專用鉆床液壓系統(tǒng)設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機電工程學院液壓與氣壓傳動課程設計說 明 書課題名稱： 專用鉆床的液壓系統(tǒng)設計 學生姓名： 蔣詩陽 學號： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班級： 10機電2 成 績： 指導教師簽字： 2013年6月20日目 錄0 3.2液壓系統(tǒng)的工作原理2 3.3液壓元件的選擇.1360專心-專注-專業(yè)設計內(nèi)容計算說明結(jié)論題目及要求動作要求分析一，設計題目及要求：試設計一專用鉆床的液壓系統(tǒng)，要求完成”快進-工作-快退-停止（卸荷）”的工作循環(huán)已知：切削阻力為13412N，運動部件自重為5390N，快進行程為300mm，工進行程為100mm，快進，快退運動速度為4.5m/min,工

2、進速度為60-1000mm/min，加速和減速時間為t=0.2sec,機床采用平導軌，摩擦系數(shù)為Fs=0.2,Fd=0.1二，工況分析2.1動作要求分析根據(jù)主機動作要求畫出動作循環(huán)圖如圖1-1圖1-1 動作循環(huán)圖設計內(nèi)容計算說明結(jié)論工作負載摩擦負載慣性負載2.2負載分析（1）工作負載：工作負載與設備的工作情況有關(guān)，在機床上，與運動件的方向同軸的切削力的分量是工作負載。 FL=13412N（2）摩擦負載： 摩擦阻力是指運動部件與支撐面間的摩擦力，它與支承面的形狀，放置情況，潤滑條件以及運動狀態(tài)有關(guān)。靜摩擦負載 Ffs=fsG = (0.2*5390)=1078N動摩擦負載 Ffd=fdG = (

3、0.1*5390)=539N（3） 慣性負載： 慣性負載是運動部件的速度變化是，由其慣性而產(chǎn)生的負載，可用牛頓第二定律計算。 加速 Fa1 = m*a1=(5390/9.81)*(0.075/0.2)=206.04N 減速 Fa2 = m*a2=(5390/9.81)*(0.074/0.2)=203.29NFL=13412NFfs=1078NFFfd=539NFa1 = 206.04N Fa2=203.29N 設計內(nèi)容計算說明結(jié)論 制動 Fa3 = m*a3 =(5390/9.81)*(0.001/0.2)=2.75N反向加速 Fa4 = Fa1 = 206.04N反向制動 Fa5 = Fa4

4、 =206.04N如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導軌摩擦里的影響，并設液壓缸的機械效率m=0.85，則液壓缸在各工作階段的總機械負載可以算出，見表工況計算公式總負載 F/N缸推力 F/N啟動Ffs10781268.23加速Ffd + Fa1745846.47快進Ffd539634.12減速Ffd - Fa2336395.29工進FL + Ffd1395116412.94制動FL+Ffd Fa313948.2516409.7反向加速-Ffd - Fa4745.04876.52快退-Ffd 539634.12制動-Ffd+ Fa5332.96391.72Fa3=2.75NFa4=206.04N設計

5、內(nèi)容計算說明結(jié)論負載圖和速度圖的繪制液壓缸主要參數(shù)確定初選液壓缸的工作壓力液壓缸尺寸活塞桿穩(wěn)定性校核流量計算壓力計算功率計算工況圖2.3負載圖和速度圖的繪制根據(jù)負載計算結(jié)果和已知的各個階段的速度，由于行程是400mm，設定快進時的行程L1=300mm，工進時的行程L2=100mm?？衫L出負載圖（F-l）和速度圖（v-l），見圖1-2a、b。橫坐標以上為液壓缸活塞前進時的曲線，以下為液壓缸退回時的曲線。 1-2a,b2.4、液壓缸主要參數(shù)確定（1）、初選液壓缸的工作壓力 按負載大小根據(jù)表2選擇液壓缸工作壓力表2 按負載選擇執(zhí)行元件工作壓力根據(jù)最大負載F=19412N, 初選液壓缸的工作壓力為3M

6、Pa（2）、計算液壓缸尺寸 按最大負載Fmax計算缸筒面積A得計算缸筒內(nèi)徑D得 按計算結(jié)果根據(jù)表3選擇缸筒內(nèi)徑標準值。表3 液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑標準系列（GB/T23481993） mm按標準取D = 90mm(壁厚5mm，單重11.17kg/m)根據(jù)快進和快退速度相等要求，擬定液壓系統(tǒng)在快進時采用差動連接。設活塞桿直徑為d，于是有 D2/(D2-d2) =1.3 d=43.23mm按標準取 d = 45mm則液壓缸的有效作用面積為：無桿腔的面積 A1=1/4 *D2 = 1/4*92=63.59cm2有桿腔的面積 A2=1/4 *(D2-d2) = 1/4*(92-4.52) =47.69

7、cm2（3 ）活塞桿穩(wěn)定性校核 活塞桿的總行程為400 mm , 而活塞桿的直徑為45mm , l/d =400/45=8.89<10 不用穩(wěn)定性校核（4） 、計算液壓缸流量、壓力和功率1） 流量計算2）壓力計算 3）功率計算4、繪制工況圖 工作循環(huán)中液壓缸各階段壓力、流量和功率如表4所示。 由表繪制液壓缸的工況圖如圖3所示。圖3 液壓缸的工況圖t(s)p(MPa)2.580.40.13q(L/min)21.47.153.1t(s)P(W)47.7t(s)46.4133.3快進工進快退3MPaD=83mmA1=63.59cm2A2=47.69cm2不用穩(wěn)定性校核設計內(nèi)容計算說明結(jié)論選用執(zhí)

8、行元件確定供油方式調(diào)速方式選擇速度換接選擇換向方式選擇快進工進快退液壓泵壓力所需液壓泵流量選用液壓泵選用電動機標準件油管油箱壓力損失驗算沿程壓力損失Pf回油沿程壓力損失總沿程壓力損失局部壓力損失Pr總壓力損失p調(diào)定壓力的確定系統(tǒng)溫升驗算總結(jié) 三，液壓系統(tǒng)設計 3.1、液壓系統(tǒng)圖的擬定 1、選用執(zhí)行元件 由系統(tǒng)動作循環(huán)圖，選定單活塞桿液壓缸做為執(zhí)行元件。根據(jù)快進和快退速度相等的要求，擬定在快進時采用差動連接，因此應使無桿腔有效面積為有桿腔有效面積的兩倍。 2、確定供油方式 由工況圖分析可知，液壓缸在快進、快退時所需流量較大，但持續(xù)時間較短；而在工進時所需流量較小，但持續(xù)時間較長。因此從提高系統(tǒng)效

9、率，節(jié)省能源的角度考慮，系統(tǒng)供油方式不宜采用單個定量泵，而宜采用雙泵或變量泵。因此參考同類組合機床，選用雙作用葉片泵雙泵供油方式。 3、調(diào)速方式選擇 由工況圖可知，快進和快退時有速度要求，因此在有桿腔油口處統(tǒng)一采用調(diào)速閥調(diào)速。工進時速度低，考慮到系統(tǒng)負載變化小，所以采用調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速回路。 4、速度換接選擇 快進和工進之間速度需要換接，為便于對換接的位置進行適當?shù)恼{(diào)整，因此采用二位二通行程閥來實現(xiàn)速度的換接。另外采用液控順序閥與單向閥來切斷差動回路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。 5、換向方式選擇 采用三位五通電磁閥進行換向，以滿足系統(tǒng)對換向的各種要求。選用三位閥的中位機能為M

10、型，以實現(xiàn)可以隨時在中途停止運動的要求。為提高換向的位置要求，擬采用止擋塊和壓力繼電器的行程終點返回控制。 6、其它選擇 為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處和液壓缸的兩接口處 均設置測壓點，并配置多點壓力表開關(guān)，以便利用一個壓力表即能觀測各點壓力。 完成以上各項選擇后，作出擬定的液壓系統(tǒng)原理圖和各電磁鐵的動作順序表如圖4所示。 3.2、液壓系統(tǒng)的工作原理 1、快進 按下起動按鈕，電磁鐵1YA通電，電磁換向閥8的閥芯右移，換向閥工作在左位，實現(xiàn)快進，油路為： 進油路：泵2換向閥8左位行程閥13下位液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔 調(diào)速閥14 換向閥8左位單向閥9行程閥13下位液壓缸左腔，形成差

11、動連接。 2、工進 當滑臺快速運動到給定位置時，滑臺上的撞塊壓下行程閥13閥芯，切斷通道，使壓力油經(jīng)調(diào)速閥10進入液壓缸左腔。由于油液流經(jīng)調(diào)速閥，系統(tǒng)壓力上升，打開液控順序閥7，此時單向閥9關(guān)閉，切斷液壓缸差動回路，實現(xiàn)工進，油路為： 進油路：泵2換向閥8左位調(diào)速閥10液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔調(diào)速閥14 換向閥8左位順序閥7背壓閥6 油箱。 3、快退 當滑臺工進完畢之后，停留在止擋塊處，系統(tǒng)壓力升高，直到壓力繼電器12的調(diào)整值時，壓力繼電器動作，2YA通電，電磁換向閥8工作在右位，滑臺快退返回。快退油路為： 進油路：泵2 調(diào)速閥14 換向閥8右位液壓缸右腔； 回油路：液壓缸左腔單向閥1

12、1換向閥8右位油箱。3.3、液壓元件的選擇 1、確定液壓泵的型號及電動機功率 1）計算液壓泵壓力 估算壓力損失經(jīng)驗數(shù)據(jù)： 一般節(jié)流調(diào)速和管路簡單的系統(tǒng)取pl=0.20.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復雜的系統(tǒng)取pl=0.51.5MPa。 液壓缸在整個工作循環(huán)中最大工作壓力為2.58MPa，由于系統(tǒng)有調(diào)速閥，但管路簡單，所以取壓力損失pl=0.5MPa，計算液壓泵的工作壓力為 pp=p+pl=2.58+0.5=2.63MPa 2）計算所需液壓泵流量 考慮泄漏的修正系數(shù)K：K=1.11.3。 液壓缸在整個工作循環(huán)中最大流量為21.4L/min。取回路泄漏修正系數(shù)K=1.1，計算得所需兩個液壓泵的總流量

13、為 qp=1.1×21.4=23.54L/min由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進時液壓缸所需流量為0.4L/min，所以高壓泵的流量不得少于3.4L/min。 3）選用液壓泵1、 單泵Single pump型號排量壓力轉(zhuǎn)速容積效率驅(qū)動功率重量YB1446.3960851.15YB125256.3960903.392、 雙泵：Double PumpLL1L2L3BB1HSD1D2dd1CtbZ1Z2Z325510638144452014511090dc12820d115225Z1”Z3/4”Z1/4” 由3第5卷P158選用YB110/16型的雙聯(lián)葉片泵。 液壓泵額定壓力為6

14、.3MPa，排量分別為10mL/r和16mL/r，取容積效率pV=0.85，總效率=0.8，額定轉(zhuǎn)速分別為1450r/min和960r/min. 4）選用電動機 擬選Y系列三相異步電動機，滿載轉(zhuǎn)速960r/min，按此計算液壓泵實際輸出流 qp=（10+16）×103 ×960 ×0.85=21.22L/min計算所需電動機功率為由3第4卷P569選用Y132S-6電動機。 電動機額定功率為3KW，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min。 2、選擇閥類元件及輔助元件 1）標準件 根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件和輔助元件的流量，由產(chǎn)品目錄確定這些元件的型號及規(guī)格如表5 所

15、示。 2）非標件 a）油管 油管尺寸根據(jù)實際流量類比確定，采用內(nèi)徑為16mm，外徑為20mm的紫銅管。 b）油箱 油箱容積計算如下 V=（57）qp=（57）×21.22=106.1148.54L 取V=150L。表5 液壓元件型號及規(guī)格序 號 名 稱通過流量qmax(L/min)型號及規(guī)格1 濾油器 24.96 XU-C32×100B2 雙聯(lián)葉片泵 21.22 YB110/163 溢流閥 8.11 Y-10B4 單向閥 13.61 I-25B5 順序閥 13.61 X-B25B6 溢流閥 8.37 Y-10B7 順序閥 8.37 XB-25B8 三位五通電磁換向閥 21.

16、22 35D-25BM9 單向閥 8.37 I-25B10 調(diào)速閥 16.20 Q-25B11 單向閥 16.80 I-25B12 壓力繼電器 DP-25B13 二位二通行程閥 24.57 22D-25B14 調(diào)速閥 21.22 Q-25B15 壓力表開關(guān) K-3B16 壓力表 Y-100T17 電動機 Y132S-6四， 驗算性能完成設計 4.1、液壓系統(tǒng)的性能驗算 1、壓力損失驗算 按液壓泵的實際輸出流量估算壓力損失。 1）油液在油管中的流速 進油管流速v'回油管流速v" 層流狀態(tài)： 1=75/Re1=75/552=0.14 2）沿程壓力損失Pf 設系統(tǒng)采用L-HM32液

17、壓油，室溫為20時粘度為 =1.0×104 m2/s a）進油沿程壓力損失Pf1層流狀態(tài)： 1=75/Re1=75/552=0.14 取油液的密度為=890kg/m3，進、回油管長度均為2m，得進油沿程壓力損失為 b）回油沿程壓力損失 層流狀態(tài)： 2=75/Re2=75/281=0.27c）總沿程壓力損失3）局部壓力損失Pr 局部壓力損失包括液壓閥的壓力損失及管道和管接頭的壓力損失。液壓閥的損失很小，可以忽略不計。管道和管接頭壓力損失一般取沿程壓力損失的10%計算，于是 pr=10% pf=0.1×0.48=0.05MPa 4）總壓力損失p p=pf+ pr=0.48+0.

18、05=0.53MPa原設p=0.5MPa，與計算結(jié)果非常接近。 2、調(diào)定壓力的確定雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值為取 p卸=4.1MPa 溢流閥的調(diào)定值應大于卸荷閥調(diào)定壓力0.30.5MPa。取 p溢=4.5MPa 順序閥的調(diào)定值應為 p順=0.29+p=0.29+0.95=1.24MPa 背壓閥的調(diào)定值取為 p背=0.3MPa3、系統(tǒng)溫升驗算 工進時間在整個工作循環(huán)中所占的時間比例達87%，所以系統(tǒng)溫升可按工進計算。工進時液壓缸的有效功率為 工進時大流量泵卸荷，卸荷壓力為0.3MPa，小流量泵在高壓3.64MPa下供油，兩個泵的總輸出功率為 由此得液壓系統(tǒng)單位時間的發(fā)熱量為設油箱的三個邊長在1：

19、1：11：2：3范圍內(nèi)，計算散熱面積為按通風良好取散熱系數(shù)h=15×103kW/（m2），計算油液溫升為設室溫t1=20，得油液溫度t2為熱平衡計算在允許范圍內(nèi)。五，總結(jié)液壓是一們機械專業(yè)十分重要的專業(yè)基礎課。同時液壓在實際生產(chǎn)的應用上也發(fā)揮了契機巨大的作用。在工業(yè)生產(chǎn)的各個部門應用液壓傳動技術(shù)。工程機械，礦上機械，壓力機械和航天工業(yè)中，常常采用液壓傳動，因為其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，輸出力大；機床上采用液壓傳動是取其能在工作過程中方便的實現(xiàn)無級調(diào)速，易于實現(xiàn)頻繁的換向，易于實現(xiàn)自動化；在電子工業(yè)，包裝機械，印染機械，食品機械等方面應用氣壓傳動主要是取其操作方便，無油，無污染。由此

20、可見，液壓的應用很廣泛，發(fā)揮的作用也十分巨大。液壓課程設計是是對液壓課程所學理論知識的一次具體的應用和實踐，增強學生所學知識以及具體方法的實際應用有很大的幫助。通過這次課程設計，使我對于液壓系統(tǒng)設計有了一個更加形象和直觀的認識與掌握。這個過程中鍛煉了我分析解決問題，應用和查閱相關(guān)機械資料進行設計的能力。由于這次課程設計是在教學的過程中進行的，剛剛學過的理論知識印象還很深刻，但要在在短短的幾周時間做好液壓課程是不是一件容易的事，做課程設計又需要很多的相關(guān)的知識，這次課程設計又相當于讓自己再次溫固了一遍課程。真正做到理論與實踐的相統(tǒng)一。做好一個設計首要的是理清思路，把具體要做的工作細分，循序漸進，走一步再走一步，這也有助于使自己不會遇到大的任務，繁雜的事情而手慌腳忙，不知所措。查找資料是在整個設計過程中也是一項至關(guān)重要的事情，因為我們都沒有經(jīng)驗，要想在短短的時間里完成一套設計，有用的資料是必不可少的。圖書館中找到了一些和我們的題目相近的設計實例，老師給了我們一套關(guān)于液壓設計的工程手冊。設計實例可以快速給我們設計思路，設計過程中要包括哪幾個方面的內(nèi)容也一目了然，于是大概是怎么樣的一個過程就有了；液壓設計工程手冊提供了我們需要選取的元件，這些都是標準件，比如電磁換向閥，液壓泵等等有了充足的資料之后