臥式鉆床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含圖紙】

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目錄 1. 負(fù)載分析 ...............................................................................................................................................................2 2. 繪制液壓工況（負(fù)載速度）圖 ...........................................................................................................................3 3. 初步確定液壓缸的參數(shù) .......................................................................................................................................3 3.1. 初選液壓缸的工作壓力： .........................................................................................................................3 3.2. 計(jì)算液壓缸尺寸： .....................................................................................................................................4 3.3. 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量及功率： .....................................................................4 3.4. 繪制液壓缸工況圖 .....................................................................................................................................5 4. 擬定液壓系 ...........................................................................................................................................................5 4.1. 選擇液壓回路 .............................................................................................................................................5 4.2. 液壓系統(tǒng)的組合 .........................................................................................................................................5 5. 液壓元件的計(jì)算和選擇 .......................................................................................................................................7 5.1. 確定液壓泵的容量及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率： .................................................................................................7 5.2. 液壓泵的流量 .............................................................................................................................................7 5.3. 選擇電動(dòng)機(jī) .................................................................................................................................................7 5.4. 元件選擇 .....................................................................................................................................................8 5.5. 確定管道尺寸 .............................................................................................................................................8 5.6. 確定油箱容積： .........................................................................................................................................8 6. 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 .......................................................................................................................................9 6.1. 判斷油流狀態(tài) .............................................................................................................................................9 6.2. 沿程壓力損失 .............................................................................................................................................9 6.3. 局部壓力損失 ...........................................................................................................................................10 7. 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算 .............................................................................................................................11 7.1. 液壓泵的輸入功率 ...................................................................................................................................11 7.2. 有效功率 ...................................................................................................................................................11 7.3. 系統(tǒng)發(fā)熱功率 ...........................................................................................................................................11 7.4. 散熱面積 ...................................................................................................................................................11 7.5. 油液溫升 ...................................................................................................................................................11 8. 參考文獻(xiàn)： .........................................................................................................................................................12 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 1 1. 負(fù)載分析 1.切削力： Ft=16000N 2.導(dǎo)軌摩擦阻力 靜摩擦力： = =0.2 20000 = 4000NfsFWS 動(dòng)摩擦力： = =0.1 20000 = 2000Nfd 目錄 1. 負(fù)載分析 ...............................................................................................................................................................2 2. 繪制液壓工況（負(fù)載速度）圖 ...........................................................................................................................3 3. 初步確定液壓缸的參數(shù) .......................................................................................................................................3 3.1. 初選液壓缸的工作壓力： .........................................................................................................................3 3.2. 計(jì)算液壓缸尺寸： .....................................................................................................................................4 3.3. 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量及功率： .....................................................................4 3.4. 繪制液壓缸工況圖 .....................................................................................................................................5 4. 擬定液壓系 ...........................................................................................................................................................5 4.1. 選擇液壓回路 .............................................................................................................................................5 4.2. 液壓系統(tǒng)的組合 .........................................................................................................................................5 5. 液壓元件的計(jì)算和選擇 .......................................................................................................................................7 5.1. 確定液壓泵的容量及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率： .................................................................................................7 5.2. 液壓泵的流量 .............................................................................................................................................7 5.3. 選擇電動(dòng)機(jī) .................................................................................................................................................7 5.4. 元件選擇 .....................................................................................................................................................8 5.5. 確定管道尺寸 .............................................................................................................................................8 5.6. 確定油箱容積： .........................................................................................................................................8 6. 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 .......................................................................................................................................9 6.1. 判斷油流狀態(tài) .............................................................................................................................................9 6.2. 沿程壓力損失 .............................................................................................................................................9 6.3. 局部壓力損失 ...........................................................................................................................................10 7. 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算 .............................................................................................................................11 7.1. 液壓泵的輸入功率 ...................................................................................................................................11 7.2. 有效功率 ...................................................................................................................................................11 7.3. 系統(tǒng)發(fā)熱功率 ...........................................................................................................................................11 7.4. 散熱面積 ...................................................................................................................................................11 7.5. 油液溫升 ...................................................................................................................................................11 8. 參考文獻(xiàn)： .........................................................................................................................................................12 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 1 1. 負(fù)載分析 1.切削力： Ft=16000N 2.導(dǎo)軌摩擦阻力 靜摩擦力： fsF = WS=0.2 20000 = 4000N 動(dòng)摩擦力： = d =0.1 20000 = 2000Nf 3.慣性阻力 （1）動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)慣性阻力 mF,動(dòng)力滑臺(tái)啟動(dòng)加速、反向啟動(dòng)加速和快退減速制動(dòng)的加 速度相等， sv/15.0， st20.NtgwFm153.8.9 （2）動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)慣性阻力 mF ,動(dòng)力滑臺(tái)由于轉(zhuǎn)換到制動(dòng)是減速，取 smv/1074，st0. NtvgwFm 14.720.8.920 液壓缸各動(dòng)作階段負(fù)載列表如下： 工況 計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載F（N） 液壓缸推力 （ ）mF 啟動(dòng) F= WfS 5000 5556 加速 F = + dm6326 7029 快進(jìn) F= f 2500 2778 工進(jìn) F= +td18000 20000 制動(dòng) F = Wfm2483 2759 快退 F= d 2500 2778 制動(dòng) F = fm1326 1473 注：液壓缸機(jī)械效率： 。0.9 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 2 2. 繪制液壓工況（負(fù)載速度）圖 根據(jù)計(jì)算的液壓負(fù)載和各階段工作行程、速度，可繪制液壓缸的 FT 與 Vt 圖 快進(jìn) = =1vL0.527s 工進(jìn) = =tmax2in24.153s = =n2vax230.87 快退 = =t3L.45s 液壓缸負(fù)載圖和速度圖 3. 初步確定液壓缸的參數(shù) 3.1. 初選液壓缸的工作壓力： 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)工作壓力，一般為（3050） Pa,這里選 =44 Pa,為防止鉆5101P50 通孔時(shí)動(dòng)力滑臺(tái)發(fā)生前沖，液壓缸回油腔應(yīng)有背壓，背壓 =2 Pa。初步定快進(jìn)快退25 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 3 回油壓力損失 =5 Pa2P510 3.2. 計(jì)算液壓缸尺寸： 選定液壓缸前、后腔有效面積比為 2：1，則液壓缸無桿腔工作面積 1A = = 取 A1=501A20PF42508.106(4)m240m 液壓內(nèi)徑 D= =142.5 取標(biāo)準(zhǔn)值 D=8.0 m20 活塞桿直徑 d=0.7D 5.6 m21 液壓缸尺寸取標(biāo)準(zhǔn)值之后的有效工作面積 無桿腔面積 = = x(8.0 ) =391A42D20241 有桿腔面積 = = (8.0 )2d46.524106.50m 活塞桿面積 = - =13.43122m 3.3. 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量及功率： 表中 為液壓缸的驅(qū)動(dòng)力。 0F 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量及功率見下表 工況 計(jì)算公式 （0F N） 2P （ Pa51 ） 1 （ Pa50 ） Q （ 31 /s）mP(N) 快 進(jìn) 啟動(dòng) 加速 快進(jìn) = +1P30AF2 Q= 1v P= Q 5556 7029 2778 0 5 5 41.4 57.4 25.7 0.2 0.514 510 工進(jìn) = +1P0AF2 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 4 Q= 1A2v P= QP 20000 6 57.2 0.12 0.686 510 快 退 啟動(dòng) 加速 快退 制動(dòng) = +2120AF 5556 7029 2778 -1473 0 5 21.7 27.4 15.8 -0.75 0.3 0.721 510 3.4. 繪制液壓缸工況圖 液壓缸工況圖 4. 擬定液壓系 4.1. 選擇液壓回路 （1）調(diào)速方式的選擇 鉆孔床工作時(shí)，要求低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好；速度負(fù)載性好，從圖 a 中可看出液壓缸快進(jìn)和工 進(jìn)時(shí)功率都較小，負(fù)載變化也較小，因此采用調(diào)速閥的的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。為防止工 作負(fù)載突然消失（鉆通孔）引起前沖現(xiàn)象，在回油路上加背壓閥。 （2）快速回路和速度換接方式的選擇 我們選用差動(dòng)液壓缸實(shí)現(xiàn)“快，慢，快”的回路。圖 b 進(jìn)口節(jié)流一次進(jìn)給回路。 （3）油源的選擇： 系統(tǒng)特點(diǎn)從圖 a 可看出快進(jìn)時(shí)低壓大流量時(shí)間短，工進(jìn)時(shí)高壓小流量時(shí)間長(zhǎng)。所以采用 雙聯(lián)葉片泵或限壓式變量泵。 4.2. 液壓系統(tǒng)的組合 選擇基本回路后，按擬定液壓系統(tǒng)圖的幾個(gè)注意點(diǎn)，可以組成一個(gè)完整的系統(tǒng)圖。圖中 為了使液壓缸快進(jìn)時(shí)實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，工進(jìn)時(shí)主油路和回油路隔離，在系統(tǒng)中增設(shè)一個(gè)單 向閥 11 及液控順序閥 8，在液壓泵和電磁換向閥 3 的出口處，分別增設(shè)單向閥 9 和 12， 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 5 以免當(dāng)液壓系統(tǒng)較長(zhǎng)時(shí)間不工作時(shí)，壓力油流回油箱，形成真空。為了過載保護(hù)或行程 終了利用壓力繼電器 13。 組合成液壓系統(tǒng)圖組合的液壓系統(tǒng)圖。如圖所示。 液壓系統(tǒng)圖 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 6 5. 液壓元件的計(jì)算和選擇 5.1. 確定液壓泵的容量及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率： （1） 、計(jì)算液壓泵的工作壓力與流量： 進(jìn)油壓力損失為 57.2 Pa，系統(tǒng)采用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，選取進(jìn)油管壓力損失為 8510 Pa，由于采用壓力繼電器，溢流閥的調(diào)整壓力一般應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大 5 Pa，50 10 所以泵的最高工作壓力為 551(57.28)106.2pPPa 這是小流量泵的最高工作壓力（穩(wěn)定） ，即溢流閥的調(diào)整工作壓力 液壓泵的公稱工作壓力 為n51.25.60.271np aPp 大流量泵只在快進(jìn)時(shí)向液壓缸輸出，液壓缸快退時(shí)的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，這時(shí)壓力油 不通過調(diào)速閥，進(jìn)油路較簡(jiǎn)單，但流經(jīng)管道和閥的油流量較大，取進(jìn)油路壓力損失為 5 Pa，所以快退時(shí)，泵的最高工作壓力為510552(1.8)02.81p Pa 這是大流量泵的最高工作壓力，也是調(diào)整控順序閥 7 和 8 的參考數(shù)據(jù)。 5.2. 液壓泵的流量 由圖可知，最大流量在快進(jìn)時(shí)，其值為 30.21/ms3()max1.50/pQK 最小流量在工作時(shí)，其值為 0.12 ，為了保證工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)壓力較穩(wěn)定，應(yīng)考慮溢3/s 流閥有一定的最小流量，取最小溢流量為 0.077 ，所以小流量泵應(yīng)取 0.197310/ms 。310/ms 根據(jù)以上計(jì)算數(shù)值，選用公稱流量為 0.2 ，0.15 ；公稱壓力為 803/s3/s 的雙聯(lián)葉片泵。5ap 5.3. 選擇電動(dòng)機(jī) 最大功率出現(xiàn)在快退階段 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 7 53212()0.81(.201)9717pPQW 最后選用功率為 的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)電機(jī)。3.W 5.4. 元件選擇 根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過閥的實(shí)際流量，選擇各液壓元件和輔助元件的規(guī)格。 5.5. 確定管道尺寸 由于系統(tǒng)采用液壓缸的差動(dòng)連接，油管內(nèi)通油量較大，實(shí)際流量 ，取允30.51/Qms 許流速 ，則主壓力油管 d 為5/vms3340.511.3.0()Qd mv 元整取 d=12cm，壁厚查表。 選用 的 10 號(hào)冷拔無縫鋼管。12 其它進(jìn)油管、回油管和吸油管，按元件連接口尺寸，測(cè)壓管選用 紫鋼管。43 5.6. 確定油箱容積： 33(57)1501nVQm 所選液壓元件的說明 編 號(hào) 元件名稱 參數(shù)說明 型號(hào) 葉片泵 510Pa 葉片泵 Pa 三位五通電磁閥 Lmin 調(diào)速閥 iA x Q F- E 1 0 B 溢流閥 i 背壓閥 Lmin 液動(dòng)順序閥 i 液動(dòng)順序閥 Lin 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 8 單向閥 Lmin 單向閥 i 單向閥 Lin 單向閥 mi 壓力繼電器 510Pa 壓力表開關(guān) 5Pa 1 濾油器 公稱流量 Lmin 6. 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 由于同類液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，所以一般不必驗(yàn)算壓力損失值。 下面僅驗(yàn)算工進(jìn)時(shí)管路壓力損失： 進(jìn)、回油管長(zhǎng)均為 L1.5m，油管內(nèi)徑 d= 。通過流量 Q=0.12 /s，選用3120m310m 20 號(hào)機(jī)械油，考慮最低工作溫度為 15 ，v=1.5 /sc2 6.1. 判斷油流狀態(tài) = =85<2320eRdvQ273.130 流動(dòng)狀態(tài)為層流 6.2. 沿程壓力損失 進(jìn)油路上 4.8/minL 514401.5.80212vQPPad 回油路上 （液壓缸 ）2./i1A5448..vL （如果采用沿程損失公式，結(jié)果是一樣的） 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 9 但由于是差動(dòng)油缸，所以回油路的壓力損失只有一半折合到進(jìn)油腔。 551(0.42.1)0.21P 6.3. 局部壓力損失 系統(tǒng)采用集成塊的液壓裝置，僅考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。下表為工進(jìn) 時(shí)油流通過各種閥的流量和壓力損失。 閥的流量和壓力損失 編 號(hào) 名稱 圖號(hào) 實(shí)際流量 Q /60 /s310m公稱流量 /60 /sn310m公稱壓力損失 PanP510 1 2 3 4 5 單向閥 三位五通電磁閥單 向行程調(diào)速閥液動(dòng) 順序閥 液動(dòng)順序閥 4.8 4.8 4.8 2.4 2.4 25 25 25 25 10 2 2 5 1.5 5 各閥局部壓力損失之和 222554.8..4()()0.51()0.618.4305vP Pa 取油流取油流通過集成塊時(shí)壓力損失 0.31Jp552(84.2)08.71Pa90 這個(gè)數(shù)值加上液壓缸的工作壓力和壓力繼電器要求系統(tǒng)調(diào)高的壓力（取其值為 5 Pa） ，10 可作為溢流閥調(diào)整壓力的參考數(shù)據(jù)。 510p 式中 1液壓缸工進(jìn)時(shí)克服外負(fù)載所需壓力 = = 01FA45210 所以 p=(50+8.955+5) =63.955 pa55 這個(gè)數(shù)值比估算的溢流閥調(diào)整壓力值 稍小。因此，主油路上元件和油管直徑均710Pa 可不變 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 10 7. 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算 由圖可知，該系統(tǒng)主要工作時(shí)間是工進(jìn)工況。主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱，所以按工進(jìn)工況 驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。 7.1. 液壓泵的輸入功率 工進(jìn)時(shí)小流量泵的壓力 ，流量 ，小流量泵功率為5160.2pPa310.5/pQms1 2.7pPQ 工進(jìn)時(shí)大流量泵卸荷，順序閥的壓力損失 ，即大流量泵的工作壓力51.0pPa ，流量 ，大流量泵功率 2p為521.0pPa320.15/Pms2 = = PpQ20.7 雙聯(lián)泵總輸入功率 = + =1202+30=1232i12 7.2. 有效功率 工進(jìn)時(shí)，液壓缸的負(fù)載 F=18000N ，取工進(jìn)速度 v= 31.670/ms 輸出功率 =FV=18000 x0.00167=30.060p 7.3. 系統(tǒng)發(fā)熱功率 = + = hi0123.0612 7.4. 散熱面積 A=0.065 =1.44732v 7.5. 油液溫升 如果采用風(fēng)冷、取散熱系數(shù) 205/TCWm013.2.47hTPA 設(shè)夏天室溫為 30 ，則油溫為 30+33.2=63.2 ，沒有超過最高允許油溫（50--70 C）0 0C 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 11 8. 參考文獻(xiàn)： 1、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)下冊(cè)：液壓傳動(dòng)和氣動(dòng)，北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，1983， 機(jī)械 設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫組編 2、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：?jiǎn)涡斜疽簤簜鲃?dòng)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1 成大先主編 3、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)：液壓傳動(dòng)和氣動(dòng)，北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，1983， 機(jī)械 設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫組編 4、液壓傳動(dòng)，哈爾濱：黑龍江教育出版社，1995.10，武華，米伯林主編 5、液壓傳動(dòng)輔導(dǎo)教材.北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1986，中央電大液壓傳動(dòng)輔導(dǎo) 教材編寫小組編 6、機(jī)床液壓傳動(dòng).哈爾濱工程大學(xué)出版社，1998.2，武華，米伯林主編 機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 12