液壓與氣壓課程設(shè)計(jì)剖析

1、液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)課題名稱：臥式雙面銃削組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓名劉伯圣學(xué)號(hào)2016523003專業(yè)班級(jí)機(jī)制1411日 期2016.12.02-2016.12.09一、設(shè)計(jì)的目的和要求：設(shè)計(jì)的目的液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是本課程的一個(gè)綜合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)， 要求達(dá)到以下目的：1. 鞏固和深化已學(xué)知識(shí)，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問題、解決問題能力；2. 正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運(yùn)用液壓基本回 路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)；3. 熟悉并會(huì)運(yùn)用有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對(duì)學(xué)生在計(jì)算、制

2、圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及經(jīng)驗(yàn)估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。設(shè)計(jì)的要求1. 設(shè)計(jì)時(shí)必須從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性及操作維修方 便。如果可以用簡(jiǎn)單的回路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求， 就不必過分強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性。并非是越 先進(jìn)越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應(yīng)不惜多用一些元件或采 用性能較好的元件，不能單獨(dú)考慮簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)；2. 獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)可以收集、參考同類機(jī)械的資料，但必須深入理解， 消化后再借鑒。不能簡(jiǎn)單地抄襲；3. 在課程設(shè)計(jì)的過程中，要隨時(shí)復(fù)習(xí)液壓元件的工作原理、 基本回路及典型 系統(tǒng)的組成，積極思考。不能直接向老師索取答案。

3、4. 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的題目均為中等復(fù)雜程度液壓設(shè)備的液壓傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。具體題目由指導(dǎo)老師分配，題目附后；5. 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)一般要求學(xué)生完成以下工作：設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖一張（3號(hào)圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序 表）。二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖；2. 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖；3. 計(jì)算和選擇液壓元件；4. 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能；5. 繪制正式工作圖，編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。設(shè)計(jì)步驟以一般常規(guī)設(shè)計(jì)為例，課程設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)階段進(jìn)行。1. 明確設(shè)計(jì)要求閱讀和研究設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)任務(wù)與要求；分析設(shè)計(jì)題目，了解原始 數(shù)

4、據(jù)和工作條件。參閱本書有關(guān)內(nèi)容，明確并擬訂設(shè)計(jì)過程和進(jìn)度計(jì)劃。2. 進(jìn)行工況分析做速度-位移曲線，以便找出最大速度點(diǎn)；做負(fù)載-位移曲線，以便找出最大負(fù)載點(diǎn)。液壓缸在各階段所受的負(fù)載需 要計(jì)算，為簡(jiǎn)單明了起見，可列表計(jì)算；工況計(jì)算公式缸的負(fù)載F缸的推力F/ n cm啟動(dòng)加速快進(jìn)工進(jìn)快退注：n cm缸的機(jī)械效率，取n cm=0.9確定液壓缸尺寸確定液壓缸尺寸前應(yīng)參照教材選擇液壓缸的類型，根據(jù)設(shè)備的速度要求確定 d/D的比值、選取液壓缸的工作壓力，然后計(jì)算活塞的有效面積，經(jīng)計(jì)算確定的 液壓缸和活塞桿直徑必須按照直徑標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行圓整。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意考慮液壓缸 的背壓力，背壓力可參考下表選取。系統(tǒng)類型背

5、壓力（MPa回路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回路上有背壓閥或調(diào)速閥的進(jìn)給系統(tǒng)0.51.5米用輔助泵補(bǔ)油的閉式回路（拉床、龍門刨等）1 -1.5繪制液壓缸工況圖液壓缸工況圖包括壓力循環(huán)圖（as ）、流量循環(huán)圖（q-s）和功率循環(huán)圖（P-s）, 繪制目的是為了方便地找出最大壓力點(diǎn)、 最大流量點(diǎn)和最大功率點(diǎn)。計(jì)算過程可 列表計(jì)算。各階段壓力、流量和功率值工況負(fù)載F(N)液壓缸計(jì)算公式回油腔壓 力流入流量進(jìn)油腔壓 力輸入功率快進(jìn)（差 動(dòng)）啟動(dòng)加速恒速工進(jìn)快退啟動(dòng)加速恒速3.進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖方案設(shè)計(jì)包括供油方式、調(diào)速回路、速度換接控制方式、系統(tǒng)安全可靠性（平衡、鎖緊）及節(jié)約能量等性能

6、的方案比較，根據(jù)工況分析選擇出合理的基本回路, 并將這些回路組合成液壓系統(tǒng)，初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖。選擇液壓基本回路，最主要的就是確定調(diào)速回路。應(yīng)考慮回路的調(diào)速范圍、 低速穩(wěn)定性、效率等問題，同時(shí)盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。4. 計(jì)算和選擇液壓組件計(jì)算液壓泵的工作壓力計(jì)算液壓泵的流量選擇液壓泵的規(guī)格計(jì)算功率，選擇原動(dòng)機(jī)選擇控制閥選擇液壓輔助元件5. 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的效率驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的溫升6. 繪制正式工作圖，編制課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖一張（3號(hào)圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序 整理課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書液壓系統(tǒng)原理圖的標(biāo)題欄如下所示：圖名比例成績(jī)件數(shù)設(shè)計(jì)日期學(xué)號(hào)共 張

7、第 張審核日期湖北文理學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院審核日期7. 設(shè)計(jì)總結(jié)與答辯完成答辯前的準(zhǔn)備工作。參加答辯。三、進(jìn)度安排按教學(xué)計(jì)劃安排，液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)總學(xué)時(shí)數(shù)為1周，其進(jìn)度及時(shí)間大致分 配如下：序號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容天數(shù)（約占比例）1設(shè)計(jì)準(zhǔn)備0.5 （約占 10%2液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖0.5 （約占 10%3進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.5 （約占 30%4計(jì)算和選擇液壓組件1 （約占20%5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能0.5 （約占 10%6繪制正式工作圖，編制課程設(shè)計(jì)說明書0.5 （約占 10%7設(shè)計(jì)總結(jié)與答辯0.5 （約占 10%總計(jì)5四、答辯與成績(jī)?cè)u(píng)定課程設(shè)計(jì)完成后的全部圖紙與說明

8、書應(yīng)有設(shè)計(jì)者和指導(dǎo)教師的簽名。 未經(jīng)指 導(dǎo)老師簽名的設(shè)計(jì)，不能參加答辯。由指導(dǎo)老師組成答辯小組，答辯時(shí)設(shè)計(jì)者按說明書編寫順序先對(duì)自己的設(shè)計(jì) 進(jìn)行5-10分鐘的講解，內(nèi)容包括主要解決的問題，液壓系統(tǒng)原理圖的動(dòng)作及控 制信號(hào)來源，然后回答教師提問。每位學(xué)生答辯時(shí)間不超過20分鐘。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) 12工況分析 12.1 負(fù)載分析 13 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 33：1 液壓缸參數(shù)計(jì)算 .：.：.：.：33.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖 .：.：.：.：錯(cuò)誤！未定義書簽。3：3液壓元件的選擇:：.t：10332閥類元件及輔助元件的選擇 ：.11333 油管的選擇：.：.：:154 液壓

9、系統(tǒng)性能驗(yàn)算 144：1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 144：2油液溫升計(jì)算165 設(shè)計(jì)小結(jié)176 參考文獻(xiàn)171 .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)試設(shè)計(jì)臥式雙面銑削組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)。機(jī)床的加工對(duì)象為鑄鐵變 速箱箱體，動(dòng)作順序?yàn)閵A緊缸夾緊T工作臺(tái)快速趨近工件T工作臺(tái)進(jìn) 給T工作臺(tái)快退T夾緊缸松開T原位停止。工作臺(tái)移動(dòng)部件的總質(zhì)量為400kg,加、減速時(shí)間為0.2s,采用平導(dǎo)軌，靜、動(dòng)摩擦因數(shù)卩s=0.2, 卩d=0.1。夾緊缸行程為30mm，夾緊力為800N,工作臺(tái)快進(jìn)行程為 100mm,快進(jìn)速度為3.5m/min，工進(jìn)行程為200mm, 工進(jìn)速度為80 300mm/mi

10、n，軸向工作負(fù)載為12000N,快退速度為6m/min。要求工 作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，夾緊力可調(diào)并保壓。2工況分析2.1負(fù)載分析負(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Ffs，動(dòng)摩擦 力為Ffd，則工作負(fù)載：Ft =1200N慣性負(fù)載：w3.5Fmi =m-400=117 N：t60 0.2Fm2 二口叢=4006200NAt60 5.2靜摩擦負(fù)載：Ffs =0.2 400 10=800N動(dòng)摩擦負(fù)載：Ffd =

11、0.1 400 10=400N如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓 缸的機(jī)械效率cm = 0.9，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算 出，見表2-1。表2-1 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表工況負(fù)載組成負(fù)載值F/N推力F / m起動(dòng)F千800889N加速F =(Ffd +Fm)517574N快進(jìn)F =Ffd400444N工進(jìn)F =Fi 譏1240013778N快退F =Ffd400444N第10頁(yè)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)載圖和速度圖負(fù)載圖速度圖3液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1液壓缸參數(shù)計(jì)算組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的最大負(fù)載約為 14000N初選液壓缸的設(shè)計(jì) 壓力R=3

12、MPa為了滿足工作臺(tái)快速進(jìn)退速度要求，并減小液壓泵 的流量，這里的液壓缸選用單桿式的，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，則液 壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積 Al與A應(yīng)滿足Ai=0.37A2 （即液壓 缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)滿足：d=0.607D。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，暫取背壓為0.5MPa,并取液壓缸機(jī)械效率cm =0.9。則液壓缸上的平衡方程PA = E A? + F = .037人巳 + F故液壓缸無桿腔的有效面積:Ai =FP -0.37P213769137693 100.37 0.5 106 一 2.75 1062二 50.07cm4 5.07 二 7.98cm液壓

13、缸內(nèi)徑:按 GB/T2348-1980,取標(biāo)準(zhǔn)值 D=80mm 因 A =0.37 A?，故活塞桿直徑d=0.607D=50m（標(biāo)準(zhǔn)直徑）則液壓缸有效面積為:2 & 2 2 2A D80 cm = 50.24cm44A(D2_d2) (802 -502)cm2 = 30.63cm244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R，其 差值估取P2 R=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3 1液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率

14、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）輸入流量q（ L/min）輸入功率P（ KW）快 進(jìn) 啟 動(dòng) 快 進(jìn) 加 速 快 進(jìn) 恒 速F +APA2Pj =jlAq =v(A -A2)P =Pjq87100.44005661.571.07變化變化4361.51.006.860.114工進(jìn)F + PjA?吠Aq =AvP = pq137690.83.2280.41.50.210.8快 退 啟 動(dòng) 快 退 加 速 快 退 恒 速F +PbAPj= Aq = AvP = Pjq87100.284005660.30.677變化變化4360.30.6341

15、8.3780.194注：1.差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失P =5 105 pa,.而 Pb = PjP2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為 Pj，無桿腔回油,壓力為Pb液壓缸的工況0.683.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.2.1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，防止鉆孔時(shí)工件突然前沖，系統(tǒng)采用調(diào)速閥的進(jìn) 油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路中加背壓閥。3.2.2油源及其壓力控制回路的選擇該系統(tǒng)為了節(jié)能，考慮采用變量葉片泵油源供油323快速運(yùn)動(dòng)與換向回路由于系統(tǒng)要求快進(jìn)與快退

16、的速度相同，因此在雙泵供油的基礎(chǔ)上，快進(jìn)時(shí)采用雙泵供油回路，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。324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，可選用行程閥來控制快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的速度換接，以減少液壓沖擊。3.2.5壓力控制回路在泵出口并聯(lián)一先導(dǎo)式溢流閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定壓溢流，同時(shí)在該溢流 閥的遠(yuǎn)程控制口連接一個(gè)二位二通電磁換向閥， 以便一個(gè)工作循環(huán)結(jié) 束后，等待裝卸工件時(shí)，液壓泵卸載，并便于液壓泵空載下迅速啟動(dòng)。326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

17、。3.2.7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(cè)壓點(diǎn)，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(cè)各點(diǎn)壓力。第ii頁(yè)9圖1-3液壓系統(tǒng)原理圖第22頁(yè)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1YA2YA3YA工作臺(tái)快進(jìn)+-工作臺(tái)工進(jìn)+-工作臺(tái)快退-+-夾緊缸松開-+3-2電磁鐵動(dòng)作順序表3.3液壓元件的選擇 3.3.1液壓泵液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為3.228MPa,如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.8MPa,壓力繼電器調(diào)整

18、壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力之 值為0.5MPS，則變量泵的最大工作壓力應(yīng)為PP =(3.228 0.8 0.5)MPa =4.528MPa由工況圖可知，液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為 18.378L/min， 若回路中的泄漏按液壓缸輸入流量的 10%估計(jì)，則液壓泵的總流量應(yīng) 為Qp =1.1 18.378L/mi n =20.22L/min由于要求工作平穩(wěn)，選取最大工作壓力為液壓泵額定壓力的70%則液壓泵的額定壓力為：Pp =6.47MPa0.7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YBX-強(qiáng)L型變量葉片泵，其最大排量為25mL/r，壓力調(diào)節(jié)范圍為2.0 7.0Mpa， 若取液壓泵

19、的容積效率 =0.9，泵的轉(zhuǎn)速為1500r/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0.634MPa,進(jìn)油路壓力損失0.3Mpa,流量為20.22L/min,取泵的總效率為0.75，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出所需的功率為ppqpn20.22 0.93460 0.75二 0.42KW根據(jù)此數(shù)值按JB/T10391-2002,查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選取 Y90L-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率Pn = 1.5KW，額定轉(zhuǎn)速nn =1500r/min3.3.2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兀

20、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MPa額定壓降MPa型號(hào)、符號(hào)1變量 葉片 泵257YBX-強(qiáng) L2三位 四通 閥5580160.535DF3Y-E10B3行程 閥6063160.25AXQE-Ea1C B4調(diào)速 閥0.41.50.28016AXQF-Ea10 B5單向 閥6063160.2AF3-Ea10B6單向 閥30630.5-160.2AF3-Ea10B7液控 順序 閥2263160.3XF3-E10B8背壓 閥0.20.86316YF3-E10B9溢流 閥5.16316YF3-E10B10單向 閥2263160.2AF3-Ea10B11過濾 器30630.2XU-63*80J12壓力 表開 關(guān)16KF3-Ea10B13單向 閥556316P+送 Pe =3.02+0.5X( - ) +0.5 + 0.5MPa =4.02MPa80(3) 快退快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過單向閥 5的流量為22L/min，通過換向閥2的流量為20.22L/MIN ；油液在回路上通過單向閥5、換向閥2和單向閥13的流量都是33.17L/min。一次進(jìn)油路上的總壓降為：22 20 22 ：PV1 二0.2 ( )2 0.5 ()2MPa =0.0534MPa6380此值較小，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。回油路上的總壓降是Z Ap