液壓課程設計臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統

1、課程設計說明書課程名稱：題目名稱：班 級：20 級專業(yè)班姓 名：學 號：指導教師：評定成績：教師評語：指導老師簽名:20目錄液壓傳動課程設計指導書2一、設計要求及工況分析51 . 1設計要求51.2負載與運動分析5二、液壓系統主要參數確定72.1初選液壓缸工作壓力72.2計算液壓缸主要尺寸 7三、擬定液壓系統原理圖10.3.1主體方案的確定1.0.3.2基本回路確定10.3.3液壓系統原理圖綜合.1.4.四、計算和選擇液壓元件及輔件 1.44.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 1.44.2確定其它元件及輔件 15五、驗算系統發(fā)熱與溫升19.六、設計小結2Q.主要參考文獻 2.1.液壓傳動課程設計

2、指導書一、設計的目的和要求：設計的目的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：1. 鞏固和深化已學知識， 掌握液壓系統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、解決問題能力；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；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。設計的要求1. 設計時必須從實際出發(fā)，綜合考慮實用性、經

3、濟性、先進性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實現系統的要求，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；2. 獨立完成設計。設計時可以收集、參考同類機械的資料，但必須深入理解，消化后再 借鑒。不能簡單地抄襲；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的組成， 積極思考；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；5. 液壓傳動課程設計要求學生完成以下工作：設計計算說明書一份；液壓傳動系統原理圖一

4、張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）。二、設計的內容及步驟設計內容1. 液壓系統的工況分析，繪制負載和速度循環(huán)圖；2. 進行方案設計和擬定液壓系統原理圖；3計算和選擇液壓元件；4. 驗算液壓系統性能；5. 繪制正式工作圖，編制設計計算說明書。設計步驟以一般常規(guī)設計為例，課程設計可分為以下幾個階段進行。1.明確設計要求閱讀和研究設計任務書，明確設計任務與要求；分析設計題目，了解原始數據和工作 條件。參閱本書有關內容，明確并擬訂設計過程和進度計劃。2進行工況分析做速度-位移曲線，以便找出最大速度點；做負載-位移曲線，以便找出最大負載點。液壓缸在各階段所受的負載需要計算，為 簡單明了起見

5、，可列表計算；計算公式見教材表9-2。確定液壓缸尺寸確定液壓缸尺寸前應參照教材選擇液壓缸的類型，根據設備的速度要求確定d/D的比值、選取液壓缸的工作壓力，然后計算活塞的有效面積，經計算確定的液壓缸和活塞桿直徑 必須按照直徑標準系列進行圓整。計算時應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、最大流量點和最大功率點。計算過程可列表計算。3進行方案設計和擬定液壓系統原理圖方案設計包括供油方式、調速回路、速度換接控制方式、系統安全可靠性（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，初步擬定液壓系統原理圖。選擇液壓基本回路，最主要的就是確定調速回路。應考慮回路的調速范圍、 低速穩(wěn)定性、效率等問題，同時盡量做到結構簡單、成本低。4. 計算和選擇液壓組件計算液壓泵的工作壓力；計算液壓泵的流量；選擇液壓泵的規(guī)格；計算功率，選擇原動機；選擇控制閥；選擇液壓輔助元件；5. 驗算液壓系統性能；驗算液壓系統的效率；驗算液壓系統的溫升6. 繪制正式工作圖，編制課程設計計算說明書液壓傳動系統原理圖一張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）整理課程設計計算說明書三、進度安排按教學計劃安排，液壓

7、傳動課程設計總學時數為1周，其進度及時間大致分配如下:序 號設計內容天數（約占比例1設計準備0.5 （約占 10% ）2液壓系統的工況分析，繪制負載和速度循環(huán)圖0.5 （約占 10% ）3進行方案設計和擬定液壓系統原理圖1.5 （約占 30% ）4計算和選擇液壓組件1 （約占20% ）5驗算液壓系統性能0.5 （約占 10% ）6繪制液壓系統原理圖，編制課程設計說明書0.5 （約占 10% ）7設計總結與答辯0.5 （約占 10% ）四、設計題目設計一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過6000N。該系統工作循環(huán)為：快進一一工進一一快退一一停止。機床

8、快進快退速度約為6 m /min，工進速度可在 30120mm /min范圍內無級調速，快進行程為200mm , 工進行程為50mm，最大切削力為 25kN，運動部件總重量為 15 kN，加速（減速）時間為0.1s，采用平導軌，靜摩擦系數為0.2，動摩擦系數為0.1。臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統設計一、設計要求及工況分析1. 1設計要求技術參數：設計一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統， 要求完成工件的 定位與夾緊，所需夾緊力不得超過 6000N。機床快進快退速度約為6 m /min , 工進速度可在30120mm /min范圍內無級調速，快進行程為200mm ,工進 行程為50mm，最大

9、切削力為25kN，運動部件總重量為15 kN，加速（減速） 時間為0.1s，采用平導軌，靜摩擦系數為0.2，動摩擦系數為0.1。該系統工作循環(huán)為：快進工進快退停止1.2負載與運動分析負載分析已知工作負載Fw25KN按啟動換向時間和運動部件重量計算得到慣性負載Fa 1530N摩擦阻力Ff 3KN取液壓缸的機械效率 m 0.9，得出液壓缸各工作階段的負載值，見表 1所列表1液壓缸各階段的負載和推力工況計算公式缸的負載F/N啟動加速F(FaFf )/ m5033快進FFf / m1667工進F(FaFw ) / m29478快退FFf / m1667F-s和根據液壓缸在上述各階段內的負載和運動時間，

10、即可繪制出負載循環(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、液壓系統主要參數確定2.1初選液壓缸工作壓力根據要求可確定液壓缸為差動式液壓缸。經負載分析和計算可知液壓缸驅動的最大負載是在工進階段為29478N由參考表9-3，初選液壓缸的工作壓力p1=4MPa。2.2計算液壓缸主要尺寸221初選液壓缸的工作壓力鑒于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（A1=2A2），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止孔鉆通時負載突然消失發(fā)生前沖現象，液壓缸的回油腔應有背壓，參考教材表9-1選此背壓為p2=0

11、.6MPa計算液壓缸結構參數進而由表 9-1可確定工進時的背壓力為Pb=0.5-1.5,我們取 Pb=0.5MPa ,m=0.90。根據差動缸定義有 A1=2A2 ，則d=0.707D，由工進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，經過圓整得d=70mm計算出液壓缸的有效面積2 2A-i 78.5cmA2 38.5cm工進時采用調速閥調速，其最小穩(wěn)定流量qmin 0.05L/min，設計要求最低工進速度min 30mm/min，經驗算可知滿

12、足式(9-1 )要求。2.2.3.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油腔輸入流量輸入功計算公式F/N壓力壓力qx率p2/MPp1/MP10-3/m3/P/KWaas啟動5033P2=p11.74F0 A> PA A快加速+0.5q(A1 A2) 1進恒速1667p1+0.0.900.40.36pP250.0158pF0 p2A229470.0039A工進80.64.050.01570.06qA1 24ppg啟動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為液壓缸差動連接時，回油口到進油口之間的壓力損失，取p=0.5MPa2快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為pl，無桿腔回油，壓力為p2。三、擬定液壓系統原理圖3.1主體方案的確定由表7可知，本系統屬于速度變化不大的小功率固定作業(yè)系統，因而首先考慮性能穩(wěn)定的雙定量泵供油，差動缸差動快進和咼速閥進口節(jié)流咼速的開式系統方 案。這樣，既滿足液壓缸工進的高壓小流量要求，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選擇調速回路由圖

14、4可知，這臺機床液壓系統功率較小，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。由于系統選用節(jié)流調速方式，系統必 然為開式循環(huán)系統。選擇速度換接回路由于本系統滑臺由快進轉為工進時，速度變化大(v1/v2=0.1/(0.8 X10-3 )=125),為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥制的換接回路，如圖5所示。圖5324選擇快速運動和換向回路本系統已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運動回路實現快速運動。考慮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

15、擊。由于要實現液壓缸差動連接，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，換向和液壓缸差動控制，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液壓系統原理圖綜合將上面選出的液壓基本回路組合在一起， 并經修改和完善，就可得到完整的液壓 系統工作原理圖。在圖中，為了解決滑臺工進時進、回油路

16、串通使系統壓力無法 建立的問題，增設了單向閥。為了避免機床停止工作時回路中的油液流回油箱， 導致空氣進入系統，影響滑臺運動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥7。考慮到這臺機床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設 了一個壓力繼電器10。（見后附圖）四、計算和選擇液壓元件及輔件4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率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7可知，液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為 p1=3.86MPa，如在調速閥進口節(jié)流調速回路中，選 取進油路上的總壓力損失E? p=1MPa ，繼電器的可靠動作要求壓差 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大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，由表7可見，快退時液壓缸的工作壓力為p仁1.73MPa，比快進時大。考慮到快退時進油不通過調速閥，故其進油 路壓力損失比前者小，現取進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計算液壓泵的流量由表7可知，液壓缸快進時所需最大流量為 0.385 X10-3 m3/s ,若取回路泄漏系數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，工進時的流量為 0.768 X10-5 m3/s =0.45L/min ，則小流量泵的流量最少應為 3.45L/min。4.1. 3確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率根據以上壓力和流量數值查閱手冊可知，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定0 9選取PV2R12-6/26型雙聯葉片泵。其轉速為WOr/min，容積效率vp -時, 雙聯泵同時供油流量為qtp 0.4 103m3/s ；而qp qtp vp 0.36 10 3m3/s由表7得知，液壓缸在快退時輸入功率最大，若取液壓泵總效率np=0.8，這時液壓泵的驅動電動機功率為

19、Ppqp1.376 106 °36 10 3620Wp0.8根據此數值查閱產品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L 6型電動機，其額定功率為1.5KW，額定轉速為940r/min。4.2確定其它元件及輔件確定閥類元件及輔件根據系統的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，查閱產品樣本, 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 統工進時的流量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雙聯葉片泵PV2R123.45/25.17.5-6/2641溢流閥5.1YF3-E101016B壓力表開關K 6B14單向閥57.4AF3-Ea63160.210B三位五通電57.435DY 63160.3液換向閥100BY調速閥<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：此為電動機額定轉速為940r/mi n時的

21、流量。422確定油管在選定了液壓泵后，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，與原定數值不同，重新計算的結果如表9所列。表9各工況實際運動速度、時間和流量快進工進快退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際運動速度符合設計要求d 出根據表9數值，按表10推薦的管道內允許速度取=4 m/s ，由式 計算 得與液壓缸

23、無桿腔和有桿腔相連的油管內徑分別為4qd4q4 59 10 331017.7mmI34 56.6 103.14 60 431017.4mm3.14 60 4為了統一規(guī)格，按產品樣本選取所有管子均為內徑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為經驗系數，低壓系統，a =24 ;中壓系統，a=57;高壓系統，a =612?，F取a =4，得qpn 4 (3.4525.41)116L五、驗算系統發(fā)熱與溫升由于工進在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統的發(fā)熱與溫升可按工進工況來計算。在工進時，大流量泵經液控順序閥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