臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)
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.液壓與氣壓傳動課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目: 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng) 姓名: 班級: 學(xué)號: 分組: 指導(dǎo)教師: 廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系2016年12月10日.目錄設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1一、基本結(jié)構(gòu)與動作順序1二、主要性能參數(shù)1設(shè)計(jì)計(jì)算分析1一、確定執(zhí)行元件1二、負(fù)載分析11.工作負(fù)載12.慣性負(fù)載23.阻力負(fù)載2三、運(yùn)動分析2四、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)31.確定液壓泵類型及調(diào)速方式32.選用執(zhí)行元件33.快速運(yùn)動回路和速度換接回路34.換向回路的選擇35.組成液壓系統(tǒng)繪原理圖3五、液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算41. 初步選定液壓缸工作壓力根據(jù)42.確定液壓缸主要尺寸43.計(jì)算最大流量5六、液壓元件的選擇71.液壓泵72. 閥類元件的選擇83.油管的選擇94.油箱容積的確定9七、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能91.回路壓力損失驗(yàn)算92.油液溫升驗(yàn)算9參考資料10.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求一、基本結(jié)構(gòu)與動作順序臥式單面多軸組合機(jī)床主要由工作臺、床身、單面動力滑臺、定位夾緊機(jī)構(gòu)等組成,加工對象為鑄鐵變速箱體,能實(shí)現(xiàn)自動定位夾緊、加工等功能。工作循環(huán)如下:工件輸送至工作臺 自動定位 夾緊 動力滑臺 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 夾緊松開 定位退回 工件送出。(其中工作輸送系統(tǒng)不考慮)二、主要性能參數(shù)1最大切削力Ft=25kN;2運(yùn)動部件總重量M=15kN;3加減速時間t=0.1s;4靜摩擦系數(shù)fs=0.2,動摩擦系數(shù)fd=0.1,采用平導(dǎo)軌;5快進(jìn)行程l1=200mm;工進(jìn)行程l2=50mm,工進(jìn)速度30120mm/min,快進(jìn)與快退速度均為6m/min;6工作臺要求運(yùn)動平穩(wěn),但可以隨時停止運(yùn)動,兩動力滑臺完成各自循環(huán)時互不干擾,夾緊可調(diào)并能保證。設(shè)計(jì)計(jì)算分析一、確定執(zhí)行元件臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在工作時要求液壓系統(tǒng)主要完成直線運(yùn)動,故我們應(yīng)當(dāng)選用液壓缸為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。圖1 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床模型二、負(fù)載分析 我們在負(fù)載分析中只考慮機(jī)床動力滑臺所受到的工作負(fù)載、慣性負(fù)載和機(jī)械摩擦阻力負(fù)載,其他負(fù)載對液壓系統(tǒng)影響較小,我們可以忽略不計(jì)。 1. 工作負(fù)載 工作負(fù)載指在工作過程中由于機(jī)器特定工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載。在臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中,工作負(fù)載即為最大切削力,且最大切削力Ft=25kN。 2. 慣性負(fù)載 最大慣性負(fù)載Fm取決于移動部件的質(zhì)量和最大加速度,為二者的乘積,由快進(jìn)與快退速度均為6m/min,快進(jìn)之前機(jī)床無速度得v=6m/min;又由加減速時間t=0.1s、運(yùn)動部件總重量M=15kN;故: 3. 阻力負(fù)載 阻力負(fù)載即工作臺的機(jī)械摩擦阻力,分為靜摩擦力和動摩擦力兩個部分。靜摩擦阻力:動摩擦阻力:三、運(yùn)動分析 由上述所得信息分析負(fù)載,我們可計(jì)算并繪制出下表:表1 液壓缸中各工況負(fù)載工況負(fù)載組成負(fù)載值F/N液壓缸推力F/NF=F/m起動F=Ffs30003333加速F=Ffd+Fm30313368快進(jìn)F=Ffd15001667工進(jìn)F=Ffd+Ft2650029444快退F=Ffd15001667注:1.液壓缸的機(jī)械效率在此處取m=0.9。 2.不考慮動力滑臺上顛覆轉(zhuǎn)矩的作用。圖2 組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)負(fù)載循環(huán)圖四、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 1. 確定液壓泵類型及調(diào)速方式 參考同類組合機(jī)床,選用雙作用葉片泵雙泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路,溢流閥作定壓閥。為防止鉆孔鉆通時滑臺突然失去負(fù)載向前沖,回油路上設(shè)置背壓閥。 2. 選用執(zhí)行元件 因系統(tǒng)動作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作,反向快退,且快進(jìn)、快退速度相等,因此選用單活塞桿液壓缸,快進(jìn)時差動連接,無桿腔面積A1等于有桿面積A2的兩倍。 3. 快速運(yùn)動回路和速度換接回路 根據(jù)本例的運(yùn)動方式和要求,采用差動連接與雙泵供油兩種快速運(yùn)動回路來實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動。即快進(jìn)時,由大小泵同時供油,液壓缸實(shí)現(xiàn)差動連接。 4. 換向回路的選擇 本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴(yán)格的要求,所以選用電磁換向器的換向回路。為便于實(shí)現(xiàn)差動連接,選用了三位五通換向閥。為提高換向的位置精度,采用死檔板和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返程控制。 5. 組成液壓系統(tǒng)繪原理圖 將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合,并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充,即組成如圖所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力,在液壓泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無桿腔進(jìn)口處設(shè)置測壓點(diǎn),并設(shè)置多點(diǎn)壓力表。這樣只需一個壓力表即能觀測各點(diǎn)壓力。圖3系統(tǒng)工作原理圖液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動作順序如下表。表2電磁鐵動作順序1Y2Y3Y快進(jìn)+-工進(jìn)+-+快退-停止-+-五、液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算1. 初步選定液壓缸工作壓力根據(jù) 由表1所示負(fù)載大小,可得本次設(shè)計(jì)的臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中工進(jìn)時負(fù)載最大且為29444N。由表2可初定液壓缸的工作壓力p1=4MPa。表3 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載F(kN)50壓力p(MPa)5.07.0 2. 確定液壓缸主要尺寸 參考同類組合機(jī)床,選用雙作用葉片泵雙泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路,溢流閥作定壓閥。由于系統(tǒng)的快進(jìn)快退速度相等,現(xiàn)采用活塞式固定單杠液壓缸,并在快進(jìn)時采用單作用液壓缸的差動連接方式。使用活塞桿固定,活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d=0.707D關(guān)系。 為防止在工進(jìn)時鉆孔鉆通時滑臺突然向前沖,在回油路中安裝背壓閥,使液壓缸的回油腔有一定的背壓,選取此背壓值p2=0.8MPa。 快進(jìn)時液壓缸存在降壓p,有桿腔壓力必然大于無桿腔壓力,估算時初取p0.5MPa;快退時回油腔同樣有背壓且與工進(jìn)時相等。 工進(jìn)時液壓缸的推力計(jì)算為: 由該公式得: 根據(jù)GB/T 23481993對液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定,圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=110mm,活塞桿直徑為d=70mm。 則液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為: 計(jì)算得到液壓系統(tǒng)的實(shí)際工作壓力為:3. 計(jì)算最大流量 系統(tǒng)在快進(jìn)過程中液壓缸差動連接,此時有: 由此可得,組合機(jī)床在快進(jìn)的過程中液壓缸所需流量為: 在組合機(jī)床快退過程中液壓缸所需流量為:由組合機(jī)床工進(jìn)過程中的速度為工進(jìn)速度30120mm/min,故取其速度v1=50mm/min,液壓缸所需流量為: 其中最大的流量為快退速度33.924L/min。根據(jù)上述值及流量計(jì)算結(jié)果,進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個工作階段的壓力、流量和功率值,如表4所示:圖4 多軸機(jī)床液壓系統(tǒng)工況圖表4 各工況下的主要參數(shù)值工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載FN回油壓力p2MPa進(jìn)油壓力p1MPa所需流量qL/min輸入功率PkW快進(jìn)啟動333301.600/快進(jìn)加速33682.1101.610/快進(jìn)恒速16671.6681.16823.0940.450工進(jìn)294440.83.5700.4750.028快退啟動333301.389/快退加速33680.81.395/快退恒速16670.81.09533.9240.619六、液壓元件的選擇 1. 液壓泵 液壓缸在循環(huán)中的最大工作壓力為3.570MPa,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)油路上的壓力損失為0.8MPa,壓力繼電器調(diào)整壓力應(yīng)比系統(tǒng)最大工作壓力要高0.5MPa,則高壓小流量泵的最大工作壓力為: 低壓大流量泵在快速運(yùn)動時才向液壓缸輸送液壓油,由已知快進(jìn)時液壓缸中工作壓力比快進(jìn)時大,若取油路的壓力損失為0.5MPa,則大流量泵的最高工作壓力為: 兩個液壓泵應(yīng)當(dāng)提供給液壓缸的最大流量為23.094L/min,若回路中的泄露按液壓缸輸入流量的10%估算,則兩臺泵的總流量為:。又由溢流閥最小穩(wěn)定溢流量為3L/min,工進(jìn)時輸入液壓缸的流量為0.475L/min,固小流量泵的流量規(guī)格最少應(yīng)達(dá)到3.475L/min。根據(jù)數(shù)據(jù)查詢產(chǎn)品數(shù)值,選取YB-4/25型雙聯(lián)葉片泵。由于該液壓缸快退時輸入功率最大,這相當(dāng)于液壓泵輸入壓力為1.668MPa,流量為29L/min時的情況,取雙聯(lián)葉片泵總效率p=0.75,則液壓泵驅(qū)動電動機(jī)所需功率為:查閱電動機(jī)產(chǎn)品樣本,選擇Y100L-6異步電動機(jī),其主要參數(shù)如下:表5 Y100L-6異步電動機(jī)主要參數(shù)表功率KW額定轉(zhuǎn)速r/min電流A效率%凈重kg1.5940477.5352. 閥類元件的選擇液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件和輔助元件的實(shí)際流量,如表6的方案:表6 元件型號與規(guī)格序號元件名稱最大通過流量型號1雙聯(lián)葉片泵29YB-4/252單向閥60QCI-63B3三位五通電磁閥6035DY-63BYZ4二位二通電磁閥3222-63BH5調(diào)速閥1QCI-63B6壓力繼電器-D-63B7單向閥45I-63B8液控順序閥0.16XY-25B9背壓閥1B-10B10液控順序閥25XY-63B11單向閥25I-63B12溢流閥4Y-10B13過濾器30XU-62*100-J14壓力表開關(guān)K-3B15減壓閥30J-63B16單向閥30I-63B17二位四通電磁閥3024D-40B18單向順序閥-XI-63B19壓力繼電器-D-63B20壓力繼電器-D-63B 3. 油管的選擇 根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接快進(jìn)快退時,油管內(nèi)通油量最大,其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)58L/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22mm的20號退冷鋼管。 4. 油箱容積的確定 中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的57倍,本設(shè)計(jì)取7倍,故油箱容積為: 七、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 1. 回路壓力損失驗(yàn)算由于系統(tǒng)具體管路布置未確定,整個回路的壓力損失無法估算,所以本次設(shè)計(jì)略過此處。 2. 油液溫升驗(yàn)算在整個工作循環(huán)中,工進(jìn)階段所占用的時間最長,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)時液壓泵的輸入功率q1小泵的標(biāo)準(zhǔn)流量q2大泵的標(biāo)準(zhǔn)流量Pp1小泵的出口工進(jìn)階段壓力Pp2大泵的卸載的初選壓力 工進(jìn)時液壓缸的輸出功率 系統(tǒng)總的發(fā)熱功率為: 已知油箱容積V=203L,則按油箱近似散熱面積A為: 假定通風(fēng)良好,取油箱散熱系數(shù),則利用可得油液溫升為: 設(shè)環(huán)境溫度T2=25,則熱平衡溫度為 所以油箱散熱基本可達(dá)要求。參考資料1.液壓元件與系統(tǒng)李壯云,機(jī)械工業(yè)出版社,20112.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)郭玲、龔雪,化學(xué)工業(yè)出版社,20153.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 單行本 液壓傳動與控制機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會,機(jī)械工業(yè)出版社,2007.- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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