液壓課程設(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

1、<p>　　液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　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 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、負(fù)載分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6</p><p>　　二、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　

2、?。ㄒ唬┐_定液壓泵類型及調(diào)速方式。。。。。。。。。。。。。。。7</p><p>　?。ǘ┻x用執(zhí)行元件。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7</p><p>　?。ㄈ┛焖龠\(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路。。。。。。。。。。。。。。7</p><p>　?。ㄋ模Q向回路的選擇。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7</p><p>　　三、液

3、壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　(一)工作臺(tái)液壓缸參數(shù)計(jì)算。。。。。。。。。。。。。。。。。。9</p><p>　　(二)液壓泵的參數(shù)計(jì)算。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10</p><p>　　(三)電動(dòng)機(jī)的選擇。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。11</p><p>　　四、液壓元件的選擇。。。。。。。。。。。。。

4、。。。。。。。。。。12</p><p>　　五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能</p><p>　　(一)壓力損失的驗(yàn)算。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12</p><p>　　（二）液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升計(jì)算。。。。。。。。。。。。。。。14</p><p>　　六、參考文獻(xiàn)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16</p&

5、gt;<p><b>　　任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　一、 設(shè)計(jì)課題</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面多軸鉆孔機(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(kāi)）、工件定位（定位、拔銷）。其工作循環(huán)為： </p><p>　　定位→夾緊→快進(jìn)→

6、工進(jìn)→快退→拔銷松開(kāi)，如圖1所示。</p><p><b>　　二、 原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1. 主軸數(shù)及孔徑：主軸6根，孔徑Φ14 mm； </p><p>　　2. 總軸向切削阻力：12400 N； </p><p>　　3. 運(yùn)動(dòng)部件重量： 9800 N； </p><p>

7、　　4. 快進(jìn)、快退速度： 5 m/min; </p><p>　　5. 工進(jìn)速度：0.04~0.1 m/min </p><p>　　6. 行程長(zhǎng)度：320 mm，快進(jìn)行程：230mm； </p><p>　　7. 導(dǎo)軌形式及摩擦系數(shù)：平導(dǎo)軌， </p><p>　　8. 加速、減速時(shí)間：大于0.2秒； </p><p&

8、gt;　　9. 夾緊力：5000~6000 N </p><p>　　10. 夾緊時(shí)間：1~2秒； </p><p>　　11. 夾緊液壓缸行程長(zhǎng)度：16 mm。</p><p><b>　　三、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　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

9、持夾緊力； </p><p>　　2. 快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)要平穩(wěn)可靠； </p><p>　　3. 鉆削時(shí)速度平穩(wěn)，不受外載干擾，孔鉆透時(shí)不前沖。</p><p>　　四、 設(shè)計(jì)內(nèi)容要求根據(jù)原始數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，完成： </p><p>　　1. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及附圖，繪制液壓系統(tǒng)原理圖，并完成系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表。</p><

10、;p>　　2. 在附圖的基礎(chǔ)上，若系統(tǒng)油源改為雙泵供油（即一個(gè)大泵和一個(gè)小泵），重新設(shè)計(jì)并繪制系統(tǒng)原理圖。</p><p>　　3. 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而對(duì)主要液壓元件進(jìn)行選型（除液壓缸外），給出液壓元件明細(xì)表，包含元件名稱、主要參數(shù)、型號(hào)規(guī)格，包含電機(jī)選型，液壓缸計(jì)算出缸徑、行程等主要參數(shù)。</p><p>　　4. 進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算（發(fā)熱驗(yàn)算、壓力損失等）。</p>

11、<p>　　5. 設(shè)計(jì)一個(gè)液壓閥塊（油路塊、閥塊），其上安裝至少3-4個(gè)液壓元件，可選閥塊方案： </p><p>　　① 附圖上，元件3、7、8、9 </p><p>　?、?附圖上，元件3、7、4、5 </p><p>　?、?附圖上，元件8、10、11、12 </p><p>　?、?附圖上，元件12、13、14、15 &l

12、t;/p><p>　　選取上述閥塊中的一種，要求繪制閥塊的二維設(shè)計(jì)工程圖，表明加工所需要的信息（材料、公差、粗糙度、技術(shù)說(shuō)明、加工工藝等）。</p><p>　　6. 液壓閥塊的三維建模，驗(yàn)證鉆孔符合要求。用Pro/E或者SolidWorks等軟件，繪制其三維實(shí)體圖。</p><p>　　7. 可選部分，在閥塊三維實(shí)體的基礎(chǔ)上，將安裝在閥塊上的液壓閥、過(guò)濾器、液壓附件三

13、維建模并安裝于閥塊上。</p><p>　　五、 最后提交內(nèi)容（電子稿和打印稿各一份） </p><p>　　1. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，內(nèi)容及格式參看文獻(xiàn)[1]或[2]; </p><p>　　2. 系統(tǒng)原理圖一份，含電磁鐵動(dòng)作順序表，主要元件明細(xì)表；（A3） </p><p>　　3. 雙泵供油方案的系統(tǒng)原理圖一份，含電磁鐵動(dòng)作順序表，主要元件

14、明細(xì)表；（A3） </p><p>　　4. 液壓閥塊二維CAD零件圖（A3，比例尺1:1或1:2） </p><p>　　5. 液壓閥塊三維實(shí)體圖（圖例見(jiàn)附圖1，附圖2）; </p><p>　　6. 可選部分，包含液壓閥塊、閥塊安裝件的三維實(shí)體圖（見(jiàn)附圖3）。</p><p><b>　　六、 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)</b><

15、;/p><p>　　1． 根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、圖紙質(zhì)量、答辯情況評(píng)定成績(jī)</p><p>　　2． 評(píng)分比例：設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（40%）、圖紙質(zhì)量（30%）、答辯（40%）。</p><p>　　七、 答辯分組說(shuō)明： </p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，按照班級(jí)人員，每5人為一個(gè)小組，每組成員除了完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選型、回路分析以外，分別重點(diǎn)完成各自

16、任務(wù)內(nèi)容，并在答辯時(shí)候，分別重點(diǎn)回答任務(wù)相關(guān)問(wèn)題，包括： </p><p>　?。?） 油源處元器件選型過(guò)程與依據(jù)； </p><p>　?。?） 鉆銷液壓缸（附圖上元件16）速度控制</p><p>　　（3） 液壓閥塊設(shè)計(jì)</p><p>　　（4） 各液壓缸壓力流量分析及主要參數(shù)計(jì)算</p><p>　?。?）

17、系統(tǒng)動(dòng)作順序的實(shí)現(xiàn)，含電磁鐵動(dòng)作順序表</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 許福玲、陳堯明. 液壓與氣壓傳動(dòng)（第三版）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[2] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008 </p><p>

18、;<b>　　負(fù)載分析</b></p><p>　　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。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)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，動(dòng)摩擦力為,則</p><p><b>　　而慣性力</b><

19、;/p><p><b>　?。ㄈ=0.3s）</b></p><p>　　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=0.95，則液壓缸在各個(gè)工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見(jiàn)表1。</p><p>　　表1液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表</p><p>　　根據(jù)伏在計(jì)算結(jié)果和意志的各階段的速度，可繪出負(fù)載

20、（F-）和速度圖（-），見(jiàn)下圖。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。</p><p>　　a)負(fù)載圖 b)速度圖</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。ㄒ唬┐_定液壓泵類型及調(diào)速方式</p><p&

21、gt;　　參考同類組合機(jī)床，選用單作用葉片泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開(kāi)式回路，溢流閥做定壓閥。為防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值P=1.0MP。</p><p><b>　?。ǘ┻x用執(zhí)行元件</b></p><p>　　因系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工進(jìn)，反向快退，且快進(jìn)、快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無(wú)桿

22、腔面積等于有桿腔面積的兩倍。</p><p>　?。ㄈ┛焖龠\(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路</p><p>　　根據(jù)本例的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接。</p><p>　　本例采用二位二通行程閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。工作臺(tái)壓下行程閥時(shí)，工作臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。另外采用液控順序閥與單向閥來(lái)切斷差動(dòng)油路。因此速度換接回路

23、為行程與壓力聯(lián)合控制形式。</p><p>　　(四)換向回路的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒(méi)有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用了三位五通換向閥。組成液壓系統(tǒng)繪原理圖</p><p>　　將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充，即組成如圖所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處、背

24、壓閥和液壓缸無(wú)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(kāi)關(guān)。這樣只需一個(gè)壓力表即能觀測(cè)各點(diǎn)壓力。</p><p>　　液壓系統(tǒng)中個(gè)電磁鐵的動(dòng)作順序如下表：</p><p>　　表2 電磁鐵動(dòng)作順序表</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　(一)工作臺(tái)液壓缸參數(shù)計(jì)算</p>

25、<p>　　1.初選液壓缸的工作壓力</p><p>　　參考同類型組合機(jī)床，初定液壓缸的工作壓力為 </p><p>　　2.確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　本例要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞固定的單桿式液壓缸?？爝M(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，并取無(wú)桿腔有效面積等于有桿腔面積的兩倍，即。為了防止在鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然前沖，在回油路

26、中裝有背壓閥，由表8—2，初選背壓由表1可知最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F=14084N，按此計(jì)算則</p><p><b>　　液壓缸直徑</b></p><p><b>　　由可知活塞桿直徑</b></p><p>　　按GB/T2348—1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。元整后得

27、</p><p>　　D=8㎝ d=5.6㎝</p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出</b></p><p>　　按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度為最小速度，則由式（8-11）</p><p>　　本例，滿足最低速度的要求。</p><p>　　3

28、.計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率</p><p>　　根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過(guò)程各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓代入，快退時(shí)背壓按代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列于表3中。</p><p>　　表3 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率</p><p><b>　　其中。</b></

29、p><p>　　(二)液壓泵的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　由表3可知工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為，則液壓泵最高工作壓力可按式（8—5）算出</p><p>　　因此泵的額定壓力可取。</p><p>　　由表3可知，工進(jìn)時(shí)所需流量最小是，設(shè)溢流閥最小溢流量為，則小流量泵的流量按式（8—16）應(yīng)

30、為：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是12.81L/min，則泵的總流量為：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用YBX-A16N型的變量葉片泵，該泵壓力調(diào)節(jié)范圍，額定轉(zhuǎn)速。

31、</p><p><b>　　(三)電動(dòng)機(jī)的選擇</b></p><p>　　下面分別計(jì)算3個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率。</p><p><b>　　1.差動(dòng)快進(jìn)</b></p><p>　　差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大腔的壓力，查樣本可知，泵的出口壓力損失 ，所以泵的出口壓力為，總效率為0.65。泵的流量：<

32、;/p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)功率</b></p><p><b>　　2.工進(jìn)</b></p><p>　　考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差。因此工進(jìn)時(shí)泵的出口壓力，總效率為0.6。泵的流量：</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)功率：</b></p><p>

33、;<b>　　3.快退</b></p><p>　　液壓泵最大工作壓力，液壓泵的輸出流量泵的流量，總效率為0.7</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)功率</b></p><p>　　綜合比較，快退時(shí)所需功率最大。據(jù)此查樣本選用選用Y90L-2異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率2.2KW。額定轉(zhuǎn)速2840r/min.</p>

34、<p><b>　　液壓元件的選擇</b></p><p>　　1.液壓閥及過(guò)濾器的選擇</p><p>　　根據(jù)液壓閥所在系統(tǒng)中得最高工作壓力與通過(guò)該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。本系統(tǒng)中所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量，確定為</p><p>　　表4 液壓元件明細(xì)表</p><

35、;p><b>　　驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能</b></p><p><b>　　壓力損失的驗(yàn)算</b></p><p>　　1.工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算</p><p>　　工進(jìn)時(shí)管道中得流量?jī)H為0.5L/min，因此流量很小，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

36、背壓閥的壓力損失。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)油路壓力差，則</p><p>　　2.快進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算</p><p>　　因快退時(shí)，液壓缸無(wú)桿腔的回油量是進(jìn)油量的兩倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失。</p><p>　　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(guò)流量為進(jìn)油路，回油路。液壓系統(tǒng)選用

37、N32號(hào)液壓油，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。</p><p>　?。?）確定油流的流動(dòng)狀態(tài) 按式（1-30）經(jīng)單位換算為</p><p>　　則進(jìn)油路中的液流雷諾數(shù)為</p><p>　　回油路中液流的雷諾數(shù)為</p><p>　　由上可知，進(jìn)回油路中得流動(dòng)都是層流。</p>&l

38、t;p>　?。?）沿程壓力損失 由式（1-37）可算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失。</p><p>　　在進(jìn)油路上，流速，則壓力損失為</p><p>　　在回油路上，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即，則壓力損失為</p><p>　?。?）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過(guò)各閥的局部壓力損失按式計(jì)算，結(jié)果列于下

39、表中</p><p>　　表5 閥類元件局部壓力損失</p><p>　　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)油路和回油路的總的壓力損失為</p><p>　　查表3知，快退時(shí)液壓缸負(fù)載；則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為 </p><p>　　按式（8-5）可算出快退時(shí)泵的工作壓力為</p><p>　

40、　從以上的驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各種工況下的實(shí)際壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近，說(shuō)明液壓熊的油路結(jié)構(gòu)，元件的參數(shù)都是合理的，滿足要求。</p><p>　?。ǘ┮簤合到y(tǒng)的發(fā)熱和溫升計(jì)算</p><p>　　在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進(jìn)階段造成的，故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。</p><p>　　工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率如

41、前面計(jì)算</p><p>　　工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率</p><p>　　系統(tǒng)總發(fā)熱功率φ為：</p><p>　　已知油箱容積，則按式（8-12）油箱近似散熱面積A為</p><p>　　假定通風(fēng)良好，取油箱散熱系數(shù)，則按式（8-11）可得油液溫升為</p><p>　　設(shè)環(huán)境溫度,則熱平衡溫度為</p>

42、<p>　　所以油箱的散熱基本可達(dá)到要求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 許福玲、陳堯明. 液壓與氣壓傳動(dòng)（第三版）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[2] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008 </p>