液壓與氣壓臥式雙面銑削組合機床液壓系統(tǒng)設計

1、液壓與氣壓傳動課程設計課題名稱：臥式雙面銑削組合機床液壓系統(tǒng)的設計姓名學號同組學生專業(yè)班級日期一、設計的目的和要求：設計的目的液壓傳動課程設計是本課程的一個綜合實踐性教學環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的：1. 鞏固和深化已學知識， 掌握液壓系統(tǒng)設計計算的一般方法和步驟， 培養(yǎng)學生工程設計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)行機構， 選用標準液壓元件； 能熟練地運用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)；3. 熟悉并會運用有關的國家標準、 部頒標準、設計手冊和產(chǎn)品樣本等技術資料。對學生在計算、制圖、運用設計資料以及經(jīng)驗估算、考慮技術決策、 CAD技術等方面的基本

2、技能進行一次訓練，以提高這些技能的水平。設計的要求1. 設計時必須從實際出發(fā)， 綜合考慮實用性、 經(jīng)濟性、先進性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求， 就不必過分強調(diào)先進性。 并非是越先進越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨考慮簡單、經(jīng)濟；2. 獨立完成設計。設計時可以收集、 參考同類機械的資料， 但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡單地抄襲；3. 在課程設計的過程中， 要隨時復習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。4. 液壓傳動課程設計的題目均為中等復雜程度液壓設備的液壓傳動裝

3、置設計。具體題目由指導老師分配，題目附后；5. 液壓傳動課程設計一般要求學生完成以下工作：設計計算說明書一份；液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（ 3 號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）。二、設計的內(nèi)容及步驟設計內(nèi)容1. 液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負載和速度循環(huán)圖；2. 進行方案設計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖；3. 計算和選擇液壓元件；4. 驗算液壓系統(tǒng)性能；5. 繪制正式工作圖，編制設計計算說明書。設計步驟以一般常規(guī)設計為例，課程設計可分為以下幾個階段進行。1. 明確設計要求閱讀和研究設計任務書，明確設計任務與要求；分析設計題目，了解原始數(shù)據(jù)和工作條件。參閱本書有關內(nèi)容，明確并擬訂設計過程和進度計劃。2

4、. 進行工況分析做速度 - 位移曲線，以便找出最大速度點；做負載 - 位移曲線，以便找出最大負載點。液壓缸在各階段所受的負載需要計算，為簡單明了起見，可列表計算；工況計 算公 式缸的負載F缸的推力 F/ cm啟動加速快進工進快退注： cm缸的機械效率，取 cm=0.9確定液壓缸尺寸確定液壓缸尺寸前應參照教材選擇液壓缸的類型， 根據(jù)設備的速度要求確定 d/D 的比值、選取液壓缸的工作壓力，然后計算活塞的有效面積，經(jīng)計算確定的液壓缸和活塞桿直徑必須按照直徑標準系列進行圓整。 計算時應注意考慮液壓缸的背壓力，背壓力可參考下表選取。系統(tǒng)類型背壓力（ MPa）回路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng)0.2 0.5回路上

5、有背壓閥或調(diào)速閥的進給系統(tǒng)0.5 1.5采用輔助泵補油的閉式回路（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 （ p- s）、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、 最大流量點和最大功率點。 計算過程可列表計算。各階段壓力、流量和功率值負載 F液壓缸工況計算公式回油腔壓流入流進油腔壓輸入功（ N）量力率力快進啟動（差加速動）恒速工進啟動快退加速恒速3. 進行方案設計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖方案設計包括供油方式、 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)約能量等性能的方案比較， 根據(jù)工況分析選擇出合理的基

6、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。應考慮回路的調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性、效率等問題，同時盡量做到結構簡單、成本低。4. 計算和選擇液壓組件計算液壓泵的工作壓力計算液壓泵的流量選擇液壓泵的規(guī)格計算功率，選擇原動機選擇控制閥選擇液壓輔助元件5. 驗算液壓系統(tǒng)性能驗算液壓系統(tǒng)的效率驗算液壓系統(tǒng)的溫升6. 繪制正式工作圖，編制課程設計計算說明書液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（ 3 號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）整理課程設計計算說明書液壓系統(tǒng)原理圖的標題欄如下所示：比例圖名成績件數(shù)設 計日期學號共張第張審 核日期湖北文理學院機械與汽車

7、工程學院審 核日期7. 設計總結與答辯完成答辯前的準備工作。參加答辯。三、進度安排按教學計劃安排， 液壓傳動課程設計總學時數(shù)為 1 周，其進度及時間大致分配如下：序號設計內(nèi)容天數(shù)（約占比例）1設計準備0.5 （約占 10%）2液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負載和速度循環(huán)圖0.5 （約占 10%）3進行方案設計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.5 （約占 30%）4計算和選擇液壓組件1（約占 20%）5驗算液壓系統(tǒng)性能0.5 （約占 10%）6繪制正式工作圖，編制課程設計說明書0.5 （約占 10%）7設計總結與答辯0.5 （約占 10%）總計5四、答辯與成績評定課程設計完成后的全部圖紙與說明書應有設計者和指導

8、教師的簽名。未經(jīng)指導老師簽名的設計，不能參加答辯。由指導老師組成答辯小組， 答辯時設計者按說明書編寫順序先對自己的設計進行 5-10 分鐘的講解，內(nèi)容包括主要解決的問題，液壓系統(tǒng)原理圖的動作及控制信號來源，然后回答教師提問。每位學生答辯時間不超過20 分鐘。目錄1設計題目 臥式雙面銑削組合機床的液壓系統(tǒng)設計 .12工況分析 .12.1 負載分析 .13液壓系統(tǒng)方案設計 .33.1液壓缸參數(shù)計算 .33.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖 .錯誤！未定義書簽。3.3液壓元件的選擇 .103.3.2 閥類元件及輔助元件的選擇 .113.3.3 油管的選擇 .204 液壓系統(tǒng)性能驗算 144.1驗算系統(tǒng)壓力損失并

9、確定壓力閥的調(diào)整值 .144.2油液溫升計算.165設計小結 .176參考文獻 .17Ffs ，動摩擦1設計題目臥式雙面銑削組合機床的液壓系統(tǒng)設計試設計臥式雙面銑削組合機床的液壓系統(tǒng)。機床的加工對象為鑄鐵變速箱箱體，動作順序為夾緊缸夾緊工作臺快速趨近工件工作臺進給工作臺快退夾緊缸松開原位停止。工作臺移動部件的總質量為 400kg，加、減速時間為 0.2s，采用平導軌，靜、動摩擦因數(shù) s=0.2，d=0.1。夾緊缸行程為 30mm，夾緊力為 800N，工作臺快進行程為100mm，快進速度為 3.5m/min ，工進行程為 200mm，工進速度為 80 300mm/min ，軸向工作負載為 120

10、00N，快退速度為 6m/min 。要求工作臺運動平穩(wěn)，夾緊力可調(diào)并保壓。2 工況分析2.1 負載分析負載分析中，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，導軌摩擦力和慣性力。導軌的正壓力等于動力部件的重力，設導軌的靜摩擦力為力為 Ffd ,則工作負載： Ft1200N慣性負載： Fm1mv14003.5117 Nt60 0.2Fm2 mv24006200Nt60 0.2靜摩擦負載： F fs0.2400 10800N動摩擦負載： F fd0.1400 10400N如果忽略切削力引起

11、的顛覆力矩對導軌摩擦力的影響，并設液壓缸的機械效率 cm 0.9 ，則液壓缸在各工作階段的總機械負載可以算出，見表 2-1。表 2-1工況負載組成起動FF fs加速F(FfdFm )快進FF fd工進FFlF fd快退FFfd液壓缸各運動階段負載表負 載 值推力 F / mF/N800889N517574N400444N1240013778N400444N根據(jù)負載計算結果和已知的各階段的速度，可繪制出負載圖和速度圖V/m/minF/N137783.58895774440.30.0800100200300L/mm100200300L/mm-6-444-889速度圖負載圖3 液壓系統(tǒng)方案設計3.1

12、 液壓缸參數(shù)計算組合機床液壓系統(tǒng)的最大負載約為14000N，初選液壓缸的設計壓力 P =3MPa，為了滿足工作臺快速進退速度要求，并減小液壓泵1的流量，這里的液壓缸選用單桿式的，并在快進時差動連接，則液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積 A1 與 A2 應滿足 A1 =0.37 A2 （即液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d 應滿足： 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，并取液壓缸機械效率cm =0.9 。則液壓缸上的平衡方程P1 A1P2 A2F.037A1 P2F故液壓缸無桿腔的有效面積：A1F3106137690.51061376950.

13、07cm2P10.37P20.372.75106D4A14 50.07cm7.98液壓缸內(nèi)徑：按 GB/T2348-1980，取標準值 D=80mm；因 A1 =0.37 A2 ，故活塞桿直徑 d=0.607D=50mm（標準直徑）則液壓缸有效面積為：A1D 2802 cm250.24cm244A2( D 2d 2 )(80 250 2 )cm230.63cm244差動連接快進時，液壓缸有桿腔壓力P2 必須大于無桿腔壓力P1 ，其差值估取 P2 P1 =0.5MPa，并注意到啟動瞬間液壓缸尚未移動，此時 P=0；另外取快退時的回油壓力損失為 0.5MPa。根據(jù)假定條件經(jīng)計算得到液壓缸工作循環(huán)中

14、各階段的壓力 . 流量和功率，并可繪出其工況圖表 31 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工計算公式推力回油腔工作腔輸入流量輸入功率作F（N）壓力壓力q（L/min）P（KW）階2（MPa）1（MPa）PP段快00進pjFPA287100.44A1A2啟qv( A1A2 )動Pp j q快進5661.571.07變化變化加速快進4361.51.006.860.114恒速p jF p j A2A1q A1v P pjq工進快退p jF pb A1A1啟 q A2 vPp j q動快退加速快退恒速137690.83.2280.41.50.210.8087100.28405660.30.677

15、變化變化4360.30.63418.3780.194注：1. 差動連接時，液壓缸的回油口到進油口之間的壓力損失p5 105 pa , . 而 pbpjp2. 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為 Pj ，無桿腔回油，壓力為 Pb液壓缸的工況Pt /MP0.750.700.3501002003000.340.7580.809P/kw0.450.430.15q/L/minq/L/min8.6171.50.40L/mm100200300L/mm8.9670100200300L/mm0.683.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖調(diào)速回路的選擇該機床液壓系統(tǒng)的功率小（<1kw）, 速度較低；鉆鏜加工時連續(xù)切削，切

16、削力變化小，故采用節(jié)流調(diào)速的開式回路是合適的，為了增加運動的平穩(wěn)性，防止鉆孔時工件突然前沖，系統(tǒng)采用調(diào)速閥的進油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路中加背壓閥。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?？焖龠\動與換向回路由于系統(tǒng)要求快進與快退的速度相同，因此在雙泵供油的基礎上，快進時采用雙泵供油回路，快退時采用液壓缸有桿腔進油，無桿腔回油的快速運動回路。1YA2YA速度換接回路由工況圖可以看出， 當動力頭部件從快進轉為工進時滑臺速度變化較大，可選用行程閥來控制快進轉工進的速度換接，以減少液壓沖擊。壓力控制回路在泵出口并聯(lián)一先導式溢流閥，實現(xiàn)系統(tǒng)的定壓溢流， 同時在該溢流閥的遠程

17、控制口連接一個二位二通電磁換向閥，以便一個工作循環(huán)結束后，等待裝卸工件時， 液壓泵卸載，并便于液壓泵空載下迅速啟動。行程終點的控制方式這臺機床用于鉆、鏜孔（通孔與不通孔）加工，因此要求行程終點的定位精度高因此在行程終點采用死擋鐵停留的控制方式。組成液壓系統(tǒng)繪原理圖將上述所選定的液壓回路進行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補充，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， 在液壓泵的進口處、背壓閥和液壓缸無腔進口處設置測壓點，并設置多點壓力表開關。這樣只需一個壓力表即能觀測各點壓力。S13AY121145S2S3101AY2AY268319圖 1-3 液壓系統(tǒng)原理圖7液壓系統(tǒng)中各電

18、磁鐵的動作順序如表3-2 所示。動作名稱1YA2YA3YA工作臺快進+-工作臺工進+-工作臺快退-+-夾緊缸松開-+3-2 電磁鐵動作順序表3.3 液壓元件的選擇液壓泵液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為3.228MPa,如取進油路上的壓力損失為 0.8MPa,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，則變量泵的最大工作壓力應為PP (3.228 0.8 0.5) MPa 4.528MPa由工況圖可知，液壓泵應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，則液壓泵的總流量應為Qp1.1 18.378L / min20.22L

19、/ 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 :PpP6.47MPa0.7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-BL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，若取液壓泵的容積效率0.9 ，泵的轉速為 1500r/min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0.634MPa,進油路壓力損失0.3Mpa, 流量為 20.22L/min, 取泵的總效率為0.75 ，則液壓泵驅動電動機輸出所需的功率為Pp Qp20.220.934KWP600.750.42p根據(jù)此數(shù)值按 JB/T103

20、91-2002, ，查閱電動機產(chǎn)品樣本選取Y90L-4型電動機，其額定功率Pn1.5KW ，額定轉速 nn1500r / min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際流量，可以選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表33表 33 元件的型號及規(guī)格序元件估計流額定流量額定壓力額定壓降量型號、符號號名稱L/MINMPaMPaL/MIN變量1葉片257YBX-BL泵三位35DF3Y-E12四通558016<0.50B閥3行程606316<0.25AXQE-Ea10閥B4調(diào)速0.41.50.28016AXQF-Ea10閥B5單向6063160.2AF

21、3-Ea10B閥6單 向30630.5-16<0.2AF3-Ea10B閥液控7順序226316<0.3XF3-E10B閥8背壓0.20.86316YF3-E10B閥9溢流5.16316YF3-E10B閥10單向226316<0.2AF3-Ea10B閥11過濾3063<0.2XU-63*80J器12壓力16KF3-Ea10B表開關13單向556316<0.2KF3-Ea10B閥油管的選擇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、出油管則按輸入、輸出的最大流量計算。 由于液壓泵的具體選定之后液壓缸在各階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算如表34

22、 所示表 34 液壓缸的進、出流量和運動速度流量、速快進度A1qpq1A1 A2輸 入 流50.2420.22量50.2430.6351.80/(L/min)A2q1q2A1排 出 流30.6351.850.24量31.58工進快退q10.4 1.5q1qp20.22(0.4 1.5)30.63A1q pq150.24q20.24 0.91A250.2420.2230.6333.17/(L/min)運 動 速度/(m/min)v1qpv2q1qpA2A1v1A1A220.2210(0.2 0.76) 1020.22 1050 .2430.6350.2430.6310.310.04 0.156.

23、6由表中的數(shù)據(jù)可知所選液壓泵的型號、規(guī)格適合。由表 34 可知，該系統(tǒng)中最大壓力小于3MPa，油管中的流速取3m/s。所以按公式 d2q 可計算得液壓缸無桿腔和有桿腔相連的v油管內(nèi)徑分別為：d12q251.80 10619.1m mv310360d22q220.22 10 611.96mmv3 10360則選 18mm的孔徑。確定油箱容積：油箱容積按液壓傳動式（7-8 ）估算，當取為 7 時，求得其容積Vqp720.22141.54L按 JB/T7938-1999 規(guī)定，取標準值V=250L。4 液壓系統(tǒng)性能驗算4.1 驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值(1)快進滑臺快進時，液壓缸差動連接，

24、進油路上油液通過單向閥10 的流量是 22L/MIN，通過電液換向閥 2 的流量是 20.22L/MIN ，然后與液壓缸的有桿腔的回油匯合，以流量 51.80L/min 通過行程閥 3 并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為pv 0.2 ( 22 ) 20.5 ( 20.22)20.3 (51.80) 2 MPa638063(0.0240.0320.203)MPa0.259MPa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入液壓缸?；赜吐飞?，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2 和單向閥 6 的流量都是 28.2L/min ，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3 流入無桿腔。由此可算出

25、快進時有桿腔壓力P2 和無桿腔壓力 P1 之差。P P2P1 0.5( 28.2) 20.2 ( 28.2 ) 20.3 ( 28.2 ) 2 MPa806363(0.062 0.040.06)MPa0.162MPa此值小于原估計值0.5Mpa, 所以是偏安全的。（2）工進工進時，油液在進油路上通過電液換向閥2 的流量為 0.41.5L/min ，在調(diào)速閥 4 處的壓力損失為0.5Mpa; 油液在回油路上通過換向閥2 的流量為 0.200.76L/min ，在背壓閥 8 處的壓力損失為0.5MPa,通過順序閥 7 的流量為 22.222.76L/min ，因此這時液壓缸回油腔壓力p2 為P2max 0.5 ( 0.76) 20.50.3( 22.762) 2 MPa80630.539MPa此值大于原估計值0.5Mpa, 則重新計算工進時液壓缸進油腔壓力F 'P2 A213778 0.53910630.63 104P1A150.2410 4106MPa 3.07MPa與原計算數(shù)值 3.761MPa相近?？紤]到壓力繼電器可靠動作需要壓差pe0.5MPa ，故溢流閥9 的調(diào)壓PPP0.5)20.50.5MPa4.02MPap1 A1e3.02 0.5 (80（3）快退快退時，油液在進油路上通過單向閥 5 的流量為 22L/min ，通過換向閥 2 的