液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說明書 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化論文

1、青島理工大學(xué)琴島學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課題名稱：液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)學(xué) 院：機(jī)電工程系專業(yè)班級(jí): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化083學(xué) 號(hào)：20080201093學(xué) 生：毛云龍指導(dǎo)老師：王鑫慧青島理工大學(xué)琴島學(xué)院教務(wù)處 2011年12月22日液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)評(píng)閱書題目液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名毛云龍學(xué)號(hào)20080201093指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日答辯評(píng)語及成績(jī)答辯教師簽名： 年 月 日教研室意見總成績(jī)： 室主任簽名： 年 月 日摘 要本次為立式雙頭鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)雙鉆頭同時(shí)快速進(jìn)給、工進(jìn)、快退的動(dòng)作，而且快進(jìn)和快退速度相等?？爝M(jìn)采用差動(dòng)連接加帶補(bǔ)正措施的串聯(lián)同

2、步回路。關(guān)鍵字：差動(dòng)連接 補(bǔ)正措施 串聯(lián) 同步回路目 錄摘 要i1設(shè)計(jì)任務(wù)12 液壓回路的工況分析22.1設(shè)計(jì)要求及工況分析22.2確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)32.3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力33 擬定液壓系統(tǒng)原理圖63.1 初選液壓件及基本回路63.2 組成液壓系統(tǒng)64計(jì)算和選擇液壓件及驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能74.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率74.2確定油管及壓力84.3驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能84.4驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升10總 結(jié)12參考文獻(xiàn)131設(shè)計(jì)任務(wù)學(xué)生通過液壓與氣壓傳動(dòng)課的課堂學(xué)習(xí)，初步掌握了基本理論知識(shí)。本課程設(shè)計(jì)即為了給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)運(yùn)用課堂理論知識(shí)，解決較復(fù)雜的問題的平臺(tái)，鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)

3、知識(shí)的能力，初步接觸一下“設(shè)計(jì)”的味道。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算是液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，包括明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)、擬定液壓系統(tǒng)原理圖、計(jì)算和選擇液壓件以及驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能等。本次設(shè)計(jì)的是一臺(tái)立式雙軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)。要求設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)斯當(dāng)鐵停留快退 停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：切削阻；運(yùn)動(dòng)部件所受重力；快進(jìn)、快退速度，工進(jìn)速度；快進(jìn)行程，工進(jìn)行程；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速時(shí)間；動(dòng)力滑臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)，動(dòng)摩擦系數(shù)。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。2 液壓回路的工況分析2.1設(shè)計(jì)要求及工況分析(1) 工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削阻力。(2

4、) 摩擦負(fù)載 靜摩擦阻力 （21）動(dòng)摩擦阻力 （22）（3）慣性負(fù)載 （23） （4）運(yùn)動(dòng)時(shí)間 快進(jìn) （24） 工進(jìn) 快退 設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力表2.1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載f/n液壓缸推力f0=f/cm/n啟 動(dòng)加 速快 進(jìn)工 進(jìn)反向啟動(dòng)加 速快 退3982836199155803982836199422315221173114223152212.2確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)1.初選液壓缸工作壓力所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表2.2和表2.3，初選液壓缸的工作壓力。2.計(jì)算液壓缸主要尺寸鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和

5、快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（）【1】，快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表2.4選此背壓為。表2.2 按負(fù)載選擇工表負(fù)載/ kn50工作壓力/mpa0.811.522.53344552.3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/mpa0.82352881010182032表2.4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥

6、的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)表2.5 按工作壓力選取d/d工作壓力/5.05.07.07.0d/d0.50.550.620.700.7表2.6 按速比要求確定d/d2/11.151.251.331.461.611d/d0.30.40.50.550.620.71注：無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度；有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。由式： 得 （25）則活塞直徑： （26）參考表2.5及2.6得，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得 d=160mm， d=110mm。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為： 查表得出 根據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，可估算出液

7、壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表2.7所列， 表2.7 液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值缸1工況推力f0/n回油腔壓力p2/mpa進(jìn)油腔壓力p1/mpa輸入流量q10-3/m3/s輸入功率p/kw計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)4220.65加速3151.120.62恒速2211.090.590.260.15工進(jìn)173110.62.725.30.014快退啟動(dòng)4220.13加速3150.51.08恒速2210.51.050.270.28缸2工況推力f0/n回油腔壓力p2/mpa進(jìn)油腔壓力p1/mpa輸入流量q10-3/m3/s輸入功率p/kw計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)4220.07加速3150.550.

8、05恒速2210.530.030.5280.016工進(jìn)173110.61.41100.014快退啟動(dòng)4220.07加速3150.50.05恒速2210.50.040.50.02注：1. p為液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取p=0.5mpa。2 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1 初選液壓件及基本回路(1) 選擇調(diào)速回路 由于這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然

9、為開式循環(huán)系統(tǒng)。(2) 選擇油源形式 在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比；其相應(yīng)的時(shí)間之比。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用限壓式變量葉片泵。(3) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。考慮到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，所以選用三位五通電液換向閥。(4) 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大，為減少速度換接時(shí)的

10、液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路。(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 在限壓式變量葉片泵的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。3.2 組成液壓系統(tǒng)將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，詳情見設(shè)計(jì)圖。4計(jì)算和選擇液壓件及驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能4.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率(1) 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表2.7可知，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差，則小流量泵的最高工作壓力估算為：（41）由表2.7可見，快退時(shí)液

11、壓缸的工作壓力為，比快進(jìn)時(shí)大?？紤]到快退時(shí)進(jìn)油不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失p=0.3mpa，則大流量泵的最高工作壓力估算為 （42）(2) 計(jì)算液壓泵的流量由表2.7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.5310-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)k=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3l/min，工進(jìn)時(shí)的流量為110-5 m3/s =0.6l/min，則小流量泵的流量最少應(yīng)為3.6l/min。(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取ybx-40限壓式變量葉片泵【2】。

12、其流量范圍為040ml/r轉(zhuǎn)速范圍6001500r/min，若取液壓泵容積效率v=0.9，流量范圍060l/min由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率p=0.8，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為 （43）根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的y100l6型電動(dòng)機(jī)【3】，其額定功率為1.5kw，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。4.2確定油管及壓力表4.1 各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量快進(jìn)工進(jìn)快退表4.1 允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 由表4.1可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合

13、設(shè)計(jì)要求。根據(jù)表4.1數(shù)值，按表4.2推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式計(jì)算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號(hào)冷拔鋼管。確定油箱油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，=24；中壓系統(tǒng)，=57；高壓系統(tǒng)，=612。現(xiàn)取=6，得4.3驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算壓力損失由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時(shí)，首先確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進(jìn)、回油管道長(zhǎng)為l=2m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度取=110-4m2/s，油液的密度取r=0.9174103kg/m3。(1)

14、判斷流動(dòng)狀態(tài)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油管路中所通過的流量以快退時(shí)回油流量q2=32l/min為最大，因?yàn)樽畲蟮睦字Z數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。(2) 計(jì)算系統(tǒng)壓力損失將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失p常按下式作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算其中的dpn由產(chǎn)品樣本查出，滑臺(tái)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退工況下的壓力損失計(jì)算如下：1快進(jìn)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)

15、，液壓缸通過電液換向閥差動(dòng)連接。在進(jìn)油路上，油液通過單向閥、電液換向閥，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥入無桿腔。在進(jìn)油路上，壓力損失分別為在回油路上，壓力損失分別為將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，便得出差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失2工進(jìn)滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥、調(diào)速閥進(jìn)入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥處的壓力損失為0.5mpa。在回油路上，油液通過電液換向閥、背壓閥的卸荷油液一起返回油箱，在背壓閥處的壓力損失為0.6mpa。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進(jìn)油路上總的壓力損失為此值略小于估計(jì)值。在回油路上總的壓力損失為該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.66

16、mpa，可見此值與初算時(shí)選取的背壓值基本相符。重新計(jì)算液壓缸的工作壓力為考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差dpe=0.5mpa，則小流量泵的工作壓力為此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。3快退滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥、電液換向閥進(jìn)入液壓缸桿腔。在回油路上，油液通過單向閥、電液換向閥和單向閥返回油箱。在進(jìn)油路上總的壓力損失為此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。在回油路上總的壓力損失為數(shù)值基本相符，故不必重算。4.4驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來計(jì)算。在工進(jìn)時(shí)，經(jīng)液控順序閥卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率由此可計(jì)算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為按式計(jì)算工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)中的油液溫升，即其中傳熱系數(shù)k=15 w/（m2c）。設(shè)環(huán)境溫t2=25c，則熱平衡溫度為 油溫在