設(shè)計(jì)一臺(tái)雙面鉆通孔臥式組合機(jī)床液壓進(jìn)給系統(tǒng)及其裝置

1、 TOC o 1-5 h z 一、設(shè)計(jì)題目2二、工況分析3三、負(fù)載圖和速度圖的繪制 4四、液壓缸主要參數(shù)的確定 6五、擬定液壓系統(tǒng)原理圖 8六、液壓元件的選擇12七、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算17八、參考文獻(xiàn)20設(shè)計(jì)題目:設(shè)計(jì)一臺(tái)雙面鉆通孔臥式組合機(jī)床的液壓進(jìn)給系統(tǒng)及 其裝置。機(jī)床的工作循環(huán)為：工件夾緊一左、右動(dòng)力部件 快進(jìn)-左右動(dòng)力部件工進(jìn)-左動(dòng)力部件快退、右動(dòng)力部件 繼續(xù)工進(jìn)一左動(dòng)力部件停止、右動(dòng)力部件快退一左、右動(dòng)力部件皆停止、工件松開。已知工件的夾緊力為8*103 N,兩側(cè)加工切削負(fù)載皆為15*103N,工件部件的重量皆為9.8*103N,快進(jìn)、快退速度為5m/min,快進(jìn)行程為100mm,

2、左動(dòng)力部件工進(jìn)行程50mm,右動(dòng)力部件工進(jìn)行程80mm, vmin=80200mm/min,往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加、減速時(shí)間為 0.2s,滑 臺(tái)為平與軌，靜、動(dòng)摩擦系數(shù)分別為 0.2和0.1。二、工況分析首先根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如 圖1所示，然后計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類型，即F Fw Ff FaFw為工作負(fù)載，為15000N;Fa一運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；Ff一導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦阻力，對(duì)于平導(dǎo)軌可由下式求得Ff f G FRnG運(yùn)動(dòng)部件重力；FRn一垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載。f一導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，本例中取靜摩擦系數(shù)

3、0.2,動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。求得：Ffs=0.2*9800N=1960NFfa=0.1*9800n=980N上式中Ffs為靜摩擦阻力,Ffa為動(dòng)摩擦阻力。G _vg tg一重力加速度;t一加速度或減速度,股4 t=0.01 0.5s vZt時(shí)間內(nèi)的速度變化量。在本題中/ v = 5-0=5m/min980059.80.2 60417N表1工作各階段左、右液壓缸活塞負(fù)載工況負(fù)載組成負(fù)載值F推力F/ m起動(dòng)F=Ffs19602178加速F=Ffa+Fa13971552快進(jìn)F= Ffa9801088工進(jìn)F= Fw+Fa1598017756快退F= Ffa9801088、負(fù)載圖和速度圖的繪制根據(jù)上述計(jì)

4、算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載(見表1),并畫出如圖1所示的負(fù)載循環(huán)圖圖1速度和負(fù)載循環(huán)圖四、液壓缸主要參數(shù)的確定由液壓傳動(dòng)中表11-2和表11-3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為17760N時(shí)宜取P1=3MPa鑒于左右運(yùn)動(dòng)部件要求快進(jìn)、快退速度相同，這里的液 壓缸可選用單桿式，并在快進(jìn)時(shí)作差動(dòng)連接。由第五章得 知，這種情況下液壓缸無桿腔工作面積 A應(yīng)為有桿腔工作 面積A的兩倍，即活塞桿直徑d與缸筒直徑呈d=0.7D的關(guān) 系。在鉆孔加工時(shí)，液壓缸回油路上必須具有背壓P2,以防孔被鉆通時(shí)滑臺(tái)突然前沖。根據(jù)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè) 中推存數(shù)值，可取p2=0.8MPa快退時(shí)回油腔中有背壓的， 這

5、是P2可按0.6MPa估算。計(jì)算液壓缸面積：2 TOC o 1-5 h z P2d3.14pincm 11一PiD可得:95.7(mm)D -4 17760,50.52儼14 30 105 0.9 1 1 0.7d=0.7D=66.99mm當(dāng)按JB826-66將這些直徑圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值： D=95mm, d=65mm由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為：Ai=02/4=70.88 X 10-4ni,A2= (D2-d2)/4=37.7 X10-4m。經(jīng)檢驗(yàn), 活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。根據(jù)上述D和d的值，可估算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率,如表2所小表2液壓缸在不同工作階段的壓

6、力、 流量和功率值工況推力F/ m回油腔 壓力p2/MPa進(jìn)油 腔壓 力P1/MP a輸入 流量 q/L*m 一 -1 in輸入 功率 F/kW計(jì)算式快進(jìn)起動(dòng)217800.656P1F / mA2 p / A1A2qA1A2 v1p pq加速1552P1 pp 0.3MF1.036恒速1088a0.89616.60.248工進(jìn)177560.82.390.710.035p1F / m p2A2 /Aq A1V2p pq快退起動(dòng)217800.578p1 F/ mp2 A2 / AqA2V3ppq加速15520.61.54恒速10881.41718.850.445五、擬定液壓系統(tǒng)原理圖(1)確定供油

7、方式考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而 在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少 發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油?，F(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵(2)調(diào)速方式的選擇在中小型專用機(jī)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)銃削類專用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低 速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限 壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路 具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝 在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。(3)速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安

8、裝也較容易，但速度 換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改 用行程閥切換的速度換接回路。夾緊回路的選擇用二位四通電磁閥來控制夾緊、松開換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式?？紤] 到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成圖 2所示的液壓系統(tǒng)原理圖。圖2.液壓系統(tǒng)原理圖六、液壓元件的選擇(一)液壓泵1)泵的工作壓力的確定?？紤]到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為Pp Pl p(1-13)p

9、p液壓泵最大工作壓力；P1執(zhí)行元件最大工作壓力；p進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.20.5MPa,復(fù)雜系統(tǒng)取0.5 1.5MPa,本題取0.5MP8pp p1p 2.93 0.5 3.43MPa上述計(jì)算所得的pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pn應(yīng)滿足pn(1.251.6) p po中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本題中pn =1.25 p p=4.30MPa2）泵的流量確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為qp KL A max（1-14）qp液壓泵的最大流量；（匯q）max一

10、同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大 值。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加溢流閥的最小溢 流量23L/min;Kl一系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取KL=1.11.3，現(xiàn)取KL=1.2cqp Kl Amin 1.2 36.2L/min 43.44L/min3）選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得的pp和qp,再查閱 有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YBS-63變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為： 泵的額定壓力6.2MPa,泵的額定流量為6.3 L/min,電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速 1000r/min。4）與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。根據(jù)所選液壓泵的技 術(shù)參數(shù)由液壓技術(shù)手冊(cè)查得與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的功率 為 P 3kW。（二）閥類元件及輔助元件

11、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(shí)際流量，可選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格見表3序號(hào)元件名稱額定流量/ L , min-1額定 壓力 /MPa型號(hào)、規(guī)格、廠家1過濾器80XU-25X 100（沈陽黃河五金液壓廠）2變量葉片泵63YBS-633溢流閥4016YF-L10B （上海嘯力液壓傳動(dòng)設(shè)備有限公 司）4壓力表16KF3-EA10B5減壓閥2016JF-L10G （上海維嘉液壓 氣動(dòng)元件有限公司6壓力表16KF3-EA10B7單向閥2516DIF-L10H1 （昌林液壓氣動(dòng)有限公司 ）8二位四通閥301624D0-B10H-T （深圳市儷駿自動(dòng)化科技有限公司）9單向節(jié)

12、流閥2516LI-2510壓力繼電器2210DP1-63B （上海富繼電氣公司）11r夾緊液壓缸1612三位四通閥301634D0-B10C-T13單向行程閥2516QCI-25（泰興市斯德液壓 制造有限公司）14二位三通閥301624D0-B10C-T15左動(dòng)力液壓缸1616三位四通閥301634D0-B10C-T17單向行程閥2516QCI-2518二位三通閥301624D0-B10C-T19右動(dòng)力液壓缸16（三）油管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、排出的最大流量計(jì)算。由于液 壓泵具體選定之后液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)出流量已與原定 數(shù)值不同，所以要重新計(jì)

13、算表 4所示。表中數(shù)值說明，液 壓缸快進(jìn)快退的速度ViV3與設(shè)計(jì)要求相近。這表明所選液 壓泵的型號(hào)規(guī)格是適宜的。表4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 min-1q1A1qp / Ai A2(70.88 16.6)/(70.88-37.7)35.46q10.71q1 21.85排除流量/L min-1q2Aq1 / A(37.7 35.46)/70.8818.86q2 Aq1 /A1 (0.71 37.7)/70.880.378q2Aq1 /A(70.88 21.85)/37.741.08運(yùn)動(dòng)速度/m , min-1V1 qp / A A(10 16.6)/(70.8

14、-37.7)5.02V2 q1 /A1(0.71 10)/70.880.100V3q1 / A221.85 10/37.75.8根據(jù)表4中的數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取 3m/min,可算得與液壓缸無桿腔和有桿腔的油管內(nèi)徑分別為：d 2 q/( v) 2 (35.46 106/60/( 3 103) 15.8mm1A2d 2 . (27.1 106/60/( 3 103) 13.85mm這兩根油管都按 GB/T2351-93選用外徑16mm內(nèi)徑 12的無縫鋼管。（四）油箱油管容積估算，當(dāng)取 為7時(shí)，求得容積為V=qp=743.44L=304.08L按JB/T 7938-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值

15、V=400L七、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算一、驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力 損失無法全面估算，故只能先估算閥類元件的壓力損失， 待設(shè)計(jì)好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失 即可。壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別 進(jìn)行。1.快進(jìn)時(shí)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，由表 3和表4可知，進(jìn) 油路上油液通過電液換向閥12的流量是16.6L/min ,有桿 腔內(nèi)油液通過電液換向閥14流量是18.86L/min ,兩方面 油液匯合后一同進(jìn)入無桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為pV 0.5 （坐）2 0.5 （I8：86）2 0.35MPa3030回油路上，液壓缸有桿腔中的

16、油液通過電液換向閥14的流量是18.86L/min ,然后與液壓泵的供油合并流入無桿 腔。由此可算出快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力P2與無桿腔壓力3之差：16.6 218.86 2P P2 5 0.5 （量 0.5 F）0.35MPa此值與設(shè)計(jì)估算值0.3MPa基本相符。.工進(jìn)時(shí)工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥12的流量為0.71L/min ;油液在回油路上通過電液換向閥14的流量是0.378L/min ,在單向行程閥13處的壓力損失為0.6MP 通過電液換向閥12流量為0.378L/min ,液壓缸回油控的 壓力P2為0.378 20.378 2P20.5 ()2 0.6 0.5 ()2 0.6MPa

17、3030可見此值略小于原估計(jì)值。重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力FPi,P2 A2 amP1 A15980 0.6 106 37.7 10 470,88 10 4 1062.57MPaPe 0.5MPa ,故工進(jìn)0.5 3.57MPa考慮到壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓差 時(shí)溢流閥9的調(diào)壓Py應(yīng)為2C -C L0.71 c LPyP1P1Pe 2.570.50.530.快退時(shí)快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過電磁換向閥12的流量為21.85L/min、通過單向行程閥13的流量21.85L/min、通過電磁換向閥14的流量為21.85L/min ;回油路通過單向行程閥12的流量PV1此值小于估計(jì)值， 回油路是總壓降為41.08L/min 。因此進(jìn)油路上總壓降為220.2 21850.5 紅空 0.371MPa3030所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的O241.08Pv2 0.50.938MPa30所以，快退時(shí)液壓泵的工作壓力Pp應(yīng)為Pp P1PV1 1.54 0.371 1.911MPa:、驗(yàn)算油液溫升工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所占的時(shí)間比例達(dá)95% (見前)，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升按工進(jìn)時(shí)的工況來計(jì)算。工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為PeFv215980 0.100 0.027kW601000液壓泵工進(jìn)時(shí)的工作壓力 泵的總輸入功率為p 6.2MPa ,流量 qi 6.3L/min ,液壓