臥式雙面銑削組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書專業(yè)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)教師： 2012年6月1日1設(shè)計(jì)題目 臥式雙面銑削組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)22設(shè)計(jì)要求23液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3 3.1分析液壓系統(tǒng)工況3 3.2確定主要參數(shù)6 1.初定液壓缸的工作壓力6 2.液壓缸主要參數(shù)的確定6 3.繪制液壓系統(tǒng)工況圖6 3.3繪制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖8 1.調(diào)速回路的選擇8 2.油源及其壓力控制回路的選擇9 3.快速運(yùn)動(dòng)與換向回路9 4.速度換接回路9 5.壓力控制回路9 6.行程終點(diǎn)的控制方式9 7.組成液壓系統(tǒng)繪原理圖9 3.4計(jì)算與選擇液壓元件11 1.液壓泵11 2.閥類元件及輔助元件的選擇11 3.油

2、管的選擇114.確定油箱容積11 3.5液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算12 1壓力損失的驗(yàn)算13 1.1 工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失13 1.2 工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失13 1.3 變量泵出口處的壓力Pp13 1.4 系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算13 2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算144液壓缸的設(shè)計(jì)15 4.1 液壓缸工作壓力的確定15 4.2 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿d前面已經(jīng)計(jì)算15 4.3 液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算15 4.4 缸蓋厚度的確定155設(shè)計(jì)小結(jié) 16 6參考文獻(xiàn)161. 設(shè)計(jì)題目 臥式雙面銑削組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式雙面銑削組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，加工對象為變速箱的兩側(cè)面。動(dòng)作順序?yàn)椋簥A緊缸夾緊

3、動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)動(dòng)力滑臺(tái)工進(jìn)動(dòng)力滑臺(tái)快退夾緊缸松開原位停止?；_(tái)工進(jìn)軸向阻力為11800N，夾緊缸夾緊力為8000N，滑臺(tái)移動(dòng)部件質(zhì)量為204kg?；_(tái)快進(jìn)速度為3.5m/min，快退速度為7m/min，滑臺(tái)工進(jìn)速度為100mm/min，加、減速時(shí)間為0.2s，滑臺(tái)快退行程為500mm，工進(jìn)行程為200mm，夾緊缸行程為30mm。要求動(dòng)力滑臺(tái)速度平穩(wěn)，可在80300mm/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，夾緊缸夾緊后需保壓，夾緊缸內(nèi)徑為70mm，液壓缸效率取0.9。3.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1分析液壓系統(tǒng)工況負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件

4、是臥式放置，重力的的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：切削力，導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，動(dòng)摩擦力為,則如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見表3-1。 表3-1 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載組成負(fù)載F/N推力/N快進(jìn)啟動(dòng)399.84444.27加速259.42288.24勻速199.92222.13工進(jìn)啟動(dòng)11942.1213269.02勻速11999.9213333.24減速11998.2213331.36快退啟動(dòng)399.84444.27加速318.92354.36

5、勻速199.92222.13根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各階段的速度，可繪制出負(fù)載圖（F-l）和速度圖（F-2） 圖3-1負(fù)載圖和速度圖3.2確定主要參數(shù)1. 初定液壓缸的工作壓力組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的最大負(fù)載約為11800N，查表9-2初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力。2. 液壓缸主要參數(shù)的確定 由于差動(dòng)連接時(shí)液壓缸的推力比非差動(dòng)連接時(shí)小，速度比非差動(dòng)連接時(shí)大，當(dāng)加大油泵流量時(shí)，可以得到較快的運(yùn)動(dòng)速度，因此采用差動(dòng)連接。為了減小液壓泵的流量，液壓缸選用單桿式的，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接。為防止銑削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，查表9-4暫取背壓為P2=0.5MPa，并取液壓缸機(jī)械效率=0.9。則液壓缸上

6、的平衡方程故液壓缸無桿腔的有效面積： 液壓缸內(nèi)徑： 按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm；因A1=3A2，故活塞桿直徑d=0.816D=63mm（標(biāo)準(zhǔn)直徑）則液壓缸有效面積為： 3.繪制液壓系統(tǒng)工況圖差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，液壓缸有桿腔壓力P2必須大于無桿腔壓力P1，其差值估取P2P1=0.5MPa，并注意到啟動(dòng)瞬間液壓缸尚未移動(dòng)，此時(shí)P=0；另外取快退時(shí)的回油壓力損失為0.5MPa。根據(jù)假定條件經(jīng)計(jì)算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力.流量和功率，并可繪出其工況圖 表31液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工作階段計(jì)算公式推力F（N）回油腔壓力P2（MPa）工作腔壓力P1（MPa）輸

7、入流量q（L/min）輸入功率P（KW）快進(jìn)啟動(dòng) 444.270 0.14 快進(jìn)加速 288.24 0.9 0.4 快進(jìn)恒速 222.13 0.88 0.38 10.9 0.069工進(jìn)啟動(dòng)13269.02 0.5 2.83 工進(jìn)勻速13333.24 0.52.840.41.50.0190.071工進(jìn)減速13331.360.52.84快退啟動(dòng) 444.27 0 0.23 快退加速 354.36 0.5 1.5 快退恒速 222.13 0.5 1.43 13.36 0.32注：1.差動(dòng)連接時(shí)，回油到進(jìn)油之間的壓力損失。 2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為，無桿腔回油，壓力為液壓缸的工況圖： 圖3

8、-1工況圖3.3繪制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖 1.調(diào)速回路的選擇該機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率?。?kw）,速度較低；鉆鏜加工時(shí)連續(xù)切削，切削力變化小，故采用節(jié)流調(diào)速的開式回路是合適的，為了增加運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，進(jìn)油路夾速度閥。2.油源及其壓力控制回路的選擇該系統(tǒng)由低壓大流量和高壓小流量兩個(gè)階段組成，因此為了節(jié)能，考慮采用葉片泵油源供油。3.快速運(yùn)動(dòng)與換向回路由于差動(dòng)連接時(shí)液壓缸的推力比非差動(dòng)連接時(shí)小，速度比非差動(dòng)連接時(shí)大，當(dāng)加大油泵流量時(shí)，可以得到較快的運(yùn)動(dòng)速度因此在雙泵供油的基礎(chǔ)上，快進(jìn)時(shí)采用液壓缸差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路，快退時(shí)采用液壓缸有桿腔進(jìn)油，無桿腔回油的快速運(yùn)動(dòng)回路。為防止銑削后工件突然前沖，液壓缸需保

9、持一定的回油背壓,采用單向閥。4.速度換接回路由工況圖可以看出，當(dāng)動(dòng)力頭部件從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)滑臺(tái)速度變化較大，可選用行程開關(guān)來控制快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的速度換接，以減少液壓沖擊。5.壓力控制回路在大泵出口并聯(lián)一電液比例壓力閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無極調(diào)壓。在小泵出口并聯(lián)一溢流閥，形成液壓油源。 6.行程終點(diǎn)的控制方式這臺(tái)機(jī)床用于鉆、鏜孔（通孔與不通孔）加工，因此要求行程終點(diǎn)的定位精度高因此在行程終點(diǎn)采用死擋鐵停留的控制方式。7.組成液壓系統(tǒng)繪原理圖將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充，即組成如下圖1-3所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無腔進(jìn)口處設(shè)置測壓點(diǎn)

10、，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開關(guān)。這樣只需一個(gè)壓力表即能觀測各點(diǎn)壓力。 圖1-3液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表3-2所示。動(dòng)作名稱1YA2YA3YA4YA5YA6YA定位+-夾緊+-工作臺(tái)快進(jìn)-+-+-工作臺(tái)工進(jìn)-+-+工作臺(tái)快退-+液壓泵卸載-+-+松開-+-拔銷-+-3-2電磁鐵動(dòng)作順序表3.4計(jì)算與選擇液壓元件1.液壓泵液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為2.84MP,如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.8MPa,壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力之值為0.5MPa，則小流量泵的最大工作壓力應(yīng)為 Pp1=(2.84+0.8+0.5)2MPa=8.28MPa大流量泵是在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)才向液

11、壓缸輸油的，由工況圖可知，快退時(shí)液壓缸中的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MPa,則大流量泵的最高工作壓力為 Pp2=(1.5+0.5)2MPa=4MPa由工況圖可知，兩個(gè)液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為13.362L/min，若回路中的泄漏按液壓缸輸入流量的10%估計(jì)，則兩個(gè)泵的總流量應(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0.41.5L/min,由小流量泵單獨(dú)供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少為3.4L/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PV2R1-6與PV2R1-23型葉片泵，其小泵和大泵的排量分別為4mL/r和

12、23.4mL/r，又液壓泵的容積效率沒有給出，所以當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，液壓泵的實(shí)際輸出流量為由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這是液壓泵工作壓力為9.1MPa,流量為33.934L/min,取泵的總效率為0.75，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為根據(jù)此數(shù)值按JB/T10391-2002,，查閱JB/T 9616-1999選取Y90L-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。2.閥類元件及輔助元件的選擇根據(jù)閥類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，可以選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格見表33 表33元件的型號(hào)及規(guī)格序號(hào)元件名稱估計(jì)流量L/MIN額定流量L/MIN額定壓力額定

13、壓降型號(hào)、符號(hào)1過濾器38.76630.2XU-63*80J2葉片泵32.7632.76PV2R1-233葉片泵66PV2R1-64溢流閥3.46316YF3-E10B5調(diào)速閥0.41.50.075016AXQF-Ea10B調(diào)速閥026.420.075016AXQF-Ea10B6二位五通閥26.42SVK21207單向閥16.38630.5-160.2AF3-Ea10B8行程開關(guān)LX19-12111電液比例壓力閥5 EDG-01-C12減壓閥331.5JF-L1013三位四通閥1.3925160.534EF3Y-H10BT14液控單向閥1.3911.5716YAF3-Ea10B15單向順序閥6

14、AXF3-10B16壓力繼電器10HED1KA/10 3.油管的選擇各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、輸出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵的具體選定之后液壓缸在各階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同；又對液壓缸工作時(shí)，每一個(gè)泵均供兩條支路，所以每條支路所需流量為總流量的一半，重新計(jì)算如表34所示 表34液壓缸的進(jìn)、出流量和運(yùn)動(dòng)速度流量、速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/(L/min)排出流量/(L/min)運(yùn)動(dòng)速度/(m/min)由表中的數(shù)據(jù)可知所選液壓泵的型號(hào)、規(guī)格適合。由表34可知，該系統(tǒng)中最大壓力小于3MPa，油管中的流速取3m/s。所以按公式可計(jì)算得液壓缸無桿腔和有桿

15、腔相連的油管內(nèi)徑分別為：查表JB82766（52），同時(shí)考慮制作方便，選182（外徑18mm,壁厚2mm）的10號(hào)冷拔無縫鋼管（YB23_70）4.確定油箱容積：油箱容積按液壓傳動(dòng)式（7-8）估算，與壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，低壓24，中壓57，高壓1012.當(dāng)取為7時(shí)，求得其容積按JB/T7938-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。3.5液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 已知該液壓系統(tǒng)的進(jìn)、回油管的內(nèi)徑均為18mm，運(yùn)動(dòng)粘度為= 150cst = 1.5cm2/s油的密度 = 920kg/m3 油的密度 = 920kg/m3 1壓力損失的驗(yàn)算 1.1 工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的速度為0.1m/

16、min，進(jìn)給時(shí)的最大流量為0.502L/min，則液壓油在管內(nèi)流速v1為：v1=Q/(d2/4)=40.5021000/(3.141.52)=2.84(cm/s)管道流動(dòng)雷諾數(shù)Re1為Re1 = v1d/=2.841.8/1.8 =2.84 2300可見油液在管道中流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)1=75，Re1=2.84進(jìn)油管道的沿程壓力損失p1-1為p1-1=(l/d）/(v2/2) =75(1/1.5)/(0.0159200.02842/2) =0.09MPa忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路的總壓力損失p1=0.09(MPa)1.2 工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失由于選用單活

17、塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積是無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則v2 = v1/2 = 2.84/2 = 1.42(cm/s)Re2 = v2d/= 1.421.5/1.5 = 1.42 23002 = 75/Re2 = 75/1.42= 52.82回油管道的沿程壓力損失p2-1為p2-1=2(l/d) /( v2/2) =52.82(1/1.5)/(0.0159200.01422/2) =0.253Mpa查產(chǎn)品樣本知換向閥DFE10B的壓力損失為p2-2=0.025MPa，回油路總壓力損失p2為p2=p2-1+p2-2 =0.253+0.025= 0

18、.278MPa)1.3 變量泵出口處的壓力PpPp = (F/cm+A2p2)/A1+p1=(13333.24+19.090.278)/50.24+0.09=2.65(MPa)1.4 系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算工作循環(huán)中進(jìn)、回油管中通過的最大流量q=29.392 L/min，由此計(jì)算雷諾數(shù)得Re= vd/=4q/d=4 29.592 10-3/60 1510-31.510-4=279.232300由此可推出各工況下的進(jìn)、出回油中的液流均為層流，管中流速為V=q/(d2/4)= 4 30 10-3/60 (1510-3 )2 =2.79m/s因此沿程壓力損失為pf=75/ Rel/dv2/2 =75/27

19、9.232/1510-39202.792/2=0.13106Mpa2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長，為了簡化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大，計(jì)算如下：v=0.1m/min：流量Q=v(d2/4)= 0.120.1/4=0.785(L/min)此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為3.64Mpa則有：P(輸入) =3.640.785/(600.1) =0.476(kW)P(輸出)= Fv = 13333.2410/60102103 = 0.022(kW)此時(shí)的壓力損失為：P = P(輸入) - P(輸出) = 0.476Kw-0.022K

20、W=0.454KW假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K=1010-3 =kW/(cm2)，油箱的散熱面積A為1.92cm2，則系統(tǒng)的溫升為：T =P/KA = 0.454/(1010-3 1.92) =23.5()驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。4液壓缸的設(shè)計(jì)4.1 液壓缸工作壓力的確定選擇5MP液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備類型確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力也不同。4.2 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿d前面已經(jīng)計(jì)算 D = 80mm ; d =63mm4.3 液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學(xué)可知

21、，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異，一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒，起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算PD/2公式中：為液壓缸壁厚（m） D為液壓缸內(nèi)徑（m） P試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25-1.5倍）（Mpa） 缸筒材料的許用應(yīng)力：鍛鋼110-120，鑄鋼100-110，無縫鋼管100-110 高強(qiáng)度鑄鐵60，灰鑄鐵25， 單位（Mpa）PD/2=1.550.1/（2110）故取=10mm液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1為D1D+2=80+210=100mm 取D1=1004.4 缸蓋厚度的確定一