液壓傳動課程設(shè)計

1、湖南工業(yè)大學課 程 設(shè) 計資 料 袋 機械工程學院 學院（系、部） 2015 2016 學年第 一 學期 課程名稱 液壓傳動 指導教師 陳義莊 職稱 教授 學生姓名 xx 專業(yè)班級 xx 學號 xx 題 目 組合機床切削的液壓系統(tǒng) 成 績 起止日期2015年 12 月 22 日2015年12 月 30日目 錄 清 單序號材 料 名 稱資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計任務(wù)書12課程設(shè)計說明書13課程設(shè)計圖紙1456液壓與氣壓傳動課程設(shè)計設(shè)計說明書題 目 名 稱： 組合機床切削的液壓系統(tǒng) 學 院（部）： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械工程 學 生 姓 名： xx 班 級： xx 學號 xx 指導教師姓名：

2、xx 評 定 成績： 目錄0.設(shè)計任務(wù)書 21. 設(shè)計要求及工況分析 32. 主要參數(shù)的確定 63. 液壓系統(tǒng)圖的擬定 94. 液壓元件的計算與選擇 105. 液壓系統(tǒng)的性能驗算136. 參考資料157.設(shè)計總結(jié) 16課程設(shè)計任務(wù)書2015 2016學年第 1學期 機械工程 學院（系、部） 機械工程 專業(yè)xx 班級課程名稱： 液壓與氣壓傳動 設(shè)計題目： 組合機床切削的液壓系統(tǒng) 完成期限：自 2015年 12 月 22 日至 2015 年 12月 30 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)一、 設(shè)計的任務(wù)與主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計一組合機的液壓系統(tǒng)。組合機床切削過程要求實現(xiàn)：快進工進快退停止，由動力滑臺驅(qū)動工作臺。最

3、大切削力F=30000N，移動部件總重量G3000N；行程長度400mm（工進和快進行程均為200mm），快進、快退的速度均為4m/min，工作臺的工進速度可調(diào)（501000）mm/min；啟動、減速、制動時間t=0.5s;該動力滑臺采用水平放置的平導軌。靜摩擦系數(shù)fs0.2；動摩擦系數(shù)fd0.1。二、設(shè)計工作量 1）明確設(shè)計要求，進行工況分析； 2）主要參數(shù)的確定； 3）擬定液壓系統(tǒng)圖；4）計算與選擇液壓原件5）液壓系統(tǒng)的性能驗算；6）繪制工作圖、編寫技術(shù)文件。進度安排起止日期工作內(nèi)容12.22明確設(shè)計要求，進行工況分析12.23-液壓傳動設(shè)計繪制工作原理圖,整理說明書主要參考資料1 劉忠偉

4、.液壓傳動與氣動.北京：化學工業(yè)出版社，2014.2 張利平.液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計.北京：化學工業(yè)出版社，2006.3 丁樹模.液壓傳動.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，1999.指導教師： xx 2015 年12 月 10 日系（教研室）主任： 2015 年12 月 10 日1. 設(shè)計要求及工況分析1.1設(shè)計要求要求設(shè)計的機床動力滑臺液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的工作循環(huán)是“快進工進快退停止”。主要性能參數(shù)與性能要求如下：最大切削力F=30000N，移動部件總重量G3000N；行程長度400mm（工進和快進行程均為200mm），快進、快退的速度均為4m/min，工作臺的工進速度可調(diào)（501000）mm/min；

5、啟動、減速、制動時間t=0.5s;該動力滑臺采用水平放置的平導軌。靜摩擦系數(shù)fs0.2；動摩擦系數(shù)fd0.1；液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件是液壓缸。1.2負載與運動分析（1）工作負載 由設(shè)計要求可知最大工作的負載F=30000N（2）慣性負載Fm=Ggvt=30009.8460*0.5=40.8241N (3)摩擦負載 因為采用的動力滑臺式是水平導軌，因此作用在上面的正壓力N=G=3000N。靜摩擦阻力 Ffs=fsN=0.2*3000=600N 動摩擦阻力 Ffd=fdN=0.1*3000=300N取液壓缸的機械效率m=0.90，得出的液壓缸在各工作階段的負載如表1.2.1所示。工況負載組成負載值F

6、/N推力F/m/N啟動加速快進工進快退F=FfsF=Ffd+FmF=FfdF=Ffd+FF=Ffd6003413003030030066737933333667333表1.2.1 液壓缸在各工作階段的負載值根據(jù)液壓缸上述各階段的負載可繪制如圖1.2.1（另附）所示的推力循環(huán)圖F-l。速度圖中，快進、快退v1=v3=4m/min，快進行程l1=200mm，工進行程長度l2=200mm，快退l3=l1+l2=400mm，工進速度取可調(diào)最?。ù螅┧俣葀2=50（1000）mm/min2. 主要參數(shù)的確定2.1初選液壓缸工作壓力所設(shè)計的動力滑臺在工進時負載最大，在其他工況負載都不高，參考液壓與氣壓傳動

7、中的表9-2和9-3初選液壓缸的工作壓力p1=4MPa。2.2計算液壓缸的主要尺寸 鑒于動力滑臺要求快進、快退的速度相等，液壓缸可選用單桿式的并在快進時作差動連接。此時液壓缸無桿腔的工作面A1積應(yīng)該是有桿腔A2的兩倍，即活塞外徑d與液壓缸的內(nèi)徑D有d=22D的關(guān)系。 在切削加工時，液壓缸回油路上必須有背壓P2，以防止切削完畢后因負載 變小而濡染往前沖。可取P2=0.8MPa。快進時液壓缸雖然作差動連接，但是由于油管中有壓降p存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時可取p約為0.5MPa?？焱藭r回油腔有背壓，這時P2也可按0，5MPa估算。由工進時的推力計算液壓缸的面積Fm=A1p1-A2p2=

8、A1p1- A12p2A1=Fmp1-p22=336674-0.82=0.0094m2=94cm2D=4A1=10.94cmd=0.707D=7.73cm當按GB 2348-1980將這些直徑圓整成接近標準值得D=11cm，d=8cm。由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積A1=D24=95.03cm2，A2=D2-d24=44.77cm2。經(jīng)檢驗，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。根據(jù)上述D和d的值，可以估算液壓缸在不同階段的壓力、流量和功率，如表2.2.1。并據(jù)此畫出如圖2.2.1所示的液壓缸工況圖（另附），其中紅筆所畫、黑筆所畫和鉛筆所畫線分別表示P、q、p。工況負載F/N回油腔壓力p2/MPa

9、進油腔壓力p1/MPa輸入流量q/Lmin-1輸入功率P/Kw計算式快進(差動)啟動66700.578-p1=(F+A2p)/(A1-A2)q=(A1-A2)v1P=p1q加速33791.0210.521-恒速3331.0120.51220.1040.17工進336670.83.920.031-0.621p1=(F+A2p2)/A1q=A1v2P=p1q快退啟動66700.149-p1=(F+A1p2)/A2q=A2v3P=p1q加速3490.51.146-恒速3331.13617.9080.339表2.2.1 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值3. 液壓系統(tǒng)圖的擬定3.1選擇基本回路(

10、1)選擇調(diào)速回路 由圖2.2.1中的曲線得知，這臺機床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺的速度低，工作負載變化小，采用進口節(jié)流閥的調(diào)速形式，為了防止切削時滑臺突然前沖的現(xiàn)象，回油路上應(yīng)設(shè)置背壓閥。由圖2.2.1可知，液壓缸交替地要求油泵提供低壓大流量和高壓小流量的液壓油。最大流量和最小流量之比約為42，而快進、快退所需要的時間t1和工進時間t2分別為t1=l1v1+l3v3=9(s)t2=l2v2=12240(s)即t2t1（127）。因此，為了提高效率、節(jié)省能量，選用如圖3.1.1所示（另附）的雙聯(lián)式葉片泵。(2)選擇快速運動和換向回路 快進回路選用差動連接，選用如圖3.1.2所示（另附）的形式?；赜颓?/p>

11、采用單向閥來實現(xiàn)差動鏈接。(3)選擇速度換接回路 滑臺快進到工件時，輸入液壓缸的流量由20.096L/min下降到0.48（9.5）L/min，滑臺速度變化很大，所以選用行程閥來控制速度的換接，以減少液壓沖擊，初步如圖3.1.3所示（另附）。(4)選擇調(diào)壓回路和卸荷回路 液壓系統(tǒng)調(diào)壓可由雙聯(lián)葉片泵實現(xiàn)，卸荷可通過中衛(wèi)機能解決。3.2組成液壓系統(tǒng)方案一：將上面選出的液壓基本回路組合，可得初步的液壓基本回來，如圖3.2.1所示（另附），但是回路中還存在許多問題需要更正。在圖3.2.1中，改進（1）：在液控單向閥下方需要加一個背壓閥，實現(xiàn)工進背壓，同時還需要并聯(lián)一個單向閥以便于實現(xiàn)快退功能。改進（2

12、）：在回油路中，背壓閥的存在會導致差動連接中的單向閥被頂開無法使油液回流到油箱，所以將差動連接中的單向閥更換成順序閥，并且該順序閥的頂開壓力必須大于背壓閥的壓力。改進（3）：將液控單向閥的外控k口必須接在調(diào)速閥和液壓缸之間，否則在剛開始的差動連接油路無法實現(xiàn)其功能。改進（4）：在快退回路的回油路中，電磁閥可能有一部分時間處于左位，回油路只能經(jīng)過調(diào)速閥，無法快退，所以應(yīng)該在調(diào)速閥旁邊并聯(lián)一個單向閥。改進（5）：在液壓缸的無桿腔的接口處還需要加一個壓力繼電器已便于控制三位四通換向閥換向。如圖3.2.2所示（另附）。其電磁閥和電磁閥動作順序如表3.2.1所示。動作名稱電磁鐵電磁閥1YAYA快進工進死

13、檔鐵停留快退原位停止-表3.2.1 方案一電磁鐵和電磁閥動作順序液壓系統(tǒng)工作原理及動態(tài)（1）快進 按下啟動按鈕，1YA通電，電磁閥5左位接入系統(tǒng)。主油路接通。此時處于空載，系統(tǒng)壓力低，順序閥3處于關(guān)閉狀態(tài)，兩泵同時供油，液壓缸快進。此時液壓油由電磁閥10右位進入液壓缸左位，液控單向閥8關(guān)閉，順序閥11接通，液壓缸差動連接。主油路的油液流動路線：進油路：雙聯(lián)葉片泵2換向閥（左位）5電磁閥（右位）10液壓缸（無桿腔）14回油路：液壓缸（有桿腔）14順序閥11液壓缸（無桿腔）14 (2)工進 當滑臺到達預定位置，觸碰到電磁閥開關(guān)13以此控制電磁閥10接通左位，1YA繼續(xù)通電，換向閥5左位接通，液壓油

14、由調(diào)速閥9進入液壓缸14左腔，此時由于負載變大，系統(tǒng)壓力升高，液控單向閥8打開，順序閥3打開，低壓大流量泵2A經(jīng)順序閥3回油箱，系統(tǒng)只由高壓小流量泵2B供油，液壓缸工進。回油時由于背壓閥6的壓力小于順序閥11的壓力，所以油液不會經(jīng)過順序閥11回到進油路。（由計算數(shù)據(jù)可調(diào)順序閥11的壓力為1.0MPa，背壓閥6的壓力為0.5MPa）進油路：高壓小流量泵2B換向閥5(左位) 調(diào)速閥9液壓缸14（無桿腔）回油路：液壓缸14（有桿腔）液控單向閥8背壓閥6換向閥5(左位) 油箱 (3)死擋鐵停留 工進到達預定位置后，碰上死擋鐵，滑臺停止運動，實現(xiàn)死擋鐵停留（4）快退 滑臺碰上死擋鐵，運動停止，系統(tǒng)壓力繼

15、續(xù)升高，當壓力達到壓力繼電器12調(diào)定壓力時，換向閥2的右位接通控制右路。此時因為空載，回油無背壓，系統(tǒng)壓力很低，雙聯(lián)葉片泵2兩泵同時供油，滑臺實現(xiàn)快退。這時的主油路路線：進油路：雙聯(lián)葉片泵2換向閥（右位）單向閥7液控單向閥8液壓缸（有桿腔）14回油路：液壓缸（無桿腔）14單向閥15換向閥（右位）5油箱 （5）原位停止 快到原位時，行程擋鐵壓下終點行程開關(guān)，所有電磁鐵斷電，換向閥處于中位，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。此時的主油路的流油路線：雙聯(lián)葉片泵2換向閥5（中位）油箱方案二：在方案一中速度換接被放置在液壓缸的無桿腔一側(cè)支路，在方案二中將速度換接回路放置在有桿腔一側(cè)支路，如圖2.3.3所示（另附）。其電

16、磁閥和電磁閥動作順序如表3.2.2所示。動作名稱電磁鐵行程閥1YAYA快進工進死檔鐵停留快退原位停止-表3.2.2方案二電磁鐵和行程閥動作順序液壓系統(tǒng)工作原理及動態(tài)（1）快進 按下啟動按鈕，1YA得電，電磁閥6左位接入系統(tǒng)，主油路接通。此時處于空載，系統(tǒng)壓力低，順序閥3處于關(guān)閉狀態(tài)，兩泵同時供油，液壓缸快進。由于系統(tǒng)壓力低無法打開液控單向閥10，順序閥11接通，液壓缸差動連接。主油路的油液流動路線：進油路:雙聯(lián)葉片泵2換向閥（左位）6液壓缸（無桿腔）13回油路：液壓缸（有桿腔）13順序閥11液壓缸（無桿腔）13(2)工進 當滑臺到達預定位置，觸碰到行程閥12時，行程閥12被壓下，上位接入系統(tǒng)，

17、此時由于負載變大，系統(tǒng)壓力升高，液控順序閥3和液控單向閥10打開，低壓大流量泵2A經(jīng)過順序閥3回油箱，系統(tǒng)只由高壓小流量泵2B供油，液壓缸工進?；赜蜁r由于行程閥接上位，調(diào)速閥9接入系統(tǒng)。并且，由于背壓閥7的調(diào)定壓力小于順序閥11的壓力，所以油液不會經(jīng)過順序閥11回到進油路。（順序閥11的調(diào)定壓力位1.0MPa，背壓閥7的調(diào)定壓力位0.5MPa）進油路：高壓小流量泵2B換向閥（左位）6液壓缸(無桿腔)13回油路：液壓缸13（有桿腔）液控順序閥10調(diào)速閥9背壓閥7換向閥（左位）6油箱(3)死擋鐵停留 工件到達預定位置后，碰上死擋鐵，滑臺停止運動，實現(xiàn)死擋鐵停留。(4)快退 滑臺碰上死擋鐵后，運動停

18、止，系統(tǒng)壓力繼續(xù)升高，當壓力達到壓力繼電器14調(diào)定的壓力時，換向閥6的右位接入系統(tǒng)右路。此時因為空載，回油路沒有背壓，系統(tǒng)壓力很低，雙聯(lián)葉片泵同時供油，滑臺實現(xiàn)快退。這時的主油路路線：進油路：雙聯(lián)葉片泵2換向閥6單向閥8單向閥11液控順序閥10液壓缸（有桿腔）13回油路：液壓缸（無桿腔）13油箱(5)原位停止 快到原位時，行程擋鐵壓下終點所有行程開關(guān)，所有電磁鐵斷電，換向閥處于中位，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。此時的主油路的流油路線：雙聯(lián)葉片泵2換向閥6（中位）油箱 綜上所述：行程閥的閥口是逐漸關(guān)閉（或開啟）的，速度換接比較平穩(wěn)，速度換接的平穩(wěn)性、可靠性以及精度都比方案一好，適合用于組合機床切削的液壓系

19、統(tǒng)中，所以最終確定采用方案二。4. 液壓元件的計算及選擇4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率液壓缸整個工作循環(huán)中的最高壓力為3.92MPa，如果進油路上的壓力損失為0.8MPa，壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最高壓力位0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力壓力為：pp1=3.92+0.8+0.5=5.22MPa大流量泵在快進運動時才向液壓缸14供油的，由圖2.2.1可知，快退時液壓缸中的工作壓力比快進時候大，若取進油路上的壓力損失為0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力為：pp1=1.126+0.5=1.636MPa兩個液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為20.096L/min，如圖2.2.1可知，若回

20、油路中的泄露按輸入流量的10%估算，則兩泵的總流量qp=1.1*20.96=22.1056L/min。而溢流閥最小聞流為3L/min，工進時最小輸入流量為0.48L/min，所以小流量泵的流量規(guī)格最小應(yīng)為3.48L/min。由以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取PV2R12型雙聯(lián)葉片泵。由于液壓缸在快退時輸入功率最大，即泵輸出壓力位1.636MPa，流量25L/min時的情況，如果取雙聯(lián)葉片泵的總效率p=0.75，則液壓泵的驅(qū)動原動機所需的功率為P=ppqpp=1.636*106*25*10-3600.750.91Kw根據(jù)此數(shù)值查閱電機產(chǎn)品樣本，最后選定Y90S-4型電動機，其額定功

21、率為1.1Kw。4.2確定其他元件及輔件（1）確定控制元件和輔助元件 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個控制閥類元件和輔助元件的實際流量，可以選出這些元件的規(guī)格和型號，表4.2.1為選用的型號和規(guī)格。序號元件名稱估計通過流量/Lmin-1型號規(guī)格1濾油器25YYL-105-1021MPa,90L/min2雙聯(lián)葉片泵-PV2R1214MPa,35.5和4.5L/min3液控順序閥20XF3-E10B16MPa,10通徑 4單向閥25AXQF-E10B5溢流閥4.5YF3-E10B6三位四通電磁閥457背壓閥1XF3-E10B8單向閥25AF3-Ea10B9調(diào)速閥1AXQF-E10B315MPa，1

22、0通徑10液控單向閥25DFY-L10H30.35MPa，10通徑11單向閥25X3F-B10H31.5MPa，10通徑12單向閥25AF3-E10B16MPa，10通徑13液壓缸-14壓力繼電器-PF-L8C14MPa,8通徑表4.2.1 選用元件型號和規(guī)格（2）確定油管 各元件管道的規(guī)格按元件接口處的尺寸確定，液壓缸進、出油管按輸入、輸出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定后液壓缸在各個階段的進、出流量已經(jīng)與原定數(shù)值不同，所以要重新計算得到表4.2.2所示的數(shù)據(jù)。項目快進工進快退輸入流量/Lmin-147.270.4825輸出流量/Lmin-122.270.2353.07運動速度/mmin-

23、14.980.0515.58表4.2.2 液壓缸的進、出流量 當液壓油的速度取3m/min時，可得到液壓缸有桿腔和無桿腔相連的油管內(nèi)分別為：d=247.27*106*3*103*60=17.3mmd=225*106*3*103*60=13.3mm 為統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取油管內(nèi)徑15mm，外徑20mm的10號冷拔鋼管。(3)油箱 油箱的容積V按V=aqv計算。當經(jīng)驗系數(shù)取6的時候，油箱的容積V=150L，按GB 2876-1981規(guī)定，取標準值250L。5. 液壓系統(tǒng)的性能驗算5.1回路壓力損失驗算1選定管道內(nèi)徑15mm，進、回油管道的長度估計為2m，取液壓油粘度v=1*10-4mm/s，油

24、密度=900kg/m3。取最大速度（流量）估算：Re=vdv=4qdv=4*47.27*10-33.14*60*15*10-3*1*10-4=668.832300所以，各工況流動都為層流。層流沿程阻力系數(shù)=75Re=75dv/4q，管道油液流速v=4qd2。則沿程阻力損失為：p=ld*v22=4*75*900*1*10-4*2220*10-34q5.4*107q局部壓力損失：p=0.1p由上式計算各工況進、回油路壓力損失，如表5.1.1。油路各工況下的壓力損失/MPa快進工進快退進油p0.04250.00040.0225p0.004300.0023pw0.04680.00040.0248回油p0.02050.00020.0478p0.002000.0048pw0.02250.00020.526表5.1.1 各工況下的壓力損失由上表計算可是，各個工況的總壓力損失pw，將其與