鉆鏜專用機床動力滑臺的液壓系統(tǒng)課程設計

1、xxxxxx課程設計專用紙目 錄1. 工況分析.12. 繪制液壓缸的負載圖和速度圖.23. 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖.3四.確定執(zhí)行元件主要參數(shù).55. 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號.7六.驗算液壓系統(tǒng)性能.9七 . 參考書目.12一工況分析設計要求 設計一臺加工鑄鐵箱體上的孔系的鉆鏜專用機床動力滑臺的液壓系統(tǒng)。其工作循環(huán)是：快進工進快退原位停止。加工時最大切削力為12000N，動力滑臺重力為20000N，工作進給速度要求在0.00040.02m/s范圍內(nèi)無級調(diào)速，快進與快退速度均為0.1m/s，往返加減速時間為0.2s。導軌形式為平導軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1，最大行程為40

2、0mm，工進行程為200mm，機床加工時要求實現(xiàn)工作自動循環(huán)。設計該機床的液壓傳動系統(tǒng)。 液壓缸負載主要包括：切削阻力，慣性阻力，重力等 ，即 F= FW+Ff+ Fm式中：FW工作負載，對于金屬切削機床來說，即為活塞運動方向的切削力 FW =12000N Ff導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平導軌Ff可由下式求得：） Ff=f（G+Fn） G運動部件重力 Fn垂直于導軌的工作負載，為零 f 導軌摩擦系數(shù)，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1 Ffs= 20000×0.2=4000 N Ffd =20000×0.1=2000 N Fm運動部件

3、速度變化時的慣性負載； Fm= G·v/（g·t） 式中，g重力加速度； t加速或減速時間，t=0.2s； vt時間內(nèi)的進度變化量。 Fm= G·v/（g·t）=20000×0.1/（9.8×0.2）=1020N 根據(jù)以上分析，計算出液壓缸各動作中的負載表1：（單位：N，取=0.9）工況負載組成負載值F液壓缸推力=F/啟動、加速=+50205578快進=20002222工進=+FW1400015556快退=20002222 表1液壓缸負載表二繪制液壓缸的負載圖和速度圖根據(jù)上表數(shù)值，繪制出液壓缸的負載循環(huán)圖如圖1所示：根據(jù)任務書技術參數(shù)

4、和設計要求，繪制速度循環(huán)圖如圖2所示：三 .擬訂液壓系統(tǒng)原理圖1.確定供油方式：由設計要求可知，工進時負載大速度較低，而快進、快退時負載較小，速度較高。為節(jié)約能源減少發(fā)熱。油源宜采用雙泵供油或變量泵供油。選用雙泵供油方式，在快進、快退時，雙泵同時向系統(tǒng)供油，當轉(zhuǎn)為共進時，大流量泵通過順序閥卸荷，小流量泵單獨向系統(tǒng)供油，小泵的供油壓力由溢流閥來調(diào)定。若采用限壓變量泵葉片泵油源，此油源無溢流損失，一般可不裝溢流閥，但有時為了保證液壓安全，仍可在泵的出口處并聯(lián)一個溢流閥起安全作用?，F(xiàn)采用壓力反饋的限壓式變量葉片泵。2.調(diào)速方式的選擇：在中小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。

5、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要求特點，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流閥組成的容積節(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)速閥裝在回路上，具有承受負切削力的能力。3.速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)型較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。4.換向回路的選擇由速度圖可知，快進時流量不大，運動部件的重量也較小，在換向方面又無特殊要求，所以可選擇電磁閥控制的換向回路。5.液壓基本回路的組成將已選擇的液壓回路，組成符合設

6、計要求的液壓系統(tǒng)并繪制液壓系統(tǒng)原理圖。此原理圖除應用了回路原有的元件外，又增加了液壓順序閥和單向閥等，其目的是防止回路間干擾及連鎖反應。 液壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示： 圖3 液壓系統(tǒng)原理圖1、 大泵 2、小泵 3、濾油器 4、外控順序閥 5、單向閥 6、溢流閥 7、電液換向閥 8、單向行程調(diào)速閥 9、壓力繼電器 10、主液壓缸 11、二位三通電磁換向閥 12、背壓閥 13、二位二通換向閥根據(jù)原理圖中進行簡要分析：A、快進：1YA通電，電液換向閥左位工作， 大泵單向閥5電液換向閥7行程閥14主液壓缸無桿腔小泵2單向閥5電液換向閥7行程閥14主液壓缸無桿腔 液壓缸有桿腔電磁閥11電液換向閥7單向行程

7、調(diào)速閥8油箱（差動換接）B：工進：3YA通電，切斷差動油路，快進行程到位，擋鐵壓下行程閥8，切斷快進油路，3YA通電，切斷差動油路，快進轉(zhuǎn)工進，液壓系統(tǒng)工作壓力升高到溢流閥5調(diào)定壓力，進油路高壓油切斷單向閥5供油路,打開外控順序閥4，大泵卸荷，接通經(jīng)背壓閥12通油箱油路。大泵外控順序閥4（卸荷閥）油箱（大泵卸荷）小泵2電液換向閥7單向行程調(diào)速閥8主液壓缸無桿腔液壓缸有桿腔電磁閥11電液換向閥7背壓閥12油箱C、快退：1YA斷電，2YA、3YA、4YA通電工進結(jié)束，液壓缸碰上死擋鐵，壓力升高到壓力繼電器調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)出信息，1YA斷電，2YA、3YA、4YA通電大泵單向閥5電液換向閥7電

8、磁閥11主液壓缸有桿腔小泵2單向閥5電液換向閥7電磁閥11主液壓缸有桿腔液壓缸無桿腔單向行程調(diào)速閥8電液換向閥7電磁閥13油箱小泵2單向行程調(diào)速閥8電液換向閥7電磁閥13油箱 主液壓缸無桿腔快退到位碰行程開關，行程開關發(fā)信，6YA通電。 電磁鐵動作順序表如表2所示： 動 作1YA2YA3YA4YA快進工進快退停 止 表2 電磁鐵動作順序表四確定執(zhí)行元件主要參數(shù)1工作壓力的確定工作壓力可根據(jù)負載大小及設備類型來初步確定，見表1，根據(jù)工進負載FI=14000N,選PI=4MPa。為防止加工結(jié)束動力頭突然前沖, 設回油有背壓閥或調(diào)速閥，取背壓P2=0.8 MPa。2確定液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d取

9、液壓缸無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的2倍F=P1A1- P2A2= A1（P1- P2 A2/ A1）快進速度V=0.1m/s，工進速度V=0.4x10m/s,相差很大,應進行差動換接,取k= A2/ A1=0.5,則：mm根據(jù)液壓缸尺寸系列表，取液壓缸筒標準值：D=90mm 根據(jù)液壓缸快進快退速度相近，取d/D=0.7，則活塞桿直徑d=0.7×90mm=63mm，按活塞桿系列表取d=63mm。根據(jù)已取缸徑和活塞竿內(nèi)徑，計算出液壓缸實際有效工作面積，無竿腔面積A1和有竿腔面積A2分別為液壓缸的實際計算工作壓力為：則實際選取的工作壓力P=4MP滿足要求按最低工作速度驗算液壓缸的最小

10、穩(wěn)定速度由于A>,所以能滿足最小穩(wěn)定速度的要求3. 計算在各工作階段液壓缸所需的流量 4. 計算液壓缸各運動階段的壓力，流量和功率根據(jù)上述所確定的液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d，以及差動快進時的壓力損失時 P=0.5MPa，工進時的背壓力P=0.8MPa快退時P=0.5MPa，則可以計算出液壓缸各工作階段的壓力，流量和功率。如表3所示：工作循環(huán)計算公式液壓缸推力F進油壓力Pj所需流量Q輸入功率P差動快進Pj=(F+p A2)/（A1-A2）Q=v*（A1-A2）P= Pj*Q2222N1.23MPa18.7L/min0.38Kw工進Pj=(F+PA2)/A1Q=v* A1P= Pj*Q15

11、556N2.85MPa0.153L/min7.63L/min快退Pj=(F+PA1)/ A2Q=v* A2P= Pj*Q2222N1.23MPa19.5L/min0.4Kw表3 各工況下的主要參數(shù)值五. 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號1 計算液壓泵的壓力由于本設計采用雙泵供油方式，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工況圖，大流量液壓泵只需在快進和快退階段向液壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運動和工進時都向液壓缸供油，而液壓缸在工進時工作壓力最大，因此對大流量液壓泵和小流量液壓泵的工作壓力分別進行計算。根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵

12、到液壓缸之間壓力損失之和。對于調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路，選取進油路上的總壓力損失，同時考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓力繼電器動作壓力與最大工作壓力的壓差為0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力可估算為大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，快退時液壓缸中的工作壓力比快進時大，如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： 2計算液壓泵的流量 液壓泵的最大流量q泵應為： QpKL(Q)max 式中：Qp-液壓泵的最大流量； (Q)max-同時動作各液壓缸所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進行工作，尚需加1溢流閥的最小流量23L/min； KL-系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般

13、取KL=1.11.3，現(xiàn)取KL=1.2 Qp-=KL(Q)max=1.2×19.5=23.4(L/min)3 選擇液壓泵規(guī)格 根據(jù)P額、P泵值查閱有關手冊，選取PV2R12-6/33型雙聯(lián)葉片泵，其中小泵的排量為6mL/r，大泵的排量為33mL/r，若取液壓泵的容積效率=0.9，則當泵的轉(zhuǎn)速=940r/min時，小泵的輸出流量為Qp小=6´940´0.9/1000=5.076 L/min該流量能夠滿足液壓缸工進速度的需要。大泵的輸出流量為Qp大=33´940´0.9/1000=27.918 L/min雙泵供油的實際輸出流量為該流量能夠滿足液壓缸

14、快速動作的需要。4選定與液壓泵匹配的電動機差動快進，快退時的兩個泵同時向系統(tǒng)供油；工進時，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載?？爝M時，小泵的出口壓力損失0.45MPa，大泵出口損失0.15MPa。小泵出口壓力=4.6MPa大泵出口壓力=1.88MPa電動機功率(=0.5)=Qp小/+Qp大/=0.89Kw快進時所需的功率最大。根據(jù)查樣本選用Y90L-6異步電動機，電動機功率1.1Kw。額定轉(zhuǎn)速910r/min5.閥類元件及輔助元件的選擇（1）閥類元件的選擇根據(jù)上述流量及壓力計算結(jié)果，對圖7初步擬定的液壓系統(tǒng)原理圖中各種閥類元件及輔助元件進行選擇。元件名稱規(guī)格額定流量型號外控順序閥4.875XY-F10D

15、-P/O(P1)-1單向閥4.875AF3-Ea10B溢流閥3.375YF3-10B電液換向閥80D(E)YF3單向行程調(diào)速閥9.75AQF3-E10B二位三通電磁換向閥2523EF3-E10B背壓閥25FBF3-6B二位二通換向閥8.2122EF3-E10B濾油器11.47XLX-06-80 表4 液壓元件型號及規(guī)格（2）油管尺寸 油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可以按管路允許流速進行計算，流量q=40L/min，壓油管的允許流速取v=4m/s則壓油管內(nèi)徑d為：d=(4q/v) 1/2 =(4×/3.14×4) 1/2 =1.2cm可選內(nèi)徑為d=11m

16、m的油管。流量q=12 L/min，吸油管的允許流速取v=1.5m/s則吸油管內(nèi)徑d為：d=(4q/v) 1/2 =(4×12/3.14×1.5) 1/2 =1.02cm可選內(nèi)徑為d=12mm的油管。關于定位夾緊油路的管徑，可按元件接口尺寸選擇。6油箱容量的確定該方案為中壓系統(tǒng)，液壓油箱的有效容量按泵的流量57倍來確定，油箱的容量V為:V=(57) Qp=(57) ×32.994=(165231)L按GB2876-81規(guī)定，且考慮散熱因素，取靠近的標準值V=250L。六 .驗算液壓系統(tǒng)性能1回路壓力損失驗算主要驗算液壓缸在各運動階段中的壓力損失。若驗算后與原估算值

17、相差較大，就要進行修改。壓力算出后，可以確定液壓泵各運動階段的輸出壓力機某些元件調(diào)整壓力的參考值。 具體計算可將液壓系統(tǒng)按工作階段進行，例如快進，工進，快退等，按這些階段，將管路劃分成各條油流進液壓缸，而后液壓油從液壓缸流回油箱的路線的管路，則每條管路的壓力損失可由下式計算：式中：某工作階段總的壓力損失；液壓油沿等徑直管進入液壓缸沿程壓力損失值之和； 液壓油沿等徑直管從液壓缸流回油箱的沿程壓力損失值之和； 液壓油進入液壓缸所經(jīng)過液壓閥以外的各局部的壓力損失值之總和，例如液壓油流進彎頭，變徑等； 液壓油從液壓缸流回油箱所經(jīng)過的除液壓閥之外的各個局部壓力損失之總和； 液壓油進入液壓缸時所經(jīng)過各閥類

18、元件的局部壓力損失總和； 液壓油從液壓缸流回油箱所經(jīng)過各閥類元件局部壓力損失總和； 液壓油進入液壓缸時液壓缸的面積； 液壓油流回油箱時液壓缸的面積。 和的計算方法是先用雷諾數(shù)判別流態(tài)，然后用相應的壓力損失公式來計算，計算時必須事先知道管長L及管內(nèi)徑d，由于管長要在液壓配管設計好后才能確定。所以下面只能假設一個數(shù)值進行計算。 和是指管路彎管、變徑接頭等，局部壓力損失可按下式：式中局部阻力系數(shù)（可由有關液壓傳動設計手冊查得）； 液壓油的密度 液壓油的平均速度此項計算也要在配管裝置設計好后才能進行。 及是各閥的局部壓力損失，可按下列公式：式中液壓閥產(chǎn)品樣本上列出的額定流量時局部壓力損失； q 通過液

19、壓閥的實際流量； 通過液壓閥的額定流量。另外若用差動連接快進時，管路總的壓力損失應按下式計算：式中AB段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失； BC段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失； BD段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失； 大腔液壓缸面積； 小腔液壓缸面積。現(xiàn)已知該液壓系統(tǒng)的進、回油管長度均為1m，吸油管內(nèi)徑為，壓油管內(nèi)徑為，局部壓力損失按進行估算，選用L-HL32液壓油，其油溫為時的運動粘度，油的密度。液壓泵在各階段的輸出壓力，是限壓變量葉片泵和順序閥調(diào)壓時的參考數(shù)據(jù)，在調(diào)壓時應當符合下面要求：其中限定壓力 快進時泵的壓力 順序閥調(diào)定壓力 工進時泵的壓力從上述驗算表明，無須修改原設計。（1）液壓回路的效率在各工作階段中，工進所占的時間較長。所以液壓回路的效率按工進時為計算。 回=p缸q缸/p泵q泵 =3.56×106&#