臥式單面鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計

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1、液壓與氣壓傳動課程設(shè)計任務(wù)書 一、主要任務(wù)與目標(biāo) 任務(wù)：臥式單面鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計一臺臥式單面鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，其工作循環(huán)是“快進(jìn)→工進(jìn)→快退→原位停止”；工作時最大軸向力為30kN，運動部件重為19.6kN；快進(jìn)、快退速度為6m/min，工進(jìn)速度為0.02～0.12m/min；最大行程400mm，其中工進(jìn)行程200mm；啟動換向時間Dt=0.2s；采用平導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)f=0.1。 目標(biāo)：通過本題目的課程設(shè)計，使學(xué)生對所學(xué)的《液壓與氣壓傳動》課程知識有一個全面深刻的認(rèn)識，熟悉液壓系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和過程；提高學(xué)生的動手能力和工程實踐能力。 二、主要內(nèi)容 （

2、1）熟悉設(shè)計任務(wù)，明確設(shè)計及目標(biāo)。 （2）根據(jù)設(shè)計要求和已學(xué)過的設(shè)計流程，擬定系統(tǒng)工作原理圖。 （3）計算各元件的參數(shù)并驗算。 （4）元件選型。 （5）編制文件，繪制速度、負(fù)載圖譜。 三、工作量要求 完成規(guī)定的任務(wù)，總字?jǐn)?shù)3000～4000字。 四、時間要求 本課程設(shè)計于2011-6-29前完成 目錄 一、負(fù)載分析1 二、負(fù)載圖和速度圖的繪制2 三、確定液壓缸的參數(shù) 4 四、擬定液壓系統(tǒng)原理圖 7 五、液壓元件的計算和選擇9 六、液壓系統(tǒng)性能的驗算12 七、設(shè)計小結(jié)13 八、設(shè)計感想14 九、參考文獻(xiàn)15 十、實驗報告16

3、 摘要 現(xiàn)如今，液壓傳動技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來與微電子、計算機(jī)技術(shù)結(jié)合，使液壓技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，機(jī)、電、液、氣一體是當(dāng)今機(jī)械設(shè)備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機(jī)械設(shè)備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術(shù)。 液壓傳動是利用液體作為介質(zhì)來傳遞能量的，液壓傳動有以下幾點：易于獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實現(xiàn)往復(fù)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)化、系列化。液壓傳動的基本目的就是用液壓介

4、質(zhì)傳遞能量，而液壓介質(zhì)的能量是由其所有的壓力及流量來表現(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方面：控制壓力、控制流量大小、控制流動方向，所以基本回路可以按照這三方面的作用分成三大類：壓力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。 作為一種高效率的兩用機(jī)床，組合機(jī)床在大批、大量機(jī)械加工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具組合而組成的半自動或自動機(jī)床。組合機(jī)床一般用多軸、多刀、多面、多方位同時加工，成本低、效率高，得到廣泛應(yīng)用。 設(shè)

5、計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 一、負(fù)載分析 1.1運動分析 按設(shè)備的工藝要求，執(zhí)行元件在完成一個工作循環(huán)的運動規(guī)律是“快進(jìn)→工進(jìn)→快退→原位停止”。用圖表示出來，一般用速度——時間（v—t）見圖1-1 1.2工作負(fù)載 由工作負(fù)載Fw =30kN，重力負(fù)載FG=0，按啟動換向時間和運動部件重量。取液壓缸機(jī)械效率ηm =0.9，則液壓缸工作階段的負(fù)載值見表1-1 Ft =25.5Ds0.8（HB）0.6 （1） 1.3慣性負(fù)載 最大慣性負(fù)載取決于移動部件的質(zhì)量和最大加速度，其中最大加速度可通過工作臺最大移動速度和加速度時間進(jìn)行計算。已知啟動換向

6、時間△t=0.2s，工作臺最大移動速度，即快進(jìn)、快退速度為6m/min，因此，慣性負(fù)載可表示為 F△t=m(V2-V1)即Fa=1000N （2） 1.4阻力負(fù)載 阻力負(fù)載主要是工作臺的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動摩擦阻力兩部。導(dǎo)軌的正壓力等于動壓力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的摩擦阻力為Ff，則 Ff=fsFn=0.119600=1960N (3) 設(shè)液壓缸的機(jī)械效率ηm=0.9，根據(jù)上述負(fù)載力計算結(jié)果，可得出液壓缸在各個工況時所受到的負(fù)載力。 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 二、負(fù)載圖和速

7、度圖的繪制 表1-1液壓缸在各個工作階段的負(fù)載值 根據(jù)負(fù)載計算結(jié)果和已知各個階段的速度，可繪制出工作循環(huán)圖1-1所示，所設(shè)計組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖可根據(jù)V1=V3=6m/min、快進(jìn)行程L1=400-200=200mm、工進(jìn)行程 L2=200mm、快退行程L3=400mm，工進(jìn)速度V2=6m/min。 快退、快進(jìn)和共進(jìn)時間可由以下公式分析求出： 快進(jìn): t1=L1/V1=2s 共進(jìn)：t2=L2/V2=2s 快退: t3=L1/V1+L3/V3=6s 綜上述所求數(shù)據(jù)可繪制

8、出速度循環(huán)圖如圖1-2，負(fù)載圖（F-t）如圖1-3所示： 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 圖1-1工作循環(huán)圖 圖1-2速度循環(huán)圖 圖1-3負(fù)載圖（F-t） 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 三、液壓缸主要參數(shù)的確定 3．1確定工作壓力 液壓缸工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器設(shè)備的類型來確定。一般來說，工作壓力選大些，可以減少液壓缸內(nèi)徑及液壓系統(tǒng)其它元件的尺寸，使整個系統(tǒng)緊湊，重量輕，但是要用價格較貴的高壓泵，并使密封復(fù)雜化，而且會導(dǎo)致?lián)Q向沖擊大等缺點；若工作壓力選的過小，就會增大液壓缸的內(nèi)徑和其它液壓元件的尺寸，但密封簡單。所以

9、應(yīng)根據(jù)實際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?，設(shè)計時可用類比法來確定，參考下表3-1，表3-2。 取液壓缸工作壓力為4MPa。 負(fù)載/KN ＜5 5～10 10～20 20～30 30～50 ＞50 系統(tǒng)壓力/MPa ＜0．8～1 1.6～2 2.5～3 3～4 4～5 ＞5～7 表3-2 按負(fù)載選擇系統(tǒng)工作壓力 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 設(shè)備類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車工業(yè)、小型工程機(jī)械及輔助機(jī)械 工程機(jī)械 重型

10、機(jī)械 鍛壓機(jī)械 液壓支架 船用機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 牛頭刨床 插床 齒輪加工機(jī)床 車床 銑床 鏜床 機(jī)床 拉床 龍門刨床 壓力/MPa ＜2.5 ＜6.3 2.5～6.3 ＜10 10～16 16～32 14～25 表3-2 按主機(jī)類型選擇系統(tǒng)工作壓力 3.2 確定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 為使液壓缸快進(jìn)與快退速度相等，選用單出桿活塞缸差動連接的方式實現(xiàn)快進(jìn)，設(shè)液壓缸兩有效面積為A1和A2，且A1=2 A2，即d=0.707D。為防止鉆通時發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓p2取0.6MPa，而液壓缸快退時背壓取0.5MPa。 由工進(jìn)工況下液

11、壓缸的平衡力平衡方程p1 A1= p2 A2+F，可得： A1=F/（p1－0.5p2）=35511/（4106－0.50.6106）cm2 ≈96cm2 （4） 液壓缸內(nèi)徑D就為：D= 11.06cm 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 對D圓整，取D=110mm。由d=0.707D，經(jīng)圓整得d=80mm。計算出液壓缸的有效工作面積A1=95cm2， A2=44.77 cm2。工進(jìn)時采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量 qmin=0.05L/min，設(shè)計要求最低工進(jìn)速度 vmin=20mm/min 3.3 計算液

12、壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 差動時液壓缸有桿腔壓力大于無桿腔壓力，取兩腔間回路及閥的壓力損失為0.5MPa，則p2= p1+0.5MPa。計算結(jié)果見表3-3。 工作循環(huán) 計算公式 負(fù)載 F KN 回油背壓p2Mpa 進(jìn)油壓力p2Mpa 輸入流量 q110-3m3/s 輸入功率 p kM 快啟速 進(jìn)恒速 p1=F+A2(p2-p1)/（A1-A2） q1=（A1-A2）V2 P=p2q2 3289 2178 p2=p2+0.5 1.10 0.88 — 0.50 — 0.44 工進(jìn)

13、p1=（F+A2p2）/A2 q1=A2V2 p=q2p2 35511 0.6 4.02 0.0031~ 0.019 0.012~ 0.076 快啟速 退恒速 p1=（F+A2p2）/A2 q2=A2V2 p=q2p2 3289 2178 0.5 1.79 1.55 — 0.448 — 0.69 表3-3液壓缸工作循環(huán)各階段壓力、流量和功率值 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 四、擬定液壓原理系統(tǒng)圖 4.1 選擇基本回路 4.1.1調(diào)速回路：因為液壓系統(tǒng)功率較小，且只有正值負(fù)載，所以選用

14、進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。為有較好的低速平穩(wěn)性和速度負(fù)載特性，可選用調(diào)速閥調(diào)速，并在液壓缸回路上設(shè)置背壓。 4.1.2泵供油回路：由于系統(tǒng)最大流量與最小流量比為156，且在整個工作循環(huán)過程中的絕大部分時間里泵在高壓小流量狀態(tài)下工作，為此應(yīng)采用雙聯(lián)泵（或限壓式變量泵），以節(jié)省能源提高效率。 4.1.3速度換接回路和快速回路：由于快進(jìn)速度與工進(jìn)速度相差很大，為了換接平穩(wěn)，選用行程閥控制的換接回路?？焖龠\動通過差動回路來實現(xiàn)。 4.1.4換向回路：為了換向平穩(wěn)，選用電液換向閥。為便于實現(xiàn)液壓缸中位停止和差動連接，采用三位五通閥。 4.1.5壓力控制回路：系統(tǒng)在工作狀態(tài)時高壓小流量泵的工作壓力由溢流閥

15、調(diào)整，同時用外控順序閥實現(xiàn)低壓大流量泵卸荷。 4.2 回路合成 對選定的基本回路在合成時，有必要進(jìn)行整理、修改和歸并。具體方法為： 4.2.1防止工作進(jìn)給時液壓缸進(jìn)油路、回油路相通，需接入單向閥7。 4.2.2要實現(xiàn)差動快進(jìn)，必須在回油路上設(shè)置液控順序閥9，以阻止油液流回油箱。此閥通過位置調(diào)整后與低壓大流量泵的卸荷閥合二為一。 4.2.3為防止機(jī)床停止工作時系統(tǒng)中的油液回油箱，應(yīng)增設(shè)單向閥。 4.2.4設(shè)置壓力表開關(guān)及壓力表。 合并后完整的液壓系統(tǒng)如圖4-1所示。 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 圖4-1液壓系統(tǒng)原理圖

16、 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 五、液壓元件的計算和選擇 5.1 液壓泵及驅(qū)動功率的確定 5.1.1確定液壓泵的最高工作壓力pp 液壓泵的最高工作壓力就是在系統(tǒng)正常工作時所能提供的最高壓力，對于定量泵系統(tǒng)來說，這個壓力是由溢流閥調(diào)定的；對于變量泵系統(tǒng)來說，這個工作壓力是與泵的特性曲線上的流量相對應(yīng)的，液壓泵的最高工作壓力是選擇液壓泵型號的重要依據(jù)。 考慮到正常工作時，進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為： pp≥p1+∑△p1 (5) 式中： pp——液壓泵最大工作壓力 p1——執(zhí)行元件最大工作壓

17、力 ∑△p1——進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時一般有節(jié)流調(diào)速和管路簡單的系統(tǒng)取=0.2～0.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復(fù)雜的系統(tǒng)取=0.5～1.5 MPa。 根據(jù)以上得：已知液壓缸最大工作壓力為4.02MPa，取進(jìn)油路上壓力損失為1MPa，則小流量泵最高工作壓力為5.02MPa，選擇泵的額定壓力應(yīng)為pn=5.02+5.0225%=6.27MPa。大流量泵在液壓缸快退時工作壓力較高，取液壓缸快退時進(jìn)油路上壓力損失為0.4MPa，則大流量泵的最高工作壓力為1.79+0.4=2.19MPa，卸荷閥的調(diào)整壓力應(yīng)高于此值。 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 照產(chǎn)品樣本

18、可選用YB1—40/6.3雙聯(lián)葉片泵，額定轉(zhuǎn)速960r/min，容積效率ηv為0.9，大小泵的額定流量分別為34.56和5.43L/min，滿足以上要求。 5.1.4 確定液壓泵驅(qū)動功率 液壓泵在快退階段功率最大，取液壓缸進(jìn)油路上壓力損失為0.5MPa，則液壓泵輸出壓力為2.05MPa。液壓泵的總效率ηp=0.8，液壓泵流量40L/min，則液壓泵驅(qū)動調(diào)集所需的功率為： P=ppqp/ηp=2.051064010-3W=1708W (9) 據(jù)此選用Y112M—6—B5立式電動機(jī)，其額定功率為2.2kW，轉(zhuǎn)速為940r/min，液壓泵輸出流量為33.84L/min、5.33L/mi

19、n，仍能滿足系統(tǒng)要求。 5.2 閥類元件的選擇 閥類元件的選擇是根據(jù)閥的最大工作壓力和流經(jīng)閥的最大流量來選擇閥的規(guī)格。即所選用的閥類元件的額定壓力和額定流量要大于系統(tǒng)的最高工作壓力及實際通過閥的最大流量。在條件不允許時，可適當(dāng)增大通過閥的流量，但不得超過閥的額定流量的20%，否則會引起壓力損失過大。具體地講選擇壓力閥時應(yīng)考慮調(diào)壓范圍，選擇流量閥時應(yīng)注意其最小穩(wěn)定流量，選擇換向閥時除應(yīng)考慮壓力、流量外，還應(yīng)考慮其中位機(jī)能及操作方式。 5.3 確定管路尺寸 液壓缸進(jìn)、出油管的管徑應(yīng)按輸入、輸出的最大流  設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 量計算，由于液壓泵

20、具體選定之后，液壓缸在各個階段的進(jìn)、出流量以與原定數(shù)值不同，所以要重新計算。管路內(nèi)徑d按下式計算： d=（mm） （10） 式中：q——通過油管的流速； v——油管中允許的流速，一般對吸油管取0.5～1.5m/s，壓油管取2.5～5m/s，（壓力高時取大值，壓力低時取小值），回油管取1.5～2m/s。 5.4液壓油箱容積的確定 油箱的有效容積（油面高度為油箱高度的80%的容積）應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)熱、散熱平衡的原則來計算，但這只是在系統(tǒng)負(fù)載較大、長期連續(xù)工作時采用必要進(jìn)行，一般只需按液壓泵的額定流量qn估算即

21、可。 低壓系統(tǒng)中（p≤2.5MPa）：V=（2～4）qn 中壓系統(tǒng)中（p≤6.3MPa）：V=（5～7）qn （11） 高壓系統(tǒng)中（p＞6.3MPa）：V=（6～12）qn 液壓油箱的有效容積確定后，需設(shè)計液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長、寬、高）為1：1：1～1：2：3。為提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時，可將油箱的容量予以增大。  設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 六、液壓系統(tǒng)性能的驗算 6.1系統(tǒng)油液溫升驗算 系統(tǒng)在工作中絕大部分時間是處在工作階段，所以可按工作狀態(tài)來計算溫升。小流量泵工作狀態(tài)壓力為5.0

22、2MPa，流量為0.33L/min，經(jīng)計算其輸入功率為557W。 大流量泵經(jīng)外控順序閥卸荷，其工作壓力等于閥上的局部壓力損失數(shù)值Dpv。閥額定流量為63L/min，額定壓力損失為0.3MPa，大流量泵流量為33.84L/min，則： pv =0.3106[(33.84 +44.775.33/95)/63]Pa=0.1106 Pa 大流量泵的輸入功率經(jīng)計算為70.5W。 6.2 液壓缸的有效最小功率為 Po =FV=（30000+1960）0.02/60W=10.7W 系統(tǒng)單位時間內(nèi)的發(fā)熱量為 Hi = Pi－Po =557+70.5－10.7=616.8W 當(dāng)油箱的高、寬、長比

23、例在1：1：1到1：2：3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80%時，油箱散熱面積近似為： A=6.66 （12） 式中 V——油箱有效容積，單位為m3 A——散熱面積，單位為m2 取油箱有效容積V為0.25 m3,散熱系數(shù)K為15W/（m2℃），得 t= = =15.6℃ （13） 即在溫

24、升許可范圍內(nèi)。 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 七、設(shè)計小結(jié) 經(jīng)過大家一周的努力，終于有了成果，完成了此次課程設(shè)計，再一次系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)了有關(guān)液壓方面的知識 ，此次課程設(shè)計感觸良多，收獲頗豐。 通過此次課程設(shè)計，我們將理論知識與實際設(shè)計相結(jié)合，真正做到了理論聯(lián)系實際，并且學(xué)會了如何使用所學(xué)的知識 ，使我們對所學(xué)的知識有了更深刻的認(rèn)識好了解，讓我們受益匪淺。 通過本次課程設(shè)計，我們體驗了團(tuán)隊合作的重要性和必要性，設(shè)計是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，單槍匹馬是很難完成任務(wù)的，這就要求我們要有合理的分工和密切的配合，講一個個復(fù)雜問題分解為一個個小問題，然后再各個擊破，

25、只有這樣，才能設(shè)計粗話更實用的產(chǎn)品，同時也大大提高了工作效率。 從設(shè)計過程中，我復(fù)習(xí)了以前徐國的知識，Word輸入，排版的技巧，也有了掌握，這些是我最大的收獲。 設(shè)計是一個系統(tǒng)性的工程，越做到后面越發(fā)現(xiàn)自己知識的局限性，在今后的學(xué)習(xí)中還得加緊學(xué)習(xí)。 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 八、設(shè) 計感想 一周的液壓課程設(shè)計到現(xiàn)在為止終于是提前完成了任務(wù)

26、！在這次的課程設(shè)計中，可謂是收益菲淺，讓我感受到了作為一名設(shè)計師的苦與樂，一剛開始的什么都不懂的苦，與后來漸漸了解之后的樂，這樂卻讓我體會到了成功的喜悅！ 這其中，讓我感受到，精益求精,一絲不茍,發(fā)現(xiàn)問題,分析問題,解決問題的能力, 與人合作的精神，是對于設(shè)計的重要性，特別是作為象我們這些搞機(jī)械的人，頭腦時刻不能紊亂，要保持清晰，心也必須要是完全的寧靜，不浮躁！才能更加的體會到設(shè)計的趣味性．我真誠在此希望我們在接下來的機(jī)械設(shè)計的課程設(shè)計中，能夠靜下心來，一步一個腳印，腳踏實地的分析問題，解決問題！結(jié)果成功與否不重要，最重要的設(shè)計的過程，他讓你學(xué)會了很多平時學(xué)不到的東西，包括做人的道理??！ 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 九、參考文獻(xiàn) [1]劉忠，液壓傳動與控制實用技術(shù)[M].北京：北京科學(xué)出版社，1996.7 [2]楊培元，朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.6 [3]王積偉，黃誼.液壓與氣壓傳動[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.6 [4]張宏友.液壓與氣動技術(shù)[M].大連：大連理工出版社，2004 [5]袁承順.液壓與氣壓傳動[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995