液壓與氣壓傳動(dòng)畢業(yè)課程設(shè)計(jì)

1、液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)班級(jí) 機(jī)設(shè)0821姓名 黃 俊小組其它成員 紀(jì)些、韓點(diǎn)點(diǎn)、胡俊、田嚴(yán)華目錄題目部分 1設(shè)計(jì)、計(jì)算部分 TOC o 1-5 h z 負(fù)載分析2液 壓 系 統(tǒng) 方 案 設(shè)計(jì)3液 壓 系 統(tǒng) 的 參 數(shù) 計(jì)算5液壓缸參數(shù)計(jì)算 5液壓泵參數(shù)計(jì)算 8液 壓 元 件 的 選擇10驗(yàn) 算 液 壓 系 統(tǒng) 性（一）壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào) TOC o 1-5 h z 整11（二）液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算14（附）六、液壓閥塊的設(shè)計(jì)（一）液壓閥塊的三維效果圖 15（二）液壓閥塊的二維效果17液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)某臥式單面多空鉆孔機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算題目部分一、設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面

2、多軸鉆孔機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，有三個(gè)液壓缸，分 別完成鉆削（快進(jìn)、工進(jìn)、快退）、夾緊工件（夾緊、松開）、工件定位（定 位、拔銷）。其工作循環(huán)為：定位一夾緊一快進(jìn)一工進(jìn)一快退一拔銷松開， 如圖1所示。圖】臥式單面多軸鉆孔機(jī)床示意圖二、原始數(shù)據(jù)1、主軸數(shù)及孔徑：主軸 6根，孔徑14mm；2、總軸向切削阻力：12400N;3、運(yùn)動(dòng)部件重量：9800N;4、快進(jìn)、快退速度：5 mmin；5、工進(jìn)速度：0.040.1mmin；6、行程長(zhǎng)度：320mm；7、導(dǎo)軌形式及摩擦系數(shù)：平導(dǎo)軌，f靜=0.2 , f動(dòng)=0.1 ;8、夾緊、減速時(shí)間：大于0.2秒；9、夾緊力：50006000N;10、夾緊時(shí)間：12秒；

3、11、夾緊液壓缸行程長(zhǎng)度：16mm；12、快進(jìn)行程230mm三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1、夾緊后在工作中如突然停電時(shí)， 要保證安全可靠，當(dāng)主油路壓力瞬時(shí)下 降時(shí)，夾緊缸保持夾緊力；2、快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)要平穩(wěn)可靠；3、鉆削時(shí)速度平穩(wěn)，不受外載干擾，孔鉆透時(shí)不氣沖。設(shè)計(jì)、計(jì)算部分一、負(fù)載分析負(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。在此，我們主要討論工作液壓缸的負(fù)載情 亂。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有： 切削力，導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于運(yùn)動(dòng)部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為F靜，動(dòng)摩擦力為F動(dòng),5靜=精爭(zhēng) Fn = 0.2

4、父 9800 N = 1960 NF動(dòng)=動(dòng) Fn = 0.1 父 9800 N = 980 N加速減速的時(shí)間大于0.2秒，選定其為0.25秒，則慣性力FmG Av g AtFmG Av g At9800 5/609.8 0.25N =333N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im=0.95,則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以計(jì)算出，見表表一工作液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段計(jì)算公式總機(jī)械負(fù)載FN起動(dòng)2063加速1382快進(jìn)1032工進(jìn)14084快退1032根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各階段的速度，我們可以根據(jù)行程長(zhǎng)度來初步繪出負(fù)載圖（F-l ）和速度圖（v-l

5、）,見圖2的a、bo橫坐標(biāo)以上為 液壓缸活塞前進(jìn)時(shí)的曲線，以下為液壓缸活塞退回時(shí)的曲線。(a)(b)圖2負(fù)載速度圖 (a)負(fù)載圖(b)速度圖二、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1、確定液壓泵類型及調(diào)速方式參考同類組合機(jī)床，液壓泵我們可以選用單向變量葉片泵或者雙作用 定量葉片泵。調(diào)速方式可以選用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，溢流閥作為定壓閥 為防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，工件加緊后以免出現(xiàn)突發(fā)狀 況、不論是停電還是主油路壓力瞬降而要求加緊缸保持加緊力，回油路上 宜設(shè)置單向閥，初定背壓值 Pb=0.8Pa。2、選用執(zhí)行元件因系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退，且快進(jìn)、快退的 速度相等，因此都選用單活塞桿液壓

6、缸。3、快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路根據(jù)本例的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接與雙泵供油兩種快速運(yùn) 動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，利由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差 動(dòng)連接。本例采用二位二通手動(dòng)電磁換向閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn) 為工進(jìn)。與常采用行程閥相比，手動(dòng)換向閥可直接安裝在液壓站上，由工 作臺(tái)的行程開關(guān)控制，管路簡(jiǎn)單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液控順 序閥與單向閥來切斷油路。因此速度換接回路為行程和壓力聯(lián)合控制形式。4、換向回路的選擇本系統(tǒng)對(duì)于換向的平穩(wěn)性有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換向閥的換 向回路。為了便于實(shí)現(xiàn)快進(jìn)和快退，選用了三位五通電磁換向閥。為提高 換向的位置精度，采用死擋鐵和壓

7、力繼電器的行程終點(diǎn)返程控制。5、組成液壓系統(tǒng)繪原理圖將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作必要的補(bǔ)充修改, 即組成如圖3、圖4所示的液壓系統(tǒng)圖。為了便于觀察調(diào)整壓力，在液壓 泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力 表開關(guān)。這樣只需一個(gè)壓力表即能觀測(cè)各點(diǎn)壓力。液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表二所示P3快進(jìn)快退P2圖3單泵供油液壓系統(tǒng)原理圖工進(jìn)P3快進(jìn)快退P2圖3單泵供油液壓系統(tǒng)原理圖工進(jìn)表二電磁鐵及手動(dòng)閘動(dòng)作順序表1Y2Y3Y4Y定 位夾 緊快 進(jìn)+工 進(jìn)+保 壓-+-快 退+拔銷松開+*定位*定位夾裝圖4雙泵供油液壓系統(tǒng)原理圖三、液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算（一）液壓缸參

8、數(shù)計(jì)算1、初選液壓缸的工作壓力通過負(fù)載分析，知道工作液壓缸的最大負(fù)載為14084N,加緊液壓缸的最大負(fù)載為6000N,故由表二，可以初定工作液壓缸的工作壓力為， 夾緊液壓缸的工作壓力為。表三按負(fù)載選擇工作壓力日KN55-1010-2020-3030-5050工作壓力MPa0.8-11.5-22.5-33-44-52、確定工作液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸本例要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)在采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，并取無桿腔有效面積是有桿腔有效 面積的兩倍，即=2。為了防止在鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然前沖，在回油路中裝 有背壓閥，參考液壓與氣壓傳動(dòng)（許福玲、陳堯明主編，第三版）中的

9、表8-2,初選背壓由表一可知，最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載，按此計(jì)算則AiFiPi-AiFiPi-Pib2140842m_51_530105 一 8 1052=5. 4110 m2 = 54. 1cm2液壓缸直徑 D1 = J竺1 = 4 x 54. 1cm = 8. 30cmV JT JI由=2可知活塞桿直徑d1 = 0. 707D1 = 0. 707 8. 30cm = 5. 87Cm采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得按標(biāo)準(zhǔn)的直徑算出 TOC o 1-5 h z 2_ 222AI1 = D1 = 8 cm = 50. 24cm 4422 二222-2A2 = D - d1= (8 - 5. 7 )c

10、m = 24.74cm44按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣板，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量因工進(jìn)速度為最小速度。則由文獻(xiàn)【11中式8-2有A1q1 minv 1 min0.05 103一 一一20.04 102cm22u 12. 5cm本例Ai = 50. 24cM 12. 5cm.2 二_222 2 % = D.2 二_222 2% = D2- d2= (62- 52 )cm2= 8.63cm243、確定加緊液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸為保證拔銷松開時(shí)液壓缸平穩(wěn)運(yùn)行，在加緊液壓缸回油路中裝有 單向節(jié)流閥，參考文獻(xiàn)【11中表8-2,初選背壓力。取無桿腔有效面積是 有桿腔有效面積的兩倍，即=2。加緊液壓缸的

11、最大負(fù)載為，按此計(jì)算則F260002F260002mc 1c20 105 一 31052= 2.1110 學(xué) m2 =32. 4cm2液壓缸直徑D24 液壓缸直徑D24 32.4 cm 二6. 4cm由=2可知活塞桿直徑d 2= 0. 707D2 = 0. 707 6. 42cm = 4. 54cm采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得按標(biāo)準(zhǔn)的直徑算出2_ 2 22% =D2 =6 cm = 28. 26cm4v 2 min2 maxv 2 min2 maxm/ min = 0.48m/ min 2/ 60則由文獻(xiàn)【1】中式8-2有q2 minA2iq2 minA2iv 2 min0. 05 10320

12、. 48 102cm2= 1. 04cm22本例鼠 =28. 26cm 1. 04cm ,滿足最低速度的要求。4、計(jì)算工作液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率根據(jù)工作液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效工作面積，可以計(jì)算出液壓缸工作過程各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓 按代入，快退時(shí)背壓按代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果如表四所示。表四 工作液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工作循環(huán)計(jì)算公式F加油壓力Pj回油壓力Pb所需流量輸入功率PNPaPaLminKW差動(dòng)快進(jìn)103212.750.19工進(jìn)140840.250.013快退103212.370.30注：1.差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口到進(jìn)油口

13、之間的壓力損失，而2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為，無桿腔回油，壓力為。(二)液壓泵的參數(shù)計(jì)算由表四可知工進(jìn)階段液壓缸的工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損 失為，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為，則液壓泵的最高工作壓力可按 文獻(xiàn)【1】中式8-5算出Pp =耳 max + Z AP + 5 黑 105 = (31.97 + 5 + 5)父 105Pa = 41. 97 M l05Pa因 此 泵 的 額 定 壓 力 可 取5 .Pr - 1. 25 41. 97 10 Pa = 52. 46 10 Pa。由表四可知，工進(jìn)時(shí)所需的最小最小流量是0.25Lmin,設(shè)溢流閥最小流量為2.5 Lmin ,

14、則小流量泵的流量按按文獻(xiàn)【1】中式8-6應(yīng)為qb1 _(1. 1 0. 25 2. 5)L / min = 2. 775L / min快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是12.75 Lmin ,則泵的總流量為qb =1.1 12. 75L / min = 14. 025L / min則大流量泵的流量qb2 = qb -qb1 = (14. 025 - 2. 775)L / min = 11.25L / min根據(jù)計(jì)算得出的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用YB1-412型的雙聯(lián)葉片泵，該泵的額定壓力為6.3MPa,額定轉(zhuǎn)速為960rmin。(三)電動(dòng)機(jī)的選擇系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的流量qb1 =

15、 (4 m 10- / 60)m3 / s = 0. 0667 父 10“m3 / s ,大泵 2 的流縣里qb2 = (12 x 10，/ 60)m3 / s = 0. 2 父 10,m3 / s。差動(dòng)快進(jìn)、快 退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。下面 分別計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率。1、差動(dòng)快進(jìn)差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵2的出口壓力油經(jīng)單向閥21后與小泵1匯合， 然后經(jīng)，三位五通閥3,二位二通閥6進(jìn)入液壓缸大腔，大腔的壓力 ,查樣本可知，小泵的出口壓力損失,大泵出口到小泵出口的壓力損失。于是可以計(jì)算得小泵的出口壓力pb1 = 13.4父105 Pa總效率，=0. 5)，大

16、泵的出口壓力為Pb1 = 14. 9 M 105 Pa總效率 ”2 =0.5)。電動(dòng)機(jī)的功率Ppi。 Pp2q2,13.4 1050. 0667 10*14. 9 1050. 2 10工- = ( ,120. 50. 52、工進(jìn)考慮到調(diào)速閥所需要的最小壓力差。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差。因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力Pb1=Pj+Api+Ap2= 41. 97 x105Pa。而大泵的卸載壓力取。(小泵的總效率為，大泵的總效率為)。電動(dòng)機(jī)功率PbiqiPb2q2/ 41.97 105 0.0667 10-2 105 0. 2 10-P2 = = ( )W120. 5650. 33、快退類似差動(dòng)快進(jìn)分

17、析：大泵2的出口壓力油經(jīng)單向閥11后與小泵1匯合，然后經(jīng)過單向閥2,三位五通閥3,進(jìn)入液壓缸小腔，小腔的壓力,查樣本可知，小泵的出口壓力損失，小泵出口到大泵出口的壓力損失。于是可以計(jì)算得小泵的出口壓力Pb1 = 18. 82 m 105PW總效率1=0.5),大 泵的出 口 壓力為pb1 = 20. 32 乂 10*4總效率 n2 = 0. 51)。電動(dòng)機(jī)功率 TOC o 1-5 h z 5353Pb1。Pb2q2/8.82 105 0. 0667 1020.32 105 0.2 10、P( )120.50.51綜合比較，快退時(shí)功率最大。據(jù)此查參考文獻(xiàn)【3】中表16-1 ,選用 Y90-6異步

18、電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率 1.1KW；額定轉(zhuǎn)速910rmin。四、液壓元件的選擇1、液壓閥及過濾器的選擇根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，參 考文獻(xiàn)【2】，可以選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。本例中泵的額定壓力為，額定流 量可以確定為16,所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表五中。過濾器按液壓泵流量 的兩倍選取吸油用線隙過濾器。表中序號(hào)與雙泵供油系統(tǒng)圖中一致。表五液壓元件明細(xì)表廳P元件名稱最大通過流量型號(hào)1雙聯(lián)葉片泵16Y0-4122過濾器32XU-32X 2003三位五通電磁換向閥3235D-63BY4單向閥165調(diào)速閥0.25FG-3-10-K-106二位二通電磁閥3222D-63BH7單向閥

19、168液控順序閥0.25XY-25B9背壓閥0.25B-10B10減壓閥16RCT-03-B-2211單向閥1612二位四通電磁換向閥3224DI3-H6B13單向順序閥16HC-T-03-N-2-P-2214單向節(jié)流閥16MK-8-G-1.215壓力繼電器HED1K16工作液壓缸1617定位液壓缸1618加緊液壓缸1619電動(dòng)機(jī)Y90-620溢流閥40DA-1021單向閥122、油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、 出口油管按輸入、排出的最大流量來計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快 進(jìn)快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)32,則液壓缸進(jìn)、出油

20、管直徑參考文獻(xiàn)【2】，確定選用內(nèi)徑為 15mm外徑為 19mmi勺10號(hào)冷鋼管。3、油箱容積的確定中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的57倍，在此取7倍，故油箱容積為五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能（一）壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整1、工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為 0.25,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(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥 的壓力損失，回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等 于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差并考慮壓力繼電器的動(dòng)作需 要，貝U555pp = p1P 5 105Pa =(31.97 5 5)

21、 105Pa = 41. 97 105Pa即小流量泵的溢流閥20應(yīng)按此壓力調(diào)整。2、快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整因快退時(shí)，液壓缸無桿腔的回油量是進(jìn)油量的兩倍，其壓力損失比快時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路和回油路的壓力損失，以便確定 大流量泵的卸載壓力。已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度均為， 油管直徑，通過的流量為 進(jìn)油路 q1 = 16L / min = 0. 267 父 10*m* / s ,回油路q = 32L / min = 0. 534父10m，/ s。液壓系統(tǒng)選用L-HM-32號(hào)液壓油, 考慮最低工作溫度為15C,由文獻(xiàn)【2】查出此油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度， 液壓系統(tǒng)

22、元件采用集成塊式的配置形式。（1）確定油流的流動(dòng)狀態(tài)參考文獻(xiàn)【1】中式1-30經(jīng)單位換算為, vdRe = , vdRe = V1041.2732q 104dv式中-平均流速（m/ s）油管內(nèi)徑（式中-平均流速（m/ s）油管內(nèi)徑（m）油的運(yùn)動(dòng)粘度（cm2 / s）通過的流量（m3 / s）則進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為1.27320. 26710Re1 = 10: 151 :二 232015 101.5回油路中液流的雷諾數(shù)為Re21.27320.534101510-1. 5Re21.27320.534101510-1. 5104302 :二 2320因此可以判斷，進(jìn)回油路中的流動(dòng)都是層流。(2)沿

23、程壓力損失參考文獻(xiàn)【1】中式1-37可以算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失在 進(jìn) 油 路 上， 流 速4q14 0. 267 10 工v 歹=26 m/ s ： 1.51m/ s二 d23. 14 152 10 -6則壓力損失是_64 l :_64 l :v2=-p .1 Re d 264 1. 8 900 1. 512151 15 102Pa = 0.52 105Pa在回油路上，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即，則壓力損失是64 l 儲(chǔ) 64 1. 8 900 3. 0225 cZ p 2 = % Pa = 1. 04 105PaRe2 d 2302 15 102(3)局部壓力損失由于采用集成塊式的液壓裝

24、置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失按參考文獻(xiàn)【1】中式(1-39)計(jì)算，結(jié)果列于表六中。表六閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量實(shí)際通過8M:額定壓力損失實(shí)際壓力損失三位五通電磁閥363163240.261.03單向閥4251620.82二位二通電磁閥6633241.03單向閥21251220.46注：快退時(shí)經(jīng)過三位五通閥的兩油道流量不同，壓力損失也不同若取集成塊進(jìn)油路的壓力損失，回油路壓力損失為 ,則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為vp - p .1-之：A：pvR 1=(0. 520.460. 260. 3)105Pa = 1.P2 = P，2 x PPj2= (1.041. 031. 030.5)105 Pa = 3.查表一知快退時(shí)液壓缸負(fù)載 F=1032N則快退時(shí)液壓缸的工作壓力 為P1 =(F v P2A) / A