機(jī)床液壓系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、摘 要現(xiàn)代機(jī)械一般多是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系,結(jié)合的一 個(gè)綜合體。液壓傳動與機(jī)械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式,液 壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中占有重要的地位。 本文主 要對負(fù)載與運(yùn)動分析, 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù), 擬定液壓系統(tǒng)原理圖, 計(jì)算確定液壓元件,驗(yàn)算了液壓系統(tǒng)性能。通過設(shè)計(jì)掌握通用液壓元 件, 尤其是各類標(biāo)準(zhǔn)元件的選用原則和回路的組合方法,培養(yǎng)設(shè)計(jì)技 能,提高了綜合能力,為今后的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞 現(xiàn)代機(jī)械,液壓傳動系統(tǒng),液壓傳動,機(jī)床AbstractModern Machinery in general are mostly mechanical, e

2、lectrical, hydraulic three in close contact with an integrated body. Hydraulic transmission and mechanical transmission, electric side by side for the three traditional forms of transmission, hydraulic transmission system design in the modern mechanical design work occupies an important position. In

3、 this paper, the load and motion analysis to determine the main parameters of the hydraulic system to develop hydraulic system schematic diagrams, calculations to determine hydraulic components, checking the hydraulic system performance. Grasp the universal through the design of hydraulic components

4、, especially the selection of various types of standard components, principles and loop combination method to develop design skills, improve the comprehensive capacity of the design work for the future and lay a good foundation.Key words :modern machinery, hydraulic transmission, hydraulic transmiss

5、ion, machine tools目 錄摘 要1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 22 負(fù)載與運(yùn)動分析 33 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 6 3.1 初選液壓缸工作壓力 63.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸 64 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 10 4.1 選擇基本回路 104.2 組成液壓系統(tǒng) 125 計(jì)算和選擇液壓件 14 5.1 確定液壓泵的規(guī)格 14 5.2 確定電動機(jī)功率 155.3 確定其它元件及輔件 156 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 19 6.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失 196.2驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升 247 結(jié)束語 268 參考獻(xiàn) 271、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求題目:在某專用機(jī)床上有一夾緊進(jìn)給液壓系統(tǒng),完成工件的先夾緊后、后進(jìn)給 任務(wù)工

6、作原理如下:夾緊油缸:快進(jìn) 慢進(jìn) 達(dá)到夾緊力后啟動進(jìn)給油缸工作進(jìn)給油缸:快進(jìn) 慢進(jìn) 達(dá)到進(jìn)給終點(diǎn) 夾緊油缸快速退回夾緊缸慢進(jìn)速度:8mm/s最大夾緊力:40KN最大切削力:120KN進(jìn)給工作部件總質(zhì)量:m=250Kg夾緊缸行程:用行程開關(guān)調(diào)節(jié)(最大 250mm 進(jìn)給缸行程:用行程開關(guān)調(diào)節(jié)(最大 1000mm 2、負(fù)載與運(yùn)動分析已知最大夾緊力為 40KN ,則夾緊油缸工作負(fù)載 140F KN =,液壓缸的機(jī)械 效率取 0.9m =則推力 144.44m F KN =, 由于夾緊工作工作部件總質(zhì)量很小, 可 以忽略。則慣性負(fù)載 10m F =阻力負(fù)載 110fs fd F F =。夾緊缸快進(jìn)、快退

7、速度:11v = 13v =0.05m/s,夾緊缸慢進(jìn)速度:12v =8mm/s。夾緊缸行程:用行程開關(guān)調(diào)節(jié)最大 250mm已知最大切削力為 120KN ,則進(jìn)給油缸工作負(fù)載 2120F KN =。進(jìn)給工作部 件總質(zhì)量:250m kg =,取靜摩擦因數(shù)為 0.2s f =,動摩擦因數(shù)為 0.1d f =;取往 復(fù)運(yùn)動的加速、減速時(shí)間 0.2s 。進(jìn) 給 油 缸 快 進(jìn) 、 快 退 速 度 :111v =113v =0.18m/s, 進(jìn) 給 油 缸 慢 進(jìn) 速 度 :112v =0.018m/s,進(jìn)給缸行程:用行程開關(guān)調(diào)節(jié)最大 1000mm 。由式 m v F m t= 式(2 1 式 (2 1

8、 中 m 工作部件總質(zhì)量v 快進(jìn)或快退速度t 運(yùn)動的加速、減速時(shí)間m v F m N N t = 再求的阻力負(fù)載 靜摩擦阻力 0. 22509. 849fS F N N = 動摩擦阻力 0. 12509. 824fd F N N =取液壓缸的機(jī)械效率取 0.9m =則推力 (2133606fd m F F N += 綜上所訴得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載表 2 1和表 2 2。表 2 1 夾緊缸各工作階段的負(fù)載 F(N 表 2 2 進(jìn)給缸各工作階段的負(fù)載 F(N 根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動時(shí)間, 即可分別繪制出兩油缸工作 負(fù)載圖 F -l 和速度圖 -l ,如圖 2-1,圖 2-2所示

9、。 夾緊缸負(fù)載圖 F -l 進(jìn)給缸負(fù)載圖 F -l 圖 2-1 夾緊缸速度圖 -l 進(jìn)給缸速度圖 -l 圖 2-23、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)3.1 初選液壓缸工作壓力根據(jù)系統(tǒng)中夾緊油缸工作最大負(fù)載為 140F KN =,在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大,在其 它工況負(fù)載很小,參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊初選液壓缸的工作壓力 p 1=4MPa。進(jìn)給 油缸工作最大負(fù)載為 2120F KN =, 在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大, 在其它工況負(fù)載較小, 參 考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊初選液壓缸的工作壓力 p 1=8MPa。3.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸機(jī)床沒要求快退速度這里選取液壓缸快進(jìn)和快退速度相等, 這里的液壓缸可 選用單活塞桿式即液壓缸有(A 1=2A

10、2 。工進(jìn)時(shí)為防止沖擊現(xiàn)象,液壓缸的回油腔 應(yīng)有背壓,參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊由于選用有桿腔回油路直接油缸,背壓可忽略不計(jì),選此背壓為 p 2=0 MPa 。無桿腔回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng),這時(shí)參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可選取背壓為 p 2=0.5MPa 。 由式 1122mFp A p A -=式(3-1在式(3-1中 1p 、 2p 分別為缸的工作壓力、回油路背壓1A 、 2A 分別為缸的無桿腔工作面積、有桿腔工作面積F 缸的工作負(fù)載m 液壓缸的機(jī)械效率,取 0.9m =再根據(jù) 122A A =,得 1212m F A p p =- ,求得夾緊油缸無桿腔工作面積 1210.0119A m = 進(jìn)給油缸無桿腔工作

11、面積 210.0172A m =由 D =得,夾緊油缸活塞直徑 11123.1D mm = 進(jìn)給油缸活塞直徑 1148.0D mm =由 d 0.717D 得, 11d 88.26mm =, 1d 106.12mm =,參考 /23481993GB T -,圓 整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值,得夾緊缸 11125D mm =, 11d 90mm =,進(jìn)給缸 1150D mm =,1d 105mm =。由 214D A =, (2224D d A -=求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為夾緊缸兩腔的實(shí)際有效面積為 142112310A m -=, 14225910A m -= 進(jìn)給缸兩腔的實(shí)際有效面積為 422176

12、.610A m -=, 42290.010A m -= 經(jīng)檢驗(yàn),參考表 3-1,活塞桿強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。表 3-1按工作壓力選取 d/D 根據(jù)計(jì)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 3 2和表 3 3所列,系統(tǒng)主要為進(jìn)給缸供油,由此繪制進(jìn)給 缸工況圖如圖 3-1所示表 3 2夾緊缸在各階段的壓力、流量和功率值 表 3 3進(jìn)給缸在各階段的壓力、流量和功率值 注:快退時(shí),液壓缸有桿腔進(jìn)油,壓力為 p 1,無桿腔回油,壓力為 p 2。 輸入流量 輸入功率進(jìn)油腔壓 力進(jìn)給缸工況圖 圖 3-14、擬定液壓系統(tǒng)原理圖4. 1選擇基本回路4. 1. 1 選擇調(diào)

13、速回路由圖 2可知, 這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)功率與運(yùn)動速度, 工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工 作中變化小,故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式,系統(tǒng)必 然為開式循環(huán)系統(tǒng)。4. 1. 2選擇油源形式, 在工作前可根據(jù)加工需要夾緊和進(jìn)給最大行程可以 隨時(shí)調(diào)節(jié)。根據(jù)該機(jī)床工作原理,則系統(tǒng)兩個(gè)油缸可公用一個(gè)泵,為此可選用限 壓式變量泵或葉片泵作為油源。且兩者都能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,從要求壓力較高、系 統(tǒng)效率、經(jīng)濟(jì)適用的角度來看,最后確定選用雙作用葉片泵方案。4. 1. 3選擇快速運(yùn)動和換向回路考慮系統(tǒng)流量較大, 系統(tǒng)中選用電液換向閥換向回路, 控制進(jìn)油方向選用三 位四通電液換向閥,控制液壓缸選用三位四通電液

14、換向閥,如圖 4-1所示。 圖 4-14. 1. 4選擇速度換接回路系統(tǒng)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí), 為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊, 選用行程閥控制的 換接回路。為了給進(jìn)給缸快退發(fā)出信號,由于最大行程可以隨時(shí)調(diào)節(jié),則需要設(shè) 置一個(gè)行程開關(guān)。為了便于進(jìn)給缸動作完成后系統(tǒng)能自動為夾緊缸發(fā)出快退信 息,在進(jìn)給缸旁設(shè)置一個(gè)壓力繼電器。如圖 4-2所示。 圖 4-24. 1. 5選擇進(jìn)油調(diào)壓回路在雙缸利用一個(gè)雙作用葉片泵供油, 根據(jù)本機(jī)床工作原理和工作參數(shù)可知兩個(gè)油缸不是同時(shí)進(jìn)行工作且兩個(gè)油缸所需要的供油壓力不同。 需要設(shè)置簡單的調(diào) 壓,即在進(jìn)給系統(tǒng)和夾緊系統(tǒng)中各設(shè)置一個(gè)溢流閥調(diào)節(jié)壓力。如圖 4-3所示。 圖 4-

15、34. 2組成液壓系統(tǒng)將上面選出的液壓基本回路組合在一起, 并經(jīng)修改和完善, 就可得到完整的 液壓系統(tǒng)工作原理圖,如下圖 4-4所示,系統(tǒng)的動作循環(huán)如表 4-1。在圖中,為 了避免機(jī)床夾緊工作停止后, 夾緊油缸回路中無法保持夾緊力, 圖中在夾緊缸旁 添置了蓄能器。 圖 4-4表 4-1系統(tǒng)的動作循環(huán)表 5、計(jì)算和選擇液壓件5. 1. 1計(jì)算液壓泵的最大工作壓力由表 3 2和表 3 3可知, 進(jìn)給缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大, 最大工作壓力為p 1=8.32MPa,如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中,選取進(jìn)油路上的總壓力損失 p =0.6MPa,考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差 p e =0.5MPa 。

16、由式 11p e p p p p + 式(5-1 在式(5-1中 1p p 最高工作壓力1p 最大工作壓力p 總壓力損失e p 動作要求壓差則泵的最高工作壓力估算為11(7.570.60.5 8.67p e p p p p MPa MPa +=+=5. 1. 2 計(jì)算液壓泵的流量由表 3 2和表 3 3可知, 油源向進(jìn)給缸輸入的最大流量為 1.6210-3 m 3/s , 若取回路泄漏系數(shù) K =1.1。由式 p q Kq 式(5-2 式 (5-2 中 p q 缸最大的流量, K 回路泄漏系數(shù) , q 輸入的最大流量。 則泵提供油缸最大的流量為1333311.11.6210/1.78210/1

17、06.92/min p q Kq m s m s L -= 考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為 3L/min, 則泵的總流量 101.44/min p q L 根 據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本,最后確定選取 24136PV R -型葉片泵, 排 量 為 136/p q mL r =。 若 取 液 壓 泵 的 容 積 效 率 為 0. 9v =, 則 當(dāng) 泵 的 轉(zhuǎn) 速 980/minp n r =時(shí),液壓泵的實(shí)際輸出流量為 1369800.9/1000/min 119.95/min p q L L =5.2 確定電動機(jī)功率由表 2 1和表 2 2可知, 進(jìn)給油缸工進(jìn)時(shí)輸入功率最大, 這時(shí)液壓泵

18、最大 工作壓力為 8.67MPa ,若取液壓泵總效率 p =0.8,由式 p ppp q P =式(5-3式(5-3中 P 電動機(jī)功率, p p 工作壓力, p q 工作流量 , p 液壓 泵總效率。p ppp q P kW kW =根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本, 選用規(guī)格相近的 Y225M 6型電動機(jī), 其額定功率為 30KW ,額定轉(zhuǎn)速為 980r/min。5. 3 確定其它元件及輔件5. 3. 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閥類元件及輔件的實(shí)際流量, 查閱產(chǎn)品樣 本,選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表 5 1所列。5. 3. 2確定油管各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定

19、,由于液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、 工進(jìn)和快退運(yùn)動階段的運(yùn)動速度、 時(shí)間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量, 與原定數(shù) 值不同,重新計(jì)算的結(jié)果如表 5 2所列。由表 5 2可以看出,液壓缸在各階段 的實(shí)際運(yùn)動速度符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)表 5 2數(shù)值, 系統(tǒng)中當(dāng)油液在壓力管中流速取 v=3m/min 由式 d =計(jì)算得各液壓缸系統(tǒng)中相連的油管內(nèi)徑分別為jj d =212.23mm = jg d =229.14mm = 由于兩根管道內(nèi)徑差別大,則不統(tǒng)一選取。查閱產(chǎn)品樣本,選出夾緊缸系統(tǒng) 中選用外徑 14mm 、厚度 1.6mm 的鋼管,進(jìn)給缸系統(tǒng)中選用外徑 34mm 、厚度 3mm 的無縫鋼管。5. 3. 3確定油箱根

20、據(jù)機(jī)床工作原理夾緊缸和進(jìn)給缸不會同時(shí)工作,由于進(jìn)給缸工作流量最 大,則計(jì)算進(jìn)給缸的油量。油箱的容量按式 p V q =估算,其中 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù), 低壓系統(tǒng), =24;中壓系統(tǒng), =57;高壓系統(tǒng), =612。由式 p V q = 式(5-4 式(5-4中 V 油箱的容量 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)p q 最大工作流量現(xiàn)取 7=,得7119.95839.65p V q L L =按 /79381999JB T -規(guī)定,取標(biāo)準(zhǔn)值 1000V L =。表 5 1液壓元件規(guī)格及型號 表 5 2各工況實(shí)際運(yùn)動速度、時(shí)間和流量 6、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能6. 1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)管路布置尚未確定,整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無法全面估

21、算,所以只 能估算閥類元件壓力損失, 待設(shè)計(jì)好管路布局圖后, 加上管路的沿程損失和局部 損失即可。但對于中小型液壓系統(tǒng),管路壓力損失可以不考慮。壓力損失的驗(yàn)算 應(yīng)按一個(gè)工作中不同階段分別進(jìn)行。6.1.1 夾緊缸系統(tǒng)的驗(yàn)算1快進(jìn)快進(jìn)時(shí),液壓缸通過電液換向閥連接。在進(jìn)油路上,油液通過單向閥 14、 通過電液換向閥 2、 再通過電液換向閥 3b 、 通過行程閥 4的流量都為 21.12/min L , 然后進(jìn)入液壓缸無桿腔。由式 sn v n en q p p q = 式(6-1 式(6-1中 v p 總壓力總損失, n p 元件壓力損失 , sn q 實(shí)際通過流 量, en q 額定通過最大流量。

22、在進(jìn)油路上,由式(6-1得壓力總損失為 (0.0100.0090.0090.036MPa =+0.064MPa =此值不大,不會影響提供液壓缸所需壓力。在回油路上,無桿腔中油液通過電液換向閥 3b 流量為 44/min L ,流入回油箱。在回油路上,由式(6-1得壓力損失為 2440.50.038160v p MPa = 此值不大,不會影響提供液壓缸系統(tǒng)。2夾緊夾緊過程,在進(jìn)油路上,油液通過單向閥 14、通過電液換向閥 2、再通過電 液換向閥 3b 的流量都為 5.9/min L 、調(diào)速閥 5進(jìn)入液壓缸無桿腔,在調(diào)速閥 4處 的壓力損失為 0.5MPa, 這時(shí)在回油路上, 油液通過電液換向閥

23、3b 返回油箱。 若忽 略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失,則在進(jìn)油路上由式(6-1得總的壓力 損失為2225.95.95.90.350.50.50.5125160160v p =+ (0.00080.00070.00070.5MPa =+0.502MPa =在回油路上由式(6-1得壓力總損失為 212.30.50.003160v p MPa = 該值微略大于液壓缸的回油腔壓力 p 2=0MPa, 可見此值與初算時(shí)選取的背壓值基 本相符。按表 3 2的公式重新計(jì)算液壓缸的工作壓力為(4610221/444440.00359100/12310103.615p F P A A MPa -=+=+=

24、 此值與表 3 2數(shù)值很接近。 考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差 p e =0.5MPa, 為保證夾緊力,故將蓄能器保壓大小略高于液壓缸所需壓力取略高 0.1MPa 。故由式(5-1溢流閥 11的調(diào)壓 1p A p 應(yīng)為113.6150.5020.50.14.717p A v e p p p p MPa +=+=此值是調(diào)整溢流閥 11的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。3快退滑臺快退時(shí),在進(jìn)油路上,油液通過單向閥 14、電液換向閥 2、電液換向閥 3b 的流量都為 21.12/min L ,然后進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上,油液通過單 向閥 6、液控單向閥 16和電液換向閥 3b 流量都為 10.1/

25、min L ,返回油箱。在進(jìn) 油路上由式(6-1得總的壓力損失為22221.1221.1221.120.350.50.5125160160v p =+ (0.0100.0090.009MPa =+0.028MPa =此值較小,因此液壓泵的驅(qū)動電動機(jī)的功率是足夠的。在回油路上由式(6-1得總的壓力損失為22210.110.110.10.50.350.512540160v p =+ (0.0030.0220.002MPa =+0.027MPa =該值小于表 3 2液壓缸的回油腔壓力 p 2=0.5MPa,但由于機(jī)床夾緊缸系統(tǒng)中沖 擊很小,再參考表 5 2中的速度數(shù)據(jù)則不會影響系統(tǒng)安全。6. 1.

26、2 進(jìn)給缸系統(tǒng)的驗(yàn)算1快進(jìn)快進(jìn)時(shí),液壓缸通過電液換向閥連接。在進(jìn)油路上,油液通過單向閥 14、通過電液換向閥 2、再通過電液換向閥 3a 、通過二位二通電磁換向閥 7的流量都為 119.95/min L ,然后進(jìn)入液壓缸無桿腔。在進(jìn)油路上,壓力總損失為 (0.3220.2810.080.259MPa =+0.94MPa =此值不大,再參考表 5 2中的速度數(shù)據(jù),不會太影響提供液壓缸所需壓力和速 度。在回油路上,無腔桿中油液通過通過單向閥 3a 流量為 235.4/min L ,流入回 油箱。在回油路上,壓力損失為 2235.40.50.308300v p MPa = 。此值不大, 再參考表 5

27、 2中的速度數(shù)據(jù),不會太影響提供液壓缸所需壓力和速度。2工進(jìn)夾緊過程,在進(jìn)油路上,油液通過單向閥 14、通過電液換向閥 2、再通過電 液換向閥 3a 的流量都為是 20.98/min L 、調(diào)速閥 8進(jìn)入液壓缸無桿腔,在調(diào)速閥 8處的壓力損失為 0.5MPa 。在回油路上,油液通過電液換向閥 3a 返回油箱。若 忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失,則在進(jìn)油路上總的壓力損失為22220.9820.9820.980.350.50.50.5125160300v p =+ (0.0100.0090.0020.5MPa =+0.521MPa =此值略大于估計(jì)值 0.5MPa 但基本相符。在回油路上總的

28、壓力損失為:241.20.50.009300v p MPa = ,該值微略 大于液壓缸的回油腔壓力 p 2=0MPa,可見此值與初算時(shí)選取的背壓值基本相符。按表 3 3的公式重新計(jì)算液壓缸的工作壓力為(4610221/1336060.00990100/176.610107.57p F P A A MPa -=+=+= 此值與表 3 3數(shù)值很接近?？紤]到壓力繼電器的可靠動作要求壓差 p e =0.5MPa,故溢流閥 12的調(diào)壓1p A p 應(yīng)為 117.570.5210.58.59p A v e p p p p MPa +=+=。此值是調(diào)整溢流 閥 12的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。3快退滑臺快退時(shí)

29、,在進(jìn)油路上,油液通過單向閥 14、電液換向閥 2、電液換向閥 3a 的流量都為 119.95/min L ,然后進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上,油液通過單 向閥 9和電液換向閥 3a 流量都為 61.1/min L , 返回油箱。 在進(jìn)油路上總的壓力損 失為222119.95119.95119.950.350.50.5125160300v p =+ (0.3220.2810.08MPa =+0.681MPa =此值較小,因此液壓泵的驅(qū)動電動機(jī)的功率是足夠的。在回油路上總的壓力損失為22261.161.161.10.350.50.5125160300v p =+ (0.0840.0730.020MPa =+0.177MPa =該值小于表 3 3液壓缸的回油腔壓力 p 2=0.5MPa,但由于機(jī)床夾緊缸系統(tǒng)中沖 擊很小,則不會影響系統(tǒng)安全