液壓與氣壓傳動課程設計--立式雙頭鉆床液壓系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　課題名稱：液壓與氣壓傳動課程設計 </p><p>　　學 院：機電工程系</p><p><b>　　專業(yè)班級： </b></p><p><b>　　學 號：</b></p>

2、<p><b>　　學 生： </b></p><p><b>　　指導老師： </b></p><p>　　2011年 12 月23日</p><p>　　《機械設計課程設計》評閱書</p><p><b>　　摘 要</b></p>&

3、lt;p>　　本次為一臺立式雙頭鉆床液壓系統(tǒng)設計，鉆孔行程相同，要求同步完成加工，可以實現(xiàn)雙鉆頭同時快進→工進→死黨鐵停留→快退→停止的半自動循環(huán)，采用平導軌。而且快進和快退速度不相等。快進采用差動連接加帶補正措施的串聯(lián)同步回路。在快進工程中使用一個二位二通的電磁換向閥短接調速閥，這樣可以用較大的流量實現(xiàn)快進動作，在工進過程中使這個二位二通的電磁換向閥的電磁鐵得電使油液經(jīng)過調速閥以減小流量實現(xiàn)工進的慢速。在快退時用是向有桿腔進油，

4、這樣可以實現(xiàn)較大的快退速度。</p><p>　　關鍵字：差動連接 補正措施 串聯(lián) 同步回路 快進 快退。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要................................................................................

5、.............................. III</p><p>　　一、設計任務.........................................................................................................1</p><p>　　二、液壓回路的工況分析.................

6、....................................................................2</p><p>　　三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖...............................................................................5</p><p>　　1、初選液壓件及基本回路..

7、..............................................5</p><p>　　2、組成液壓系統(tǒng)........................................................5</p><p>　　四、計算和選擇液壓件及驗算液壓系統(tǒng)性能...........................................

8、.......6</p><p>　　1、確定液壓泵的規(guī)格....................................................6</p><p>　　2、確定油管及壓力..................................................6</p><p>　　3、驗算液壓系統(tǒng)...........

9、.............................................7</p><p>　　4、驗算系統(tǒng)發(fā)熱溫升..................................................9</p><p>　　總結................................................................

10、.....................................................11</p><p>　　參考文獻.............................................................................................................12</p><p><b&

11、gt;　　1設計任務</b></p><p>　　學生通過《液壓與氣壓傳動》課的課堂學習，初步掌握了基本理論知識。本課程設計即為了給學生創(chuàng)造一個運用課堂理論知識，解決較復雜的問題的平臺，鍛煉學生綜合利用所學知識的能力。</p><p>　　液壓系統(tǒng)設計計算是液壓傳動課程設計的主要內容，包括明確設計要求進行工況分析、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)、擬定液壓系統(tǒng)原理圖、計算和選擇液壓件以及驗

12、算液壓系統(tǒng)性能等。本次設計的是一臺立式雙軸鉆孔組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)。</p><p>　　要求設計的動力滑臺實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進→工進→死擋鐵停留→快退→ 停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：切削阻；運動部件所受重力；快進、快退速度，工進速度；快進行程，工進行程；往復運動的加速時間；動力滑臺采用平導軌，靜摩擦系數(shù)，動摩擦系數(shù)。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。</p><p>　　2

13、 液壓回路的工況分析</p><p>　　工作負載 工作負載即為切削阻力 FL=17986N。</p><p>　　摩擦負載 摩擦負載即為導軌的摩擦阻力</p><p>　　靜摩擦阻力 (2-1) </p><p>　　動摩擦阻力 (2-2)</p><

14、;p><b>　　慣性負載</b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　運動時間</b></p><p>　　快進 </p><p>　　工進 </p><p>　　快退

15、 </p><p>　　設液壓缸的機械效率，得出液壓缸在各階段的負載和推力如表2.1所示：</p><p>　　表2.1 液壓缸各階段的負載和推力</p><p>　　所設計的動力滑臺在工作時負載最大，在其他工況下負載都不高，參考表2.2和 表2.3，初選液壓缸的工作壓力。</p><p>　　鑒于動力滑臺快進和快退速度相差不大，這

16、里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸，快進時液壓缸差動連接。工進時為防止孔鉆通時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應有背壓，參考表2.4選此背壓為。</p><p>　　表2.2 按負載選擇工作壓力</p><p>　　表2.3 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　表2.4 執(zhí)行元件背壓力</p><p>　　表2.5

17、 按工作壓力選取d/D</p><p>　　表2.6 按速比要求確定d/D</p><p><b>　　由式： 得</b></p><p><b>　　則活塞直徑：</b></p><p>　　參考表2.5及表2.6，得，圓整后取標準數(shù)值得 D=100mm， d=70mm。</p>

18、<p>　　由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　根據(jù)計算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表2.7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖2所示。</p>

19、;<p>　　表2.7 液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值</p><p>　　注：1. Δp為液壓缸差動連接時，回油口到進油口之間的壓力損失，取Δp=0.5MPa。</p><p>　　2． 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。</p><p>　　3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　3.

20、1 初選液壓件及基本回路</p><p>　　(1) 選擇調速回路 由于這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調速回路。為防止孔鉆通時負載突然消失引起運動部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 選擇油源形式 在工作循環(huán)內，液壓缸要求油源提供快進、快退行程的低壓大流

21、量和工進行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比；其相應的時間之比。這表明在一個工作循環(huán)中的大部分時間都處于高壓小流量工作。系統(tǒng)在快進和快退時流量不相同使用變量泵。</p><p>　　(3) 選擇快速運動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和兩種快速運動回路實現(xiàn)快速運動。考慮到從工進轉快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位

22、四通電液換向閥。</p><p>　　3.2 組成液壓系統(tǒng)</p><p>　　將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，詳情見圖3-1。</p><p><b>　　圖 3-1</b></p><p>　　4計算和選擇液壓件及驗算液壓系統(tǒng)性能</p><p

23、>　　4.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p><p>　　(1) 計算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表2.7可知，液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為，如在調速閥進口節(jié)流調速回路中，選取進油路上的總壓力損失，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差，則小流量泵的最高工作壓力估算為：</p><p>　　

24、(2)計算液壓泵的流量</p><p>　　由表2.7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.4×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個泵的總流量為</p><p>　　考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為，工進時的流量為泵的流量最少應為。</p><p>　　(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p><p>　　根據(jù)以

25、上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定</p><p>　　泵的型號為，額定壓為 ，轉數(shù)為</p><p>　　4.2確定油管及壓力</p><p>　　表4.1各工況實際運動速度、時間和流量</p><p>　　表4.2 允許流速推薦值</p><p>　　由表4.1可以看出，液壓缸在各階段

26、的實際運動速度符合設計要求。</p><p>　　根據(jù)表4.1數(shù)值，按表4.2推薦的管道內允許速度取=4 m/s，由式計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內徑分別為</p><p>　　為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼管。</p><p><b>　　確定油箱：</b></p>&

27、lt;p>　　油箱的容量按式估算，其中α為經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)，α=2～4；中壓系統(tǒng)，α=5～7；高壓系統(tǒng)，α=6～12。現(xiàn)取α=6，得</p><p>　　4.3驗算液壓系統(tǒng)性能</p><p><b>　　1.驗算壓力損失</b></p><p>　　由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首先確定管道內液體的流動狀

28、態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進、回油管道長為L=2m，油液的運動粘度取=110-4m2/s，油液的密度取=0.9174103kg/m3。</p><p>　　(1) 判斷流動狀態(tài)</p><p>　　在快進、工進和快退三種工況下，進、回油管路中所通過的流量以快退時回油流量q2=51.7L/min為最大，此時，油液流動的雷諾數(shù)</p><p>　　因為最大

29、的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進、回油路中的油液的流動狀態(tài)全為層流。</p><p>　　(2) 計算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù)</p><p><b>　　和油液在管道內流速</b></p><p>　　同時代入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得&l

30、t;/p><p>　　可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。</p><p>　　在管道結構尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失?pζ常按下式作經(jīng)驗計算</p><p>　　各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計算</p><p>　　其中的pn由產(chǎn)品樣本查出，滑臺在快進、工進和快退工況下的壓力損失計算如下：<

31、/p><p><b>　　1．快進</b></p><p>　　滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥入無桿腔。在進油路上，壓力損失分別為</p><p>　　在回油路上，壓力損失分別為</p><p>　　將回油路上的壓力損失折算到進油路上去

32、，便得出差動快速運動時的總的壓力損失：</p><p><b>　　2．工進</b></p><p>　　滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥、調速閥進入液壓缸無桿腔，在調速閥處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥、背壓閥的卸荷油液一起返回油箱，在背壓閥處的壓力損失為0.6MPa。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進油路上總的壓力損

33、失為</p><p><b>　　此值略小于估計值。</b></p><p>　　在回油路上總的壓力損失為</p><p>　　該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.6856MPa，可見此值與初算時選取的背壓值基本相符。</p><p>　　重新計算液壓缸的工作壓力為</p><p>　　考慮到壓力

34、繼電器的可靠動作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的工作壓力為</p><p>　　此值與估算值基本相符，是調整溢流閥的調整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3．快退</b></p><p>　　滑臺快退時，在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥進入液壓缸桿腔。在回油路上，油液通過單向閥、電液換向閥和單向閥返回油箱。在進油路

35、上總的壓力損失為</p><p>　　此值遠小于估計值，因此液壓泵的驅動電動機的功率是足夠的。</p><p>　　在回油路上總的壓力損失為</p><p>　　數(shù)值基本相符，故不必重算。</p><p>　　4.4驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升</p><p>　　由于工進在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進工

36、況來計算。在工進時，經(jīng)液控順序閥卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失</p><p>　　液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率</p><p>　　液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率</p><p>　　由此可計算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為</p><p>　　按式計算工進時系統(tǒng)中的油液溫升，即</p>&l

37、t;p>　　其中傳熱系數(shù)K=15 W/（m2·C）。</p><p>　　設環(huán)境溫T2=25C，則熱平衡溫度為</p><p>　　油溫在允許范圍內，油箱散熱面積符合要求，不必設置冷卻器。</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　本次為立式雙頭鉆床液壓系統(tǒng)設計，可以實現(xiàn)兩個鉆頭

38、同時快速進給同時工進和同時快退的動作，而且快進和快退速度不相等。動作過程為同時快進→工進→死黨鐵停留→快退→停止的動作，在設計過程中根據(jù)所要實現(xiàn)的功能，我選擇了變量泵，電磁換向閥，調速閥，單向閥，行程開關，壓力繼電器，電液控制單向閥等等，在快進過程中，我們要求是采用差動連接，從無桿腔進油，而且要求的流量較大，這時候在油路中的調速閥被一個二位二通的換向閥短接直接進入有桿腔，從無桿腔出來的油通過油路到無桿腔，這樣兩個流量加起來就實現(xiàn)較大流量

39、的差動聯(lián)接，工進的時候短接調速閥的換向閥換向將油路斷開，這樣油液只能經(jīng)過調速閥到達無桿腔，實現(xiàn)小流量的慢速工進，在工進為防止孔鉆通時負載突然消失引起運動部件前沖，在回油路上加背壓閥，這里的背壓閥用的是溢流閥以實現(xiàn)背壓?？焱藭r是有桿腔，因為有桿腔的面積較小，當同樣的流量進入時可以得到較大的速度，實現(xiàn)快進，工進，快退功能的是一個三位四通的電磁換向閥，切換不同的方向可以得到不同的功能。</p><p><b>