單面多孔鉆床液壓系統課程設計

1、液壓課程設計任務書1 緒論1.1 課題選擇的意義液壓傳動控制是工業(yè)中經常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因為液壓傳動控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質，來實現各種機械和自動控制的學科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機組合成為完成一定控制功能的傳動系統來完成能量的傳遞、轉換和控制。圖1-1 液壓傳動能量傳遞過程Fig.1-1 hydraulic transmission energy transfer process從原理上來說，液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處

2、的壓強是一致的，這樣，在平衡的系統中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞2。 圖1-2 液壓傳動基本原理 Fig.1-2 hydraulic transmission basic principle液壓作為一個廣泛應用的技術，在未來更是有廣闊的前景。隨著計算機的深入發(fā)展，液壓控制系統可以和智能控制的技術、計算機控制的技術等技術結合起來，這樣就能夠更多的場合中發(fā)揮作用，也可以更加精巧的、更加靈活地完成預期的

3、控制任務。1.2 液壓系統在工程中的應用液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門新技術。自1795年制成第一臺水壓機起，液壓技術就進入了工程領域，1906年開始應用于國防戰(zhàn)備武器。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要反應快和精度高的自動控制系統，因而出現了液壓伺服系統。20世紀60年代以后，由于原子能、空間技術、大型船艦及計算機技術的發(fā)展，不斷地對液壓技術提出新的要求，液壓技術相應也得到了很大發(fā)展，滲透到國民經濟的各個領域中。在工程機械、冶金、軍工、農機、汽車、輕紡、船舶、石油、航空、和機床工業(yè)中，液壓技術得到普遍應用。近年來液壓技術已廣泛應用于智能機器人、海洋開發(fā)、宇宙航行、地震預測及各種電液

4、伺服系統，使液壓技術的應用提高到一個嶄新的高度。目前，液壓技術正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲和高度集成話等方向發(fā)展；同時，減小元件的重量和體積，提高元件壽命，研制新的傳動介質以及液壓傳動系統的計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化設計、微機控制等工作，也日益取得顯著成果。 解放前，我國經濟落后，液壓工業(yè)完全是空白。解放后，我國經濟獲得迅速發(fā)展，液壓工業(yè)也和其它工業(yè)一樣，發(fā)展很快。20世紀50年代就開始生產各種通用液壓元件。當前，我國已生產出許多新型和自行設計的系列產品，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電液脈沖馬達以及其它新型液壓元件等。但由于過去基礎薄弱，所生產的液壓元件，在品種與質量

5、等方面和國外先進水平相比，還存在一定差距，我國液壓技術也將獲得進一步發(fā)展，它在各個工業(yè)技術的發(fā)展，可以預見，液壓技術也將獲得進一步發(fā)展，它在各個工業(yè)部門中的用應，也將會越來越廣泛?，F代機械一般多是機械、電氣、液壓三者緊密聯系，結合的一個綜合體。液壓傳動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統形式，液壓傳動系統的設計在現代機械的設計工作中占有重要的地位。1.3 液壓傳動系統的優(yōu)缺點液壓傳動中所需要的元件主要有動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。其中液壓動力元件是為液壓系統產生動力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過

6、兩個嚙合的齒輪的轉動使得液體進行運動。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。 除了上述的元件以外，液壓控制系統還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個器件，我們就能夠建設出一個液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構成的相應的控制回路。根據不同的控制目標，我們能夠設計不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。 液壓傳動的應用性是很強的，比如裝卸堆碼機液壓系統，它作為一種倉儲機械，在現代化的倉庫里利用它實現紡織品包、油桶、木桶等貨物的裝卸機械化工作。也可以應

7、用在萬能外圓磨床液壓系統等生產實踐中。這些系統的特點是功率比較大，生產的效率比較高，平穩(wěn)性比較好。1.3.1 優(yōu)點1) 傳動平穩(wěn) 在液壓傳動裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以設置液壓緩沖裝置，故不像機械機構因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動十分平穩(wěn)，便于實現頻繁的換向；因此它廣泛地應用在要求傳動平穩(wěn)的機械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。 2) 質量輕體積小 液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動控制和要求減輕質

8、量的機器來說，是特別重要的。例如我國生產的1m3挖掘機在采用液壓傳動后，比采用機械傳動時的質量減輕了1t。 3) 承載能力大 液壓傳動易于獲得很大的力和轉矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。 4) 容易實現無級調速 在液壓傳動中，調節(jié)液體的流量就可實現無級凋速，并且調速范圍很大，可達2000：1，很容易獲得極低的速度。 5) 易于實現過載保護 液壓系統中采取了很多安全保護措施，能夠自動防止過載，避免發(fā)生事故。 6) 液壓元件能夠自動潤滑 由于采用液壓油作為工作介質，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。 7) 容易實現復雜的動作 采用液壓傳動能獲得各種

9、復雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件 8) 簡化機構 采用液壓傳動可大大地簡化機械結構，從而減少了機械零部件數目。 9) 便于實現自動化 液壓系統中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實現復雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機床和自動線上應用得很普遍。 10) 便于實現“三化” 液壓元件易于實現系列比、標準化和通用化也易于設計和組織專業(yè)性大批量生產，從而可提高生產率、提高產品質量、降低成本3。1.3.2 缺點1) 液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術要求高和裝配比較困難，使用維護比較嚴格。2) 實現定比

10、傳動困難 液壓傳動是以液壓油為工作介質，在相對運動表面間不可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應用在在傳動比要求嚴格的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統。3) 油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。4) 不適宜遠距離輸送動力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。5) 油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動和噪聲，使系統的工作性能受到影響。6) 油液容易污染 油液污染后，會影響系統工作的可靠性。7) 發(fā)生故障不易檢查和排除。（一）設計課題設計一臺臥式單面多軸鉆孔機床的液壓傳動系

11、統，有三個液壓缸，分別完成鉆削（快進、工進、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 工進 快退 原位停止 松開，如1圖所示：（二）原始數據1. 主軸數及孔徑：主軸6根，孔徑Ø14mm;2. 總軸向切削阻力：20000N3. 運動部件重量：30000N4. 快進、快退速度：6m/min;5. 工進速度：0.021.2m/min6. 行程長度：250mm7. 導軌形式及摩擦系數：平導軌，8. 加速、減速時間：大于0.2秒9. 夾緊力：4000N10. 夾緊時間：12秒11. 夾緊液壓缸行程長度：16mm（三）系統設計要求1. 夾緊后在工作中

12、如突然停電時，要保證安全可靠，當主油路壓力瞬時下降時，夾緊缸保持夾緊力；2. 快進轉工進時要平穩(wěn)可靠3. 鉆削是速度平穩(wěn)，不受外載干擾，孔鉆透時不前沖（四）最后提交內容（電子稿和打印稿各一份）1. 設計說明書各一份2. 系統原理圖一份，含電磁鐵動作順序表，主要元件明細表3. 液壓閥塊二維CAD零件圖（A3，比例1：1或者1：2）4. 液壓閥塊三位實體圖5. 可選部分，包含液壓閥塊，閥塊安裝件的三維實體圖目錄液壓課程設計任務書··············&#

13、183;·················································&#

14、183;··················I1工況分析······························&#

15、183;·················································&#

16、183;···············1 1.1動作要求分析 ································&#

17、183;················································· 1

18、 1.2設計要求及工況分析················································

19、;······························1 1.3負載圖和速度圖的繪制·················&#

20、183;·················································&#

21、183;····· 1 2液壓系統方案設計··········································&#

22、183;·········································22.1確定液壓泵類型及調速方式·····

23、3;·················································

24、3;·············22.2選用執(zhí)行元件···································

25、··················································

26、·22.3快速運動回路和速度換接回路··············································&

27、#183;···················22.4換向回路的選擇····························&#

28、183;·················································&#

29、183;····22.5定位夾緊回路的選擇···········································&

30、#183;·································22.6動作換接的控制方式選擇·············

31、3;·················································

32、3;······· 22.7液壓基本回路的組成········································&#

33、183;····································33液壓系統的參數計算···········

34、83;·················································

35、83;·················43.1液壓缸參數計算······························

36、3;·················································

37、3;··43.1.1初選液壓缸的工作壓力·············································

38、·························43.1.2計算液壓缸主要尺寸······················

39、83;·················································

40、83;43.1.3確定夾緊缸的內徑和活塞直徑··············································&#

41、183;···············63.1.4計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率······························

42、;···········63.2確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號···································&#

43、183;····················7 3.2.1計算液壓泵的壓力···························

44、;·················································73.2.

45、2計算液壓泵的流量················································

46、83;··························7 3.2.3選用液壓泵規(guī)格和型號····················

47、3;·················································74液壓

48、原件的選擇·················································&

49、#183;·····································84.1液壓閥及過濾器的選擇 ·········

50、3;·················································

51、3;·············84.2油管的選擇 ···································

52、··················································

53、··84.3油箱容積的確定··············································&

54、#183;····································85驗算液壓系統性能···········

55、83;·················································

56、83;······················95.1壓力損失的驗算及泵壓力的調整························

57、83;······································95.1.1工進時的壓力損失驗算和泵的壓力調整·······

58、3;···········································95.1.2快退時的壓力損失驗算····

59、··················································

60、················95.2液壓系統的熱和溫升驗算·······························

61、83;·····································115.2.1系統發(fā)熱量的計算··········

62、··················································

63、··············115.2.2系統溫升的驗算·································

64、3;···········································116總結 ·····

65、3;·················································

66、3;········································127參考文獻 ········&#

67、183;·················································&#

68、183;··································121、工況分析1.1動作要求分析根據主機動作要求畫出動作循環(huán)圖如圖1-1快進工進快退拔銷松開定位夾緊圖1-1 動作循環(huán)圖1.2負載分析負載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封

69、裝置產生的摩擦阻力在機械效率中加以考慮。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，導軌摩擦力和慣性力。導軌的正壓力等于動力部件的重力，設導軌的靜壓力為Ffs，動摩擦力為Ffd，則Ffs=fsFN=0.2×30000N=60000NFfd=fdFN=0.1×30000N=3000N而慣性力 Fm=N=1530.6N 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導軌摩擦里的影響，并設液壓缸的機械效率m=0.95，則液壓缸在各工作階段的總機械負載可以算出，見表1-1 表1-1 液壓缸各運動階段負載表運動階段計算公式總機械負載F/N定位夾緊 4000快進啟動F=Ffs

70、/m6315.8加速F=(Ffd+Fm)/ m4769.1快進F=Ffd/m3157.9工進F=(Ft+ Ffd)/ m24210.5快退F= Ffd/m3157.91.3負載圖和速度圖的繪制根據負載計算結果和已知的各個階段的速度，由于行程是250mm，設定快進時的行程L1=200mm，工進時的行程L2=50mm?？衫L出負載圖（F-l）和速度圖（v-l），見圖1-2a、b。橫坐標以上為液壓缸活塞前進時的曲線，以下為液壓缸退回時的曲線。 a)負載圖 圖1-2 負載速度圖 b)速度圖2、液壓系統方案設計2.1確定液壓泵類型及調速方式參考同類組合機床，由于快進、快退和工進速度相差比較大，為了減少功率

71、損耗，采用限壓式變量葉片泵供油、調速閥進油節(jié)流調速的開式回路，溢流閥作定壓閥。為防止鉆孔鉆通時滑臺突然失去負載向前沖，回油路上設置背壓閥，初定背壓值Pb=0.8Mpa。2.2選用執(zhí)行元件因系統動作循環(huán)要求正向快進和工作，反向快退，且快進、快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進時差動連接，無桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的兩倍。由于結構上的原因和為了有較大的有效工作面積，定位缸和夾緊缸也采用單桿活塞液壓缸。2.3快速運動回路和速度換接回路根據運動方式和要求，采用差動連接快速運動回路來實現快速運動。根據設計要求，速度換接要平穩(wěn)可靠，另外是專業(yè)設備，所以可采用行程閥的速度換接回路。若采用電磁閥的

72、速度換接回路，調節(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)性較差。2.4換向回路的選擇由速度圖可知，快進時流量不大，運動部件的重量也較小，在換向方面無特殊要求，所以可選擇電磁閥控制的換向回路。為方便連接，選擇三位五通電磁換向閥。2.5定位夾緊回路的選擇按先定位后夾緊的要求，可選擇單向順序閥的順序動作回路。通常夾緊缸的工作壓力低于進給缸的工作壓力，并由同一液壓泵供油，所以在夾緊回路中設減壓閥減壓，同時還需滿足；夾緊時間可調，在進給回路壓力下降時能保持夾緊力，所以要接入節(jié)流閥調速和單向閥保壓。換向閥可連接成斷電夾擊方式，也可以采用帶定位的電磁換向閥，以免工作時突然斷電松開。2.6動作換接

73、的控制方式選擇為了確保夾緊后才能進行切削，夾緊與進給的順序動作應采用壓力繼電器控制。當工作進給結束轉為快退時，由于加工零件是通孔，位置精度不高，轉換控制方式可采用行程開關控制。2.7液壓基本回路的組成將已選擇的液壓回路，組成符合設計要求的液壓系統并繪制液壓系統原理圖。此原理圖除應用了回路原有的原件外，又增加了液控順序閥6和單向閥等，其目的是防止回路間干擾及連鎖反映。從原理圖中進行簡要分析：1）工件定位夾緊：（1）先定位 壓力油減壓閥8單向閥9電磁換向閥10定位缸18無桿腔定位缸18有桿腔電磁換向閥10油箱（2）再夾緊 工件定位后，壓力油壓力升高到單向順序閥開啟的壓力，單向順序閥開啟。壓力油單向

74、順序閥11單向調速閥12夾緊缸17無桿腔 夾緊缸17有桿腔電磁換向閥10油箱2）快進：2YA通電，電磁換向閥3左位工作，由于系統壓力低，液控順序閥6關閉，液壓缸有桿腔的回油只能經換向閥3、單向閥5和泵流量合流經單向行程調速閥4中的行程閥進入無桿腔而實現差動快進，顯然不增加閥6，那么液壓缸回油通過閥7回油箱而不能實現差動。 葉片泵1單向閥2電磁換向閥3單向行程調速閥4主液壓缸19（差動連接）3）工進：4YA通電，切斷差動油路。快進行程到位，擋鐵壓下行程開關，切斷快進油路，4YA通電，切斷差動油路，快進轉工進，系統壓力升高，液控順序閥6被打開，回油腔油液經液控順序閥6和背壓閥7流回油箱，此時，單向

75、閥5關閉，將進、回油路隔開，使液壓缸實現工進。 葉片泵1單向閥2電磁換向閥3單向行程調速閥4主液壓缸19無桿腔 主液壓缸19有桿腔電磁換向閥3液控順序閥6背壓閥7油箱4）快退：3YA通電，工進結束后，液壓缸碰上死擋鐵，壓力升高到壓力繼電器調定壓力，壓力繼電器發(fā)出信息，2YA斷電，3YA、4YA通電。葉片泵單向閥4電磁換向閥3主液壓缸有桿腔 主液壓缸無桿腔單向行程閥4電磁換向閥3油箱主液壓缸無桿腔快退到位碰行程開關，行程開關發(fā)信息，下步工件拔銷松夾。5）拔銷松夾：1YA通電液壓油減壓閥8單向閥9電磁閥10定位缸18和夾緊缸17的有桿腔 定位缸18無桿腔電磁閥10油箱夾緊缸16無桿腔單向調速閥12

76、的單向閥單向順序閥11的單向閥電磁閥10油箱 工件松夾后發(fā)出信息，操作人員取出工件。6）系統組成后，應合理安排幾個測壓點，這些測壓點通過壓力表開關與壓力表相接，可分別觀察各點的壓力，用于檢查和調試液壓系統。 系統原理圖如下圖2-1 臥式單面多軸鉆孔機床液壓系統原理圖表2-1 電磁鐵動作順序表1Y2Y3Y4Y定位夾緊-快進-+-工進-+-+快退-+原位停止+-拔銷松開+-3、液壓系統的參數計算3.1液壓缸參數計算3.1.1初選液壓缸的工作壓力所設計的動力滑臺在工進時負載最大，在其它工況負載都不太高，參考表3-1和表3-2，根據F=24210.5N初選液壓缸的工作壓力p1=4MPa。3.1.2計算

77、液壓缸主要尺寸鑒于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（A1=2A2），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止鉆透時負載突然消失發(fā)生前沖現象，液壓缸的回油腔應有背壓，參考表3-3選此背壓為p2=0.6Mpa。表3-1 按負載選擇工作壓力負載/ KN<5510102020303050>50工作壓力/MPa<0.811.522.5334455表3-2各種機械常用的系統工作壓力機械類型機 床農業(yè)機械小型工程機械建筑機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表3-3執(zhí)行元

78、件背壓力系統類型背壓力/MPa簡單系統或輕載節(jié)流調速系統0.20.5回油路帶調速閥的系統0.40.6回油路設置有背壓閥的系統0.51.5用補油泵的閉式回路0.81.5回油路較復雜的工程機械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計由表1-1可知最大負載為工進階段的負載F=24210.5N，按此計算A1則A1=67.3cm2液壓缸直徑D=由A1=2A2可知活塞桿直徑 d=0.707D=0.707×9.26cm=6.54cm按GB/T2348-1993將所計算的D與d值分別圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封裝置。圓整后得 D=10cm d=6.6cm按標準直徑算出A1=則液壓缸的實際計

79、算工作壓力為：則實際選取的工作壓力P=4MPa滿足要求。按最低工作速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度。若驗算后不能獲得最小的穩(wěn)定速度是，還需要響應加大液壓缸的直徑，直至滿足穩(wěn)定速度為止。查產品樣本，調速閥最小穩(wěn)定流量，因工進速度v =1.2m/min由課本式（8-11）本例A1=127cm2>25cm2，滿足最低速度要求。3.1.3確定夾緊缸的內徑和活塞直徑根據夾緊缸的夾緊力=4000N，選夾緊缸工作壓力=1MPa可以認為回油壓力為零，則夾緊缸的直徑根據表3-4取d/D=0.5則活塞桿直徑按GB/T2348-1993將所計算的D與d值分別圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封裝置。圓整后得

80、D夾=8cm d夾=3.6cm表3-4按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D050.55.0.620.700.73.1.4計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率根據液壓缸的負載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸的工作過程各階段的壓力、流量和功率，在計算工進時的背壓按代人，快退時的背壓按pb=5×105Pa代入計算公式和計算結果列于表3-5中表3-5 液壓缸所需要的實際流量、壓力和功率工作循環(huán)計算公式負載F進油壓力回油壓力Pb所需流量輸入功率NPaPaKW定位夾緊4000015.240.078差動快進3157.99.920.063工作循環(huán)計算

81、公式負載F進油壓力回油壓力Pb所需流量輸入功率NPaPaKW工進24210.515.240.553快退3157.95.320.190注：1.差動連接時，液壓缸的回油口到進油口之間的壓力損失，而2. 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為，無桿腔回油，液壓為3.2 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號3.2.1計算液壓泵的壓力由表3-5可知工進階段液壓缸的工作壓缸工作壓力最大，若取進油路總壓力損，壓力繼電器可靠動作需要壓力差為，則液壓泵最高工作壓力可按課本式（8-5）算出因此泵的額定壓力可取3.2.2計算液壓泵的流量液壓泵的最大流量q泵應為q泵>K(q)max式中：(q)max-同時動作各液壓缸所需流量之和的最大值 K-系統