臥式雙面銑削組合機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計

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1、徐沏兀程摯院 機電工程學(xué)院 《液壓與氣壓傳動課程設(shè)計》 說明書 課題名稱： 臥式雙面銃削組合機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)生姓名： 吳國偉 學(xué)號： 20100607225 專 業(yè)： 機電一體化 班級： 10機電二班 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 2013年 6月 23日 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 1設(shè)計題目臥式雙面銑削組合機床的液壓系統(tǒng)設(shè)計 1 2 工況分析 1 2.1負載分析 ..1 3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 3 3.1液壓缸參數(shù)計算 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)性能驗算 14 4.1驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 14 4.2油液溫升計算 16 5 設(shè)計小結(jié) ...17 參考文獻 .17 # 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 設(shè)計 內(nèi)容 計算說明 結(jié) 論 1.設(shè)計題目臥式雙面銑削組合機床的液壓系統(tǒng)設(shè)計 試設(shè)計臥式雙面銑削組合機床的液壓系統(tǒng)。機床的加工對象為鑄鐵變速箱箱 體，動作順序為夾緊缸夾緊T工作臺快速趨近工件T工作臺進給T工作臺快 退-夾緊缸松開-原位停止。工作臺移動部件的總質(zhì)量為 400kg，加、減速 時間為0.2s,米用平導(dǎo)軌，

3、靜、動摩擦因數(shù) 卩s=0.2,卩d=0.1。夾緊缸行程為 30mm,夾緊力為800N,工作臺快進行程為100mm,快進速度為3.5m/min, 工進行程為200mm, 工進速度為80?300mm/min,軸向工作負載為12000N, 快退速度為6m/min。要求工作臺運動平穩(wěn)，夾緊力可調(diào)并保壓。 2工況分析 2.1負載分析 負載分析中，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 力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為 Ffs，動摩擦力為Ffd,則

4、  工作負載: Ft =12000N 慣性負載: Fmi=m^ = 400 漢 3.5 =117N 心 6022 靜摩擦負載: 岀2 6 Fm2 二 m 400 200N 也 60x0.2 Ffs=0.2 400 10 =800N 動摩擦負載: Ffd =0.1 400 10 =400N 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機 2-1。 械效率m =0.9，則液壓缸在各工作階段的總機械負載可以算出，見表 表2-1液壓缸各運動階段負載表 工況 負載組成 負載值 F/N 推力F/^m 起動 F f 800 889N

5、 加速 F =(Ffd +Fm) 517 574N 快進 F T 400 444N 工進 F =Fl +Ffd 12400 13778N 快退 F F 400 444N 根據(jù)負載計算結(jié)果和已知的各階段的速度，可繪制出負載圖（ F-l） 和速度圖（F-2） 3 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 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,取標準值 D=80mm因A仁0.37A,故活塞桿

6、直徑 d=0.607D=50m（標準直徑） 則液壓缸有效面積為： A=-DJ=-80W = 50.2W 4 4 差動連接快進時，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并注意到啟動瞬間液壓缸尚未移動， 此時△ P=O；另 外取快退時的回油壓力損失為0.5MP&根據(jù)假定條件經(jīng)計算得到液壓缸工 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 啟 動 快 進 加 速 快 進 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 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 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)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 # 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 快 退 恒 速 436 0.3 0.634 18.378 0.194 # 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 注：1.差動連接時，液壓缸的回油口到進油口之間的壓力損失 5 △p=5>d0 pa,而 pb=pj+Ap 2.快退時，液壓缸有

9、桿腔進油，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)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 9 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 3.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖 # 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 3.2.1調(diào)速回路的選擇 該機床液壓系統(tǒng)的功率?。ǎ?kw）

10、,速度較低；鉆鏜加工時連續(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，為了增加運動的平穩(wěn) 性，防止鉆孔時工件突然前沖，系統(tǒng)采用調(diào)速閥的進油節(jié)流調(diào)速回路，并 在回油路中加背壓閥。 設(shè)計 計算說明 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)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 # 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 3.2.3快速運動與換向回路 由于系統(tǒng)要求快進與快退的速度相 同，因此在雙泵供油的基礎(chǔ)上，快進時 采用液壓缸差動連接快速運動回路，快 退時采用液壓缸有桿腔進油，無

11、桿腔回 油的快速運動回路。 3.2.4速度換接回路 由工況圖可以看出，當動力頭部件從快進轉(zhuǎn)為工進時滑臺速度變化較大， 可 選用行程閥來控制快進轉(zhuǎn)工進的速度換接，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，實現(xiàn)系統(tǒng)的定壓溢流，同時在該溢流閥的遠 程控制口連接一個二位二通電磁換向閥， 以便一個工作循環(huán)結(jié)束后，等待裝 卸工件時，液壓泵卸載，并便于液壓泵空載下迅速啟動。 3.2.6行程終點的控制方式 這臺機床用于鉆、鏜孔（通孔與 不通孔）加工，因此要求行程終 點的定位精度高因此在行程終點 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、定的液壓回路進行組 合，并根據(jù)要求作必要的修改補 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，在液壓泵的進口處、背壓閥和液壓缸無腔 進口處設(shè)置測壓點，并設(shè)置 多點壓力表開關(guān)。這樣 只需一個壓力表即能觀 圖1-3液壓系統(tǒng)原理圖 測各點壓力。 液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動作順序如表 3-2所示。 動作名稱 1YA 2YA 3YA 工作臺快進 - + + 工作臺工進 - + - 工作臺快退 + - - 液壓泵卸載 - - - # 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 3-2電磁鐵動作順序表 3.3液壓元件的選擇 3

13、.3.1液壓泵 液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為 3.228MPa,如取進油路上的壓力 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，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輸入功率最大，這時液壓泵工作壓力為 0.634MPa,進油 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) "土釘細徐。?涼=。皿 動電動機輸出所需的功率為 心-」 根據(jù)此數(shù)值按JB/T10391-2002,，查閱電動機產(chǎn)品樣本選取 Y90L-4型電動 機，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際流 量，可以選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表 3—3 表3——3兀件的型號及規(guī)格 序 號 元件 名稱 估計流 量 L/MIN 額定流量 L/MIN 額定壓力 MPa 額定壓降 MPa 型號、符號 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、出油管則按輸 入、輸出的最大流量計算。由于液壓泵的具體選定之后液壓缸在各階段的進、 出流量已與原定數(shù)值不冋，所以要重新計算如表 3—4所示 表3—4液壓缸的進、出流量和運動速度 流量、速 度 快進 工進 快退 輸入流 量 /(L/mi n) ? $1,10 q譽乩22 17 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書

19、# 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 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 運動速 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

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》式（7-8 ）估算，當取 ，求得 19 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 按JB/T7938-1999規(guī)定，取標準值 V=250Lo 4液壓系統(tǒng)性能

21、驗算 4.1驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 (1) 快進 滑臺快進時，液壓缸差動連接，進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并進入無桿腔。因此進油路 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，不會使壓力閥開啟，故能確保兩個泵的流量全部進入液壓缸。 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 出快進時有桿腔壓力P2和無桿腔壓力P1之差。 此值小于原估計值0.5Mpa,所以是偏安全的 (2) 工 進 工進時，油液在進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，因此這時液壓缸回油腔壓力 P?為 此值大于原估計值0.5Mpa,則重新計算工進時液壓缸進油腔壓力 A\ 50.24 x

23、lO^xlO6 3. 07 與原計算數(shù)值 21 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 # 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 3.761MPa 相近 考慮到壓力繼電器可靠動作需要壓差 3e=O.5Mpa，故溢流閥 9的調(diào)壓 (3) 快退 快退時，油液在進油路上通過單向閥 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)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 # 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 此值較小，所以液壓泵驅(qū)動電動機的功率是足夠的?；赜吐飞系目倝航凳? 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)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 23 徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 所以，快退時液壓泵的最大工作壓力: # 徐州工程學(xué)院機電

25、工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 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油液溫升計算 工進在整個工作循環(huán)中所占的時間比例達 95%所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可 用工進的情況來計算。 工進時液壓缸的有效功率為： 】沁嚴⑼耐=a0068^ 105x60 此時泵在高壓下供油，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)計小結(jié) 在這不到一周的課程設(shè)計中，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床液壓系統(tǒng)的設(shè)計框架而且我也掌握 了設(shè)計 個液壓系統(tǒng)的步驟，我想本次課程設(shè)計是我們對所學(xué)知識運用的 次嘗試，是我們在液壓知識學(xué)習方面的一次有意義的實踐。 在本次課程設(shè)計中，我完成了自己的設(shè)計任務(wù)，通過這次設(shè)計，弄懂 了一些以前書本中難以理解的內(nèi)容， 加深了對以前所學(xué)知識的鞏固。 在設(shè)計 中，通過老師的指導(dǎo)，使自己在設(shè)計思想、設(shè)計方法和設(shè)計技能等方面都得 到了一次良好的訓(xùn)練。 6參考文獻 [1] 王積偉 章宏甲主編 液壓傳動 機械工業(yè)出版社 [2] 賈明新主編?液壓傳動與控制解難和練習.北京：國防工業(yè)出版社. 2003 [3] 液壓設(shè)計手冊（電子版R1.0）.北京：機械工業(yè)出版社 27