專用平面磨床工作臺往復運動的液壓系統(tǒng)設計

1、廣西科技大學課程設計（說明書）液壓課程設計學生姓名。學院名稱。班級。指導教師。2013年01月18日摘要主要闡述了平面磨床工作臺液壓系統(tǒng)，液壓技術是機械設備中發(fā)展最快的技 術之一。隨著科技步伐的加快，液壓技術在各個領域中得到廣泛應用。 液壓技術 己成為主機設備中最關鍵的部分之一。本平面磨床工作臺液壓系統(tǒng)設計，出了滿足在性能方面規(guī)定要求外，還必須 符合體積小，重量輕，工作可靠，使用和維修方便等一些公認的普通設計原則。 液壓系統(tǒng)的設計主要是根據(jù)已知條件，來確定液壓工作方案、液壓流量、壓力和 液壓泵以及其他元件的設計。完成整個設計過程需要進行一系列工作。設計者首先應以樹立正確的設計思 路，努力掌握先

2、進的科學技術知識和科學辯證的思想方法。同時，還要堅持理論聯(lián)系實際，并在實踐中不斷總結和積累設計經(jīng)驗，向有關領域的科技工作者和從 事生產(chǎn)實踐的工作者學習，不斷發(fā)展和創(chuàng)新，才能建好地完成機械設計任務。關鍵詞：磨床液壓缸液壓泵摘要.目 錄.21課題題目 .31.1課程設計課題內(nèi)容 .31.1.1設計的目的 .31.2設計內(nèi)容及步驟 .31.2.1設計的內(nèi)容及步驟 .41.1.1.正文51.設計要求及設計參數(shù) .51.2.1設計要求 .51.2.1設計參數(shù) .51.負載與運動分析 .51.2.1負載分析 .61.2.1運動分析 .61.2.1負載圖與運動圖的繪制 .61.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) .91.

3、2.1液壓缸的選定 .91.2.1液壓缸各階段的壓力，流量和功率 .111.2.1液壓缸的工況圖 .133選型及計算書 .143)擬定液壓系統(tǒng)原理圖 .144)液壓元件的選擇 .15(1)確定液壓泵的規(guī)格和電動機的功率 .15(2)選擇閥類元件及輔助元件 .175)液壓確定系統(tǒng)性能的驗算 .17總結.18參考文獻 .181 1 課題題目(4)課程設計課題內(nèi)容(2)設計的目的專用平面磨床液壓系統(tǒng)的設計是為了使得工作臺的往復運動采用液壓運動， 平面磨床為精加工磨床， 磨削力及變化量不大， 工作臺往復運動速度高， 調速范 圍廣，要求換向靈敏迅速，沖擊小，所以采用液壓傳動能夠達到這些效果，液壓 傳動主

4、要是為了操縱平面磨床的往復運動， 所以是液壓系統(tǒng)的主體回路， 其中主 要有工作臺油路的控制， 和工作臺速度的控制， 工作臺制動， 換向和停留以及工 作臺手動與自動控制互鎖。 專用平面磨床工作臺液壓系統(tǒng)設計能夠提高運動的效 率和精確度，并且能夠對調速，運動平穩(wěn)性，換向精度，換向頻率都有較好的控 制，所以對液壓系統(tǒng)也有較高的要求。小型平面磨床工作臺的液壓傳動系統(tǒng)， 其采用液壓系統(tǒng)和雙出桿液壓缸組成 了液壓傳動系統(tǒng)， 取代原機床手動傳動系統(tǒng)。 工作臺的來回縱向運動由安裝在拖 板上的液壓缸的液壓桿來回運動而牽引著工作臺來回運動。 其運動行程和方向轉 換則由安裝在工作臺上的行程擋塊和安裝在拖板上的磨床專

5、用液壓閥所決定。 本 發(fā)明解決了手動平面磨床以純?nèi)斯な謩硬僮鞯倪@一系列的動作， 大大提高生產(chǎn)效 率，降低勞動強度，而且重量輕、體積小、運動慣性小、反應速度快1.1.2設計的要求1設計時必須從實際出發(fā)， 綜合考慮實用性、 經(jīng)濟性、先進性及操作維修方 便。如果可以用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求， 就不必過分強調先進性。 并非是越 先進越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應不惜多用一些元件或采 用性能較好的元件，不能單獨考慮簡單、經(jīng)濟；2獨立完成設計。設計時可以收集、參考同類機械的資料， 但必須深入理解， 消化后再借鑒。不能抄襲；3在課程設計的過程中， 要隨時復習液壓元件的工作原理、 基本回路及

6、典型 系統(tǒng)的組成，積極思考。不能直接向老師索取答案。4液壓傳動課程設計的題目均為中等復雜程度液壓設備的液壓傳動裝置設計。1.2設計內(nèi)容及步驟設計的內(nèi)容及步驟（一）設計內(nèi)容液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負載和速度循環(huán)圖；進行方案設計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖；計算和選擇液壓元件；驗算液壓系統(tǒng)性能；繪制正式工作圖，編制設計計算說明書。（二）設計步驟以一般常規(guī)設計為例，課程設計可分為以下幾個階段進行。明確設計要求閱讀和研究設計任務書，明確設計任務與要求；分析設計題目，了解原始 數(shù)據(jù)和工作條件。（2）參閱與本課題相關內(nèi)容，明確并擬訂設計過程和進度計劃。進行工況分析做速度-位移曲線，以便找出最大速度點；做負載-位移

7、曲線，以便找出最大負載點。確定液壓缸尺寸確定液壓缸尺寸前應參照教材選擇液壓缸的類型，根據(jù)設備的速度要求確定d/D的比值、選取液壓缸的工作壓力，然后計算活塞的有效面積，經(jīng)計算確定的 液壓缸和活塞桿直徑必須按照直徑標準系列進行圓整。計算時應注意考慮液壓缸的背壓力，背壓力可參考下表選取。系統(tǒng)類型背 壓 力（MPa回路上有節(jié)流閥的調速系統(tǒng)0.2 0.5回路上有背壓閥或調速閥的進給系統(tǒng)0.5 1.5采用輔助泵補油的閉式回路（拉床、龍門刨等）1 1.5繪制液壓缸工況圖液壓缸工況圖包括壓力循環(huán)圖（AS）、流量循環(huán)圖（q-s）和功率循環(huán)圖（P-s），繪制目的是為了方便地找出最大壓力點、最大流量點和最大功率點。

8、進行方案設計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖方案設計包括供油方式、調速回路、速度轉接控制方式、系統(tǒng)安全可靠性（平 衡、鎖緊）及節(jié)約能量等性能的方案比較，根據(jù)工況分析選擇出合理的基本回路， 并將這些回路組合成液壓系統(tǒng)，初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖。選擇液壓基本回路，最主要的就是確定調速回路。應考慮回路的調速范圍、 低速穩(wěn)定性、效率等問題，同時盡量做到結構簡單、成本低。2 2 正文2.1設計要求及設計參數(shù)2.1.1 設計要求設計專用磨床工作臺往復運動的液壓系統(tǒng)2.1.2 設計參數(shù)工作臺速度最大 12m/min,最小為 0.5m/min,最大切削力為 800N,工作 臺及工件重量 G=20000N 啟動時間 t=0.

9、1s,液壓缸總回程為 700 毫米, 導軌面的摩擦系數(shù) f=0.2，節(jié)流閥裝載在液壓缸的回油路上，回油背 壓 0.3Mpa。2.2 負載與運動分析運動分析：根據(jù)已知條件，運動部件的工作循環(huán)為快進 -工進-快退-停止。工作循環(huán)圖如下所示：I ill-1-圖 1 工作循環(huán)圖2.2.1負載分析，（假設工作臺動摩擦系數(shù)f=0.2）工作載荷Ft=800N,工作臺最大速度V=12m/min=0.2m/s工作臺最小速度V=0.5m/min=0.00833m/s慣性負載：F1=ma=(20000/10)X(0.2/0.1)=4000NF2=ma=(20000/10)X(0.00833/0.1)=166N阻力負

10、載：Fs=0.2X20000=4000NFd=0.2X20000=4000N假設液壓缸的機械效率cm0.91，得出液壓缸在各工作階段的負載和推力，如表 1 所示表 1 液壓缸各階段的負載和推力工況負載組成液壓缸負載F/N液壓缸推力FoFcm/N啟動F=Fs40004396力卩速F=Fd+F180008791快進F=Fd40004396工進F=Fd+Ft48005275快退F=Fd400043962.2.2負載圖和速度圖的繪制速度循環(huán)圖V-12.3液壓缸的主要參數(shù)的確定由教材表9-2可知初定Pb=2pa液壓缸的選定(1)確定液壓缸的幾何尺寸鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等，這里的液壓缸可以選用

11、單桿式的，并在快進是做差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔A1應為有桿腔工作面積A2的2倍，即塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d=0.707D的關系。在磨床加工時， 液壓缸回油路上必須有背壓P2,以防止工件被加工完時磨床突然前沖。根據(jù)題目要求，取P2=0.3Mpa?？爝M時液壓缸雖做差動連接，但由于油管中有壓降p存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算的時候取p=0.5Mpa?？焱藭r回油腔中是有背壓的，這時的P2=0.3Mpa。有表1可知最大負載為加速階段時F=8791N有加速時的負載計算液壓缸的面積A2=F/(2p1-p2)=8791/(2X2X10-0.3X10)-3 2所以 A1=2*A2=4.751X

12、1010 m,m,D=V4A1/n=78.30mm, d=0.707D=55.36mm當按照 GB-T2348-1993 將這些直徑圓整成就近標準值時得 至U：D=80mm, d=63mn 由此求得液壓缸兩腔實際有效面積 為：A1A1=nD4=5.024D4=5.024X1010-3甫，A2=A2=n(D(D2-d-d2)/4=1.908)/4=1.908X1010-3n ni, ,22因為A1=50.25cm1cm故滿足最低速要求。液壓缸各階段的壓力，流量和功率計算系統(tǒng)所需壓力1)系統(tǒng)快進前啟動時，所需壓力為P1=(F+A2P)/(A1-A2)=(4396+1.908X10-3X0.3X10

13、6)/(5.024-1.908)X1 0-3=1 .59Mpa2)系統(tǒng)快進加速時，所需壓力為-3P1=(F+A2AP)/(A1-A2)= (8791+1.908X10-X0.3X106)/(5.024-1.908)X 10-3=3Mpa3)系統(tǒng)快進恒速時所需壓力為P1=(F+A2AP)/(A1-A2)= (4396+1.908X10-3X0.3X106)/(5.024-1.908)X10 1.59Mpa,)系統(tǒng)工進時，所需壓力為3P1=(F+P2A2)/A 仁(5275+1.908X0.3X10)/5.024X10-3=1.16Mpa)系統(tǒng)快退時，所需壓力為3P1=(F+P2A1)/A2= (

14、4396+0.3X5.024X10)/1.908X10-3=3.09Mpa,(3)計算液壓缸所需的流量快進過程中所需的流量q=(A1 -A2)V1=(5.024-1.908)X10-3X12X103=37.3L.min-12)工進過程中所需的流量q=A1V2=5.024X10-3X0.5X103=2.51 2L.min-13)快退過程中所需的流量q=A1V3=1.908X10-3X12X103=22.89 L.min-1(4)計算系統(tǒng)所需功率）快進恒速時，所需功率為P=p1q=1.59X 37.3/60=0.988KW工進時，所需的功率為P=p1q=1.16X2.512/60=0.049KW快

15、退時，所需功率為P=p1q=3.09X22.89/60=1.179KW2.3.3液壓缸的工況圖工況推力F/N回油腔壓力P2/Mpa進油腔壓力 P1/Mpa輸入流量q/L.min-1輸入功率 P/KW計算式快進（差動）起動439601.59P1=(F+A2AP)/(A1-A2)q=(A1-A2)V1p=p1q加速8791P2=P1+P3恒速43961.537.70.988工進2852750.31.162.5120.049P1=(F+P2A2)/A1q=A1V2P=P1q快退43960.63.0922.891.179P1=(F+P2A1)/A2q=A2V2P=P1q確定液壓泵流量3造型及計算書3.

16、1液壓系統(tǒng)圖擬定（一）液壓回路的選擇首先要選擇調速回路，由上圖中的一些曲線可知，這臺專用磨床工作臺往復運動液壓系統(tǒng)的功率小，滑 臺運動速度低，工作負載變化小，可采用進口節(jié)流調 速形式，為了解決進口節(jié)流調速回路在工件磨完時突 然前沖的現(xiàn)象，回路上要設置背壓閥。1）油源形式及壓力控制從上圖計算可知，最大流量和最小流量的比 值為15,而快進快退時間t1和工進所需時 間t2。 從提高系統(tǒng)效率和節(jié)省能量的角度 上看，采用單個定量泵作為油源時可行的。2）換向回路，快退運動回路及換接方式系統(tǒng)中使用節(jié)流調速回路后， 不管使用什么 油源形式液壓缸兩腔， 都必須有單獨的油路 直接通向液壓缸兩腔以實現(xiàn)快速運動。在本

17、 系統(tǒng)中， 單桿液壓缸要做差動連接， 所以他 的換向回路，快速運動回路以及換接方式應 該采用以下所示的形式調速回路有計算表格可知， 當工作臺快進時， 輸 入液壓缸的流量為37.7L.min-1，當工作臺工 作在工進階段時，輸入液壓缸的流量為2.512L.min-1，當工作臺在快退階段時，輸入液壓缸 的流量為22.89L.min-1，為滿足不同的流量， 必須要調速回路，調速回路選用單向調速閥調速4冷卻回路 由于磨床工作時，液壓系統(tǒng)工作負載加大， 油溫不斷身高，需對油溫進行冷卻處理。 用冷卻器組成冷卻回路來冷卻液壓油測量回路為使用戶更直觀的了解系統(tǒng)的使用情況， 安 裝壓力表，實時顯示系統(tǒng)狀態(tài)。二）

18、液壓回路綜合將上面的各種回路組合畫在一起，就得到下圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖。3.2液壓元件的選擇3.2.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機的功率液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為3.09Mpa,根據(jù)書上取進油路上壓力損失為刀?p=0.6MPa， 則 泵 的 最 大 工 作 壓 力 為P1=3.09+0.6=3.69Mpa泵應該向液壓缸提供最大流量為37.7L.min-1，若回路中的泄露按照液壓缸輸入量的10%估計，則泵的總流量為1.1X37.7=41.47L.min-1，而快退時輸入液壓缸的流量為22.89,所以流量泵的流量規(guī)格最小為25.89.4 L.min-1，。 若取泵的總效率為0.75，則驅

19、動液壓泵的的功率為：P=pq/n=3.09X37.7/(60*0.75)=2.59KW.根 據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取YB-63型葉片泵。其流量為63 L.min-1,轉速為960r/min容積效率大于90%驅動功率選5.5KW采用20號液壓 油溫度為10-50Co3.2.23.2.2選擇閥類元件及輔助元件 根據(jù)閥類及輔助原件在油路中的最大工作壓力和 通過該元件的最大實際流量，即可選出合適的液壓元 件。 確定油管表 1010 允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)/(m/s)吸油管道0.0. 5 51.51.5，一般取 1 1 以下L.min-1,

20、由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為壓油管道3 36 6,壓力高，管道短，粘 度小取大值回油管道按表 1010 推薦的管道內(nèi)允許速度取 =4=4 m/sm/s，由式d:計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi) 徑分別為按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑 20mm20mm 外徑 25mm25mm 的 1010 號冷拔鋼管。(3)(3)確定油箱油箱的容量按式V qpn估算，其中a為經(jīng)驗系數(shù)， 低壓系統(tǒng)，a=2=24 4;中壓系統(tǒng)，a=5=57 7;高壓系統(tǒng),a=6=61212?，F(xiàn)取a=6=6,得V qpn6 41.47L248.82L3.33.3 液壓確定系統(tǒng)性能的驗算(一)驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥 調整

21、值，由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確 定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，所 以只能估算閥類元件的壓力損失，待設計好 管路布局后，加上管路的沿程損失就好。但 對于中小型的液壓系統(tǒng)，管路壓力損失很 小，不與計算。1.1. 5 5 3 3d|d24V寫肚103mm 17.1mm為了統(tǒng)一規(guī)格，（ 二 ）集成塊連接裝置的設計1 .通用集成塊組結構集成塊組，是按通用的液壓典型回路設計成的通用組 件。它由集成塊、底塊和頂蓋用四只長螺栓垂直固緊而成。液壓元件一般安裝在集成塊的前面、后面和右側面、左側面不安放元件，留著連接油管，以便向執(zhí)行元件供油。為 了操縱調整方便，通常把需要經(jīng)常調節(jié)的元件，入調速閥、 溢流閥、

22、減壓閥等，布置在右側面和前面。元件之間的聯(lián)系借助于塊體內(nèi)部的油道孔。根據(jù)單元回路塊在系統(tǒng)中的作用可分為調壓、換向、調速、減壓、順序 等若干種回路。每塊的上下兩面為疊積結合面，布有公用的 壓力油孔P、回油孔O泄漏油孔L和連接螺栓孔。2集成塊的特點從集成塊的組成原理圖可以看出，集成塊由板式元件與 通道體組成，元件可以根據(jù)設計要求任意選擇，因此，集成 塊連接裝置廣泛地應用在機床及組合機床自動線中， 其工作 壓力為0.3X1063.5x107Pa,流量一般在30601/min,集成塊與其它的連接方式相比有以下特點：（1） 可以采用現(xiàn)有的板式標準元件，很方便地組成各 種功能的單元集成回路，且回路的更換很

23、方便，只須更換或 增、減單元回路就能實現(xiàn)，因而有極大的靈活性。（2） 由于是在小塊體上加工各種孔道，故制造簡單， 工藝孔大為減少，便于檢查和及時發(fā)現(xiàn)毛病。如果加工中出 了問題，僅報廢其中一小塊通道體，而不是整個系統(tǒng)報廢。（3） 系統(tǒng)中的管道和管接頭可以減少到最少程度，使 系統(tǒng)的泄漏大 為減少，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且結構緊 湊，占地面積小，裝配與維修方便。（4） 由于裝在通道體側面的各液壓元件間距離很近， 油道孔短，而且通油孔徑還可選擇大一些，因而系統(tǒng)中管路 壓力損失小，系統(tǒng)發(fā)熱量也小。（5） 有利于實現(xiàn)液壓裝置的標準化、 通用化、 系列化， 能組織成批生產(chǎn)。由于組成裝置的靈活性大，故設計和制

24、造 周期大為縮短，生產(chǎn)成本低，為在機床廣泛應用液壓技術提 供了方便。3.油孔直徑的確定。（1）油孔間最小間隙的確定。若相鄰油孔間的距離太 近，則在油液壓力作用下可能造成油道串通，致使集成塊報廢。因此在設計油孔的具體位置時，必須確定通道體內(nèi)各通油孔道的最小間隔尺寸e，般推薦e不小于5mm當油液壓力高于6.3xlO6Pa或孔道間隔尺寸較小時，還要作強度 校核，以防止使用過程中被擊穿。通道體高度H的確定。通道體外形尺寸的確定。元件在通道體上的初步布局。5集成塊的設計(1)公用油道孔的選定。集成塊的主要作用為連通各液壓元件，以便組成單元回路。因此，集成塊上一般必須有公用的壓力油孔P,回油孔O及泄露孔L,它們是由下往上貫穿通道體的。 集成塊通道 體， 有二孔式、三孔式、四孔式、五孔式等多種設計方案，目前廣泛應用二孔式和三孔式，這里選擇二孔式。(1)油孔直徑的確定。油孔直徑可按下式確定：d=46 Q/V式中，Q流經(jīng)油孔的流量(L/min);u孔道中 的允許流速(m