臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計

目錄1.工況分析與負載計算 31.1工況分析 31.1.1機床工作參數(shù) 31.1.2工作循環(huán) 31.2負載計算 31.2.1工作負載FL 31.2.2摩擦阻力負載Ff 31.2.3慣性負載 42.液壓缸主要參數(shù)確定 52.1計算液壓缸的尺寸 52.2各工況壓力 62.3各工況流量 63.系統(tǒng)原理圖的擬定 73.1液壓系統(tǒng)回路分析 73.2液壓控制原理圖 73.3系統(tǒng)功能說明 83.3.1電磁閥動作順序表 83.3.2回路動作說明 84.液壓元件的計算與選擇 94.1液壓泵的計算選擇 94.1.1液壓泵的種類選擇 94.1.2液壓泵的相關(guān)計算 94.2液壓元件的選擇 104.3輔助元件的選擇 115.液壓缸設(shè)計 125.1液壓缸結(jié)構(gòu)的擬定 125.1.1密封方式及密封件的選擇 125.1.2固定方式 145.2液壓缸結(jié)構(gòu)的計算 165.3液壓缸結(jié)構(gòu)圖 165.3.1部分零件圖 165.3.2裝配圖 176.液壓系統(tǒng)主要性能驗算 176.1系統(tǒng)壓力損失驗算 176.2系統(tǒng)發(fā)熱及溫升驗算 187.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展 197.1液壓油選型設(shè)計 197.2廢油處理方法建議 197.3節(jié)能與環(huán)保設(shè)計 207.3.1油料管理制度的建立 207.3.2液壓油貯存條件的控制 208.設(shè)計過程及設(shè)計理念的歸納總結(jié) 20參考文獻 21工況分析與負載計算全套圖紙加V信153893706或扣33463894111.1工況分析1.1.1機床工作參數(shù)機床的主要工作參數(shù)如表1-1所示運動部件總重力G=34000N快進、快退速度v1=v切削力FW工進速度v2快進行程l1靜摩擦系數(shù)fs工進行程l2動摩擦系數(shù)fd表1.1機床工作參數(shù)液壓缸機械效率ηm1.1.2工作循環(huán)快退機床要求的工作循環(huán)是：快速接近工件，然后以工作速度鉆孔，加工完畢后快速退回原始位置，最后自自動停止；動力滑臺采用平導(dǎo)軌，往復(fù)運動的加速、減速時間為0.2s。如圖1-1所示快退工進快進工進快進圖1-1工作循環(huán)圖1.2負載計算1.2.1工作負載FL工作負載與設(shè)備的工作情況有關(guān)。在機床上，與運動件的方向同軸的切削力的分量是工作負載。F1.2.2摩擦阻力負載Ff摩擦阻力負載是指運動部件與支承面間的摩擦力，分為靜摩擦阻力負載和動摩擦阻力負載。靜摩擦阻力負載：F動摩擦阻力負載：F1.2.3慣性負載加速時的慣性負載：F減速時的慣性負載：F制動時的慣性負載：F反向加速時的慣性負載：F反向制動時的慣性負載：F綜上得液壓缸各階段負載如表1-2所示(液壓缸機械效率為0.9)工況總負載計算公式總負載F/N缸推力F/N起動F=68007555.556加速F=4845.5785383.976快進F=34003777.778減速F=2041.1562267.951工進F=7640084888.889制動F=3313.2653681.406反向加速F=4845.5785393.976快退F=34003777.778反向制動F=1954.4222171.580表1-2各階段負載液壓缸的負載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖如圖1-2所示圖1-2負載、速度循環(huán)圖2.液壓缸主要參數(shù)確定2.1計算液壓缸的尺寸A=D=按國標取D=160mm。根據(jù)快進與快退速度比值d可得桿徑d:d=按國標取d=110mm。2.2各工況壓力桿面積：A無桿腔面積：A有桿腔面積：A(1)快進：液壓缸差動連接，故進油口與出油口壓力相同。pp(2)工進：F=p(3)快退：F=p2.3各工況流量（1）快進：q（2）工進：q（3）快退：q綜上計算，繪制工況表如表2-1所示：工況壓力p/MPa流量q/(L/min)功率P/kW快進0.39847.4170.315工進4.3806.0320.440快退0.34653.0140.306表2-13.系統(tǒng)原理圖的擬定要求臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)采用電液結(jié)合控制，實現(xiàn)自動循環(huán)。3.1液壓系統(tǒng)回路分析（1）換向閥卸荷回路：M型中位機能的三位換向閥處于中位時，液壓泵即卸荷。在液壓泵驅(qū)動電動機不頻繁啟閉的情況下運轉(zhuǎn)，以減少功率損耗，降低系統(tǒng)發(fā)熱，延長液壓泵和電動機的使用壽命?；芈分性O(shè)置單向閥，以使系統(tǒng)保持0.3Mpa左右的壓力，供操縱控制油路之用。（2）調(diào)速回路：由工況圖可知，該系統(tǒng)在工進時速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺運動速度較低，工作負載變化小，無需很大的速度剛度，所以采用單向節(jié)流閥的進油節(jié)流調(diào)速回路。（3）速度換接回路：由于快進和工進之間速度需要換接，但對換接的位置要求不高，所以采用二位二通電磁換向閥來實現(xiàn)速度的換接。（4）行程控制的順序動作回路：在液壓缸行程處放置兩個行程開關(guān)，控制工進與快退過程，實現(xiàn)自動循環(huán)，往復(fù)運動。3.2液壓控制原理圖本系統(tǒng)的換向采用三位四通M型中位機能的電磁換向閥。下圖所示為擬定的液壓系統(tǒng)原理圖。圖3-11-油箱2-濾油器3-葉片泵4-溢流閥5-三位四通電磁換向閥6-二位二通電磁換向閥7-二位二通電磁換向閥8-單向調(diào)速閥9-二位二通電磁換向閥10-單向閥11-液壓缸3.3系統(tǒng)功能說明3.3.1電磁閥動作順序表動作快進工進快退1YA++-2YA--+3YA-+-4YA-++5YA-++表3-13.3.2回路動作說明（1）快進1YA通電，此時4-三位四通電磁換向閥左位接通，油液經(jīng)9-單向閥——>4-三位四通電磁換向閥左位——>8-二位二通電磁換向閥的左位——>10-液壓缸進油口；回油路經(jīng)5-二位二通電磁換向閥下位——>8左位——>10進油口，完成差動連接，實現(xiàn)快進。（2）工進1YA、3YA、4YA與5YA通電，2YA不通電，此時4左位工作。進油油路為：油液經(jīng)4的左位——>7-單向調(diào)速閥=>10無桿腔?；赜陀吐罚?0有桿腔——>6右位=>4左位——>油箱，實現(xiàn)可調(diào)速的工進。（3）快退2YA、4YA與5YA通電，1YA與3YA均不通電，此時4的右位接通，進油油路為：油液經(jīng)4的右位=>6的右位=>10有桿腔.回油油路：10無桿腔=>7中單向閥=>4右位=>回油油箱，通過作用于小面積有桿腔，實現(xiàn)液壓缸活塞桿的快退。4.液壓元件的計算與選擇4.1液壓泵的計算選擇4.1.1液壓泵的種類選擇齒輪泵的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，使用壽命長，相對于其余兩種泵抗污染能力強；葉片泵的優(yōu)點結(jié)構(gòu)緊湊，運動平穩(wěn)，流量均勻，噪音?。恢玫膬?yōu)點精度高，密封性能好，工作壓力高。齒輪泵一般應(yīng)用于工作條件較惡劣的工程機械、礦山機械、起重運輸機械、建筑機械、石油機械、農(nóng)業(yè)機械以及其它壓力加工設(shè)備中。葉片泵一本應(yīng)用于機床設(shè)備比較廣泛。柱塞泵主要運用于高壓力的機械及液壓傳動系統(tǒng)中。綜合考慮，選擇葉片泵。4.1.2液壓泵的相關(guān)計算（1）計算液壓泵的最大工作壓力pa液壓泵的最大工作壓力ppp式中：p1Δp——系統(tǒng)進油路上的壓力總損失，取Δp=0.3Mpa故pp≥4.38+0.3=4.68MPa,故取系統(tǒng)最大壓力為（2）計算液壓泵的最大流量液壓泵的最大供油量按工況循環(huán)圖中的最大流量以及回路中的泄漏量共同確定。故有q≥Kqm。K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，這里取1.3，經(jīng)計算（3）選擇液壓泵的規(guī)格為了使液壓泵的工作安全可靠，液壓泵應(yīng)有一定的壓力儲備，通常泵的額定壓力可比pm高25%~60%。泵的額定流量則與q相當即可。根據(jù)之前計算，選擇PV2R2-534.2液壓元件的選擇（1）單向閥：需要單向閥1個，根據(jù)壓力損失-流量曲線，選擇S15K32.0B/V型單向閥，其最大壓力至31.5Mpa,流量至450L/min,完全滿足工作需求，開啟壓力為0.3MPa圖4-1壓力損失-流量曲線（2）溢流閥：需要溢流閥一個，根據(jù)最大流量68.918L/min及工作壓力-流量圖選用通經(jīng)為15的DBD-SGK15B直動型溢流閥。（3）單向調(diào)速閥：選用通徑15的MK15G1.2B/2型單向節(jié)流閥調(diào)速。（4）二位二通電磁換向閥：需要二位二通電磁換向閥3個，選用5-3WE10A31B型電磁球閥。（5）三位四通電磁換向閥：根據(jù)壓力損失-流量曲線，選用5-3WE10G31B電磁換向閥。圖4-2壓力損失曲線4.3輔助元件的選擇（1）濾油器需要濾油器一個，選用SU4-1000X67F。（2）油箱油箱的容量通常為液壓泵每分鐘排出體積最大值的3～5倍。根據(jù)液壓泵站油箱公稱容量系列（JB/T7938-1999）取油箱容量為300L。（3）油管關(guān)于管內(nèi)的理論最大流量q為53.014L/min。管內(nèi)允許油液流速取0.8m/s。根據(jù)管內(nèi)徑公式得：d=根據(jù)GB/T2351-2005選取硬管外徑為40mm4.4元件列表序號名稱型號額定壓力MPa額定流量L/min1油箱300L————2濾油器SU4-1000X6-7F————3葉片泵PV2R2-5314714溢流閥DBD-SGK15B631205三位四通電磁換向閥5-4WE10G31B31.51206二位二通電磁換向閥5-3WE10A31B31.51207二位二通電磁換向閥5-3WE10A31B31.51208單向節(jié)流閥MK15G1.2B/2501409二位二通電磁換向閥5-3WE10A31B31.512010單向閥S15K32.0B/V31.515011液壓缸XY————表4-1液壓元件表5.液壓缸設(shè)計5.1液壓缸結(jié)構(gòu)的擬定液壓缸由活塞、活塞桿、油口、缸筒、前缸蓋、后缸蓋（帶耳）與耳環(huán)組成。5.1.1密封方式及密封件的選擇液壓缸由活塞、活塞桿、油口、缸筒、前缸蓋、后缸蓋（帶耳）與耳環(huán)組成?；钊c活塞桿之間、缸體與前端蓋之間、缸體與后端蓋之間均采用GB/T3452.3-2005O型密封圈密圈，截面直徑為3.55mm。（1）活塞與活塞桿間為徑向密封，如圖5-1所示：圖5-1溝槽寬b=4.8mm;深h=2.9mm。(2)前后端蓋與缸體之間的密封均為軸向密封，如圖5-2所示：圖5-2溝槽寬b=5mm;深h=2.75mm。活塞封、活塞桿封、導(dǎo)向環(huán)、防塵圈選擇見下表5-1活塞封Merkel壓緊型密封圈L43型活塞桿封MerkelU-型密封圈T24型導(dǎo)向環(huán)Merkel導(dǎo)向環(huán)KF防塵圈Merkel防塵圈PT1型表5-1具體尺寸選擇如下：（1）Merkel壓緊型密封圈L43型圖5-3以缸內(nèi)徑D=160mm為選擇依據(jù)，其他參數(shù)為d=130mm;L=25.4mm;L1=6.4mm;d2=158mm;(2)MerkelU-型密封圈T24型圖5-4以活塞桿徑d=110mm為選擇依據(jù)，其他參數(shù)為D=118mm;H=10.9mm;L=12mm;C=3mm(3)Merkel導(dǎo)向環(huán)KF圖5-5以活塞桿徑d=110mm為選擇依據(jù)其他參數(shù)為D1=113.8mm;DF(4)Merkel防塵圈PT1型圖5-6以活塞桿徑d=110mm為選擇依據(jù)其他參數(shù)為D=122.2mm;H=7.7mm;L=8.1mm;L1=12.1mm;D5.1.2固定方式缸體后部采用單耳連接，可安裝關(guān)節(jié)軸承，用于連接與固定，如圖5-7所示：圖5-7后端單耳活塞桿端部采用單耳連接，也可安裝軸承。結(jié)構(gòu)如圖5-8所示：圖5-8活塞桿單耳連接前后缸蓋與缸體均采用GB/T70.1-2008內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定?；钊麠U端部單耳與活塞桿采用螺紋連接，并使用GB/T80-2007內(nèi)六角緊固螺釘緊固。進油口與出油口焊接在缸體兩側(cè)，如圖5-9所示。圖5-9油口連接5.2液壓缸結(jié)構(gòu)的計算相關(guān)內(nèi)容見2.液壓缸主要參數(shù)的確定。5.3液壓缸結(jié)構(gòu)圖5.3.1部分零件圖（1）前端蓋零件圖圖5-10前端蓋（2）缸體零件圖圖5-11缸體5.3.2裝配圖圖5-1液壓缸6.液壓系統(tǒng)主要性能驗算6.1系統(tǒng)壓力損失驗算系統(tǒng)上進油路上的壓力損失Δp[包括回油路上（即從執(zhí)行元件出口到油箱）的損失折算過來的部分]由管道的沿程壓力損失Δp，局部壓力損失Δp和閥類元件的局部壓力損失ΔΔp=Δ油液在進油油管的流速為v=(1)沿程壓力損失由于葉片泵對抗磨性要求最高，故無論壓力高低，都應(yīng)選用HM油。表6-1液壓油牌號和黏度選擇由表5-1選擇HM32液壓油Re=管中為層流狀態(tài)，則阻力損失系數(shù)為若取油管長度2m,油液的密度為875.4kg/m3，則其進油沿程壓力損失為：Δ(2)局部壓力損失局部壓力損失視管道的具體安裝結(jié)構(gòu)確定，這里取沿程壓力損失的10%Δ(3)閥體局部壓力損失根據(jù)各液壓元件的壓力損失曲線以及表2-1各工況流量，可得各閥的壓力損失如下表所示。（以流過各元件的最大流量為主）液壓元件壓力損失（MPa）單向節(jié)流閥0.0025二位二通電磁換向閥60.34二位二通電磁換向閥90.34二位二通電磁換向閥70.25三位三通電磁換向閥0.35單向閥0.15表6-2各元件壓力損失6.2系統(tǒng)發(fā)熱及溫升驗算據(jù)以上計算可知，在快進時,電動機輸入功率：P液壓缸有用功率：P快進功率損失為：ΔP=136.3W在工進時，電動機輸入功率：P液壓缸有用功率：

P工進功率損失為：ΔP=190.8W現(xiàn)以較大的值來校核其熱平衡，求出發(fā)熱溫升。設(shè)油箱的三個邊長在1：1：1至1：2：3范圍內(nèi)，則散熱面積為：A=0.065假設(shè)通風(fēng)良好，取h=15×10-Δt=室溫為20℃，則熱平衡溫度為T=沒有超出允許范圍。7.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展7.1液壓油選型設(shè)計相關(guān)內(nèi)容見6.1系統(tǒng)壓力損失驗算7.2廢油處理方法建議液壓油屬于潤滑油的一類,是由基礎(chǔ)油和添加劑經(jīng)調(diào)和而成的。液壓油經(jīng)使用后,經(jīng)過剪切氧化等,其中的一些添加劑已消耗殆盡.從指標上來說已經(jīng)不合格,已經(jīng)不能滿足使用.其次,在使用過程中,產(chǎn)生了油泥、雜質(zhì)等。所以，再生廢液壓油，首先要有專業(yè)的設(shè)備過濾雜質(zhì)，除去水分，其次還要加化驗，確定指標，添加必要的添加劑。然后經(jīng)專業(yè)的調(diào)和設(shè)備調(diào)制。廢油再生一般按沉降、蒸餾、酸洗、白土吸附、過濾、粘度調(diào)配以及化驗等工序進行。(1)沉降處理：其目的是使水分與雜質(zhì)分離。一般放在桶、罐或池中進行處理。沉降時間根據(jù)油質(zhì)、溫度及污染程度而定。從沉降容器上部取油樣，滴在玻璃板上測定，如果油質(zhì)清晰而無明顯雜質(zhì)，可轉(zhuǎn)入下道工序。(2)蒸餾處理：各種油品的餾程不同，通過蒸餾可蒸發(fā)出廢油中不同餾分的煤油、汽油及輕柴油等異種輕質(zhì)油，以恢復(fù)液壓油的閃點和粘度。蒸餾處理用水蒸氣蒸餾為多，蒸餾設(shè)備有蒸氣鍋爐、蒸餾斧、冷凝槽、油水分離器等。蒸餾時，釜內(nèi)一般不要盛滿，容積應(yīng)留空1／3。當釜內(nèi)的加熱溫度接近100℃而進入脫水階段時，應(yīng)特別注意溫升速度，防止突然沸騰以致油液沖出釜外。脫水完畢進入蒸餾階段時，應(yīng)控制好爐火，使異種輕質(zhì)油品均勻餾出。釜溫達到200℃時，可開始向釜內(nèi)先小后大地送入蒸汽?？捎昧客苍诶淠艹隹谔幗尤∮蜆?，判定蒸汽量大小。送汽量以占油樣20％～30％為佳。釜溫升到300℃左右時，維持20～30min，測定閃點和粘度。然后冷卻至160℃以下，放出釜內(nèi)油液，進行下道工序。蒸餾時間為6～10h。(3)酸洗處理：用來除去廢油中的氧化物、酸性物質(zhì)以及使用過程中液壓油內(nèi)部生成的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等物。酸洗溶液以硫酸為多，硫酸濃度一般在92％～98％為宜。加酸攪拌時間以30～40min較好。酸洗次數(shù)主要根據(jù)廢油中的水分含量而定，不含水分的廢油，全部硫酸一次加入酸洗即可。含水較多者，可分兩次或三次酸洗。7.3節(jié)能與環(huán)保設(shè)計加強液壓油的管理是