液壓技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、液壓氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)題目:臥式多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng) 學(xué) 校:江寧廣播電視大學(xué) 姓 名:張祥 班 級(jí):16機(jī)械(本) 學(xué) 號(hào):1632101200336 專(zhuān) 業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)及制造自動(dòng)化 教學(xué)單位: 江寧電大 指導(dǎo)教師:李東君2016年5月28日 1.液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)設(shè)計(jì)一臥式多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)。 動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。該系統(tǒng)的主要參數(shù)與性能要求如下：切削力Ft=20kN，移動(dòng)部件總重力G=10kN，快進(jìn)行程L1=100mm，工進(jìn)行程L2=50mm，快進(jìn)、快退的速度為4m/min，工進(jìn)速度為0.25m/min，加速減速時(shí)間t=0.2s，靜摩擦系數(shù)fs=0

2、.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1，該動(dòng)力滑臺(tái)采用水平放置的平導(dǎo)軌，動(dòng)力滑臺(tái)可任意停止。2.對(duì)液壓系統(tǒng)的工作要求臥式多軸鉆孔組合機(jī)床要求液壓系統(tǒng)完成的主要是直線運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力滑臺(tái)要完成的動(dòng)作循環(huán)通常包括：原位停止快進(jìn)工進(jìn)死擋鐵停留快退原位停止。因此，液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件確定為液壓缸。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參數(shù)表明所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出，且要求機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負(fù)載特性，鉆削加工屬于連續(xù)切削加工，加工過(guò)程中鉆削力變化不大，因此考慮采用變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速回路。由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時(shí)的瞬間，存在負(fù)載突變的可能

3、，因此考慮在工作進(jìn)給過(guò)程中采用具有壓差補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回油路上設(shè)置背壓閥。由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開(kāi)式循環(huán)回路，以提高散熱效率，防止油液溫升過(guò)高。為了實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)，選用行程開(kāi)關(guān)和電磁換向閥控制換向回路。3.擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖為了保證快進(jìn)、快退速度相等，并減小液壓泵的流量規(guī)格，選用差動(dòng)連接回路。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用三位五通電磁換向閥。在行程控制中，當(dāng)工作臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，選用二位二通行程換向閥，使速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)；由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，壓下電器行程開(kāi)關(guān)返回；快退到終點(diǎn)時(shí)，壓下電器行程開(kāi)關(guān)，運(yùn)動(dòng)停止。為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用死擋塊加壓力繼

4、電器的行程終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制。 圖1 液壓系統(tǒng)原理圖4.計(jì)算和選擇液壓元件 （1）液壓缸的計(jì)算1）工作負(fù)載。工作負(fù)載是在工作過(guò)程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，對(duì)于多軸鉆孔機(jī)床液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載，即Fw=20000N移動(dòng)部件總重力 G=10000N 2）慣性負(fù)載。最大慣性力取決于移動(dòng)部件的質(zhì)量和最大加速度。已知速度最大變化量V=V快=4m/min0.067m/s,加速、減速時(shí)間為t=0.2s，則慣性力為（2）阻力的計(jì)算 1）密封阻力的計(jì)算。液壓缸的密封阻力通常折算為克服密封阻力所需的等效壓力乘以進(jìn)油腔的有效作用面積。根據(jù)負(fù)載選取中壓液壓缸，且密封結(jié)構(gòu)為Y型密封，

5、等效壓力取peq=0.2MPa，液壓缸的內(nèi)徑初取D=100mm，則則密封力為：?jiǎn)?dòng)時(shí)：Fs=peqA1=0.2×7900=1580N運(yùn)動(dòng)時(shí)：Fs=peqA1/2=0.2×7900×50%=790N2） 導(dǎo)軌摩擦阻力的計(jì)算導(dǎo)軌摩擦阻力主要是工作臺(tái)的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力兩部分。根據(jù)機(jī)床切削原理，一般情況下，F(xiàn)x：Fy:Fz=1：0.4:0.3，已知Fx=Fw=20000N,則由于切削力產(chǎn)生的與重力方向相一致的分力Fz=20000×0.3=6000N,已知靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1。所以靜摩擦阻力 Ffs=fs×

6、;（G+Fz）=0.2×(10000+6000)N=3200N動(dòng)摩擦阻力 Ffd=fd×（G+Fz）=0.1×(10000+6000)N=1600N（3） 回油背壓造成的阻力計(jì)算工進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過(guò)設(shè)置背壓閥的方式)，取回油背壓pb=0.4MPa，考慮差動(dòng)比為2，且已知液壓缸進(jìn)油腔的活塞面積A1=7900mm2，有桿腔活塞面積A2=3950mm2，代入公式得：Fb=pbA2=0.4×3950=1580N根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸各工作階段的受力情況如表

7、1所示。表1 壓缸在各工作階段的負(fù)載工作階段負(fù)載組成負(fù)載值F/N起動(dòng)F=Ffs+Fs4780加速F=Ffd+Fa+Fs2732快進(jìn)F=Ffd+Fs2390工進(jìn)F=Fw+Ffd+Fs+Fb23970反向起動(dòng)F=Ffs+Fs4780分析液壓缸各工作階段的受力情況，得知在工進(jìn)階段受力最大，作用在活塞上的總載荷F=Fw+Ffd+Fs+Fb=23970N。5.確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸及工作壓力根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定系統(tǒng)工作壓力p=3MPa，則工作腔的有效工作面積和活塞直徑分別為：因?yàn)橐簤焊椎牟顒?dòng)比是2，所以活塞桿直徑為查技術(shù)手冊(cè)選取標(biāo)準(zhǔn)直徑D=100mm，d=70mm。則液壓缸的實(shí)際計(jì)算工作壓力為實(shí)際選取工作壓力為p

8、=3MPa按最低工作速度驗(yàn)算油缸尺寸，應(yīng)滿(mǎn)足式中qmin為流量閥最小穩(wěn)定流量，此處取為5×104mm3/min，活塞最低進(jìn)給速度vmin=250mm/min。根據(jù)上面確定的液壓缸直徑，油缸有效工作面積為 驗(yàn)算說(shuō)明活塞面積滿(mǎn)足最小穩(wěn)定速度要求。6.油泵的計(jì)算 （1）確定油泵的實(shí)際工作壓力 取管路的局部壓力損失為pl=1MPa，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局未定前，以局部壓力損失代替總壓力損失，則泵的實(shí)際計(jì)算工作壓力快進(jìn)時(shí)，所需的最大流量為 按照常規(guī)選取液壓系統(tǒng)的泄露系數(shù)kl=1.1，則液壓泵的流量為qp=klqmax=1.1×15.417L/min根據(jù)求得的液壓泵的流量和壓力，選取YBN-2

9、0M型變量葉片泵。（2） 確定液壓泵電機(jī)的功率因?yàn)檫x用變量泵，所以應(yīng)該算出最大工進(jìn)和快進(jìn)加速時(shí)所需的功率，按兩者最大值選取電機(jī)的功率。最大工進(jìn)：此時(shí)所需的最大流量為：選取液壓泵的總效率為=0.8，則工進(jìn)時(shí)所需的液壓泵的最大功率為：快進(jìn)加速時(shí)，液壓缸承受的載荷如表1所示，F(xiàn)=Ffd+Fa+Fs=2732N。選取快進(jìn)加速時(shí)系統(tǒng)壓力損失為pel=0.5MPa，則快進(jìn)加速時(shí)液壓泵的輸出壓力為:快進(jìn)加速時(shí)液壓泵所需的最大功率為：故按快進(jìn)加速時(shí)的功率選取電機(jī)。7.選擇控制元件控制元件的選取應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過(guò)該閥的最大流量在標(biāo)準(zhǔn)元件中選取。方向閥：按p=4MPa，q=7.7L/mim選35D-10

10、B單向閥：按p=3MPa，q=15.4L/min選I-20B調(diào)速閥：按工進(jìn)最大流量q=2.0L/min，工作壓力p=3MPa選Q-5B背壓閥：調(diào)至p=3MPa，流量為q=2.0L/min，選B-60B順序閥：調(diào)至大于p=3MPa，保證快進(jìn)時(shí)不打開(kāi)，q=2.0L/min，選X-B5B行程閥：按p=1.21MPa，q=7.7L/min選22C-5B8.油管及其它輔助裝置的選擇查鋼管公稱(chēng)通徑，外徑、壁厚、連接螺紋及流量推薦表。在液壓泵的出口，按流量17L/min，查表取管路通徑為8；在液壓泵的入口，選取較粗的管道，選取管徑為10；其余油管流量為7.7L/min,查表取6。油箱的容量取為泵流量的4倍，其有效容積：Vt=4qp=4×17=68L9.液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)屬于中低壓系統(tǒng)，無(wú)迅速起動(dòng)、制動(dòng)需求，而且設(shè)計(jì)中已考慮了防沖擊措施，因此不必進(jìn)行沖擊驗(yàn)算。由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個(gè)回路的壓力損失無(wú)法估算，僅只閥類(lèi)元件對(duì)壓力損失所造成的影響可以看得出來(lái)，由于該液壓系