臥式雙面銑削組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、徐沏兀程摯院 機(jī)電工程學(xué)院 《液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)》 說明書 課題名稱： 臥式雙面銃削組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 吳國偉 學(xué)號(hào)： 20100607225 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 班級(jí)： 10機(jī)電二班 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 2013年 6月 23日 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 1設(shè)計(jì)題目臥式雙面銑削組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 2 工況分析 1 2.1負(fù)載分析 ..1 3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3 3.1液壓缸參數(shù)計(jì)算 3 3.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖 6 3.3液壓元件的選擇 10 3.3.2閥類元件及輔助元件的選擇 .1

2、1 3.3.3油管的選擇 .12 4 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 14 4.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 14 4.2油液溫升計(jì)算 16 5 設(shè)計(jì)小結(jié) ...17 參考文獻(xiàn) .17 # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 計(jì)算說明 結(jié) 論 1.設(shè)計(jì)題目臥式雙面銑削組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 試設(shè)計(jì)臥式雙面銑削組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)。機(jī)床的加工對(duì)象為鑄鐵變速箱箱 體，動(dòng)作順序?yàn)閵A緊缸夾緊T工作臺(tái)快速趨近工件T工作臺(tái)進(jìn)給T工作臺(tái)快 退-夾緊缸松開-原位停止。工作臺(tái)移動(dòng)部件的總質(zhì)量為 400kg，加、減速 時(shí)間為0.2s,米用平導(dǎo)軌，

3、靜、動(dòng)摩擦因數(shù) 卩s=0.2,卩d=0.1。夾緊缸行程為 30mm,夾緊力為800N,工作臺(tái)快進(jìn)行程為100mm,快進(jìn)速度為3.5m/min, 工進(jìn)行程為200mm, 工進(jìn)速度為80?300mm/min,軸向工作負(fù)載為12000N, 快退速度為6m/min。要求工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，夾緊力可調(diào)并保壓。 2工況分析 2.1負(fù)載分析 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 Ffs，動(dòng)摩擦力為Ffd,則

4、  工作負(fù)載: Ft =12000N 慣性負(fù)載: Fmi=m^ = 400 漢 3.5 =117N 心 6022 靜摩擦負(fù)載: 岀2 6 Fm2 二 m 400 200N 也 60x0.2 Ffs=0.2 400 10 =800N 動(dòng)摩擦負(fù)載: Ffd =0.1 400 10 =400N 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) 2-1。 械效率m =0.9，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見表 表2-1液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表 工況 負(fù)載組成 負(fù)載值 F/N 推力F/^m 起動(dòng) F f 800 889N

5、 加速 F =(Ffd +Fm) 517 574N 快進(jìn) F T 400 444N 工進(jìn) F =Fl +Ffd 12400 13778N 快退 F F 400 444N 根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各階段的速度，可繪制出負(fù)載圖（ F-l） 和速度圖（F-2） 3 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 13769 2,75 xl0€ = 50.07c^ P1-0.37P2 ” 13769 3xlO6 -0,37*0.5*10 6 液壓缸內(nèi)徑： 按GB/T2348-1980,取標(biāo)準(zhǔn)值 D=80mm因A仁0.37A,故活塞桿

6、直徑 d=0.607D=50m（標(biāo)準(zhǔn)直徑） 則液壓缸有效面積為： A=-DJ=-80W = 50.2W 4 4 差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，液壓缸有桿腔壓力 P2必須大于無桿腔壓力P1,其差值 估取P2-P1=0.5MPa并注意到啟動(dòng)瞬間液壓缸尚未移動(dòng)， 此時(shí)△ P=O；另 外取快退時(shí)的回油壓力損失為0.5MP&根據(jù)假定條件經(jīng)計(jì)算得到液壓缸工 作循環(huán)中各階段的壓力.流量和功率，并可繪出其工況圖 表3— 1液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值 工 計(jì)算公式 推力 回油腔 工作腔 輸入流量 輸入功率 作 F (N) 壓力 壓力 q (L/min) P (KW)

7、 階 F2(MPa) P(MPa) 段  快 進(jìn) 啟 動(dòng) 快 進(jìn) 加 速 快 進(jìn) 恒 速 F +^PA2 卩」一 A" q=v(A - A?) p = Pjq 871 0 0.44 0 0 566 1.57 1.07 變化 變 化 436 1.5 1.00 6.86 0.114 工 進(jìn) F +PjA? P廠A q=A^v P = Pjq 13769 0.8 3.228 0.4~1.5 0.21~0.8 快 退 啟 動(dòng) 快 退 F +PbA Pj _ Al q = Av

8、p = Pjq 871 0 0.284 0 0 566 0.3 0.677 變化 變化 7 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 快 退 恒 速 436 0.3 0.634 18.378 0.194 # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 注：1.差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失 5 △p=5>d0 pa,而 pb=pj+Ap 2.快退時(shí)，液壓缸有

9、桿腔進(jìn)油，壓力為 Pj，無桿腔回油，壓力為 Pb 液壓缸的工況圖: q/L/nln — 口 1 1 L7HFI WD 200 3C D 9,967 P/KW 1 0.450 LOO L/fifi O.6S0 L/mm # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 9 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 3.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖 # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 3.2.1調(diào)速回路的選擇 該機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小（＜1kw）

10、,速度較低；鉆鏜加工時(shí)連續(xù)切削，切 削力變化小，故采用節(jié)流調(diào)速的開式回路是合適的，為了增加運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn) 性，防止鉆孔時(shí)工件突然前沖，系統(tǒng)采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，并 在回油路中加背壓閥。 設(shè)計(jì) 計(jì)算說明 內(nèi)容 3?2?2油源及其壓力控制回路的選擇 該系統(tǒng)為了節(jié)能，考慮采用變量葉片泵油源供油 11 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 3.2.3快速運(yùn)動(dòng)與換向回路 由于系統(tǒng)要求快進(jìn)與快退的速度相 同，因此在雙泵供油的基礎(chǔ)上，快進(jìn)時(shí) 采用液壓缸差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路，快 退時(shí)采用液壓缸有桿腔進(jìn)油，無

11、桿腔回 油的快速運(yùn)動(dòng)回路。 3.2.4速度換接回路 由工況圖可以看出，當(dāng)動(dòng)力頭部件從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)滑臺(tái)速度變化較大， 可 選用行程閥來控制快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的速度換接，以減少液壓沖擊。 3.2.5壓力控制回路 在泵出口并聯(lián)一先導(dǎo)式溢流閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定壓溢流，同時(shí)在該溢流閥的遠(yuǎn) 程控制口連接一個(gè)二位二通電磁換向閥， 以便一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，等待裝 卸工件時(shí)，液壓泵卸載，并便于液壓泵空載下迅速啟動(dòng)。 3.2.6行程終點(diǎn)的控制方式 這臺(tái)機(jī)床用于鉆、鏜孔（通孔與 不通孔）加工，因此要求行程終 點(diǎn)的定位精度高因此在行程終點(diǎn) 采用死擋鐵停留的控制方式。 3.2.7組成液壓系統(tǒng)繪原理圖 將上述所選

12、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，即組成如下圖1-3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、背壓閥和液壓缸無腔 進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并設(shè)置 多點(diǎn)壓力表開關(guān)。這樣 只需一個(gè)壓力表即能觀 圖1-3液壓系統(tǒng)原理圖 測(cè)各點(diǎn)壓力。 液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表 3-2所示。 動(dòng)作名稱 1YA 2YA 3YA 工作臺(tái)快進(jìn) - + + 工作臺(tái)工進(jìn) - + - 工作臺(tái)快退 + - - 液壓泵卸載 - - - # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 3-2電磁鐵動(dòng)作順序表 3.3液壓元件的選擇 3

13、.3.1液壓泵 液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為 3.228MPa,如取進(jìn)油路上的壓力 損失為0.8MPa,壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力之值為 0.5MPa, 則變量泵的最大工作壓力應(yīng)為 Pp=(3.228+0.8+0.5)MPa=4.528MPa 由工況圖可知，液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為 18.378L/min ,若回路 中的泄漏按液壓缸輸入流量的10%古計(jì)，則液壓泵的總流量應(yīng)為 Qp=1.1 X 18.378L/min = 20.22L/mi n 。 由于要求工作平穩(wěn)，選取最大工作壓力為液壓泵額定壓力的 70%則液壓泵 的額定壓力為： P=Pp/0.7

14、=6.47Mpa 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取 YBX-B^ L型變量 葉片泵，其最大排量為25mL/r，壓力調(diào)節(jié)范圍為2.0 — 7.0Mpa,若取液壓泵 的容積效率 二0.9，泵的轉(zhuǎn)速為1500r/min 由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為 0.634MPa,進(jìn)油 路壓力損失0.3Mpa,流量為20.22L/min,取泵的總效率為0.75，則液壓泵驅(qū) "土釘細(xì)徐。?涼=。皿 動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出所需的功率為 心-」 根據(jù)此數(shù)值按JB/T10391-2002,，查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選取 Y90L-4型電動(dòng) 機(jī)，其額定功率P"1.5KW，額定轉(zhuǎn)

15、速5-丄500"昨。 3.3.2 閥類兀件及輔助兀件的選擇 根據(jù)閥類及輔助兀件所在油路的最大工作壓力和通過該兀件的最大實(shí)際流 量，可以選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格見表 3—3 表3——3兀件的型號(hào)及規(guī)格 序 號(hào) 元件 名稱 估計(jì)流 量 L/MIN 額定流量 L/MIN 額定壓力 MPa 額定壓降 MPa 型號(hào)、符號(hào) 變量 1 葉片 —— 25 7 YBX-欣 L 泵

16、 三位 2 四通 55 80 16 <0.5 35DF3Y-E10B 閥 3 行程 閥 60 63 16 <0.25 AXQE-Ea10B 4 調(diào)速 閥 0.4~1.5 0.2~80 16 —— AXQF-Ea10B 5 單向 閥 60 63 16 0.2 AF3-Ea10B 6 單向 閥 30 63 0.5-16 <0.2 AF3-Ea10B 液

17、控 7 順序 22 63 16 <0.3 XF3-E10B 閥 8 背壓 閥 0.2~0.8 63 16 —— YF3-E10B 9 溢流 閥 5.1 63 16 YF3-E10B 10 單向 閥 22 63 16 <0.2 AF3-Ea10B  11 過濾 器 30 63 —— <0.2 XU-63*80J 12 壓力 表開 關(guān) 16 KF3-Ea10B

18、13 單向 閥 55 63 16 <0.2 KF3-Ea10B 14 壓力 繼電 器 10 HED1KA/10 3.3.3油管的選擇 各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定， 液壓缸進(jìn)、出油管則按輸 入、輸出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵的具體選定之后液壓缸在各階段的進(jìn)、 出流量已與原定數(shù)值不冋，所以要重新計(jì)算如表 3—4所示 表3—4液壓缸的進(jìn)、出流量和運(yùn)動(dòng)速度 流量、速 度 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流 量 /(L/mi n) ? $1,10 q譽(yù)乩22 17 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書

19、# 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 3?3?4確定油箱容積: ^=^ = 7x 20. 22=141. 54L d =2 按公式 排出流 量 /(L/mi n) = 00.63*518)/50.24 =31.58 ^=(0.4-15)x30.63/50.24 = 0.24^0.91 ：3111 運(yùn)動(dòng)速 度 /(m/mi n) Vi■訥伽助 :血淵0/他陽館） =10^1 = (20,22*10)/30, 63 =6-6 由表3—4可知，該系統(tǒng)中最大壓力小于3MPa油管中的流速取3m/s。所以 由表中的數(shù)據(jù)可知所選液壓泵的型號(hào)

20、、規(guī)格適合。 19, 1 mni 占二2x 1L 96ium 則選18mn的孔徑。 q 二V可計(jì)算得液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為: 油箱容積按《液壓傳動(dòng)》式（7-8 ）估算，當(dāng)取 ，求得 19 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 按JB/T7938-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值 V=250Lo 4液壓系統(tǒng)性能

21、驗(yàn)算 4.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 (1) 快進(jìn) 滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，進(jìn)油路上油液通過單向閥 10的流量是 22L/MIN，通過電液換向閥2的流量是20.22L/MIN，然后與液壓缸的有桿腔 的回油匯合，以流量51.80L/min通過行程閥3并進(jìn)入無桿腔。因此進(jìn)油路 上的總壓降為 工昭= 0.2x^||y +0.5 5 ^80 MPa —(Q.Q244- 口* 032-l-a. 203) ATRa 二 D” 25S MPa 此值不大，不會(huì)使壓力閥開啟，故能確保兩個(gè)泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。 回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥 2和單向閥6的流量都

22、是 28.2L/min ,然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥 3流入無桿腔。由此可算 出快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力P2和無桿腔壓力P1之差。 此值小于原估計(jì)值0.5Mpa,所以是偏安全的 (2) 工 進(jìn) 工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥 2的流量為0.4~1.5L/min，在調(diào) 速閥4處的壓力損失為 0.5Mpa;油液在回油路上通過換向閥 2的流量為 0.20~0.76L/min，在背壓閥8處的壓力損失為0.5MPa,通過順序閥7的流量 為22.2~22.76L/min，因此這時(shí)液壓缸回油腔壓力 P?為 此值大于原估計(jì)值0.5Mpa,則重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力 A\ 50.24 x

23、lO^xlO6 3. 07 與原計(jì)算數(shù)值 21 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 3.761MPa 相近 考慮到壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓差 3e=O.5Mpa，故溢流閥 9的調(diào)壓 (3) 快退 快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過單向閥 5的流量為22L/min，通過換向閥2的 流量為20.22L/MIN ;油液在回路上通過單向閥5、換向閥2和單向閥13的 流量都是33.17L/min。一次進(jìn)油路上的總壓降為: (22] 3 (20.22 0 2x +0 5x I 1 80 J

24、 J S A^vi = MPa = 0. 0534 # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 此值較小，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。回油路上的總壓降是 ①” 17 f (33. 0.2x + 0 5x I 63丿 I 80 J + 0_2 x 0. 01968 IPa # 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 23 徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 所以，快退時(shí)液壓泵的最大工作壓力: # 徐州工程學(xué)院機(jī)電

25、工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 P?= P1 + EAA1= (Q.8O94--O53)MP=O- 862 MPa 因此主泵卸荷的順序閥7調(diào)壓應(yīng)大于0.862Mpa. 4.2油液溫升計(jì)算 工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)間比例達(dá) 95%所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可 用工進(jìn)的情況來計(jì)算。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為： 】沁嚴(yán)⑼耐=a0068^ 105x60 此時(shí)泵在高壓下供油，所以它的輸入功率為： % 3* 228*10s *=1. 5*10"3 = 腦 0.75x ]0-3 *60 二 a 1 KW 系統(tǒng)效率0.0088， 由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為： 耳二珂*

26、(1 - n ) -0.1+ (10,0083)=0,1 溫升近似值如下： AT =(01 * 103)/^(250)2C= 2. 52 C 溫升沒有超出范圍，液壓系統(tǒng)中不需設(shè)置冷卻器。 5設(shè)計(jì)小結(jié) 在這不到一周的課程設(shè)計(jì)中，能學(xué)到的東西真的很有限，但無疑來說 收獲還是巨大的，我想我知道了一般機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架而且我也掌握 了設(shè)計(jì) 個(gè)液壓系統(tǒng)的步驟，我想本次課程設(shè)計(jì)是我們對(duì)所學(xué)知識(shí)運(yùn)用的 次嘗試，是我們?cè)谝簤褐R(shí)學(xué)習(xí)方面的一次有意義的實(shí)踐。 在本次課程設(shè)計(jì)中，我完成了自己的設(shè)計(jì)任務(wù)，通過這次設(shè)計(jì)，弄懂 了一些以前書本中難以理解的內(nèi)容， 加深了對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的鞏固。 在設(shè)計(jì) 中，通過老師的指導(dǎo)，使自己在設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)技能等方面都得 到了一次良好的訓(xùn)練。 6參考文獻(xiàn) [1] 王積偉 章宏甲主編 液壓傳動(dòng) 機(jī)械工業(yè)出版社 [2] 賈明新主編?液壓傳動(dòng)與控制解難和練習(xí).北京：國防工業(yè)出版社. 2003 [3] 液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)（電子版R1.0）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 27