臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)姓 名：儀忠山學(xué) 號(hào)：班 級(jí)：10機(jī)械本科2班指導(dǎo)教師：谷曉妹完成日期： 2012-12-29機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)容及基本要求設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式鉆、鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)。該機(jī)床用于加工鑄鐵箱形零 件的孔系，運(yùn)動(dòng)部件總重 G=10000N液壓缸機(jī)械效率為0. 9,加工時(shí)最大 切削力為12000N工作循環(huán)為：“快進(jìn)工進(jìn)死擋鐵停留決退原位停止”。行程長(zhǎng)度為0.4m,工進(jìn)行程為0.1快進(jìn)和快退速度為0.1m/s，工過(guò)速度圍為3X 1045X 103m/s,米用平導(dǎo)軌，啟動(dòng)時(shí)間為0.2s。 要求動(dòng)力部件可以手動(dòng)調(diào)整，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)平穩(wěn)、可靠。設(shè)計(jì)要求：1

2、）、繪制液壓原理圖。2）、設(shè)計(jì)液壓站和油缸的裝配圖包括： 泵、電機(jī)和閥的選用油箱、油缸、閥座的零件設(shè)計(jì)3）、課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份。設(shè)計(jì)起止時(shí)間2012年12月23日至2012年12月30日學(xué)生簽名年月日指導(dǎo)教師簽名年月日目錄第一章緒論 41.1 開(kāi)發(fā)背景及系統(tǒng)特點(diǎn) 4第二章負(fù)載分析 4第三章負(fù)載圖和速度圖的繪制 5第四章液壓缸主要參數(shù)的確定 6第五章液壓系統(tǒng)的擬定 85.1 液壓回路的選擇 85.2液壓回路的綜合 11第六章液壓元件的選擇 116.1 液壓泵 116.2 閥類(lèi)元件及輔助元件 136.3 油管和油箱 13第七章液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 147.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值

3、 147.2 油液溫升驗(yàn)算 16第八章設(shè)計(jì)總結(jié) 17參考文獻(xiàn) 17臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第一章緒論1.1開(kāi)發(fā)背景及系統(tǒng)特點(diǎn)本次課程設(shè)計(jì)將以組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹該組合機(jī)床液 壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，其中包括組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的工況分 析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗(yàn)算 等。組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專(zhuān)用 部件和夾具而組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專(zhuān)用機(jī)床。 組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多 工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式， 生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。 組 合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)

4、， 在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用 以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時(shí)加工的方 式，能完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔、攻絲、車(chē)、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效 率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈活、操作方 便、調(diào)速?lài)?、可無(wú)級(jí)連讀調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在組合機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。第二章負(fù)載分析、工作負(fù)載工作負(fù)載是在工作過(guò)程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，即Fw =12000N二、慣性負(fù)載最大慣性負(fù)載取決于移動(dòng)部件的質(zhì)量和最大加速度。已知加、減速時(shí)間為0.2s，工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，即快進(jìn)、快退速度為0.1m/s，因此慣性負(fù)載為:FmV m t10

5、000 0.19.8 0.2510.2N三、阻力負(fù)載阻力負(fù)載主要是工作臺(tái)的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力兩部 分。靜摩擦阻力Ffs fsFN 0.2 10000 2000N動(dòng)摩擦阻力 FfdfdFN 0.1 10000 1000N根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸在各個(gè)工況下所受到的負(fù)載力和液 壓缸所需推力情況，如下表所示：注：1、液壓缸的機(jī)械效率為0.92 、不考慮動(dòng)力滑臺(tái)上的顛覆力矩的作用。液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載組成負(fù)載F/N推力/N起動(dòng)F = Ffs20002222.2加速F =Ffd +Fm1510.21687快進(jìn)F=Ffd10001111.1工進(jìn)FFwFfd1

6、300014444.4快退F Ffd10001111.1第三章負(fù)載圖和速度圖的繪制按上面計(jì)算的數(shù)值以及已知條件進(jìn)行繪制， 即可繪制出負(fù)載和速度圖，如下 所示:負(fù)載圖第四章 液壓缸主要參數(shù)的確定由液壓傳動(dòng)表11-2和表11-3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為14444.4N是宜取R=4MPa快退時(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取背壓值P2 =0.6MPa取液壓缸無(wú)桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的2倍F / m APi A2P2 A1P1(A/2)P2F 廠14444.4c “3 2故有 A R 4.012 10 mm240.81062快進(jìn)速度V快=0.1m/s，工進(jìn)速度V工進(jìn)=0.005m/s

7、,相差很大，應(yīng)進(jìn)行差動(dòng)換接,取k= A2/ A 1=0.5,則:I_4F工D | 75.83mm (P1-kp2)d = 0.707D= 0.707 X 75.83=53.62mm,根據(jù)GB/T2348-2001對(duì)液壓缸缸筒徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為 D=80mm活塞桿直徑為d=60mm中低壓液壓系統(tǒng)，由其切削加工性能確定液壓缸筒壁厚，按薄壁圓筒計(jì)算壁厚： 額定工作壓力：Pn=7MPa<16MPa試驗(yàn)壓力為：Py=1.5Pn=1.5 X 7=10.5MPa許用應(yīng)力?。?1000N /mm2(b/n 取安全系數(shù) n=5)PyD238mm此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際

8、有效面積分別為：232A D /45.03 10 m2232A2(D2 d2)/4 2.20 10 3m2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q=0.05L/min因工進(jìn)速度為0.00265m/s為最小速度，則有A1 > q/v=50000/15.9 mm =3145 mm因?yàn)锳 =5024 mm2 > 3145 mm2，滿足最低速度的要求。初步確定液壓缸流量為：快進(jìn)：Ql vA1 =30L/minQ2 vA2=i5L/mi nQp Ql Q2=15L/mi n工進(jìn)：Q工 VzA =o.8L/min根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個(gè)工作

9、階段中的壓力、流量和功率值，如下表所示：工作 循 環(huán)計(jì)算公式負(fù)載F(N進(jìn)油壓力Pj( Mpa回油壓力Pd ( Mpa所需流量Q(L/min )輸入功率P(kw)差動(dòng) 快 進(jìn)R=(F+ pA)/( A1-A2)Q=vX (A1-A2)P= Pj X Q1111.10.780.516.950.22工進(jìn)R=(F+PhA)/A 1Q=v X A P= P X Q14444.443.230.81.510.081快退P=(F+PhA)/ A 2Q=vX A2P= P X Q1111.111.680.613.190.369第五章液壓系統(tǒng)圖的擬定5.1液壓回路的選擇首先要選擇調(diào)速回路。這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小

10、，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工 作負(fù)載變化小，故采用節(jié)流調(diào)速的開(kāi)式回路是合適的，為了增加運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性， 防止鉆孔時(shí)工件突然前沖，系統(tǒng)采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路 中加背壓閥。從工況圖中可以清楚地看到，在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，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源。最大流量和最小流量之比約 為11，而快進(jìn)快退的時(shí)間11和工進(jìn)所需的時(shí)間t2分別為：t1 (l1/v1) (I3/V3)(0.3 0.1)(0.4 0.1) 7st2 l2 / v20.1 0.0520s即是t2/ t1 =3。因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度上來(lái)說(shuō)，采用單個(gè) 定量泵作為油源顯然是不合適的，而宜選

11、用大、小兩個(gè)液壓泵自動(dòng)并聯(lián)供油的油 源方案。如下圖所示：雙泵供油油源其次是選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路。系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速回路后，不管采用什 么油源形式都必須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸的兩腔， 以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。本系 統(tǒng)中，單桿液壓缸要作差動(dòng)連接，所以它的快進(jìn)快退換向回路，如下圖所示：換向回路再次是選擇速度緩解回路，工況圖可以看出，當(dāng)動(dòng)力頭部件從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)滑臺(tái)速度變化較大，可選用行程閥來(lái)控制快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的速度換接， 以減少液壓沖擊，圖如下所示:速度換接回路夾緊回路的選擇，用三位四通電磁閥來(lái)控制夾緊、 松開(kāi)換向動(dòng)作時(shí)，為了避 免工作時(shí)突然失電而松開(kāi)，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

12、壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持夾緊力， 所以單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓 閥，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定，圖示如下所示：5.2液壓回路的綜合DP2液壓回路的綜合和整理第六章液壓元件的選擇6.1液壓泵工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，取進(jìn)油總壓力損失工p=0.5MPa,壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差0.5MPa，則液壓泵最高工作壓力Pp=5 + 藝 p +0.5MPa=4.8MPa因此泵的額定壓力 Pr > 1.25 x 4800000Pa=6MPa工進(jìn)時(shí)所需要流量最小是 0.8L/min,設(shè)溢流閥最小流量為2.5L/min,則小流 量泵的流量qp1 >( 1.1*0.32+2.5

13、) L/min=2.85L/min快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量為15.4L/min,則泵總流量qp=1.1*15.4L/mi n=16.9L/mi n 。即大流量泵的流量qp2 >qp- qpi = （16.9-2.85 ） L/min=14L/min根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力6.3MPa,額定轉(zhuǎn)速 960r/min二、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率系統(tǒng)為雙泵共有系統(tǒng)，其中小泵的流量 qp1= （ 0.04/60） m3/s=0.000667 m3/s大泵的流量 q2=（ 0.012/60）m3/s=0.0002 m3/s差動(dòng)快進(jìn)，快退時(shí)的兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油

14、；工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載?？爝M(jìn)時(shí)，小泵的出口壓力損失 0.45MPa,大泵出口損失0.15MP&小泵出口壓力Pp1=1.26MPa（總功率 =0.5）大泵出口壓力Pp2=1.41MPa（總功率 =0.5）電動(dòng)機(jī)功率 p1= pp1 q1/+ pp2 q2 / =0.73Kw工進(jìn)時(shí)調(diào)速閥所需要最小壓力差0.5MPa。壓力繼電器可靠需要?jiǎng)恿Σ?.5MP&因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力 pp1 = p1 +0.5+0.5=4.8Pa.大泵的卸載壓力取pp2 =0.2Pa小泵的總功率 =0.565大泵總功率 =0.3電動(dòng)機(jī)功率 p2=Pp1q + pp2 q2 / =0.7Kw快退

15、時(shí)小泵出口壓力 Pp1=1.65MPa（總功率 =0.5）大泵出口壓力Pp2=1.8MPa（總功率 =0.5）電動(dòng)機(jī)功率 P3= Pp1 q1 / + Pp2 q2/ =0.9Kw快退時(shí)所需的功率最大。根據(jù)查樣本選用丫90L-6異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率1.1KW。額定轉(zhuǎn)速910r/min6.2閥類(lèi)元件及輔助元件液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、 換向閥、單項(xiàng)閥等閥類(lèi)元件以及濾油器、 空 氣濾清器等輔助元件。閥類(lèi)元件的選擇序號(hào)元件名稱(chēng)最大通過(guò) 流量L/mi n 1規(guī)格額定流量L/mi n 1額定壓力MPa型號(hào)1三位五通電磁閥20636.335 D1-63BY2行程閥20636.3AXQF-E10B3調(diào)速

16、閥1.51106.3（單向行程調(diào)速閥）4單向閥20256.35單向閥18256.3AF3-Ea10B6液控順序閥16256.3XF3-E10B7背壓閥0.125106.3YF3-E10B8溢流閥4106.3YF3-E10B9單向閥16256.3AF3-Ea10B10單向閥16256.3AF3-Ea10B11過(guò)濾器3060XU-63x80-J12壓力繼電器HED1kA/106.3油管和油箱各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定， 液壓缸進(jìn)、出油管則按輸 入、輸出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵的具體選定之后液壓缸在各階段的進(jìn)、出 流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算如表所示液壓缸的進(jìn)、出流量和運(yùn)動(dòng)

17、速度流量、速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/(L/mi n)q1 v A1 Aqp38.93q11.51q qp 21.888排出流量/(L/mi n)q2A2 q /A116.97q2 A2 q1 /A10.66q2A q1 仏50.01運(yùn)動(dòng)速度/(m/mi n)V| q1 / A, 7.75v2 q1 / A1 0.30v3 q1 / A20.69當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/min時(shí)，可算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管徑分別為：d 216.59mm12.44mm這兩根有關(guān)按GB/T2351-2005選用外徑16mm經(jīng)13mm的無(wú)縫鋼管油箱容積按公式計(jì)算，當(dāng)去 K為6時(shí)，求得其容積為 V=6X4

18、0=240L,按GB2876-81規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。第七章液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算7.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值一、工進(jìn)工進(jìn)時(shí)管路的流量?jī)H為0.8L/min,因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部損失都非常小，可以忽略不計(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的損失0.5MPa,回油路上只有背壓閥損失，小流量泵的調(diào)整壓力：Pp= +0.5+0.5=4.8MPa、快退時(shí)的壓力損失及大流量泵卸載壓力的調(diào)整快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度為1.8m,有油管直徑d=0.015m,通過(guò)的流量為 進(jìn)油路=16L/min ，回油路=32L/min。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工 作溫度為15C，有

19、手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)黏度 V=1.5st，油的密度P=900kg/，液 壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式 Re vd* 1000012732q/dv則進(jìn)油路中的液流雷諾數(shù)為：R=10000vd/r=151<2300回油路中液流的雷諾數(shù)為：R=302<2300由上可知，進(jìn)回油路的流動(dòng)都是層流進(jìn)油路上，流速v 4Q, d21.5m/s則壓力損失為：工=64lp /Rd2=0.52MPa在回油路上，流速為進(jìn)油路速的兩倍即 V=3.02m/s,則壓力損失為：工=1.04MPa三、局部壓力損失元件名稱(chēng)額定流量實(shí)際流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失單向閥251620.082電液換向閥251620.08

20、2電磁閥631640.026順序閥631640.026取集成塊進(jìn)油路的壓力損失0.03MPa,回油路壓力損失為0.05MPQ則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為：P仁0.082+0.082+0.026+0.082+0.03=0.275MPaP2=0.082+0.082+0.026+0.082+0.026+0.05=0.348MPa快退負(fù)載時(shí)液壓缸負(fù)載F=1111N則快退時(shí)液壓缸的工作壓力P= (F+P2A1 /A2=1.16MPa快退時(shí)工作總壓力為P+P1=1.435MPa大流量泵卸載閥的調(diào)整壓力應(yīng)大于1.435MPa綜上，各種工況下世紀(jì)壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近, 說(shuō)明液壓系統(tǒng)滿

21、足要求7.2油液溫升驗(yàn)算系統(tǒng)的主要發(fā)熱是在工進(jìn)階段造成的工進(jìn)時(shí)輸入功率：P1=701Kw工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率：P2=FV=(14444X 0.00265)W=38.3W系統(tǒng)總發(fā)熱功率=P1-P2=662.7W已知油箱容積V=250L則油箱近似散熱面積A=2.58假定通風(fēng)良好，取消散熱系數(shù) Cr=0.015Kw/( C)可得油液升溫為T(mén)仁 /CrA=17.1 °C設(shè)環(huán)境溫度T2=25C則熱平衡溫度為T(mén)=T1+T2=42.5C< 55C所以油箱散熱可達(dá)到要求第八章設(shè)計(jì)總結(jié)本次液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)耗費(fèi)了整整一個(gè)周的時(shí)間。在這一周的課程設(shè)計(jì)中， 能學(xué)到的東西真的很有限，但是不能說(shuō)一點(diǎn)收獲

22、都沒(méi)有，我想我知道了一般機(jī)床 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架而且我也掌握了設(shè)計(jì)一個(gè)液壓系統(tǒng)的步驟，本次課程設(shè)計(jì)是我們對(duì)所學(xué)知識(shí)運(yùn)用的一次嘗試，是我們?cè)谝簤褐R(shí)學(xué)習(xí)方面的一次有意義的實(shí) 踐。一開(kāi)始做課程設(shè)計(jì)時(shí)自己根本就不知道從哪兒開(kāi)始做， 看著書(shū)本的以及各種 參考書(shū)費(fèi)了很長(zhǎng)時(shí)間才慢慢的搞懂， 本次設(shè)計(jì)涉及了液壓傳動(dòng)的大部分知識(shí)， 也 使我們很好的將課本上的知識(shí)與實(shí)際結(jié)合起來(lái)， 收獲頗多，特別是收集資料和信 息的能力，這也是我們大學(xué)期間一次難得機(jī)會(huì)，總之是獲益匪淺。曾億山.工業(yè)大學(xué)王積偉.章宏甲.機(jī)械工業(yè)周恩濤.機(jī)械工業(yè) 國(guó)防工業(yè)參考文獻(xiàn)1液壓與氣壓傳動(dòng)2. 液壓傳動(dòng)3. 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件選型手冊(cè)4. 液壓

23、傳動(dòng)與控制（第二版）臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓動(dòng)力系統(tǒng)圖DP29v®ftIXH1YA3YA2YA12LU5<1131、大泵，2、小泵，3、濾油器，4、外控順序閥，5、單向閥，6、溢流閥，7、電液換向閥，8、單向行程調(diào)速閥，9、壓力繼電器，10、主液壓缸，11、二位 三通電磁換向閥，12、背壓閥，13、二位二通換向閥，A、快進(jìn)：1YA通電，電液換向閥左位工作，大泵f單向閥5電液換向閥7行程閥14主液壓缸無(wú)桿腔小泵2單向閥電液換向閥行程閥14f主液壓缸無(wú)桿腔液壓缸有桿腔f電磁閥11f電液換向閥單向行程調(diào)速閥油箱（差 動(dòng)換接）B:工進(jìn)：3YA通電，切斷差動(dòng)油路，快進(jìn)行程到位，擋鐵壓下行程閥 8,切斷快進(jìn)油路，3YA通電，切斷差動(dòng)油 路，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，液壓系統(tǒng)工作壓力升高到溢流閥 5調(diào)定壓力，進(jìn)油路高壓油切 斷單向閥5供油路,打開(kāi)外控順序閥4,大泵卸荷，接通經(jīng)背壓閥12