液壓課程設(shè)計(jì)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)

1、課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱：題目名稱：班 級：20 級專業(yè)班姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：評定成績：教師評語：指導(dǎo)老師簽名:20目錄液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書2一、設(shè)計(jì)要求及工況分析51 . 1設(shè)計(jì)要求51.2負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析5二、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定72.1初選液壓缸工作壓力72.2計(jì)算液壓缸主要尺寸 7三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖10.3.1主體方案的確定1.0.3.2基本回路確定10.3.3液壓系統(tǒng)原理圖綜合.1.4.四、計(jì)算和選擇液壓元件及輔件 1.44.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 1.44.2確定其它元件及輔件 15五、驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升19.六、設(shè)計(jì)小結(jié)2Q.主要參考文獻(xiàn) 2.1.液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)

2、指導(dǎo)書一、設(shè)計(jì)的目的和要求：設(shè)計(jì)的目的液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是本課程的一個(gè)綜合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的：1. 鞏固和深化已學(xué)知識， 掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問題、解決問題能力；2. 正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運(yùn)用液壓基本回路，組合成 滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)；3. 熟悉并會(huì)運(yùn)用有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及經(jīng)驗(yàn)估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。設(shè)計(jì)的要求1. 設(shè)計(jì)時(shí)必須從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮實(shí)用性、經(jīng)

3、濟(jì)性、先進(jìn)性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性。并非是越先進(jìn)越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方， 應(yīng)不惜多用一些元件或采用性能較好的元件， 不能單獨(dú)考慮 簡單、經(jīng)濟(jì)；2. 獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)可以收集、參考同類機(jī)械的資料，但必須深入理解，消化后再 借鑒。不能簡單地抄襲；3. 在課程設(shè)計(jì)的過程中，要隨時(shí)復(fù)習(xí)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；4. 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的題目均為中等復(fù)雜程度液壓設(shè)備的液壓傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。具體題目由指導(dǎo)老師分配，題目附后；5. 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生完成以下工作：設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖一

4、張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序表）。二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖；2. 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖；3計(jì)算和選擇液壓元件；4. 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能；5. 繪制正式工作圖，編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。設(shè)計(jì)步驟以一般常規(guī)設(shè)計(jì)為例，課程設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)階段進(jìn)行。1.明確設(shè)計(jì)要求閱讀和研究設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)任務(wù)與要求；分析設(shè)計(jì)題目，了解原始數(shù)據(jù)和工作 條件。參閱本書有關(guān)內(nèi)容，明確并擬訂設(shè)計(jì)過程和進(jìn)度計(jì)劃。2進(jìn)行工況分析做速度-位移曲線，以便找出最大速度點(diǎn)；做負(fù)載-位移曲線，以便找出最大負(fù)載點(diǎn)。液壓缸在各階段所受的負(fù)載需要計(jì)算，為 簡單明了起見

5、，可列表計(jì)算；計(jì)算公式見教材表9-2。確定液壓缸尺寸確定液壓缸尺寸前應(yīng)參照教材選擇液壓缸的類型，根據(jù)設(shè)備的速度要求確定d/D的比值、選取液壓缸的工作壓力，然后計(jì)算活塞的有效面積，經(jīng)計(jì)算確定的液壓缸和活塞桿直徑 必須按照直徑標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行圓整。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意考慮液壓缸的背壓力，背壓力可參考教材表9-1選取。繪制液壓缸工況圖液壓缸工況圖包括壓力循環(huán)圖（ p-s ）、流量循環(huán)圖（q-s ）和功率循環(huán)圖（P-s），繪制 目的是為了方便地找出最大壓力點(diǎn)、最大流量點(diǎn)和最大功率點(diǎn)。計(jì)算過程可列表計(jì)算。3進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖方案設(shè)計(jì)包括供油方式、調(diào)速回路、速度換接控制方式、系統(tǒng)安全可靠性（平衡、鎖緊）

6、 及節(jié)約能量等性能的方案比較，根據(jù)工況分析選擇出合理的基本回路，并將這些回路組合成液壓系統(tǒng)，初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖。選擇液壓基本回路，最主要的就是確定調(diào)速回路。應(yīng)考慮回路的調(diào)速范圍、 低速穩(wěn)定性、效率等問題，同時(shí)盡量做到結(jié)構(gòu)簡單、成本低。4. 計(jì)算和選擇液壓組件計(jì)算液壓泵的工作壓力；計(jì)算液壓泵的流量；選擇液壓泵的規(guī)格；計(jì)算功率，選擇原動(dòng)機(jī)；選擇控制閥；選擇液壓輔助元件；5. 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能；驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的效率；驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的溫升6. 繪制正式工作圖，編制課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖一張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序表）整理課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書三、進(jìn)度安排按教學(xué)計(jì)劃安排，液壓

7、傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)總學(xué)時(shí)數(shù)為1周，其進(jìn)度及時(shí)間大致分配如下:序 號設(shè)計(jì)內(nèi)容天數(shù)（約占比例1設(shè)計(jì)準(zhǔn)備0.5 （約占 10% ）2液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖0.5 （約占 10% ）3進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.5 （約占 30% ）4計(jì)算和選擇液壓組件1 （約占20% ）5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能0.5 （約占 10% ）6繪制液壓系統(tǒng)原理圖，編制課程設(shè)計(jì)說明書0.5 （約占 10% ）7設(shè)計(jì)總結(jié)與答辯0.5 （約占 10% ）四、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過6000N。該系統(tǒng)工作循環(huán)為：快進(jìn)一一工進(jìn)一一快退一一停止。機(jī)床

8、快進(jìn)快退速度約為6 m /min，工進(jìn)速度可在 30120mm /min范圍內(nèi)無級調(diào)速，快進(jìn)行程為200mm , 工進(jìn)行程為50mm，最大切削力為 25kN，運(yùn)動(dòng)部件總重量為 15 kN，加速（減速）時(shí)間為0.1s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)要求及工況分析1. 1設(shè)計(jì)要求技術(shù)參數(shù)：設(shè)計(jì)一臺臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)， 要求完成工件的 定位與夾緊，所需夾緊力不得超過 6000N。機(jī)床快進(jìn)快退速度約為6 m /min , 工進(jìn)速度可在30120mm /min范圍內(nèi)無級調(diào)速，快進(jìn)行程為200mm ,工進(jìn) 行程為50mm，最大

9、切削力為25kN，運(yùn)動(dòng)部件總重量為15 kN，加速（減速） 時(shí)間為0.1s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。該系統(tǒng)工作循環(huán)為：快進(jìn)工進(jìn)快退停止1.2負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析負(fù)載分析已知工作負(fù)載Fw25KN按啟動(dòng)換向時(shí)間和運(yùn)動(dòng)部件重量計(jì)算得到慣性負(fù)載Fa 1530N摩擦阻力Ff 3KN取液壓缸的機(jī)械效率 m 0.9，得出液壓缸各工作階段的負(fù)載值，見表 1所列表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況計(jì)算公式缸的負(fù)載F/N啟動(dòng)加速F(FaFf )/ m5033快進(jìn)FFf / m1667工進(jìn)F(FaFw ) / m29478快退FFf / m1667F-s和根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，

10、即可繪制出負(fù)載循環(huán)圖速度循環(huán)圖-s，如圖1和圖2所示i f/n294875033116670,01-16670.20.25 S/m圖1二、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定2.1初選液壓缸工作壓力根據(jù)要求可確定液壓缸為差動(dòng)式液壓缸。經(jīng)負(fù)載分析和計(jì)算可知液壓缸驅(qū)動(dòng)的最大負(fù)載是在工進(jìn)階段為29478N由參考表9-3，初選液壓缸的工作壓力p1=4MPa。2.2計(jì)算液壓缸主要尺寸221初選液壓缸的工作壓力鑒于動(dòng)力滑臺快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考教材表9-1選此背壓為p2=0

11、.6MPa計(jì)算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)而由表 9-1可確定工進(jìn)時(shí)的背壓力為Pb=0.5-1.5,我們?nèi)?Pb=0.5MPa ,m=0.90。根據(jù)差動(dòng)缸定義有 A1=2A2 ，則d=0.707D，由工進(jìn)工況下液壓的平衡力平衡方程 RAP2A2 F，可得6 6Ai F/(R 0.5P2) 29487/(4 100.5 0.6 10 ) 79.67cm對D圓整，取D=100mm 由d=0.707D，經(jīng)過圓整得d=70mm計(jì)算出液壓缸的有效面積2 2A-i 78.5cmA2 38.5cm工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量qmin 0.05L/min，設(shè)計(jì)要求最低工進(jìn)速度min 30mm/min，經(jīng)驗(yàn)算可知滿

12、足式(9-1 )要求。2.2.3.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7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖3所示。表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推力回油腔進(jìn)油腔輸入流量輸入功計(jì)算公式F/N壓力壓力qx率p2/MPp1/MP10-3/m3/P/KWaas啟動(dòng)5033P2=p11.74F0 A> PA A快加速+0.5q(A1 A2) 1進(jìn)恒速1667p1+0.0.900.40.36pP250.0158pF0 p2A229470.0039A工進(jìn)80.64.050.01570.06qA1 24ppg啟動(dòng)50330.52.33一一F0 p2A

13、1A2快退加速qA2 3恒速16670.51.4550.3850.56pP2注：1. Ap為液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取p=0.5MPa2快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為pl，無桿腔回油，壓力為p2。三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1主體方案的確定由表7可知，本系統(tǒng)屬于速度變化不大的小功率固定作業(yè)系統(tǒng)，因而首先考慮性能穩(wěn)定的雙定量泵供油，差動(dòng)缸差動(dòng)快進(jìn)和咼速閥進(jìn)口節(jié)流咼速的開式系統(tǒng)方 案。這樣，既滿足液壓缸工進(jìn)的高壓小流量要求，既考慮了節(jié)能問題，又兼顧了 工作可靠性問題。3.2基本回路確定321供油回路按主題方案，供油回路采用雙定量泵供油回路，見圖4所示。322選擇調(diào)速回路由圖

14、4可知，這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運(yùn)動(dòng)速度低，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。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失 引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓閥。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)。選擇速度換接回路由于本系統(tǒng)滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大(v1/v2=0.1/(0.8 X10-3 )=125),為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥制的換接回路，如圖5所示。圖5324選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回 路，以減小液壓沖

15、擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，所以選用三位五通電液換向 閥，如圖6所示。325方向控制回路為了滿足液壓缸停止，啟動(dòng)，換向和液壓缸差動(dòng)控制，圖6給出了利用三位五通 電液換向閥為主的方向控制回路。圖中的單向閥建立了電液換向閥所需的控制壓 力。選擇定位夾緊回路此回路采用順序閥控制的順序動(dòng)作回路，圖 7所示。這種回路采用了單向自控順序閥對兩缸進(jìn)給和退回雙向順序控制，起到先定位，夾夾緊再松開，后拔定位銷原位停止的功能。緊再松開，后拔定位銷原位停止的 功能。3.3液壓系統(tǒng)原理圖綜合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。在圖中，為了解決滑臺工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路

16、串通使系統(tǒng)壓力無法 建立的問題，增設(shè)了單向閥。為了避免機(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱， 導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，圖中添置了一個(gè)單向閥7?？紤]到這臺機(jī)床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設(shè) 了一個(gè)壓力繼電器10。（見后附圖）四、計(jì)算和選擇液壓元件及輔件4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為 p1=3.86MPa，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E? p=1MPa ，繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差 pe=0.5MPa，則小流

17、量泵的最高工作壓力估算為Pn? p+ pe=3.86+1+0.5=5.36MPa大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，由表7可見，快退時(shí)液壓缸的工作壓力為p仁1.73MPa，比快進(jìn)時(shí)大?？紤]到快退時(shí)進(jìn)油不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油 路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失E?p=0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為Pn P1+ X?P=1.73+0.5=2.23 MPa計(jì)算液壓泵的流量由表7可知，液壓缸快進(jìn)時(shí)所需最大流量為 0.385 X10-3 m3/s ,若取回路泄漏系數(shù)K=1.1 ,則 泵 的 最 小qp 為PnqpKq1 max1.1 0.385 10 3m3/s0.4235 1

18、0 3m3/s 25.41L/min考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為 0.768 X10-5 m3/s =0.45L/min ，則小流量泵的流量最少應(yīng)為 3.45L/min。4.1. 3確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱手冊可知，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定0 9選取PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片泵。其轉(zhuǎn)速為WOr/min，容積效率vp -時(shí), 雙聯(lián)泵同時(shí)供油流量為qtp 0.4 103m3/s ；而qp qtp vp 0.36 10 3m3/s由表7得知，液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率np=0.8，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為

19、Ppqp1.376 106 °36 10 3620Wp0.8根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L 6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。4.2確定其它元件及輔件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 8所列。其中，溢流閥4按小流量泵的額定流 量選取，調(diào)速閥13選用Q 6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03 L/min，小于本系 統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.5L/min。表8液壓元件規(guī)格及型號元件名稱通過的最大流量q/L/min型號額定流量q/L/min額定壓力/MPa額定壓降/MPa

20、油箱160濾油器29.6XU 80100160.3X200雙聯(lián)葉片泵PV2R123.45/25.17.5-6/2641溢流閥5.1YF3-E101016B壓力表開關(guān)K 6B14單向閥57.4AF3-Ea63160.210B三位五通電57.435DY 63160.3液換向閥100BY調(diào)速閥<1AXQF-E61610B行程閥50.422C100BH63160.3壓力繼電器PF B8L14液壓缸-二位四通電磁換向閥57.435DYF3Y-E10B63160.3順序閥<1XF3-E10B63160.3壓力繼電器PF B8L14液壓缸-液壓缸-*注：此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940r/mi n時(shí)的

21、流量。422確定油管在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)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9所列。表9各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量快進(jìn)工進(jìn)快退A(qpi qp2)qi7_7A1A2478.5 10(3.4525.41)q10.45L /minq1q p1 q p23.45 25.4128.8659L / min38.5A q2 qs 4059A2 q 2 q10.4540d A1 q2qA78.5A178.5A2cccc 78.528.86 30L/ min0.23L/min4056.6L / minq p 1q p2q11A1q

22、11A21A1A2(3.4525 .41 )10 330.45 10328.86 106038 .510460 78.5 104460 40 100.125 m/ s0.9 10 m/s0.12m /st Rl1t bl2tL3t31230.20.050.250.12530.9 100.121.6s55 s1.7s表10允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1.5 3由表9可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求d 出根據(jù)表9數(shù)值，按表10推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s ，由式 計(jì)算 得與液壓缸

23、無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為4qd4q4 59 10 331017.7mmI34 56.6 103.14 60 431017.4mm3.14 60 4為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼管。確定油箱油箱的容量按式Vqpn估算，其中a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，a =24 ;中壓系統(tǒng)，a=57;高壓系統(tǒng)，a =612?，F(xiàn)取a =4，得qpn 4 (3.4525.41)116L五、驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來計(jì)算。在工進(jìn)時(shí)，大流量泵經(jīng)液控順序閥7卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失：P