液壓技術課程設計--拉床的液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)設計

1、<p>　　機械設計制造及其自動化專業(yè)（本科）</p><p>　　《液壓氣動技術》課程設計</p><p>　　題目《拉床的液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)》</p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指導教師

2、 </p><p>　　辦學單位 </p><p>　　日 期 2012年 4 月</p><p>　　機械設計制造及其自動化專業(yè)課程設計任務書</p><p>　　編號： 課程名稱： 《液壓氣動技術課程設計》 辦學單位： </p>

3、<p>　　拉床的液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、液壓系統(tǒng)的設計要求………………………………………………5</p><p>　　二、工況分析 …………………………………………………………5</p><p>　　1、負載分析 ………………………

4、…………………………………5</p><p>　　2、確定液壓缸的主要參數(shù)……………………………………………7</p><p>　　三、擬定基本回路 ……………………………………………………9</p><p>　　1、選擇各基本回路……………………………………………………9</p><p>　　2、繪制液壓系統(tǒng)原理圖…………………………………

5、…………10</p><p>　　四、選擇液壓元件……………………………………………………10</p><p>　　1、液壓泵和驅(qū)動電機 ………………………………………………10</p><p>　　2、閥類元件 …………………………………………………………12</p><p>　　3、輔助元件 ………………………………………………………

6、…13</p><p>　　4、油管 …………………………………………………………………14</p><p>　　5、油箱 …………………………………………………………………14</p><p>　　五、液壓系統(tǒng)性能驗算 ………………………………………………14</p><p>　　1、液壓系統(tǒng)壓力損失估算……………………………………………1

7、4</p><p>　　2、溫升驗算 …………………………………………………………16</p><p>　　六、繪制工作圖…………………………………………………………16</p><p>　　參考文獻 ………………………………………………………………17</p><p>　　一、液壓系統(tǒng)的設計要求</p><p&g

8、t;　　設計一臺拉床的液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)。已知參數(shù)：切削負載FL=30000N，機床工作部件總質(zhì)量m=2000kg，快進、快退速度均為5m/min，工進速度在50～200mm/min范圍內(nèi)可無級調(diào)節(jié)。滑臺最大行程6000mm，其中工進的行程是2000mm，往復運動加減速時間≤0.2s，滑臺采用平導軌，其靜摩擦系數(shù)fs=0.2,動摩擦系數(shù)fd=0.1，滑臺要求完成“快進—工進—快退—停止”的工作循環(huán)</p><p&

9、gt;　　對拉床液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)的基本要求是：</p><p>　　1、為完成拉削工件的任務，要求液壓缸缸驅(qū)動動力滑臺實現(xiàn)“快速進給——工作進給——快退——原位停止”的工作循環(huán)。</p><p>　　2、液壓系統(tǒng)功率大，空行程和加壓行程的速度差異大，因此要求功率利用合理。</p><p>　　3、拉床的液壓動力滑臺液壓系統(tǒng)對工作平穩(wěn)性和安全性要求較高。<

10、/p><p><b>　　二、工況分析</b></p><p><b>　　1、負載分析：</b></p><p>　　計算液壓缸工作過程各階段的負載：</p><p>　　(1) 切削負載 FL=30000N </p><p>　　(2) 摩擦負載Ff：</p>

11、<p>　　拉床的工作部件對動力滑臺的壓力Fn=mg=2000×9.81=19620N </p><p>　　靜摩擦負載Ffs=Fn·fs=19620×0.2=3924N</p><p>　　動摩擦負載Ffd=Fn·fd=19620×0.1=1962N</p><p>　　(3) 慣性負載Fm</p&

12、gt;<p>　　重力G=mg=2000×9.81=19620N</p><p>　　重力加速度g=9.81m/s2</p><p><b>　　833.3 N</b></p><p>　　根據(jù)以上計算，可得各工作階段的液壓缸負載如下表1所示</p><p>　　表1 液壓缸各工作階段的負

13、載</p><p>　　按表1數(shù)據(jù)畫出負載循環(huán)</p><p><b>　　圖1 負載圖</b></p><p>　　根據(jù)給定的快進、快退速度及工進時的速度范圍，畫出速度循環(huán)圖2如下：</p><p><b>　　圖2 速度圖</b></p><p>　　2、確定液壓缸的

14、主要參數(shù)：</p><p>　　參考書上（第145頁）表9-3各類液壓設備常用的工作壓力，選液壓系統(tǒng)工作壓力P1=3MPa，動力滑臺要求快進、快退速度相等，選用單活塞桿液壓缸，快進時采用差動連接。取液壓缸無桿腔面積A1與有桿腔面積A2之比為2：1，即活塞桿直徑d與液壓缸缸體內(nèi)徑直徑（活塞直徑）D有：d=0.707D，為防止銑削完后，滑臺產(chǎn)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油路上應有背壓P2，取P2=0.6MPa</p&g

15、t;<p>　　從負載圖上可知，工進時有最大負載，按此最大負載求液壓缸尺寸：</p><p><b>　　P1·A1=</b></p><p><b>　　A1=2 A2</b></p><p>　　液壓缸效率ηm=0.95</p><p>　　A1==×10-6m

16、2=124.6×10-4 m2 </p><p>　　D===0.126m</p><p>　　活塞桿直徑d=0.707D=0.707×0.126m=0.089m</p><p>　　按GB2348-80圓整就近取標準值：D=130 mm</p><p><b>　　d= 90 mm</b></

17、p><p>　　確定了液壓缸結構尺寸，就可以計算在各工作階段中壓力、流量和功率，列于表2</p><p>　　表2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率</p><p>　　依據(jù)表2的計算結果，畫工況圖3如下：</p><p>　　圖3 液壓缸工況圖</p><p><b>　　三、擬定基本回路</b

18、></p><p>　　從已知條件可知，液壓系統(tǒng)應該具有快速運動、換向、速度換接和調(diào)壓、卸荷等回路。</p><p>　　為了提高液壓系統(tǒng)的效率，可選擇變量液壓泵或雙泵供油回路，此處選用雙泵供油。</p><p><b>　　選擇各基本回路：</b></p><p>　　雙泵供油回路：有低壓大流量泵和高壓小流量泵。

19、液壓缸快速運動時，雙泵供油；工作進給時，高壓小流量泵供油，低壓大流量泵卸荷，由溢流閥調(diào)定系統(tǒng)工作壓力。</p><p>　　快速運動和換向回路：采用液壓缸差動連接實現(xiàn)快速運動，用三位五通電液閥實現(xiàn)換向，并實現(xiàn)快進時，液壓缸的差動連接。</p><p>　　速度換接回路：為提高換接的位置精度，減小液壓沖擊，采用行程閥與調(diào)速閥并聯(lián)的轉(zhuǎn)換回路。同時，電液換向閥的換向時間可調(diào)，保證換向過程平穩(wěn)。&

20、lt;/p><p>　　卸荷回路：在雙泵供油回路中，用卸荷閥（外控順序閥）實現(xiàn)低壓大流量泵在工進和停止時卸荷。</p><p>　　滑臺工進時，液壓缸的進、回油路互通，不能實現(xiàn)工進，應在換向回路中串聯(lián)單向閥a，將進、回油路隔斷。</p><p>　　為了實現(xiàn)液壓缸差動連接，應在回油路上串接一個液控順序閥b，阻止油液流回油箱。</p><p>　　

21、滑臺工進后應能自動轉(zhuǎn)為快退，應在調(diào)速閥出口處接壓力繼電器d</p><p>　　為防止空氣進入液壓系統(tǒng)，在回油箱的油路上接一個單向閥c</p><p><b>　　繪制液壓系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　液壓系統(tǒng)原理圖如圖4所示，見附頁</p><p><b>　　四、選擇液壓元件</b>&

22、lt;/p><p>　　1、液壓泵和驅(qū)動電機：</p><p>　?。?）雙泵供油的兩個液壓泵的最大工作壓力不同，應分別計算：</p><p>　　液壓缸的最高工作壓力為6.86MPa，取進油路壓力損失為0.8MPa，壓力繼電器的動作壓力比系統(tǒng)最大工作壓力高0.5MPa。</p><p>　　據(jù)此，高壓小流量泵的最大工作壓力Pp=6.86+0.8

23、+0.5=8.16MPa</p><p>　　從工況圖中可知：液壓缸快進、快退時的最大壓力為1.57MPa，取進油路壓力損失為0.5MPa，則低壓大流量泵的最大壓力PP1=1.57+0.5= 2.07MPa</p><p>　?。?）兩泵同時供油的最大流量為0.67×60L/min，取泄漏系數(shù)KL=1.05，則兩泵合流時的實際流量Qp=1.05×0.67×60

24、= 42.21L/min</p><p>　?。?）溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進時液壓缸的流量為0.00034×60×1000L/min=20.4L/min，高壓小流量泵的流量=3+0.5=3.5L/min</p><p>　　根據(jù)以上壓力、流量查產(chǎn)品樣本，選定雙聯(lián)葉片泵型號為：PV2R12-6/26，排量分別為6mL/r和41mL/r，生產(chǎn)廠家：上海日穎液

25、壓成套設備有限公司</p><p><b>　　規(guī)格表</b></p><p>　　當液壓泵轉(zhuǎn)速n=940r/min時，液壓泵的理論流量=(6+41)×940/1000=44.18L/min</p><p>　　取液壓泵的容積效率η=0.9，則液壓泵的實際輸出流量為Qp=44.18×0.9=39.76L/min</p&

26、gt;<p>　　查液壓缸工況圖，可知，液壓缸快退時，所需功率最大。液壓泵工作壓力為1.43MPa，流量為34.8L/min，取液壓泵的總效率ηp=0.75，</p><p>　　則驅(qū)動電機的功率P===1.11kw</p><p>　　查電機樣本，選Y100L-6型三相異步電動機，功率為1.5kw，轉(zhuǎn)速940r/min</p><p><b&g

27、t;　　閥類元件</b></p><p>　　按閥類元件在工作中的最大工作壓力和通過該閥的實際流量，選擇該閥的規(guī)格型號。</p><p><b>　　溢流閥的選擇：</b></p><p>　　直動式溢流閥響應快，宜作安全閥。先導式溢流閥啟閉特性好，調(diào)壓偏差小，常用作調(diào)壓閥、背壓閥。先導式溢流閥的最低調(diào)定壓力在0.5~1MPa范圍內(nèi)

28、。溢流閥的流量應按液壓泵的最大流量選取，其最小穩(wěn)定流量為額定流量的15%以上。</p><p>　　PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片泵的額定流量=（6+41）×940×0.9/1000=39.76L/min，所以，溢流閥可能的最大溢流量=39.76L/min，選用廣州市明欣液壓元件有限公司的RV-04T-3型先導式溢流閥，該閥的額定流量為50L/min</p><p>

29、<b>　　流量閥的選擇：</b></p><p>　　中、低壓流量閥的最小穩(wěn)定流量為50～100mL/min，高壓流量閥為2.5～20L/min，此數(shù)值應滿足執(zhí)行元件最小運動速度的要求。最小工進速度要求是50mm/min，液壓缸活塞面積=（130/2）2×π=13266.5mm2，最小流量=50×13266.5=663325mm3/min=0.663325L/min，最

30、大工進速度要求是200mm/min，最大流量=200×13266.5=2653300mm3/min=2.6533L/min，選用廣州市明欣液壓元件有限公司的FKC-G02型調(diào)速閥，</p><p>　　■外型尺寸圖●FKC-02●FNC-02●FKC-03●FKC-03-L●FNC-03-R</p><p>　　該閥的流量調(diào)節(jié)范圍

31、是0.05～20L/min，能夠工作滿足要求。</p><p><b>　　換向閥的選擇：</b></p><p>　　按通過換向閥的實際流量選定閥的規(guī)格。中、小流量時，可用電磁換向閥，流量較大時，應選用電液換向閥或插裝式錐閥，根據(jù)系統(tǒng)需要選擇三位換向閥的中位機能?？爝M時，由于是差動連接，所以，通過換向閥的最大流量=39.76×2=79.52L/min，故選

32、擇35DYFY-E10B型三位五通電液閥，該閥的額定流量=80L/min，額定壓力=16MPa，額定壓降<0.5MPa。</p><p><b>　　輔助元件</b></p><p>　　按輔助元件在油路中的最大壓力和實際流量，選出元件的規(guī)格型號，如表3：</p><p>　　表3 元件的型號及規(guī)格</p><p&g

33、t;<b>　　油管：</b></p><p>　　元件之間的連接管道規(guī)格按液壓元件接口尺寸決定。</p><p>　　液壓泵選定后，需重新計算液壓缸工作各階段的進、出油流量。見表4</p><p>　　表4 液壓缸的進、出油流量</p><p><b>　　油箱：</b></p>&

34、lt;p>　　油箱容量V按液壓泵的額定流量計算，取ζ=7</p><p>　　V=ζQp=7×39.76= 278.32 L</p><p>　　按GB2876-81規(guī)定，就近取標準值，V=300L</p><p>　　五、液壓系統(tǒng)性能驗算</p><p>　　1、液壓系統(tǒng)壓力損失估算：</p><p>

35、;　　由于具體管路布置尚未確定，沿程壓力損失暫無法計算。只對閥類元件的壓力損失進行估算，待管路裝配圖確定后，再計算管路的沿程和局部壓力損失。</p><p>　　壓力損失要按不同的工作階段分別計算：</p><p><b>　　快進：</b></p><p>　　快進時液壓缸是差動連接，進油路上有單向閥10，其通過流量為39.76L/min，電

36、液換向閥2，其流量為39.76L/min，通過行程閥3的流量為51.25L/min，其進油路總壓力損失∑ΔPv為：</p><p>　　∑ΔPv =[ΔPn1 ()2+ΔPn2 ()2+ΔPn3 ()2]</p><p>　　=[0.2×()2+0.5×()2+0.3×()2]=0.4MPa</p><p>　　式中：ΔPn——閥的額定

37、壓力損失</p><p>　　Qo——閥的實際過流量</p><p>　　Qn——閥的額定流量</p><p>　　回油路上液壓缸有桿腔的油液通過電液換向閥和單向閥6的流量均為24.15L/min，然后與液壓泵供油匯合，通過行程閥進入無桿腔，據(jù)此可算出有桿腔與無桿腔之壓力差ΔP=P2-P1=[0.5×()2+0.2×()2+0.3×()

38、2]=0.274MPa</p><p><b>　　工進：</b></p><p>　　進油路上電液換向閥2的流量為0.5L/min，調(diào)速閥4的壓力損失為0.5MPa；回油路上通過換向閥2的流量為0.24L/min，背壓閥8的壓力損失為0.6MPa，順序閥的流量為0.24+22=22.24L/min，折算到進油路的總損失為</p><p>　　

39、∑ΔPv =0.5×()2+0.5+[0.5×()2+0.6+0.3×()2] ×=0.8MPa</p><p>　　液壓缸回油腔的壓力P2=0.5×()2+0.6+0.3×()2=0.637MPa</p><p>　　考慮到壓力繼電器的動作壓力比系統(tǒng)工作壓力高0.5Mpa，因此溢流閥的調(diào)定壓力為</p><p

40、>　　Py>P1+∑ΔP1+∑ΔPe=3.75+0.5×()2+0.5+0.5=4.75MPa</p><p><b>　　快退：</b></p><p>　　快退時，進油路通過單向閥10的流量為22L/min，通過換向閥2的流量為27.1L/min；回油路上通過單向閥5，換向閥2和單向閥3的流量相同，均為57.51L/min，進油路上總壓力損失

41、為∑ΔPv1 =0.2×()2+0.5×()2=0.082MPa</p><p>　　回油路總壓力∑ΔPv2 =0.2×()2+0.5×()2+0.2×()2=0.592MPa</p><p>　　則快退時，液壓泵的工作壓力Pp=P1+∑ΔPv1=1.5+0.082=1.582MPa</p><p>　　此值為卸荷順

42、序閥的壓力調(diào)定值。</p><p><b>　　2、溫升驗算：</b></p><p>　　以工進時消耗的功率計算溫升。</p><p>　　工進時液壓缸的有效功率Pe=Fv2==0.11kw</p><p>　　工進時，雙泵供油的輸出功率應分別計算。低壓大流量泵輸出功率P1=Pp2·QP2</p>

43、<p>　　此時低壓大流量泵的壓力為卸荷閥的調(diào)定壓力，其值為ΔP=ΔPn()2=0.3×()2=0.037Mpa，則Pp2=ΔP</p><p>　　高壓小流量泵工作壓力Pp1=4.75Mpa，流量Q1=5.1L/min，因此總輸入功率Pp</p><p>　　Pp===0.556kw</p><p>　　則發(fā)熱功率ΔP= Pp -Pe=0.

44、556-0.11= 0.446 kw</p><p>　　油箱散熱面積A=6.5=6.5=2.91m2</p><p>　　取散熱系數(shù)K=9W/m2℃</p><p>　　溫升ΔT==×103=17℃</p><p>　　溫升在允許范圍，可不設冷卻裝置。</p><p><b>　　六、繪制工作圖&

45、lt;/b></p><p>　　油箱圖和液壓缸圖等見附頁。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.齊小杰主編 汽車液壓、液力與氣壓傳動技術 北京：化學工業(yè)出版社，2004.122.姜佩東主編，液壓與氣壓技術。北京：高等教育出版社，2000</p><p>　　3.薛祖德主編，液壓