課本中表8-13取液壓泵的總效率p=0.75,則液壓泵驅(qū)動電動機所需的功率為:P= =2.2*27.1/60*0.75=1.2KW根據(jù)此數(shù)值查閱電動機

16、產(chǎn)品樣本選取Y100L6型電動機，其額定功率Pn=1.5KW，額定轉(zhuǎn)速Nn=940r/min。（二）閥類元件及輔助元件根據(jù)發(fā)類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表3。表中序號與圖4的元件標(biāo)號相同。表3 元件的型號及規(guī)格注：此電動機額定轉(zhuǎn)速=940r/min時液壓泵輸出的實際流量。（三）油管各元件間連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進(jìn)，出油管則按輸入，排出的最大流量計算。由于液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進(jìn)，出流量已與原定數(shù)值不同，所以重新計算如表4所示。由上表可以看出，液壓缸在各個工作階段的實際運動速度符合設(shè)計要求。

17、根據(jù)表4中數(shù)值，并按第二章第七節(jié)推薦取油液在壓油管的流速V=3m/s,按式（2-30）算的與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：d=2*=2* mm =19.71mm；d=2* mm =13.85mm這兩根油管都按GB/T23512005選用內(nèi)徑15mm，外徑18mm的冷拔無縫鋼管。表4 液壓缸的進(jìn)出流量快 進(jìn)工 進(jìn)快 退輸入流量/L=()/(-)=(79*27.1)/(79-40)=54.89=0.312=27.1輸出流量/L=()/=(40*54.89)/79=27.8=()/=(40*0.312)/79=0.16=()/=(79*27.1)/40=53.52運動速度/L=/(-)=

18、(27.1*10)/(79-40)=6.95=/=(0.312*10)/79=0.04=/=27.1*10/40=6.772（四）油箱油箱容積按式（2-19）估算，取經(jīng)驗數(shù)據(jù)=7，故其容積為：V=7*27.1L=189.7L按照J(rèn)B/T79381999規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=200L。五、 設(shè)計小結(jié) 1.系統(tǒng)采用了“雙葉片液壓泵-調(diào)速閥-被壓閥”式調(diào)速回路。它保證液壓缸穩(wěn)定的低速運動，較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍。回油路上加被壓閥防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)，并能使滑臺承受負(fù)向負(fù)載。2.系統(tǒng)采用了雙葉片液壓泵和液壓缸差動鏈接兩項措施來實現(xiàn)塊進(jìn)，可得到較大的快進(jìn)速度，且能量利用也比較合理。滑臺停止運動時，采用了單向閥，被壓閥，溢流閥等來使液壓泵在低壓時卸荷，既減少能量損失，又控制油路保持一定的壓力，以保證下一工作循環(huán)的順利啟動。3.系統(tǒng)采用了行程閥和順序閥等實現(xiàn)快進(jìn)與工進(jìn)的換接，不僅簡化了油路和電路，而且使動作可靠，轉(zhuǎn)換的位置精度也比較高，由于速度比較低，采用了閥體切換和調(diào)速閥串聯(lián)回路，既保證了必要的轉(zhuǎn)換精度，又使油路的