液壓大作業(yè)--8-2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上學(xué)院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院系別： 機(jī)電工程系年級(jí)： 2010級(jí)班級(jí)： 機(jī)械一班組員： 陳夢(mèng)月381劉元卉 416梁楚尉 409液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄 題目選擇一、 負(fù)載分析 3二、 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4三、 液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 6四、 液壓元件的選擇 9五、 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能 10六、 FluidSIM仿真及結(jié)果13 選擇題目：一臺(tái)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床，動(dòng)力滑臺(tái)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Ft=24000N;滑臺(tái)移動(dòng)部件總重5000N；加、減速時(shí)間為0.2s采用平導(dǎo)軌，靜摩擦因數(shù)s=0.2,動(dòng)摩擦因數(shù)a=0.1;快進(jìn)行程為2

2、00mm，工進(jìn)行程為100mm；快進(jìn)與快退速度相等，均為3.5m/min,工進(jìn)速度為3050mm/min.工作時(shí)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，且可隨時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。試設(shè)計(jì)動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)。一、 負(fù)載分析：負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效中加以考慮。因工作部件是臥室放置，重力的水平分力為零，所以需要考慮的力：切削力、導(dǎo)軌摩擦力、慣性力。靜摩擦力： 動(dòng)摩擦力： 慣性力：如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率m =0.95，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出：表 1-1液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段計(jì)算公式總機(jī)械負(fù)載F/N起動(dòng) 1052加速

3、683快進(jìn)526工進(jìn)25789快退526根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知各階段的速度，可繪出負(fù)載圖（F-l）和速度圖（v-l），見(jiàn)下圖1。橫坐標(biāo)以上為液壓缸活塞前進(jìn)時(shí)的曲線(xiàn)，以下為液壓缸活塞退回時(shí)的曲線(xiàn)。(a) 負(fù)載圖 (b)速度圖圖1 速度負(fù)載圖二、 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1、 確定液壓泵類(lèi)型及調(diào)速方式參考同類(lèi)型組合機(jī)床，選用雙作用葉片泵（定量泵）雙泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速開(kāi)式回路、溢流閥作定壓閥。為防止鉆通孔時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值pb =0.8MPa。2、 選用執(zhí)行元件因?yàn)橄到y(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工進(jìn)，反向快退，故選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)選用差動(dòng)連接；且要求差動(dòng)液壓

4、缸活塞快進(jìn)和非差動(dòng)連接時(shí)活塞快退的速度相等，無(wú)桿腔面積A1是有桿腔面積A2的二倍。3、 快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)快速運(yùn)動(dòng)由差動(dòng)連接與雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，即快進(jìn)時(shí)，大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接；本系統(tǒng)采用兩位兩通換向電磁閥的速度換接回路控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。另外，采用液控順序閥切斷工進(jìn)時(shí)的差動(dòng)油路，采用單向閥切斷快退時(shí)的差動(dòng)油路。4、 換向回路的選擇本系統(tǒng)采用電磁換向閥的換向回路。為便于實(shí)現(xiàn)快進(jìn)時(shí)的差動(dòng)連接，選用三位五通換向閥。為提高換向位置精度，采用死擋鐵和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返程控制。5、 液壓系統(tǒng)原理圖繪制將前面所述選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求做

5、必要的修改補(bǔ)充，組成如圖2所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀(guān)察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置側(cè)壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開(kāi)關(guān)，只需一個(gè)壓力表即可觀(guān)測(cè)各點(diǎn)壓力。液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表1-2所示。表1-2 電磁鐵動(dòng)作順序表1Y2Y3Y快進(jìn)+工進(jìn)+快退+停止圖2液壓系統(tǒng)圖三、 液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算（一） 液壓缸參數(shù)計(jì)算1、 初選液壓缸的工作壓力參考同類(lèi)型的組合機(jī)床，初定液壓缸工作壓力為p1=40×105Pa。2、 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸本系統(tǒng)采用缸固定的單桿式液壓缸?？爝M(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，且無(wú)桿腔有效面積A1是有桿腔有效面積A2的兩倍,A1=2A2。為防止鉆孔鉆通時(shí)

6、滑臺(tái)突然向前沖，在回油路裝有背壓閥，初選背壓pb=8×105 Pa。由表1-1可知最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F=25789N。由 A2×pb + F= A1 p1， 液壓缸直徑由A1=2A2知活塞桿直徑d=0.707D=6.75cm按GB/T 2348-1993將D與d圓整到相似的標(biāo)準(zhǔn)直徑，D=10cm d=7cm按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出，按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，vmin=0.03m/min，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量qmin=0.05L/min，本題A1=78.5cm2>16.7cm2，滿(mǎn)足最低速度的要求。3、 計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓按pb=8&

7、#215;105 Pa代入，快退時(shí)背壓按pb=5×105 Pa代入計(jì)算公式，結(jié)果列于表1-3中。表1-3 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載F進(jìn)油壓力pj回油壓力pb所需流量輸入功率PNPaPaL/minkW差動(dòng)快進(jìn)11.57×105工進(jìn)快退注：差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失p=5×105 Pa，而pb=pj+p?？焱藭r(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為pj，無(wú)桿腔回油，壓力為pb。（二） 液壓泵的參數(shù)計(jì)算及選擇由表1-3知工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失p=5×105Pa，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為5

8、15;105Pa，則液壓泵的最高工作壓力為故泵的額定壓力可取由表1-3可知，工進(jìn)時(shí)所需流量最小是0.236L/min，設(shè)溢流閥最小溢流量為2.5L/min，則小流量泵的流量選擇YB1-2.5，排量2.5mL/r，轉(zhuǎn)速為1450r/min 。qmax=2.5mL/r×1450r/min=3.265L/min?？爝M(jìn)快退時(shí)液壓缸所需最大流量為14L/min，則泵的總流量為qp=1.1×14 L/min=15.4 L/min即大流量泵的流量選擇YB1-16，排量16mL/r，轉(zhuǎn)速為960r/min 。qmax=16mL/r×960r/min=15.36L/min。根據(jù)上面

9、計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用YB1-2.5/16型雙聯(lián)葉片泵，大泵額定壓力為6.3MPa，額定轉(zhuǎn)速為960r/min；小泵額定壓力為6.3MPa，額定轉(zhuǎn)速為1450 r/min。（三） 電動(dòng)機(jī)的選擇 系統(tǒng)為雙泵供油，小泵流量qp1=(3.625×10-3)/60m3/s0.06×10-3 m3/s大泵流量qp2=（15.36×10-3/60）m3/s=0.256×10-3 m3/s。差動(dòng)快進(jìn)、快退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率P。1、 差動(dòng)快進(jìn)差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵的出口壓力油經(jīng)單向閥11

10、后與小泵匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通閥3，二位二通閥4進(jìn)入液壓缸大腔，大腔的壓力p1=pj=6.57×105Pa，小泵的出口壓力損失p1=4.5×105Pa，大泵出口到小泵出口的壓力損失p2=1.5×105Pa。所以，小泵的出口壓力pp1=11.67×105Pa（總效率1=0.5），大泵的出口壓力pp2=12.57×105Pa（總效率2=0.5）。電動(dòng)機(jī)功率：2、 工進(jìn)考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差p1=5×105Pa。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差p2=5×105Pa。因此工進(jìn)時(shí)的小泵的出口壓力pp1=p1+p1+p2=46.

11、9×105Pa。大泵的卸載壓力取pp2=2×105Pa（小泵總效率1=0.565，大泵總效率2=0.3）。電動(dòng)機(jī)功率3、 快退類(lèi)似差動(dòng)分析知：小泵的出口壓力pp1=14.5×105Pa(總效率1=0.5)；大泵出口壓力pp2=16×105Pa(總效率1=0.51) 。電動(dòng)機(jī)功率綜合比較，快退時(shí)所需功率最大。據(jù)此選用Y90L-6異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率1.1kW，額定轉(zhuǎn)速910r/min。四、 液壓元件的選擇1、 液壓閥以及過(guò)濾器的選擇根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。本題中所有閥的壓力都為63×10

12、5Pa，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量，確定為10，25，63L/min三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表1-4中。過(guò)濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用XU型線(xiàn)隙式過(guò)濾器：XU-B32×100，流量為32L/min，壓力2.5MPa，壓降<0.5MPa。表1-4 液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱(chēng)最大通過(guò)流量型號(hào)1雙聯(lián)葉片泵18.985YB1-2.5/162單向閥18.985I-25B3三位五通電磁閥37.9735D1-63BY4二位二通電磁閥37.9722D1-63BH5調(diào)速閥0.39Q-10B6壓力繼電器DP1-63B7單向閥18.985I-25B8液控順序閥0.16XY-25B9背

13、壓閥0.16B-10B10液控順序閥（卸載用）15.36XY-25B11單向閥15.36I-25B12溢流閥3.625Y-10B13過(guò)濾器32XU-B32x10014壓力表開(kāi)關(guān)K-6B2.油管的選擇由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí)油管通油量最大，其實(shí)際流量為32L/min，則液壓缸進(jìn)、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號(hào)冷拔鋼管。3.油箱容積的確定本題取油箱容積為液壓泵額定流量的5倍，油箱容積為V=（5×18.985）L=94.925L,查油箱容量JB/T7938-1999標(biāo)準(zhǔn)，取V=100L。五、 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能（一） 壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整

14、1. 工進(jìn)時(shí)壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為0.39L/min，因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失可以忽略不計(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失p1=5×105Pa，回油路上僅有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路的壓差p1，并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則 pp=p1+p1+5×105Pa=46.9×105Pa即小流量泵的溢流閥12應(yīng)按此壓力調(diào)整。2. 快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整 因快退時(shí)，液壓缸無(wú)桿腔的回油量是進(jìn)油量的兩倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回

15、油路的壓力損失，以便確定大流量泵的卸載壓力。已知：l=1.8m，d=15mm，q1=18.985L/min=0.316×10-3m3/s，q2=37.97 L/min=0.633×10-3m3/s，液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度15°C，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度=1.5cm2/s,油的密度是=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。（1） 確定油的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)其中， v -平均流速（m/s）； d-油管內(nèi)徑（m）； -油的運(yùn)動(dòng)粘度（cm2/s）； q-通過(guò)的流量（m3/s）。進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為回油路中液流的雷諾數(shù)為由上可知，進(jìn)回油路中

16、的流動(dòng)都是層流。（2） 沿程壓力損失p在進(jìn)油路上，流速，則壓力損失為在回油路上，流速為進(jìn)油路的兩倍v=3.58m/s，則壓力損失為 （3） 局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類(lèi)元件和集成塊內(nèi)油路的損失。通過(guò)各閥的局部壓力損失計(jì)算記過(guò)列于表1-5中。表1-5閥類(lèi)元件局部壓力損失元件名稱(chēng)額定流量實(shí)際通過(guò)的流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失單向閥22518.98521.15三位五通電磁閥36318.985/37.9740.36/1.44二位二通電磁閥46337.9741.44單向閥112515.3620.76若取集成塊進(jìn)油路壓力損失pj1=0.3×105Pa，回油路壓力損失為

17、pj2=0.5×105Pa，則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為查表1-1可知，快退時(shí)液壓缸負(fù)載F=526N，則快退時(shí)液壓缸工作壓力為快退時(shí)泵的工作壓力因此，大流量泵卸載閥10的調(diào)整壓力應(yīng)大于11.169×105Pa。從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各種工況下的實(shí)際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)的油路結(jié)構(gòu)、元件的參數(shù)是合理的，滿(mǎn)足要求。（二） 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算 整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段占用的時(shí)間最長(zhǎng)，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進(jìn)階段造成的，故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸出功率 ： p1=668.7W工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率： p2=Fv=(25789×0.05/60)W=21.49W系統(tǒng)總得發(fā)熱功率為： = p1- p2=668.7W-21.4