液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：半自動(dòng)液壓專(zhuān)用銑床液壓系統(tǒng)工程技術(shù)系機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化4班設(shè)計(jì)者 指導(dǎo)教師 2016 年 12 月 1 日摘 要液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算是液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，包括明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)、擬定液壓系統(tǒng)原理圖、計(jì)算和選擇液壓件以及驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能等?，F(xiàn)以半自動(dòng)液壓專(zhuān)用銑床液壓系統(tǒng)為例，介紹液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。設(shè)計(jì)一臺(tái)多用途大臺(tái)面液壓機(jī)液壓系統(tǒng)，適用于可塑材料的壓制工藝，如沖壓、彎曲翻邊、落板拉伸等。要求該機(jī)的控制方式：用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)調(diào)整，手動(dòng)和半自動(dòng)，自動(dòng)控制。要求該機(jī)的工作壓力、壓制速度、空載快速下行和減速的行程范圍均可根據(jù)

2、工藝要求進(jìn)行調(diào)整。主缸工作循環(huán)為：快降、工作行程、保壓、回程、空懸。頂出缸工作循環(huán)為：頂出、頂出回程（或浮動(dòng)壓邊）。關(guān)鍵字：液壓; 快進(jìn); 工進(jìn); 快退前 言本課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的主要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，是在完成液壓與氣壓傳動(dòng)課程理論教學(xué)以后所進(jìn)行的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。本課程的學(xué)習(xí)目的在于使學(xué)生綜合運(yùn)用液壓與氣壓傳動(dòng)課程及其它先修課程的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，進(jìn)行液壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)實(shí)踐，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)緊密結(jié)合起來(lái)，從而使這些知識(shí)得到進(jìn)一步的鞏固、加深和擴(kuò)展。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)際訓(xùn)練，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及解決工程問(wèn)題打下良好的基礎(chǔ)。(1) 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全面的設(shè)計(jì)訓(xùn)練

3、，它不僅可以鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，也可以為以后的設(shè)計(jì)工作打好基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須嚴(yán)肅認(rèn)真，刻苦鉆研，一絲不茍，精益求精。(2) 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)應(yīng)在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成。教師的指導(dǎo)作用是指明設(shè)計(jì)思路，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，解答疑難問(wèn)題，按設(shè)計(jì)進(jìn)度進(jìn)行階段審查，學(xué)生必須發(fā)揮主觀能動(dòng)性，積極思考問(wèn)題，而不應(yīng)被動(dòng)地依賴教師查資料、給數(shù)據(jù)、定方案。(3) 設(shè)計(jì)中要正確處理參考已有資料與創(chuàng)新的關(guān)系。任何設(shè)計(jì)都不能憑空想象出來(lái)，利用已有資料可以避免許多重復(fù)工作，加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，同時(shí)也是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的保證。另外任何新的設(shè)計(jì)任務(wù)又總有其特定的設(shè)計(jì)要求和具體工作條件，因而不能盲目地抄襲資料，必須具體分析，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)。

4、(4) 應(yīng)按設(shè)計(jì)進(jìn)程要求保質(zhì)保量的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)一般包括以下內(nèi)容：(1) 明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析；(2) 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)；(3) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖；(4) 計(jì)算和選擇液壓件；(5) 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能；(6) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制零部件工作圖；(7) 編制技術(shù)文件。1 設(shè)計(jì)要求及工況分析1.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)用成型銑刀在加工件上加工出成型面的液壓專(zhuān)用銑床，工作循環(huán)：手工上料自動(dòng)夾緊工作臺(tái)快進(jìn)銑削進(jìn)給工作臺(tái)快退夾具松開(kāi)手工卸料。要求設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：工作臺(tái)液壓缸負(fù)載力；夾緊液壓缸負(fù)載力；工作臺(tái)液壓缸移動(dòng)件重力； 夾緊液

5、壓缸負(fù)移動(dòng)件重力；工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度；工作臺(tái)工進(jìn)速度；夾緊液壓缸行程； 夾緊液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間；工作臺(tái)液壓缸快進(jìn)行程；工作臺(tái)液壓缸工進(jìn)行程；導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)；導(dǎo)軌面動(dòng)摩擦系數(shù)；工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)間；液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。1.2負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析(1) 工作負(fù)載:工作負(fù)載即為切削阻力。(2) 摩擦負(fù)載:摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力動(dòng)摩擦阻力(3) 慣性負(fù)載 (4) 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 快進(jìn)工進(jìn)快退設(shè)液壓缸的機(jī)械效率cm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所列。表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載F/N推力啟動(dòng)330600加速226453快進(jìn)150300工進(jìn)48270536

6、33反向啟動(dòng)540600加速408453快退270300 2 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)2.1初選液壓缸工作壓力所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力。2.2計(jì)算液壓缸主要尺寸鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止銑削時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選此背壓為p2=0.6MPa。表2 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN50工作壓力/MPa0.811.522.5334455表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類(lèi)型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建

7、筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門(mén)刨床拉床工作壓力/MPa0.82352881010182032系統(tǒng)類(lèi)型背壓力/MPa簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)表4 執(zhí)行元件背壓力表5 按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表6 按速比要求確定d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71

8、由式得 則活塞直徑參考表5及表6，得，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得，。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為根據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖2所示。表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工作情況推力F0/N回油腔壓力p2/MPa進(jìn)油腔壓力p1/MPa輸入流量q10-3/m3/s輸入功率P/KW計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)6001.74加速453p1+p1.68恒速300p1+p1.620.20.36工進(jìn)536330.55.40.7510-20.04快退啟動(dòng)6000.08加速4530.50.72恒速3000.50.70.6750.472.

9、3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖2.3.1選擇基本回路 (1) 選擇調(diào)速回路：這臺(tái)銑床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。(2) 選擇油源形式：在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比；其相應(yīng)的時(shí)間之比。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源?？?/p>

10、慮到前者流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時(shí)向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖2a所示。(3) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路：本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖2b所示。(4) 選擇速度換接回路：由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)速度變化大（），為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖2c所示。(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問(wèn)題

11、都已基本解決。即滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無(wú)需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓大流量泵通過(guò)液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。圖2 選擇的基本回路 圖3 整理后的液壓系統(tǒng)原理圖2.3.2組成液壓系統(tǒng)將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖3所示。在圖3中，為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無(wú)法建立的問(wèn)題，增設(shè)了單向閥6。為了避免機(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，圖中添置了一個(gè)單向閥13?？紤]到這臺(tái)機(jī)床用于鉆孔

12、（通孔與不通孔）加工，對(duì)位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器14。當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號(hào)，操縱電液換向閥換向。3 計(jì)算和選擇液壓件3.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率3.1.1計(jì)算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差，則小流量泵的最高工作壓力估算為 大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，由表7可見(jiàn)，快退時(shí)液壓缸的工作壓力為，比快進(jìn)時(shí)大?？紤]到快退時(shí)進(jìn)油不通過(guò)調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)

13、取進(jìn)油路上的總壓力損失，則大流量泵的最高工作壓力估算為3.1.2計(jì)算液壓泵的流量由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為 ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為，工進(jìn)時(shí)的流量為則小流量泵的流量最少應(yīng)為。3.1.3確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/33型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為和，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速時(shí)，其理論流量分別為和，若取液壓泵容積效率，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)

14、品樣本，選用規(guī)格相近的Y90S-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為0.75KW，額定轉(zhuǎn)速為910r/min。3.2確定其它元件及輔件3.2.1確定閥類(lèi)元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過(guò)各閥類(lèi)元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類(lèi)元件和輔件規(guī)格如表8所列。其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用Q6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03 L/min，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.5L/min。表8液壓元件規(guī)格及型號(hào)序號(hào)元件名稱(chēng)通過(guò)的最大流量q/L/min規(guī)格型號(hào)額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵PV2R12-6/335.1/27.9*162三位五通電液

15、換向閥7035DY100BY1006.30.33行程閥62.322C100BH1006.30.34調(diào)速閥1Q6B66.35單向閥70I100B1006.30.26單向閥29.3I100B1006.30.27液控順序閥28.1XY63B636.30.38背壓閥1B10B106.39溢流閥5.1Y10B106.310單向閥27.9I100B1006.30.211濾油器36.6XU80200806.30.0212壓力表開(kāi)關(guān)K6B13單向閥70I100B1006.30.214壓力繼電器PFB8L143.2.2確定油管在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及進(jìn)入和流出液

16、壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計(jì)算的結(jié)果如表9所列。表9各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量快進(jìn)工進(jìn)快退表10允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53由表9可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)表9數(shù)值，按表10推薦的管道內(nèi)允許速度取，由式計(jì)算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑、外徑的鋼管。3.2.3確定油箱油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，；中壓系統(tǒng)，；高壓系統(tǒng)，?，F(xiàn)取，得4 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能4.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失由于系

17、統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時(shí)，首先確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失。現(xiàn)取進(jìn)、回油管道長(zhǎng)為l=2m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度取，油液的密度取。4.1.1判斷流動(dòng)狀態(tài)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油管路中所通過(guò)的流量以快退時(shí)回油流量q2=70L/min為最大，此時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)也為最大。因?yàn)樽畲蟮睦字Z數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。4.1.2計(jì)算系統(tǒng)壓力損失將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得可見(jiàn)，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由

18、層流流動(dòng)所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失p常按下式作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算各工況下的閥類(lèi)元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算其中的Dpn由產(chǎn)品樣本查出，qn和q數(shù)值由表8和表9列出。滑臺(tái)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退工況下的壓力損失計(jì)算如下：(1) 快進(jìn)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過(guò)電液換向閥差動(dòng)連接。在進(jìn)油路上，油液通過(guò)單向閥10、電液換向閥2，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過(guò)行程閥3進(jìn)入無(wú)桿腔。在進(jìn)油路上，壓力損失分別為在回油路上，壓力損失分別為將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，便得出差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失(2) 工進(jìn)滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過(guò)電液換向閥2、調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過(guò)電液換向閥2、背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失