臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 課程設(shè)計(jì)說明書 課程名稱：液壓與氣壓傳動(dòng) 題目名稱：臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào): 指導(dǎo)老師： 評(píng)定成績(jī)： 教室評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)老師簽名： 20 年 月 日 機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 任務(wù)書 題 目 臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容及基本要求 設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式鉆、鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)。該機(jī)床用于加工鑄鐵箱形零件的孔系，運(yùn)動(dòng)部件總重G=10000N，液壓缸機(jī)械效率為0．9，加工時(shí)最大切削力為12000N，工作循環(huán)為：“快進(jìn)——工進(jìn)——死擋鐵停留——決退——原位停止”。行程長(zhǎng)度為0.4m，

2、工進(jìn)行程為0.1 m。快進(jìn)和快退速度為0.1m／s，工過速度范圍為310-4～510-3m／s，采用平導(dǎo)軌，啟動(dòng)時(shí)間為0.2s。要求動(dòng)力部件可以手動(dòng)調(diào)整，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)平穩(wěn)、可靠。 設(shè)計(jì)要求： 1）、繪制液壓原理圖。 2）、設(shè)計(jì)液壓站和油缸的裝配圖 包括：① 泵、電機(jī)和閥的選用 ② 油箱、油缸、閥座的零件設(shè)計(jì) 3）、課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。 設(shè)計(jì)起止時(shí)間 2014 年 5 月 19 日 至 2014年 5 月 24 日 學(xué)生簽名 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 目錄 第一章 緒論 4

3、 1.1 開發(fā)背景及系統(tǒng)特點(diǎn) 4 第二章 液壓系統(tǒng)的工況分析 4 第三章 負(fù)載圖和速度圖的繪制 5 第四章 液壓缸主要參數(shù)的確定 6 第五章 液壓系統(tǒng)的擬定 8 5.1 液壓回路的選擇 8 5.2 液壓回路的綜合 11 第六章 液壓元件的選擇 11 6.1 液壓泵 11 6.2 閥類元件及輔助元件 13 6.3 油管和油箱 13 第七章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 14 7.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 14 7.2 油液溫升驗(yàn)算 16 第八章 設(shè)計(jì)總結(jié)

4、 17 參考文獻(xiàn) 17 臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書 第一章 緒論 1.1 開發(fā)背景及系統(tǒng)特點(diǎn) 本次課程設(shè)計(jì)將以組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，其中包括組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗(yàn)算等。 組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具而組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。組合機(jī)床兼有低成本和高效率的

5、優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時(shí)加工的方式，能完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈活、操作方便、調(diào)速范圍大、可無(wú)級(jí)連讀調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在組合機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。 第二章液壓系統(tǒng)的工況分析 一、工作負(fù)載 工作負(fù)載是在工作過程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，即 =12000N 二、慣性負(fù)載 最大

6、慣性負(fù)載取決于移動(dòng)部件的質(zhì)量和最大加速度。已知加、減速時(shí)間為0.2s，工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，即快進(jìn)、快退速度為0.1m/s，因此慣性負(fù)載為： 三、阻力負(fù)載 阻力負(fù)載主要是工作臺(tái)的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力兩部分。 靜摩擦阻力 動(dòng)摩擦阻力 根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸在各個(gè)工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況，如下表所示： 注：1、液壓缸的機(jī)械效率為0.9 2、不考慮動(dòng)力滑臺(tái)上的顛覆力矩的作用

7、。 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表 運(yùn)動(dòng)階段 負(fù)載組成 負(fù)載F/N 推力/N 起動(dòng) = 2000 2222.2 加速 =+ 1510.2 1687 快進(jìn) = 1000 1111.1 工進(jìn) 13000 14444.4 快退 1000 1111.1 第三章 負(fù)載圖和速度圖的繪制 按上面計(jì)算的數(shù)值以及已知條件進(jìn)行繪制，即可繪制出負(fù)載和速度圖，如下所示： 速度圖 負(fù)載圖 第四章 液壓缸主要參數(shù)的確定 由《液壓傳動(dòng)》表11-2和表11-3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為14444.4N是宜取=4

8、MPa?？焱藭r(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取背壓值=0.6MPa。 取液壓缸無(wú)桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的2倍 故有 快進(jìn)速度V快=0.1m/s，工進(jìn)速度V工進(jìn)=0.005m/s,相差很大,應(yīng)進(jìn)行差動(dòng)換接,取k= A2/ A1=0.5,則： d = 0.707D=0.70775.83=53.62mm， 根據(jù)GB/T2348—2001對(duì)液壓缸缸筒內(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=80mm，活塞桿直徑為d=60mm。 中低壓液壓系統(tǒng),由其切削加工性能確定液壓缸筒壁厚，按薄壁圓筒計(jì)算壁厚：

9、額定工作壓力： Pn=7MPa<16MPa 試驗(yàn)壓力為： Py=1.5Pn=1.57=10.5MPa 許用應(yīng)力?。? （ 取安全系數(shù)n=5） 此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量q=0.05L/min因工進(jìn)速度為0.00265m/s為最小速度，則有 ≥q/v=50000/15.9=3145 因?yàn)?5024≥3145，滿足最低速度的要求。 初步確定液壓缸流量為： 快進(jìn)：=30L/min

10、 =15L/min =15L/min 工進(jìn)：=0.8L/min 根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率值，如下表所示： 工作循環(huán) 計(jì)算公式 負(fù)載F （N） 進(jìn)油壓力（Mpa） 回油壓力（Mpa） 所需流量Q（L/min） 輸入功率P(kw) 差動(dòng)快進(jìn) Pj=(F+△p A2)/（A1-A2） Q=v（A1-A2） P= PjQ 1111.1 0.78 0.5 16.

11、95 0.22 工進(jìn) Pj=(F+Ph A2)/A1 Q=v A1 P= PjQ 14444.44 3.23 0.8 1.51 0.081 快退 Pj=(F+Ph A1)/ A2 Q=v A2 P= PjQ 1111.11 1.68 0.6 13.19 0.369 第五章 液壓系統(tǒng)圖的擬定 5.1液壓回路的選擇 首先要選擇調(diào)速回路。這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，故采用節(jié)流調(diào)速的開式回路是合適的，為了增加運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，

12、防止鉆孔時(shí)工件突然前沖，系統(tǒng)采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路中加背壓閥。 從工況圖中可以清楚地看到，在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，液壓缸要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流量的油源。最大流量和最小流量之比約為11，而快進(jìn)快退的時(shí)間和工進(jìn)所需的時(shí)間分別為： 即是/=3。因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度上來(lái)說，采用單個(gè)定量泵作為油源顯然是不合適的，而宜選用大、小兩個(gè)液壓泵自動(dòng)并聯(lián)供油的油源方案。如下圖所示： 雙泵供油油源 其次是選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路。系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速回路后，不管采用什么油源形式都必須有

13、單獨(dú)的油路直接通向液壓缸的兩腔，以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)中，單桿液壓缸要作差動(dòng)連接，所以它的快進(jìn)快退換向回路，如下圖所示： 換向回路 再次是選擇速度緩解回路，工況圖可以看出，當(dāng)動(dòng)力頭部件從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)滑臺(tái)速度變化較大，可選用行程閥來(lái)控制快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的速度換接，以減少液壓沖擊，圖如下所示： 速度換接回路 夾緊回路的選擇，用三位四通電磁閥來(lái)控制夾緊、松開換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持夾緊力，所以單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定， 圖示如下所示：5.2液壓回路的綜

14、合 液壓回路的綜合和整理 　　　 第六章 液壓元件的選擇 6.1液壓泵 工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，取進(jìn)油總壓力損失Σ=0.5MPa,壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差0.5MPa,則液壓泵最高工作壓力 Pp=+Σ+0.5MPa=4.8MPa 因此泵的額定壓力Pr≥1.254800000Pa=6MPa 工進(jìn)時(shí)所需要流量最小是0.8L/min,設(shè)溢流閥最小流量為2.5L/min,則小流量泵的流量 ≥（1.1*0.32+2.5）L/min=2.85L/min 快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量為15.4L/min,則泵總流量 qp=1.1*15.4L/m

15、in=16.9L/min。即大流量泵的流量 ≥qp-=（16.9-2.85）L/min=14L/min 根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力6.3MPa，額定轉(zhuǎn)速960r/min 二、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率 系統(tǒng)為雙泵共有系統(tǒng)，其中小泵的流量=（0.04/60）/s=0.000667/s 大泵的流量=（0.012/60）/s=0.0002/s 差動(dòng)快進(jìn)，快退時(shí)的兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載?？爝M(jìn)時(shí)，小泵的出口壓力損失0.45MPa，大泵出口損失0.15MPa。 小泵出口壓力=1.26MPa(總功率=0.5) 大泵出口壓力=1

16、.41MPa（總功率=0.5) 電動(dòng)機(jī)功率=/+/=0.73Kw 工進(jìn)時(shí)調(diào)速閥所需要最小壓力差0.5MPa。壓力繼電器可靠需要?jiǎng)恿Σ?.5MPa。因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力=+0.5+0.5=4.8Pa. 大泵的卸載壓力取=0.2Pa 小泵的總功率=0.565 大泵總功率=0.3 電動(dòng)機(jī)功率=/+/=0.7Kw 快退時(shí)小泵出口壓力=1.65MPa(總功率=0.5) 大泵出口壓力=1.8MPa(總功率=0.5) 電動(dòng)機(jī)功率=/+/=0.9Kw 快退時(shí)所需的功率最大。根據(jù)查樣本選用Y90L-6異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率1.1Kw。額定轉(zhuǎn)速910r/min 6.2閥類元件及輔助元

17、件 液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、換向閥、單項(xiàng)閥等閥類元件以及濾油器、空氣濾清器等輔助元件。 閥類元件的選擇 序號(hào) 元件名稱 最大通過流量 規(guī)格 額定流量 額定壓力MPa 型號(hào) 1 三位五通電磁閥 20 63 6.3 35-63BY 2 行程閥 20 63 6.3 AXQF-E10B (單向行程調(diào)速閥) 3 調(diào)速閥 1.51 10 6.3 4 單向閥 20 25 6.3 5 單向閥 18 25 6.3 AF3-Ea10B 6 液控順序閥 16 25 6.3 XF3-E10B 7 背壓閥 0.12

18、5 10 6.3 YF3-E10B 8 溢流閥 4 10 6.3 YF3-E10B 9 單向閥 16 25 6.3 AF3-Ea10B 10 單向閥 16 25 6.3 AF3-Ea10B 11 過濾器 30 60 — XU-63x80-J 12 壓力繼電器 — — — HED1kA/10 6.3油管和油箱 各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、輸出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵的具體選定之后液壓缸在各階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算如表所示 液壓缸的進(jìn)、出流量和運(yùn)動(dòng)速度

19、流量、速度 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流量/(L/min) 排出流量/(L/min) 運(yùn)動(dòng)速度/(m/min) 當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/min時(shí)，可算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： 這兩根有關(guān)按GB/T2351-2005選用外徑mm、內(nèi)經(jīng)mm的無(wú)縫鋼管。 油箱容積按公式計(jì)算，當(dāng)去K為6時(shí)，求得其容積為V=640=240L，按GB2876-81規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。 第七章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 7.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)

20、整值 一、工進(jìn) 工進(jìn)時(shí)管路的流量?jī)H為0.8L/min,因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部損失都非常小，可以忽略不計(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的損失0.5MPa，回油路上只有背壓閥損失，小流量泵的調(diào)整壓力：Pp= +0.5+0.5=4.8MPa 二、快退時(shí)的壓力損失及大流量泵卸載壓力的調(diào)整 快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度為1.8m，有油管直徑d=0.015m，通過的流量為進(jìn)油路 =16L/min，回油路 =32L/min。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為15℃，有手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)黏度V=1.5st，油的密度P=900kg/ ，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式 則進(jìn)油路中的

21、液流雷諾數(shù)為：R=10000vd/r=151<2300 回油路中液流的雷諾數(shù)為：R=302<2300 由上可知，進(jìn)回油路的流動(dòng)都是層流 進(jìn)油路上，流速 則壓力損失為：Σ =64lp /Rd2=0.52MPa 在回油路上，流速為進(jìn)油路速的兩倍即V=3.02m/s， 則壓力損失為：Σ =1.04MPa 三、局部壓力損失 元件名稱 額定流量 實(shí)際流量 額定壓力損失 實(shí)際壓力損失 單向閥 25 16 2 0.082 電液換向閥 25 16 2 0.082 電磁閥 63 16 4 0.026 順序閥 63 16 4 0.02

22、6 取集成塊進(jìn)油路的壓力損失0.03MPa，回油路壓力損失為0.05MPa，則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為： P1=0.082+0.082+0.026+0.082+0.03=0.275MPa P2=0.082+0.082+0.026+0.082+0.026+0.05=0.348MPa 快退負(fù)載時(shí)液壓缸負(fù)載F=1111N，則快退時(shí)液壓缸的工作壓力 P=（F+P2A1）/A2=1.16MPa 快退時(shí)工作總壓力為 P+P1=1.435MPa 大流量泵卸載閥的調(diào)整壓力應(yīng)大于1.435MPa 綜上，各種工況下世紀(jì)壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近，說明液壓系統(tǒng)滿足要求

23、7.2 油液溫升驗(yàn)算 系統(tǒng)的主要發(fā)熱是在工進(jìn)階段造成的 工進(jìn)時(shí)輸入功率：P1=701Kw 工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率：P2=FV=(144440.00265)W=38.3W 系統(tǒng)總發(fā)熱功率Φ=P1-P2=662.7W 已知油箱容積V=250L，則油箱近似散熱面積A=2.58 假定通風(fēng)良好，取消散熱系數(shù)Cr=0.015Kw/( ℃)可得油液升溫為 T1=Φ/CrA=17.1℃ 設(shè)環(huán)境溫度T2=25℃則熱平衡溫度為 T=T1+T2=42.5℃≤55℃ 所以油箱散熱可達(dá)到要求 第八章 設(shè)計(jì)總結(jié) 本次液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)耗費(fèi)了整整一個(gè)周的時(shí)間。在這

24、一周的課程設(shè)計(jì)中，能學(xué)到的東西真的很有限，但是不能說一點(diǎn)收獲都沒有，我想我知道了一般機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架而且我也掌握了設(shè)計(jì)一個(gè)液壓系統(tǒng)的步驟，本次課程設(shè)計(jì)是我們對(duì)所學(xué)知識(shí)運(yùn)用的一次嘗試，是我們?cè)谝簤褐R(shí)學(xué)習(xí)方面的一次有意義的實(shí)踐。 一開始做課程設(shè)計(jì)時(shí)自己根本就不知道從哪兒開始做，看著書本的以及各種參考書費(fèi)了很長(zhǎng)時(shí)間才慢慢的搞懂，本次設(shè)計(jì)涉及了液壓傳動(dòng)的大部分知識(shí)，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，這也是我們大學(xué)期間一次難得機(jī)會(huì)，總之是獲益匪淺。 參考文獻(xiàn) 1.《液壓與氣壓傳動(dòng)》 張?jiān)?西安交通

25、大學(xué)出版社 2．《液壓傳動(dòng)》 王積偉.章宏甲.機(jī)械工業(yè)出版社 3.《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件選型手冊(cè)》 周恩濤.機(jī)械工業(yè)出版社 4. 《液壓傳動(dòng)與控制》（第二版） 國(guó)防工業(yè)出版社 臥式鉆、鏜組合機(jī)床的液壓動(dòng)力系統(tǒng)圖 1、大泵，2、小泵，3、濾油器，4、外控順序閥，5、單向閥， 6、溢流閥，，7、電液換向閥，8、單向行程調(diào)速閥，，9、壓力繼電器，10、主液壓缸，11、二位三通電磁換向閥，12、背壓閥，13、二位二通換向閥，

26、 A、快進(jìn)： 1YA通電，電液換向閥左位工作， 大泵→單向閥5→電液換向閥7→行程閥14→主液壓缸無(wú)桿腔 小泵2→單向閥5→電液換向閥7→行程閥14→主液壓缸無(wú)桿腔 液壓缸有桿腔→電磁閥11→電液換向閥7→單向行程調(diào)速閥8→油箱（差動(dòng)換接） B：工進(jìn)： 　3YA通電，切斷差動(dòng)油路， 快進(jìn)行程到位，擋鐵壓下行程閥8，切斷快進(jìn)油路，3YA通電，切斷差動(dòng)油路，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，液壓系統(tǒng)工作壓力升高到溢流閥5調(diào)定壓力，進(jìn)油路高壓油切斷單向閥5供油路,打開外控順序閥4，大泵卸荷，接通經(jīng)背壓閥12通油箱油路。 大泵→外控順序閥4（卸荷閥）→油箱（大泵卸荷） 小泵2→→電液換向閥7→

27、單向行程調(diào)速閥8→主液壓缸無(wú)桿腔 主液壓缸有桿腔→電磁閥11→電液換向閥7→背壓閥12→油箱 C、快退： 1YA斷電，2YA、3YA、4YA通電 工進(jìn)結(jié)束，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，1YA斷電，2YA、3YA、4YA通電 大泵→單向閥5→電液換向閥7→電磁閥11→主液壓缸有桿腔 小泵2→單向閥5→電液換向閥7→電磁閥11→主液壓缸有桿腔 主液壓缸無(wú)桿腔→單向行程調(diào)速閥8→電液換向閥7→電磁閥13→油箱 小泵2→單向行程調(diào)速閥8→電液換向閥7→電磁閥13→油箱 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)信，6YA通電，下步工件松夾。 D、工件松夾： 6YA通電 壓力油→減壓閥14→單向閥15→電磁閥→定位缸19和定位缸18的有桿腔 定位缸19無(wú)桿腔→電磁閥→油箱 夾緊缸18無(wú)桿腔→單向順序閥的單向閥→電磁閥→油箱 工件松夾后發(fā)出信息，操作人員取出工件。