液壓課程設(shè)計--臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　液壓傳動課程設(shè)計指導(dǎo)書2</p><p>　　一、設(shè)計要求及工況分析5</p><p><b>　　1．1設(shè)計要求5</b></p><p>　　1.2負(fù)載與運(yùn)動分析5</p><p>　　二、液壓系統(tǒng)主

2、要參數(shù)確定7</p><p>　　2.1初選液壓缸工作壓力7</p><p>　　2.2計算液壓缸主要尺寸7</p><p>　　三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖9</p><p>　　3.1主體方案的確定9</p><p>　　3.2基本回路確定9</p><p>　　3.3液壓系統(tǒng)原理圖綜

3、合11</p><p>　　四、計算和選擇液壓元件及輔件12</p><p>　　4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率12</p><p>　　4.2確定其它元件及輔件13</p><p>　　五、驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升15</p><p><b>　　六、設(shè)計小結(jié)16</b></p&

4、gt;<p><b>　　主要參考文獻(xiàn)16</b></p><p>　　液壓傳動課程設(shè)計指導(dǎo)書</p><p>　　一、設(shè)計的目的和要求：</p><p><b>　?、逶O(shè)計的目的</b></p><p>　　液壓傳動課程設(shè)計是本課程的一個綜合實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到

5、以下目的：</p><p>　　1.鞏固和深化已學(xué)知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合分析問題、解決問題能力；a</p><p>　　2.正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運(yùn)用液壓基本回路，組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)；</p><p>　　3.熟悉并會運(yùn)用有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。

6、對學(xué)生在計算、制圖、運(yùn)用設(shè)計資料以及經(jīng)驗估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。</p><p><b>　　㈡設(shè)計的要求</b></p><p>　　1.設(shè)計時必須從實際出發(fā)，綜合考慮實用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性。并非是越先進(jìn)越好。同樣，在安全性、方便性要求較

7、高的地方，應(yīng)不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨(dú)考慮簡單、經(jīng)濟(jì)；</p><p>　　2.獨(dú)立完成設(shè)計。設(shè)計時可以收集、參考同類機(jī)械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡單地抄襲；</p><p>　　3.在課程設(shè)計的過程中，要隨時復(fù)習(xí)液壓元件的工作原理、基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考；</p><p>　　4.液壓傳動課程設(shè)計的題目均為中等復(fù)雜

8、程度液壓設(shè)備的液壓傳動裝置設(shè)計。具體題目由指導(dǎo)老師分配，題目附后；</p><p>　　5.液壓傳動課程設(shè)計要求學(xué)生完成以下工作：</p><p>　?、旁O(shè)計計算說明書一份； </p><p>　?、埔簤簜鲃酉到y(tǒng)原理圖一張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）。</p><p>　　二、設(shè)計的內(nèi)容及步驟</p><

9、p><b>　　㈠設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　1. 液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖；</p><p>　　2. 進(jìn)行方案設(shè)計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖；</p><p>　　3. 計算和選擇液壓元件；</p><p>　　4. 驗算液壓系統(tǒng)性能；</p><p>　　5. 繪制

10、正式工作圖，編制設(shè)計計算說明書。</p><p><b>　　㈡設(shè)計步驟</b></p><p>　　以一般常規(guī)設(shè)計為例，課程設(shè)計可分為以下幾個階段進(jìn)行。</p><p><b>　　1.明確設(shè)計要求</b></p><p>　　⑴閱讀和研究設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計任務(wù)與要求；分析設(shè)計題目，了解原始數(shù)據(jù)

11、和工作條件。</p><p>　　⑵參閱本書有關(guān)內(nèi)容，明確并擬訂設(shè)計過程和進(jìn)度計劃。</p><p><b>　　2.進(jìn)行工況分析</b></p><p>　?、抛鏊俣?位移曲線，以便找出最大速度點；</p><p>　?、谱鲐?fù)載-位移曲線，以便找出最大負(fù)載點。液壓缸在各階段所受的負(fù)載需要計算，為簡單明了起見，可列表計算

12、；計算公式見教材表9-2。</p><p><b>　?、谴_定液壓缸尺寸</b></p><p>　　確定液壓缸尺寸前應(yīng)參照教材選擇液壓缸的類型，根據(jù)設(shè)備的速度要求確定d/D的比值、選取液壓缸的工作壓力，然后計算活塞的有效面積，經(jīng)計算確定的液壓缸和活塞桿直徑必須按照直徑標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行圓整。計算時應(yīng)注意考慮液壓缸的背壓力，背壓力可參考教材表9-1選取。</p>

13、<p><b>　?、壤L制液壓缸工況圖</b></p><p>　　液壓缸工況圖包括壓力循環(huán)圖（p-s）、流量循環(huán)圖（q-s）和功率循環(huán)圖（P-s），繪制目的是為了方便地找出最大壓力點、最大流量點和最大功率點。計算過程可列表計算。</p><p>　　3.進(jìn)行方案設(shè)計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　方案設(shè)計包括供油方式、

14、調(diào)速回路、速度換接控制方式、系統(tǒng)安全可靠性（平衡、鎖緊）及節(jié)約能量等性能的方案比較，根據(jù)工況分析選擇出合理的基本回路，并將這些回路組合成液壓系統(tǒng)，初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖。</p><p>　　選擇液壓基本回路，最主要的就是確定調(diào)速回路。應(yīng)考慮回路的調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性、效率等問題，同時盡量做到結(jié)構(gòu)簡單、成本低。</p><p>　　4.計算和選擇液壓組件</p><p&

15、gt;　?、庞嬎阋簤罕玫墓ぷ鲏毫?；</p><p>　　⑵計算液壓泵的流量；</p><p>　　⑶選擇液壓泵的規(guī)格；</p><p>　　⑷計算功率，選擇原動機(jī)；</p><p><b>　?、蛇x擇控制閥；</b></p><p>　?、蔬x擇液壓輔助元件；</p><p>

16、;　　5.驗算液壓系統(tǒng)性能；</p><p>　?、膨炈阋簤合到y(tǒng)的效率；</p><p>　　⑵驗算液壓系統(tǒng)的溫升</p><p>　　6.繪制正式工作圖，編制課程設(shè)計計算說明書</p><p>　　⑴液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）</p><p>　?、普碚n程設(shè)計計算說明書&l

17、t;/p><p><b>　　三、進(jìn)度安排</b></p><p>　　按教學(xué)計劃安排，液壓傳動課程設(shè)計總學(xué)時數(shù)為1周，其進(jìn)度及時間大致分配如下：</p><p><b>　　四、設(shè)計題目</b></p><p>　　設(shè)計一臺臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過

18、6000N。該系統(tǒng)工作循環(huán)為：快進(jìn)——工進(jìn)——快退——停止。機(jī)床快進(jìn)快退速度約為6 m／min，工進(jìn)速度可在30～120mm／min范圍內(nèi)無級調(diào)速, 快進(jìn)行程為200mm，工進(jìn)行程為50mm，最大切削力為25kN，運(yùn)動部件總重量為15 kN，加速（減速）時間為0.1s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。</p><p>　　臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計</p><p&

19、gt;　　一、設(shè)計要求及工況分析</p><p><b>　　1．1設(shè)計要求</b></p><p>　　技術(shù)參數(shù)：設(shè)計一臺臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過6000N。機(jī)床快進(jìn)快退速度約為6 m／min，工進(jìn)速度可在30～120mm／min范圍內(nèi)無級調(diào)速, 快進(jìn)行程為200mm，工進(jìn)行程為50mm，最大切削力為25kN，運(yùn)

20、動部件總重量為15 kN，加速（減速）時間為0.1s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。</p><p>　　該系統(tǒng)工作循環(huán)為：快進(jìn)——工進(jìn)——快退——停止</p><p>　　1.2負(fù)載與運(yùn)動分析</p><p>　　1.2.1 負(fù)載分析</p><p>　　已知工作負(fù)載 按啟動換向時間和運(yùn)動部件重量計算得到慣性負(fù)載摩擦阻

21、力</p><p>　　取液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸各工作階段的負(fù)載值，見表1所列。</p><p>　　表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力</p><p>　　根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動時間，即可繪制出負(fù)載循環(huán)圖F-s 和速度循環(huán)圖-s，如圖1和圖2所示。</p><p><b>　　圖1</b></p&g

22、t;<p><b>　　圖2</b></p><p>　　二、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定</p><p>　　2.1初選液壓缸工作壓力</p><p>　　根據(jù)要求可確定液壓缸為差動式液壓缸。</p><p>　　經(jīng)負(fù)載分析和計算可知液壓缸驅(qū)動的最大負(fù)載是在工進(jìn)階段為29478N由參考表9-3，初選液壓缸的工作壓

23、力p1=4MPa。</p><p>　　2.2計算液壓缸主要尺寸</p><p>　　2.2.1 初選液壓缸的工作壓力</p><p>　　鑒于動力滑臺快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時液壓缸差動連接。工進(jìn)時為防止孔鉆通時負(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，參考教材表9-1選此背壓為p2=0.6MPa。&

24、lt;/p><p>　　2.2.2計算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　進(jìn)而由表9-1可確定工進(jìn)時的背壓力為Pb=0.5-1.5,我們?nèi)b=0.5MPa， =0.90。根據(jù)差動缸定義有A1=2A2，則d=0.707D，由工進(jìn)工況下液壓的平衡力平衡方程,可得</p><p><b>　　液壓缸的內(nèi)徑</b></p><p>

25、;　　對D圓整，取D=100mm 由d=0.707D，經(jīng)過圓整得d=70mm</p><p>　　計算出液壓缸的有效面積</p><p>　　工進(jìn)時采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量，設(shè)計要求最低工進(jìn)速度，經(jīng)驗算可知滿足式（9-1）要求。</p><p>　　2.2.3.根據(jù)計算出的液壓缸的尺寸</p><p>　　可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各

26、階段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖3所示。</p><p>　　表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值</p><p>　　注：1. Δp為液壓缸差動連接時，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取Δp=0.5MPa。</p><p>　　2. 快退時，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。</p><p>

27、;　　三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　3.1主體方案的確定</p><p>　　由表7可知，本系統(tǒng)屬于速度變化不大的小功率固定作業(yè)系統(tǒng)，因而首先考慮性能穩(wěn)定的雙定量泵供油，差動缸差動快進(jìn)和高速閥進(jìn)口節(jié)流高速的開式系統(tǒng)方案。這樣，既滿足液壓缸工進(jìn)的高壓小流量要求，既考慮了節(jié)能問題，又兼顧了工作可靠性問題。</p><p><b>　　3.2基本回

28、路確定</b></p><p>　　3.2.1供油回路 </p><p>　　按主題方案，供油回路采用雙定量泵供油回路，見圖4所示。</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　3.2.2選擇調(diào)速回路 </p><p>　　由圖4可知，這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小

29、，滑臺運(yùn)動速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時負(fù)載突然消失引起運(yùn)動部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　3.2.3 選擇速度換接回路 </p><p>　　由于本系統(tǒng)滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn) 時，速度變化大（v1/v2=0.1/(0.8×10-3）=125),為減少速度換接時的

30、液壓沖擊，選用行程閥制的換接回路，如圖5所示。</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　3.2.4 選擇快速運(yùn)動和換向回路 </p><p>　　本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動回路實現(xiàn)快速運(yùn)動?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸

31、差動連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖6所示。</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　3.2.5 方向控制回路</p><p>　　為了滿足液壓缸停止，啟動，換向和液壓缸差動控制，圖6給出了利用三位五通電液換向閥為主的方向控制回路。圖中的單向閥建立了電液換向閥所需的控制壓力。</p><p>

32、　　3.2.6選擇定位夾緊回路 </p><p>　　此回路采用順序閥控制的順序動作回路，圖7所示。</p><p>　　這種回路采用了單向自控順序閥對兩缸進(jìn)給和退回雙向順序控制，起到先定位，夾夾緊再松開，后拔定位銷原位停止的功能。緊再松開，后拔定位銷原位停止的功能。</p><p><b>　　圖7</b></p><p

33、>　　3.3液壓系統(tǒng)原理圖綜合</p><p>　　將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖。在圖中，為了解決滑臺工進(jìn)時進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥。為了避免機(jī)床停止工作時回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺運(yùn)動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥7。考慮到這臺機(jī)床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個壓

34、力繼電器10。（見后附圖）</p><p>　　四、計算和選擇液壓元件及輔件</p><p>　　4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率</p><p>　　4.1.1計算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進(jìn)時工作壓力最大，最大工作壓力為p1=3.86MPa，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)

35、速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=1MPa，繼電器的可靠動作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為</p><p>　　?p+pe=3.86+1+0.5=5.36MPa</p><p>　　大流量泵只在快進(jìn)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為p1=1.73MPa，比快進(jìn)時大?？紤]到快退時進(jìn)油不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油

36、路上的總壓力損失∑?p=0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為</p><p>　　P1+∑?P=1.73+0.5=2.23 MPa</p><p>　　4.1.2計算液壓泵的流量</p><p>　　由表7可知，液壓缸快進(jìn)時所需最大流量為0.385×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，</p><p><

37、b>　　則泵的最小供油量為</b></p><p>　　考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時的流量為0.768×10-5 m3/s =0.45L/min，則小流量泵的流量最少應(yīng)為3.45L/min。</p><p>　　4.1．3確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率</p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱手冊可知，并考慮液壓泵

38、存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片泵。其轉(zhuǎn)速為，容積效率時，雙聯(lián)泵同時供油流量為；而</p><p>　　由表7得知，液壓缸在快退時輸入功率最大，若取液壓泵總效率ηp=0.8，這時液壓泵的驅(qū)動電動機(jī)功率為</p><p><b>　　W</b></p><p>　　根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L—6型電

39、動機(jī)，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。</p><p>　　4.2確定其它元件及輔件</p><p>　　4.2.1 確定閥類元件及輔件</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表8所列。其中，溢流閥4按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥13選用Q—6B型，其最小穩(wěn)定流量為0

40、.03 L/min，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時的流量0.5L/min。</p><p>　　表8液壓元件規(guī)格及型號</p><p>　　*注：此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940r/min時的流量。</p><p>　　4.2.2 確定油管</p><p>　　在選定了液壓泵后，液壓缸在實際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動階段的運(yùn)動速度、時間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原

41、定數(shù)值不同，重新計算的結(jié)果如表9所列。</p><p>　　表9各工況實際運(yùn)動速度、時間和流量</p><p>　　表10允許流速推薦值</p><p>　　由表9可以看出，液壓缸在各階段的實際運(yùn)動速度符合設(shè)計要求。</p><p>　　根據(jù)表9數(shù)值，按表10推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分

42、別為</p><p>　　為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼管。</p><p><b>　　4.2.3確定油箱</b></p><p>　　油箱的容量按式估算，其中α為經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)，α=2～4；中壓系統(tǒng)，α=5～7；高壓系統(tǒng)，α=6～12。現(xiàn)取α=4，得</p><p&g

43、t;　　五、驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升</p><p>　　由于工進(jìn)在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來計算。在工進(jìn)時，大流量泵經(jīng)液控順序閥7卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失：</p><p>　　液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率：</p><p>　　工進(jìn)時液壓缸輸出的有效功率： </p><p>　

44、　由此可計算出系統(tǒng)的功率損失為： </p><p><b>　　油箱散熱面積A為</b></p><p>　　取油箱的散熱系數(shù) </p><p>　　這個溫升小于機(jī)床油液和油箱允許溫升，所以不需要強(qiáng)制散熱。</p><p><b>　　六、設(shè)計小結(jié)</b

45、></p><p>　　通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。 在本次設(shè)計中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識，于是圖書館成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識是有限

46、的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我們受益非淺。 在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強(qiáng)了信心。</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李異何，丁問思，孫

47、海平主編.液壓與氣動技術(shù).第一版.北京：國防工業(yè)出版社，2006.2</p><p>　　[2] 陳奎生主編.液壓與氣壓傳動.第一版.北京：武漢理工大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[3] 謝家瀛主編.組合機(jī)床設(shè)計簡明手冊.第一版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　[4] 楊培元主編.液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊.第一版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20