雙頭專用車床液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書

液壓傳動課程設(shè)計設(shè)計說明書《液壓傳動與氣壓傳動》雙頭專用車床液壓系統(tǒng)設(shè)計起止日期：2023年12月10日學生姓名班級學號成績機械工程學院（部）202312月23

摘要本文是關(guān)于雙頭車床液壓系統(tǒng)設(shè)計過程的闡述。重要涉及系統(tǒng)方案的擬定、控制系統(tǒng)的設(shè)計幾個方面的內(nèi)容。雙頭車床加工時,由于零件較長,擬采用零件固定,刀具旋轉(zhuǎn)和進給的加工方式,其加工動作循環(huán)方式是：快進→工進→快退→停止，同時規(guī)定各個車削頭能單獨調(diào)整。顯而易見，采用雙頭車床能使原需多道工序的產(chǎn)品能一次切削完畢，使工序簡化，生產(chǎn)效益大大提高。且這種設(shè)計所產(chǎn)生的產(chǎn)品對成均勻，精度高。對于雙頭車床的動力執(zhí)行部分，本設(shè)計采用液壓伺服機構(gòu)。液壓伺服機構(gòu)較其他機構(gòu)有傳動平穩(wěn)、噪音小、驅(qū)動力大等優(yōu)點，同時也存在漏油、爬行、體積大等缺陷。為了盡量避免液壓系統(tǒng)的上述缺陷，系統(tǒng)設(shè)計時用集成塊來代替管路，在液壓系統(tǒng)采用液壓閥集成配置，可以顯著減少管路聯(lián)接和接頭，減少系統(tǒng)的復雜性，增強現(xiàn)場添加和更改回路的柔性，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護方便、泄漏少、振動小、利于實現(xiàn)典型液壓系統(tǒng)的集成化和標準化等優(yōu)點。關(guān)鍵字：差動連接背壓調(diào)速電磁換向閥快進快退

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、設(shè)計任務 41、課程設(shè)計題目 42、課程設(shè)計任務 5二、液壓回路工況分析 61、導程摩擦阻力 62、慣性力 63、工作負載 74、液壓缸密封摩擦阻力 7三、液壓系統(tǒng)重要參數(shù)計算 101、預選系統(tǒng)設(shè)計壓力 102、計算液壓缸重要結(jié)構(gòu)尺寸 103、單個液壓缸需求的最大流量 124、其他工作階段的壓力、流量和功率 12四、制定方案，擬定液壓系統(tǒng)圖 131、制定液壓回路方案 132、合成液壓系統(tǒng)圖 14五、選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件 161、液壓泵的選擇 162、控制元件的選擇 17六、驗算液壓系統(tǒng)性能 181、回路壓力損失驗算 182、油液溫升驗算 18七、運用FLUIDSIM對液壓回路進行仿真 19八、編寫液壓系統(tǒng)的PLC控制程序并完畢接線圖 19九、參考文獻 20

一、設(shè)計任務1、課程設(shè)計題目某廠欲自行設(shè)計制造一臺專用車床，用于壓縮機連桿兩端長軸頸的車削加工。根據(jù)加工工件尺寸較長的特點，擬采用的加工工藝方案為：工件固定，刀具旋轉(zhuǎn)并進給。車床重要由床身[布有互相平行的V形導軌和平導軌各一條(見圖1-1)]和左右兩個車削動力頭組成，其總體布局如圖2-2所示。工件裝夾于床身中部。兩個獨立的動力頭，通過機械傳動帶動主軸及刀具旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)車床的主運動；進給運動規(guī)定采用液壓缸實現(xiàn)，即在床身上安裝兩個液壓缸，使其活塞桿與各動力頭下部相連，通過液壓缸往復運動驅(qū)動動力頭實現(xiàn)車床的進給運動。車床加工工件時，車削動力頭的進給工作循環(huán)為：快進→工進→快退→停止。已知：移動部件重約是G＝15kN；各車削動力頭的最大切削進給抗力(軸向力)估值為Fe＝12kN;主切削力(切向力)Fz＝30kN。規(guī)定動力頭的快速進、退速度相等，；QUOTEv1工進速度無級調(diào)整范圍為v2=0.02~1.2m/min.導軌的靜、動摩擦因數(shù)分別為μs=0.2;(2)配置執(zhí)行元件根據(jù)車床的總體布局及技術(shù)規(guī)定，選擇缸筒固定的單桿活塞缸作為驅(qū)動車削動力頭實現(xiàn)進給運動的液壓執(zhí)行元件。(3)工況分析由于動力頭的快速進退及工作進給階段的速度已給定，不必進行運動分析。故僅對液壓缸作動力分析，即通過度析計算，擬定液壓缸總的最大外負載。液壓缸的受力簡圖如圖1-2所示。圖1-1車床總體布局示意圖1，8一車削動力頭；2，7一主軸；3，6一連桿軸頸；4一夾具；5一工件(連桿)；9一導軌；10一床身圖1-2車床液壓缸受力分析計算2、課程設(shè)計任務（1）擬定液壓系統(tǒng)原理圖；（推薦軟件CAXA2023，AUTOCAD機械工程師2023）；（2）運用FLUIDSIM對液壓回路進行仿真；（3）選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件；（4）驗算液壓系統(tǒng)性能；（5）設(shè)計液壓閥塊和閥組；（6）繪制下列圖紙：(建議用UG/PROE/SOLIDWORKS完畢)液壓系統(tǒng)原理圖A41張液壓站總裝圖A31張液壓閥組圖A41張（7）編寫液壓系統(tǒng)的PLC控制程序并完畢接線圖。（8）編寫設(shè)計說明書

二、液壓回路工況分析1、導程摩擦阻力車床工進階段的導軌受力見圖2-2，取摩擦因數(shù)，可算得動摩擦阻力為圖2-1車床導軌受力分析簡圖車床空載快速進退階段啟動時，導軌受靜摩擦阻力作用，區(qū)靜摩擦因數(shù)=0.2，算得加速階段和恒速階段的動摩擦阻力為2、慣性力取速度變化量，啟動時間。算得故慣性力3、工作負載液壓缸拖動車削動力頭進給時的工作負載為切削抗力，已知。4、液壓缸密封摩擦阻力作用于液壓缸活塞上密封阻力，用下式估算式中-液壓缸機械效率，。取，算得啟動時得靜密封摩擦阻力恒速時的動密封摩擦阻力估取為靜密封摩擦阻力的30%，即，即。將上述計算過程綜合后得到的各工作階段的液壓缸外負載結(jié)果列于表2-1和2-2，液壓缸的負載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖見圖2。表2-1車削動力頭液壓缸外負載計算結(jié)果工況外負載F/N計算公式結(jié)果快進啟動4821加速2324恒速2171工進17792表2-2車削動力頭液壓缸外負載計算結(jié)果工況外負載F/N計算公式結(jié)果快退啟動4821加速2324恒速2171啟動啟動快進減速工進制動制動快退反向啟動FOtt圖2液壓缸的負載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖由表2-1和表2-2可以看出，最大負載出現(xiàn)在工進階段，其最大值為.三、液壓系統(tǒng)重要參數(shù)計算1、預選系統(tǒng)設(shè)計壓力本車床屬于半精加工機床，負載最大時為慢速工進階段，其他工況時載荷都不大，參考表3－1表3－1按主機類型選擇設(shè)計壓力主機類型設(shè)計壓力/MPa說明機床精加工機床0.8～2當壓力超過32MPa時，稱為超高壓壓力半精加工機床3～5龍門刨床2～8拉床8～10農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助機構(gòu)10～16液壓機、大中型挖掘機、重型機械、起重運送機械20～22地址機械、冶金機械、鐵道車輛維護機械、各類液壓機具等25～100預選液壓缸的設(shè)計壓力。2、計算液壓缸重要結(jié)構(gòu)尺寸為了滿足動力頭快速進退速度相等的規(guī)定并減小液壓泵的流量，將缸的無桿腔作為主公作腔，并在快進時差動連接，則液壓缸無桿腔與有桿腔的有效面積與應滿足,即活塞桿直徑d和液壓缸內(nèi)徑D間應滿足d=0.71D。為了提高動力頭的工作平穩(wěn)性，給液壓缸設(shè)立一定回油背壓。表3－2液壓執(zhí)行元件的背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa中低壓系統(tǒng)簡樸系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0..2～0.5回油帶背壓閥調(diào)整壓力一般為0.5～1.5回油路設(shè)流量調(diào)節(jié)閥的進給系統(tǒng)滿載工作時0.5設(shè)補油泵的閉式系統(tǒng)0.8～1.5高壓系統(tǒng)初算時忽略不計參考表表3－2，暫取背壓0.3MPa，上已取液壓缸機械效率，則可算得液壓缸無桿腔的有效面積從而得液壓缸內(nèi)徑按GB/T2348-1993，將液壓缸內(nèi)徑圓整為。因，故活塞桿直徑為按GB/T2348-1993，將活塞桿直徑圓整為.則液壓缸有效實際面積為由于動力頭的最低工進速度很低，故需按（式3-1）對缸的結(jié)構(gòu)尺寸進行檢查：將調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量和活塞最小進給速度代入式3－1，算得結(jié)果表白活塞面積可滿足最低穩(wěn)定速度的規(guī)定。差動連接快進時，液壓缸有桿腔壓力必須大于無桿腔壓力，其差值估取，并注意到啟動瞬間液壓缸尚未移動，此時；此外，取快退時的回油壓力損失為0.6MPa。從而算得液壓缸在工進階段的實際工作壓力它正是系統(tǒng)工作循環(huán)中的最高壓力。3、單個液壓缸需求的最大流量液壓缸最大流量發(fā)生在快退階段，算得單個液壓缸的最大流量為4、其他工作階段的壓力、流量和功率其他由下表可見，快退階段工作時，輸入功率最大，其值為.工作階段計算公式負載F/N回油腔壓力工作腔壓力單缸輸入流量輸入功率快進啟動48211.39加速23241.691.19恒速21711.651.1519.23369工進177920.32.670.157~9.427~419快退啟動48211.34加速23240.61.82恒速21710.61.7820.02594四、制定方案，擬定液壓系統(tǒng)圖1、制定液壓回路方案調(diào)速方式與油源方案?？紤]到切削進給傳動功率不是很大，低速時穩(wěn)定性規(guī)定較高；加工期間負載變化較大，故采用限壓式變量閥供油和調(diào)速閥聯(lián)合的容積節(jié)流調(diào)速方案，且快進時液壓缸差動鏈接，以滿足系統(tǒng)高壓小流量和低壓大流量的工況特點，從而提高系統(tǒng)效率，實現(xiàn)節(jié)能，調(diào)速閥設(shè)立在進油路上，通過調(diào)節(jié)通流面積實現(xiàn)液壓缸及其拖動的車削動力頭的車削進給調(diào)速度大小；通過度別調(diào)整兩個調(diào)速閥可使兩個車削動力頭獲得較高同步精度。方向控制方案。由于系統(tǒng)流量不是太大，故選用三位五通“O”形中位機能的電磁換向閥作主換向閥；本機床加工的軸頸長度尺寸無特殊精度規(guī)定，故采用行程控制即活動擋塊壓下電器行程開關(guān)，控制換向閥電磁鐵的通斷電來實現(xiàn)自動換向和速度換接。通過兩個電磁鐵換向閥的通斷組合，可實現(xiàn)兩個車削動力頭的獨立調(diào)節(jié)。在調(diào)整一個時，另一個應停止。速度換接方案?？爝M和和工進的速度換接由二位二通行程閥和遠控順序閥實現(xiàn)，以簡化油路，提高換接精度。工進時進右路和回油路的隔離采用單向閥實現(xiàn)。背壓與安全保護。為了提高液壓缸及其驅(qū)動的車削動力頭的運動平穩(wěn)性，在液壓缸工進時的回油路上設(shè)立一溢流閥，以使液壓缸在一定的背壓下運營。為了保證整個系統(tǒng)的安全，在泵出口并聯(lián)一溢流閥，用于防止過載。輔助回路方案。在液壓泵入口設(shè)立吸油過濾器，以保證油液的清潔度；在液壓泵出口設(shè)立壓力表及多點壓力表開關(guān)以便于個壓力閥調(diào)壓時的壓力觀測。2、合成液壓系統(tǒng)圖將上述各液壓回路方案進行綜合即可組成專用車床的液壓系統(tǒng)原理圖，圖中附表是電磁鐵及行程閥的狀態(tài)表。以左側(cè)動力頭及液壓缸21為例說明其工作原理?？爝M按下啟動按鈕，電磁鐵1YA通電使換向閥13切換至左位。由于快進時負荷較小，系統(tǒng)壓力不高，故順序閥9關(guān)閉，變量泵2輸出最大流量。此時，液壓缸21為差動連接，動力頭快進。西戎的油液流動路線如下。進油路：變量泵2→換向閥13（左位）→行程閥19（下位）→液壓缸21無桿腔?；赜吐罚阂簤焊?1有桿腔→換向閥13（左位）→單向閥11→行程閥19（下位）→液壓缸21無桿腔。工進當動力頭快速前進到預定位置時，動力頭側(cè)面的活動擋塊壓下行程閥19，動力頭開始車削工件。此時系統(tǒng)壓力升高，在順序閥9打開的同時，限壓式變量泵2自動減小其輸出流量，以便與調(diào)速閥17的開口相適應。系統(tǒng)中油液流動路線如下。進油路：變量泵2→換向閥13（左位）→調(diào)速閥17→液壓缸21無桿腔?；赜吐罚阂簤焊?1有桿腔→換向閥13（右位）→順序閥9→溢流閥（背壓閥）→油箱?？焱嗽趧恿︻^工作進給到預定位置觸動行程開關(guān)SQ1時，給出動力頭快退信號，電磁鐵1YA斷電，2YA通電，換向閥13切換至右位，此時系統(tǒng)壓力下降；變量泵2的流量又自動增大，動力頭實現(xiàn)快退。系統(tǒng)中油液的流動路線如下。進油路：變量泵2→換向閥13（右位）→液壓缸21有桿腔?；赜吐罚鹤兞扛?1無桿腔→單向閥15→換向閥13（右位）→油箱。動力頭原位停止當動力頭快退回到原位時，活動擋塊壓下終點行程開關(guān)SQ3，是電磁鐵1YA和2YA均斷電，此時換向閥13操至中位，液壓缸21兩腔封閉，動力頭停止運動，變量泵2實現(xiàn)高壓小流量卸荷。待卸下加工好的工件，裝好待加工工件后，系統(tǒng)開始下一工作循環(huán)。圖4－1專用車床液壓系統(tǒng)CAD原理圖表4－1專用車床液壓系統(tǒng)電磁鐵和行程閥狀態(tài)表工件電磁鐵和行程閥狀態(tài)1YA2YA3YA4YA行程閥19行程閥20快進＋——＋下位下位工進＋——＋上位上位快退—＋＋—上位上位等待————下位下位五、選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件1、液壓泵的選擇由表可以查得液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在工進階段，即，此時的輸入流量較小，泵至缸間的進油路壓力損失估取為。則泵的最高工作壓力為在兩車削頭同時快退時，需要的總流量為取漏液系數(shù)k＝1.1，則液壓泵的流量為根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬初選限壓式變量液壓泵的轉(zhuǎn)速為n=1450r/min，泵的容積效率，根據(jù)以上計算結(jié)果查手冊，選用規(guī)格相近的YBX-40B型限壓式變量葉片泵，其額定壓力為6.3MPa，排量為V=40mL/r,泵的額定轉(zhuǎn)速為n＝1450r/min，容積效率取，倒推算得泵的額定流量為與系統(tǒng)所需流量基本符合。該系統(tǒng)選用變量泵，故應分別計算快速空載與工進速度最大時所需的功率，按兩者中的較大值選取電機功率。最大工進速度所需流量為選取泵的總效率為0.8，則工進所需最大功率為由表可知，快速空載時，液壓缸的總負載F=2324N，此時，液壓泵的工作壓力為空載快速時，液壓泵所需的驅(qū)動功率為由于，故應按最大工進速度時所需功率選取電機。查設(shè)計手冊，選用Y系列（IP44）中規(guī)格相近的Y90L-4-B5型立式三相異步電動機，其額定功率1.5kW，轉(zhuǎn)速為1400r/min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動液壓泵時，變量泵的實際輸出流量分別為，仍能滿足系統(tǒng)各工況對流量的規(guī)定。2、控制元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過各液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查產(chǎn)品樣本所選擇的元件型號規(guī)格如表所列。表5－1專用車床液壓系統(tǒng)重要元件的型號規(guī)格序號名稱通過流量/（L/min）額定流量/（L/min）額定壓力/MPa工作壓力/MPa型號1過濾器49.363原始壓力損失—XU-63×80J2限壓式變量葉片泵49.349.36.33.27YBX-40B4先導式溢流閥49.3636.3YF3-10B5六點壓力表開關(guān)——6.3K-6B6壓力表—測量范圍0～40Y-407、8直動式溢流閥5102.50.3P-B10B9、10遠控順序閥56.33.27XY-10B11、12單向閥20.02256.33.271-25B13、14