液壓課程設(shè)計(jì)單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名 院（系） 機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)械091學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 張日紅 日期：2012年 01月04日目錄一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)21、題目：?jiǎn)蚊娑噍S鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)22、相關(guān)數(shù)據(jù)要求23、課程設(shè)計(jì)任務(wù)3二、液壓系統(tǒng)原理圖4三、選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件51、運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析5運(yùn)動(dòng)分析5動(dòng)力分析52、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算和工況圖的編制6預(yù)選系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力6計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸6計(jì)算液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率73、液壓元件的設(shè)計(jì)選型8液壓泵及其電機(jī)計(jì)算與選定8液壓控制閥和液壓輔助元件的選定10四、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能

2、131、驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失132、液壓泵工作壓力的估算13五、參考文獻(xiàn)15一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、題目：?jiǎn)蚊娑噍S鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2、相關(guān)數(shù)據(jù)要求某自動(dòng)線上的一臺(tái)單面多軸鉆孔組合機(jī)床的動(dòng)力滑臺(tái)為臥式布置（導(dǎo)軌為水平導(dǎo)軌，其靜、動(dòng)摩擦系數(shù); ）擬采用桿固定的單桿液壓缸驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，完成工件鉆削加工時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件的定位、夾緊均采用液壓控制方式，以保證自動(dòng)化要求。由液壓與電氣配合實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)循環(huán)要求為：定位夾緊快進(jìn)工進(jìn)快退原位停止夾具松開(kāi)拔定位銷(xiāo)，動(dòng)力滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)見(jiàn)表1所示。 表1 動(dòng)力滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)工況行程/mm速度/（m/s）時(shí)間/s運(yùn)動(dòng)部件重力 g/n鉆削負(fù)載fe/n啟動(dòng)

3、、制動(dòng)時(shí)間快進(jìn)1500.19800_0.21.5工進(jìn)10035000113.2快退2500.1_2.53、課程設(shè)計(jì)任務(wù) （1） 擬定液壓系統(tǒng)原理圖（用 caxa 電子圖板或 fluidsim3.6 完成液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)，并應(yīng)用 fluidsim3.6 進(jìn)行仿真）。 （2）選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件。（3）驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能。 （4）設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的繼電器控制回路或 plc控制程序。 （5）繪制下列圖紙： 液壓系統(tǒng)原理圖 a4 幅面 1張 ； 繼電器控制回路或 plc 控制程序 a4 幅面 ； 電器接線圖 a4 幅面 。（6）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。二、液壓系統(tǒng)原理圖液壓原理圖1、油箱，2、過(guò)濾器，3、雙聯(lián)液

4、壓泵，4、10、壓力表開(kāi)關(guān)，5、11、壓力表， 6、9、20、23、25、單向閥，7、26、溢流閥，8、減壓閥， 12、二位四通電磁換向閥，13、單項(xiàng)順序閥，14、16、21、壓力繼電器，15、夾緊缸，17、定位缸，18、進(jìn)給缸，19、三位五通電磁動(dòng)換向閥，22、二位二通機(jī)動(dòng)換向閥，24、調(diào)速閥，27、外控順序閥系統(tǒng)的電磁鐵和行程閥動(dòng)作順序表工況電磁鐵行程閥狀況1ya2ya3ya行程閥定位-+夾緊-+快進(jìn)+-下位工進(jìn)+-上位快退-+-上位滑臺(tái)原始停止-+下位松開(kāi)-拔銷(xiāo)-三、選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件1、運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析 運(yùn)動(dòng)分析 由下表：工況行程/mm速度/（m/s）時(shí)間/s快進(jìn)1500.11

5、.5工進(jìn)100113.2快退2500.12.5 分析其各工況可得l-t圖和v-t圖： l-t圖 v-t圖 動(dòng)力分析 動(dòng)力滑臺(tái)液壓缸在快速進(jìn)、退階段，啟動(dòng)是的外力負(fù)載是導(dǎo)軌靜摩擦阻力，加速時(shí)的外負(fù)載是導(dǎo)軌動(dòng)摩擦阻力和慣性力，恒速時(shí)是動(dòng)摩擦阻力；在工進(jìn)階段，外負(fù)載是工作負(fù)載及動(dòng)摩擦阻力。 所以，靜摩擦負(fù)載：fs=g=0.2*9800=1960n 動(dòng)摩擦負(fù)載：fd=g=0.1*9800=980n 慣性負(fù)載 ：fg=1000*0.5=500n(其中 m=g/g=9800/9.8=1000kg，a=v/t=0.5m/s2)又由于鉆削負(fù)載fe=35000n，得下表： 動(dòng)力滑臺(tái)液壓缸外負(fù)載計(jì)算結(jié)果工況外負(fù)載

6、 f/n計(jì)算公式結(jié)果快進(jìn)啟動(dòng)f= fs1960加速f=fd+ fg1480恒速f= fd980工進(jìn) f= fe+ fd35980快退啟動(dòng)f= fs1960加速f=fd+ fg1480恒速f= fd980根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，其f-t圖如下：f-t圖2、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算和工況圖的編制 預(yù)選系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力 本鉆孔組合機(jī)床屬于半精加工機(jī)床，機(jī)床為低壓設(shè)備類(lèi)型，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，系統(tǒng)工作壓力p<7mpa，所以，預(yù)選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力p1=4mpa。 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 為了滿(mǎn)足工作臺(tái)快速進(jìn)退速度相等，并減少液壓泵的流量，將液壓缸的無(wú)桿腔作為主要工作腔，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，則液壓缸無(wú)桿腔與有桿腔的有

7、效面積a1與a2應(yīng)該滿(mǎn)足a1=2a2（即活塞桿直徑d和液壓缸直徑內(nèi)徑d之間應(yīng)該滿(mǎn)足d=0.71d）。 為了防止進(jìn)工結(jié)束時(shí)發(fā)生前沖，液壓缸需要保持一定回油背壓。參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，回油有路上背壓或調(diào)速閥的系統(tǒng)，取背壓p2=0.51.5mpa。所以，暫取p2=0.6mpa，并取液壓缸效率。則： f=p1a1- p2a2= a1（p1- p2 a2/ a1）即：液壓缸無(wú)桿腔有效面積：液壓缸的內(nèi)徑：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，按gb/t2348-1993，將液壓缸內(nèi)徑圓整為：d=125mm=12.5cm。因?yàn)閍1=2a2，故活塞桿的直徑為：d=0.71d=0.71×125mm=88.75mm。查機(jī)械設(shè)計(jì)手

8、冊(cè)，按gb/t2348-1993，將活塞桿的直徑圓整為：d=90mm=9cm。則，液壓缸的實(shí)際有效面積為：a1= = a2= a=a2-a1=63.6 差動(dòng)連接快進(jìn)是，液壓缸有桿腔p2必須大于無(wú)桿腔p1，其差值估取，并注意到啟動(dòng)瞬間油缸尚未移動(dòng)，此時(shí)=0；另外，取快退的回油壓力損失為0.7mpa。 計(jì)算液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率 根據(jù)上述條件，得出下表：液壓缸的負(fù)載、壓力、流量、功率的工況表（液壓缸效率）工況負(fù) 載（n）液壓缸計(jì)算公式進(jìn)油壓力p1（mpa）回油壓力p2（mpa）輸入流量q()入功率p(w) 啟動(dòng)19600.342p1=(fi/+pa2)/ap2= p1+pq= a

9、2×v快；p=p1q加速14800.7201.220恒速9800.6341.134374.7工進(jìn)359803.5470.638.3p1=( fi/i+p2a2)/a1q=v工a1p=p1q工快退啟動(dòng)加速恒速19600.368p1=( fi/+p2a1)/a2q= a2×v快p= p1q14801.7310.79801.6380.7968.1 則其工況圖：3、液壓元件的設(shè)計(jì)選型 液壓泵及其電機(jī)計(jì)算與選定液壓力泵的最高工作壓力的計(jì)算。由上工況圖可以得知液壓缸的最大工作壓力在工進(jìn)階段，即p1=3.547mpa。而壓力繼電器的調(diào)整壓力應(yīng)該比液壓缸最高工作壓力大0.5mpa。此時(shí)缸的

10、輸入流量較小，而且油路元件較少，故泵至缸間的進(jìn)油路壓力損失值估取p=0.8mpa。則小流量泵的最高工作壓力：pp1=3.547+0.5+0.8=4.847mpa 大流量泵緊在快速進(jìn)退時(shí)向液壓缸供油，則取進(jìn)油工作壓力損失p=0.4mpa，有：pp2=1.731+0.4=2.131mpab、 液壓泵的流量計(jì)算。 雙泵最供油的流量qp按液壓缸最大的輸入流量進(jìn)行估算。取泄露系數(shù)k=1.2，則：qpk=1.2×5.91=工進(jìn)最大流量=，溢流閥最少穩(wěn)定流量為，則小流量泵所需的最小流量為大流量泵最小流量為c、 確定液壓泵的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬選初選雙聯(lián)液壓泵的轉(zhuǎn)速為n=1000r/min，泵的

11、容積效率，算得小流量泵的排量參考值為大流量泵的排量參考值為根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用規(guī)格相近的型雙聯(lián)葉片泵，泵的額定壓力為，小泵排量為；大泵排量為；泵的額定轉(zhuǎn)速為,容積效率，倒退算得到小泵和大泵的額定流量分別為雙泵的流量為與系統(tǒng)所需流量很接近近，符合。d、確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率及電動(dòng)機(jī)的規(guī)格從液壓缸的負(fù)載、壓力、流量、功率的工況表得知，液壓缸最大輸出功率出現(xiàn)在快退階段。 已知電機(jī)效率：，則電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為e、電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選用查y系列三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)表，選用規(guī)格相近的型三相異步電機(jī)，其額定功率2.2kw轉(zhuǎn)速940r/min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)液壓泵時(shí)，小泵和大泵的實(shí)際輸出流量分別為雙泵總流

12、量為工進(jìn)時(shí)的溢流量為，仍能滿(mǎn)足系統(tǒng)各工況對(duì)流量的要求。液壓控制閥和液壓輔助元件的選定液壓缸的輸入輸出流量、運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間工步無(wú)桿腔l/min有桿腔l/min時(shí)間/s移動(dòng)速度 m/min快進(jìn)=93.93 =45.24=1.15=0.13工進(jìn) =0.648 =0.31=113.6快退 =101.09=48.691.79=0.14 由選定的標(biāo)準(zhǔn)元件油口尺寸確定 本系統(tǒng)屬于中壓系統(tǒng)，但考慮到將泵組和閥組安裝再油頂蓋上，故取經(jīng)驗(yàn)值=10，得油箱容量為：v=10×48.69=486.9l500l根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，查產(chǎn)品樣本所選擇的元件如下表：液壓元件型號(hào)規(guī)格序號(hào)元件名稱(chēng)額定壓力（mpa）通過(guò)流

13、量（l/min）額定流量（l/min）額定壓降（l/min）型號(hào)規(guī)格01油箱-02過(guò)濾器6.348.6950xu-50×20003雙聯(lián)葉片泵6.3-50/6.3-04壓力表開(kāi)關(guān)-k-6b05壓力表-06單向閥6.343.24630.2i-63b07溢流閥6.34.80210y-10b08減壓閥6.343.2463j-63b09單向閥6.343.24630.2j-63b10壓力表開(kāi)關(guān)-k-6b11壓力表-12二位四通電磁換向閥6.343.24630.324d-63b13單項(xiàng)順序閥6.343.24630.2i-63b14壓力繼電器6.3-15夾緊液壓缸-16壓力繼電器6.3-17定位液壓

14、缸-18進(jìn)給液壓缸-19三位五通電液動(dòng)換向閥6.393.931000.335dy-100by20單向閥6.3101.091250.2i-125b21壓力繼電器6.3-22二位二通機(jī)動(dòng)換向閥(行程閥)6.393.931000.322c-100by23單向閥6.3101.091250.2i-125b24調(diào)速閥6.3<160.2q-6b25單向閥6.345.24630.2i-63b26溢流閥(背壓閥)6.3<1100.2b-10b27外空順序閥6.343.2463xy-63b四、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 1、驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失 按選定的液壓元件接口尺寸確定管道直徑d=18mm，進(jìn)、出油管長(zhǎng)度均取為

15、l=2m；取油液運(yùn)動(dòng)粘度，油液的密度。由上面的計(jì)算結(jié)果可以得知工作循環(huán)中進(jìn)油管道中通過(guò)的最大流量q=101.09l/min發(fā)生在快退階段，由此計(jì)算得液體的雷諾系數(shù)：因?yàn)閞e<rec=2300,故可得知個(gè)工況下的進(jìn)油回路中的液體均為層流。 所以，取沿程壓力系數(shù)，管道中液體流速，則各工況下的進(jìn)油回路管道的沿程、局部和閥類(lèi)元件的壓力損失如下表：管道壓力損失/pa工況計(jì)算公式快進(jìn)工進(jìn)快退進(jìn)油管道1.580.014851.024=0.1580.001490.1022.5135.6240.9864.2515.6402.112=+回油管道0.9550.008861.7325=0.0960.000890

16、.17331.2456.3525.1162.2966.3617.021=+2、液壓泵工作壓力的估算 小流量泵在工進(jìn)時(shí)的壓力：其中為液壓缸的工作夜里，為進(jìn)油路上的壓力損失，壓力繼電器比缸工作腔最高壓力所大的值。此值為調(diào)整溢流閥7的主要參考依據(jù)。大流量泵在快退時(shí)的工作壓力最高，則：此值為調(diào)整順流閥27的調(diào)整壓力是的主要參考依據(jù)。3、估算系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升 本系統(tǒng)由于在其工作持續(xù)時(shí)間中，工進(jìn)時(shí)間占了絕大部分的比例，所以系統(tǒng)效率，發(fā)熱和溫升可概略用工進(jìn)是的數(shù)值來(lái)代表。計(jì)算系統(tǒng)效率 前已知去雙聯(lián)液壓泵的總效率，現(xiàn)在取液壓泵的總效率 ，則本液壓系統(tǒng)的總效率： 計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)熱功率計(jì)算系統(tǒng)的散熱功率前面已經(jīng)算了油箱有效容積為500l=0.5 ，按照式v=0.8abh球的油箱各邊之積為：abh=v/0.8=0.5/0.8=0.625 取a=b=h，則a=b=h=0.855m所以，油箱的散熱面積：a=1.8（a+b）h+1.5ab=1.8（0.855+0.855）0.855+1.5 0.855 0.855=3.73 油箱的散熱功率：取k=15w/（m），=25，得：=15×3.73×25=1396.75w=580.16w可見(jiàn)油箱散熱能夠買(mǎi)足液壓系統(tǒng)的散熱要求，不需要加