液壓課程設(shè)計---某臥式單面多空鉆孔機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算

1、<p>　　液壓與氣壓傳動課程設(shè)計</p><p>　　某臥式單面多空鉆孔機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、負載分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6</p><p>　　二、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　

2、?。ㄒ唬┐_定液壓泵類型及調(diào)速方式。。。。。。。。。。。。。。。7</p><p>　?。ǘ┻x用執(zhí)行元件。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7</p><p>　?。ㄈ┛焖龠\動回路和速度換接回路。。。。。。。。。。。。。。7</p><p>　　（四）換向回路的選擇。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7</p><p>　　三、液

3、壓系統(tǒng)的參數(shù)計算</p><p>　　(一)工作臺液壓缸參數(shù)計算。。。。。。。。。。。。。。。。。。9</p><p>　　(二)液壓泵的參數(shù)計算。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10</p><p>　　(三)電動機的選擇。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。11</p><p>　　四、液壓元件的選擇。。。。。。。。。。。。。

4、。。。。。。。。。。12</p><p>　　五、驗算液壓系統(tǒng)性能</p><p>　　(一)壓力損失的驗算。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12</p><p>　?。ǘ┮簤合到y(tǒng)的發(fā)熱和溫升計算。。。。。。。。。。。。。。。14</p><p>　　六、參考文獻。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16</p&

5、gt;<p><b>　　任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、 設(shè)計課題</b></p><p>　　設(shè)計一臺臥式單面多軸鉆孔機床的液壓傳動系統(tǒng)，有三個液壓缸，分別完成鉆削（快進、工進、快退）、夾緊工件（夾緊、松開）、工件定位（定位、拔銷）。其工作循環(huán)為： </p><p>　　定位→夾緊→快進→

6、工進→快退→拔銷松開，如圖1所示。</p><p><b>　　二、 原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1. 主軸數(shù)及孔徑：主軸6根，孔徑Φ14 mm； </p><p>　　2. 總軸向切削阻力：12400 N； </p><p>　　3. 運動部件重量： 9800 N； </p><p>

7、　　4. 快進、快退速度： 5 m/min; </p><p>　　5. 工進速度：0.04~0.1 m/min </p><p>　　6. 行程長度：320 mm，快進行程：230mm； </p><p>　　7. 導軌形式及摩擦系數(shù)：平導軌， </p><p>　　8. 加速、減速時間：大于0.2秒； </p><p&

8、gt;　　9. 夾緊力：5000~6000 N </p><p>　　10. 夾緊時間：1~2秒； </p><p>　　11. 夾緊液壓缸行程長度：16 mm。</p><p><b>　　三、 系統(tǒng)設(shè)計要求</b></p><p>　　1. 夾緊后在工作中如突然停電時，要保證安全可靠，當主油路壓力瞬時下降時，夾緊缸保

9、持夾緊力； </p><p>　　2. 快進轉(zhuǎn)工進時要平穩(wěn)可靠； </p><p>　　3. 鉆削時速度平穩(wěn)，不受外載干擾，孔鉆透時不前沖。</p><p>　　四、 設(shè)計內(nèi)容要求根據(jù)原始數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)計要求，完成： </p><p>　　1. 根據(jù)設(shè)計要求以及附圖，繪制液壓系統(tǒng)原理圖，并完成系統(tǒng)電磁鐵動作順序表。</p><

10、;p>　　2. 在附圖的基礎(chǔ)上，若系統(tǒng)油源改為雙泵供油（即一個大泵和一個小泵），重新設(shè)計并繪制系統(tǒng)原理圖。</p><p>　　3. 對系統(tǒng)進行設(shè)計計算，從而對主要液壓元件進行選型（除液壓缸外），給出液壓元件明細表，包含元件名稱、主要參數(shù)、型號規(guī)格，包含電機選型，液壓缸計算出缸徑、行程等主要參數(shù)。</p><p>　　4. 進行設(shè)計驗算（發(fā)熱驗算、壓力損失等）。</p>

11、<p>　　5. 設(shè)計一個液壓閥塊（油路塊、閥塊），其上安裝至少3-4個液壓元件，可選閥塊方案： </p><p>　　① 附圖上，元件3、7、8、9 </p><p>　?、?附圖上，元件3、7、4、5 </p><p>　?、?附圖上，元件8、10、11、12 </p><p>　?、?附圖上，元件12、13、14、15 &l

12、t;/p><p>　　選取上述閥塊中的一種，要求繪制閥塊的二維設(shè)計工程圖，表明加工所需要的信息（材料、公差、粗糙度、技術(shù)說明、加工工藝等）。</p><p>　　6. 液壓閥塊的三維建模，驗證鉆孔符合要求。用Pro/E或者SolidWorks等軟件，繪制其三維實體圖。</p><p>　　7. 可選部分，在閥塊三維實體的基礎(chǔ)上，將安裝在閥塊上的液壓閥、過濾器、液壓附件三

13、維建模并安裝于閥塊上。</p><p>　　五、 最后提交內(nèi)容（電子稿和打印稿各一份） </p><p>　　1. 設(shè)計說明書一份，內(nèi)容及格式參看文獻[1]或[2]; </p><p>　　2. 系統(tǒng)原理圖一份，含電磁鐵動作順序表，主要元件明細表；（A3） </p><p>　　3. 雙泵供油方案的系統(tǒng)原理圖一份，含電磁鐵動作順序表，主要元件

14、明細表；（A3） </p><p>　　4. 液壓閥塊二維CAD零件圖（A3，比例尺1:1或1:2） </p><p>　　5. 液壓閥塊三維實體圖（圖例見附圖1，附圖2）; </p><p>　　6. 可選部分，包含液壓閥塊、閥塊安裝件的三維實體圖（見附圖3）。</p><p><b>　　六、 評分標準</b><

15、;/p><p>　　1． 根據(jù)設(shè)計說明書、圖紙質(zhì)量、答辯情況評定成績</p><p>　　2． 評分比例：設(shè)計說明書（40%）、圖紙質(zhì)量（30%）、答辯（40%）。</p><p>　　七、 答辯分組說明： </p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)，按照班級人員，每5人為一個小組，每組成員除了完成系統(tǒng)的設(shè)計計算、元件選型、回路分析以外，分別重點完成各自

16、任務(wù)內(nèi)容，并在答辯時候，分別重點回答任務(wù)相關(guān)問題，包括： </p><p>　　（1） 油源處元器件選型過程與依據(jù)； </p><p>　?。?） 鉆銷液壓缸（附圖上元件16）速度控制</p><p>　?。?） 液壓閥塊設(shè)計</p><p>　?。?） 各液壓缸壓力流量分析及主要參數(shù)計算</p><p>　　（5）

17、系統(tǒng)動作順序的實現(xiàn)，含電磁鐵動作順序表</p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 許福玲、陳堯明. 液壓與氣壓傳動（第三版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[2] 成大先. 機械設(shè)計手冊（第五版）[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2008 </p><p>

18、;<b>　　負載分析</b></p><p>　　負載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：切削力，導軌摩擦力和慣性力。導軌的正壓力等于動力部件的重力，設(shè)導軌的靜摩擦力為，動摩擦力為,則</p><p><b>　　而慣性力</b><

19、;/p><p><b>　　（取t=0.3s）</b></p><p>　　如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機械效率=0.95，則液壓缸在各個工作階段的總機械負載可以算出，見表1。</p><p>　　表1液壓缸各運動階段負載表</p><p>　　根據(jù)伏在計算結(jié)果和意志的各階段的速度，可繪出負載

20、（F-）和速度圖（-），見下圖。橫坐標以上為液壓缸活塞前進時的曲線，以下為液壓缸活塞退回時的曲線。</p><p>　　a)負載圖 b)速度圖</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)方案設(shè)計</b></p><p>　?。ㄒ唬┐_定液壓泵類型及調(diào)速方式</p><p&

21、gt;　　參考同類組合機床，選用單作用葉片泵供油、調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥做定壓閥。為防止鉆孔鉆通時滑臺突然失去負載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值P=1.0MP。</p><p><b>　　（二）選用執(zhí)行元件</b></p><p>　　因系統(tǒng)動作循環(huán)要求正向快進和工進，反向快退，且快進、快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進時差動連接，無桿

22、腔面積等于有桿腔面積的兩倍。</p><p>　　（三）快速運動回路和速度換接回路</p><p>　　根據(jù)本例的運動方式和要求，采用差動連接回路來實現(xiàn)快速運動。即快進時，液壓缸差動連接。</p><p>　　本例采用二位二通行程閥的速度換接回路，控制由快進轉(zhuǎn)為工進。工作臺壓下行程閥時，工作臺由快進轉(zhuǎn)為工進。另外采用液控順序閥與單向閥來切斷差動油路。因此速度換接回路

23、為行程與壓力聯(lián)合控制形式。</p><p>　　(四)換向回路的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。為便于實現(xiàn)差動連接，選用了三位五通換向閥。組成液壓系統(tǒng)繪原理圖</p><p>　　將上述所選定的液壓回路進行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補充，即組成如圖所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進口處、背

24、壓閥和液壓缸無桿腔進口處設(shè)置測壓點，并設(shè)置多點壓力表開關(guān)。這樣只需一個壓力表即能觀測各點壓力。</p><p>　　液壓系統(tǒng)中個電磁鐵的動作順序如下表：</p><p>　　表2 電磁鐵動作順序表</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)的參數(shù)計算</b></p><p>　　(一)工作臺液壓缸參數(shù)計算</p>

25、<p>　　1.初選液壓缸的工作壓力</p><p>　　參考同類型組合機床，初定液壓缸的工作壓力為 </p><p>　　2.確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　本例要求動力滑臺的快進、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞固定的單桿式液壓缸?？爝M時采用差動連接，并取無桿腔有效面積等于有桿腔面積的兩倍，即。為了防止在鉆孔鉆通時滑臺突然前沖，在回油路

26、中裝有背壓閥，由表8—2，初選背壓由表1可知最大負載為工進階段的負載F=14084N，按此計算則</p><p><b>　　液壓缸直徑</b></p><p><b>　　由可知活塞桿直徑</b></p><p>　　按GB/T2348—1993將所計算的D與d值分別圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封裝置。元整后得

27、</p><p>　　D=8㎝ d=5.6㎝</p><p><b>　　按標準直徑算出</b></p><p>　　按最低工進速度驗算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進速度為最小速度，則由式（8-11）</p><p>　　本例，滿足最低速度的要求。</p><p>　　3

28、.計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率</p><p>　　根據(jù)液壓缸的負載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力、流量和功率，在計算工進時背壓代入，快退時背壓按代入計算公式和計算結(jié)果列于表3中。</p><p>　　表3 液壓缸所需的實際流量、壓力和功率</p><p><b>　　其中。</b></

29、p><p>　　(二)液壓泵的參數(shù)計算</p><p>　　由表3可知工進階段液壓缸工作壓力最大，若取進油路總壓力損失，壓力繼電器可靠動作需要壓力差為，則液壓泵最高工作壓力可按式（8—5）算出</p><p>　　因此泵的額定壓力可取。</p><p>　　由表3可知，工進時所需流量最小是，設(shè)溢流閥最小溢流量為，則小流量泵的流量按式（8—16）應

30、為：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　快進快退時液壓缸所需的最大流量是12.81L/min，則泵的總流量為：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　根據(jù)上面計算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用YBX-A16N型的變量葉片泵，該泵壓力調(diào)節(jié)范圍，額定轉(zhuǎn)速。

31、</p><p><b>　　(三)電動機的選擇</b></p><p>　　下面分別計算3個階段所需要的電動機功率。</p><p><b>　　1.差動快進</b></p><p>　　差動快進時，大腔的壓力，查樣本可知，泵的出口壓力損失 ，所以泵的出口壓力為，總效率為0.65。泵的流量：<

32、;/p><p><b>　　電動機功率</b></p><p><b>　　2.工進</b></p><p>　　考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差。因此工進時泵的出口壓力，總效率為0.6。泵的流量：</p><p><b>　　電動機功率：</b></p><p>

33、;<b>　　3.快退</b></p><p>　　液壓泵最大工作壓力，液壓泵的輸出流量泵的流量，總效率為0.7</p><p><b>　　電動機功率</b></p><p>　　綜合比較，快退時所需功率最大。據(jù)此查樣本選用選用Y90L-2異步電動機，電動機功率2.2KW。額定轉(zhuǎn)速2840r/min.</p>

34、<p><b>　　液壓元件的選擇</b></p><p>　　1.液壓閥及過濾器的選擇</p><p>　　根據(jù)液壓閥所在系統(tǒng)中得最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格。本系統(tǒng)中所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，確定為</p><p>　　表4 液壓元件明細表</p><

35、;p><b>　　驗算液壓系統(tǒng)性能</b></p><p><b>　　壓力損失的驗算</b></p><p>　　1.工進時的壓力損失驗算</p><p>　　工進時管道中得流量僅為0.5L/min，因此流量很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計。這時進油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，回油路上只有

36、背壓閥的壓力損失。泵的調(diào)整壓力應等于工進時液壓缸的工作壓力加上進油路壓力差，則</p><p>　　2.快進時的壓力損失驗算</p><p>　　因快退時，液壓缸無桿腔的回油量是進油量的兩倍，其壓力損失比快進時要大，因此必須計算快退時的進油路與回油路的壓力損失。</p><p>　　已知：快退時進油管和回油管長度均為，油管直徑，通過流量為進油路，回油路。液壓系統(tǒng)選用

37、N32號液壓油，由手冊查出此時油的運動粘度，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。</p><p>　?。?）確定油流的流動狀態(tài) 按式（1-30）經(jīng)單位換算為</p><p>　　則進油路中的液流雷諾數(shù)為</p><p>　　回油路中液流的雷諾數(shù)為</p><p>　　由上可知，進回油路中得流動都是層流。</p>&l

38、t;p>　?。?）沿程壓力損失 由式（1-37）可算出進油路和回油路的壓力損失。</p><p>　　在進油路上，流速，則壓力損失為</p><p>　　在回油路上，流速為進油路流速的兩倍即，則壓力損失為</p><p>　?。?）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失按式計算，結(jié)果列于下

39、表中</p><p>　　表5 閥類元件局部壓力損失</p><p>　　若取集成塊進油路的壓力損失，回油路壓力損失為，則進油路和回油路的總的壓力損失為</p><p>　　查表3知，快退時液壓缸負載；則快退時液壓缸的工作壓力為 </p><p>　　按式（8-5）可算出快退時泵的工作壓力為</p><p>　

40、　從以上的驗算結(jié)果可以看出，各種工況下的實際壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近，說明液壓熊的油路結(jié)構(gòu)，元件的參數(shù)都是合理的，滿足要求。</p><p>　?。ǘ┮簤合到y(tǒng)的發(fā)熱和溫升計算</p><p>　　在整個工作循環(huán)中，工進階段所占的時間最長，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進階段造成的，故按工進工況驗算系統(tǒng)溫升。</p><p>　　工進時液壓泵的輸入功率如

41、前面計算</p><p>　　工進時液壓缸的輸出功率</p><p>　　系統(tǒng)總發(fā)熱功率φ為：</p><p>　　已知油箱容積，則按式（8-12）油箱近似散熱面積A為</p><p>　　假定通風良好，取油箱散熱系數(shù)，則按式（8-11）可得油液溫升為</p><p>　　設(shè)環(huán)境溫度,則熱平衡溫度為</p>

42、<p>　　所以油箱的散熱基本可達到要求。</p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 許福玲、陳堯明. 液壓與氣壓傳動（第三版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[2] 成大先. 機械設(shè)計手冊（第五版）[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2008 </p>