液壓課程設(shè)計(jì)--專用鉆床的液壓系統(tǒng)

1、<p><b>　　機(jī)電工程學(xué)院</b></p><p>　　《液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)》</p><p><b>　　說(shuō) 明 書</b></p><p>　　課題名稱： 專用鉆床的液壓系統(tǒng) </p><p>

2、　2013年6月24日</p><p>　　液壓與液力傳動(dòng)設(shè)計(jì)任務(wù)書 </p><p>　　1.1設(shè)計(jì)題目和目的 …………………………………… 1</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 …………………………………… 1</p><p>　　二?.運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載分析 </p><p>　　2.1運(yùn)動(dòng)分析………………

3、…………………… 2</p><p>　　2.2負(fù)載分析…………………………………… 2,3</p><p>　　三、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) </p><p>　　3.1確定液壓泵類型及調(diào)速方式……………………………………4</p><p>　　3.2選用執(zhí)行元件……………………………………4</p><p>　　3.3快速

4、運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路……………………………………4</p><p>　　3.4換向回路的選擇……………………………………5</p><p>　　3.5定位夾緊回路的選擇……………………………………5</p><p>　　3.6 動(dòng)作換接的控制方式選擇……………………………………6</p><p>　　3.7液壓基本回路的組成……………………

5、………………7</p><p>　　四、液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　4.1液壓缸參數(shù)計(jì)算……………………………………7,8，9,10</p><p><b>　　五、液壓原件的選擇</b></p><p>　　5.1液壓閥及過(guò)濾器的選擇……………………………………11,12</p><p&

6、gt;　　六、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能</p><p>　　6.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整…………………………………13,14</p><p>　　七、總結(jié) …………………………………15</p><p>　　一?.液壓與液力傳動(dòng)設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)題目和目的</b></p>

7、<p>　　題目：試設(shè)計(jì)一專用鉆床的液壓系統(tǒng)?。要求完成”快進(jìn)-工作-快退-停止-卸荷?”的工作循環(huán)。已知：切削阻力為15000N?運(yùn)動(dòng)部件自重為6000N 快進(jìn)行程為350mm 工進(jìn)行程為80mm?快進(jìn)，快退運(yùn)動(dòng)速度為5.5m/min,工進(jìn)速度為60-1000mm/min􀈄加速和減速時(shí)間為△t=0.2sec,機(jī)床采用平導(dǎo)軌?.摩擦系數(shù)為Fs=0.2,Fd=0.1</p><p>　　

8、目的：液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分,主要任務(wù)是綜合運(yùn)用前面各章的基礎(chǔ)知識(shí),學(xué)習(xí)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、內(nèi)容和方法。通過(guò)學(xué)習(xí)。</p><p>　　能根據(jù)工作要求確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)、系統(tǒng)原理圖?.能進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算。合理地選擇和確定液壓元件。對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)性能進(jìn)行校驗(yàn)算。為進(jìn)一步進(jìn)行液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容</

9、b></p><p>　　液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容大致如下。</p><p>　　?1?明確設(shè)計(jì)要求?.進(jìn)行工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖?</p><p>　　?2?確定液壓系統(tǒng)的主要性能參數(shù)。</p><p>　　?3?進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、擬訂液壓系統(tǒng)原理圖。</p><p>　　?4?計(jì)算和選擇液壓元件。<

10、/p><p>　　?5?驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能。</p><p><b>　　?6?液壓缸設(shè)計(jì)。</b></p><p>　　?7?繪制工作圖，編寫技術(shù)文件，并提出電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書。</p><p>　　以上步驟中各項(xiàng)工作內(nèi)容有時(shí)是互相穿插、交叉進(jìn)行的。對(duì)某些復(fù)雜的問(wèn)題，需要進(jìn)行多次反復(fù)才能最后確定。在設(shè)計(jì)某些較簡(jiǎn)單的液

11、壓系統(tǒng)時(shí)，有些步驟可合并和簡(jiǎn)化處理。</p><p>　　二?.運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載分析</p><p><b>　　1.運(yùn)動(dòng)分析：</b></p><p>　　圖1-1 動(dòng)作循環(huán)圖</p><p><b>　　負(fù)載分析</b></p><p>　　負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓

12、力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：切削力，導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜壓力為Ffs，動(dòng)摩擦力為Ffd，則</p><p>　　Ffs=fsFN=0.2×6000N=1200N</p><p>　　Ffd=fdFN=0.1×6000N=600N</p

13、><p>　　而慣性力 Fm=N=255.1N</p><p>　　如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦里的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率ηm=0.95，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見表1-1</p><p>　　表1-1 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表</p><p>　　三、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p&

14、gt;　　3.1確定液壓泵類型及調(diào)速方式</p><p>　　參考同類組合機(jī)床，由于快進(jìn)、快退和工進(jìn)速度相差比較大，為了減少功率損耗，采用限壓式變量葉片泵供油、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(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值Pb=0.8Mpa。</p><p><b>　　3.2選用執(zhí)行元件</b></p>

15、;<p>　　因系統(tǒng)動(dòng)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(shí)差動(dòng)連接，無(wú)桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的兩倍。由于結(jié)構(gòu)上的原因和為了有較大的有效工作面積，定位缸和夾緊缸也采用單桿活塞液壓缸。</p><p>　　3.3快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路</p><p>　　根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。根

16、據(jù)設(shè)計(jì)要求，速度換接要平穩(wěn)可靠，另外是專業(yè)設(shè)備，所以可采用行程閥的速度換接回路。若采用電磁閥的速度換接回路，調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。</p><p>　　3.4換向回路的選擇</p><p>　　由速度圖可知，快進(jìn)時(shí)流量不大，運(yùn)動(dòng)部件的重量也較小，在換向方面無(wú)特殊要求，所以可選擇電磁閥控制的換向回路。為方便連接，選擇三位五通電磁換向閥。</p&g

17、t;<p>　　3.5定位夾緊回路的選擇</p><p>　　按先定位后夾緊的要求，可選擇單向順序閥的順序動(dòng)作回路。通常夾緊缸的工作壓力低于進(jìn)給缸的工作壓力，并由同一液壓泵供油，所以在夾緊回路中設(shè)減壓閥減壓，同時(shí)還需滿足；夾緊時(shí)間可調(diào)，在進(jìn)給回路壓力下降時(shí)能保持夾緊力，所以要接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。換向閥可連接成斷電夾擊方式，也可以采用帶定位的電磁換向閥，以免工作時(shí)突然斷電松開。</p&g

18、t;<p>　　3.6動(dòng)作換接的控制方式選擇</p><p>　　為了確保夾緊后才能進(jìn)行切削，夾緊與進(jìn)給的順序動(dòng)作應(yīng)采用壓力繼電器控制。當(dāng)工作進(jìn)給結(jié)束轉(zhuǎn)為快退時(shí)，由于加工零件是通孔，位置精度不高，轉(zhuǎn)換控制方式可采用行程開關(guān)控制。</p><p>　　3.7液壓基本回路的組成</p><p>　　將已選擇的液壓回路，組成符合設(shè)計(jì)要求的液壓系統(tǒng)并繪制液壓系

19、統(tǒng)原理圖。此原理圖除應(yīng)用了回路原有的原件外，又增加了液控順序閥6和單向閥等，其目的是防止回路間干擾及連鎖反映。從原理圖中進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：</p><p><b>　　1）工件定位夾緊：</b></p><p><b>　?。?）先定位 </b></p><p>　　壓力油→減壓閥8→單向閥9→電磁換向閥10→定位缸18無(wú)桿腔

20、</p><p>　　定位缸18有桿腔→電磁換向閥10→油箱</p><p>　?。?）再夾緊 工件定位后，壓力油壓力升高到單向順序閥開啟的壓力，單向順序閥開啟。</p><p>　　壓力油→單向順序閥11→單向調(diào)速閥12→夾緊缸17無(wú)桿腔 </p><p>　　夾緊缸17有桿腔→電磁換向閥10→油箱</p><p>

21、;　　2）快進(jìn)：2YA通電，電磁換向閥3左位工作，由于系統(tǒng)壓力低，液控順序閥6關(guān)閉，液壓缸有桿腔的回油只能經(jīng)換向閥3、單向閥5和泵流量合流經(jīng)單向行程調(diào)速閥4中的行程閥進(jìn)入無(wú)桿腔而實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)，顯然不增加閥6，那么液壓缸回油通過(guò)閥7回油箱而不能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)。 </p><p>　　葉片泵1→單向閥2→電磁換向閥3→單向行程調(diào)速閥4→主液壓缸19（差動(dòng)連接）</p><p>　　3）工進(jìn)：4YA通

22、電，切斷差動(dòng)油路?？爝M(jìn)行程到位，擋鐵壓下行程開關(guān)，切斷快進(jìn)油路，4YA通電，切斷差動(dòng)油路，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，系統(tǒng)壓力升高，液控順序閥6被打開，回油腔油液經(jīng)液控順序閥6和背壓閥7流回油箱，此時(shí)，單向閥5關(guān)閉，將進(jìn)、回油路隔開，使液壓缸實(shí)現(xiàn)工進(jìn)。 </p><p>　　葉片泵1→單向閥2→電磁換向閥3→單向行程調(diào)速閥4→主液壓缸19無(wú)桿腔 </p><p>　　主液壓缸19有桿腔→電磁換向閥3→液

23、控順序閥6→背壓閥7→油箱</p><p>　　4）快退：3YA通電，工進(jìn)結(jié)束后，液壓缸碰上死擋鐵，壓力升高到壓力繼電器調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)出信息，2YA斷電，3YA、4YA通電。</p><p>　　葉片泵→單向閥4→電磁換向閥3→主液壓缸有桿腔 主液壓缸無(wú)桿腔→單向行程閥4→電磁換向閥3→油箱</p><p>　　主液壓缸無(wú)桿腔快退到位碰行程開關(guān)，行程開關(guān)發(fā)

24、信息，下步工件拔銷松夾。</p><p>　　5）拔銷松夾：1YA通電</p><p>　　液壓油→減壓閥8單向閥9→電磁閥10→定位缸18和夾緊缸17的有桿腔 </p><p>　　定位缸18無(wú)桿腔→電磁閥10→油箱</p><p>　　夾緊缸16無(wú)桿腔→單向調(diào)速閥12的單向閥→單向順序閥11的單向閥→電磁閥10→油箱 工件松夾后發(fā)出信

25、息，操作人員取出工件。</p><p>　　系統(tǒng)組成后，應(yīng)合理安排幾個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，這些測(cè)壓點(diǎn)通過(guò)壓力表開關(guān)與壓力表相接，可分別觀察各點(diǎn)的壓力，用于檢查和調(diào)試液壓系統(tǒng)。 </p><p>　　表2-1 電磁鐵動(dòng)作順序表</p><p>　　四、液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　4.1液壓缸參數(shù)計(jì)算</p><p>　　

26、4.1.1初選液壓缸的工作壓力，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3-1和表3-2，根據(jù)F=14084N初選液壓缸的工作壓力p1=3MPa。</p><p>　　4.1.2計(jì)算液壓缸主要尺寸</p><p>　　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)為防止鉆透時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)

27、象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表3-2選此背壓為p2=0.6Mpa。</p><p>　　表3-1 按負(fù)載選擇工作壓力</p><p>　　表3-2執(zhí)行元件背壓力</p><p>　　由表1-1可知最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F=15000N，按此計(jì)算A1則</p><p>　　A1===57.7cm2</p><p>

28、<b>　　液壓缸直徑D=</b></p><p>　　由A1=2A2可知活塞桿直徑 d=0.707D=0.707×8.31cm=5.87cm</p><p>　　按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 D=9cm d=6.3cm</p><p><b

29、>　　按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出</b></p><p><b>　　A1=</b></p><p>　　則液壓缸的實(shí)際計(jì)算工作壓力為：</p><p>　　則實(shí)際選取的工作壓力P=3MPa滿足要求。</p><p>　　按最低工作速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度。若驗(yàn)算后不能獲得最小的穩(wěn)定速度是，還需要響應(yīng)加大液壓缸

30、的直徑，直至滿足穩(wěn)定速度為止。查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度v =0.1m/min由課本式（8-11）</p><p>　　本例A1=63.6cm2>12.5cm2，滿足最低速度要求。</p><p>　　4.1.3確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞直徑</p><p>　　根據(jù)夾緊缸的夾緊力=5000N，選夾緊缸工作壓力=1.5MPa可以認(rèn)為回油壓力為零，則

31、夾緊缸的直徑</p><p>　　根據(jù)表3-4取d/D=0.5則活塞桿直徑</p><p>　　按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 </p><p>　　D夾=7cm d夾=3.6cm</p><p>　　表3-3按工作壓力選取d/D</p><p&

32、gt;　　4.1.4 計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率</p><p>　　根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸的工作過(guò)程各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)的背壓按代人，快退時(shí)的背壓按pb=5×105Pa代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列于表3-4中</p><p>　　表3-4液壓缸所需要的實(shí)際流量、壓力和功率</p><p&g

33、t;<b>　　5、液壓原件的選擇</b></p><p>　　5.1液壓閥及過(guò)濾器的選擇</p><p>　　根據(jù)液壓閥在液壓系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最高流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格，本題中所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量，確定為三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表5中，過(guò)濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過(guò)濾器，表中序號(hào)與系統(tǒng)原理

34、圖中的序號(hào)一致。</p><p>　　表5-1 液壓元件明細(xì)表</p><p><b>　　5.2油管的選擇</b></p><p>　　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、輸出的最大流量來(lái)計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快件快退時(shí)，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)32L/min，則液壓缸進(jìn)、出

35、油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號(hào)冷拔鋼管。</p><p>　　5.3油箱容積的確定</p><p>　　中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5～7倍，本題取7本倍，故油箱容積為</p><p>　　六、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能</p><p>　　6.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整</p><

36、p>　　由于定位、夾緊回路在夾緊后的流量幾乎為零，所以管路系統(tǒng)的壓力損失主要應(yīng)在工作臺(tái)液壓缸回路中進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　6.1.1工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和泵的壓力調(diào)整</p><p>　　工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計(jì)，這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失,回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓

37、缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差，并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則</p><p>　　即泵的調(diào)定壓力應(yīng)按此壓力調(diào)整。</p><p>　　6.1.2快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算</p><p>　　因快退時(shí)，液壓缸無(wú)缸腔的回油量是進(jìn)油量的2倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失。</p><p>　　已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油

38、管長(zhǎng)度均為，油管直徑，通過(guò)的流量為進(jìn)油路，回油路q 2=40L/min=0.67×10-3m3/s，壓力系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為15°C，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。</p><p>　　確定油的流動(dòng)狀態(tài)，按式（1-30）經(jīng)單位換算為：</p><p><b>　　式中</b><

39、/p><p>　　則進(jìn)油路中流量的雷諾數(shù)為</p><p>　　回油路中液流的雷諾數(shù)為</p><p>　　由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)都是層流。</p><p>　　沿程壓力損失，由式（1-37）可算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失。在進(jìn)油路上，流速</p><p>　　在回油路上，流速為進(jìn)油路上的兩倍，即，則壓力損失為<

40、/p><p>　?。?）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過(guò)各閥的局部壓力損失按課本式（1-39）計(jì)算，結(jié)果列于表6-1中。</p><p>　　表6-1閥內(nèi)元件局部壓力損失</p><p><b>　　七、總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)到自

41、己的很多不足，自己知識(shí)的很多盲點(diǎn)和漏洞，知識(shí)和實(shí)踐的差距，所以說(shuō)通過(guò)這次設(shè)計(jì)我深刻的認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。 在這個(gè)過(guò)程中，遇到了一些困難，但是通過(guò)和同學(xué)的討論和資料查找還是解決了這些難題，隨著問(wèn)題的解決，學(xué)習(xí)的熱情高漲。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)涉及了液壓傳動(dòng)的大部分知識(shí)還有就是CAD作圖和word文檔的處理。也使我們很好的將課本上的知識(shí)與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，收獲頗多，特別是收集資料和信息的能力，這也