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課程設計說明書
題 目: 液壓與氣動技術(shù)
——臥式鉆鏜組合機床液壓系統(tǒng)設計
姓 名: 鄭義強
學 號: 1 5 0 6 2 4 0 1 3 0
系 別: 機電工程與自動化學院
專 業(yè): 機械設計與制造
班 級: 15機械1
指導教師:
2、 陳佳彬
黎明職業(yè)大學
2017年6月27日
目錄
1.設計任務 1
1.1設計要求 1
1.2設計參數(shù) 1
1.3主要內(nèi)容 1
2.工況分析 2
2.1負載圖及速度圖 2
2.1.1負載分析 2
2.1.2負載圖、速度圖 3
2.2工況分析圖 4
3.方案確定 5
3.1選擇液壓回路。 5
3.1.1調(diào)速回路及油源形式 5
3.1.
3、2快速回路及速度換接回路 5
3.1.3換向回路 6
3.1.4行程終點的控制方式 6
4.計算和選擇液壓元件 6
4.1確定液壓泵的規(guī)格和電機功率 6
4.1.1壓泵工作壓力的計算 6
4.2液壓閥的選擇 7
4.3確定管道尺 8
4.3.1壓油管道 8
4.3.3回油管道 9
4.4確定郵箱容量 9
5.組成液壓系統(tǒng)圖 9
6.液壓系統(tǒng)主要性能的估算 10
6.1液壓缸的速度 10
6.2系統(tǒng)的效率 11
6.2.1回路中的壓力損失 12
6.2.2液壓泵的工作壓力 13
6.
4、2.3順序閥的調(diào)整壓力 13
6.3液壓回路和液壓系統(tǒng)的效率 14
19 / 22
1.設計任務
設計一臺臥式鉆、鏜組合機床液壓系統(tǒng)。該機床用于加工鑄鐵箱形零件的孔系,運動部件總重G=10000N,液壓缸機械效率為0.9,加工時最大切削力為12000N,工作循環(huán)為:“快進——工進——死擋鐵停留——快退——原位停止”??爝M行程長度為0.4m,工進行程為0.1 m??爝M和快退速度為0.1m/s,工進速度范圍為310~510m/s,采用平導軌,啟動時間為0.2s。要求動力部件可以手動調(diào)整,快進轉(zhuǎn)工進平穩(wěn)、可靠。
1.1 設計要求
設計一臺臥式鉆、鏜組合機床
5、液壓系統(tǒng)。該機床用于加工鑄鐵箱形零件的孔系,運動部件總重G=10000N,液壓缸機械效率為0.9,加工時最大切削力為12000N,工作循環(huán)為:“快進——工進——死擋鐵停留——快退——原位停止”。,
1.2 設計參數(shù)
快進行程長度為0.4m, 工進行程為0.1 m
快進和快退速度為0.1m/s 工進速度范圍為310~510m/s
1.3 主要內(nèi)容
1、進行工況分析,繪制工況圖。
2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖,繪制電磁鐵動作表
3、計算液壓系統(tǒng)及有關(guān)元件參數(shù),選擇液壓元件
4、液壓缸結(jié)構(gòu)設計
5、編寫設計說明書
6、2.工況分析
2.1負載圖及速度圖
2.1.1負載分析
a.切削力:
=12000N
b.摩擦阻力:
=0.210000=2000N
=0.110000=1000N
c.慣性阻力
=N=510N
d.重力阻力
因工作部件是臥式安置,故重力阻力為零。
e.密封阻力
將密封阻力考慮在液壓缸的機械效率中去,去液壓缸機械效率=0.9。
f.背壓阻力
背壓力查表選取。
根據(jù)上述分析課算出液壓缸在各動作階段中的負載,見下表。
工況
計算公式
液壓缸負載F/N
液壓缸推力
啟動
2000
2222
加速
1510
1678
快
7、速
1000
1111
工進
13000
14444
快退
1000
1111
2.1.2負載圖、速度圖。
快進速度與快退速度相等,即==0.1m/s。行程分別為=0.4m,=0.5m;工進速度=m/s,行程=0.1m。負載圖和速度圖如下。
2-1負載圖
2-2 速度圖
2.2工況分析圖。
液壓缸工作循環(huán)中各動作階段的壓力、流量和功率的實際使用值,見下表。
工況
負載F/N
液壓缸
計算公式
回油壓力/MPa
輸入流
8、量q/(L/min)
進油腔壓力/MPa
輸入功率P/kW
快進
啟動
2222
—
—
0.788
—
加速
1678
=+=+0.5
—
1.100
—
恒速
1111
16.92
0.899
0.254
工進
14444
0.6
0.102~1.701
2.849
0.005~0.081
快退
啟動
2222
—
—
0.780
—
加速
1678
0.5
—
1.584
—
恒速
1111
17.1
1.385
0.395
根據(jù)上表可繪制液壓缸的工況圖,如下圖所
9、示。
2-3工況圖
3.方案確定
3.1選擇液壓回路。
3.1.1調(diào)速回路及油源形式。
由工況圖可知,該機床液壓系統(tǒng)功率小,速度較低;鉆鏜加工為連續(xù)切削,切削力變化小。故采用節(jié)流調(diào)速回路。為增加運動的平穩(wěn)性,為防止當工件鉆通時工作部件突然前沖,采用調(diào)速閥的出口節(jié)流調(diào)速回路。
由工況圖還可以看出,該系統(tǒng)由低壓大流量和高壓小流量兩個階段組成。其最大流量與最小流量之比為=17.1/(0.102~1.701)=10.05~167.65,而相應的時間之比為=(20~333)/9=2.22~37。此比值很大
10、,為了節(jié)約資源,采用雙定量泵供油。
3.1.2快速回路及速度換接回路。
因系統(tǒng)要求快進,快退的速度相等,故快進時采用液壓缸差動連接的方式,以保證快進、快退時的速度基本相等。
由于快進、工進之間的速度相差較大,為減小速度換接時的液壓沖擊,采用行程閥控制的換接回路。
3.1.3換向回路。
由工況圖可看出,回路中流量較小,系統(tǒng)的工作壓力也不高,故采用電磁換向閥的換向回路。
在雙定量泵供油的油源形式確定后,卸荷和調(diào)壓問題都已基本解決,即工進時,低壓泵卸荷,高壓泵工作并由溢流閥調(diào)定其出口壓力。當換向閥處于中位時,高壓泵雖未卸荷,但功率損失不大,故不再采用卸荷回路,以便
11、油路結(jié)構(gòu)更加簡單。
3.1.4行程終點的控制方式。
在行程終點采用死擋鐵停留的控制方式。
上述選擇的液壓回路,如下圖所示。
3-1雙泵油源 3-2 調(diào)速及速度換接回路 3-3換向回路
4.計算和選擇液壓元件
4.1確定液壓泵的規(guī)格和電機功率。
4.1.1壓泵工作壓力的計算。
a.確定小流量泵的工作壓力。
小流量泵在快進、快退和工進時都向系統(tǒng)供油。最大工作壓力為=2.849MPa。在出口節(jié)流調(diào)速中,因進油路比較簡單,故進油路壓力損失取=0.5MPa,則小流量泵的最高工作壓力為
=+=2.849+0.5=3.349MP
12、a
b.確定大流量泵的工作壓力。
大流量泵只有在快進、快退中供油。由工況圖可知,最大工作壓力為=1.385MPa。若取此時進油路上的壓力損失為=0.5MPa,則大流量泵的最高工作壓力為
=+=1.385+0.5=1.885MPa
4.1.2液壓泵流量計算。
由工況圖知,液壓缸所需最大流量為17.1L/min,若取泄漏折算系數(shù)K=1.2,則兩個泵的總流量為
=17.11.2=20.52(L/min)
因工進時的最大流量為1.701L/min,考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量(3L/min),故小流量泵的流量最少應為4.701L/min。
4.1.3液壓泵規(guī)格的確定。
按式=[1+(2
13、5~60)%]=3.349[1+(25~60)%]=4.186~5.358MPa及=20.52(L/min)查設計手冊,選取型雙聯(lián)葉片泵,額定壓力為6.3MPa。
4.1.4電機功率的確定。
由工況圖得知,液壓缸最大功率=0.395kW,出現(xiàn)在壓力為1.385MPa、流量為17.1L/min的快退階段,這時泵站輸出壓力為1.885MPa,流量為22L/min。若取泵的總效率為=0.75,則電機所需功率為
P===0.92kW
查手冊選用功率為1.1kW、同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動機。
4.2液壓閥的選擇。
根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥的最大實際流量,選出各閥的規(guī)格見下表
14、。
序號
液壓元件名稱
通過的最大實際流量/(L/min)
型號
規(guī)格
接口尺寸
數(shù)量
1
雙聯(lián)葉片泵
10/12L/min
6.3MPa
1
2
溢流閥
10
Y-25B
25L/min
6.3MPa
1
3
順序閥
12
XY-25B
25L/min
6.3MPa
1
4
單向閥
12
I-25B
25L/min
6.3MPa
1
5
三位四通電磁換向閥
44
34D-63B
63L/min
6.3MPa
1
6
調(diào)速閥
3.4
Q-25B
25L/min
6.3MP
15、a
1
7、10
單向閥
22
I-25B
25L/min
6.3MPa
2
8
二位三通機動換向閥
22
23C-25B
25L/min
6.3MPa
1
9
壓力繼電器
—
DP1-63B
調(diào)壓范圍1~6.3MPa
1
11
二位二通電磁換向閥
22
22D-25B
25L/min
6.3MPa
1
12
濾油器
22
XU-40100
40L/min
100
1
13
壓力表開關(guān)
—
K-6B
6.3MPa
1
選擇液壓元件時,在滿足要求的條件下,應盡量選擇使各元件的接口尺
16、寸相一致,以便管道的選擇和安裝方便。
4.3確定管道尺寸
4.3.1壓油管道
由式(5-12)有
d=2
按已選定的標準元件的接口尺寸取d=12mm
4.3.2吸油管道
d=2
取d=25mm
4.3.3回油管道
d=2
取d=25mm
3種管道皆為無縫鋼管。
4.4確定郵箱容量
按推薦公式V=(5~7),取V=622=132L
5組成液壓系統(tǒng)圖。
液壓系統(tǒng)圖、動作循環(huán)圖及電磁鐵動作循環(huán)
5-1液壓系統(tǒng)圖
5-2動作循環(huán)圖
5-3電磁鐵動作循環(huán)表
6.液壓系統(tǒng)主要性能的估算
17、6.1液壓缸的速度
在液壓系統(tǒng)各個組成元件確定之后,液壓缸在實際快進、工進和快退時的輸入、排出流量和移動速度,已與題目原來所要求的數(shù)值不盡相同,故需要重新估算。估算結(jié)果如表。
輸入流量/(L/min)
排出流量/(L/min)
移動速度/(m/min)
快進(差動)
=44.234-22
=22.234
=
=7.8
工進
=0.102~1.701
=
=0.051~0.855
=0.018~0.3
快退
==22
=
=43.77
=
=7.72
6.2系統(tǒng)的效率
6.2.1回路中的壓力損失
管道
18、直徑按選定元件的接口尺寸確定,即d=12mm,回路中進、回油管道長度暫取l=12m估算。油液的運動粘度取v=75。
系統(tǒng)中有關(guān)元件的額定壓力損失如表
34D-63B
22D-25B
23C-25B
I-25B
Q-25B
XY-25B
4
2
1.5
2
5
3
a.快進時的回路壓力損失
快進時進油管中的流態(tài)為層流,即
Re=vd/v=4,故進油管的沿程壓力損失為
進油管的局部壓力損失估取為
進油路上,油液只經(jīng)過1個三位四通電磁換向閥5,參照表8.11,該閥上的局部壓力損失為
由此得快進時油路上的壓力損失為
同理,可以判
19、斷出回油管道中也是層流。
此時,回油經(jīng)過閥11和閥8,回油量為=22.234L/min。兩閥局部壓力損失為
由此可得快進時回油路上的壓力損失為
將回油路上的壓力損失折算到進油路上,得出差動快速時進油路上的壓力損失為
這個數(shù)值的精確值是閥3的調(diào)整壓力的下限參考之一。
b.工進時的回路壓力損失
同理,計算工進時的進油路上的最大壓力損失為
回油路上的最大壓力損失(取調(diào)速兩端最小壓差為5)為
整個回路的壓力損失為
c.快退時的回路壓力損失
快退時整個回路壓力損失為
6.2.2液壓泵的工作壓力。
小流量泵在工進時的工作壓力可按式(8-14)求出
20、,但此時液壓缸的工作壓力需要從新計算,即
=28.5910(Pa)
此值是溢流閥調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。
6.2.3順序閥的調(diào)整壓力
順序閥在快進、快退時關(guān)閉,工件時打開,其調(diào)整壓力必須保證關(guān)得住,開得及時。由表8.8知,液壓缸在快進、快退時的負載相同,但回路中的壓力損失不同,快退時為(快進時為)。故快退時大流量泵的壓力出現(xiàn)最高值,即
=18.2510(Pa)
故閥3的調(diào)整壓力應為:28.5910Pa>>18.2510Pa
6.3液壓回路和液壓系統(tǒng)的效率
液壓缸的工作壓力為
=28.1210Pa
級閥3使大流量泵卸荷時的壓力損失為
=0.6910Pa
則回路效率為
=
21、0.0097~0.1626
泵的效率取=0.75,液壓缸效率取=0.9,(即設液壓缸的容積效率為1)則系統(tǒng)效率為
=0.75(0.0097~0.1626)0.9=0.0065~0.1098
由此可見,定量泵系統(tǒng)在低速工作時效率是很低的。
6.4液壓系統(tǒng)發(fā)熱與溫升的驗算
本題中,快進、工進和快退所占用的時間分別為
快進:
=3s
工進:
=20~333s
快進:
=3.9s
在整個工作循環(huán)中,快進占0.88% 11%,快退占1.14% 14%,工進占74% 98%,故溫升應按工進工況進行驗算。
工進時,液壓缸輸出的有用功率為
=13000(0.018~0.3)/60=3.9~65W
泵的輸入功率為
=653.7W
故得系統(tǒng)發(fā)熱量為
=653.7-(3.9~65)=588.7~649.8W
系統(tǒng)溫升可按式(8-23)計算(設通風良好)
=22.8~25.1(℃)
此值小于表中所規(guī)定的允許溫升值