四軸臥式鉆孔專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)題目： 四軸臥式鉆孔專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 目錄一、分析負(fù)載31.1外負(fù)載31.2慣性負(fù)載31.3阻力負(fù)載3二、確定執(zhí)行元件主要參數(shù)42.1確定執(zhí)行元件主要參數(shù)4三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖53.1設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案5設(shè)計(jì)內(nèi)容6設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程6備注63.2選擇基本回路63.3將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)8四、選擇液壓元件104.1液壓泵104.2閥類元件及輔助元件114.3油管124.4油箱12五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能135.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值135.2驗(yàn)算油液溫升15設(shè)計(jì)小結(jié)16參

2、考文獻(xiàn)16感想16液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、主要任務(wù)與目標(biāo)任務(wù)：四軸臥式鉆孔專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鉆孔動(dòng)力部件質(zhì)量m=200kg，液壓缸的機(jī)械效率w=0.9，鉆削力Fe=16000N，工作循環(huán)為：快進(jìn)工進(jìn)死擋鐵停留快退原位停止。行程長度為1500mm，其中，工進(jìn)長度為50mm，快進(jìn)、快退速度為75mm/s,工進(jìn)速度為1.67mm/s。導(dǎo)軌為矩形，啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間為0.5s.要求快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)平穩(wěn)可靠，工作臺(tái)能在任意位置停住。目標(biāo)：通過本題目的課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生對所學(xué)的液壓與氣壓傳動(dòng)課程知識(shí)有一個(gè)全面深刻的認(rèn)識(shí)，熟悉液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和過程；提高學(xué)生的動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力。二、主要內(nèi)容（1）

3、熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)，明確設(shè)計(jì)及目標(biāo)。（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已學(xué)過的設(shè)計(jì)流程，擬定系統(tǒng)工作原理圖。（3）計(jì)算各元件的參數(shù)并驗(yàn)算。（4）元件選型。（5）編制文件，繪制速度、負(fù)載圖譜。三、工作量要求完成規(guī)定的任務(wù)，總字?jǐn)?shù)30004000字。四、時(shí)間要求本課程設(shè)計(jì)于2012-12-15前完成設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注 一、分析負(fù)載 1.1外負(fù)載 由已知可得鉆削力Fg=30468N 1.2慣性負(fù)載 機(jī)床工作部件總質(zhì)量m=980kg 導(dǎo)軌為矩形，啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間為t=0.2s 快進(jìn)、快退速度為0.1m/s 1.3阻力負(fù)載 查表8-2得 靜摩擦阻力為動(dòng)摩擦阻力為液壓缸在個(gè)工作階段的負(fù)載 如表6-1 已知 w=0.

4、9工況計(jì)算公式外負(fù)載（F1)工作負(fù)載F=F1/w啟動(dòng)F1=Ffs19602178加速F1=Ffd+Fm14701633快進(jìn)F1=Ffd9801089工進(jìn)F1=Ffd+Fg3144834942反向啟動(dòng)F1=Ffs19602178反向加速F1=Ffd+Fm14701633后退F1=Ffd9801089已知快進(jìn)、快退的速度 為100mm/s,工進(jìn)速度為0.88mm/s，工進(jìn)長度50mm 行程150mm。由已知條件和上表數(shù)值繪制速度圖、負(fù)載圖如下圖（圖6-1,圖6-2） 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注 二、確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 負(fù)載圖6-1 速度圖6-2 2.1確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 由表6-1可知機(jī)床

5、最大負(fù)載 查表8-7 8-8得液壓系統(tǒng)取工作壓力 d=0.707D =/=2查表8-3得液壓缸回油路背壓d=0.707D=0.0707m 圓整D=0.1m d=0.07mD為缸筒直徑d為活塞桿直徑，A1為無桿腔的工作面積，A2為有桿腔的工作面積設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注 三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖由此求的液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為經(jīng)驗(yàn)算，活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。 3.1設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案 根據(jù)D d 估算壓力、流量、功率 如表6-2工況負(fù)載F/N回油腔壓力P2/Mpa進(jìn)油腔壓力P1/Mpa輸入油量q×10-3/m3s-1輸出功率P/kw計(jì)算公式快進(jìn)（差動(dòng)）啟動(dòng)

6、326700.852P1=(F+A2P)/(A1-A2)q=（A1-A2)v1P=p1q加速2513P1+P（P=0.3Mpa）0.656恒速21780.560.28850.162工進(jìn)199560.62.800.0130.0332P1=(F+P2A2)/A1q=A1v2P=p1q快退啟動(dòng)326700.825P1=(F+P2A1)/A2q=A2v3P=p1q加速25130.61.61恒速21781.520.30030.457在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，快進(jìn)加快退的時(shí)間t1，工進(jìn)所需的時(shí)間t2分別為設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖， 因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能

7、量的角度來看 應(yīng)采用兩個(gè)適宜的液壓泵自動(dòng)兩級并聯(lián)供油的油源方案。如圖下圖6-3 圖6-3 3.2選擇基本回路 由于不存在負(fù)載對系統(tǒng)做功的工況也不存在負(fù)載制動(dòng)過程，故不需要設(shè)置平衡及制動(dòng)回路。但必須有快速運(yùn)動(dòng)、換向、速度換接以及調(diào)壓、卸荷等回路。 確定換向方式為了滿足工作臺(tái)在任意位置停止，液壓缸差動(dòng)連接采用滑閥機(jī)能為 Y 型的三位五通電磁換向閥。（如下圖6-4） 選擇工作進(jìn)給油路 為了實(shí)現(xiàn)工進(jìn)時(shí)液壓缸回油腔油液能經(jīng)換向閥左位流回油箱；快進(jìn)時(shí)液壓缸回油腔油液能經(jīng)換向閥左位流入油腔以及防止高壓油液倒流。在回油路上設(shè)置一只液控順序閥一只單向閥。（如下圖6-5）設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注 三、設(shè)計(jì)液

8、壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 圖6-4 圖6-5 確定快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)方案 為了使快進(jìn)平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換為工進(jìn)，采用行程換向閥使快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)（如圖6-6）設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 圖6-6 選擇調(diào)壓和卸荷回路 油源中有溢流閥（見圖6-3），調(diào)定系統(tǒng)工作壓力，因此調(diào)壓問題已在油源中解決，無需另外設(shè)置調(diào)壓回路。 在圖6-3所示的雙液壓泵自動(dòng)兩級供油的油源中設(shè)有卸荷閥，當(dāng)滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓、大流量液壓泵都可以經(jīng)此閥卸荷。由于工進(jìn)在整個(gè)循環(huán)周期占了絕大部分時(shí)間，且高壓、小流量液壓泵的功率較小，故可以認(rèn)為卸荷問題已基本解決，就不需要在設(shè)置卸荷回路。 3.3將液壓回路綜

9、合成液壓系統(tǒng) 把上面選出的各種液壓回路組合畫在一起，就可得到一張下圖6-7所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注三、設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 圖6-7設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注 四、選擇液壓元件 4.1液壓泵液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大壓力為2.54Mpa，如果進(jìn)油路上的壓力損失為0.8Mpa，為使壓力繼電器能可靠地工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力0.5Mpa，則小油量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為大流量液壓泵在快進(jìn)、快退運(yùn)動(dòng)時(shí)才才向液壓缸輸油，由表6-2可知，快退時(shí)液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5Mpa，則大流量液壓泵的最高工作壓力為

10、由表6-2可知，兩個(gè)液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為17.31L/min，因系統(tǒng)較簡單，取泄漏系數(shù)KL=1.1,則兩個(gè)液壓泵的實(shí)際流量應(yīng)為由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進(jìn)時(shí)輸入液壓缸的流量為0.78L/min，由小流量液壓泵單獨(dú)供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為3.78L/min。 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PV2R12-6/19型雙葉片液壓泵其小液壓泵和大液壓泵的排量分別為6ml/r和19ml/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí)該液壓泵的理論流量為23.5L/min，若取液壓泵的容積效率，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為 =(6+19)×9

11、40×0.9/1000L/min=(5.1+16.1)L/min=21.2L/min由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為2.02Mpa、流量為21.2L/min。按表8-13去液壓泵的總效率p=0.75，則液壓泵的電動(dòng)機(jī)所需的功率為設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注 四、選擇液壓元件根據(jù)此數(shù)據(jù)值查閱電機(jī)產(chǎn)品樣本選取Y100L-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率Pn=0.95KW，額定轉(zhuǎn)速nn=940r/min。4.2閥類元件及輔助元件根據(jù)閥類元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實(shí)際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表6-3,表中序號與圖6-7的元件標(biāo)號相同。編號

12、元件名稱估計(jì)通過流量L/min額定流量L/min額定壓力Mpa額定壓降Mpa型號規(guī)格1、2雙聯(lián)葉片泵 （5.1+16.1）17.5PV2R12-6/19VP=(6+19)ml/r9三位五通電磁閥608016<0.535DYF3Y-E10B12溢流閥506316-YF3-E10B7a 7b7c行程閥調(diào)速閥單向閥500.560 630.0750 63161616<0.5-<0.2AXQF-E10B單向行程調(diào)速閥3液控順序閥56316<0.3XF3-E10B4液控順序閥256316<0.3XF3-E10B5背壓閥0.36316-YF3-E10B10、11、6單向閥256

13、316<0.2AF3-Ea10BQmax=80L/min8壓力繼電器-10-HED1KA/1013濾油器3060-<0.2XU-63×80-J 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注 四、選擇液壓元件 4.3油管 各元件連接的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、排除的最大流量計(jì)算。由于液壓泵選定后液壓在各個(gè)工作階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算如表6-4所示快進(jìn)工進(jìn)快退輸入油量L/minq1=(A1qp)/(A1-A2)=(78.5×21.2)/(78.5-40.03)=54.62q1=0.78q1=qp=21.2排除油量L/minq

14、2=(A2q1)/A1=(40.03×54.62)/78.5=27.85q2=(A2q1)/A1=(40.03×0.78)/78.5=0.4q2=(A1q1)/A2=(78.5×21.2)/40.03=41.57運(yùn)動(dòng)速度m/minv1=qp/(A1-A2)=(19.04×10)/(78.5-40.03)=4.95v2=q1/A1=(0.78×10)/78.5=0.099v3=q1/A2=(21.2×10)/40.03=5.30由上表可以看出，液壓缸在各個(gè)工作階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合要求。根據(jù)表6-4中數(shù)值，并按課本第二章第七節(jié)推薦取油液

15、在壓油管的流速v=3m/s，按式d=2×算的與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為d=2×2×mmmm這兩根油管都按GB/T23512005選用內(nèi)徑15mm、外徑18mm的冷拔無縫鋼管。4.4油箱郵箱容積按式V=qp估算，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)=7，故其容積為設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注 五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能V=7×21.2L=148.4L按JB/T73981999規(guī)定，區(qū)最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=160L。5.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值由于系統(tǒng)的管路布置尚未確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先按課本（8-13）式估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好

16、管路布局后，加上管路的沿程損失即可。壓力損失驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。快進(jìn)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，由表6-3和表6-4可知，進(jìn)油路單向閥11的流量是16.1L/min，通過電液閥9的流量是21.2L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量54.62L/min通過行程閥7a并進(jìn)入無桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為 此值不大，不會(huì)是壓力閥打開，故能確保兩個(gè)液壓泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。會(huì)有路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥9和單向閥6的流量都是27.85L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥7a流入無桿腔。由此可計(jì)算快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力與無桿腔壓力之差。此值與原估計(jì)值0.

17、3Mpa（見表6-2）基本相符。工進(jìn)工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥9的流量為設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注 五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能0.78L/min，在調(diào)速閥7c處的壓力損失為0.5Mpa；油液在回 油路上通過換向閥9的流量0.4L/min，在背壓閥5處的壓力損失為0.6Mpa，通過順序閥3的流量為（0.4+16.1）L/min，因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力P2為 可見此值略大原估計(jì)值0.6Mpa。故可以按表6-2表中公式重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力P1，即 此值略高于表6-2中數(shù)值考慮到壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差Pe=0.5Mpa，故溢流閥12的調(diào)壓應(yīng)為>P1+P+Pe=3.14

18、+0.5×()2+0.5+0.5Mpa=4.14Mpa快退快退時(shí)，油液在進(jìn)路上通過單向閥11的流量為16.1L/min，通過換向閥9的流量為21.2L/min；油液在回油路上通過單向閥7b、換向閥9和單向閥14的流量都是41.57L/min。因此進(jìn)油路上的總壓降為此值較小所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率足夠的。回油路上總壓降為=0.31Mpa此值與表6-2中的估值相近，故不必重算。所以，快退時(shí)液壓泵的工作壓降PP為 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注 五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能因此大流量液壓泵卸荷的順序閥5的調(diào)壓應(yīng)大于1.688Mpa。5.2驗(yàn)算油液溫升工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所占時(shí)間比例達(dá)95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油溫升可按工況工進(jìn)來計(jì)算。工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為這時(shí)大流量液壓泵經(jīng)順序閥3卸荷，小流量液壓泵在高壓下供油。大液