液壓課程設(shè)計(jì)
液壓課程設(shè)計(jì),液壓,課程設(shè)計(jì)
課程設(shè)計(jì)題 目: 上料機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目六:組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 試設(shè)計(jì)一臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng),要求液壓系統(tǒng)完成的工作循環(huán)是:快進(jìn) 工進(jìn) 快退 停止;系統(tǒng)參數(shù)如下表,動(dòng)力滑臺(tái)采用平面導(dǎo)軌,其靜、動(dòng)摩擦系數(shù)分別為0.15、0.08往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加減速時(shí)間要求不大于0.2s。 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算,擬定系統(tǒng)圖,確定各液壓元件的型號(hào)及尺寸。設(shè)計(jì)液壓缸參數(shù)3主軸參數(shù)孔一直徑(mm)15.8個(gè)數(shù)10孔二直徑(mm)6.5個(gè)數(shù)8孔三直徑(mm)9.5個(gè)數(shù)2快進(jìn)、快退速度(m/min)8工進(jìn)速度(mm/min)40-60最大行程(mm)400工進(jìn)行程(mm)150材料硬度(HB)250工作部件重量(N)12000一、負(fù)載分析(1) 工作負(fù)載 高速鋼鉆鑄鐵孔時(shí)的軸向切削力(單位為N)與鉆頭直徑D(單位為mm)、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s(單位糞為mm/r)和鑄件硬度HBW這間的經(jīng)驗(yàn)公式為 (631)鉆孔時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速n和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s按組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)選取對(duì)15.8mm的孔,對(duì)6.5mm的孔,對(duì)9.5mm的孔,代入式(631)求得慣性負(fù)載 阻力負(fù)載 靜摩擦阻力 動(dòng)摩擦阻力由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表4.1表4.1 工況負(fù)載組成負(fù)載值F推力起動(dòng)18002000加速18762084快進(jìn)9601067工進(jìn)3672040800快退9601067注:1.液壓缸的機(jī)械效率取=0.92.不考慮動(dòng)力滑臺(tái)上顛覆力矩的作用。二、負(fù)載圖和速度圖的繪制負(fù)載圖按上面計(jì)算出的數(shù)值繪制,如圖1所示。速度圖已按已知數(shù)值快進(jìn)和快進(jìn)速度、快進(jìn)行程、工進(jìn)行程、快退行程和工進(jìn)速度等繪制。 a) b)圖1三、確定液壓缸的主要參數(shù)1初選液壓缸工作壓力所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大,其值為40800N,在其它工況負(fù)載都比它低,參考表2和表3,初選液壓缸的工作壓力=4MPa。表2 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN50工作壓力/MPa0.8 11.5 22.5 33 44 55表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力P/MPa0.823528810101820322計(jì)算液壓缸主要尺寸鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等,這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸,快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。這種情況下液壓缸無(wú)桿腔工作面積應(yīng)為有桿腔工作面積的兩倍。即活塞桿直徑與缸筒直徑呈的關(guān)系。工進(jìn)時(shí)為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象,液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓,參考表1和表2選此背壓為4 MPa??爝M(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接,但由于油管中有壓降存在,有桿腔的壓力必須大于無(wú)桿腔,參考表4,估算時(shí)取0.5MPa??焱藭r(shí)回油腔中是有背壓的,這時(shí)按MPa估算。表4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)由工進(jìn)時(shí)的推力式計(jì)算液壓缸面積有 缸筒直徑: 參考表5及表6,得活塞桿直徑:d 0.71D =85.2mm,圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得 D=120mm, d=85mm。表5 按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.5 0.550.620.700.7表6 按速比要求確定d/D2/ 11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注: 1無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度;2有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為根據(jù)計(jì)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2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壓力/MPa進(jìn)油腔壓力 /MPa輸入流量 輸入功率計(jì)算公式快進(jìn) (差 動(dòng))啟動(dòng)20000.357 加速2084p1+p0.864恒速1067p1+p0.6645.40.499工進(jìn)408000.84.0060.540.036快退起動(dòng)20000.355加速20840.61.57恒速10670.61.3945.081.044注:1. p為液壓缸差動(dòng)連接時(shí),回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失,取p=0.5MPa。3.。2 快退時(shí),液壓缸有桿腔進(jìn)油,壓力為p1,無(wú)桿腔回油,壓力為p2。圖2四、 擬定液壓系統(tǒng)原理圖(一)選擇液壓回路 (1) 選擇調(diào)速回路 由圖2可知,這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小,滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低,工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小,故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖,在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式,系統(tǒng)必然為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。(2) 選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出,在工作循環(huán)內(nèi),液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=45.4/0.54 84,而快進(jìn)快退所需的時(shí)間和工進(jìn)所需的時(shí)間分別為:也就是。因此,從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來(lái)看,采用單個(gè)定量泵作為油源顯然是不合適的,而宜選用大、小兩個(gè)液壓泵自動(dòng)并聯(lián)供油源方案(圖3a)。 (3) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。考慮到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大,故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路,以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接,所以選用三位五通電液換向閥,如圖3b所示。圖3 (4) 選擇速度換接回路 由工況圖(圖2)中的曲線得知,當(dāng)滑臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí),輸入液壓缸的流量由45.4L/min降為0.54L/min,滑臺(tái)的速度變化較大,為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊,宜選用行程閥控制的換接回路,如圖3c所示。當(dāng)滑臺(tái)由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí),回路中通過(guò)的流量很大進(jìn)油路中通過(guò)45.08L/min,回油路中通過(guò)45.08(113.1/56.35)L/min=90.48L/min。為了保證換穩(wěn)中有向平穩(wěn)起見(jiàn),可采用電液換向閥換接回路(見(jiàn)圖3b),就不需再設(shè)置專用的元件或油路。(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后,調(diào)壓和卸荷問(wèn)題都已基本解決。即滑臺(tái)工進(jìn)時(shí),高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定,無(wú)需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí),低壓大流量泵通過(guò)液控順序閥卸荷,高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖未卸荷,但功率損失較小,故可不需再設(shè)卸荷回路。(二)、液壓回路的綜合將上面選出的液壓基本回路組合在一起,并經(jīng)修改和完善,就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖,如圖4所示。在圖3中,為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無(wú)法建立的問(wèn)題,增設(shè)了單向閥6。為了避免機(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流 回油箱,導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng),影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性,圖中添置了一個(gè)單向閥13??紤]到這臺(tái)機(jī)床用于鉆孔(通孔與不通孔)加工,對(duì)位置定位精度要求較高,圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器14。當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋塊后,系統(tǒng)壓力升高,它發(fā)出快退信號(hào),操縱電液換向閥換向。 圖4 整理后的液壓系統(tǒng)圖1雙聯(lián)葉片泵 2三位五通電液閥 3行程閥4調(diào)速閥 5、6、10、13單向閥 7順序閥8背壓閥 9溢流閥 11過(guò)濾器12壓力表 13壓力繼電器五、計(jì)算和選擇液壓件(一)確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率(1) 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油,由表7可知,液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大,最大工作壓力為4.006MPa,如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中,參考表8,選取進(jìn)油路上的總壓力損失p=0.8MPa,考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差為=0.5MPa,則小流量泵的最高工作壓力估算為大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油,由圖1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:表8系統(tǒng)結(jié)構(gòu)情況總壓力損失一般節(jié)流閥調(diào)速及管路簡(jiǎn)單的系統(tǒng)020.5進(jìn)油路有調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)0.51.5 (2) 計(jì)算液壓泵的流量由表7可知,油源向液壓缸輸入的最大流量為45.4L/min ,若取回路泄漏系數(shù)K=1.1,則兩個(gè)泵的總流量為考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min,工進(jìn)時(shí)的流量為0.54L/min,則小流量泵的流量最少應(yīng)為 3.54L/min。(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本,并考慮液壓泵存在容積損失,最后確定選取PV2R12-6/46型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和46mL/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí),其理論流量分別為5.6 L/min和31L/min,若取液壓泵容積效率v=0.9,則液壓泵的實(shí)際輸出流量為由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大,這時(shí)液壓泵工作壓力為1.89MPa、流量為43.99MPa,若取液壓泵總效率p=0.75,這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本,選用規(guī)格相近的Y112L6型電動(dòng)機(jī),其額定功率為2.2KW,額定轉(zhuǎn)速為940r/min。(二)確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過(guò)各閥類元件及輔件的實(shí)際流量,查閱產(chǎn)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9按小流量泵的額定流量選取,調(diào)速閥4選用Q6B型,其最小穩(wěn)定流量為0.03 L/min,小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.5L/min。表8液壓元件規(guī)格及型號(hào)序號(hào)元件名稱估計(jì)通過(guò)的最大流量q/L/min規(guī)格型號(hào)額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵PV2R12-6/466+47162三位五通電液換向閥9035DYF3Y100B1006.30.53行程閥9222C100BH1006.30.34調(diào)速閥1Q6B66.35單向閥90YF3-E20B1206.30.26單向閥44I100B1006.30.27液控順序閥32XY63B636.30.38背壓閥1B10B106.39溢流閥5.1Y10B106.310單向閥32I100B1006.30.211濾油器499XU1002001006180.0212壓力表開(kāi)關(guān)K6B6313單向閥916I100B1006.30.214壓力繼電器PFB8L14*注:此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940r/min時(shí)的流量。(三) 確定油管在選定了液壓泵后,液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量,與原定數(shù)值不同,重新計(jì)算的結(jié)果如表9所列。9各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量流量、速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量排出流量運(yùn)動(dòng)速度表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. 53 由表9可以看出,液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)表9數(shù)值,按表10推薦的管道內(nèi)允許油液在壓力管中流速取3 m/min,由式計(jì)算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為為了統(tǒng)一規(guī)格,按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為外徑mm、內(nèi)徑mm的10號(hào)冷拔鋼管。(四) 確定油箱油箱的容量按式估算,取為5時(shí),求得其容積為:按JB/T 79381999規(guī)定,取標(biāo)準(zhǔn)值V=375L六、 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能(一)驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)管路布置尚未確定,所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時(shí),首先確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài),然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失?,F(xiàn)取進(jìn)、回油管道長(zhǎng)為l=2m,油液的運(yùn)動(dòng)粘度取 =110-4m2/s,油液的密度取r=0.9174103kg/m3。(1) 判斷流動(dòng)狀態(tài)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下,進(jìn)、回油管路中所通過(guò)的流量以快退時(shí)回油流量=45.4L/min為最大,此時(shí),油液流動(dòng)的雷諾數(shù)也為最大。因?yàn)樽畲蟮睦字Z數(shù)小于臨界雷諾數(shù)(2000),故可推出:各工況下的進(jìn)、回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。(2) 計(jì)算系統(tǒng)壓力損失將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式,并將已知數(shù)據(jù)代入后,得可見(jiàn),沿程壓力損失的大小與流量成正比,這是由層流流動(dòng)所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下,管道的局部壓力損失p常按下式作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算其中的Dpn由產(chǎn)品樣本查出,qn和q數(shù)值由表8和表9列出?;_(tái)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退工況下的壓力損失計(jì)算如下:1快進(jìn)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí),液壓缸通過(guò)電液換向閥差動(dòng)連接。由表8和表9可知,進(jìn)油路上油液通過(guò)單向閥10的流量是32L/min,通過(guò)電液換向閥2的流量是43.99 L/min,然后與液壓缸有桿腔的回油匯合,以流量87.67L/min通過(guò)行程閥3并進(jìn)入無(wú)桿腔。由此進(jìn)油路上的總壓降為: 此值不大,不會(huì)使壓力閥開(kāi)啟,幫能確保兩個(gè)泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。在回油路上,液壓缸有桿腔中的油液通過(guò)電液換向閥2和單向閥6的流量都是43.68L/min,然后與液壓泵的供油合并,經(jīng)行程閥3流入無(wú)桿腔。由此可算出快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力與無(wú)桿腔壓力之差。此值小于原估計(jì)值0.5MPa(見(jiàn)表7),所以是安全的。2工進(jìn)滑臺(tái)工進(jìn)時(shí),在進(jìn)油路上,油液通過(guò)電液換向閥2、調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔,在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上,油液通過(guò)電液換向閥2、背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱,在背壓閥8處的壓力損失為0.5MPa。通過(guò)順序閥7的流量為(0.25+32)=32.25L/min,因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力為:可見(jiàn),此值略大于原估計(jì)值0.5MPa。故可按表7中公式重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力,即此值與表7中數(shù)值 4.006 MPa相近??紤]到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差Dpe=0.5MPa,故溢流閥9的調(diào)壓應(yīng)為:3快退滑臺(tái)快退時(shí),在進(jìn)油路上,油液通過(guò)單向閥10、電液換向閥2進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上,油液通過(guò)單向閥5、電液換向閥2和單向閥13返回油箱。在進(jìn)油路上總的壓降為此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值,因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。在回油路上總的壓降為此值與表7的數(shù)值基本相符,故不必重算。所以,快退時(shí)液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為此值是調(diào)整液控順序閥7的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。2驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中占96%,所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來(lái)計(jì)算。液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率由此可計(jì)算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為按式計(jì)算工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)中的油液溫升,即 油溫在允許范圍內(nèi),油箱散熱面積符合要求,不必設(shè)置冷卻器。- 27 -
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