臥式雙面銑削組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書專業(yè)：_學(xué)號(hào)：_ _指導(dǎo)教師：_22012年6月1日31 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).22 設(shè)計(jì)要求.23 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算.3.1 分析液壓系統(tǒng)工況3 3.2 確定主要參數(shù). 61. 初定液壓缸的工作壓力.62. 液壓缸主要參數(shù)的確定. 63. 繪制液壓系統(tǒng)工況圖.6- 3.3 繪制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖.81. 調(diào)速回路的選擇8 2. 油源及其壓力控制回路的選擇. 93. 快速運(yùn)動(dòng)與換向回路.4. 速度換接回路.95. 壓力控制回路.96. 行程終點(diǎn)的控制方式.7. 組成液壓系統(tǒng)繪原理圖.93.4 計(jì)算與選擇液壓元件. 11. 液壓泵.1

2、12. 閥類元件及輔助元件的選擇.13. 油管的選擇.44. 確定油箱容積. 3.5 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算.12-1 壓力損失的驗(yàn)算.131.1 工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失.131.2工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失111111111131.3變量泵出口處的壓力 Pp111111111111131.4 系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算111111111111111132 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算11111111111111111414 液壓缸的設(shè)計(jì)111111111111111111111514.1液壓缸工作壓力的確定11111111111111154.2液壓缸的內(nèi)徑 D 和活塞桿 d 前面已經(jīng)計(jì)算1111111154.3液壓缸的

3、壁厚和外徑的計(jì)算1111111111111154.4缸蓋厚度的確定111111111111111111515 設(shè)計(jì)小結(jié)11111111111111111111116116 參考文獻(xiàn)111111111111111111111161151. 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)2.設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式雙面銑削組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，加工對(duì)象為變速箱的兩側(cè)面。動(dòng)作順序?yàn)椋簥A緊缸夾緊T動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)T動(dòng)力滑臺(tái)工進(jìn)T動(dòng)力滑臺(tái)快退T夾緊缸松開(kāi)T原位停止?；_(tái)工進(jìn)軸向阻力為11800N， 夾緊缸夾緊力為8000N， 滑臺(tái)移動(dòng)部件質(zhì)量為204kg。 滑臺(tái)快進(jìn) 速度為3.5m/min，快退速度為7m/min，滑

4、臺(tái)工進(jìn)速度為100mm/min，加、減速時(shí)間為0.2s， 滑臺(tái)快退行程為500mm，工進(jìn)行程為200mm，夾緊缸行程為30mm。要求動(dòng)力滑臺(tái)速度平 穩(wěn)，可在80300mm/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，夾緊缸夾緊后需保壓，夾緊缸內(nèi)徑為70mm，液壓 缸效率取0.9。3.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 分析液壓系統(tǒng)工況負(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6工作負(fù)載：F

5、W11800N慣性負(fù)載：Fa1vm t1-2043.559.5 N60 0.2V2350 1Fa2m -20457.8Nt600.2V200.1Fa3m -2041.7Nt600.2V27 0Fa4m -204119Nt600.2靜摩擦負(fù)載：Ffs0.2204 9.8399.84 N動(dòng)摩擦負(fù)載：Ffd0.1204 9.8392 N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m0.9，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見(jiàn)表3-1。表3-1液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載組成負(fù)載F/N推力F F / m/N快進(jìn)啟動(dòng)FFfs399.84444.27加速F(FfdFa

6、J259.42288.24勻速F Ffd199.92222.13工進(jìn)啟動(dòng)F FWFfdFa211942.1213269.02勻速FFWFfd11999.9213333.24減速FFwFfdFa311998.2213331.36快退啟動(dòng)F Ffs399.84444.27加速FFfdFa4318.92354.367勻速F Ffd199.92222.13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（F-I）和速度圖（F-2）圖3-1負(fù)載圖和速度圖3.2 確定主要參數(shù)1初定液壓缸的工作壓力組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的最大負(fù)載約為11800N，查表9-2初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力Pi3MPa。2液壓缸主要參數(shù)的

7、確定由于差動(dòng)連接時(shí)液壓缸的推力比非差動(dòng)連接時(shí)小，速度比非差動(dòng)連接時(shí)大，當(dāng)加大油泵流量時(shí)，可以得到較快的運(yùn)動(dòng)速度，因此采用差動(dòng)連接。為了減小液壓泵的流量，液壓缸選用單桿式的，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接。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，查表9-4暫取背壓為P2=0.5MPa，并取液壓缸機(jī)械效率m=0.9。則液壓缸上的平衡方程進(jìn)油：P1A1P2A2F快進(jìn)l/rxi44478回油：P1A2P2A1F快退又：2V1V2故液壓缸無(wú)桿腔的有效面積:FP2A213333.240.5人2A1PT1T液壓缸內(nèi)徑：按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm;因A1=3A2，故活塞桿直徑d=0.

8、816D=63mm(標(biāo)準(zhǔn)直徑)則液壓缸有效面積為：2 2 2 2AiD 80 cm 50.24cm44A(D2d2)(802632)cm219.09cm2443.繪制液壓系統(tǒng)工況圖差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，液壓缸有桿腔壓力P2必須大于無(wú)桿腔壓力P1,其差值估取P2-P1=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7.98cm9表31液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工作 階段計(jì)算公式推力F（N）回油腔壓 力P2（MPa）工作腔壓 力R（MPa）輸入流量q（L/

9、min）輸入功率P（KW）快進(jìn) 啟動(dòng) 快進(jìn) 加速 快進(jìn) 恒速FPA2Pj_AiA2q v(AiA2) P Pjq444.2700.14288.240.90.4222.130.880.3810.90.069工進(jìn) 啟動(dòng)工進(jìn) 勻速工進(jìn) 減速F PjA2Pj-A-q AvPpq13269.020.52.8313333.240.52.840.41.50.0190.07113331.360.52.84快 退10啟 動(dòng)快 退加 速快 退恒 速F PbAPjA1q A2VPPjq444.2700.23354.360.51.5222.130.51.4313.360.32注：1.差動(dòng)連接時(shí)，回油到進(jìn)油之間的壓力損

10、失P5 10 pa,而pb pjp2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為Pj,無(wú)桿腔回油，壓力為Pb液壓缸的工況圖：3.3 繪制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖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(kāi)式回路是合適的，為了增加運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性， 進(jìn)油路夾速度閥。300 5M l/nn0.033ii2油源及其壓力控制回路的選擇該系統(tǒng)由低壓大流量和高壓小流量?jī)蓚€(gè)階段組成， 因此為了節(jié)能，考慮采用葉片泵油源供油3快速運(yùn)動(dòng)與換向回路由于差動(dòng)連接時(shí)液壓缸的推力比非差動(dòng)連接時(shí)小，速度比非差動(dòng)連接時(shí)大，當(dāng)加大油泵流量時(shí)，可以得到較快的運(yùn)動(dòng)速度因此在雙泵供

11、油的基礎(chǔ)上，快進(jìn)時(shí)采用液壓缸差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路，快退時(shí)采用液壓缸有桿腔進(jìn)油，無(wú)桿腔回油的快速運(yùn)動(dòng)回路。為防止銑削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的12回油背壓采用單向閥4. 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 行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的速度換接，以減少液壓沖擊。5壓力控制回路在大泵出口并聯(lián)一電液比例壓力閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)極調(diào)壓。在小泵出口并聯(lián)一溢 流閥，形成液壓油源。6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。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

12、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(wú)腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開(kāi)關(guān)。這樣只需一個(gè)壓力表即能觀測(cè) 各點(diǎn)壓力。13圖1-3液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表3-2所示。動(dòng)作名稱1YA2YA3YA4YA5YA6YA定位+-夾緊+-工作臺(tái)快進(jìn)-+-+-工作臺(tái)工進(jìn)-+-+工作臺(tái)快退-+液壓泵卸載-+-+松開(kāi)-+-拔銷-+-3-2電磁鐵動(dòng)作順序表3.4 計(jì)算與選擇液壓元件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I i j IIvO|Avg-kill . LJ?LIT；F1132.84MP,

13、如取進(jìn)油路上的壓力損失為140.8MPa,壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力之值為0.5MPa,則小流量泵的最大工作壓力應(yīng)為Pp仁(2.84+0.8+0.5) X2MPa=8.28MPa大流量泵是在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)才向液壓缸輸油的，由工況圖可知，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Pp2=(1.5+0.5) X2MPa=4MPa由工況圖可知，兩個(gè)液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為13.36X2L/min，若回路中的泄漏按液壓缸輸入流量的10%估計(jì)，則兩個(gè)泵的總流量應(yīng)為qp1.1 26.72L/min29.392L/min。由于溢流閥

14、的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min,而工進(jìn)時(shí)輸入液壓缸的流量為0.41.5L/min,由小流量泵單獨(dú)供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少為3.4L/min。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PV2R1-6與PV2R1-23型葉片泵，其小泵和大泵的排量分別為4mL/r和23.4mL/r，又液壓泵的容積效率沒(méi)有給出，所以當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，液壓泵的實(shí)際輸出流量為qp(23.4*1400/1000)L/min 32.76L/min由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這是液壓泵工作壓力為9.1MPa,流量為33.934L/min,取泵的總效率為0.75，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為

15、根據(jù)此數(shù)值按JB/T10391-2002,查閱JB/T 9616-1999選取Y90L-4型電動(dòng)機(jī)，其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(guò)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(jiàn)表33表33元件的型號(hào)及規(guī)格額定功率Pn1.5KW，額定轉(zhuǎn)速nn1400r/ mi n。PPQPP2.0 32.7660 0.751.46KW15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過(guò)濾器38.76630.2XU-63*80J2葉片泵32.7632.76PV2R1-233葉片泵66PV2R1-64溢流閥3.46

16、316YF3-E10B5調(diào)速閥0.41.50.075016AXQF-Ea10B5快調(diào)速閥026.420.075016AXQF-Ea10B6二位五通閥26.42SVK21207單向閥16.38630.5-160.2AF3-Ea10B8行程開(kāi)關(guān)LX19-12111電液比例壓力閥5EDG-01-C12減壓閥331.5JF-L1013三位四通閥1.3925160.534EF3Y-H10BT14液控單向閥1.3911.5716YAF3-Ea10B15單向順序閥6AXF3-10B16壓力繼電器10HED1KA/10163油管的選擇17各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、輸

17、出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵的具體選定之后液壓缸在各階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同；又對(duì)液壓缸工作時(shí)，每一個(gè)泵均供兩條支路， 所以每條支路所需流量 為總流量的一半，重新計(jì)算如表34所示表34液壓缸的進(jìn)、出流量和運(yùn)動(dòng)速度流量、速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/(L/mi n)q1(Aqp) /(A1A2)(50.24 32.76)/12 (50.24 19.09)126.42q1qp/ 2 16.38排出流量/(L/mi n)q2(A2q1)/ A1(19.09 32.76)/(2 50.24)6.23q1(0.41.5) A2/A1(0.41.5) 19.09/50.240.150.57q2(AqC

18、 / A2(50.24 32.76)/(19.09 2)43.11運(yùn)動(dòng)速度/(m/mi n)q1qp/(A, A2)(32.76 10)/1(50.24 19.09) 215.25q2qA2(10 32.76)/(19.09 20)8.58V qp7 32.76229.32L由表中的數(shù)據(jù)可知所選液壓泵的型號(hào)、規(guī)格適合。由表34可知，該系統(tǒng)中最大壓力小于d公式可計(jì)算得液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)di,q/( ) 2 (52.84 106)/(3 103d2.q/()2、(32.76 106)/(JB827查表的10號(hào)冷拔無(wú)縫鋼管(YB23_70)4.確定油箱容積:油箱容積按液壓傳動(dòng)式(7-8

19、)估算，與壓力有中壓57,高壓1012當(dāng)取為7時(shí)，求得其容積9.3322， 低壓24,18按JB/T7938-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。3.5 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算已知該液壓系統(tǒng)的進(jìn)、回油管的內(nèi)徑均為18mm，運(yùn)動(dòng)粘度為u= 150cst =1.5cm2/s33油的密度 尸920kg/m油的密度p= 920kg/m1壓力損失的驗(yàn)算1.1工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的速度為0.1m/min，進(jìn)給時(shí)的最大流量為0.502L/min， 則液壓油在管內(nèi)流速vi為：22vi=Q/(nd /4)=4X0.502Xl000/(3.14X1.5)=2.84(cm/s)管道流動(dòng)雷諾數(shù)Rel為

20、Re1= v1d/u=2.84X1.8/1.8 =2.84 2300可見(jiàn)油液在管道中流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)入1=75,Re1=2.84進(jìn)油管道的沿程壓力損失p1-1為4)1-1=用/d)/( pV2/2)2=75X(1/1.5)/(0.015X920X0.02842/2) =0.09MPa忽略油液通過(guò)管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路的總壓力損失01=0.09(MPa)1.2工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積是無(wú)桿腔的工作面 積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則v2= v1/2 = 2.84/2 = 1.42(cm/s)Re

21、2= v2d/u= 1.42X1.5/1.5 = 1.420.278)/50.24+0.09=2.65(MPa)1.4系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算工作循環(huán)中進(jìn)、回油管中通過(guò)的最大流量q=29.392 L/min，由此計(jì)算雷諾數(shù)得Re=vd/u=4q/ndu=429.59210-3/60n1510-31.510-4=279.2310-/60n 510-) =2.79m/s因此沿程壓力損失為pf=75/ Rel/dpV2/2 =75/279.23X2/1510-3920X2.79A2/2=0.13106Mpa2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮 工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一

22、般情況下，工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大，計(jì)算如下：v=0.1m/min：22流量Q=v(nd /4)=n.10.1/4=0.785(L/min)此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為3.64Mpa則有：P輸入)=3.640.785/(600.1) =0.476(kW)P輸出)=Fv = 13333.2410/60102103= 0.022(kW)此時(shí)的壓力損失為：AP = P（輸入）-P（輸出）=0.476Kw-0.022KW=0.454KW20假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K=10X10-3=kW/（cm2C）,油箱的散熱面積A為1.92cm2，則系統(tǒng)的溫升為：AT = AP/KA = 0.454/（1

23、0X10-3X1.92） =23.5（T）驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。4液壓缸的設(shè)計(jì)4.1液壓缸工作壓力的確定選擇5MP液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備類型確定， 對(duì)不同用途的液壓設(shè)備， 由于 工作條件不同，通常采用的壓力也不同。4.2液壓缸的內(nèi)徑 D 和活塞桿 d 前面已經(jīng)計(jì)算D = 80mm ; d =63mm4.3液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學(xué)可知，承受內(nèi) 壓力的圓筒， 其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異， 一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓 筒，起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸一般用無(wú)縫鋼管材料， 大多屬于薄壁圓筒 結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算ZPD/2才公式中：Z為液壓缸壁厚（m）D為液壓缸內(nèi)徑（m）P試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25-1.5倍）（Mpa）可缸筒材料的許用應(yīng)力：鍛鋼110-120，鑄鋼100-110，無(wú)縫鋼管100-110高強(qiáng)度鑄鐵60，灰鑄鐵25， 單位（Mpa）ZPD/2可=1.5 X