液壓與氣壓課程設(shè)計(jì)

合肥工業(yè)大學(xué)《液壓與氣動(dòng)》課程設(shè)計(jì)題目: 專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2013年7月20日

合肥工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目專用銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成績(jī)主要內(nèi)容某臺(tái)專用銃床，驅(qū)動(dòng)銃頭的電動(dòng)機(jī)功率為7.5kw,銃刀（盤形）直徑為120mm，轉(zhuǎn)速為350r/min。假定工作平臺(tái)重量為4X103N,工件和夾具的最大重量為1.5X103N,工作臺(tái)行程為400mm，其中快進(jìn)行程300mm,工進(jìn)行程100mm；快進(jìn)速度為4.5m/min,X進(jìn)速度為0.06?1m/min，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速（減速）時(shí)間為0.05s,X作臺(tái)用平導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)f=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.1，試設(shè)計(jì)銃床的s u液壓系統(tǒng)。指導(dǎo)教師意見簽名： 200年月日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 5\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)目的、要求及題目 5\o"CurrentDocument"㈠設(shè)計(jì)的目的 5\o"CurrentDocument"㈡設(shè)計(jì)的要求 5(3)設(shè)計(jì)題目 6\o"CurrentDocument"負(fù)載 工況分析 6\o"CurrentDocument"工作負(fù)載 6\o"CurrentDocument"摩擦阻力 6\o"CurrentDocument"慣性負(fù)荷 7\o"CurrentDocument"繪制負(fù)載圖和速度圖 7\o"CurrentDocument"初步確定液壓缸的參數(shù) 8\o"CurrentDocument"初選液壓缸的工作壓力。 8\o"CurrentDocument"計(jì)算液壓缸尺寸。 8液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計(jì)算值如下表.......9制定液壓回路的方案，擬定液壓系統(tǒng)圖 錯(cuò)誤!未定義書簽。選擇液壓基本回路 錯(cuò)誤!未定義書簽。組成系統(tǒng)圖 錯(cuò)誤!未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"選擇液壓元件 13\o"CurrentDocument"確定液壓泵的容量及電動(dòng)機(jī)功率 13\o"CurrentDocument"控制閥的選擇 13\o"CurrentDocument"確定油管直徑 14\o"CurrentDocument"4.確定油箱容積 14\o"CurrentDocument"液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 14液壓系統(tǒng)的效率 14\o"CurrentDocument"液壓系統(tǒng)的溫升 15八、液壓集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)液壓集成回路設(shè)計(jì)液壓集成塊及其設(shè)計(jì)集成塊基塊的設(shè)計(jì)致謝 18參考文獻(xiàn) 18摘要液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動(dòng)液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動(dòng)液壓缸做出不同行程、不同方向的動(dòng)作。完成各種設(shè)備不同的動(dòng)作需要。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，而且愈先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就愈多。所以像我們這樣的大學(xué)生學(xué)習(xí)和親手設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)是非常有意義的。設(shè)計(jì)目的、要求及題目㈠設(shè)計(jì)的目的液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是本課程的一個(gè)綜合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的：鞏固和深化已學(xué)知識(shí)，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運(yùn)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(huì)運(yùn)用有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對(duì)學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及經(jīng)驗(yàn)估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。㈡設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)時(shí)必須從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性及操作維修方便。如果可以用簡(jiǎn)單的回路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性。并非是越先進(jìn)越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應(yīng)不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨(dú)考慮簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)；

獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)可以收集、參考同類機(jī)械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡(jiǎn)單地抄襲；在課程設(shè)計(jì)的過程中，要隨時(shí)復(fù)習(xí)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。液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的題目均為中等復(fù)雜程度液壓設(shè)備的液壓傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。具體題目由指導(dǎo)老師分配，題目附后；液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)一般要求學(xué)生完成以下工作：⑴設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份；⑵液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖一張（3號(hào)圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序表）。（3）設(shè)計(jì)題目一臺(tái)專用銑床的銑頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率 N=7.5KW，銑刀直徑D=120mm，轉(zhuǎn)速n=350rpm，工作臺(tái)重量G1=4000N，X件及夾具重量G2=1500N，工作臺(tái)行程L=400mm，（快進(jìn)300mm，工進(jìn)100mm）快進(jìn)速度為4.5m/min，H金速度為60?1000mm/min，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)和加速（減速）時(shí)間t=0.05s，H作臺(tái)用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1。設(shè)計(jì)其液壓控制系統(tǒng)。負(fù)載一工況分析工作負(fù)載1000P

1000P

丸Dn60x106P

丸Dn60x7.5x106兀x350x120N=3410.46N60x1000摩擦阻力*=f(G1+G2)=0.2x(4000+1500)N=1100N七=fd(G1+G2)=0.1x(4000+1500)N=550N慣性負(fù)荷廠，G1+G2、v 4000+1500、 4.5F=( )-=(——兩——)x.o'60N=840.98N查液壓缸的機(jī)械效率七m=°.9，可計(jì)算出液壓缸在各工作階段的負(fù)載情況，如下表表1所示:表1 液壓缸各階段的負(fù)載情況工況負(fù)載計(jì)算公式液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力/N啟 動(dòng)加 速快 進(jìn)工 進(jìn)快 退F=FfjF=F招+FF=FfdF=F招+FF=Ffd11001390.985503960.465501222.221545.53611.114400.51611.11繪制負(fù)載圖和速度圖根據(jù)工況負(fù)載和以知速度\和V2及行程S,可繪制負(fù)載圖和速度圖，如下圖（圖1、圖2）所示:

F/JTS/mm-611.11-1222.22-1545.F/JTS/mm-611.11-1222.22-1545.53圖1（負(fù)載圖）圖2（速度圖）初步確定液壓缸的參數(shù)1.初選液壓缸的工作壓力。查各類液壓設(shè)備常用工作壓力初選，p1=30X105Pa2.計(jì)算液壓缸尺寸。選用差動(dòng)液壓缸，無桿腔與有桿腔的有效面積為R=2A2；回油路上有背壓

閥或調(diào)壓閥，取背壓烏—8X105P^;回油管路壓力損失、P=5xI。5Pa。4F4400.51A= = m2=169.25x10-5m2=16.931p1-2p2(30-2)x105D=、,％=4.46按JB2183—77取標(biāo)準(zhǔn)值D=50mm活塞桿的直徑d為：d=0.7D=0.7x50=35mm由此求得液壓缸的實(shí)際有效工作面積兀x兀x524cm2=19.63cm2兀，- 兀一A=—(D2-d2)=(52-3.52)cm2=10.0124 43.液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計(jì)算值如下表2所示：表2液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工況負(fù)載F/N回油腔壓力px1C5/Pa進(jìn)油腔壓力px105/Pa輸入流量Q/(L/miihj輸入功率P/kW計(jì)算公式進(jìn)啟動(dòng)1222.22一12.7一F+AAPp1=A-A1 2Q=(A-A)v121P=p1-Q'加速1545.53p=P+華1Ap=521.27一恒速611.11Ap=511.564.330.08工進(jìn)4400.51826.51.96?0.120.086_F+pAp1=A221Q=A1v2P=p1-Q

退啟動(dòng)1222.22—12.2—F+p,4P1= A212Q=A2vP=p1-Q快加速1545.53Ap=525.24—恒速611.11Ap=515.914.50.119五、制定液壓回路的方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖制訂液壓回路方案油源型式及壓力控制 工況圖表明，系統(tǒng)的壓力和流量均較小，故可采用..溢...一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的單定量泵供油油源和溢油（尹=Ml）—閥調(diào)壓方案，如圖3-10所示。 '調(diào)速回路銑床加工零件時(shí)，有順銑和逆銑兩種工作狀態(tài)，故選用單向調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速回路（見圖3-11）。由于已選用節(jié)流調(diào)速回路，故系統(tǒng)必然為開式循環(huán)。

換向回路與快速運(yùn)動(dòng)回路及換接方式換向回路選用三位四通“O”型中位機(jī)能的電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸的進(jìn)退和停止（見圖3-12）。采用二位三通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸快進(jìn)時(shí)的差動(dòng)連接（見圖3-13）。由于本機(jī)床工作部件終點(diǎn)的定位精度無特殊要求，故采用行程控制方式即活動(dòng)擋塊壓下電氣行程開關(guān)，控制換向閥電磁鐵的通斷電以及死擋鐵即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向和速度換接。輔助回路在液壓泵進(jìn)口設(shè)置一過濾器以保證吸入液壓泵的油液清潔；出口設(shè)一單向閥以保護(hù)液壓泵，在該單向閥與液壓泵之間設(shè)一壓力表及其開關(guān)，以便液壓閥調(diào)壓和觀測(cè)（見圖3-14）。在制定各液壓回路方案的基礎(chǔ)上，經(jīng)整理所組成的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3-15所示。由電磁鐵動(dòng)作順序表（圖中附表）容易了解系統(tǒng)的工作原理及各工況下的油液流動(dòng)路線。

為所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)圖3YA3YA工況電磁鐵狀態(tài)1YA2YA3YA快進(jìn)+工進(jìn)++快退++工作臺(tái)停止選擇液壓元件1.確定液壓泵的容量及電動(dòng)機(jī)功率液壓泵的工作壓力和流量計(jì)算。進(jìn)油路的壓力損失取詢=3x105Pa，回路泄露系數(shù)取K=1.1，則液壓泵的最高工作壓力和流量為：pB=pi+Z詢=(26.5+3)x105Pa=29.5x105PaQ=KQ=1.1x4.5L/min=5L/min根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)查泵的產(chǎn)品目錄，選用YB—6型定量葉片泵。確定驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率。由工況圖表明，最大功率出現(xiàn)在快退階段，液壓泵總效率n=0.75，則電動(dòng)機(jī)功率為：A。Q (15.91+3)x105x6x10-3P=PbQb= 60 kW=0.25kW門 103x0.752.控制閥的選擇根據(jù)泵的工作壓力和通過各閥的實(shí)際流量，選取各元件規(guī)格，如表3所示。格表3各元件的規(guī)格序號(hào)元件名稱最大通流量/(L/min)型號(hào)規(guī)格1定量葉片泵6YB—6 6x632溢流閥6Y—10B10x633三位四通電磁閥634D—10B4單向調(diào)速閥6QI—10B5二位三通電磁閥623D—10B6過濾器6XU—B16x1003.確定油管直徑進(jìn)出液壓缸無桿腔的流量，在快退和差動(dòng)工況時(shí)為2Q，所以管道流量Q按12￡/min計(jì)算。取壓油管流速v=3誠(chéng)sd>4.61——4.61：與mm=9.22mmv3 ，取內(nèi)徑為10mm的管道。吸油管的流速v=1m/s，通過流量為6L/min，則d>4.61：°mm=11.29mm\T ，取內(nèi)徑為12mm管道。確定管道尺寸應(yīng)與選定的液壓元件接口處的尺寸一致。確定油箱容積V—6Q—6x6L—36L液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算1.液壓系統(tǒng)的效率(經(jīng)計(jì)算￡詢、=0.63x105Pa￡刑—2.625x105Pa)取泵的效率L=0.75，液壓缸的機(jī)械效率門G=0°，回路效率為:_pQ"^P—BBF+AAp AP— 2——2+Ap1A 11,3960.46+6.265x10.01x10-4x105=( +0.63x105)Pa19.63x10一4—24x105Pa當(dāng)工進(jìn)速度為1m/min時(shí)，1.96x24x105七=6x27x105=0.29當(dāng)工進(jìn)速度為60mm/min時(shí)，°」2X24x105=0.01786x27x105門=0.75x0.9x(0.29?0.0178)=0.196~0.012液壓系統(tǒng)的溫升（只驗(yàn)算系統(tǒng)在工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱和溫升）定量泵的輸入功率為:P=當(dāng)^=27x105x6kW=0.36kW入門 0.75x60x103工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)的效率門=°?012，系統(tǒng)發(fā)熱量為:H=P(1-n)=0.36(1-0.012)kW=0.36kW取散熱系數(shù)K=15x10-3kW/m2-C，油箱散熱面積A=0.°653\，V2m2時(shí)，計(jì)算出油液溫升的近似值:AT=H=0.356x1LC=33.5C<50-55CKA15x0.0653362 ，固合理。八、液壓集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)液壓集成回路設(shè)計(jì)1） 把液壓回路劃分為若干個(gè)單元回路，每個(gè)單元回路一般由三個(gè)液壓元件組成，采用通用的壓力油路P和回路T，這樣的的單元回路稱為液壓?jiǎn)卧苫芈?。設(shè)計(jì)液壓?jiǎn)卧苫芈窌r(shí)。優(yōu)化選用通用液壓集成回路，以減少集成塊設(shè)計(jì)工作量，提高通用性。2） 把各液壓元件回路連接起來，組成液壓集成回路。一個(gè)完整的液壓集成回路由底板、供油回路、壓力控制回路、方向控制回路、調(diào)速回路、頂蓋、及測(cè)壓回路等單元液壓集成回路組成。液壓集成回路設(shè)計(jì)完成后，要和液壓回路進(jìn)行比較和分析工作原理是否相同；否則說明液壓集成回路出了差錯(cuò)。液壓集成塊及其設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)圖確定各液壓元件集成安裝位置，劃分為底板、方向調(diào)速塊、壓力塊、和頂蓋四部分。由四個(gè)緊固螺栓連接起來，再由四個(gè)螺釘緊固在液壓油箱上，液壓泵通過油管與底板連接，組成液壓站，液壓元件分別固定在集成塊上，組成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)。（1）底板及供油塊設(shè)計(jì)其作用是連接集成塊組，液壓泵供應(yīng)的壓力油由底板引入各集成塊，液壓系統(tǒng)回路油及泄露經(jīng)底板引入液壓油箱冷卻沉淀。（2）頂蓋及測(cè)壓塊設(shè)計(jì)是封閉主油路，安裝壓力表來觀察液壓泵及系統(tǒng)各部分工作壓力。設(shè)計(jì)頂蓋時(shí)要充分利用頂蓋的有效空間，也可把測(cè)壓回路、卸荷回路以及定位夾緊回路等布置在頂蓋上。（3）集成塊設(shè)計(jì)若液壓?jiǎn)卧蓧K回路中液壓元件較多或者不好安排時(shí)，可以采用過渡板把閥與集成塊連接起來。集成塊設(shè)計(jì)步驟：1） 制作液壓元件樣板。方法與油路板相同。2） 決定通道孔徑。由液壓泵流量決定，直接與液壓元件連接的液壓油孔由選定的液壓元件規(guī)格確定。孔與孔之間的連接孔（即工藝孔）用螺塞在集成塊表面堵死。與液壓油管連接的液壓油孔可采用米制細(xì)牙螺紋或英制管螺紋。3） 集成塊上液壓元件的布置。把制作好的液壓元件樣板放在集成塊各視圖上進(jìn)行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板應(yīng)以連接板為準(zhǔn)。電磁閥應(yīng)布置在集成塊的前后面上，要避免電磁換向閥兩端的電磁鐵與其他部分相碰。液壓元件的布置應(yīng)以在集成塊上加工的孔最少為好。液壓元件在水平面上的孔道若與公共油孔相通，則應(yīng)盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑d范圍，否則要鉆中間孔道。集成塊前后與左右連接的孔道應(yīng)互相垂直，不然也要鉆中間孔道。設(shè)計(jì)專用集成塊時(shí)，要注意其高度應(yīng)比裝在其上的液壓元件的最大橫向尺寸大2mm，以避免上下集成塊的液壓元件相碰，影響集成塊緊固。4）集成塊上液壓元件布置程序。電磁換向閥布置在集成塊的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免電磁換向閥的固定螺孔與閥口通道、集成塊固定螺