四軸臥式鉆孔專用機床液壓系統(tǒng)設計課程設計報告書

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1、 液壓與氣壓傳動 課程設計 題目： 四軸臥式鉆孔專用機床液壓系統(tǒng)設計 專業(yè)： 機械設計制造及自動化 班級： ： 學號： 指導教師： 下載可編輯 目錄 一、分析負載 ............................................................. - 3 -

2、 1.1 外負載 ........................................................... - 3 - 1.2 慣性負載 ......................................................... - 3 - 1.3 阻力負載 ......................................................... - 3 - 二、確定執(zhí)行元件主要參數(shù)................................................. - 4

3、- 2.1 確定執(zhí)行元件主要參數(shù) ............................................. - 4 - 三、設計液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖................................. - 5 - 3.1 設計液壓系統(tǒng)方案 ................................................. - 5 - 設計容 ............................................................... - 6 - 設計說明及計算過程 .

4、.................................................. - 6 - 備注 ................................................................. - 6 - 3.2 選擇基本回路 ..................................................... - 6 - 3.3 將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)......................................... - 8 - 四、選擇液壓元件 ..........

5、.............................................. -10- 4.1 液壓泵 .......................................................... -10- 4.2 閥類元件及輔助元件 .............................................. -11- 4.3 油管 ............................................................ -12- 4.4 油箱 ................

6、............................................ -12- 五、驗算液壓系統(tǒng)性能 .................................................... -13- 5.1 驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調整值............................. -13- 5.2 驗算油液溫升 .................................................... -15- 設計小結 ....................................

7、............................ -16- 參考文獻 ................................................................ -16- 感想 ......................................................... 錯誤 ! 未定義書簽。 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 液壓與氣壓傳動課程設計任務書 一、主要任務與目標 任務：四軸臥式鉆孔專

8、用機床液壓系統(tǒng)設計 鉆孔動力部件質量 m=200kg，液壓缸的機械效率η w=0.9，鉆削 力 Fe=16000N，工作循環(huán)為：快進→工進→死擋鐵停留→快退→原位停止。行程長度為 1500mm，其中，工進長度為 50mm，快進、快退速度為 75mm/s,工進速度為 1.67mm/s。導軌為矩形，啟動、制動時間為 0.5s. 要求快進轉工進平穩(wěn)可靠，工作臺能在任意位置停住。 目標：通過本題目的課程設計，使學生對所學的《液壓與氣壓傳動》 課程知識有一個全面深刻的認識， 熟悉液壓系統(tǒng)設計的基本方法和過 程；提高學生的動手能力和工程實踐能力。

9、 二、主要容 （ 1）熟悉設計任務，明確設計及目標。 （ 2）根據(jù)設計要求和已學過的設計流程，擬定系統(tǒng)工作原理圖。 （ 3）計算各元件的參數(shù)并驗算。 （ 4）元件選型。 （ 5）編制文件，繪制速度、負載圖譜。 三、工作量要求 完成規(guī)定的任務，總字數(shù) 3000～4000 字。 四、時間要求 本課程設計于 2012-12-15 前完成 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 設計容 設計說明及計算過程

10、 備注 一、 分 析 負 載  1.1 外負載 由已知可得鉆削力 Fg=30468N 1.2 慣性負載 機床工作部件總質量 m=980kg 導軌為矩形，啟動、制動時間為 t=0.2s 快進、快退速度為 0.1m/s = m v 0.1 N N F m = 980 = 490 t 0.2 1.3

11、 阻力負載 F n = mg = 9800 N 查表 8-2 得 f s = 0.2 f d = 0.1 靜摩擦阻力為 Ff s = Fn f s =1960 N 動摩擦阻力為 Ff d = Fn f d = 980N 液壓缸在個工作階段的負載 如表 6-1 已知 ηw=0.9 工況 計算公式 1 工作負載 外負載（ F ) F=F1/ ηw 啟動 F1=Ff s 1960 2178 加速 F1=Ff d +Fm 1470 1633 快

12、進 1 d 980 1089 F =Ff 工進 F1=Ff d +Fg 31448 34942 反向啟動 F1=Ff s 1960 2178 反向加速 F1=Ff d +Fm 1470 1633 后退 1 d 980 1089 F =Ff 已知快進、快退的速度 v1 v3 為 100mm/s,工進速度 v2 為 0.88mm/s，工進長度 50mm行程 150mm。 由已知條件和上表數(shù)值繪制速度圖、 負載圖如下圖（圖 6-1, 圖 6-2）

13、 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 設計容 設計說明及計算過程 備 備注 設計容 設計說明及計算過程 注 二、 確 定 執(zhí) 行 元 件 主 要 參 數(shù)  負載圖

14、 6-1 速度圖 6-2 2.1 確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 由表 6-1 可知機床最大負載 Fmax = 34942 N 查表 8-7 8-8 得液壓系統(tǒng)取工作壓力P1 = 5Mpa d=0.707D = A1/ A2 =2 查表 8-3 得液壓缸回油路背壓 P2 =1Mpa A2 = F = 34942 6 m 2 = 3494.2m2 P1 P2 (5 2 * 1) 10 A1 A2

15、 78.26 10 4 m2 D 4A1 4 78.26 10 4 0.1m d=0.707D=0.0707m 圓整 D=0.1m d=0.07m  D為缸 筒直徑 d 為活 塞桿直 徑， A1 為無桿 腔的工 作面積， A2 為有 桿腔的 工作面 積 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯

16、 三、 設 計  由此求的液壓缸兩腔的實際有效面積為 A1 D2 /4 78.5 10 4 m2 A2 40.03 10 4 m2 經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。 液 3.1 設計液壓系統(tǒng)方案 壓 根據(jù) D d 估算壓力、流量、功率 如表 6-2 工況 負載 回油 進油 輸入油 輸出 計算 系 F/N 腔壓 腔壓 量 功率 公式 力 力 -3 P/kw q10 統(tǒng)

17、 P2/Mpa P1/Mpa /m3s-1 快 啟 3267 0 0.852 P1=(F 方 進 動 — — +A2 （ 加 2513 1 0.656 P)/(A P + P 1-A 2) 案 差 速 （ — — 動） 恒 2178 P=0.3 0.56 0.2885 0.16 q= 和 速 Mpa） 2 （A1- A2)v 1 擬

18、 P=p1q 工進 1995 0.6 2.80 0.013 0.03 P =(F 1 定 6 32 +P2A2) /A 1 q=A1v2 液 P=p1q 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖  啟 3267 0 0.825 P1=(F 動 — — +PA ) 2 1 快 加 2513 1.61

19、/A 2 退 速 2178 0.6 — — q=A2v3 恒 1.520.3003 0.45 P=pq 1 速 7 在這個液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，快進加快退的時間 t 1，工進 所需的時間 t 2 分別為 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 設計容 設計說明及計算過程 備注 三、 設 計

20、 液 壓 系 統(tǒng) 方 案 和 擬 定 液  t1 l1 l 3 (100 150 ) 3.33s v1 v3 75 75 t2 l 2 50 s 29.94s v2 1.67 t2 t1 29.94 9 ， 3.33 因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來看 應采用兩個適宜的液壓泵自動兩級并聯(lián)供油的油源方案。如圖下圖 6-3

21、 圖 6-3 3.2 選擇基本回路 由于不存在負載對系統(tǒng)做功的工況也不存在負載制動 壓 過程，故不需要設置平衡及制動回路。但必須有快速運動、 換向、速度換接以及調壓、卸荷等回路。 系 3.2.1 確定換向方式 為了滿足工作臺在任意位置停止，液壓缸差動連接采 統(tǒng) 用滑閥機能為 Y 型的三位五通電磁換向閥。 （如下圖 6-4 ） 3.2.2 選擇工作進給油路 原 為了實現(xiàn)工進時液壓缸回油腔油液能經(jīng)換向閥左位流 回油箱；快進時液壓缸回油腔油液能經(jīng)換向閥左位流入油 理 腔以及防

22、止高壓油液倒流。在回油路上設置一只液控順序 閥一只單向閥。（如下圖 6-5 ） 圖 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 設計容 設計說明及計算過程 備注 三、 設 計 液 壓 系 統(tǒng) 方 圖 6-4 案 和 擬 定 液 壓 系 統(tǒng) 原 圖 6-5 3.2.3 確定快進轉工進方案 理 為了使快進平穩(wěn)的轉

23、換為工進，采用行程換向閥使快 進轉工進（如圖 6-6 ） 圖 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 設計容 設計說明及計算過程 備注 三、 設 計 液 壓 系 統(tǒng) 方 案 和 擬  圖 6-6

24、 3.2.4 選擇調壓和卸荷回路 油源中有溢流閥（見圖 6-3 ），調定系統(tǒng)工作壓力，因 定 此調壓問題已在油源中解決，無需另外設置調壓回路。 在圖 6-3 所示的雙液壓泵自動兩級供油的油源中設有 液 卸荷閥，當滑臺工進和停止時，低壓、大流量液壓泵都可 以經(jīng)此閥卸荷。由于工進在整個循環(huán)周期占了絕大部分時 壓 間，且高壓、小流量液壓泵的功率較小，故可以認為卸荷 問題已基本解決，就不需要在設置卸荷回路。 系 3.3 將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng) 統(tǒng) 原 理 圖  把上面選出的各種液壓回路

25、組合畫在一起，就可得到一下圖 6-7 所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 三、 設 計 液 壓 系 統(tǒng) 方 案 和 擬 定 液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖 

26、 圖 6-7 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 設計容 四、 選 擇 液 壓 元 件 

27、設計說明及計算過程 備注 4.1 液壓泵 液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大壓力為 2.54Mpa，如果進油路上的壓力損失為 0.8Mpa，為使壓力繼電器能可靠地工作，取其調整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力 0.5Mpa，則小油量液壓泵的最大工作壓力應為 Pp1 (2.54 0.8 0.5) Mpa 3.84Mpa 大流量液壓泵在快進、快退運動時才才向液壓缸輸油，由表 6-2 可知，快退時液壓缸的工作壓力比快進時大，如取進油路上的壓力損失為 0.5Mpa，則大流量液壓泵的最高工作壓力為 Pp2 (1.52 0.5) Mpa 2.02Mpa 由表 6-2

28、可知，兩個液壓泵應向液壓缸提供的最大流量為 17.31L/min ，因系統(tǒng)較簡單， 取泄漏系數(shù) KL=1.1, 則兩個液壓泵的實際流量應為 qp (1.1 17.31) L 19.041 L min min 由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為 3L/min ，而工進時輸入液壓缸的流量為 0.78L/min ，由小流量液壓泵單獨供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應為 3.78L/min 。 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取 PV2R12-6/19 型雙葉片液壓泵其小液壓泵和大液壓泵 的 排 量 分 別 為 6ml/r 和 19ml/r, 當 液 壓 泵

29、的 轉 速 np=940r/min 時該液壓泵的理論流量為 23.5L/min ，若取液 壓泵的容積效率 v 0.9 ，則液壓泵的實際輸出流量為 qp =[(6+19) 9400.9/1000]L/min=(5.1+16.1)L/min=21 .2L/min 由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這時液壓泵工作 壓力為 2.02Mpa、流量為 21.2L/min 。按表 8-13 去液壓泵 的總效率η p=0.75 ，則液壓泵的電動機所需的功率為 p pq p 2.02 21.2 P 60 KW 0.95KW p 0.7

30、5 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 設計容 設計說明及計算過程 備注 四、 選 擇 液 壓 元 件  根據(jù)此數(shù)據(jù)值查閱電機產(chǎn)品樣本選取 Y100L-6 型電動機，其額定功率 Pn=0.95KW，額定轉速 nn=940r/min 。 4.2 閥類元件及輔助元件

31、 根據(jù)閥類元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，可選出這些液壓元件的型號 及規(guī)格見表 6-3, 表中序號與圖 6-7 的元件標號相同。 編號 元件名稱 估計通 額 定 額 定 額 定 型號 過流量 流量 壓力 壓降 規(guī)格 L/min L/mi Mpa Mpa n 1、 2 雙聯(lián)葉片 （ 5. 17.5 PV2R12 泵 — 1+16 — -6/19 .1 ） VP=(6+1 9)ml/r 9

32、三位五通 60 80 16 <0.5 35DYF3 電磁閥 Y-E10B 12 溢流閥 50 63 16 - YF3-E1 0B 7a 行程閥 50 63 16 <0.5 AXQF-E 7b 調速閥 0.5 0.07 16 - 10B 單 ～ 50 向行 程 7c 單向閥 60 63 16 <0.2 調速閥 3 液控順序 5 63 16 <0.3 XF3-E1 閥 0B 4 液控順序 25 63 16 <

33、0.3 XF3-E1 閥 0B 5 背壓閥 0.3 63 16 - YF3-E1 0B 10、 單向閥 25 63 16 <0.2 AF3-Ea 11、6 10B Q =80L max /min 8 壓力繼電 - - 10 - HED1KA 器 /10 13 濾油器 30 60 - <0.2 XU-63 80-J

34、 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 四、 選 擇 液 壓 元 件  4.3 油管 各元件連接的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進、出油管則按輸入、排除的最大流量計算。由于液壓泵選定后液壓在各個工作階段的進、出流量已與原定數(shù) 值不同，所以要重新計算如表 6-4 所示 快進 工進 快退 輸入油量 q1=(A1 qp)/(A 1 - q1=0.

35、78 q1 =qp=21.2 L/min A2)=(78.5 21.2)/(78.5- 40.03)=54.62 排除油量 q2=(A2 q1)/A 1=( q2=(A2q1)/A 1=(4 q2 =(A1q1)/A L/min 40.03 0.03 =(78.5 2 54.62)/78.5= 0.78)/78.5=0. 21.2)/40. 27.85 4 03=41.57 運動速度 v1=qp/(A 1-A 2)= v2=q1/A 1=(0.78 v3 =q1/A 2=(2 m/mi

36、n (19.04 10)/78.5=0. 1.2 10)/(78.5-40 10)/40.03 .03)=4.95 =5.30 由上表可以看出，液壓缸在各個工作階段的實際運動速度符合要求。 根據(jù)表 6-4 中數(shù)值，并按課本第二章第七節(jié)推薦取油 液在壓油管的流速 v=3m/s，按式 d=2 q 算的與液壓 缸無桿腔及有桿腔相連的油管徑分別為 q 54.46 10 6 d=2 2 60 103 mm 19.63 mm 3 q 21.2 106 d

37、2 2 60 103 mm 12.25 mm 3 這兩根油管都按 GB/T2351－ 2005 選用徑φ 15mm、外徑φ 18mm的冷拔無縫鋼管。 4.4 油箱 容積按式 V=ξqp 估算，取經(jīng)驗數(shù)據(jù)ξ =7，故其容積為 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 設計容 設計說明及計算過程 備注

38、 五、 驗 算 液 壓 系 統(tǒng) 性 能  V=ξ qp =721.2L=148.4L 按 JB/T7398－1999 規(guī)定，區(qū)最靠近的標準值 V=160L。 5.1 驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調整值 由于系統(tǒng)的管路布置尚未確定，整個系統(tǒng)的壓力損失 無法全面估算，故只能先按課本（ 8-13 ）式估算閥類元件的壓力損失，待設計好管路布局后，加上管路的沿程損失即可。壓力損失驗算應按一個工作循環(huán)中不同階段分別進行。 5.1.1

39、 快進 滑臺快進時，液壓缸差動連接，由表 6-3 和表 6-4 可知，進油路單向閥 11 的流量是 16.1L/min ，通過電液閥 9 的流量是 21.2L/min ，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合， 以流量 54.62L/min 通過行程閥 7a 并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為 Pv [ 0.2 (16.1) 2 0.5 ( 21.2 )2 63 80 0.3 ( 54.62 ) 2 ] Mpa 0.39Mpa 63 此值不大，不會是壓力閥打開，故能確保兩個液壓泵的流量全部進入液壓缸。 會有路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向

40、閥 9 和單向閥 6 的流量都是 27.85L/min ，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥 7a 流入無桿腔。由此可計算快進時有桿腔 壓力 P2 與無桿腔壓力 P1 之差。 P P2 P1 [0.5 ( 27.85 2 27.85 2 ) 0.2 ( ) 0.3 ( 54.62) 2 ] Mpa 80 63 (0.061 0.039 0.225)Mpa 63 0.325Mpa 此值與原估計值 0.3Mpa（見表 6-2 ）基本相符。 5.1.2 工進

41、 工進時，油液在進油路上通過電液換向閥 9 的流量為 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 設計容 設計說明及計算過程 備注 五、 驗 算 液 壓 系 統(tǒng) 性 能  0.78L/min ，在調速閥 7c 處的壓力損失為 0.5Mpa；油液在回 油路上通過換向閥 9 的流量 0.4

42、L/min ，在背壓閥 5 處的壓力損失為 0.6Mpa，通過順序閥 3 的流量為（ 0.4+16.1 ） L/min ，因此這時液壓缸回油腔的壓力 P2 為 P2 [ 0.5 ( 0.4)2 0.6 0.3 (16.5 )2 ] Mpa 0.621Mpa 80 63 可見此值略大原估計值 0.6Mpa。故可以按表 6-2 表中公式重新計算工進時液壓缸進油腔壓力 P1，即 F 19956 0.621 106 40.03 10 4 P2 A2 P w 0.9 Mpa 1 A1 78.5 10 4 106

43、 3.14Mpa 此值略高于表 6-2 中數(shù)值 考慮到壓力繼電器可靠動作需要壓力差 Pe =0.5Mpa， 故溢流閥 12 的調壓 PplA 應為 PplA >P+ ∑ ?P+ P =[3.14+0.5 ( 0.5 2 ) +0.5+0.5]Mpa 1 e 80 =4.14Mpa 5.1.3 快退 快退時，油液在進路上通過單向閥 11 的流量為 16.1L/min ，通過換向閥 9 的流量為 21.2L/min ；油液在回油路上通過單向閥 7b

44、、換向閥 9 和單向閥 14 的流量都是 41.57L/min 。 因此進油路上的總壓降為 2 2 P 16.1 0.5 21.2 0.2 Mpa 0.048Mpa V 2 63 80 此值較小所以液壓泵驅動電機的功率足夠的?；赜吐飞峡倝航禐? 41.57 2 2 2 PV 2 41.57 0.2 41.57 [ 0.2 0.5 ]Mpa 63 80 63 =0.31Mpa 此值與表 6-2 中的估值相近，故不必重算。所以，快退時液壓泵的工作壓降 PP 為

45、 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 五、 驗 算 液 壓 系 統(tǒng) 性 能  P P P 1.64 0.048 Mpa 1.688Mpa P 1 V 1 因此大流量液壓泵卸荷的順序閥 5的調壓應大于 1.688Mpa。 5.2 驗算油液溫升 工進在整個工作循環(huán)過程中所占時間比例達 95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油溫升可按工況工進來計算。 工進時液壓缸的有效

46、功率為 Pe 19956 0.099 0.033KW Fv 2 KW 103 60 3 卸荷，小流量液壓泵在 這時大流量液壓泵經(jīng)順序閥 高壓下供油。大液壓泵通過順序閥 3 的流量為 q =16.1L/min ，由表 6-3 查的該閥在額定流量 q =63L/min 2 n 時的壓力損失 Pn=0.3Mpa，故此閥在工進的壓力損失 P= P=（ q2 2 （ 16.1 2 Mpa=0.020Mpa ) =0.3 ） n qn 63 小液 壓

47、泵 工 進時 的工 作壓 力 PP1=4.14Mpa。 流量 q1=5.1L/min ，所以兩個液壓泵的總輸出功率為 Mpa=0.4693KW 由式（ 8-21 ）算得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為 P=P-Pe=（0.4693-0.033 ）KW=0.4363KW按式（ 8-26 ）可算得的算熱面積為 A 6.53V2 6.53 (160 10 3 )2 m2 2 1.92m 2 由表 8-18 查的的散熱系數(shù) K=9W/(m℃ ) ，則按式（ 8-24 ） 求出油液溫升為 t= P 103= 0.4363 103 ℃=25

48、.24 ℃ KA 9 1.92 由表 8-19 知，此溫升值沒有超出圍，故該系統(tǒng)不必設置冷卻器。 .專業(yè) .整理 . 下載可編輯 設計小結 該四軸臥式鉆孔專用機床的液壓系統(tǒng)是實現(xiàn)機床的“快進——工進——死擋鐵停留—— 快退——原位停止” ，所以在設計該液壓系統(tǒng)時應確保液壓系統(tǒng)傳動的準確性， 合理選取各執(zhí)行原件和控制原件，以保證機床對工件的精確加工。同時對液壓傳動系統(tǒng)有更深刻認識和了 解，統(tǒng)

49、原理圖的繪制過程中學會了用 AutoCAD軟件制圖，也學會了熟練應用 AutoCAD制圖軟件。提高我自己的動手能力。 參考文獻 液壓與氣壓傳動技術 第二版 機械工業(yè) 2005（2009.6 重?。? 液壓控制系統(tǒng) 第二版 機械工業(yè) 2000 新編液壓工程手冊 北京理工大學 1998 .專業(yè) .整理 .