臥式鉆鏜動力頭液壓系統(tǒng)課程教學(xué)設(shè)計

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1、 COLLEGE OFSCIEMCF AND TECHNOLOGY HfJGT 課程設(shè)計說明書 課程名稱： 液壓與氣壓傳動 設(shè)計題目：臥式鉆鏜組合機床動力頭工作循環(huán)液壓 系統(tǒng) 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班級:機設(shè)1204 學(xué)生姓名： 學(xué)號: 指導(dǎo)教師： 劉忠偉 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院教務(wù)部制 2015年1月5日 目錄 設(shè)計的目的和要求： 1 1. 工況分析 2 1.1. 負載分析 2 1.2. 液壓缸的推力 2 2. 液壓缸計算 4 2.1. 選取工作壓力及背壓力 4 2.2. 液壓缸各截面積 4 2.3. 計算液壓缸

2、各工作階段壓力、流量和功率 5 3. 設(shè)計臥式鉆鏜組合機床的液壓動力滑臺電磁鐵動作表 7 4. 液壓元件設(shè)計計算與選擇 8 4.1. 液壓泵工作壓力、流量、驅(qū)動功率計算 8 4.2. 電動機的驅(qū)動功率 8 4.3. 油管尺寸 9 4.4. 油箱容積 9 5. 液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證 1..0.. 5.1. 工進時的壓力損失驗算和小流量泵壓力的調(diào)整 10 5.2. 局部壓力損失 1..1.. 5.3. 系統(tǒng)熱能工況的穩(wěn)定性校核 1..1 總結(jié) 1..3 參考文獻 1..3 設(shè)計的目的和要求： (1) 工作循環(huán)：“快進T工進T快

3、退T原位停止” 。 (2) 一臥式鉆鏜組合機床動力頭要完成工進-快進-快退-原位 停止的工作循環(huán)，最大切削力為 F= 12000N，動力頭自重 FG = 20000N，工作進給要求能在0.02?1.2m/min 范圍內(nèi)無級調(diào)速，快 進、快退速度為 6m/min ，工進行程為 100mm ，快進行程為 300mm ， 導(dǎo)軌型式為平導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)取fs = 0.2 , fd = 0.1 ;往復(fù)運動的加 速減速實踐要求不大于0.5s。試設(shè)計該液壓系統(tǒng)。 1. 工況分析 1.1.負載分析 切削推力： Ft=12000N 靜摩擦力： Fa= faG=0.2 X20000=4000N

4、 動摩擦力： Fd= fd G=0.1 X20000=2000N 啟動慣性力： Fm m V G V =680.27N t g t 12液壓缸的推力 啟動推力： 加速推力： 快進推力： 工進推力： F啟=Fa/ n= 4444.44N F加 = ( Fd + Fm ) / n=2978.08N F快 = Fd / n=2222.22N F工=(Ft+ Fd) / n=15555.55N 反向啟動過程作用力與F啟、F加、F快大小相同，方向相反。 液壓缸在各工作階段的負載（單位：N ） 工況 負載組成 負載值F 總機械負載 F=F/ m 起動 F = Ffs

5、 4000N 4444.44N 加速 F = Ffd + Fm 2680.27N 2978.08N 快進 F = Ffd 2000N 2222.22 N 工進 F = Ffd + Ft 14000N 15555.55N 反向起動 F = Ffs 4000N 4444.44 N 加速 F = Ffd + Fm 2680.27 N 2978.08N  快退 F = Ffd 2000 N 2222.22N 工況運行圖如下: 1大流量泵2小流量泵3單向閥4順序閥5溢流閥 6三位四通電磁換向閥 7單向閥8調(diào)速閥9液控單向閥 1

6、0行程閥11壓力繼電器12液壓缸13行程開關(guān) 14溢流閥 2?液壓缸計算 2.1. 選取工作壓力及背壓力 F工= 15555.55N,選取p=4MPa，為防止加工結(jié)束動力頭突然前 沖，設(shè)回油有背壓閥或調(diào)速閥，取背壓 P2=0.8MPa。 取液壓缸無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的 2倍 F / m A1P1 A2P2 A1P1 (Ai/2) P2 式中：F——負載力 m——液壓缸機械效率 A ——液壓缸無桿腔的有效作用面積 A——液壓缸有桿腔的有效作用面積 pi ――液壓缸無桿腔壓力 P2 ――液壓有無桿腔壓力 快進和快退速度V仁V2=6m/min ，工進速度V2=

7、0.5m/min 相差很大，應(yīng)進行差動換接，因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效 作用面積可計算為 F 15555.5 3600000 4.32 10 3m2 液壓缸缸筒直徑為 D J 他 Jg=7.42mm 由于有前述差動液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系， d = 0.707 D，因此活塞桿直徑為d=0.707 X7.42 =5.25mm ，根據(jù) GB/T2348 —1993對液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸 的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為 D=80mm，活塞桿直徑為 d=50mm 。 2.2.液壓缸各截面積 此時液壓缸兩腔的實際有效

8、面積分別為: A1 D2 /4 50.27 cm2 2 2 2 A (D d )/4 30.63cm 按最低工進速度驗算液壓缸尺寸， 查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定 流量q=0.05L/min 因工進速度為0.05m/min 為最小速度，則有A > q/v=50/5 cm2 =10 cm2 因為A =50.27 cm2 >10 cm2，滿足最低速度的要求。 2.3. 計算液壓缸各工作階段壓力、流量和功率 根據(jù)液壓缸的負載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積， 可以算出 液壓缸工作過程各階段的壓力，流量和功率，在計算工進時背壓力 Pb=0.8MPa，快退時背壓力按 R=0.5MPa。

9、 工作 循環(huán) 計算公式 負載F 進油壓 力Pj 回油壓 力Pb 所需流 量Q 輸入功 率P N MPa MPa L/min kW 差動 快進 Pj =(F+ △ A 2)/ (A-A2) Q=v x( A - A2) P= Pj XQ 2222.22 1.91 2.41 11.78 0.375 工進 Pj =(f+ PA" A Q= v A P= Pj XQ 15555.55 3.36 0.8 0.30 0.016 8 快退 P=(F+ PA" A2 Q= v A2 P= Pj XQ 2222.22 1.6

10、8 0.5 18.78 0.526 注：1.差動連接時，液壓缸的回油口之間的壓力損失 p 5 105Pa， 而 pb pj p 。 2. 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為 Pj ，無桿腔回油，壓力為 Pb 。 3. 設(shè)計臥式鉆鏜組合機床的液壓動力滑臺電磁鐵動作表 電磁鐵動作表 動作 1YA 2YA 工件夾緊 一 一 快 進 + 一 工 進 + 一 快 退 一 + 工件松夾 一

11、 一 4. 液壓元件設(shè)計計算與選擇 4.1. 液壓泵工作壓力、流量、驅(qū)動功率計算 工進階段液壓缸工作壓力最大， 取進油總壓力損失 p =0.5MPa, 壓力繼電器可靠動作需要壓力差 0.5MPa, 則液壓泵最高工作壓力 Pp= p1 + p +0.5MPa=4.36MPa 因此泵的額定壓力 Pr >1.25 X4360000Pa=5.45MPa 工進時所需要流量最小是 0.30L/min, 設(shè)溢流閥最小流量為 3.0L/min, 則小流量泵的流量 qpi >(1.1 X0.30+3.0 ) L/min=3.33L/min 快進快退時液壓缸所需的最大流量為 18.78L/m

12、in, 則泵總流量 qp=1.1 xi8.78L/mi n=20.66L/mi n 。即大流量泵的流量 qp2>qp- qp1=(14.2-2.775 )L/min=17.33L/min 根據(jù)上面計算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用 YB-4/12 型的 雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力 6.3MPa ，額定轉(zhuǎn)速 960r/min 4.2. 電動機的驅(qū)動功率 系統(tǒng)為雙泵共有系統(tǒng)，其中小泵的流量 qp1= ( 4 10 3/60 ) m3/s=0.0000667 m3/s 大泵流量 q2=(0.012/60 )m3/s=0.0002 m3/s 差動快進，快退時的兩個泵同時向系統(tǒng)供油；工進

13、時，小泵向系 統(tǒng)供油，大泵卸載。 差動快進時 小泵的出口壓力損失 0.45MPa ，大泵出口損失 0.15MPa 。 小泵出口壓力 pp1=1.3MPa( 總功率 1=0.5) 大泵出口壓力 pp2=1.45MPa (總功率 2=0.5) 電動機功率 P1= pp1 q1/ 1+ pp2 q2 / 2=0.753Kw 工進時 調(diào)速閥所需要最小壓力差為 0.5MPa 。壓力繼電器可靠需要動力 差 0.5MPa 。因此工進時小泵的出口壓力 p p1= p1+0.5+0.5=4.36Pa. 大泵的卸載壓力取 pp2 =0.2MPa 小泵的總功率 1 =0.565 ；大泵總功率

14、2 =0.3 電動機功率 P2= pp1 q1/ 1+ pp2 q2 / 2 =0.648Kw 快退時 小泵出口壓力 p p1 =1.65MPa（ 總功率 1 =0.5） 大泵出口壓力 pp2 =1.8MPa（ 總功率 2 =0.51） 電動機功率 p3= pp1 q1 / 1+ pp2 q2/ 2 =0.926Kw 快退時所需的功率最大。根據(jù)查樣本選用 Y90L-6 異步電動機， 電動機功率 1.1Kw 。額定轉(zhuǎn)速 910r/min 。 4.3. 油管尺寸 根據(jù)選定的液壓閥的鏈接油口尺寸確定油管。 快進快退時油管內(nèi) 通油量最大，其實際流量為泵的額定流量的兩倍 32L/min ，

15、則液壓 缸進出油管直徑 d 按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為 15mm ，外徑為 19mm 的 10 號冷拔鋼管。 4.4. 油箱容積 油箱容積按公式計算，當(dāng)取 K為6時，求得其容積為V=7 X 16=112L ，按矩形油箱規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值 V=135L 5?液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證 5.1. 工進時的壓力損失驗算和小流量泵壓力的調(diào)整 工進時的壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整 工進時管路的流量僅為0.25L/min,因此流速很小，所以沿程壓 力損失和局部損失都非常小，可以忽略不計。這時進油路上僅考慮調(diào) 速閥的損失0.5MPa，回油路上只有背壓閥損失，小流量泵的調(diào)整壓 力 PP= Pi+0.5+0

16、.5=4.36MPa 即小流量泵的溢流閥6應(yīng)按此壓力調(diào)整。 快退時的壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整 快退時進油管和回油管長度為 1.8m，有油管直徑d=0.015m ， 通過的流量為進油路qi=16L/min= 0.267 10 3m3/s，回油路 q2 =32L/min= 0.534 10 3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號液壓油，考慮最 低工作溫度為15 C,有手冊查出此時油的運黏度 V=1.5st=1.5 cm2/s，油的密度 p=900kg/ m3，液壓系統(tǒng)元件采用集 成塊式的配置形式Re Vd 10000 12732 q/dv 則進油路中的液流雷諾數(shù)為 R=10000vd/r

17、=151<2300 回油路中液流的雷諾數(shù)為 R=302<2300 由上可知，進回油路的流動都是層流 進油路上，流速v 4Q d2 1.5m/s 則壓力損失為 p 1 =64lp v2/2Rd=0.052MPa 在回油路上，流速為進油路速的兩倍即 V=3.02m/s , 則壓力損失為 p 2=1.04MPa 52局部壓力損失 元件名稱 額定流 量 實際 流量 額定壓力 損失 實際壓力 損失 單向閥7 25 16 2 0.046 三位四通電磁 閥6 63 16 4 0.026 行程閥10 63 16 4 0.103 順序閥

18、63 16 4 0.026 取集成塊進油路的壓力損失0.03MPa，回油路壓力損失為 0.05MPa，則進油路和回油路總的壓力損失為 Pi=0.052+0.046+0.026+0.103+0.03=0.257MPa p2=0.104+0.082+0.026+0.082+0.026+0.05=0.348MPa 快退負載時液壓缸負載F=1111.11N，則快退時液壓缸的工作壓 力 p1 = ( F+ p2A)/ A2=0.934MPa 快退時工作總壓力為 pP p1 p1=1.19MPa 大流量泵卸載閥的調(diào)整壓力應(yīng)大于 1.19MPa 綜上，各種工況下世紀(jì)壓力損失都小于初選

19、的壓力損失值，而且 比較接近，說明液壓系統(tǒng)滿足要求 5.3. 系統(tǒng)熱能工況的穩(wěn)定性校核 系統(tǒng)的主要發(fā)熱是在工進階段造成的 工進時輸入功率：P =648w 工進時液壓缸的輸出功率：P2=Fv=15555.55 X 0.00265)W=41.22W 系統(tǒng)總發(fā)熱功率①二P- E=606.78W 已知油箱容積V=135L，則油箱近似散熱面積 A A= 0.0653V2 =1.71 m2 假定通風(fēng)良好，取消散熱系數(shù)Ct=0.015Kw/( m2 C )可得油液升 溫為 T =24.79 C Ct A 設(shè)環(huán)境溫度T2=25 C則熱平衡溫度為 T=T2+ T =49.79 C<5

20、5 C 所以油箱散熱可達到要求。 總結(jié) 液壓課程設(shè)計是我們機械專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練， 著 是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。 “千里之行始 于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含 義。我今天認真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為 明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。 液壓系統(tǒng)應(yīng)用在機床上， 實現(xiàn)對工作臺和夾緊工件的循環(huán)控制起 著重要的作用。對鉆鏜類組合機床，運用液壓來控制運動循環(huán)，結(jié)構(gòu) 簡單，所占空間小，而且能滿足較大的切削負載要求。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計是整機設(shè)計的有機組成部分。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計除 了具備堅實的機械基礎(chǔ)知識外

21、，還必須熟練掌握液壓傳動的專業(yè)知 識，本次任務(wù)通過分析系統(tǒng)工況，擬定液壓系統(tǒng)原理圖，并進行系統(tǒng) 參數(shù)的計算，液壓元件選擇，液壓系統(tǒng)布置，同時運用 CAD 繪制工 程圖紙。 通過這次的液壓課程設(shè)計， 使我深深體會到， 干任何事都必須耐 心，細致。這次的課程設(shè)計也使得我所學(xué)的各種知識能夠串聯(lián)在一起， 融會貫通， 也深刻的認識到了我的不足之處， 也了解到了自己的知識 面是如此的匱乏。這次課程設(shè)計讓我有了巨大的收獲。 最后，我要感謝我的老師，是您耐心的教導(dǎo)著我 ,老師您辛苦了， 謝謝您，劉老師！ 參考文獻 1. 劉忠偉 液壓與氣壓傳動 化學(xué)工業(yè)出版社 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院 課程設(shè)計資料 課程名稱： 液壓與氣壓傳動 設(shè)計題目： 臥式鉆鏜組合機床動力頭工作循環(huán)液壓 系統(tǒng) 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班級：機設(shè)1204 學(xué)生姓名： 黃建龍 學(xué)號：1212110101 指導(dǎo)教師： 劉忠偉 材料目錄 序號 名稱 數(shù)量 1 課程設(shè)計任務(wù)書 1 2 3 4 5