專用鉆床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上液壓傳動課程設(shè)計(jì)專用鉆床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)系 別 ：機(jī)械與車輛工程系專業(yè)（班級）：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化15級機(jī)制升本班作者（學(xué)號）：切克鬧指導(dǎo)教師：李培完成日期： 2016年6月6日蚌埠學(xué)院教務(wù)處制目 錄謝辭21參考文獻(xiàn)22專心-專注-專業(yè)摘 要：液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸 做出不同行程、不同方向的動作。完成各種設(shè)備不同的動作需要。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，而且愈先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就愈多。所以像我們這樣的大學(xué)生學(xué)習(xí)和親手設(shè)

2、計(jì)一個簡單的液壓系統(tǒng)是非常有意義的。 關(guān)鍵詞：液壓傳動；穩(wěn)定性；液壓系統(tǒng)Abstract :Hydraulic system is powered motor basis, the use of hydraulic pump to change mechanical energy into pressure, promote the hydraulic oil. Th

3、rough various cont-rol valves to change the flow of hydraulic oil, thus promoting the hydraulic cylin-ders made of different distance, different movement. All kinds of differe

4、nt equipment to complete the actions required. Hydraulic system has been used in many d-epartments, such as industry and agriculture have been increasingly widely used, and

5、60;the more advanced equipment, its application part of the hydraulic system wi-ll be. So students like us to learn and personally designed a simple hydraulic syst-em is&

6、#160;very meaningful. Keywords: hydraulic transmission;stability;hydraulic system1 引 言液壓傳動是一門新的學(xué)科，雖然從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機(jī)算起，液壓傳動技術(shù)已有二三百年的歷史，但直到20世紀(jì)30年代它才較普遍地用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機(jī)構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向名用工業(yè)，液壓技術(shù)不斷應(yīng)用于各種自動機(jī)及自

7、動生產(chǎn)線。20世紀(jì)60年代以后，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展。因此，液壓傳動真正的發(fā)展也只是近三四十年的事。當(dāng)前液壓技術(shù)正向迅速、高壓、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方面發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）、計(jì)算機(jī)直接控制（CDC）、機(jī)電一體化、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。我國的液壓技術(shù)最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。我國在從國外引進(jìn)一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)的同時，也進(jìn)行自行研制和設(shè)計(jì)，液壓元件現(xiàn)已形成了系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。液壓

8、傳動是用液體作為工作介質(zhì)，利用液體的壓力能來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和力的傳遞的一種的傳動方式?，F(xiàn)今，采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲以及液壓元件和系統(tǒng)的經(jīng)久耐用，高度集成化等方面取得了重大進(jìn)展。將液壓傳動技術(shù)應(yīng)用到鉆床中，使它具有成本低、效率高、機(jī)構(gòu)簡單、工作可靠、使用和維修方便等特點(diǎn)。專用鉆床是應(yīng)用液壓技術(shù)較廣泛的領(lǐng)域之一。采用液壓傳動技術(shù)與控制的機(jī)床，可在較寬范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速，具有良好的換向及速度換接性能，易于實(shí)現(xiàn)自動工作循環(huán)，對提高生產(chǎn)效率，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動條件，都起著十分重要的作用。本文針對專用鉆床的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)

9、。2 鉆床的液壓系統(tǒng)工況分析液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類型，即： (2-1)式中 工作負(fù)載，對于金屬切削機(jī)床來說，即為沿活塞運(yùn)動方向的切削力， 在本設(shè)計(jì)中為16000；運(yùn)動部件速度變化時的慣性負(fù)載；導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動時為靜摩擦阻力，對于平導(dǎo)軌可由下式得： (2-2)式中 運(yùn)動部件重力；垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，本設(shè)計(jì)中為零； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，在本設(shè)計(jì)中取靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.08。則求得：=0.=2200 =0.=880式中 靜摩擦阻力；動摩擦阻力。 (2-3)式中 重力加速度；加速或減速時間，取0.18；速度差。在本設(shè)計(jì)中制動 Fa3=m*a3=(11000/9.81)

10、*(0.001/0.18)=6.23N根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各個階段的速度，由于行程是590mm，設(shè)定快進(jìn)時的行程L1=380mm，工進(jìn)時的行程L2=210mm?？衫L出負(fù)載圖（F-l）和速度圖（v-l），見圖1-2a、b。橫坐標(biāo)以上為液壓缸活塞前進(jìn)時的曲線，以下為液壓缸退回時的曲線。 圖 2-1 負(fù)載循環(huán)圖如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導(dǎo)軌摩擦里的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率m=0.85，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見表工況計(jì)算公式總負(fù)載 F/N缸推力 F/N啟動Ffs22002588加速Ffs + Fa127173196快進(jìn)Ffd8801035.29減速Ffd - Fa2362

11、.96427.01工進(jìn)FL + Ffd1688019858.82制動FL+Ffd Fa316873.7719851.49反向加速-Ffd - Fa41397.041643.58快退-Ffd8801035.29制動-Ffd+ Fa5362.964270.1表 2-1 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載3 液壓系統(tǒng)的原理圖擬定及設(shè)計(jì)3.1 供油方式 考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時負(fù)載較大，速度較低；而在快進(jìn)、快退時負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油。現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。3.2 調(diào)速方式的選擇調(diào)速方案對液壓系統(tǒng)的性能起到?jīng)Q定性的作用。調(diào)速方案包括節(jié)流調(diào)速、

12、容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速三種。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾，為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱。3.3 速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、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。

13、3.4 液壓系統(tǒng)原理圖 圖3-1 液壓系統(tǒng)原理圖1油箱 2限壓式變量泵 3溢流閥 4三位四通電磁換向閥 5單向減速閥 6兩位三通電磁換向閥 7液壓缸 8-死檔鐵 s-行程開關(guān) A-壓力繼電器3.5 液壓系統(tǒng)的工作原理 3.5.1 快進(jìn)按下起動按鈕，電磁鐵2YA通電，電磁換向閥4的閥芯右移，換向閥工作在左位，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，油路為： 進(jìn)油路：油箱1泵2換向閥4左位液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔 換向閥6左位液壓缸左腔，形成差動連接。 3.5.2 工進(jìn)當(dāng)活塞桿到達(dá)工進(jìn)行程時，觸碰行程開關(guān)S，使3YA失電，實(shí)現(xiàn)工進(jìn)，油路為： 進(jìn)油路：油箱1泵2換向閥4左位液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔換向閥6右位 調(diào)

14、速閥5油箱1。 3.5.3 快退當(dāng)鉆床完成工作后，停留在止擋塊處，系統(tǒng)壓力升高，直到壓力繼電器A的調(diào)整值時，壓力繼電器動作，2YA通電，電磁換向閥4工作在右位，滑臺快退返回?？焱擞吐窞椋?進(jìn)油路：油箱1泵2 單向閥換向閥6右位液壓缸右腔； 回油路：液壓缸左腔換向閥4油箱。1YA2YA3YA快進(jìn)+-+工進(jìn)+-停留-快退-+-表3-1電磁鐵動作順序表注：“+”表示得電，“”表示失電。4 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選擇4.1 工作壓力的確定工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小查表取液壓缸工作壓力為3。4.2 液壓缸的主要尺寸的確定 4.2.1 缸筒內(nèi)徑D液壓缸的缸筒內(nèi)徑D是根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力或往返運(yùn)動速

15、度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑D，再從GB234880標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計(jì)的缸筒內(nèi)徑。根據(jù)負(fù)載和工作壓力的大小確定D：D= (4-1)式中 p缸工作腔的工作壓力，可根據(jù)機(jī)床類型或負(fù)載的大小來確定；F最大作用負(fù)載。負(fù)載圖知最大負(fù)載為16880，查表可取為0.5，為0.95，考慮到快進(jìn)、快退速度相等，取為0.7。上述數(shù)據(jù)代入公式：可得：查表將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=100mm。4.2.2 活塞桿外徑d 活塞桿直徑d,按 d=0.7D及查表活塞桿直徑系列去d=70mm。4.2.3 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。一般分為薄壁圓筒和

16、厚壁圓筒。本設(shè)計(jì)采用薄壁圓筒。其計(jì)算公式 (4-2)式中 液壓缸壁厚（m）； D液壓內(nèi)徑（m）； 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.251.5）倍（Mpa）;缸筒材料的許用應(yīng)力。取無縫鋼管=100Mpa。按上式計(jì)算得在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往很不夠。因此，上式一般不做計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時按上式進(jìn)行校核。取=6mm。則外徑D1D+2=112mm。4.2.4 液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并參照書中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。4.2.5 最小導(dǎo)向長度的確定對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求

17、4.2.6 缸體長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030倍。缸筒長度L由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：L=l+B+A+M+C (4-3)式中 l活塞的最大工作行程； B活塞寬度，一般為(0.6-1)D； A活塞桿導(dǎo)向長度，取(0.6-1.5)D； M活塞桿密封長度，由密封方式定； C其他長度。一般缸筒的長度最好不超過內(nèi)徑的20倍。另外，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸還有最小導(dǎo)向長度H。取L=1000mm.4.3 穩(wěn)定速度的驗(yàn)算要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積，必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面

18、積，即>。 (4-4)式中 的最小穩(wěn)定流量，一般從選定流量閥的產(chǎn)品樣本中查得；缸的最低速度，由設(shè)計(jì)要求給定。如果液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積不大于計(jì)算所得最小有效面積，則說明液壓缸不能保證最小穩(wěn)定速度，此時必須增大液壓缸的內(nèi)徑，以滿足速度穩(wěn)定的要求。液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算，液壓缸壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而異。一般計(jì)算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。按最低工進(jìn)速度演算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由公式（4-4）可得：>是由產(chǎn)品樣本查得GE系列調(diào)速閥LCA6-10的最小穩(wěn)定流量為0.05。

19、本設(shè)計(jì)中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，即可見上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。4.4 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量無桿腔的面積 A1=1/4 D2 = 1/4102=78.5cm2有桿腔的面積 A2=1/4 (D2-d2) = 1/4(102-72) =40.04cm2 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的壓力： 工作循環(huán)中液壓缸各階段壓力、流量和功率如表4-1所示。工況壓力p（Mpa）流量q（L/min）功率P（w）快進(jìn)0.2719.2387工進(jìn)2.530.2410.12快退0.2620.0287表4-14.5 液壓泵的選擇4.5.1 液壓

20、泵的壓力考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為： (4-5)式中 液壓泵為最大工作壓力；執(zhí)行元件最大工作壓力，現(xiàn)根據(jù)負(fù)載大小選取液壓缸工作壓力為3MPa；進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取0.20.5，復(fù)雜系統(tǒng)取0.51.5，本系統(tǒng)取0.5。上述計(jì)算所得的 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外，考慮到一定壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足公式。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取最大值。4.5.2 液壓泵的流量液壓泵的最大流量應(yīng)為： (4-6)式中 泵的最大流量；動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，如果這時

21、溢流閥正進(jìn)行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量23；泄露系數(shù)，一般取=1.11.3，現(xiàn)取=1.2。4.5.3 液壓泵規(guī)格的選擇 根據(jù)以上所得，查液壓產(chǎn)品目錄選泵型號：YBX-20限壓式變量葉片泵。額定壓力為6.3 Mpa，排量為20mL/r，轉(zhuǎn)速為1450r/min。該泵的輸出流量為：4.6 電動機(jī)的選擇首先分別算出快進(jìn)與共進(jìn)兩種不同工況時的功率，取兩者較大值作為選擇電動機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.21范圍內(nèi)時，可取。同時還應(yīng)注意到，為了使所選則的電動機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即： （4-7）式中 所選電動機(jī)額定功率

22、；限壓式變量泵的限定壓力；為時，泵的輸出流量。首先計(jì)算快進(jìn)時的功率，快進(jìn)時的外負(fù)載為880N，進(jìn)油路的壓力損失定為0.3，由式（3-6）可得：快進(jìn)時所需電動機(jī)功率為：工進(jìn)時所需電動機(jī)功率為：查閱電動機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y90S-4型電動機(jī)，其額定功率為1.1，額定轉(zhuǎn)速為1400。4.7 液壓閥的選擇液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中用來控制液流的壓力、流量和流動方向的控制元件、是影響液壓系統(tǒng)性能，可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要元件。 序號元件名稱最大通流量型號規(guī)格1限壓式變量葉片泵30YBX-202溢流閥25Y-25B3三位四通換向閥2534E1-25B4單向調(diào)速閥25LCA6-105二位四通電磁閥2524E1-25B

23、6壓力表開關(guān)3KB-C67過濾器25WU-25 x180表4-24.8 液壓油管的設(shè)計(jì)油管類型的選擇此次設(shè)計(jì)中我采用的管道是無縫鋼管。油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定?，F(xiàn)取油管內(nèi)徑d為12mm。4.9 油箱容量的選擇 本例為中壓液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來確定，現(xiàn)選用容量為160L的油箱。5 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)，回油管的內(nèi)徑均為12mm,，各段管道的長度分別為：AB=0.5m，AC=2m，AD=2m，DE=3m。選用LHL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15，查得15時該液壓油的運(yùn)動粘度v=150cst=1.5/s，油的密度為=920kg/m

24、3.5.1 壓力損失的驗(yàn)算：5.1.1 工作近給時進(jìn)油路壓力損失 運(yùn)動部件進(jìn)給時的最大速度為0.03m/min，進(jìn)給時的最大流量為19.2L/min，則液壓油在管內(nèi)流速v1為管道流動雷諾數(shù)<2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)為進(jìn)油管道BC的沿程壓力 （5-1）查得換向閥34E125B的壓力值是忽略油液通過管接頭：油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失5.1.2 工作進(jìn)給時回油路的壓力損失 由于選用單活塞桿液壓缸，切液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的工作面積的1/2，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的1/2，則回油管道的沿程壓力損查產(chǎn)品樣本知換向閥24E125B的壓力損失，

25、換向閥34E1-25B的壓力損失，調(diào)速閥LCA6-10的壓力損失?；赜吐房倝毫p失：變量泵出口處的壓力5.1.3 快進(jìn)時的壓力損失 快進(jìn)時液壓缸為差動連接，自匯流點(diǎn)A至液壓缸進(jìn)油口C之間的管路AC中，流量為液壓泵出口流量的2倍，即45L/min，AC段管路的沿程壓力損失為 同樣可求管道AB段及AD段的沿程壓力損失和為 Re2= 查產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)個閥的局部壓力損失為：34E125B的壓力損失24E125B的壓力損失據(jù)分析在差動連接中，泵的廚樓壓力快退時壓力損失驗(yàn)算從略。上述驗(yàn)算表明。無需修改原設(shè)計(jì)。5.2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 采用上述“系統(tǒng)的發(fā)熱功率計(jì)算方法之二”來進(jìn)行計(jì)算。工進(jìn)時液壓缸的有效功率：功率損失為： 假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K=KW/（cm2*），油箱的散熱面積為 系統(tǒng)的溫升為 驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。總結(jié)及感想通過這段時間的設(shè)計(jì)，認(rèn)識到自己的很多不足，自己知識的很多盲點(diǎn)和漏洞知識和實(shí)踐的差距。比如這次的集成塊的設(shè)計(jì)，在做課程設(shè)計(jì)之前，我根本不知道什么是集成塊。通過的這次課程設(shè)計(jì)才知道液壓閥的組裝方法和控制系統(tǒng)的方法，以及液壓的系統(tǒng)的工作方式。這是液壓課本書上沒有的，所以我發(fā)現(xiàn)了自己的很多知識上的盲點(diǎn)和理解錯誤。我的理論和實(shí)際聯(lián)系的能力還有待提高。 液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，