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臥式鉆床液壓系統(tǒng).docx

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1、課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書 1.設(shè)計目的: 液壓傳動課程設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課,是在完成《液壓與氣壓傳動》課程理論教學(xué)以后所進(jìn)行的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過課程設(shè)計對所學(xué)內(nèi)容能夠靈活掌握,融會貫通,并獲得綜合運用所學(xué)知識進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計的基本能力。通過課程設(shè)計,學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下目的: 1.鞏固和深化已學(xué)的液壓傳動的理論知識,掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般方法和步驟; 2.鍛煉機械制圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程運算的能力; 3.熟悉液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及液壓元件的選擇方法; 4.學(xué)會使用有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、液壓手冊及產(chǎn)品樣本等有關(guān)技術(shù)資料。 2.設(shè)計內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)

2、據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等): 工作循環(huán):手工上料——自動夾緊——工作臺快進(jìn)——銑削進(jìn)給——工作臺快退——夾具松開——手工卸料。 工作臺液壓缸負(fù)載力(KN):FL=2.0 夾緊液壓缸負(fù)載力(KN):Fc =4.8 工作臺液壓缸移動件重力(KN):G=3.5 夾緊液壓缸負(fù)移動件重力(N):Gc=45 工作臺快進(jìn)、快退速度(m/min):V1=V3=6.5 夾緊液壓缸行程(mm):Lc=10 工作臺工進(jìn)速度(mm/min):V2=48 夾緊液壓缸運動時間(S):tc=1 工作臺液壓缸快進(jìn)行程(mm):L1 =450

3、 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù):μs=0.2 工作臺液壓缸工進(jìn)行程(mm):L2 =80 導(dǎo)軌面動摩擦系數(shù):μd=0.1 工作臺啟動時間(S):Dt=0.5 3.設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等〕: (1) 液壓系統(tǒng)原理圖1張; (2) 設(shè)計計算說明書1份。 一. 運動參數(shù)分析 二.計算液壓缸尺寸和所需流量 三.確定液壓系統(tǒng)方案,擬定液壓系統(tǒng)圖 四.選擇液壓元件和確定輔助裝置 五.確定電機功率 六.液壓系統(tǒng)的性能驗算 序號 FL FC G GC V1 V2 L1 L2

4、 LC tC 8 2.0 4.8 3.5 45 6.5 48 450 80 10 1 一運動參數(shù)分析 根據(jù)主機要求畫出動作循環(huán)圖,然后根據(jù)動作循環(huán)圖和速度要求畫出速度與路程的工況圖。 夾緊 快進(jìn) 工進(jìn)

5、 快退 松開 設(shè)計內(nèi)容 1. 負(fù)載與運動分析 1.1工作負(fù)載 1)夾緊缸 工作負(fù)載:Fl = FC + GCμs=4800+45*0.2=4809N F2= FC + GCμd=4800+45*0.1=4804.5N 夾緊缸最大夾緊力Fmax Fmax=F1/0.9=5343N 夾緊缸最小夾緊力Fmin Fmin=F2/0.9=5338N 由于夾緊缸的工作對于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高,所以在系統(tǒng)的設(shè)計計算中把夾緊缸的工作過

6、程簡化為全程的勻速直線運動,所以不考慮夾緊缸的慣性負(fù)載等一些其他的因素。 2)工作臺液壓缸 工作負(fù)載極為切削阻力FL=2.0KN。 1.2摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力: (1)靜摩擦阻力 Ffs=μs*G=0.23500=700N==m (2)動摩擦阻力 Ffd=μd*G=0.13500=350N 1.3慣性負(fù)載 Fi=Gg△v△t=Gg(v1-0)△t=35009.86.5/600.5=77.38N 1.4負(fù)載圖與速度圖的繪制 快進(jìn) t1=L1V1=4506.

7、5103∕60=4.15s 工進(jìn) t2=L2V2=804860=100s 快退 t3=L1+L2V3=450+806.5103∕60=4.89s 因為液壓缸的受力還有密封阻力,所以假設(shè)液壓缸機械效率ηcm=0.9,得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力,如表1.1所示。 表1.1液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力 工況 負(fù)載組成 液壓缸負(fù)載F/N 液壓缸推力F0=F/ηcm/N 啟動 F=Ffs 700 777.8 加速 F=Ffd+Fi 427.38 474.87 快進(jìn) F=Ffd 350 388.9

8、 工進(jìn) F=Ffd+FL 2350 2611.1 反向啟動 F=Ffs 700 777.8 加速 F=Ffd+Fi 427.38 474.87 快退 F=Ffd 350 388.9 表二 液壓缸負(fù)載與工作壓力之間的關(guān)系: 負(fù)載/ KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 表三 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列:(mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125

9、 140 160 180 200 220 250 320 400 500 630 表四 活塞桿直徑尺寸系列:(mm) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 55 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 136 400 速度與路程的工況圖: 負(fù)載與路程的工況圖: 二.計算液壓缸尺寸和所需流量: 1. 工作壓力的確定,查表

10、二,取工作壓力P=1MPa 2. 計算液壓缸尺寸 (1)液壓缸的有效工作面積A1 A1==2611.11000000=2611(mm2) 液壓缸內(nèi)徑: D=(4A1/π)1/2=57.7(mm) 查表三,取標(biāo)準(zhǔn)值D=63mm (2)活塞桿直徑: 要求快進(jìn)與快退的速度相等,故用差動連接方式,所以,取d=0.7D=44.1mm,查表四,取標(biāo)準(zhǔn)值d=45mm。 (3)缸徑、桿徑取標(biāo)準(zhǔn)值后的有效工作面積: 無桿腔有效工作面積: A1=D2=X632=3116(mm2) 活塞桿面積:

11、 A3=d2=X452=1590(mm2) 有桿腔有效工作面積: A2=A1-A3=3116-1590=1526(mm2) A1 A2 A3 3. 確定液壓缸所需的流量: 快進(jìn)流量qkj: qkj=A3V1=8.745103≈9(L/min) 快退流量qkt: qkt=A2V3=8.3910-3=8(L/min) 工進(jìn)流量qj: qgj=A1V2=3116X10-6X0.048≈0.15(L/min) 4.夾緊缸的有效面積、工作壓力和流量的確定: (1) 確定夾緊缸的工作壓力: 查表二,取工作壓力Pj=2

12、MPa (2) 計算夾緊缸有效面積、缸徑、桿徑: 夾緊缸有效面積Aj: Aj==53432 =2671.5(mm2) 夾緊缸直徑Dj: Dj=(4Aj/π)1/2=58.3(mm) 取標(biāo)準(zhǔn)值為Dj=63mm 則夾緊缸的有效面積為: Aj=Dj2=3115.67(mm2) 活塞桿直徑dj: dj=0.5Dj=32(mm) 夾緊缸在最小夾緊力時的工作壓力為: Pjmin==53383115.671000000≈1.7110-6=2MPa (3) 計算夾緊缸的流量qj qj=AjVj=3115.6710-61010-360≈1.87(L/min) 三.

13、 確定液壓系統(tǒng)方案,擬定液壓系統(tǒng)圖 1.確定執(zhí)行元件的類型 (1)工作缸:根據(jù)本設(shè)計的特點要求,選用無桿腔面積等于兩倍有桿腔面積的差動液壓缸。 (2)夾緊缸:由于結(jié)構(gòu)上的原因和為了有較大的有效工作面積,采用單桿液壓缸。 2.換向方式確定 為了便于工作臺在任意位置停止,使調(diào)整方便,所以采用三位換向閥。為了便于組成差動連接,應(yīng)采用三位五通換向閥??紤]本設(shè)計機器工作位置的調(diào)整方便性和采用液壓夾緊的具體情況,采用“Y”型機能的三位五通換向閥。 3.調(diào)整方式的選擇 在組合機床的液壓系統(tǒng)中,進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)鉆、鏜類專機工作時對

14、對低速性能和速度負(fù)載都有一定要求的特點,采用調(diào)速閥進(jìn)行調(diào)速。為了便于實現(xiàn)壓力控制,采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速。同時為了考慮低速進(jìn)給時的平穩(wěn)性,以及避免鉆通孔終了時出現(xiàn)前沖現(xiàn)象,在回油路上設(shè)有背壓閥。 4.快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的控制方式的選擇 為了保證轉(zhuǎn)換平穩(wěn)、可靠、精度高,采用行程控制閥。 5.終點轉(zhuǎn)換控制方式的選擇 根據(jù)鏜削時停留和控制軸向尺寸的工藝要求,本機采用行程開關(guān)和壓力繼電器加死擋鐵控制。 6.實現(xiàn)快速運動的供油部分設(shè)計 因為快進(jìn)、快退和工進(jìn)的速度相差很大,為了減少功率損耗,采用雙聯(lián)泵驅(qū)動(也可采用變量泵)。工進(jìn)時中壓小流量泵供油,并控制液壓卸荷閥,使低壓大流量泵卸荷;快進(jìn)時兩泵同時

15、供油。 7.夾緊回路的確定 由于夾緊回路所需壓力低于進(jìn)給系統(tǒng)壓力,所以在供油路上串接一個尖壓閥。此外為了防止主系統(tǒng)壓力下降時(如快進(jìn)和快退)影響夾緊系統(tǒng)的壓力,所以在減壓閥后串接一個單向閥。 夾緊缸只有兩種工作狀態(tài),故采用二位閥控制。這里采用二位五通帶鋼球定位的電磁換向閥。 為了實現(xiàn)夾緊后才能讓滑臺開始快進(jìn)的順序動作,并保證進(jìn)給系統(tǒng)工作時夾緊系統(tǒng)的壓力始終不低于所需要的最小夾緊力,故在夾緊回路上安裝一個壓力繼電器。當(dāng)壓力繼電器工作時,滑臺進(jìn)給;當(dāng)夾緊力降到壓力繼電器復(fù)位時,換向閥回到中位,進(jìn)給停止。 根據(jù)以上分析,繪出液壓系統(tǒng)圖如 1.2雙聯(lián)泵 3.三位五通電磁閥 4

16、.減壓閥 5.安全閥 6.背壓閥 7.順序閥 8.9.10.12.15單向閥 11.行程控制閥 13.調(diào)速閥 14.二位五通電磁換向閥 16.17壓力繼電器 18.液壓缸 19.夾緊缸 1. 夾緊:3YA通電 進(jìn)油:(1-9、2-8)-4-15-14(右位)-19(上腔)-下移 回油:19(下腔)-14(右位)-油箱 2. 快進(jìn):1YA通電 進(jìn)油:(1-9、2-8)-3(左位)-11-18(左腔)-右移 回油:18(右腔)-3(左位)-8-11-18(左腔)-右移 3. 工進(jìn):11切斷 進(jìn)油:2-10-3(左位)-13-18(左腔)-右移 回油:18(右腔)-3(左位)

17、-6-油箱 4. 快退:2YA通電 進(jìn)油:(1-9、2-10)-3(右位)-18-左移 回油:18(左腔)-12-3(右位)-油箱 5. 松開:4YA通電 (1-9、2-10)-4-15-14(左位)-19(下腔)-上移 開關(guān) 動作 1YA 2YA 3YA 4YA 行程閥 壓力繼電器 夾緊 - - + - - - 快進(jìn) + - + - - - 工進(jìn) + - + - + - 快退 - + + - + - 松開 - - - + - + 四.選擇液壓元件和確定輔助裝置: 1.

18、選擇液壓泵: (1)泵的工作壓力的確定: 初算時可取∑△P=0.5MPa-1.2MPa,考慮背壓,現(xiàn)取∑△P=1MPa。泵的工作壓力Pb初定為Pb=P+∑△P=1+1=2(MPa)。 式中P為液壓缸的工作壓力;∑△P為系統(tǒng)的壓力損失。 執(zhí)行元件背壓力估計值 系統(tǒng)類型 背壓力/MPa 中低壓系統(tǒng)0-8MPa 簡單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.5~0.8 回油路帶背壓閥 0.5~1.5 采用帶補液泵的閉式回路 0.8~1.5 (2)泵的流量的確定: 1.快速進(jìn)退時泵的流量:

19、 由于液壓缸采用差動連接方式,而有桿腔有效面積A2小于活塞桿面積A3,故在速度相等的情況下,快退所需的流量小于快進(jìn)的流量,故按快進(jìn)考慮。 快進(jìn)時缸所需的流量為: qkt=A2Vk=8.74510-3=9(L/min) 快進(jìn)時泵應(yīng)供油量為: qktb=Kqkt=1.1X9=9.9(L/min) 式中K為系統(tǒng)的泄漏系數(shù),一般K=1.1-1.3,此處取K=1.1。 2.工進(jìn)時泵的流量: 工進(jìn)時缸所需的流量為: qgj=A1Vg=3116X10-6X0.048=0.15 (L/min) 工進(jìn)時泵應(yīng)供流量為

20、: qgjb=Kqgj=1.1X0.15=0.165(L/min) 考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點,需加上溢流閥的最小溢流量(一般取3L/min),所以 qgjb=0.17+3=3.17(L/min) 根據(jù)組合機床的具體情況從產(chǎn)品樣本中選用YB-4/6型雙聯(lián)葉片泵,此泵在快速進(jìn)退時(低壓狀態(tài)下雙泵供油)提供流量為: qmax=4+6=10(L/min)=qktb 在工進(jìn)時(高壓狀態(tài)下小流量的泵供油)提供的流量為 qmin=4(L/min)>qgjb 故所選泵符合系統(tǒng)要求。 (3)驗算快進(jìn)、快退的實際速度: Vkj=qmax/A3=10X10-3/1

21、590X10-6=6.3(m/min) Vkt=qmax/A2=10X10-3/1526X10-6=6.6(m/min) 2.選擇閥類元件: 各類閥可按通過該閥的最大流量和實際工作壓力選取,閥的調(diào)整壓力值,必須在確定了管路的壓力損失和閥的壓力損失后才能確定。 3.確定油管尺寸: (1) 油管內(nèi)徑的確定: 可按下式計算: d2=q 泵的最大流量為10L/min,但在系統(tǒng)快進(jìn)時,部分油管流量可達(dá)20L/min。按20L/min計算,取V為 4m/s,則 d=(4X0.020/3.14X4X60) 1/2=10(mm) (2) 按標(biāo)準(zhǔn)選取油管: 可按標(biāo)準(zhǔn)選取

22、內(nèi)徑d=10mm,壁厚為1mm的紫銅管,安裝方便處可選用內(nèi)徑d=10mm,外徑D=16mm的無縫鋼管。 5. 確定油箱容量: 本設(shè)計為中壓系統(tǒng),油箱有效容量可按泵每分鐘內(nèi)公稱流量的5-7倍來確定。 V=5Xqb=5X10=50(L) 6.工進(jìn)時所需的功率 根據(jù)p1A1 = F + A2p2,工進(jìn)時油路的流量僅為0.15L/min,因此流速很小,所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小,可以忽略不計。這時進(jìn)油路上只考慮調(diào)速閥的損失0.6MPa,回油路上只有被壓閥損失,還有夾緊缸的壓力2MPa,小流量泵的調(diào)整壓力p=p1+2+0.6+0.8=4.3MPa 工進(jìn)時

23、泵1的調(diào)整壓力為4.3MPa流量為4L/min.泵2卸荷時,其卸荷壓力可視為零取其效率η=0.75 所以工進(jìn)時所需電機功率為 p==0.18Kw Pb1液壓泵的最大公最壓力(Pa) Qb1液壓泵的輸出流量(m3/s) 7.快進(jìn)快退時所需的功率 p==0.3Kw 序號 名稱 通過流量(L/min) 型號及規(guī)格 1.2 雙聯(lián)葉片泵 10 YB-4/6 3 三位五通電磁閥 9.9 34EF3Y-E10B 4 減壓閥 1.87 Y-10B 5. 安全閥 3.375 YF3-10B 6 背壓閥 <1 B-10B 7 順序閥 11.57

24、 AXF3-10B 8.9.10.12.15 單向閥 11.57 YAF3-Ea10B 11 行程閥 -- k-6B 13 調(diào)速閥 <1 QF3-E6aB 14 二位五通電磁換向閥 1.87 23D-10B 16.17 壓力繼電器 -- PF-D8L 五.確定電機功率 由于快速運動所需電機功率大于工作進(jìn)給所需電機功率,故可按快速所需的功率來選取電機,現(xiàn)按標(biāo)準(zhǔn)選取電機功率為1.1Kw。具體型號可參考相關(guān)手冊。 六.液壓系統(tǒng)的性能驗算 1.油液溫升驗算 工作在整個工作循環(huán)過程中所占的時間比例達(dá)92%,所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液升溫可按工進(jìn)時的工況

25、來計算。 工進(jìn)時液壓缸的有效功率為P=pq=Fv=2611.10.04860=2.1W,這時大流量液壓泵經(jīng)過溢流閥卸荷,小流量泵在高壓下供油,所以兩個泵的總輸出功率為P1==(4.31060.00317)/(0.7560)=302.9 W,由此求得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為Hi=P1-Pe=(302.9-2.1)W=300.8W, 當(dāng)油箱的高、寬、長比例在1:1:1到1:2:3范圍內(nèi),且油面高度為油箱高度的80%時,油箱散熱面積近似為: 式中 V為油箱有效容積();A為散熱面積 取油箱有效容積,散熱系數(shù) 按計算,所以油液的溫升為: 查得《液壓與氣壓傳動》章宏甲主編P338表8-19可知,此溫升值沒有超過允許范圍,所以該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。 2.驗算系統(tǒng)壓力損失 由于系統(tǒng)的具體管道布置尚未具體確定,整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算。所以只能估算閥類元件的壓力損失,待設(shè)計好管路布置圖后,加上管路的沿程損失和局部損失即可。本設(shè)計鏜床液壓系統(tǒng)為小型液壓系統(tǒng),管路的壓力損失很小,可以不考慮。

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