臥式鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、13xxxx大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙目 錄摘 要2一 設(shè)計(jì)要求及工況分析31.1設(shè)計(jì)要求31.2負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析3二 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)52.1初選液壓缸工作壓力52.2計(jì)算液壓缸主要尺寸62.3繪制液壓缸工況圖6三 擬定液壓系統(tǒng)原理圖73.1選擇液壓回路73.2液壓原理圖7四 計(jì)算和選擇液壓件84.1液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)94.2閥類元件及其輔助元件94.3確定油管104.4確定油箱11五 液壓系統(tǒng)主要性能驗(yàn)算115.1系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算115.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算12設(shè)計(jì)小結(jié)13參考文獻(xiàn)13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

2、統(tǒng)的部門就越多。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：壓力控制回路、流量控制回路、方向控制回路

3、。 一.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=7m/min=0.12m/s工進(jìn)速度=0.05m/s=8.3×m/s

4、快退速度=7m/min=0.12m/s 快進(jìn)行程=150mm，工進(jìn)行程=40mm,則快退行程=150+40=190mm 1.2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，F(xiàn)e=25000N。 （2）摩擦負(fù)載工作部件重量為G=9.8KN，則摩擦負(fù)載為=µG靜摩擦負(fù)載 動(dòng)摩擦負(fù)載 （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 （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 =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)階段的負(fù)載值（=0.9）工況計(jì)算公式負(fù)載值F/N液壓缸推力=F/N啟動(dòng)19602178加速158017

5、56快進(jìn)9801089工進(jìn)2598028867反向啟動(dòng)19602178加速15801756快退9801089快進(jìn)、工進(jìn)和快退時(shí)間由下式近似求出快進(jìn) 工進(jìn) 快退 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。二.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=3MPa。表2按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN<5510102020303050>50工作壓力/MPa< 0.811.522.5334455表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)

6、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 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)桿腔面積與有桿腔面積之比為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，取=0.6MPa。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

7、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 液壓缸缸筒直徑為 根據(jù)GB/T23481993將液壓缸的內(nèi)徑圓整為D=12.5cm=125mm又,故活塞桿直徑d=0.71D=88.25mm，按GB/T23481993將活塞桿的內(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：2.3 繪制液壓缸工況圖根據(jù)上述計(jì)算出的和值，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/N回油腔壓力P2/MPa進(jìn)油腔壓力P1/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)

8、21780.81加速17561.240.74恒速10891.140.6444467.2工進(jìn)288670.62.440.61324.93快退起動(dòng)21781.69加速17560.71.75恒速10890.71.6444.51216.3三.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

9、，宜選用高低壓雙泵供油回路或選用限壓式變量泵供油?，F(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。3.2 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

10、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：=2.44+0.8=3.24MPa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0.4MPa則大流量泵最高工作壓力為：=1.75+0.4=2.15MPa（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：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0.613 L/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

11、壓力和流量數(shù)值查閱液壓泵產(chǎn)品手冊(cè)，現(xiàn)選取-2.5/50聯(lián)葉片泵。 =2.5×960×0.9=2.16（L/min） =50×960×0.9=43.2（L/min）（L/min）由工況圖可知最大功率出現(xiàn)在快退階段，取泵的總功率為則所需的電動(dòng)機(jī)功率為選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)：查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y132S-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率是，額定轉(zhuǎn)速為。4.2 閥類元件及其輔助元件首先根據(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)、出流量，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/(L

12、/min）排出流量/(L/min）運(yùn)動(dòng)速度/(m/s）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規(guī)格型號(hào)額定流量/L/min額定壓力/MPa1雙聯(lián)葉片泵-2.5/50(2.5/50)6.32三位五通電液換向閥94.2035DY100BY1006.33行程閥87.5022C-100BH1006.34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

13、94.20I-100B1006.310單向閥43.2I-63B636.311過(guò)濾器45.36XU-50X200506.312壓力表開關(guān)K-6B13溢流閥1.66Y10B106.34.3 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. 53 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 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。4.4 確定油箱油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，

14、低壓系統(tǒng)，=24；高壓系統(tǒng)，=57。q為液壓泵的總額定流量。則=6×（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?，F(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r=0.9174´103kg/m3。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)2000因?yàn)樽畲蟮睦字Z

15、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： 因此沿程壓力損失為 在管路具體結(jié)構(gòu)沒(méi)有確定時(shí)，管路局部損失常按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 =0.1各工況下的閥類元件的局部壓力損失為 式中：q為閥的實(shí)際流量；為閥的額定流量（從產(chǎn)品手冊(cè)中查得）；為閥在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 其中大流量泵的工作壓力就

16、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)值為前面已經(jīng)取雙聯(lián)泵的總效率=0.75，現(xiàn)取液壓缸的總效率=0.95，則可算得本液壓系統(tǒng)的效率 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 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 取散熱系數(shù)K=15W/（m），油箱的有效容積為V=315L，算得系統(tǒng)溫升為 設(shè)計(jì)床的工作環(huán)境t=25，加上此升溫后有t=25+4.28=29.28，在正常工作溫度內(nèi)，符合要求。設(shè)計(jì)小結(jié)通過(guò)本次液壓課程設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力，提升了我查閱資料的能力，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我按

17、照老師的要求逐步完善設(shè)計(jì)方案。對(duì)指導(dǎo)老師提出的問(wèn)題經(jīng)行了詳細(xì)的修改。較好的完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于理論知識(shí)掌握得不夠，再加上平時(shí)沒(méi)什么設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一開始有些手忙腳亂，不知從何下手。但是在老師的辛勤指導(dǎo)下，同學(xué)的的熱心幫助下，是我順利的完成了設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在想想其實(shí)課程設(shè)計(jì)中的每一天都是很累的，正象老師說(shuō)的一樣，機(jī)械專業(yè)的課程設(shè)計(jì)沒(méi)有那么簡(jiǎn)單的。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題怎樣用理論去解決。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，總是遇到這樣或那樣的問(wèn)題。有時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，需要做大量的工作，花大量的時(shí)間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來(lái)了。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。在本次設(shè)計(jì)中，我們還需要大量的以前沒(méi)有學(xué)到