液壓系統(tǒng)課程設計-- 組合機床液壓系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　梧州學院</b></p><p>　　《液壓與氣動》課 程 設 計</p><p>　　題 目： 組合機床液壓系統(tǒng)設計 </p><p>　　系 、班級： 電子系09機械5班 </p><p>　　姓 名： Z A <

2、/p><p>　　指導教師： 劉兆紅 </p><p><b>　　二零一二年六月一日</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　一．設計目的、要求及題目2</p><p><b>　?、逶O計的目的

3、2</b></p><p><b>　?、嬖O計的要求2</b></p><p><b>　?、缭O計題目3</b></p><p>　　二．負載——工況分析4</p><p><b>　　1．工作負載4</b></p><p><

4、;b>　　2．摩擦阻力4</b></p><p><b>　　3．慣性負荷4</b></p><p>　　三．繪制負載圖和速度圖5</p><p>　　四．初步確定液壓缸的參數(shù)6</p><p>　　1．初選液壓缸的工作壓力。6</p><p>　　2．計算液壓缸尺寸。

5、6</p><p>　　3．液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計算值如下表6</p><p>　　4．繪制液壓缸的工況圖（圖3）8</p><p>　　五．擬定液壓系統(tǒng)圖9</p><p>　　1．選擇液壓基本回路9</p><p>　　2．組成系統(tǒng)圖11</p><p>　

6、　六．選擇液壓元件12</p><p>　　1．確定液壓泵的容量及電動機功率13</p><p>　　2．控制閥的選擇13</p><p>　　3．確定油管直徑14</p><p>　　4．確定油箱容積15</p><p>　　七． 液壓系統(tǒng)的性能驗算16</p><p>　　1．液

7、壓系統(tǒng)的效率16</p><p>　　2．液壓系統(tǒng)的溫升19</p><p><b>　　小　　結20</b></p><p><b>　　參考文獻20</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　液壓系統(tǒng)是以電機

8、提供動力基礎，使用液壓泵將機械能轉化為壓力，推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出不同行程、不同方向的動作。完成各種設備不同的動作需要。液壓系統(tǒng)已經在各個工業(yè)部門及農林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應用，而且愈先進的設備，其應用液壓系統(tǒng)的部分就愈多。所以像我們這樣的大學生學習和親手設計一個簡單的液壓系統(tǒng)是非常有意義的。</p><p>　　關鍵詞：液壓傳動、穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng)</p&

9、gt;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Hydraulic system is powered motor basis, the use of hydraulic pump will translate into pressure on the mechanical energy, promote the hydraulic oil. Throu

10、gh various control valves to change the flow of hydraulic oil, thus promoting the hydraulic cylinders made of different itinerary, the movements in different directions. All kinds of different equipment to complete the a

11、ctions required. Hydraulic system has been in various industrial sectors and agriculture, forestry, animal husbandry and fishe</p><p>　　Key words: hydraulic transmission, control system, hydraulic system<

12、/p><p>　　一．設計目的、要求及題目</p><p><b>　?、逶O計的目的</b></p><p>　　液壓傳動課程設計是本課程的一個綜合實踐性教學環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的： </p><p>　　1.鞏固和深化已學知識，掌握液壓系統(tǒng)設計計算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學生工程設計能力和綜合分析問題、解決問

13、題能力； </p><p>　　2.正確合理地確定執(zhí)行機構，選用標準液壓元件；能熟練地運用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)； </p><p>　　3.熟悉并會運用有關的國家標準、部頒標準、設計手冊和產品樣本等技術資料。對學生在計算、制圖、運用設計資料以及經驗估算、考慮技術決策、CAD技術等方面的基本技能進行一次訓練，以提高這些技能的水平。</p><p&

14、gt;<b>　?、嬖O計的要求</b></p><p>　　1.設計時必須從實際出發(fā)，綜合考慮實用性、經濟性、先進性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強調先進性。并非是越先進越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨考慮簡單、經濟；</p><p>　　2.獨立完成設計。設計時可以收集、參考

15、同類機械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡單地抄襲；</p><p>　　3.在課程設計的過程中，要隨時復習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。不能直接向老師索取答案。</p><p>　　4.液壓傳動課程設計的題目均為中等復雜程度液壓設備的液壓傳動裝置設計。具體題目由指導老師分配，題目附后；</p><p>　　5.液壓傳動課程設計一

16、般要求學生完成以下工作：</p><p>　?、旁O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><b>　?、缭O計的題目</b></p><p>　　一臥式單面多軸鉆孔組合機床的液壓系統(tǒng)，要求液壓系統(tǒng)完成的工作循環(huán)是：快進—工進—快退—

17、停止,系統(tǒng)參數(shù)如下表,動力滑臺采用平面導軌，其靜、動摩擦系數(shù)分別為0.14、0.09往復運動的加減速時間要求不大于0.2s。 </p><p>　　二．負載——工況分析</p><p><b>　　1. 工作負載</b></p><p>　　鉆孔時的主軸轉速n和每轉進給量s按《組合機床設計手冊》選取</p><p>　

18、　對15.8mm的孔，，</p><p>　　對6.5mm的孔，，</p><p>　　對9.5mm的孔，，</p><p>　　代入式（6—3—1）求得</p><p><b>　　2. 摩擦阻力</b></p><p><b>　　靜摩擦阻力</b></p>

19、<p><b>　　動摩擦阻力</b></p><p><b>　　3. 慣性負荷</b></p><p>　　查液壓缸的機械效率，可計算出液壓缸在各工作階段的負載情況，如下表表1所示：</p><p>　　表1 液壓缸各階段的負載情況</p><p>　　三．繪制負載圖和速度圖<

20、/p><p>　　負載圖按上面計算出的數(shù)值繪制，如圖1所示。速度圖已按已知數(shù)值快進和快進速度、快進行程、工進行程、快退行程和工進速度等繪制。</p><p>　　a) b）</p><p>　　四．初步確定液壓缸的參數(shù)</p><p>　　1． 初選液壓缸的工作壓力。<

21、/p><p>　　所設計的動力滑臺在工進時負載最大，其值為40800N,在其它工況負載都比它低，參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力=4MPa。</p><p>　　表2 按負載選擇工作壓力</p><p>　　表3 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　2．計算液壓缸尺寸。</p><p>　　鑒于動力滑臺快進

22、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，快進時液壓缸差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔工作面積應為有桿腔工作面積的兩倍。即活塞桿直徑與缸筒直徑呈的關系。</p><p>　　工進時為防止孔鉆通時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應有背壓，參考表1和表2選此背壓為4 MPa?？爝M時液壓缸雖然作差動連接，但由于油管中有壓降存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，參考表4，估算時取0.5MPa?？焱藭r回油

23、腔中是有背壓的，這時按MPa估算。</p><p>　　表4 執(zhí)行元件背壓力</p><p>　　由工進時的推力式計算液壓缸面積</p><p><b>　　有 </b></p><p>　　缸筒直徑： </p><p>　　參考表5及表6，得活塞桿直徑：d 0.71D =85.2mm，

24、圓整后取標準數(shù)值得 D=120mm， d=85mm。</p><p>　　表5 按工作壓力選取d/D</p><p>　　表6 按速比要求確定d/D</p><p>　　注： 1—無桿腔進油時活塞運動速度；</p><p>　　2—有桿腔進油時活塞運動速度。</p><p>　　由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為<

25、;/p><p>　　根據計算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖2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，回油口到進油口之間的壓力損失，取Δp=0.5MPa 。</p><p>&l

26、t;b>　　3.。</b></p><p>　　2． 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　五．擬定液壓系統(tǒng)圖</b></p><p>　　1．選擇液壓基本回路</p>&

27、lt;p>　　(1) 選擇調速回路 由圖2可知，這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調速回路。為防止孔鉆通時負載突然消失引起運動部件前沖，在回油路上加背壓閥。</p><p>　　由于系統(tǒng)選用節(jié)流調速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內，液壓缸要求油源提供快

28、進、快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=45.4/0.54 84，而快進快退所需的時間和工進所需的時間分別為：</p><p>　　也就是。因此，從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來看，采用單個定量泵作為油源顯然是不合適的，而宜選用大、小兩個液壓泵自動并聯(lián)供油源方案（圖3a）。</p><p>　　(3) 選擇快速運動和換向回路 本系統(tǒng)已

29、選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運動回路實現(xiàn)快速運動?？紤]到從工進轉快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖3b所示。</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　(4) 選擇速度換接回路 由工況圖（圖2）中的曲線得知，當滑臺從快進轉為工進時，輸入液

30、壓缸的流量由45.4L/min降為0.54L/min，滑臺的速度變化較大，為減少速度換接時的液壓沖擊，宜選用行程閥控制的換接回路，如圖3c所示。當滑臺由工進轉為快退時，回路中通過的流量很大——進油路中通過45.08L/min，回油路中通過45.08×(113.1/56.35)L/min=90.48L/min。為了保證換穩(wěn)中有向平穩(wěn)起見，可采用電液換向閥換接回路（見圖3b），就不需再設置專用的元件或油路。</p>

31、<p>　　(5) 選擇調壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺工進時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調定，無需另設調壓回路。在滑臺工進和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺停止時雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設卸荷回路。</p><p><b>　　2．組成系統(tǒng)圖</b></p><p&

32、gt;　　為了實現(xiàn)工作臺快退選用具單向閥的調速閥，圖4為所設計的液壓系統(tǒng)圖。</p><p>　　圖4 整理后的液壓系統(tǒng)圖</p><p>　　1—雙聯(lián)葉片泵 2—三位五通電液閥 3—行程閥</p><p>　　4—調速閥 5、6、10、13—單向閥 7—順序閥</p><p>　　8—背壓閥 9—溢流閥 11—過濾器<

33、/p><p>　　12—壓力表 13—壓力繼電器</p><p><b>　　六．選擇液壓元件</b></p><p>　　1．確定液壓泵的容量及電動機功率</p><p>　?。?）計算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進時工作壓

34、力最大，最大工作壓力為4.006MPa，如在調速閥進口節(jié)流調速回路中，參考表8,選取進油路上的總壓力損失∑?p=0.8MPa，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差為=0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為</p><p>　　大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，由圖1可知，快退時液壓缸中的工作壓力比快進時大，如取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：</p><p

35、>　　由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為45.4L/min ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個泵的總流量為</p><p>　　考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進時的流量為0.54L/min，則小流量泵的流量最少應為3.54L/min。</p><p>　?。ǎ玻┐_定驅動電動機功率。</p><p>　　根據以上壓力和流量數(shù)值查閱產品樣本，

36、并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/46型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和46mL/r，當液壓泵的轉速np=940r/min時，其理論流量分別為5.6 L/min和31L/min，若取液壓泵容積效率ηv=0.9，則液壓泵的實際輸出流量為</p><p>　　由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這時液壓泵工作壓力為1.89MPa、流量為43.99MPa，若取液壓泵總效率ηp=

37、0.75，這時液壓泵的驅動電動機功率為</p><p>　　根據此數(shù)值查閱產品樣本，選用規(guī)格相近的Y112L—6型電動機，其額定功率為2.2KW，額定轉速為940r/min。</p><p><b>　　２．控制閥的選擇</b></p><p>　　根據泵的工作壓力和通過各閥的實際流量，選取各元件的規(guī)格，如表8所示。</p>&l

38、t;p>　　表8液壓元件規(guī)格及型號</p><p>　　*注：此為電動機額定轉速為940r/min時的流量。</p><p><b>　　3．確定油管直徑</b></p><p>　　在選定了液壓泵后，液壓缸在實際快進、工進和快退運動階段的運動速度、時間以及進入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計算的結果如表9所列。</p&g

39、t;<p>　　表9各工況實際運動速度、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動速度符合設計要求。</p><p>　　根據表9數(shù)值，按表10推薦的管道內允許油液在壓力管中流速取3 m/min，由式計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內徑分別為</p><p

40、>　　為了統(tǒng)一規(guī)格，按產品樣本選取所有管子均為外徑mm、內徑mm的10號冷拔鋼管。</p><p><b>　　4．確定油箱容積</b></p><p>　　油箱的容量按式估算，取為5時，求得其容積為：</p><p>　　按JB/T 7938——1999規(guī)定，取標準值V=375L</p><p>　　七．液壓系統(tǒng)

41、的性能驗算</p><p>　?。ㄒ唬炈阆到y(tǒng)壓力損失</p><p>　　由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首先確定管道內液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進、回油管道長為l=2m，油液的運動粘度取 =1?10-4m2/s，油液的密度取?=0.9174?103kg/m3。</p><p>　　(1) 判斷流動狀態(tài)<

42、/p><p>　　在快進、工進和快退三種工況下，進、回油管路中所通過的流量以快退時回油流量=45.4L/min為最大，此時，油液流動的雷諾數(shù)</p><p>　　也為最大。因為最大的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進、回油路中的油液的流動狀態(tài)全為層流。</p><p>　　(2) 計算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　將層流

43、流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù)</p><p><b>　　和油液在管道內流速</b></p><p>　　同時代入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據代入后，得</p><p>　　可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。</p><p>　　在管道結構尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失?pζ常按下式作經驗

44、計算</p><p>　　各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據下式計算</p><p>　　其中的?pn由產品樣本查出，qn和q數(shù)值由表8和表9列出?；_在快進、工進和快退工況下的壓力損失計算如下：</p><p><b>　　1．快進</b></p><p>　　滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。由表8和表9

45、可知，進油路上油液通過單向閥10的流量是32L/min，通過電液換向閥2的流量是43.99 L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量87.67L/min通過行程閥3并進入無桿腔。由此進油路上的總壓降為：</p><p>　　此值不大，不會使壓力閥開啟，幫能確保兩個泵的流量全部進入液壓缸。</p><p>　　在回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是43.

46、68L/min，然后與液壓泵的供油合并，經行程閥3流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力與無桿腔壓力之差。</p><p>　　此值小于原估計值0.5MPa(見表7)，所以是安全的。</p><p><b>　　2．工進</b></p><p>　　滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥2、調速閥4進入液壓缸無桿腔，在調速閥4處的壓力損失為

47、0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥2、背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失為0.5MPa。通過順序閥7的流量為（0.25+32）=32.25L/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力為：</p><p>　　可見，此值略大于原估計值0.5MPa。故可按表7中公式重新計算工進時液壓缸進油腔壓力，即</p><p>　　此值與表7中數(shù)值 4.00

48、6 MPa相近。</p><p>　　考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差?pe=0.5MPa，故溢流閥9的調壓應為：</p><p><b>　　3．快退</b></p><p>　　滑臺快退時，在進油路上，油液通過單向閥10、電液換向閥2進入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥5、電液換向閥2和單向閥13返回油箱。在進油路上總的壓降為&l

49、t;/p><p>　　此值遠小于估計值，因此液壓泵的驅動電動機的功率是足夠的。</p><p>　　在回油路上總的壓降為</p><p>　　此值與表7的數(shù)值基本相符，故不必重算。</p><p>　　所以，快退時液壓泵的最大工作壓力應為</p><p>　　此值是調整液控順序閥7的調整壓力的主要參考數(shù)據。</p&g

50、t;<p>　?。玻?液壓系統(tǒng)的溫升</p><p>　　由于工進在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進工況來計算。</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>　　由此可計算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為</p><p>　　按式計算工進時系統(tǒng)中的油液溫升，即</p>&l

51、t;p>　　油溫在允許范圍內，油箱散熱面積符合要求，不必設置冷卻器。</p><p><b>　　小 結</b></p><p>　　這次液壓系統(tǒng)課程設計，是我們第一次較全面的液壓知識的綜合運用，通過這次練習，使得我們對液壓基礎知識有了一個較為系統(tǒng)全面的認識，加深了對所學知識的理解和運用，將原來看來比較抽象的內容實現(xiàn)了具體化，初步掊養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實際的設計思

52、想，訓練了綜合運用相關課程的理論，結合生產實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、加深和擴展了有關液壓系統(tǒng)設計方面的知識。</p><p>　　通過制訂設計方案，合理選擇各液壓零件類型，正確計算零件的工作能力，以及針對課程設計中出現(xiàn)的問題查閱資料，大大擴展了我們的知識面，培養(yǎng)了我們在本學科方面的興趣及實際動手能力，對將來我們在此方面的發(fā)展起了一個重要的作用。本次課程設計是我們對所學知識運用的一次嘗試，是我們在液壓

53、知識學習方面的一次有意義的實踐。</p><p>　　在本次課程設計中，我獨立完成了自己的設計任務，通過這次設計，弄懂了一些以前書本中難以理解的內容，加深了對以前所學知識的鞏固。在設計中，通過老師的指導，使自己在設計思想、設計方法和設計技能等方面都得到了一次良好的訓練。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]劉

54、延俊. 液壓與氣壓傳動.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[2]劉延俊. 液壓元件使用指南[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[3]許福玲. 液壓與氣壓傳動. 武漢：華中科技大學出版社，2001.</p><p>　　[4]張世偉.《液壓傳動系統(tǒng)的計算與結構設計》.寧夏人民出版社.1987.</p>