液壓傳動課程設(shè)計說明書臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計（論文）題 目： 液壓傳動課程設(shè)計 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng) 學(xué)生姓名： 羅文武 學(xué) 號： 201010601130 所在院(系)： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 2010級機(jī)制4班 指 導(dǎo) 教 師： 楊光春 職稱： 副教授 2013年 06 月 12 日攀枝花學(xué)院教務(wù)處制攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計任務(wù)書題目臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)1、課程設(shè)計的目的學(xué)生在完成液壓傳動與控制課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)的液壓基本知識，根據(jù)液壓元件、各種液壓回路的基本原理，獨(dú)立完成液壓回路設(shè)計任務(wù)；從而使學(xué)生在完成液壓回路設(shè)計的過程中，強(qiáng)化對液壓

2、元器件性能的掌握，理解不同回路在系統(tǒng)中的各自作用。能夠?qū)W(xué)生起到加深液壓傳動理論的掌握和強(qiáng)化實(shí)際運(yùn)用能力的鍛煉。2、課程設(shè)計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）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,動力滑臺采用平面導(dǎo)軌，其靜、動摩擦系數(shù)分別為0.2、0.1，往復(fù)運(yùn)動的加減速時間要求不大于0.2s。單面多軸鉆孔組合機(jī)床，動力滑臺的工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。液壓系統(tǒng)的主要性能參數(shù)要求如下，工件部件重量為g=9800n；最大行程為了300mm，工進(jìn)行程為100mm，快進(jìn)與快退速度相等，均為 7mmin，工進(jìn)速度為v= 30

3、-55mmmin。工作時要求運(yùn)動平穩(wěn)，且可隨時停止運(yùn)動。試設(shè)計該液壓系統(tǒng)。完成設(shè)計計算書，擬定系統(tǒng)方案圖，確定各液壓元件的型號及尺寸，設(shè)計液壓缸。3、主要參考文獻(xiàn)1 王積偉.液壓傳動m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，2006.122 章宏甲.液壓與氣壓傳動m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，2007.1 3 雷天覺.液壓工程手冊m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19904、課程設(shè)計工作進(jìn)度計劃 內(nèi)容學(xué)時明確機(jī)床對液壓系統(tǒng)的要求，進(jìn)行工作過程分析4初步確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，進(jìn)行工況分析和負(fù)載圖的編制14確定液壓系統(tǒng)方案，擬訂液壓系統(tǒng)圖4確定液壓制造元件的類型并選擇相應(yīng)的液壓元件，確定輔助裝置4液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算2液

4、壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，制圖及編制技術(shù)文件12合計1周指導(dǎo)教師（簽字）日期年 月 日教研室意見：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受任務(wù)時間： 年 月 日注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。課程設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師成績評定表題目名稱臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)評分項(xiàng)目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項(xiàng)紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研7通過實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實(shí)踐等渠道獲取與課程設(shè)計有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運(yùn)用知識的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題，能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對課題

5、進(jìn)行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設(shè)計（實(shí)驗(yàn)）能力，方案的設(shè)計能力5能正確設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實(shí)驗(yàn)工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力；能運(yùn)用計算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計等。08對計算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）10具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或

6、規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。成績指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目錄1 設(shè)計題目12 負(fù)載分析13 負(fù)載圖和速度圖的繪制33.1 繪制負(fù)載圖33.2 繪制速度圖34 液壓缸主要參數(shù)的確定44.1 初選液壓缸的工作壓力44.2 液壓缸面積計算44.3 計算各個工作階段中的壓力、流量和功率值55 液壓系統(tǒng)圖的擬定65.1 液壓回路的選擇65.2 液壓回路的綜合76 液壓元件的選擇96.1 液壓泵96.2 閥類元件及輔助元件選

7、擇106.3 油管116.4 油箱137 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算137.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定閥的調(diào)整值137.2 油液溫升驗(yàn)算158 致謝169 參考文獻(xiàn)161 設(shè)計題目1. 設(shè)計題目試設(shè)計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,動力滑臺采用平面導(dǎo)軌，其靜、動摩擦系數(shù)分別為0.2、0.1，往復(fù)運(yùn)動的加減速時間要求不大于0.2s。 2. 設(shè)計內(nèi)容完成系統(tǒng)設(shè)計計算，5000字左右的課程設(shè)計論文，包含動作循環(huán)圖、負(fù)載圖、速度圖、系統(tǒng)原理圖。繪制系統(tǒng)圖，液壓缸圖紙。3. 設(shè)計數(shù)據(jù)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計已知數(shù)據(jù)見表1-1：表1

8、-1 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計已知數(shù)據(jù)參數(shù)1主軸參數(shù)孔一直徑(mm)13.8 個數(shù)12孔二直徑(mm)8.5個數(shù)4快進(jìn)、快退速度(m/min)7工進(jìn)速度(mm/min)30-55最大行程(mm)300工進(jìn)行程(mm)100材料硬度(hb)240工作部件重量(n)98002 負(fù)載分析負(fù)載與運(yùn)動分析：工作負(fù)載：高速鋼鉆頭鉆鑄鐵孔時的軸向切削力（單位為n）與鉆頭直徑d（單位為mm）、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s（單位為mm/r）和鑄鐵硬度hbw之間的經(jīng)算式為： （2-1）鉆孔時的主軸轉(zhuǎn)速n和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s（參考組合機(jī)床設(shè)計手冊）選取： 對13.8mm的孔，=360r/min，=0.147mm/r 對8.

9、5的孔， =550r/min, =0.096mm/r代入式(1-1)求得：=27975n 慣性負(fù)載 m= kg=1000kg=1000=583n阻力負(fù)載 靜摩擦阻力 動摩擦阻力由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如下表2-1所示： 表2-1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載 （單位：n）工況負(fù)載組成負(fù)載值f推力=f/起動=19602178加速=+15631737快進(jìn)=9801089工進(jìn)=+2895532172反向起動=19602178加速=+15631737快退=9801089注: 1. 液壓缸的機(jī)械效率通常取0.9-0.95,此處取0.9。 2. 不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。 3 負(fù)載圖和速度圖的繪

10、制3.1 繪制負(fù)載圖負(fù)載圖按表2-1中數(shù)值繪制,如圖3-1: 圖3-1負(fù)載圖3.2 繪制速度圖速度圖按已知數(shù)值=7m/min, =200mm、=100mm、快退行程=+=300mm和工進(jìn)速度等的繪制，如圖3-2，其中由主軸轉(zhuǎn)速及每轉(zhuǎn)進(jìn)給量求出，即=53 mm/min圖3-2速度圖4 液壓缸主要參數(shù)的確定4.1 初選液壓缸的工作壓力 由參考文獻(xiàn)1中表11-2和表11-3可知，臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的最大負(fù)載為32172n時，宜取。4.2 液壓缸面積計算鑒于動力滑臺要求快進(jìn)、快退速度相等，這里液壓缸可選用單桿式的，并在快進(jìn)時做差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔工作面積應(yīng)為有桿腔工作面積的兩

11、倍，即活塞桿直徑與缸筒直徑呈的關(guān)系。在孔加工時，液壓缸回油路上必須具有背壓，以防孔被鉆通時突然消失而造成滑臺突然前沖而設(shè)置的回油腔背壓0.8mpa?？爝M(jìn)時液壓缸雖作差動連接，但由于油管中有壓降存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時可取mpa?？焱藭r回油腔中是有背壓的，這時可按0.6mpa估算?？梢运愠龉ぷ髑恍枰墓ぷ髅娣e。 由參考文獻(xiàn)1中工進(jìn)時的推力式（5-3）得： 故有 ； 根據(jù)將這些直徑圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值時得:d=110mm,d=80mm。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為： 經(jīng)檢驗(yàn)，活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。4.3 計算各個工作階段中的壓力、流量和功率值 根據(jù)以上d與d的值，可估算

12、液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率值，如表4-1所示：表4-1 液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率值工況計算公式推力回油腔壓力 進(jìn)油腔壓力輸入流量輸入功率快 進(jìn)起動217800.434_加速17370.791_恒速10890.66235.180.388工進(jìn),321720.83.7620.50.031快 退起動217800.487加速17370.61.66恒速10891.51731.340.792并根據(jù)表4-1繪出工況圖，如圖4-1： 圖4-1 組合機(jī)液壓缸工況圖5 液壓系統(tǒng)圖的擬定5.1 液壓回路的選擇1. 供油方案：參考同類組合機(jī)床，選用雙作用葉片泵雙泵供油，調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的

13、開式回路，溢流閥做定壓閥。為防止孔鉆通時負(fù)載突然消失引起運(yùn)動部件前沖，在回路上加背壓閥，初定背壓值pb=0.8mpa.2. 快速運(yùn)動回路：和速度換接回路 根據(jù)運(yùn)動方式和要求，采用差動連接和雙泵供油二種快速運(yùn)動回路來實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動。即快進(jìn)時，由大小泵同時供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動連接。3. 速度換接回路：采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，且能實(shí)現(xiàn)自動化控制，由工作臺的行程開關(guān)控制，管路較簡單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液壓順序閥與單向閥來切斷差動油路。因此速度換接回路為行程閥與壓力聯(lián)合控制形式。4. 換向回路：本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴(yán)

14、格的要求，所以選用電磁換想閥的換向回路。為便于實(shí)現(xiàn)差動連接，所以選用三位五通電磁換向閥。為提高換向的位置精度，采用死擋鐵鐵和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返程控制。5.2 液壓回路的綜合 將上述選出的液壓基本回路組合在一起，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充，即組成如圖5-1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，背壓閥和液壓缸無桿腔進(jìn)口處設(shè)置測壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開關(guān)。這樣只需一個壓力表即能觀測各點(diǎn)壓力。 圖5-1 組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)原理圖各電磁鐵的動作順序如表5-1所示：表5-1 電磁鐵的動作順序1y2y3y快進(jìn)+-工進(jìn)+-+快退-+-停止-6 液壓元件的選擇6.1 液壓泵由表4-1

15、可知工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路壓力損失p=0.8mpa，壓力繼電器可靠動作需要壓力差為0.5mpa，則小流量液壓泵最高工作壓力可按式下式算出 = +p+0.5=(3.762+0.8+0.5)mpa=5.062mpa 大流量泵是在快速運(yùn)動時才向液壓缸輸油的，由圖4-1可知，快退時液壓缸中的工作壓力比快進(jìn)時大，若取進(jìn)油路壓力損失為0.5mpa，則大流量泵的最高壓力為pp2=1.517+0.5mpa=2.017mpa兩個液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量是35.18l/min，若回路中的泄露按液壓缸輸入流量的10%估計，則兩個泵的總流量為=1.135.18l/min=38.7l/min由于溢

16、流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3l/min,而工進(jìn)時輸入液壓缸的流量為0.5l/min，由小流量液壓泵單獨(dú)供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為3.5l/min。根據(jù)上面計算的壓力和流量，并考慮液壓泵存在容積損失，查液壓元件及選用，選用pv2r12-6/26型的雙聯(lián)葉片泵，其中大流量泵和小流量泵的排量分別為26ml/r和6ml/r，若取液壓泵的容積效率為0.9，則當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速=,940r/min時，液壓泵的實(shí)際輸出流量為由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這時液壓泵工作壓力為2.017mpa,流量為27.1l/min。取泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動電動機(jī)所需的功率為根據(jù)此數(shù)值按jb/t9616-1999，查閱電動

17、機(jī)產(chǎn)品樣本選取y100l-6型電動機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速6.2 閥類元件及輔助元件選擇 根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔助規(guī)格如下表6-1所示。表6-1中序號與系統(tǒng)原理圖5-1的序號一致。表6-1 液壓元件明細(xì)表序號元件名稱估計通過流量/l.min-1額定流量/l.min-1額定壓力/mpa額定壓降/mpa型號、規(guī)格1雙聯(lián)葉片泵（5.1+22）16/14pv2r12-6/262單向閥2263160.2af3-ea10b3三位五通電磁閥5080160.535dyf3y-e10b4二位二通電磁閥6063160.3axqf-e10b5調(diào)速閥0.50

18、.07-5016axqf-e10b6壓力繼電器10hed1ka/107單向閥2563160.2af3-ea10b8液控順序閥2263160.2xf3-e10b9背壓閥0.36316yf3-e10b10液控順序閥（卸載用）2263160.2xf3-e10b11單向閥6063160.2af3-ea10b12溢流閥5.16316yf3-e10b13過濾器30630.02xu-6380j14壓力表開關(guān)10kf3-e3b6.3 油管各元件間邊接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管見分曉按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計

19、算如下表6-2所示。表中的數(shù)值說明，液壓缸快進(jìn)、快退的速度與、與設(shè)計相近。這表明上邊所選液壓泵的型號、規(guī)格是合適的。表6-2 液壓缸的進(jìn)、出流量和運(yùn)動速度流量、速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量 =(95.0327.1/(95.03-44.77)=51.24=0.5 =27.1排出流量 = =24.14 =0.24 = = 57.52運(yùn)動速度 =5.39 =0.053=6.05 根據(jù)表6-2中數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時，按參考文獻(xiàn)1中式（7-9）算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為=mm=19.04mm = =13.85mm 這兩根油管根據(jù)gb/t2351-2005選用外徑為mm、

20、內(nèi)徑mm的無縫鋼管。6.4 油箱油箱容積按參考文獻(xiàn)1式（78）估算，當(dāng)取時，求得其容積為 按jb/t79381999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值v=250l。7 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算7.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定閥的調(diào)整值 由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先按參考文獻(xiàn)1式(3-46)估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。但對于中小型液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。 7.1.1 快進(jìn) 滑臺快進(jìn)時，液壓缸差動連接，由表6-1和表6-2可知，進(jìn)油路上油液通過單向閥2的流量是22

21、,通過電流換向閥3的流量是27.1,然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量51.24通過電磁閥4并進(jìn)入無桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為：此值不大，不會使壓力閥開啟，故能確保兩個泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥3和單向閥7的流量都是22.14然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)電磁閥4流入無桿腔。由此可算出快進(jìn)時有桿腔壓力與無桿腔壓力之差。此值小于原估值0.5，所以是偏安全的。7.1.2 工進(jìn)工進(jìn)時，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥3的流量為0.5，在調(diào)速閥5處的壓力損失為0.5mpa；油液在回油路上通過電液換向閥的流量是0.24，通過順序閥8處的流量為（22+0.24）=22.24,在背壓閥9處的壓力損失為為0.5。因此這時液壓缸回油腔的壓力為 因?yàn)?.537mpa大于原估計值0.8，故可按照表4-1中公式重新計算工進(jìn)時液壓缸進(jìn)腔壓力，即：此值與表4-1中的數(shù)值3.762mpa相近?？紤]到壓力繼電器可靠動作需要壓差。故溢流閥12的調(diào)壓為： 7.1.3 快退快退時，油液在進(jìn)油路上通過單向閥2的流量為22l/min，通過電液換向閥3的流量為27.1l/min；油液在回油路上通過單向閥7、換向閥3和單向閥14的流量都是57.52l/min。因?yàn)檫M(jìn)油路上總壓降為：此值較小，所以液壓泵驅(qū)動電動機(jī)的功率是