臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設計

工程學院課程設計題目：臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設計系部:機械工程系專業(yè):礦山機電班級:班姓名:學號:指導老師:完成日期:2014年6月13日機械工程系課程設計任務書11/12學年下學期2012年6月23日專業(yè) 礦山機電 班級 10—7（3）班課程名稱液壓傳動設計題目 臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設計指導教師 起止時間 周數(shù)1周 設計地點 1.設計目的：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，具有工程設計能力和綜合分析問題、解決問題能力；正確合理地確定執(zhí)行機構(gòu)，選用標準液壓元件；能熟練設 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)；熟悉并會運用有關(guān)的國家計目 標準、部頒標準、設計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。的題目：設計一臺臥式鉆鏜類組合機床動力頭的液壓系統(tǒng)，動力頭的工作循環(huán)是：快進—工與進—死擋鐵停留—快退—原位停止的工作循環(huán)。動力頭的最大切削力FL=24000N，動力依據(jù)頭自重FG=26000N，快速進、退速度為6m/min，快進行程為300mm，工進速度要求在能在 0.02－1.2m/min范圍內(nèi)無級調(diào)速，行程為100mm，導軌型式為平導軌，其靜摩擦系數(shù)fs=0,2，動摩擦系數(shù)fd=0,1，往復運動的加減速時間△t=0.3執(zhí)行元件的配置及動作順序的確定。6.18工況的負載分析和運動分析與計算。設 6.19 3、確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，編制液壓執(zhí)行元件的工況圖。計任 4、液壓系統(tǒng)的擬定，繪制液壓系統(tǒng)圖。務 6.20 5、液壓元件選型與計算。與進6.21 6、液壓系統(tǒng)的主要性能驗算。度 6.22 打印文件，答辯。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。設 2.獨立完成設計。設計時可以借鑒同類機械資料，但必須深入理解，不能簡單地抄襲。計 3.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置設計。要 4.要求完成以下工作：求 ⑴設計計算說明書一份；⑵液壓傳動系統(tǒng)原理圖，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）。參考資料[1]丁樹模，丁問司.液壓傳動.第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2012.1重印劉延俊，壓回路與系統(tǒng)，第二版.化學工業(yè)出版社，2009.2成大先.機械設計手冊[單行本液壓傳動].北京：化學工業(yè)出版社，2004劉延俊，液壓元件使用指南，北京：化學工業(yè)出版社2007.10張利平，液壓傳動系統(tǒng)設計與使用，化學工業(yè)出版社2020.3教研室主任（簽名）（部）主任（簽名）2012年6月機械工程系課程設計成績表學學生姓名專業(yè)班級—7（3）班設計題目臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設計指導教師（簽名）指導教師單位機械系工程機械教研室說明書評語評閱成績：評閱教師簽字：年月日答辯記錄答辯成績：提問教師簽字：年月日設計鑒定及成績設計成績：答辯小組組長簽字：年月日目錄摘要51.明確液壓系統(tǒng)的設計要求61.1負載分析61.2負載圖和速度圖的繪制：7確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù):82.2計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)82.3確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率10液壓系統(tǒng)方案的設計：123.1選用執(zhí)行元件123.2選擇快速運動123.3速度換接回路的選擇123.4組成液壓系統(tǒng)原理圖133.5系統(tǒng)圖的原理144.液壓控制閥和液壓輔助元件的選定164.1管道尺寸的確定184.2液壓缸壁厚的計算194.3液壓缸的結(jié)構(gòu)設計214.4油箱的設計225.驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值256.油液溫升驗算27設計小結(jié)28參考文獻29摘要液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個部門得到越來越廣泛的應用。液壓傳動是用液體作為來傳遞能量的，液壓傳動有以下優(yōu)點：易于獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實現(xiàn)往復運動，易于實現(xiàn)較大范圍的無級變速，傳遞運動平穩(wěn)，可實現(xiàn)快速而且無沖擊，與機械傳動相比易于布局和操縱，易于防止過載事故，自動潤滑、元件壽命較長，易于實現(xiàn)標準化、系列化。液壓傳動的基本目的就是用工作介質(zhì)來傳遞能量，而工作介質(zhì)的能量是由其所具有的壓力及力流量來表現(xiàn)的。而所有的基本回路的作用就是控制液壓介質(zhì)的壓力和流量，因此液壓基本回路的作用就是三個方面：控制壓力、控制流量的大小、控制流動的方向。所以基本回路可以按照這三方面的作用而分成三大類：壓力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。1.明確液壓系統(tǒng)的設計要求1.1負載分析負載分析中，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，重力的水平分力為零，需要考慮的力有：切削力、導軌摩擦力，慣性力。在對液壓系統(tǒng)進行工況分析時，本設計實例只考慮組合機床動力滑臺所受到的工作負載、慣性負載和機械摩擦阻力負載，其他負載可忽略?；_液壓缸在快速進退階段，啟動時的外負載是導軌的靜摩擦阻力，加速時的外負載是導軌的動摩擦阻力和慣性力；恒速時的外負載是動摩擦阻力，在工進階段，外負載即鉆削阻力和動摩擦力負載。1.1.1工作負載Fl即動力頭產(chǎn)生的最大切削力Fl=24000N.1.1.2摩擦負載靜摩擦阻力：Ffs=uG=0.2×26000=5200Ns動摩擦阻力：Ffd=uG0.1×26000=2600NdGV1.1.3慣性負載Fi==26000÷9.81×0.1÷0.3=883.5NgT在未完成液壓設計前，不知密封參數(shù)，一般采用液壓缸的機械效率η.常取η=0.90—0.97.作用于液壓缸活塞上的密封摩擦阻力用下式計算：Fm=(1-η)Fl取η=0.92時，則啟動時的靜密封摩擦阻力Fms=(1-η)Fl=0.08×24000=1920N恒速時，動密封摩擦阻力取靜密封摩擦阻力的30%。則Fmd=576N.表1滑動液壓缸在工況下的外負載計算結(jié)果列于下表：（單位：N）工況工況負載組成負載值F/N快進過程啟動F=Ffs+Fms7120加速F=Fid+Fi+Fmd4059.5恒速F=Ffd+Fmd3176工進F=Fl+Ffd+Fmd28176快退過程啟動F=Ffs+Fms7120加速F=Fid+Fi+Fmd4059.5恒速F=Ffd+Fmd31761.2負載圖和速度圖的繪制：負載圖按上面的數(shù)值繪制，速度圖按給定條件繪制圖一液壓缸的負載與行程圖圖二液壓缸的速度與行程圖2.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù):2.1確定液壓缸工作壓力表2按負載選擇工作壓力負載/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作壓力/MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5表3各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機械類型機床農(nóng)業(yè)機械小型工程機械建筑機械液壓鑿巖機液壓機大中型挖掘機重型機械起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.8~23~52~8~10810~18~3220臥式鉆鏜類組合機床屬于組合機床，最大載荷時為慢速工進階段，其他工況下載荷都不大。參考表三，預設液壓缸的壓力P1=4MPa.2.2計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)由于工作進給速度與快速運動速度差別較大，且快進、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應確定采用單桿雙作用液壓缸的差動連接方式。這種情況下，應把液壓缸設計成無桿腔工作面積1A是有桿腔工作面積2A兩倍的形式，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d=0.71D的關(guān)系。1P——液壓缸工作腔的壓力MPa2P——液壓缸回油腔的壓力MPa工進過程中，當孔被鉆通時，由于負載突然消失，液壓缸有可能會發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應設置一定的背壓(通過設置背壓閥的方式)，選取此背壓值為p2=0.6MPa。液壓缸的機械效率0.9，則液壓缸無桿腔的有效面積為 F 28176 A1 8.27103(m2)(P1P2)0.92(40.3)106 2 4A1 48.2710-3液壓缸的內(nèi)徑：D 0.103（m）π π按GB/T2348-1993表中，將液壓缸的內(nèi)徑調(diào)整為110mm.因A1=2A2,則活塞桿的直徑：d=0.71D=0.71110=78.1mm。將活塞桿的直徑調(diào)為80mm.πD23.14121液壓缸的實際面積：A1 95cm2 4 4(D2d2)12164A2= 44.7cm2 4 4A=A1-A2=50.3cm2快進時液壓缸雖然作差動連接（即有桿腔與無桿腔均與液壓泵的來油連接），但連接管路中不可避免地存在著壓降p，且有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時取p0.5MPa。快退時回油腔中也是有背壓的，這時選取被壓值p=0.7MPa。2表4工作循環(huán)時的壓力—流量圖工作階段計算公式負載（Fn/N）回油腔壓力（P2/Mpa）工作腔壓力（P1/Mpa）輸入流量（Q/Sm3）快進啟動APAFP211AVQ71201.53加速40591.821.32恒速31761.631.130.5工進工進21VAQ1221AAPFP281760.63.9921085.0快回啟動2121AAPFP12VAQ71201.73加速40590.72.47恒速31760.72.250.4472.3確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率本設計所使用液壓元件均為標準液壓元件，因此只需確定各液壓元件的主要參數(shù)和規(guī)格，然后根據(jù)現(xiàn)有的液壓元件產(chǎn)品進行選擇即可。計算液壓泵的最大工作壓力由于本設計采用雙泵供油方式，大流量液壓泵只需在快進和快退階段向液壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運動和工進時都向液壓缸供油，而液壓缸在工進時工作壓力最大，因此對大流量液壓泵和小流量液壓泵的工作壓力分別進行計算。液壓泵的最高工作壓力的計算。由上表可知液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在工進階段，即P1=3.99Mpa.對于調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路，選取進油路上的總壓力損失P0.6Mpa，同時考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓力繼電器動作壓力與最大工作壓力的壓差為0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力可估算為Pp1=3.99+0.5+0.6=5.09Mpa大流量泵盡在快進快退時向液壓缸供油，快退時液壓缸的工作壓力比快進時大，取進油路的壓力損失為0.4Mpa,則大流量的最高工作壓力Pp2為：Pp2=2.25+0.4=2.65Mpa計算泵流量泵的供油量Qp按最大輸入量q=0.5l/s.換算的q=30L/min.由于泵的流量較大。去泄露系數(shù)K=1.1，則液壓泵供油量：Qp1=Kq1=1.130=33(L/min)工進時泵的流量Qp2=Kq2=1.10.8510260=0.56(L/min)考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點，要加上溢流閥穩(wěn)定工作時最小溢流量一般取3L/min.則小流量泵最小流量為：Qp3=0.56+3=3.56L/min大流量泵所需的最小流量是：Qp4=Qp1-Qp3=33-3.56=29.44(L/min)（3）確定泵的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬初選液壓泵的轉(zhuǎn)速為n1=1000r/min.泵的容積效率為v0.9。算出兩泵的排量參考值：1000Qp310003.56Vg1 3.96(ml/r)n1v 10000.91000Qp4100029.44Vg2 32.7(ml/r)n1v 10000.9根據(jù)以上計算，結(jié)合電動機選型，用規(guī)格相近的YB1-40/6-3型的雙聯(lián)葉片泵。其額定壓力為Pn=6.3Mpa.小泵排量V1=6.3ml/r.大泵排量V2=40ml/r.泵的額定轉(zhuǎn)速為960r/min.容積效率為：v=0.9.總效率為：總0.8.分析算得小泵和大泵的額定流量：Qp1=V1nv=6.39600.9=5.44L/minQp2=V2vn=409600.9=34.56L/min與系統(tǒng)所需的流量相符合(4)確定泵的功率及電動機的型號。泵的總效率p0.8.泵的最大功率出現(xiàn)在快退階段，則泵快退時所需的驅(qū)動功率為：P1Qp2.25106（5.4434.56）10-3Pp 1.883Kw總 0.860103查表用Y系列中規(guī)格相近的Y112M-6-B3型的三相異步電動機，其額定功率為2.2Kw.轉(zhuǎn)速為940r/min.用此泵驅(qū)動液壓泵時，大泵和小泵的實際流量分別為33.84L/min和5.33L/min.工進時的溢流量為5.33-0.5=4.83L/min.可滿足系統(tǒng)工作。3.3.液壓系統(tǒng)方案的設計：3.1選用執(zhí)行元件因系統(tǒng)運動循環(huán)要求正向快進和工進，反向快退，且快進，快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進時差動連接，無桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的兩倍。工況圖表明，所設計組合機床液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)過程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路即可。鉆孔加工屬于連續(xù)切削加工，加工過程中切削力變化不大，因此鉆削過程中負載變化不大，采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路即可。但由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時的瞬間，存在負載突變的可能，因此考慮在工作進給過程中采用具有壓差補償?shù)倪M口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回油路上設置背壓閥。3.2選擇快速運動根據(jù)本設計的運動方式和要求，采用差動連接與雙泵供油兩種快速運動回路來實現(xiàn)快速運動。即快進時，由大小泵同時供油，液壓缸實現(xiàn)差動連接。3.3速度換接回路的選擇為便于實現(xiàn)差動連接，選用三位五通電磁換向閥。由前述計算可知，當工作臺從快進轉(zhuǎn)為工進時，進入液壓缸的流量由30L/min降0.56L/min，可選二位二通行程換向閥來進行速度換接，以減少速度換接過程中的液壓沖擊，由工進轉(zhuǎn)為快退時，在回路上并聯(lián)了一個單向閥以實現(xiàn)速度換接。為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用死擋塊加壓力繼電器的行程終點轉(zhuǎn)換控制。a.a.換向回路b.速度換接回路圖4換向和速度切換回路的選擇參考同類組合機床，選用雙作用葉片泵雙泵供油，調(diào)速閥進油節(jié)流閥調(diào)速的開式回路，溢流閥做定壓閥。為了換速以及液壓缸快退時運動的平穩(wěn)性，回油路上設置背壓閥，初定背壓值PbMPa=0.8。3.4組成液壓系統(tǒng)原理圖選定調(diào)速方案和液壓基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些輔助性油路，如控制油路、潤滑油路、測壓油路等，并對回路進行歸并和整理，就可將液壓回路合成為液壓系統(tǒng)，即組成如圖5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，背壓閥和液壓腔進口處設置測壓點，并設置多點壓力表開關(guān)，這樣只需一個壓力表即能觀察各壓力。要實現(xiàn)系統(tǒng)的動作，即要求實現(xiàn)的動作順序為：啟動→加速→工進→快退→停止。則可得出液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動作順序如表5所示。表中“+”號表示電磁鐵通電或行程閥壓下；“—”號表示電磁鐵斷電或行程閥復位。表表5電磁鐵的動作3.5系統(tǒng)圖的原理快進快進如圖所示，按下啟動按鈕，電磁鐵1YA通電，由泵輸出地壓力油經(jīng)2三位五通換向閥的左側(cè)，這時的主油路為：進油路：泵→單向閥10→三位五通換向閥2（1YA得電）→行程閥3→液壓缸右腔?；赜吐罚阂簤焊鬃笄弧晃逋〒Q向閥2（1YA得電）→單向閥6→行程閥3→液壓缸右腔。由此形成液壓缸兩腔連通，實現(xiàn)差動快進，由于快進負載壓力小，系統(tǒng)壓力低，變量泵輸出最大流量。減速當滑臺快到預定位置時，此時要減速。擋塊壓下行程閥3，切斷了該通路，電磁閥繼續(xù)通電，這時，壓力油只能經(jīng)過電磁換向閥3YA,調(diào)速閥4進入液壓缸的右腔。由于減速時系統(tǒng)壓力升高，變量泵的輸出油量便自動減小，且與調(diào)速閥4開口向適應，此時液控順序7打開，單向閥6關(guān)閉，切斷了液壓缸的差動連接油路，液壓缸右腔的回油經(jīng)背壓閥8流回油箱，這樣經(jīng)過調(diào)速閥就實現(xiàn)了液壓油的速度下降，從而實現(xiàn)減速，其主油路為：進油路：泵→單向閥10→三位五通換向閥2（1YA得電）→電磁換向閥3YA→調(diào)速閥4→液壓缸右腔。回油路：液壓缸左腔→三位五通換向閥2→背壓閥8→液控順序閥7→油箱。工進減速終了時，擋塊還是壓下，行程開關(guān)使3YA通電，二位二通換向閥將通路切斷，這時油必須經(jīng)調(diào)速閥4和15才能進入液壓缸左腔，回油路和減速回油完全相同，此時變量泵輸出地流量自動與工進調(diào)速閥15的開口相適應，故進給量大小由調(diào)速閥15調(diào)節(jié)，其主油路為：進油路：泵→向閥10→三位五通換向閥2（1YA得電）→調(diào)速閥4→調(diào)速閥15→液壓缸右腔?；赜吐罚阂簤焊鬃笄弧晃逋〒Q向閥2→背壓閥8→液控順序閥7→油箱。死擋鐵停留當滑臺完成工進進給碰到死鐵時，滑臺即停留在死擋鐵處，此時液壓缸左腔的壓力升高，使壓力繼電器14發(fā)出信號給時間繼電器，滑臺停留時間由時間繼電器調(diào)定?？焱嘶_停留時間結(jié)束后，時間繼電器發(fā)出信號，使電磁鐵1YA、3YA斷電，2YA通電，這時三位五通換向閥2接通右位，，因滑臺返回時的負載小，系統(tǒng)壓力下降，變量泵輸出流量又自動恢復到最大，滑快速退回，其主油路為：進油路：泵→向閥10→三位五通換向閥2（2YA得電）→液壓缸左腔?；赜吐罚阂簤焊子仪弧鷨蜗蜷y5→三位五通換向閥2（右位）→油箱。原位停止當滑臺退回到原位時，擋塊壓下原位行程開關(guān)，發(fā)出信號，使2YA斷電，換向閥處于中位，液壓兩腔油路封閉，滑臺停止運動。這時液壓泵輸出的油液經(jīng)換向2直接回油箱，泵在低壓下卸荷。

4.液壓控制閥和液壓輔助元件的選定根據(jù)選得液壓泵及系統(tǒng)工況，算出液壓缸在各階段實際進出流量，運動速度和持續(xù)時間。以便為其他液壓控制閥及輔件的選件及系統(tǒng)的系統(tǒng)性能的計算。表6各工況實際運動速度、和流量根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表7所列。表7液壓元件規(guī)格及型號序號序號元件名稱通過的最大流量q/L/min規(guī)格型號額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降?Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵—YB1-40/6.3406.3—22三位五通電液換向閥75.535DY-100BY1006.30.33行程閥75.522C-100BH1006.30.34調(diào)速閥<1Q-6B66.3—5單向閥35.5I-63B636.30.26單向閥78.4I-100B1001000.27液控順序閥33.84XY-63B63630.38背壓閥0.3B-10B636.3—9溢流閥4.83Y-10B106.3—10單向閥22AF3-Ea10B6316<0.0211濾油器39.17XU—50X20050—<0.0212壓力表開關(guān)—KF3-E3B3測點—--—13單向閥85I-100B1006.30.214壓力繼電器—DP-63B—6.3—由表-7可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設計要求。4Qdm（1）v式中Q——通過管道內(nèi)的流量m3s3sv——管內(nèi)允許流速m，見表：s表8允許流速推薦值油液流經(jīng)的管道油液流經(jīng)的管道液壓泵吸油管0.51.5液壓系統(tǒng)壓油管道3~6，壓力高，管道短粘度小取大值液壓系統(tǒng)回油管道1.5~2.64.1管道尺寸的確定根據(jù)表中數(shù)值，當油液在壓力管中流速取3m/s時，可算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：d2qv275.5106310360mm23.11mm取標準24mm；d2qv240106310360mm16.82mm取標準值18mm。因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標準選用公稱通徑為24和18的無縫鋼管或高壓軟管。如果液壓缸采用活塞桿固定式，則與液壓缸相連的兩根油管可以采用無縫鋼管連接在液壓缸活塞桿上或采用高壓軟管連接在缸筒上。4.1.1管道壁厚的計算pd m2[]式中：p——管道內(nèi)最高工作壓力Pad——管道內(nèi)徑m[]——管道材料的許用應力Pa，[]bn——管道材料的抗拉強度Pabn——安全系數(shù)，對鋼管來說，p7MPa時，取n=8；p17.5MPa時，取n=8；p7MPa時，取n=8。根據(jù)上述的參數(shù)可以得到：我們選鋼管的材料為45#鋼，由此可得材料的抗拉強度b=600MPa;600[] 75Mpa84.1.2液壓泵壓油管道的壁厚 Pd 5.0910624103 0.82mm 2[] 2754.1.3液壓泵回油管道的壁厚 Pd 5.0910618103 0.61mm所以所選管道適用。 2[] 2754.2液壓缸壁厚的計算因為方案是低壓系統(tǒng)，校核公式PDe,0.1D2式中：-缸筒壁厚（m）Pe-實驗壓力Pe(1.25~1.5)P1,其中p1是液壓缸的額定工作壓力D-缸筒內(nèi)徑D=0.11M-缸筒材料的許用應力。[]/n，為材料抗拉強度600（MPa）,n b b為安全系數(shù)，取n=8。對于P1<16MPa.材料選45號調(diào)質(zhì)鋼，對于低壓系統(tǒng)PD1.55.091060.11e4.2mm2[] 2100106缸底厚度δ=11㎜對于平缸底，厚度有兩種情況：1缸底有孔時： P 1.55.090.433D e0.433101.68.1mm1 2[] 0.213100d Dd 101.680其中2 0 0.213mm d D 101.62缸底無孔時，用于液壓缸快進和快退； P 1.55.091060.433D e0.433101.612.1mm2[] 100106其中DD211024.2101.6mm桿徑d4F由公式：d式中：F是桿承受的負載（N），F(xiàn)=28176N是桿材料的許用應力，=100MPa 4F 428176d 0.0189m [] 3.14100106最小導向長度的確定：當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離H稱為最小導向長度。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設計時必須保證有一定的最小導向長度。對一般的液壓缸，最小導向長度H應滿足以下要求：設計計算過程LDH202式中L——液壓缸的最大行程；D——液壓缸的內(nèi)徑。活塞的寬度B一般取B=(0.6~10)D；缸蓋滑動支承面的長度l，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑1D而定；當D<80mm時，取l0.6~1.0D；1當D>80mm時，取l0.6~1.0d。1為保證最小導向長度H，若過分增大l和B都是不適宜的，必要時可在缸蓋與活1塞之間增加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由需要的最小導向長度H決定，即1lBCH滑臺400110最小導向長度：H 75mm20 2取H=100mm活塞寬度：B=0.6D=66mm缸蓋滑動支承面長度：d10.6d0.68048mm8066隔套長度：C10027mm所以有隔套。2液壓缸缸體內(nèi)部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應大于內(nèi)徑的20~30倍。液壓缸：缸體內(nèi)部長度L總BL66400466mm當液壓缸支承長度LB(10-15)d時，需考慮活塞桿彎度穩(wěn)定性并進行計算。本設計不需進行穩(wěn)定性驗算。4.3液壓缸的結(jié)構(gòu)設計4.3液壓缸的結(jié)構(gòu)設計液壓缸主要尺寸確定以后，就進行各部分的結(jié)構(gòu)設計。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、排氣裝置及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。4.3.1缸體與缸蓋的連接形式本次設計中采用法蘭連接，如下圖1所示：圖3圖4圖3缸體與缸蓋法蘭連接方式優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，容易加工。也易拆卸。參閱<<液壓系統(tǒng)設計簡明手冊>>P15表2-8，采用組合式結(jié)構(gòu)中的法蘭連接。如下圖3所示：圖4活塞桿與活塞連接方式特點：結(jié)構(gòu)復雜，拆卸不變，但工作較可靠。4.3.2活塞桿導向部分的結(jié)構(gòu)(1)活塞桿導向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。機床和工程機械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導向套的潤滑。圖5圖6參閱<<液壓系統(tǒng)設計簡明手冊>>P16表2-9，在本次設計中，采用導向套導向的結(jié)構(gòu)形式，其特點為：導向套與活塞桿接觸支承導向，磨損后便于更換，導向套也可用耐磨材料。蓋與桿的密封常采用Y形、V形密封裝置。密封可靠適用于中高壓液壓缸。防塵方式常用J形或三角形防塵裝置活塞及活塞桿處密封圈的選用活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。參閱<<液壓系統(tǒng)設計簡明手冊>>P17表2-10，在本次設計中采用O形密封圈。4.4油箱的設計油箱的主要用途是貯存油液，同時也起到散熱的作用，參考相關(guān)文獻及設計資料，油箱的設計可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗計算方法計算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對油箱的容積進行校核。液壓油箱的有效容量V可概略地確定為：VQm3v系統(tǒng)類型系統(tǒng)類型低壓系統(tǒng)（2.5pMPa）中壓系統(tǒng)（6.3pMPa）中高壓或大功率系統(tǒng)（6.3pMPa）2~45~76~12根據(jù)實際設計需要，選擇的P=5.09Mpa.所以此系統(tǒng)屬于中壓系統(tǒng)(p6.3MPa)，所以?。篤(5~7)Qp(5~7)40(200~280)L式中V－液壓油箱有效容量；Q－液壓泵額定流量。v油箱中能夠容納的油液容積按JB/T7938—1999標準估算，求得其容積為按JB/T7938—1999規(guī)定，取標準值V=250L。應當注意：設備停止運轉(zhuǎn)后，設備中的那部分油液會因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應超過液壓油箱高度的80%。所以，實際油箱的體積為：V實=312.5L4.4.1液壓油箱的外形尺寸設計液壓油箱的有效面積確定后，需設計液壓油箱的外形尺寸，一般設計尺寸比（長：寬：高）為1：1：1~1：2：3。但有時為了提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時，可將液壓油箱的容量予以增大，本設計中的油箱根據(jù)液壓泵與電動機的聯(lián)接方式的需要以及安裝其它液壓元件需要，選擇長為1.5m,寬為1.1m，高為1.0m。4.4.2液壓油箱的結(jié)構(gòu)設計4.4.2液壓油箱的結(jié)構(gòu)設計油箱的形狀一般是正方形或長方形，為了便于清洗油箱內(nèi)壁及箱內(nèi)濾油器，油箱蓋板一般都是可拆裝的。設計油箱時應考慮的幾點要求：1.壁板：容量大的油箱一般取4~6mm。本設計中取油箱的壁厚為6mm。對于大容量的油箱，為清洗方便，也可以在油箱側(cè)壁開較大的窗口，并用側(cè)蓋板緊密封閉。2.底板與底腳：底板應比側(cè)板稍厚一些，底板應有適當傾斜以便排凈存油和清洗，液壓油箱底部應做成傾斜式箱底，并將放油塞安放在最低處。4.4.3液壓油箱底部的構(gòu)造的幾種情況上面是一般液壓油箱底面的構(gòu)造的五種情況，我們根據(jù)具體設計和生產(chǎn)的需要來確定液壓油箱底面的構(gòu)造，根據(jù)本設計的需要，選了（c）型構(gòu)造。頂板：頂板上的元件和部件的安裝面應該經(jīng)過機械加工，以保證安裝精度，同時為了減少機加工工作量，安裝面應該用形狀和尺寸適當?shù)暮皲摪搴附?。隔板：油箱?nèi)一般設有隔板，隔板的作用是使回油區(qū)與泵的吸油區(qū)隔開，增大油液循環(huán)的路徑，降低油液的循環(huán)速度，有利于降溫散熱、氣泡析出和雜質(zhì)沉淀。在中部開有較大的窗口并配上適當面積的濾網(wǎng)，對油液進行粗濾。側(cè)板：側(cè)板四周頂部應該加工成高出油箱頂板3~4mm，為了使液壓元件的在工作等的情況下泄漏出來的油不至于灑落，同時可以防止液壓油箱的頂板在潮濕的氣候中腐蝕。吸油管：吸油管前一般應該設置濾油器，其精度為100~200目的網(wǎng)式或線式隙式濾油器。濾油器要有足夠大的容量，避免阻力太大。吸油管應插入液壓油面以下，防止吸油時卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動油面，致使油中混入氣泡。泄油油管的配置：管子直徑和長度要適當，管口應該在液面之上，以避免產(chǎn)生背壓。泄漏油管以單獨配管為最好，盡量避免與回油管集流配管的方法。6.過濾網(wǎng)的配置：過濾網(wǎng)可以設計成液壓油箱內(nèi)部一分為二，使吸油管與回油管隔開，這樣液壓油可以經(jīng)過一次過濾。過濾網(wǎng)通常使用50~100目左右的金屬網(wǎng)。7.濾油器：防止雜質(zhì)進入液壓工作系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)中的液壓油經(jīng)常混有雜質(zhì)，如空氣中的塵埃、氧化皮、鐵屑、金屬粉末。密封材料碎片、油漆皮和紗纖維。這些雜質(zhì)是造成液壓元件故障的額重要原因。為了便于檢查和觀察箱內(nèi)液體液位的情況，應該在油箱壁板的側(cè)面安裝液面指示器，指示最高、最低油位。油箱內(nèi)部應刷淺色的耐油油漆。以防止銹蝕。5.驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先按課本式（3-46）估算閥類元件的壓力損失，待設計好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。但對于中小型液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失的驗算應按一個工作循環(huán)中不同階段分別進行。快進滑臺快進時，液壓缸差動連接，由上表可知，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27.1L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量55.3L/min通過行程閥3并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為 222 35.52 77.52p0.20.50.3MPav631001000.0240.0560.180.26MPa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。 回油路上，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。由此可算出快進時有桿腔壓力p2與無桿腔壓力p1之差。 35.52 35.52 75.52ppp0.50.20.3MPa 2 163631000.1590.0630.180.402MPa此值小于原估計值0.5MPa（見表2），所以是偏安全的。工進工進時，油液在進油路上通過電液換向閥2的流量為0.56L/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的流量是0.268L/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33.84L/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力為p2為 0.2682 33.842p0.50.50.3MPa0.586MPa263 63可見此值小于原估計值0.8MPa。故可按表2中公式重新計算工進時液壓缸進油腔壓力p1，即 F'pA 281760.644.7102p 22MPa3.24MPa 1 A 951021此值與表3中數(shù)值3.99MPa相近?？紤]到壓力繼電器可靠動作需要壓差Δpe=0.5MPa，故溢流閥9的調(diào)壓pp1A應為 0.52 Pppp3.240.50.50.5MPa4.24MPap1 1 1 e 63 快退快退時，油液在進油路上通過單向閥10的流量為22L/min，通過換向閥2的流量為75.5L/min；油液在回油路上通過單向閥5、換向閥2和單向閥13的流量都是85/min。因此進油路上總壓降為 222 77.52pv10.20.5MPa0.324MPa63 100此值較小，所以液壓泵驅(qū)動電動機的功率是足夠的。回油路上總壓降為 75.52 75.52 75.52p0.20.50.2MPa0.51MPa2100100100此值與表3的估