液壓及氣壓傳動三級項目報告

1、液壓與氣壓傳動課程三級項目20KN半自動液壓專用鉆鏜機床液壓系統(tǒng)的分析與設(shè)計研究報告組 員： 隋昊 王志遠 賈瑞寧 荊雪松 盧鼎 指導教師： 劉勁軍 2015-07-05 燕山大學液壓與氣壓傳動三級項目研究報告燕山大學液壓與氣壓傳動課程三級項目任務書院（系）：機械工程學院 基層教學單位： 機控系 項目名稱20KN半自動液壓專用鉆鏜機床液壓系統(tǒng)指導教師姓名劉勁軍小組成員分工組員1：隋昊組員2：王志遠組員3：賈瑞寧組員4：荊雪松組員5：盧鼎項目考察知識點本課程的三級項目針對典型液壓系統(tǒng)工作原理的分析與設(shè)計，通過該項目的實施使學生加深對液壓傳動基礎(chǔ)知識的理解，并初步具備運用所學知識進行實際液壓系統(tǒng)分

2、析與設(shè)計的能力，復雜系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計及計算能力，相關(guān)標準、手冊的查閱能力等。項目設(shè)計參數(shù)該機床運動部件的重量為30000N，快進、快退速度為6m/min，工進的速度為20120mm/min可無級調(diào)速，工作臺的最大行程為400mm，其中工進的總行程為150mm，工進時的最大軸向切削力為20000N，工作臺的導軌采用平導軌支撐方式；夾緊缸和拔銷缸的行程都為25mm，夾緊力為120008000N之間可調(diào)，夾緊時間不大于1秒鐘。項目實施內(nèi)容某工廠設(shè)計一臺鉆鏜專用機床，要求孔的加工精度為TI6級。要求該機床液壓系統(tǒng)要完成的工作循環(huán)是：工件定位、夾緊動力頭快進工進終點停留動力頭快退工件松開、拔銷。要求

3、液壓缸工作過程中速度可調(diào)。液壓泵站要求：1）液位、壓力、溫度有顯示及報警；2）油溫范圍（3045）；3）濾油器精度15m，有堵塞顯示及報警。項目結(jié)題須提交材料(1)液壓傳動系統(tǒng)原理圖 A2；(2)液壓系統(tǒng)參數(shù)計算說明書1份；(3)答辯匯報PPT。圖紙研究報告提交紙質(zhì)及電子版各1份，PPT上交電子文檔。項目實施時間節(jié)點要求第一周 查閱資料，分析系統(tǒng)原理，了解系統(tǒng)性能及典型工藝過程，完成參數(shù)計算和原理圖設(shè)計；第二周 編寫項目研究報告及答辯匯報PPT。小組分工及貢獻姓 名課題組分工自評分隋昊說明書編寫、液壓系統(tǒng)計算、液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計4王志遠A2原理圖繪制3.5賈瑞寧PPT制作3荊雪松A2圖審核和與

4、修改3盧鼎資料查詢2.5第 2 頁 共 24 頁 摘 要作為一種高效率的專用機床，組合機床在大批、大量機械加工生產(chǎn)中應用廣泛。本次課程設(shè)計將以組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計為例，介紹20KN半自動鉆鏜組合機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計步驟，其中包括組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的設(shè)計的技術(shù)要求和設(shè)計參數(shù)、工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇和確定輔助裝置、液壓系統(tǒng)的性能驗算以及液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制工作圖及編制技術(shù)文件等。關(guān)鍵詞液壓系統(tǒng) 設(shè)計參數(shù) 系統(tǒng)原理圖第 23 頁 共 24 頁 目 錄摘 要3第1章 緒論61.1 課題背景61.2 設(shè)計要求6第2章 液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算72

5、.1 工況分析72.2 繪制液壓缸速度圖和負載圖8第3章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖83.1確定供油方式83.2夾緊回路的選擇83.3定位液壓缸與夾緊缸動作次序回路的選擇93.4調(diào)速方式的選擇93.5速度換接方式的選擇93.6動作順序表10第4章 確定執(zhí)行元件主要參數(shù)104.1工作壓力P1的確定104.2計算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d104.3計算在各工作階段液壓缸所需的流量11第5章 液壓泵及電機參數(shù)計算125.1泵的工作壓力的確定125.2泵的流量確定125.3選擇液壓泵的規(guī)格135.5液壓元部件的選擇145.6確定管道尺寸155.7液壓油箱容積的確定15第6章 液壓系統(tǒng)性能驗算156.1工作進給

6、時進油路壓力損失166.2工作進給時回油路的壓力損失166.3變量泵出口處的壓力176.4快進時的壓力損失176.5系統(tǒng)溫升的驗算18結(jié)論19心得121心得221心得321心得421心得522參考文獻23第1章 緒論1.1 課題背景隨著科學技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，國民經(jīng)濟各個部門迫切需要各種各樣的質(zhì)量優(yōu)、性能好、能耗低的液壓機船產(chǎn)品。其中，產(chǎn)品設(shè)計是決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、水平、市場競爭和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)。作為一種高效率的專用機床，組合機床在大批，大量機械加工生產(chǎn)中應用廣泛。組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具而組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采

7、用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時加工的方式，能完成鉆、擴、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、動作靈活、操作方便、調(diào)速范圍大、可無級連讀調(diào)節(jié)等優(yōu)點，在組合機床中得到了廣泛應用。1.2 設(shè)計要求1.設(shè)計時從實際出發(fā)，綜合考慮實用性、經(jīng)濟性、先進性及操作維修方便。如果能夠用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強調(diào)先進性，并非越先進月好。同樣，在安

8、全性、方便性要求較高的地方，應不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨考慮經(jīng)濟、簡單。2.應獨立完成設(shè)計。設(shè)計時可以收集、參考同類機械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒，不能完全照搬。3.液壓與氣壓傳動課程設(shè)計的題目均為中等復雜程度液壓設(shè)備的液壓傳動裝置設(shè)計。4.在此次課程設(shè)計中，要及時的復習各元件的工作原理，基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考。 第2章 液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算2.1 工況分析 計算各階段的外負載，如下：液壓缸所受外負載F包括三種類型，即F=F+F+F (2-1)式中F工作負載，對于金屬鉆鏜專用機床，既為工進時的最大軸向切削力，為F=20000N；F運動部件速度變化時的慣性

9、負載；F導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦力阻力，對于平導軌F可由下式求得：F= f ( G + F );G運動部件重力；F垂直于導軌的工作負載，本設(shè)計中為零；f導軌摩擦系數(shù)，在本設(shè)計中取靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。則求得F= 0.2 30000N = 6000N （2-2）F=0.1 30000N = 3000N 上式中F為經(jīng)摩擦阻力，F(xiàn)為東摩擦阻力。F=式中g(shù)重力加速度；加速或減速時間，一般 = 0.010.5s,取 =0.2s 時間內(nèi)的速度變化量。在本設(shè)計中F=N = 1530N根據(jù)上述計算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負載（見表2-1）。工作循環(huán)外 負 載

10、F (N)工作循環(huán)外 負 載 F （N）啟動、加速F=F+F7530N工進F=F+F23000N快進F=F3000N快退F=F3000N2-1 工作循環(huán)各階段的外負載2.2 繪制液壓缸速度圖和負載圖 根據(jù)已知條件，繪制運動部件的速度循環(huán)圖，如圖2-1所示，并畫出如圖2-2所示的負載循環(huán)圖。 圖2-1 速度循環(huán)圖 圖2-2 負載循環(huán)圖 第3章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1確定供油方式考慮到該機床在工作進給時負載較大，速度較低。而在快進、快退時負載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或者變量泵供油。本設(shè)計采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。3.2夾緊回路的選擇 采用二位四通電

11、磁閥來控制夾緊、松開換向動作時，為了避免工作時突然失電而松開，應采用失電夾緊方式。為了實現(xiàn)夾緊力的大小可調(diào)和保持夾緊力的穩(wěn)定，在該回路中裝有減壓閥。3.3定位液壓缸與夾緊缸動作次序回路的選擇定位液壓缸和夾緊缸之間的動作次序采用單向順序閥來完成，在松開和拔銷之間的動作次序采用二位四通電磁閥控制。3.4調(diào)速方式的選擇在中小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調(diào)速閥。根據(jù)鉆鏜類專用機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定技術(shù)要求的特點，采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負切削力的能力。3

12、.5速度換接方式的選擇本設(shè)計采用電磁閥的快慢速度換接回路，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程方便，閥的安裝也容易。最后把所選擇的液壓回路組合起來，既可組成下圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖。3.6動作順序表動作順序1DT2DT3DT4DT5DT定位夾緊-動力頭快進-+-工進-+-終點停留-+-動力頭快退-+-工件松開、夾緊+-+表3-1 動作順序表第4章 確定執(zhí)行元件主要參數(shù)4.1工作壓力P1的確定工作壓力P可根據(jù)負載大小及其機器的類型來初步確定，參閱后取液壓缸工作壓力為4MPa。4.2計算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d由負載圖知最大負載F為23000N，可取P為0.5MPa，為0.95，取d/D為0.7。將上述

13、數(shù)據(jù)代入式 （4-1）可得 m = 9.1m將液壓缸內(nèi)徑圓整為標準系列直徑D = 100mm；活塞桿直徑d，按d/D = 0.7，活塞桿直徑系列取d = 70mm。按工作要求夾緊力由一個夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應低于進給液壓缸的工作壓力，取油背壓力為3.0MPa,回油背壓力為零，為0.95，則按式（4-1）可得 Dm = 7.3m經(jīng)查閱液壓缸和活塞桿的尺寸系列，取加緊液壓缸的D和d分別為80mm及56mm。按工作要求工作定位由一個進位缸提供，進位缸的工作壓力應低于進給夾緊缸的工作壓力，取油背壓力為2.0MPa,回油背壓力為零，為0.95，則按式（4-1）可得Dm = 4

14、.2m經(jīng)查閱液壓缸和活塞桿的尺寸系列，取定位液壓缸的D和d分別為50mm及35mm。本設(shè)計中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應選取液壓缸有桿腔的實際面積，既 A = = cm = 40 cm按最低工進速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式（2-4）得最小有效面積： A = = cm= 25 cm因為滿足A A，故液壓缸能達到所需低速。4.3計算在各工作階段液壓缸所需的流量q = d = = （差動）q = D = = （工進）q = = = （快退）=（夾緊速度）q = D = = （夾緊）第5章 液壓泵及電機參數(shù)計算5.1泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進油路有一定的壓力損失

15、，所以泵的工作壓力為P= P +式中P液壓泵最大工作壓力； P執(zhí)行元件最大工作壓； 進油管路中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取0.20.5MPa，復雜系統(tǒng)取0.51.5 MPa，本設(shè)計取0.5 MPa。P= P + =MPa = 4.5 MPa 上述計算所得的P是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過度階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力P應滿足P P。中低壓系統(tǒng)取最小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本設(shè)計中P= 1.25 ，P= 5.63 MPa。5.2泵的流量確定液壓泵的最大流量應為q k式中 q液壓泵的最大流量； 同時動作的各執(zhí)行元件所

16、需流量之和的最大值。k系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取k = 1.1 1.3，本設(shè)計取k = 1.2。 q k = 1.2 = 28.8 L/min5.3選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上算得的P和q，查找相關(guān)手冊，選用YBX-25限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量V = 25Ml/r,泵的額定壓力P = 6.3MPa，電動機的轉(zhuǎn)速n = 1450r/min,容積效率為 = 0.85，總效率 = 0.7。5.4泵匹配的電動機的選定首先分別算出快進與工進兩種不同工況時的功率，取兩者較大值作為選擇電動機規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進時泵輸出的流量減少，泵的效率急劇下降，一般當流量在0.21L/min范圍內(nèi)時，可取 =

17、 0.030.14。同時還應注意到，為了使所選擇的電動機在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉(zhuǎn)，需進行驗算，即 式中 P所選電動機額定功率； P限壓式變量泵的限壓力； q壓力為P時，泵的輸出流量。 首先計算快進的功率，快進的外負載為3000N，進油路的壓力損失定為0.3MPa,由式（1-4）可得P=MPa = 1.104MPa快進時所需電動機功率為P = = KW = 0.45KW 工進時所需電動機功率為P = KW = 0.102KW查閱相關(guān)電動機類型標準，選用Y90L4型電動機，其額定功率為P=1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得YBX25的流量壓力特性曲線。再

18、由已知的快進時流量為23.04L/min，工進時的流量為0.942 L/min，壓力為4.5MPa，作出泵的實際工作時的流量壓力特性曲線，查得該曲線拐點處的流量為33L/min，壓力為3.2MPa，該工作點處對應的功率為P = KW = 2.5KW所選電動機滿足要求，拐點處能正常工作。5.5液壓元部件的選擇本液壓系統(tǒng)可采用力士樂系統(tǒng)的閥，控制液壓缸部分選用力士樂系列的閥，其夾緊部分選用疊加閥。選定的液壓元件如下表5-1所示。序號元件名稱元件型號通過流量（L/min）1吸油管路用過濾器XU-B32 10028.82液壓泵YBX-2528.83壓力表KF3-EA10B4減壓閥JF3-10B7.55

19、單向閥AF3-EA10B7.56二位四通H型換向閥24EF3-E10B7.57單向順序閥AXF3-E10B7.58二位二通H型換向閥24EF3-E10B249二位四通O型換向閥24EF3-E10B2410單向調(diào)速閥AQF3-E10B2411二位二通H型換向閥24EF3-E10B2412溢流閥DB10-2-50/31.5X13壓力表KF3-EA10B14動力缸15定位缸16夾緊缸17直讀溫度計18液位計19壓力指示器表5-1 液壓元部件明細表5.6確定管道尺寸油管內(nèi)勁尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定。綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為12mm。參照YBX-25變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)

20、勁d為28mm。5.7液壓油箱容積的確定本設(shè)計為中低液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來確定，取選用容量為160L的郵箱。第6章 液壓系統(tǒng)性能驗算已知該液壓系統(tǒng)中進、回油管的內(nèi)徑均為12mm，各段管道的長度分別為：AB = 0.3m,AC = 1.7m,AD = 1.7m,DE = 2m。考慮到油的最低溫度為15C時液壓油的運動粘度大致為=1.5cm/s，密度= 920kg/m。6.1工作進給時進油路壓力損失運動部件工作進給時的最大速度為0.12m/min，進給時的最大流量為0.942L/min，則液壓油在管內(nèi)流速為=cm/min = 833cm/min = 13.9cm/s管道流動

21、雷諾系數(shù)Re為Re= 11.1Re12300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)1=6.8。進油管道BC的沿程壓力損失p為查得換向閥34EF30-E10B的壓力損失p=0.0510Pa忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，剛進油路總壓力損失為P=6.2工作進給時回油路的壓力損失由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進油管道的二分之一，則回油管道壓力損失為：查產(chǎn)品樣本知換向閥34EF30-E10B的壓力損失=0.02510Pa，換向閥34EW30-E10B的壓力損失，調(diào)速閥AQF3-E10B的壓力損失=0.5?；赜吐房倝毫?/p>

22、損失為為 =+ =（0.5+0.025+0.025+0.5）=1.05Pa6.3變量泵出口處的壓力=6.4快進時的壓力損失快進時液壓缸為差動連接，自匯流點A至液壓缸進油口C之間的管路AC中，流量為液壓泵出口流量的兩倍既為46L/min，AC段管路的沿程壓力損失為Re = = = 542.5=同樣可求得管道AB段及AD段的沿程壓力損失和為Re = = = 271.2 =查產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：4EW6E50/AG24的壓力損失，3EW6E50/AG24的壓力損失。據(jù)分析在差動連接中，泵的出口壓力為=2+= 快退時壓力損失驗算從略。上述驗算表明，無需修改原設(shè)計。 6.5系統(tǒng)溫升的驗

23、算 在整個工作循環(huán)中，工進階段所占的時間最長，為了簡化計算，主要考慮工進時的發(fā)熱量。一般情況下，工進速度大時發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時，效率相差極大，所以分別計算最大、最小時的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值大者進行分析。 當 = 2cm/min時q = D =0.1此時泵的效率為0.1，泵的出口壓力為6.3MPa,則有P P此時的功率損失為 當 = 12cm/min時，q=0.942Lmin,總效率，則KW可見在工進速度低時，功率損失為0.152KW，發(fā)熱量最大。假設(shè)系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K=10，油箱的散熱面積A為A=系統(tǒng)的溫升為 驗算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。結(jié)論通過本次課程

24、設(shè)計，對本學期所學的知識有了更深的理解和體會，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計的方法和步驟，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標準，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。能夠合理地確定各動力元件、執(zhí)行機構(gòu)，正確合理選用標準液壓元件，運用液壓基本回路組合成滿足基本要求的、高效、節(jié)能的液壓系統(tǒng)；熟悉了并學會運用有關(guān)的國家標準、布頒標準、設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。在設(shè)計過程中運用已學的力學、機械設(shè)計、電工學、機械制造、自動控制等知識來解決設(shè)計中碰到的實際問題，為今后進行畢業(yè)設(shè)計打下一個良好的基礎(chǔ)。心得1 這次課程設(shè)計花了近一周左右時間，通過自己設(shè)計、計算、驗算、修改等完成了這次鉆鏜兩用組合機床液壓系統(tǒng)三級項目課程設(shè)計。通過這段時間的設(shè)計，認識到自己的很多不足和很多知識存在盲點和漏洞以及與實踐的差距。按照課程設(shè)計任務書要求完成液壓系統(tǒng)原理圖，并且通過本次課程設(shè)計，鞏固和充實以前所學的專業(yè)知識，以及對其他專業(yè)知識的結(jié)合。最后達到自己能夠獨立查閱相關(guān)資料，設(shè)計出一整套液壓系統(tǒng)的能力和設(shè)計類似系統(tǒng)的設(shè)計思路。 姓名：隋昊心得2 液壓傳動在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，液壓與氣壓傳動技術(shù)對于機械類學生來說是必須