臥式鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)要求及工況分析1.1設(shè)計(jì)要求1.2負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)2.1初選液壓缸工作壓力2.2計(jì)算液壓缸主要尺寸2.3繪制液壓缸工況圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1選擇液壓回路3.2液壓原理圖計(jì)算和選擇液壓件4.1液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)4.2閥類(lèi)元件及其輔助元件4.3確定油管4.4確定油箱液壓系統(tǒng)主要性能驗(yàn)算5.1系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算5.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算設(shè)計(jì)小結(jié)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。10111111121313參考文獻(xiàn)摘要關(guān)鍵詞：液壓液壓系統(tǒng) 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)部門(mén)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而且越先進(jìn)的設(shè) 備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部門(mén)就越多。液壓傳動(dòng)是用液體作為來(lái)傳遞能量的，液壓傳動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)：易于

2、 獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)較 大范圍的無(wú)級(jí)變速，傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)快速而且無(wú)沖擊，與機(jī)械傳 動(dòng)相比易于布局和操縱，易于防止過(guò)載事故，自動(dòng)潤(rùn)滑、元件壽命較長(zhǎng), 易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。液壓傳動(dòng)的基本目的就是用液壓介質(zhì)來(lái)傳遞能量，而液壓介質(zhì)的能 量是由其所具有的壓力及力流量來(lái)表現(xiàn)的。而所有的基本回路的作用就 是控制液壓介質(zhì)的壓力和流量，因此液壓基本回路的作用就是三個(gè)方 面：控制壓力、控制流量的大小、控制流動(dòng)的方向。所以基本回路可以 按照這三方面的作用而分成三大類(lèi)：壓力控制回路、流量控制回路、方 向控制回路。設(shè)計(jì)要求及工況分析1.1設(shè)計(jì)要求要求設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式鉆孔組

3、合機(jī)床的液壓系統(tǒng)。要求完成如下工作循環(huán)：快進(jìn)-工 進(jìn)-快退-停止。機(jī)床的切削力為Fe=25000N ，工作部件的重量為9800N，快進(jìn) 與快退的速度均為7m/min，工進(jìn)速度為0.05m/min ，快進(jìn)行程為150mm，工 進(jìn)行程為40mm，加速、減速時(shí)間要求不大于 0.2s，動(dòng)力平臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)0.2 ；動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。要求活塞桿固定，油缸與工作臺(tái)連接。設(shè)計(jì)該組 合機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)參數(shù)如下:切削力Fe=25000N工作部件質(zhì)量G=9.8KN快進(jìn)速度 V =7m/min=0.12m/s工進(jìn)速度 V2=0.05m/s=8.3 X10 4m/s快退速度 Vg =7m/min=

4、0.12m/s快進(jìn)行程S1 =150mm，工進(jìn)行程S? =40mm,則快退行程S3=150+40=190mm1.2負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析(1 )工作負(fù)載。工作負(fù)載即軸向切削力,Fe=25000N 。(2)摩擦負(fù)載工作部件重量為 G=9.8KN，則摩擦負(fù)載為Ff = uG靜摩擦負(fù)載 Ffs 0.2 98001960N動(dòng)摩擦負(fù)載 Ffd 0.1 9800 980N(3)慣性負(fù)載取加速、減速時(shí)間均為0.2s，則慣性負(fù)載為G v 98000.12Fa G下喬衛(wèi)N 600N(4)液壓缸在各工作階段的負(fù)載值設(shè)液壓缸的機(jī)械效率w =0.9，根據(jù)公式計(jì)算得出液壓缸在各階段的負(fù)載和推力。如表1所列。表1液壓缸在各運(yùn)動(dòng)階

5、段的負(fù)載值(w =0.9)工況計(jì)算公式負(fù)載值F/N液壓缸推力Fo=F/ ncm/N啟動(dòng)FFfs19602178加速FFfdFa15801756快進(jìn)F Ffd9801089工進(jìn)F FfdFe2598028867反向啟動(dòng)F Ffs19602178加速FFfdFa15801756快退FFfd9801089快進(jìn)、工進(jìn)和快退時(shí)間由下式近似求出快進(jìn)t1 S0151.25S0.12工進(jìn)t2S2V2但L 48.2s0.00083快退t3S3V3019 1.58s0.12根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的個(gè)階段的速度，可繪制出工作循環(huán)圖（a）,負(fù)載循環(huán)圖（F-t）如圖（b）,速度循環(huán)圖如圖（C）所示。F/NASSKtP3

6、曲1009MSn.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)2.1初選液壓缸工作壓力參考表2和表3,初選液壓缸的工作壓力P 1=3MPa 。表2按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN<5510102020303050>50工作壓力/MPa<1.52.53445>50.8123表3各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類(lèi)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(mén)刨床拉床工作壓力0.8352881010182032/MPa2為了減小液壓泵的最大流量，空程前進(jìn)時(shí)選用差動(dòng)快速回路，為了滿足工作臺(tái)快進(jìn)與快退速度相等，選用液壓缸無(wú)桿腔面積 A與有桿腔面積A2之比為

7、2:1，即d=0.71D（D為液壓缸內(nèi)徑，d為活塞桿直徑）。差動(dòng)連接時(shí)由于管路存在壓力損失，液壓缸有桿腔壓力必須大于無(wú)桿腔壓力，估算時(shí)取p=0.5MPa。為了防止鉆孔鉆通后滑臺(tái)突然前沖，工進(jìn)時(shí)液壓缸回路上必須存在背壓 P2，取P2=O.6MPa。取快退時(shí)回油腔背壓為0.7MPa 。2.2計(jì)算液壓缸主要尺寸由工進(jìn)時(shí)的推力計(jì)算液壓缸無(wú)桿腔的有效面積，公式為F/ m AiPi A2P2因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積可計(jì)算為FA P1m7P22288673320.9(3 0.6/2)10® m 11.8 10 m液壓缸缸筒直徑為D J4A/0.123m，按GB/T2348 1

8、993將活塞桿的根據(jù)GB/T2348 1993將液壓缸的內(nèi)徑圓整為 D=12.5cm=125mm 又A 2A2,故活塞桿直徑d=0.71D=88.25mm內(nèi)徑圓整為D=9cm=90mm此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為：AD2/4 12.266 10 3m2A D2 d2 /4(1.252 O.92)/4 5.907 10 3m22.3繪制液壓缸工況圖根據(jù)上述計(jì)算出的Ai和A2值，可計(jì)算得到液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率值，如表4所示。由此繪制的液壓缸工況圖如圖 2所示。表4液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推力Fo'/N回油 腔壓 力P 2/MPa進(jìn)油 腔壓 力P1/

9、MPa輸入流量q/L.min-1輸入功率P/W計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)21780.81p1F 0A2 P / Al A2qAlA2 V1PP1q加速17561.240.74恒速10891.140.6444467.2工進(jìn)288670.62.440.61324.93p1F0 p2A2 /Alq A1V2P P1q快退起動(dòng)21781.69PF0 P2A / A2qA2V3PP1q加速17560.71.75恒速10890.71.6444.51216.3.擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1選擇液壓回路(1) 選擇調(diào)速回路。由工況圖可知液壓系統(tǒng)功率小，負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，因此采用進(jìn)油調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路，回油路設(shè)置

10、背壓閥。(2) 選擇油源形式。分析工況圖可知，系統(tǒng)在快進(jìn)、快退時(shí)為低壓、大流量且持續(xù)時(shí)間短，在工進(jìn)時(shí)為高壓、小流量且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。兩種工況要求的最大流量與最小流量之比約為60，因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來(lái)看，宜選用高低壓雙泵供油回路或選用限壓式變量泵供油。現(xiàn)選用高低壓雙泵供油方案。(3) 選擇換向與速度換接回路。系統(tǒng)已選用差動(dòng)回路做快速回路?？紤]到由快進(jìn)轉(zhuǎn)換到工進(jìn)時(shí)，速度變化不大，因此采用行程閥作為速度轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。由于本機(jī)床工作部件終點(diǎn)的定位精度不高，因此采用擋塊壓下行開(kāi)關(guān)控制換向閥電磁鐵失電，使液壓缸停止。由于快退時(shí)回油量較大，為了保證換向平穩(wěn)，因此采用三位五通電液換向閥作為主換向閥。3

11、.2液壓原理圖，如圖3 :（圖3.臥式鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)原理圖）四、計(jì)算和選擇液壓件4.1液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)（1）確定液壓泵的最高工作壓力由表4.工況圖所需壓力、流量和功率表可知，液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大壓力為2.44MPa。在調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的壓力損失為0.8MPa， 則泵的最高工作壓力為：Ppi =2.44+0.8=3.24MPaYB, 2.5/50聯(lián)葉片泵。則所需的電動(dòng)機(jī)功率為PpCIp 2.15 106 (2.5 50) 103 kwPP選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)：查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用丫132S-63.0KW，額定轉(zhuǎn)速為960 min。60 0.75 1032.51kW

12、型電動(dòng)機(jī)，其額定功率是大流量泵只在快退、快進(jìn)時(shí)向液壓缸供油，由表4可知，快退時(shí)液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，取進(jìn)油路壓力損失為0.4 MPa則大流量泵最高工作壓力為：Pp2 =1.75+0.4=2.15 MPa(2)確定液壓泵的流量由工況圖可知缸需要的最大流量為44L/min,若取統(tǒng)的泄露系數(shù)為1.1則兩臺(tái)泵的總流量應(yīng)為：qp 1.1 44 L/min 48.4L/min由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量2 L/min，工進(jìn)時(shí)輸入液壓缸的流量為0.613L/min，所以小流量液壓泵的流量為2.613 L/min 。(3)選擇液壓泵的規(guī)格據(jù)據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱液壓泵產(chǎn)品手冊(cè)，現(xiàn)選取qp1 yn n=2

13、.5 X960 X0.9=2.16 (L/min )qp2 V2n n=50 X960 X0.9=43.2 (L/min )qp qpi qp2 45.36 ( L/min )P o.75由工況圖可知最大功率出現(xiàn)在快退階段，取泵的總功率為4.2閥類(lèi)元件及其輔助元件出流首先根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)的工況算出液壓缸在各個(gè)階段的實(shí)際進(jìn)、量，運(yùn)動(dòng)速度以便為其他液壓控制閥及輔件的選擇及系統(tǒng)的性能奠定基礎(chǔ)。各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、流量流量、速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量Aqp/(L/min )q1.A A122.66 45.36122.66 59.0787.50q10.613q1 qp 45.36排出流量A2q

14、iqA2q1q A1q1q2八q2aq2aAlAA2/(L/min)87.50 59.070.613 59.0745.36 122.66HZ. 1 H122.66122.6659.070.3094.20運(yùn)動(dòng)速度v qpqV2 Av qV3 AviA A/(m/s)45.361030.613 10 345.36 10360 122.66 10 40.83 10 360 59.07 1040.13(122.6659.07)104 600.12根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查閱產(chǎn)品樣本，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格，如下表液壓元件表序號(hào)元件名稱通過(guò)的最大流量q/L/min

15、規(guī)格型號(hào)額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵YB 2.5/5(2.5/50)6.302三位五通電94.2035DY 1006.3液換向閥100BY3行程閥87.5022C-100B1006.3H4調(diào)速閥< 1Q-6B66.35單向閥94.20I-100B1006.36單向閥42.14I-63B636.37背壓閥< 1B-10B106.38順序閥43.2XY-63B636.39單向閥94.20I-100B1006.310單向閥43.2I-63B636.311過(guò)濾器45.36XU-50X20506.3012壓力表開(kāi)關(guān)K-6B13溢流閥1.66丫一 10B106.34

16、.3確定油管表10允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，裝有過(guò)濾器；1.53無(wú)過(guò)濾器壓油管道34中低壓管道，57高壓管道回油管道1.5 3根據(jù)液壓元件表中的數(shù)值，按表 10推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式4q計(jì)算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為d4 87.50 103 10 360 3.14 4d 聽(tīng) X? 10322.36mm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25mm、外徑34mm 的1鋼管。21.55mm4.4確定油箱油箱的容量按式V q估算，其中a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，a=24 ;高壓系統(tǒng),a=57。q為液壓泵的總額定流量。則Vq=6

17、 X(2.5+50 ) =315L 取標(biāo)準(zhǔn)值 V=350L五.液壓系統(tǒng)主要性能驗(yàn)算5.1系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算由于系統(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。現(xiàn)取進(jìn)、回油管道長(zhǎng)為l=2m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度取 =1 10-4m2/s，油液的密度取 =0.9174103kg/m 3。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(guò)的流量以快退時(shí)回油流量q2=94.20L/min 為最大，此時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)巴竺 _4 94.20 310 34 800 < 2000v vd 6025 101 10因?yàn)樽畲蟮睦?/p>

18、諾數(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。管中流速為:V亠-d2434 94.20 1060(2510 3)2 3.2m/s因此沿程壓力損失為75Pf反I V2 d 275800225 10 33 22917.40.35 106Pa2在管路具體結(jié)構(gòu)沒(méi)有確定時(shí)，管路局部損失Pr常按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算Pr=0.1Pf各工況下的閥類(lèi)元件的局部壓力損失為FS為閥在式中：q為閥的實(shí)際流量；qs為閥的額定流量（從產(chǎn)品手冊(cè)中查得） 額定流量下的壓力損失（從產(chǎn)品手冊(cè)中查得）根據(jù)以上公式計(jì)算出各工況下的進(jìn)、回油管路的壓力損失，計(jì)算結(jié)果均小于估取 值不會(huì)使系統(tǒng)工作壓

19、力高于最高壓力。5.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算液壓系統(tǒng)工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)間比例為95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和升溫可用工進(jìn)時(shí)的數(shù)值來(lái)計(jì)算。工進(jìn)時(shí)的回路效率皿1LpP 1q P1PP2qP22.44 0.6133.24 2.16 0.077 43.20.14其中大流量泵的工作壓力Pp2就是此泵通過(guò)順序閥卸荷時(shí)產(chǎn)生的壓力損失因此它的數(shù)值為pP2 0.3 106 (32/63)2 Pa0.077 106 Pa前面已經(jīng)取雙聯(lián)泵的總效率p =0.75 ,現(xiàn)取液壓缸的總效率m=0.95，則可算得本液壓系統(tǒng)的效率m L 0.75 0.14 0.950.1可見(jiàn)工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)效率很低這主要是溢流損失和節(jié)流損失造成的。工進(jìn)工況液壓泵的輸入功率為33cc, “6 2.16 10 CC" “6 43.2 10 3.24 10 0.077 10215.1WPP1qP1PP2qP2 6060i 0.80根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)熱量計(jì)算式可算得共進(jìn)階段的發(fā)熱功率Q P(1)215.1 (1 0.1)W193.59W193.59取散熱系數(shù)K=15W/(m? C),油箱的有效容積為V=315L ,算得系統(tǒng)溫升為t 1 4.28 CKA 0.065K 邸 V20.065 15 V3152設(shè)計(jì)床的工作環(huán)境t=25 C,加上此升溫后有t=25+4.28=29.28 C,在正常工作溫度內(nèi)，符合要