液壓與氣動技術課程設計

1、液壓氣動課程設計目錄一. 液壓系統(tǒng)原理圖設計計算 .3二. 計算和選擇液壓件.8三. 驗算液壓系統(tǒng)性能12四. 液壓缸的設計計算 15五 設計總結(jié)17參考文獻 .181一.液壓系統(tǒng)原理圖設計計算技術參數(shù)和設計要求設計一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺的液壓系統(tǒng)，其工作循環(huán)是：快進工進快退停止。主要參數(shù)：軸向切削力為30000N,移動部件總重力為10000N,快進行程為150mm,快進與快退速度均為4.2m/min。工進 行程為30mm,工進速度為0.05m/min,加速、減速時間均為0.2s,利用平導 軌，靜摩擦系數(shù)為0.2,動摩擦系數(shù)為0.1。要求活塞桿固定，油缸與工作臺 聯(lián)接。設計該組合

2、機床的液壓傳動系統(tǒng)。一工況分析首先，根據(jù)已知條件，繪制運動部件的速度循環(huán)圖（圖 1-1）:i其次，計算各階段的外負載并繪制負載圖，根據(jù)液壓缸所受外負載情況，進行 如下分析：啟動時：靜摩擦負載Fs=fsQ=0.2 1000 =2000N6快退時：動摩擦負載Ffd = fd G =0.1 10000 =1000NG 2Y = 1 0 0 0 0 4=.3&0n加速時：慣性負載g童10 °.2 60快進時：動摩擦負載Fd = fM =0.1 10000 =1000N工進時：負載F =FfFe=1000 30000 =31000N其中，F(xiàn)fs為靜摩擦負載，F(xiàn)fd為動摩擦負載，F(xiàn)為液壓

3、缸所受外加負載，日為 運動部件速度變化時的慣性負載，F(xiàn)e為工作負載。根據(jù)上述計算結(jié)果，列出各工作階段所受外載荷表1-1,如下：表1-1工作循環(huán)各階段的外負載工作外負載(N)工作外負載(N)循環(huán)循環(huán)啟動，加速F =Ffs + Fa2350工進F = Ffs + Fe31000快進F =Fd1000快退F = Ffd1000根據(jù)上表繪制出負載循環(huán)圖，如圖1-2所示:31DQ0F(N>23501000180S(mn)圖1-2負載循環(huán)圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖（1）確定供油方式：考慮到該機床在工作進給時負載較大，速度較低。而在快進快退時負載 較小、速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵

4、供油。 現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。如下圖：(2) 調(diào)速方式的選擇:在專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調(diào)速閥。 根據(jù)專用機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定要求的特點，決定 采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高， 發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負載切削 力的能力。如下圖所示：(3) 速度換接方式的選擇：本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢換接回路，它的特點是結(jié)構簡單、調(diào)節(jié)行程比較 方便，閥的安裝也較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差，若要提高系統(tǒng)的換接 平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。如下圖所示：最后把所選擇液

5、壓回路組合起來，即可組合成如附圖所示液壓系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)原理圖如下。1雙聯(lián)葉片泵2-三位五通電磁閥3-行程閥4-調(diào)速閥5單向閥6-單向閥7順序閥8-背壓閥9-血流閥10-單向閥11-過濾器12-壓力表接點13-單向閥14壓力繼電器液壓系統(tǒng)原理圖二. 計算和選擇液壓件1. 確定液壓泵的規(guī)格和電動機的功率(1) 計算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表可知液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為3, 91Mpa，如在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中，選取油路上的總壓力損失為己P=0.6Mpa,考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差 Pe=0.5Mpa,則小泵的最高工作壓力估算為

6、：Ppi _pi ' ppe = 3.91 0.6 0.5 = 5.01Mpa大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油， 快退時液壓缸的 工作壓力為P1=1.4Mpa,比快進時大，考慮到快退時供油不通過 調(diào)速閥，故其進油路壓力損失比前者小， 現(xiàn)取進油路上的總壓力 損失己 P=0.3Mpa,貝伏流量泵的最高工作壓力估算為 ：Pp2 _p1 '：p =1.4 0.3 = 1.7Mpa(2) 計算液壓泵的流量由表可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.4X 10-3m3/s,如取回油泄漏系數(shù) K=1.1，則兩個泵的總流量為：qp_Kq1=1.1 0.4 10 = 26.4L / min考慮

7、到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min,工進時的流量為0.79X 10-5m3/s=0.474L/min,則小泵的流量最少應為 3.474L/min.(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動機的功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/26型葉片泵，其小泵和大泵的排量分別為6mL/r和26mL/r,當液壓泵的轉(zhuǎn)速 Np=720r/min時，其理論流量分別為4.32mL/r和18.72mL/r,若取液壓泵的容積效率為八=0.8,這時液壓泵的實際輸出流量為：qp=qpi qp2 =6 720 0.9-：-1000 26 720-> 1000 0.9=3.888

8、16.848 =20.8L/min由于液壓缶工在快退時輸入功率最大，若取液壓泵的容積效率為門p=0.8,這時液壓泵的驅(qū)動電機功率為:= 0.74kwppLqp_ 1.7 106 20.8 10；3p 60 0.8 103根據(jù)此數(shù)值查表，選用規(guī)格相近的Y160M1-8型電動機，其額定功率為4KW，額度轉(zhuǎn)速為720r/min。2. 確定其它元件及輔件(1)確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各類閥類元件及輔件的實際流量，查閱手冊，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如列表所示，其中溢流閥按小泵的額定流量選取，調(diào)速閥選用Q-6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03L/min，小于本系統(tǒng)工進時的流量 0.5 L

9、/min元件名稱通過的最大流量型號規(guī)格額定流量額定壓力額定壓降葉片泵PV2R12-6/223.888/16.84816電液換向閥7035DY-100BY1006.30.3行程閥62。122C-100BH1006.30.3調(diào)速閥<1Q-6B66.3單向閥70I-100B1006.30.2單向閥29.3I-100B1006.30.2液控順序閥28.1XY-63B636.30.3背壓閥<1B-10B106.3溢流閥5.1Y-10B106.3單向閥27.9I-100B1006.30.2濾油器36.6XU-80X200806.30.02壓力表開關K-6B單向閥70I-100B1006.30.

10、2壓力繼電器PF-B8L14(2)確定油管在選定了液壓泵后，液壓缶工在實際快進，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， 與原數(shù)值不同，重新計算的結(jié)果如下表:快進工進快退q1=39.3L/minq1=0.474L/minq1=20.8L/minq2=18.5L/minq2=0.22L/minq2=44.2L/minv1=0.069m/sv2=0.05m/sv3=0.077m/st1=2.17st2=36st3=2.34s由上表可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設計 要求。按照上表中的數(shù)值，取管道內(nèi)允許速度v=4m/s,由式：d =保計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連

11、的油管內(nèi)徑分 V別為:4q 4 39.3 103d=. q103=14.4mm"v- 60 二 4d =一 .-_34 44.2 10103 = 15.3mm60 二 4為了統(tǒng)一規(guī)格，按手冊查得選取所有管子均為內(nèi)徑20mm,外徑 28mm的10號冷拔鋼管。(3)確定油箱油箱的容積按式V= £qpn估算，其中以為經(jīng)驗系數(shù),現(xiàn)取a =6 得:v = qpn = 6 (4.32 18.72) = 140L三. 驗算液壓系統(tǒng)性能1. 驗算系統(tǒng)壓力損失由于系統(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(nèi)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

12、管道長l=2m，油液的運動粘度v =1X 10-4m2/s。油液 的密度 p =0.9174X 103 kg / m3(1)判斷流動狀態(tài)在快進工進和快退工況下，進回油管路中所通過的流量以快退時 回油流量為最大，此時，油液流動的雷諾數(shù)= 469vd 4 44.2 10Re = 一 = -73_, w60 二 20 101 10也為最大，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流動狀態(tài)全為層流。(2)計算系統(tǒng)壓力損失將層流流動的狀態(tài)沿程阻力系數(shù)斜胃和油液在管道內(nèi)的流速v =袈同時代入沿程壓力損失計算公式，并將數(shù)據(jù)代入得: 二 d24 75：vl 4 75 0.9174 10

13、3 1 104 2P1 =4 q =Eq2二 d42 - (20 10烏)4= 0.5478q在管道結(jié)構未確定的情況下，管道的局部壓力損失*= 0.1Ap1閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計算:,q、2 Lpv = .: pn()qn滑臺在快進、工進、快退工況下的壓力損失計算如下:1快進在進油路上，壓力損失分別為:' p =0.5478 108 q=0.03588Mpa ' pi = 0.1p =0.003588Mpa：pvi=0.2 (=0.06499Mpa16.848、2 ，20.8、2 ，39.3、2 )0.3 ()0.3 ()100100100'pi-'

14、 pi ' p ' 儼=0.003588 0.03588 0.06499= 0.1045Mpa在回油路上，壓力損失為:pl0 =0.5478 108 q =0.01689Mpa. p 0 =0.1：pli =0.001689Mpa18.5 218.5 239.3 2pv0 司0.2 ( -)2 0.3 ( -)2 0.3 ()2=0.06345Mpa100100100p0 - ' p 0 'pl0 'pv0 = 0.01689 0.001689 0.06345= 0.08203Mpa將回油路上的壓力損失折算到進油路上去，便可得到差動快速運動時 的總的壓力

15、損失為：.44.7p =0.1045 0.08203- =0.143Mpa952. 工進在進油路上，在調(diào)速閥處的壓力損失為 0.5Mpa,在回油路上, 在背壓閥處的壓力損失為 0.6Mpa,忽略管路沿程壓力損失和局部壓 力損失，則在進油路上總的壓力損失為：' . ：pi = L ,.；.pvi =0.3 (74)2 0.5 =0.5Mpa 100此值略小于估計值。在回油路上的總壓力損失為：0.22、20.22 16.848、2' ：p0 = * pv0=0.3 ()0.6 0.3 () =0.61Mpa10063該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.61Mpa,此值與初算時選取的

16、背壓值基本相符。重新計算液壓缸的工作壓力為：F0 P2A2 34444 0.61 106 44.7 10%Ppi = =46 = 3.91 MpaA195 10106此值與前面表中所列數(shù)值相符，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓 差 pe=0.5Mpa,則小流量泵的工作壓力為：pp1 =印 'pi ：pe = 3.91 0.5 0.5 = 4.91Mpa此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。3快退在進油路上總的壓力損失為：' .：pi =寸.：pvi =0.2（16.848）2 0.3 （20）2 =0.019Mpa 100100此值遠小于估計值，因此液壓泵

17、的驅(qū)動電機的功率是足夠的。在回油路上總的壓力損失為： _44.2 244.2 2_44.2 2'、 * = ?pv0 =0.2 （ 一）2 0.3 （ 一）2 0.2 （ 一）2 =0.137Mpa100100100此值與表中數(shù)值基本相符，故不必重算。大流量泵的工作壓力為：pp2= p1 寸=1.4 0.019 = 1.42Mpa此值是調(diào)整液控順序閥的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。2.驗算系統(tǒng)發(fā)熱與升溫由于工進在整個工作循環(huán)中占90%,所以系統(tǒng)的發(fā)熱與升溫可按 工進工況來算，在工進時，大流量泵的出口壓力即為油液通過液控順 序閥的壓力損失：q 216.848 2p2 = ：p = .：pn(旦

18、)=0.3 ( -) =0.02146Mpaqn63液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率6 3.888 10'6 16.848 1。'4.91 100.2146 10pp1qp1 pp2qp260600.8Pr =-=405.2w液壓系統(tǒng)的輸出有效功率即為液壓缸的輸出有效功率pc=FV 2 =31000 0.05-60 =25.8w由此計算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為：H =p-pc =405.2 -25.8 =379.4w按式.lt =旦KA 0.065K3V2379.40.065 15 3 1402.14.4 C其中傳熱系數(shù)K =15W/(m%C)設環(huán)境溫度T2=25"

19、c ,則熱平衡溫度為:=丁2 . ：T =25 14.4 壬 =55C油溫在允許范圍內(nèi)，油箱散熱面積符合要求，不必設置冷卻器四. 液壓缸的設計計算1. 液壓缸的主要尺寸的確定(1) 工作壓力P的確定：工作壓力P可根據(jù)負載大小及機器的類型來初步確定，現(xiàn)參考相關表取液壓缸的工作壓力為 3Mpa：(2) 計算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d:由負載圖可知最大負載為31000N,按照相關表可取背壓P2為0.5 Mpa液壓缸機械效率氣可取為0.95,考慮到快進快退速度相等，根據(jù)相關表 取d/D為0.7根據(jù)以上條件來求液壓缸的相關尺寸：1. 液壓缸內(nèi)徑：D = . 4F/：p m(i_p2(i_，)/p) 60

20、.52=,4 31000/"： 3 10 0.95 (1 一: 0.7 )= 0.123(m)則根據(jù)相關表，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標準系列直徑D=125mm。2. 活塞桿直彳至d:由d/D=0.7，可求得d=0.7D,則d=87.5,根據(jù)表圓整后取為標準系列直徑d=90mm按最低工進速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由 Amin = Q min/Vmin =0.05 1000/ 5 = 10( Cm' )式中：Qmin是由產(chǎn)品樣本查得最小穩(wěn)定流量為 0.05L/min。由于調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積應選取液壓缸有桿腔的實際面積，即：A =q(d2 -d2)/4 =。(1252 -902)/4 =59(cm2)即A A A min ,可得液壓缸能達到所需低速。3. 液壓缸的壁厚和外徑的計算：一 pD /28液壓缶工壁厚(m)D液壓缸內(nèi)徑(m)p 試驗壓力，一般取最大工作壓力的(1.25 1.5 )倍3-缶工筒材料的許用應力。取為鑄鋼s=110Mpa求得： 1.5 31000 125/(2 110 106) =26mm故液壓缸外徑D