液壓課程設(shè)計-- 設(shè)計一臺臥式鉆孔組合機床的液壓系統(tǒng)

目錄0.摘要.11. 設(shè)計要求.22.負(fù)載與運動分析.2 2.1負(fù)載分析.22.2快進、工進和快退時間.3 2.3液壓缸F-t圖與v-t圖.33.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù).4 3.1初選液壓缸工作壓力.4 3.2計算液壓缸主要尺寸.4 3.3繪制液壓缸工況圖.54. 擬定液壓系統(tǒng)的工作原理圖.7 4.1擬定液壓系統(tǒng)原理圖.7 4.2原理圖分析.85.計算和選擇液壓件.8 5.1液壓泵及其驅(qū)動電動機.85.2閥類元件及輔助元件的選.106.液壓系統(tǒng)的性能驗算.10 6.1系統(tǒng)壓力損失驗算.10 6.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升驗算.117. 課設(shè)總結(jié).120摘要液壓傳動技術(shù)是機械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來與微電子、計算技術(shù)結(jié)合，使液壓技術(shù)進入了一個新的發(fā)展階段，機、電、液、氣一體是當(dāng)今機械設(shè)備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機械設(shè)備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術(shù)。作為機械制造專業(yè)的學(xué)生初步學(xué)會液壓系統(tǒng)的設(shè)計，熟悉分析液壓系統(tǒng)的工作原理的方法，掌握液壓元件的作用與選型是十分必要的。液壓傳動在國民經(jīng)濟的各個部門都得到了廣泛的應(yīng)用，但是各部門采用液壓傳動的出發(fā)點不盡相同：例如，工程機械、壓力機械采用液壓傳動的主要原因是取其結(jié)構(gòu)簡單、輸出力大；航空工業(yè)采用液壓傳動的主要原因取其重量輕、體積小；機床上采用液壓傳動的主要原因則是取其在工作過程中能無級變速，易于實現(xiàn)自動化，能實現(xiàn)換向頻繁的往復(fù)運動等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：鉆孔 組合機床 臥式 動力滑臺 液壓系統(tǒng)1.設(shè)計要求 設(shè)計一臺臥式鉆孔組合機床的液壓系統(tǒng)，要求完成如下工作循環(huán)式：快進工進快退停止。機床的切削力為25000N，工作部件的重量為9800N，快進與快退速度均為7m/min，工進速度為0.05m/min，快進行程為150mm，工進行程40mm，加速、減速時間要求不大于0.2s，動力平臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1 。要求活塞桿固定，油缸與工作臺連接。設(shè)計該組合機床的液壓傳動系統(tǒng)。2.負(fù)載與運動分析2.1負(fù)載分析 （1）工作負(fù)載： =25000N （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： = G=1960N 動摩擦阻力：=G=980N （3）慣性負(fù)載： =500N （4）液壓缸在個工作階段的負(fù)載。設(shè)液壓缸的機械效率 =0.9，得出液壓缸在各個工作階段的負(fù)載和推力，如表1所示。表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況計算公式外負(fù)載F/N 液壓缸推力 F0= F / /N 啟動F= 1960 2178 加速F=+ 1480 1644 快進F= 980 1089 工進F=+ 25980 28867 反向啟動F= 1960 2178 加速F=+ 1480 1644快退F= 980 10892.2快進、工進和快退時間 由下式近似求出 快進： = =1.3s工進： =48s快退：=1.6stu2.3液壓缸F-t圖與v-t圖3.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)3.1初選液壓缸工作壓力所設(shè)計的動力滑臺在工進時負(fù)載最大，在其他情況負(fù)載都不太高，參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力=4MPa。 3.2計算液壓缸主要尺寸 鑒于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞式差動液壓缸（A1=2A2），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止鉆通時負(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=0.6MPa。由式 = 由工進的推力計算液壓缸無桿腔 = =7.8則液壓缸內(nèi)徑 D=m=0.0997m=99.7mm按GB/T2348-1993圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值D=100mm參考表5及表6得活塞桿直徑d0.71D=71mm ，按GB/T2348-1993圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值d=70mm由此球的液壓缸兩端的實際有效面積為 = 3.3繪制液壓缸工況圖 根據(jù)計算出的液壓缸尺寸，可算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段壓力、流量和功率值，如表7所列，并據(jù)此繪出液壓缸工況圖，如圖3所示。表7液壓缸在各階段的壓、流量和功率值推力Fo/力回油腔壓力/進油腔壓力P/MPa輸入流量輸入功率P/W計算公式快進啟動1733-0.97-P1=q=()P=p加速13091.36086-恒速8671.240.740.385285工進230890.63.250.006521.1P1=q= P=快退啟動1733-1.61-P1=q=P=加速13090.71.70-恒速8670.71.590.4616注：為液壓缸差動連接時，回油口之間的損失取=0.5MPa4. 擬定液壓系統(tǒng)的工作原理圖4.1擬定液壓系統(tǒng)原理圖4.2原理圖分析： 為了保證快進快退速度相等，并減小液壓泵的流量規(guī)格，擬選用差動連接回路。 快進：按下啟動按鈕，三位五通電液換向閥2 1YA通電，左位進入工作狀態(tài)，這時的主油路是： 進油路：濾油器11液壓泵1電液換向閥2的P口到A口行程閥3液壓缸右腔 回油路：液壓缸左腔電液換向閥2的B口到T1口單向閥6行程閥3液壓缸右腔 這時形成差動連接回路。因為快進時，滑臺載荷較小，同時進油可以經(jīng)過閥3直通油缸右腔，系統(tǒng)中壓力較低，所以液壓泵1輸出流量大，動力滑臺快速前進實現(xiàn)快進。工進：在快速行程結(jié)束時，滑臺上的擋鐵壓下行程閥3，行程閥上位工作，使通過行程閥3的油路斷開，電磁鐵1YA繼續(xù)通電，電液換向閥2左位仍在工作，油路必須經(jīng)調(diào)速閥4進入液壓缸右腔，與此同時，系統(tǒng)壓力升高，將液控順序閥8打開，并關(guān)閉單向閥6，使液壓缸實現(xiàn)差動連接的油路切斷，回油經(jīng)背壓閥7和順序閥8回到油箱，這時的主油路： 進油路：濾油器11液壓泵1電液動換向閥2的P口到A口調(diào)速閥4液壓缸右腔回油路：液壓缸左腔電液換向閥2的B口到T1口背壓閥7順序閥8油箱死擋鐵停留：當(dāng)動力滑臺工作進給終了碰上死擋鐵臺，液壓缸停止不動，系統(tǒng)的壓力進一步升高，達(dá)到壓力繼電器14的調(diào)定壓力值時，經(jīng)過時間繼電器的延時，再發(fā)出電信號，使滑臺退回?？焱耍簳r間繼電器發(fā)出信號后，2YA通電，1YA關(guān)電。電液換向閥2右位工作，這時的主油路是： 進油路：濾油器11液壓泵1電液換向閥2的P口到B口液壓缸左腔 回油路：液壓缸右腔單向閥5電液換向閥2的A口到T2口單向閥13油箱原位停止：當(dāng)動力滑臺退回到原始位置時，擋塊壓下行開關(guān)，這時1YA，2YA都斷電，電液換向閥2處于中位，動力滑臺停止運動。5.計算和選擇液壓件5.1液壓泵及其驅(qū)動電動機（1）計算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表可知，液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為=3.25MPa，如在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進油路上的總壓力損失，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求，則小流量的最高工作壓力估算為： +=（3.25+0.6+0.5）MPa=4.35MPa 大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，由表7可見，快退時液壓缸的工作壓力比快進時大?？紤]到快退時進油不通過調(diào)速閥，故其進油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進油路上的總壓力損失=0.3MPa，則大流量的最高工作壓力估算為 +=1.91MPa（2）計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=1.2，則 泵的總流量為 =由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為2，工進時輸入液壓缸的流量為0.39，所以小流量液壓泵的最小流量為2.4，大流量液壓泵的最小流量為28.8。（3）確定液壓泵的規(guī)格和電動機的功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱液壓泵產(chǎn)品手冊，現(xiàn)選用YB1-40/6.3型雙聯(lián)液片泵，泵的額定壓力為=6.3 Mpa，小泵排量為V1=6.3mL/r,大泵排量為V2=40 mL/r;泵的額定轉(zhuǎn)速為n=960r/min,容積效率為v=0.9，總效率p=0.8。推算的小泵和大泵的額定流量分別為：qp1=V1nv=6.39600.9=5.44L/minqp2=V2nv=409600.9=34.56L/min雙泵流量為qp=qp1+qo2=5.44+34.56=40L/min由工況圖可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，取泵的總效率為=0.80，則所需驅(qū)動電動機功率為： =1.591KW 查電動機手冊選Y112M-6-B3型臥式三相異步電動機，其額定功率為2.2Kw，轉(zhuǎn)速為940r/min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動液壓泵時，小泵和大泵的實際輸出流量分別為5.33L/min和33.84L/min；雙泵總流量為39.17L/min；工進時的溢流量為5.33-0.5=4.83L/min,仍能滿足系統(tǒng)各工況對流量的要求。5.2閥類元件及輔助元件的選擇根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件及輔助元件的流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格，下表為選擇元件的一種方案。表8 液壓元件的選擇序號元件名稱通過閥的最大流量規(guī)格額定流量額定壓力MPa型號1三位五通電液換向閥273.91006.335DY-100BY2行程閥373.91006.322C-100BH3調(diào)速閥4<166.3Q-6B4單向閥583.21006.3I-100B5單向閥634.8636.3I-63B6背壓閥7<1106.3B-10B7順序閥833.8636.3XY-63B8溢流閥94.8106.3Y-10B9單向閥1033.8636.3I-63B10過濾器1139.2506.3XU-5020011單向閥1383.21006.3I-100B12雙聯(lián)葉片泵140/6.36.3YB1-40/6.36.液壓系統(tǒng)的性能驗算6.1系統(tǒng)壓力損失驗算管道直徑按選定的液壓元件接口尺寸確定為d=18mm,進、回油管長均取l=2m油液的運動粘度取v=1 ,油液密度取 =900kg/m3。工作循環(huán)中進、回油管中通過的最大流量q=83.2L/min,由此計算雷諾數(shù)，得 Re=vd/V=4q/dv =981<2300由此可推出各工況下的進、回油路中的液流均為層流。管中流速為V=q/d2/4=5.45m/s因此沿程壓力損失為Dpf=75/Rel/dv2/2=0.1Mp在管路具體結(jié)構(gòu)沒有確定時，管路局部損失Dpr=Dps(q/qs)2式中：q為閥的實際流量；qs為閥的額定流量(從產(chǎn)品手冊中查得)；Dps為閥在額定流量下的壓力損失（從產(chǎn)品手冊中查得）。根據(jù)以上公式計算出各個工況下的進、回油管路的壓力損失，計算結(jié)果均小于估取值，不會使系統(tǒng)工作壓力高于系統(tǒng)的最高壓力。6.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升驗算液壓系統(tǒng)工進在整個工作循環(huán)中所占的時間比例打94%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和溫升可用工進時的數(shù)值來計算。工進時的回路效率 1=p1q1/ (Pp1*qp1+Pp2*qp2)=0.067其中，大流量泵的工作壓力Pp2就是此泵通過順序閥8卸荷時所產(chǎn)生的壓力損失，因此其數(shù)值為：Pp2=0.3（33.84/63)2=0.087Mp前面已經(jīng)取雙聯(lián)液壓泵的總效率=0.8，現(xiàn)取液壓缸的總效率為m=0.95，則可算得本液壓系統(tǒng)的效率為：=0.75*0.067*0.95=0.048可見工進時液壓系統(tǒng)效率很低，這主要是由于溢流損失和節(jié)流損失造成的。工進工況液壓泵的輸入功率為：Pi=（Pp1*qp1+Pp2*qp2)/=611.24W根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)熱量計算式（9-24）可得工進階段的發(fā)熱功率為:Q=Pi*(1- )=611.24*(1-0.048)=581.90W當(dāng)油箱的高、寬、長比例在1:1:1到1:2:3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80%時，油箱散熱面積近似為式中 V油箱有效容積（）; A散熱面積（）。取油箱有效容積為0.4，散熱系數(shù)K為15W/·算得系統(tǒng)溫升為：T=Q/KA=10.7設(shè)機床工作環(huán)境溫度t=25，加上此溫升后有t=25+10.7=35.7，在正常工作溫度內(nèi)，符合要求。7.課設(shè)總結(jié)本次課程設(shè)計時間一周雖然略顯得倉促一些，但是通過本次每天都過得很充實的課程設(shè)計，自己還是受益匪淺，從中學(xué)到了很多東西。這次課程設(shè)計，由于理論知識的不足，再加上平時沒有什么設(shè)計經(jīng)驗，一開始的時候有些手忙腳亂，不知從何入手，但在老師的耐心指導(dǎo)，和小組同學(xué)的共同努力下，我還是順利完成了本次課設(shè)。通過本次課設(shè)，使自己學(xué)到了很多在課堂上學(xué)不到的東西，鍛煉了自己的設(shè)計能力，以及查閱有用資料整合知識的能力，使我深刻的認(rèn)識到自己在課堂上學(xué)的知識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，必須加強理論聯(lián)系實際的能力，提高自己的動手能力。在以后的工作和學(xué)習(xí)中我會繼續(xù)好好學(xué)習(xí)，豐富自己的知識，全面提高自己，使自己成為一個綜合素質(zhì)過硬的當(dāng)代大學(xué)生。參考文獻(xiàn)：謝群，崔廣臣，王健等主編.液壓與氣壓傳動.北京：國防工業(yè)出版社，2011陸望龍主編.典型液壓元件結(jié)構(gòu).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009成大先主編.機械設(shè)計手冊（第五版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010張利平編著.液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010