專用鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)快進(jìn)工進(jìn)死檔鐵停留 快退 原位停止

1、蚌埠學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書蚌埠學(xué)院任務(wù)要求快進(jìn)-工進(jìn)-死檔停留-快退-原位停止機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說 明 書課題名稱： 專用鉆床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 20100607208 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 10機(jī)電2 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 2013年6月20日目 錄1 設(shè)計(jì)題目及其要求. 12工況分析 2.1動(dòng)作要求分析.1 2.2負(fù)載分析.2 2.3負(fù)載圖和速度圖的繪制.5 2.4液壓缸主要參數(shù)確定.63 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 3.1液壓系統(tǒng)圖的擬定.10 3.2液壓系統(tǒng)的工作原理.12 3.3液壓元件的選擇.134 驗(yàn)算性能完成設(shè)計(jì) .165總

2、結(jié).2024設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算說明結(jié)論題目及要求動(dòng)作要求分析一，設(shè)計(jì)題目及要求：試設(shè)計(jì)一專用鉆床的液壓系統(tǒng)，要求完成”快進(jìn)-工作-快退-停止（卸荷）”的工作循環(huán)靜摩擦系數(shù)fs0.2動(dòng)摩擦系數(shù)fd0.1快進(jìn)、快退速度V（m/min）4.8往復(fù)運(yùn)動(dòng)加減速時(shí)間t（S）0.15工進(jìn)速度V2(m/min)20工進(jìn)行程s1（mm）138快進(jìn)行程s2（mm）400切削阻力 N14000工作部件重量 N10000機(jī)械效率m0.95二，工況分析2.1動(dòng)作要求分析根據(jù)主機(jī)動(dòng)作要求畫出動(dòng)作循環(huán)圖如圖1-1圖1-1 動(dòng)作循環(huán)圖設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算說明結(jié)論工作負(fù)載摩擦負(fù)載慣性負(fù)載2.2負(fù)載分析（1）工作負(fù)載：工作負(fù)載與設(shè)備的工作情況

3、有關(guān)，在機(jī)床上，與運(yùn)動(dòng)件的方向同軸的切削力的分量是工作負(fù)載。 FL=13412N（2）摩擦負(fù)載： 摩擦阻力是指運(yùn)動(dòng)部件與支撐面間的摩擦力，它與支承面的形狀，放置情況，潤(rùn)滑條件以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。靜摩擦負(fù)載 Ffs=fsG = (0.2*5390)=1078N動(dòng)摩擦負(fù)載 Ffd=fdG = (0.1*5390)=539N（3） 慣性負(fù)載： 慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件的速度變化是，由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可用牛頓第二定律計(jì)算。 加速 Fa1 = m*a1=(5390/9.81)*(0.075/0.2)=206.04N 減速 Fa2 = m*a2=(5390/9.81)*(0.074/0.2)=203.29NF

4、L=13412NFfs=1078NFFfd=539NFa1 = 206.04N Fa2=203.29N 設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算說明結(jié)論 制動(dòng) Fa3 = m*a3 =(5390/9.81)*(0.001/0.2)=2.75N反向加速 Fa4 = Fa1 = 206.04N反向制動(dòng) Fa5 = Fa4 =206.04N如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)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(dòng)Ffs10781268.23加速Ffd + Fa1745846.47快進(jìn)Ffd539634.12減速Ffd - Fa23

5、36395.29工進(jìn)FL + Ffd1395116412.94制動(dòng)FL+Ffd Fa313948.2516409.7反向加速-Ffd - Fa4745.04876.52快退-Ffd 539634.12制動(dòng)-Ffd+ Fa5332.96391.72Fa3=2.75NFa4=206.04N設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算說明結(jié)論負(fù)載圖和速度圖的繪制液壓缸主要參數(shù)確定初選液壓缸的工作壓力液壓缸尺寸活塞桿穩(wěn)定性校核流量計(jì)算壓力計(jì)算功率計(jì)算工況圖2.3負(fù)載圖和速度圖的繪制根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各個(gè)階段的速度，由于行程是400mm，設(shè)定快進(jìn)時(shí)的行程L1=300mm，工進(jìn)時(shí)的行程L2=100mm?？衫L出負(fù)載圖（F-l）和速度

6、圖（v-l），見圖1-2a、b。橫坐標(biāo)以上為液壓缸活塞前進(jìn)時(shí)的曲線，以下為液壓缸退回時(shí)的曲線。 1-2a,b2.4、液壓缸主要參數(shù)確定（1）、初選液壓缸的工作壓力 按負(fù)載大小根據(jù)表2選擇液壓缸工作壓力表2 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力根據(jù)最大負(fù)載F=19412N, 初選液壓缸的工作壓力為3MPa（2）、計(jì)算液壓缸尺寸 按最大負(fù)載Fmax計(jì)算缸筒面積A得計(jì)算缸筒內(nèi)徑D得 按計(jì)算結(jié)果根據(jù)表3選擇缸筒內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)值。表3 液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑標(biāo)準(zhǔn)系列（GB/T23481993） mm按標(biāo)準(zhǔn)取D = 90mm(壁厚5mm，單重11.17kg/m)根據(jù)快進(jìn)和快退速度相等要求，擬定液壓系統(tǒng)在快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接

7、。設(shè)活塞桿直徑為d，于是有 D2/(D2-d2) =1.3 d=43.23mm按標(biāo)準(zhǔn)取 d = 45mm則液壓缸的有效作用面積為：無桿腔的面積 A1=1/4 *D2 = 1/4*92=63.59cm2有桿腔的面積 A2=1/4 *(D2-d2) = 1/4*(92-4.52) =47.69cm2（3 ）活塞桿穩(wěn)定性校核 活塞桿的總行程為400 mm , 而活塞桿的直徑為45mm , l/d =400/45=8.89<10 不用穩(wěn)定性校核（4） 、計(jì)算液壓缸流量、壓力和功率1） 流量計(jì)算2）壓力計(jì)算 3）功率計(jì)算4、繪制工況圖 工作循環(huán)中液壓缸各階段壓力、流量和功率如表4所示。 由表繪制液

8、壓缸的工況圖如圖3所示。圖3 液壓缸的工況圖t(s)p(MPa)2.580.40.13q(L/min)21.47.153.1t(s)P(W)47.7t(s)46.4133.3快進(jìn)工進(jìn)快退3MPaD=83mmA1=63.59cm2A2=47.69cm2不用穩(wěn)定性校核設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算說明結(jié)論選用執(zhí)行元件確定供油方式調(diào)速方式選擇速度換接選擇換向方式選擇快進(jìn)工進(jìn)快退液壓泵壓力所需液壓泵流量選用液壓泵選用電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件油管油箱壓力損失驗(yàn)算沿程壓力損失Pf回油沿程壓力損失總沿程壓力損失局部壓力損失Pr總壓力損失p調(diào)定壓力的確定系統(tǒng)溫升驗(yàn)算總結(jié) 三，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1、液壓系統(tǒng)圖的擬定 1、選用執(zhí)行元件 由系統(tǒng)

9、動(dòng)作循環(huán)圖，選定單活塞桿液壓缸做為執(zhí)行元件。根據(jù)快進(jìn)和快退速度相等的要求，擬定在快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，因此應(yīng)使無桿腔有效面積為有桿腔有效面積的兩倍。 2、確定供油方式 由工況圖分析可知，液壓缸在快進(jìn)、快退時(shí)所需流量較大，但持續(xù)時(shí)間較短；而在工進(jìn)時(shí)所需流量較小，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。因此從提高系統(tǒng)效率，節(jié)省能源的角度考慮，系統(tǒng)供油方式不宜采用單個(gè)定量泵，而宜采用雙泵或變量泵。因此參考同類組合機(jī)床，選用雙作用葉片泵雙泵供油方式。 3、調(diào)速方式選擇 由工況圖可知，快進(jìn)和快退時(shí)有速度要求，因此在有桿腔油口處統(tǒng)一采用調(diào)速閥調(diào)速。工進(jìn)時(shí)速度低，考慮到系統(tǒng)負(fù)載變化小，所以采用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。 4、速度換接選

10、擇 快進(jìn)和工進(jìn)之間速度需要換接，為便于對(duì)換接的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，因此采用二位二通行程閥來實(shí)現(xiàn)速度的換接。另外采用液控順序閥與單向閥來切斷差動(dòng)回路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。 5、換向方式選擇 采用三位五通電磁閥進(jìn)行換向，以滿足系統(tǒng)對(duì)換向的各種要求。選用三位閥的中位機(jī)能為M型，以實(shí)現(xiàn)可以隨時(shí)在中途停止運(yùn)動(dòng)的要求。為提高換向的位置要求，擬采用止擋塊和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返回控制。 6、其它選擇 為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處和液壓缸的兩接口處 均設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并配置多點(diǎn)壓力表開關(guān)，以便利用一個(gè)壓力表即能觀測(cè)各點(diǎn)壓力。 完成以上各項(xiàng)選擇后，作出擬定的液壓系統(tǒng)原理圖和各電磁鐵的動(dòng)

11、作順序表如圖4所示。 3.2、液壓系統(tǒng)的工作原理 1、快進(jìn) 按下起動(dòng)按鈕，電磁鐵1YA通電，電磁換向閥8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：泵2換向閥8左位行程閥13下位液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔 調(diào)速閥14 換向閥8左位單向閥9行程閥13下位液壓缸左腔，形成差動(dòng)連接。 2、工進(jìn) 當(dāng)滑臺(tái)快速運(yùn)動(dòng)到給定位置時(shí)，滑臺(tái)上的撞塊壓下行程閥13閥芯，切斷通道，使壓力油經(jīng)調(diào)速閥10進(jìn)入液壓缸左腔。由于油液流經(jīng)調(diào)速閥，系統(tǒng)壓力上升，打開液控順序閥7，此時(shí)單向閥9關(guān)閉，切斷液壓缸差動(dòng)回路，實(shí)現(xiàn)工進(jìn)，油路為： 進(jìn)油路：泵2換向閥8左位調(diào)速閥10液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔調(diào)速閥1

12、4 換向閥8左位順序閥7背壓閥6 油箱。 3、快退 當(dāng)滑臺(tái)工進(jìn)完畢之后，停留在止擋塊處，系統(tǒng)壓力升高，直到壓力繼電器12的調(diào)整值時(shí)，壓力繼電器動(dòng)作，2YA通電，電磁換向閥8工作在右位，滑臺(tái)快退返回?？焱擞吐窞椋?進(jìn)油路：泵2 調(diào)速閥14 換向閥8右位液壓缸右腔； 回油路：液壓缸左腔單向閥11換向閥8右位油箱。3.3、液壓元件的選擇 1、確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率 1）計(jì)算液壓泵壓力 估算壓力損失經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 一般節(jié)流調(diào)速和管路簡(jiǎn)單的系統(tǒng)取pl=0.20.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復(fù)雜的系統(tǒng)取pl=0.51.5MPa。 液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為2.58MPa，由于系統(tǒng)有調(diào)速閥，但管路

13、簡(jiǎn)單，所以取壓力損失pl=0.5MPa，計(jì)算液壓泵的工作壓力為 pp=p+pl=2.58+0.5=2.63MPa 2）計(jì)算所需液壓泵流量 考慮泄漏的修正系數(shù)K：K=1.11.3。 液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大流量為21.4L/min。取回路泄漏修正系數(shù)K=1.1，計(jì)算得所需兩個(gè)液壓泵的總流量為 qp=1.1×21.4=23.54L/min由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)液壓缸所需流量為0.4L/min，所以高壓泵的流量不得少于3.4L/min。 3）選用液壓泵1、 單泵Single pump型號(hào)排量壓力轉(zhuǎn)速容積效率驅(qū)動(dòng)功率重量YB1446.3960851.15YB12525

14、6.3960903.392、 雙泵：Double PumpLL1L2L3BB1HSD1D2dd1CtbZ1Z2Z325510638144452014511090dc12820d115225Z1”Z3/4”Z1/4” 由3第5卷P158選用YB110/16型的雙聯(lián)葉片泵。 液壓泵額定壓力為6.3MPa，排量分別為10mL/r和16mL/r，取容積效率pV=0.85，總效率=0.8，額定轉(zhuǎn)速分別為1450r/min和960r/min. 4）選用電動(dòng)機(jī) 擬選Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速960r/min，按此計(jì)算液壓泵實(shí)際輸出流 qp=（10+16）×103 ×960 ×

15、;0.85=21.22L/min計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)功率為由3第4卷P569選用Y132S-6電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)額定功率為3KW，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min。 2、選擇閥類元件及輔助元件 1）標(biāo)準(zhǔn)件 根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件和輔助元件的流量，由產(chǎn)品目錄確定這些元件的型號(hào)及規(guī)格如表5 所示。 2）非標(biāo)件 a）油管 油管尺寸根據(jù)實(shí)際流量類比確定，采用內(nèi)徑為16mm，外徑為20mm的紫銅管。 b）油箱 油箱容積計(jì)算如下 V=（57）qp=（57）×21.22=106.1148.54L 取V=150L。表5 液壓元件型號(hào)及規(guī)格序 號(hào) 名 稱通過流量qmax(L/min)型號(hào)及規(guī)格1 濾油

16、器 24.96 XU-C32×100B2 雙聯(lián)葉片泵 21.22 YB110/163 溢流閥 8.11 Y-10B4 單向閥 13.61 I-25B5 順序閥 13.61 X-B25B6 溢流閥 8.37 Y-10B7 順序閥 8.37 XB-25B8 三位五通電磁換向閥 21.22 35D-25BM9 單向閥 8.37 I-25B10 調(diào)速閥 16.20 Q-25B11 單向閥 16.80 I-25B12 壓力繼電器 DP-25B13 二位二通行程閥 24.57 22D-25B14 調(diào)速閥 21.22 Q-25B15 壓力表開關(guān) K-3B16 壓力表 Y-100T17 電動(dòng)機(jī) Y1

17、32S-6四， 驗(yàn)算性能完成設(shè)計(jì) 4.1、液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 1、壓力損失驗(yàn)算 按液壓泵的實(shí)際輸出流量估算壓力損失。 1）油液在油管中的流速 進(jìn)油管流速v'回油管流速v" 層流狀態(tài)： 1=75/Re1=75/552=0.14 2）沿程壓力損失Pf 設(shè)系統(tǒng)采用L-HM32液壓油，室溫為20時(shí)粘度為 =1.0×104 m2/s a）進(jìn)油沿程壓力損失Pf1層流狀態(tài)： 1=75/Re1=75/552=0.14 取油液的密度為=890kg/m3，進(jìn)、回油管長(zhǎng)度均為2m，得進(jìn)油沿程壓力損失為 b）回油沿程壓力損失 層流狀態(tài)： 2=75/Re2=75/281=0.27c）總沿程壓

18、力損失3）局部壓力損失Pr 局部壓力損失包括液壓閥的壓力損失及管道和管接頭的壓力損失。液壓閥的損失很小，可以忽略不計(jì)。管道和管接頭壓力損失一般取沿程壓力損失的10%計(jì)算，于是 pr=10% pf=0.1×0.48=0.05MPa 4）總壓力損失p p=pf+ pr=0.48+0.05=0.53MPa原設(shè)p=0.5MPa，與計(jì)算結(jié)果非常接近。 2、調(diào)定壓力的確定雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值為取 p卸=4.1MPa 溢流閥的調(diào)定值應(yīng)大于卸荷閥調(diào)定壓力0.30.5MPa。取 p溢=4.5MPa 順序閥的調(diào)定值應(yīng)為 p順=0.29+p=0.29+0.95=1.24MPa 背壓閥的調(diào)定值取為 p

19、背=0.3MPa3、系統(tǒng)溫升驗(yàn)算 工進(jìn)時(shí)間在整個(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)間比例達(dá)87%，所以系統(tǒng)溫升可按工進(jìn)計(jì)算。工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為 工進(jìn)時(shí)大流量泵卸荷，卸荷壓力為0.3MPa，小流量泵在高壓3.64MPa下供油，兩個(gè)泵的總輸出功率為 由此得液壓系統(tǒng)單位時(shí)間的發(fā)熱量為設(shè)油箱的三個(gè)邊長(zhǎng)在1：1：11：2：3范圍內(nèi)，計(jì)算散熱面積為按通風(fēng)良好取散熱系數(shù)h=15×103kW/（m2），計(jì)算油液溫升為設(shè)室溫t1=20，得油液溫度t2為熱平衡計(jì)算在允許范圍內(nèi)。五，總結(jié)液壓是一們機(jī)械專業(yè)十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。同時(shí)液壓在實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用上也發(fā)揮了契機(jī)巨大的作用。在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門應(yīng)用液壓傳動(dòng)技術(shù)。工

20、程機(jī)械，礦上機(jī)械，壓力機(jī)械和航天工業(yè)中，常常采用液壓傳動(dòng)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，輸出力大；機(jī)床上采用液壓傳動(dòng)是取其能在工作過程中方便的實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，易于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；在電子工業(yè)，包裝機(jī)械，印染機(jī)械，食品機(jī)械等方面應(yīng)用氣壓傳動(dòng)主要是取其操作方便，無油，無污染。由此可見，液壓的應(yīng)用很廣泛，發(fā)揮的作用也十分巨大。液壓課程設(shè)計(jì)是是對(duì)液壓課程所學(xué)理論知識(shí)的一次具體的應(yīng)用和實(shí)踐，增強(qiáng)學(xué)生所學(xué)知識(shí)以及具體方法的實(shí)際應(yīng)用有很大的幫助。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)于液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了一個(gè)更加形象和直觀的認(rèn)識(shí)與掌握。這個(gè)過程中鍛煉了我分析解決問題，應(yīng)用和查閱相關(guān)機(jī)械資料進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。由于這

21、次課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)的過程中進(jìn)行的，剛剛學(xué)過的理論知識(shí)印象還很深刻，但要在在短短的幾周時(shí)間做好液壓課程是不是一件容易的事，做課程設(shè)計(jì)又需要很多的相關(guān)的知識(shí)，這次課程設(shè)計(jì)又相當(dāng)于讓自己再次溫固了一遍課程。真正做到理論與實(shí)踐的相統(tǒng)一。做好一個(gè)設(shè)計(jì)首要的是理清思路，把具體要做的工作細(xì)分，循序漸進(jìn)，走一步再走一步，這也有助于使自己不會(huì)遇到大的任務(wù)，繁雜的事情而手慌腳忙，不知所措。查找資料是在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中也是一項(xiàng)至關(guān)重要的事情，因?yàn)槲覀兌紱]有經(jīng)驗(yàn)，要想在短短的時(shí)間里完成一套設(shè)計(jì)，有用的資料是必不可少的。圖書館中找到了一些和我們的題目相近的設(shè)計(jì)實(shí)例，老師給了我們一套關(guān)于液壓設(shè)計(jì)的工程手冊(cè)。設(shè)計(jì)實(shí)例可以快速給我們?cè)O(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)過程中要包括哪幾個(gè)方面的內(nèi)容也一目了然，于是大概是怎么樣的一個(gè)過程就有了；液壓設(shè)計(jì)工程手冊(cè)提供了我們需要選取的元件，這些都是標(biāo)準(zhǔn)件，比如電磁換向閥