臥式鉆床液壓系統(tǒng)

1、課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的：液壓傳動課程設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，是在完成液壓與氣壓傳動課程理論教學(xué)以后所進(jìn)行的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過課程設(shè)計對所學(xué)內(nèi)容能夠靈活掌握，融會貫通，并獲得綜合運用所學(xué)知識進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計的基本能力。通過課程設(shè)計，學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下目的：1.鞏固和深化已學(xué)的液壓傳動的理論知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般方法和步驟；2.鍛煉機械制圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程運算的能力；3.熟悉液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及液壓元件的選擇方法；4.學(xué)會使用有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、液壓手冊及產(chǎn)品樣本等有關(guān)技術(shù)資料。2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：工

2、作循環(huán)：手工上料自動夾緊工作臺快進(jìn)銑削進(jìn)給工作臺快退夾具松開手工卸料。工作臺液壓缸負(fù)載力（KN）：FL2.0 夾緊液壓缸負(fù)載力（KN）：Fc 4.8 工作臺液壓缸移動件重力（KN）：G3.5 夾緊液壓缸負(fù)移動件重力（N）：Gc45 工作臺快進(jìn)、快退速度（m/min）：V1=V36.5 夾緊液壓缸行程（mm）：Lc10 工作臺工進(jìn)速度（mm/min）：V248 夾緊液壓缸運動時間（S）：tc1 工作臺液壓缸快進(jìn)行程（mm）：L1 450 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)：s=0.2工作臺液壓缸工進(jìn)行程（mm）：L2 80 導(dǎo)軌面動摩擦系數(shù)：d=0.1工作臺啟動時間（S）：Dt=0.5 3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要

3、求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等： （1) 液壓系統(tǒng)原理圖1張；(2) 設(shè)計計算說明書1份。一. 運動參數(shù)分析二計算液壓缸尺寸和所需流量三確定液壓系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)圖四選擇液壓元件和確定輔助裝置五確定電機功率六液壓系統(tǒng)的性能驗算序號FLFC GGCV1V2L1L2LCtC82.04.83.5456.54845080101一·運動參數(shù)分析 根據(jù)主機要求畫出動作循環(huán)圖，然后根據(jù)動作循環(huán)圖和速度要求畫出速度與路程的工況圖。 夾緊 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 松開 設(shè)計內(nèi)容1. 負(fù)載與運動分析1.1工作負(fù)載1）夾緊缸工作負(fù)載：Fl = FC + GCs=4800+45*0.2=4

4、809NF2= FC + GCd=4800+45*0.1=4804.5N夾緊缸最大夾緊力Fmax Fmax=F1/0.9=5343N夾緊缸最小夾緊力Fmin Fmin=F2/0.9=5338N由于夾緊缸的工作對于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高，所以在系統(tǒng)的設(shè)計計算中把夾緊缸的工作過程簡化為全程的勻速直線運動，所以不考慮夾緊缸的慣性負(fù)載等一些其他的因素。2)工作臺液壓缸 工作負(fù)載極為切削阻力FL=2.0KN。1.2摩擦負(fù)載   摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：      (1)靜摩擦阻力 &#

5、160;           Ffs=s*G=0.2×3500=700N=m      (2)動摩擦阻力 Ffd=d*G=0.1×3500=350N1.3慣性負(fù)載 Fi=Ggvt=Gg（v1-0）t=35009.86.5/600.5=77.38N1.4負(fù)載圖與速度圖的繪制 快進(jìn) t1=L1V1=4506.5×10360=4.15s 工進(jìn) t2=L2V2=804860=100s 快退 t3=L1+L

6、2V3=450+806.5×10360=4.89s因為液壓缸的受力還有密封阻力，所以假設(shè)液壓缸機械效率cm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1.1所示。表1.1液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力F0=F/cm/N啟動F=Ffs700777.8加速F=Ffd+Fi427.38474.87快進(jìn)F=Ffd350388.9工進(jìn)F=Ffd+FL23502611.1反向啟動F=Ffs700777.8加速F=Ffd+Fi427.38474.87快退F=Ffd350388.9表二液壓缸負(fù)載與工作壓力之間的關(guān)系:負(fù)載/ KN<5510102020

7、303050>50工作壓力/MPa<0.811.522.5334455表三液壓缸內(nèi)徑尺寸系列：（mm）81012162025324050638090100110125140160180200220250320400500630表四活塞桿直徑尺寸系列：（mm）456810121416182022252832364045505563708090100110125140160180200220250280320136400速度與路程的工況圖： 負(fù)載與路程的工況圖： 二計算液壓缸尺寸和所需流量：1. 工作壓力的確定，查表二，取工作壓力P=1MPa2. 計算液壓缸尺寸（1）液壓缸的有效工作面

8、積A1 A1=2611.11000000=2611（mm2） 液壓缸內(nèi)徑： D=(4A1/)1/2=57.7(mm) 查表三，取標(biāo)準(zhǔn)值D=63mm（2）活塞桿直徑： 要求快進(jìn)與快退的速度相等，故用差動連接方式，所以，取d=0.7D=44.1mm,查表四，取標(biāo)準(zhǔn)值d=45mm。（3）缸徑、桿徑取標(biāo)準(zhǔn)值后的有效工作面積： 無桿腔有效工作面積： A1=D2=X632=3116（mm2） 活塞桿面積：A3=d2=X452=1590（mm2） 有桿腔有效工作面積： A2=A1-A3=3116-1590=1526（mm2） A1 A2A33. 確定液壓缸所需的流量：快進(jìn)流量qkj:qkj=A3V1=8.7

9、45×1039(L/min)快退流量qkt:qkt=A2V3=8.39×10-3=8(L/min)工進(jìn)流量qj:qgj=A1V2=3116X10-6X0.0480.15(L/min)4.夾緊缸的有效面積、工作壓力和流量的確定：（1） 確定夾緊缸的工作壓力：查表二，取工作壓力Pj=2MPa（2） 計算夾緊缸有效面積、缸徑、桿徑：夾緊缸有效面積Aj:Aj=53432 =2671.5(mm2)夾緊缸直徑Dj:Dj=(4Aj/)1/2=58.3(mm)取標(biāo)準(zhǔn)值為Dj=63mm則夾緊缸的有效面積為: Aj=Dj2=3115.67(mm2)活塞桿直徑dj: dj=0.5Dj=32(mm

10、)夾緊缸在最小夾緊力時的工作壓力為： Pjmin=53383115.67×10000001.71×10-6=2MPa（3） 計算夾緊缸的流量qjqj=AjVj=3115.67×10-6×10×10-3×601.87(L/min)三 確定液壓系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)圖 1確定執(zhí)行元件的類型 （1）工作缸：根據(jù)本設(shè)計的特點要求，選用無桿腔面積等于兩倍有桿腔面積的差動液壓缸。 （2）夾緊缸：由于結(jié)構(gòu)上的原因和為了有較大的有效工作面積，采用單桿液壓缸。2換向方式確定 為了便于工作臺在任意位置停止，使調(diào)整方便，所以采用三位換向閥。為了便于組成差動

11、連接，應(yīng)采用三位五通換向閥?？紤]本設(shè)計機器工作位置的調(diào)整方便性和采用液壓夾緊的具體情況，采用“Y”型機能的三位五通換向閥。3.調(diào)整方式的選擇 在組合機床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)鉆、鏜類專機工作時對對低速性能和速度負(fù)載都有一定要求的特點，采用調(diào)速閥進(jìn)行調(diào)速。為了便于實現(xiàn)壓力控制，采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速。同時為了考慮低速進(jìn)給時的平穩(wěn)性，以及避免鉆通孔終了時出現(xiàn)前沖現(xiàn)象，在回油路上設(shè)有背壓閥。4快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的控制方式的選擇為了保證轉(zhuǎn)換平穩(wěn)、可靠、精度高，采用行程控制閥。5終點轉(zhuǎn)換控制方式的選擇 根據(jù)鏜削時停留和控制軸向尺寸的工藝要求，本機采用行程開關(guān)和壓力繼電器加死擋鐵控制。

12、6實現(xiàn)快速運動的供油部分設(shè)計 因為快進(jìn)、快退和工進(jìn)的速度相差很大，為了減少功率損耗，采用雙聯(lián)泵驅(qū)動（也可采用變量泵）。工進(jìn)時中壓小流量泵供油，并控制液壓卸荷閥，使低壓大流量泵卸荷；快進(jìn)時兩泵同時供油。7夾緊回路的確定 由于夾緊回路所需壓力低于進(jìn)給系統(tǒng)壓力，所以在供油路上串接一個尖壓閥。此外為了防止主系統(tǒng)壓力下降時（如快進(jìn)和快退）影響夾緊系統(tǒng)的壓力，所以在減壓閥后串接一個單向閥。夾緊缸只有兩種工作狀態(tài)，故采用二位閥控制。這里采用二位五通帶鋼球定位的電磁換向閥。為了實現(xiàn)夾緊后才能讓滑臺開始快進(jìn)的順序動作，并保證進(jìn)給系統(tǒng)工作時夾緊系統(tǒng)的壓力始終不低于所需要的最小夾緊力，故在夾緊回路上安裝一個壓力繼電

13、器。當(dāng)壓力繼電器工作時，滑臺進(jìn)給；當(dāng)夾緊力降到壓力繼電器復(fù)位時，換向閥回到中位，進(jìn)給停止。根據(jù)以上分析，繪出液壓系統(tǒng)圖如1.2雙聯(lián)泵 3.三位五通電磁閥 4.減壓閥 5.安全閥 6.背壓閥 7.順序閥8.9.10.12.15單向閥 11.行程控制閥 13.調(diào)速閥 14.二位五通電磁換向閥16.17壓力繼電器 18.液壓缸 19.夾緊缸1. 夾緊：3YA通電進(jìn)油：（1-9、2-8）-4-15-14（右位）-19（上腔）-下移回油：19（下腔）-14（右位）-油箱2. 快進(jìn)：1YA通電進(jìn)油：（1-9、2-8）-3（左位）-11-18（左腔）-右移回油：18（右腔）-3（左位）-8-11-18（左腔

14、）-右移3. 工進(jìn)：11切斷進(jìn)油：2-10-3（左位）-13-18（左腔）-右移回油：18（右腔）-3（左位）-6-油箱4. 快退：2YA通電進(jìn)油：（1-9、2-10）-3（右位）-18-左移回油：18（左腔）-12-3（右位）-油箱5. 松開：4YA通電 （1-9、2-10）-4-15-14（左位）-19（下腔）-上移開關(guān)動作1YA2YA3YA4YA行程閥壓力繼電器夾緊-+-快進(jìn)+-+-工進(jìn)+-+-+-快退-+-+-松開-+-+四選擇液壓元件和確定輔助裝置： 1.選擇液壓泵： （1）泵的工作壓力的確定： 初算時可取P=0.5MPa-1.2MPa,考慮背壓，現(xiàn)取P=1MPa。泵的工作壓力Pb初

15、定為Pb=P+P=1+1=2(MPa)。式中P為液壓缸的工作壓力；P為系統(tǒng)的壓力損失。執(zhí)行元件背壓力估計值 系統(tǒng)類型背壓力/MPa中低壓系統(tǒng)0-8MPa簡單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.50.8回油路帶背壓閥0.51.5采用帶補液泵的閉式回路0.81.5（2）泵的流量的確定： 1.快速進(jìn)退時泵的流量： 由于液壓缸采用差動連接方式，而有桿腔有效面積A2小于活塞桿面積A3，故在速度相等的情況下，快退所需的流量小于快進(jìn)的流量，故按快進(jìn)考慮。快進(jìn)時缸所需的流量為：qkt=A2Vk=8.745×10-3=9(L/min)快進(jìn)時泵應(yīng)供油量為：qktb=Kqkt=1

16、.1X9=9.9(L/min)式中K為系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般K=1.1-1.3，此處取K=1.1。 2.工進(jìn)時泵的流量： 工進(jìn)時缸所需的流量為： qgj=A1Vg=3116X10-6X0.048=0.15 (L/min) 工進(jìn)時泵應(yīng)供流量為： qgjb=Kqgj=1.1X0.15=0.165(L/min)考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點，需加上溢流閥的最小溢流量（一般取3L/min）,所以qgjb=0.17+3=3.17(L/min)根據(jù)組合機床的具體情況從產(chǎn)品樣本中選用YB-4/6型雙聯(lián)葉片泵，此泵在快速進(jìn)退時（低壓狀態(tài)下雙泵供油）提供流量為：qmax=4+6=10(L/min)=qktb

17、在工進(jìn)時（高壓狀態(tài)下小流量的泵供油）提供的流量為qmin=4(L/min)qgjb故所選泵符合系統(tǒng)要求。（3）驗算快進(jìn)、快退的實際速度：Vkj=qmax/A3=10X10-3/1590X10-6=6.3(m/min)Vkt=qmax/A2=10X10-3/1526X10-6=6.6(m/min) 2.選擇閥類元件：各類閥可按通過該閥的最大流量和實際工作壓力選取，閥的調(diào)整壓力值，必須在確定了管路的壓力損失和閥的壓力損失后才能確定。3.確定油管尺寸：（1） 油管內(nèi)徑的確定：可按下式計算：d2=q 泵的最大流量為10L/min,但在系統(tǒng)快進(jìn)時，部分油管流量可達(dá)20L/min。按20L/min計算，取

18、V為 4m/s,則d=(4X0.020/3.14X4X60) 1/2=10(mm)(2) 按標(biāo)準(zhǔn)選取油管：可按標(biāo)準(zhǔn)選取內(nèi)徑d=10mm，壁厚為1mm的紫銅管，安裝方便處可選用內(nèi)徑d=10mm，外徑D=16mm的無縫鋼管。5. 確定油箱容量：本設(shè)計為中壓系統(tǒng)，油箱有效容量可按泵每分鐘內(nèi)公稱流量的5-7倍來確定。 V=5Xqb=5X10=50(L)6.工進(jìn)時所需的功率根據(jù)p1A1 = F + A2p2，工進(jìn)時油路的流量僅為0.15L/min，因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計。這時進(jìn)油路上只考慮調(diào)速閥的損失0.6MPa，回油路上只有被壓閥損失，還有夾緊缸的壓力2MP

19、a，小流量泵的調(diào)整壓力p=p1+2+0.6+0.8=4.3MPa工進(jìn)時泵1的調(diào)整壓力為4.3MPa流量為4L/min.泵2卸荷時，其卸荷壓力可視為零取其效率=0.75 所以工進(jìn)時所需電機功率為p=0.18KwPb1液壓泵的最大公最壓力（Pa）Qb1液壓泵的輸出流量（m3/s）7.快進(jìn)快退時所需的功率p=0.3Kw序號名稱通過流量（L/min）型號及規(guī)格1.2雙聯(lián)葉片泵10YB-4/63三位五通電磁閥9.934EF3Y-E10B4減壓閥1.87Y-10B5.安全閥3.375YF3-10B6背壓閥1B-10B7順序閥11.57AXF3-10B8.9.10.12.15單向閥11.57YAF3-Ea10B11行程閥-k-6B13調(diào)速閥<1QF3-E6aB14二位五通電磁換向閥1.8723D-10B16.17壓力繼電器-PF-D8L五確定電