《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程設(shè)計(jì)-宋超剖析

1、 i中央廣播電視大學(xué)開(kāi)放教育新疆廣播電視大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)液壓與氣動(dòng)技術(shù)題目：臥式鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化年級(jí)：2014春本科學(xué)號(hào)：1465001200723姓名：宋超指導(dǎo)老師：徐昌輝 摘要液壓系統(tǒng)的作用為通過(guò)改變壓強(qiáng)增大作用力。一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。一個(gè)液壓系統(tǒng)的好壞取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、系統(tǒng)元件性能的的優(yōu)劣，系統(tǒng)的污染防護(hù)和處理，而最后一點(diǎn)尤為重要。近年來(lái)我國(guó)國(guó)內(nèi)液壓技術(shù)有很大的提高，不再單純地使用國(guó)外的液壓技術(shù)進(jìn)行加工。一個(gè)液壓系統(tǒng)的好壞不僅取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和系統(tǒng)元件性能的的優(yōu)劣，還因系統(tǒng)

2、的污染防護(hù)和處理，系統(tǒng)的污染直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命，據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)外的的液壓系統(tǒng)故障大約有70%是由于污染引起的。目前我國(guó)液壓技術(shù)缺少技術(shù)交流，液壓產(chǎn)品大部分都是用國(guó)外的液壓技術(shù)加工回來(lái)的，近幾年國(guó)內(nèi)液壓技術(shù)有很大的提高，如派瑞克、威明德液壓等公司都有很強(qiáng)的實(shí)力。關(guān)鍵詞：液壓缸，組合機(jī)床，液壓系統(tǒng)，工作循環(huán)。TOC o 1-5 h z1題目5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 3工況分析5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 4擬定液壓系統(tǒng)原理圖6 HYPERLINK l bo

3、okmark26 o Current Document 4.1確定供油方式6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4.2調(diào)速方式的選擇6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 4.3速度換接方式的選擇6 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 5液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 5.1液壓缸主要尺寸的確定75.1.1工作壓力P的確定75.1.2計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d75

4、.1.3計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量85.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格85.2.1泵的工作壓力的確定85.2.2泵的流量確定85.2.3選擇液壓泵的規(guī)格95.2.4與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定95.3液壓閥的選擇10 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 5.4確定管道尺寸10 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 5.5液壓油箱容積的確定10 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 6液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算10 HYPERLINK l bookmark8

5、0 o Current Document 6.1壓力損失的驗(yàn)算106.1.1工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失106.1.2工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失116.1.3變量泵出口處的壓力Pp116.1.4快進(jìn)時(shí)的壓力損失11 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 6.2系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算12 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 7液壓缸的設(shè)計(jì)12 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 7.1液壓缸工作壓力的確定12 HYPERLINK l bookmark88 o Curr

6、ent Document 7.2液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿d前面已經(jīng)計(jì)算13 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 7.3液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算13 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 7.4缸蓋厚度的確定13 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 8參考文獻(xiàn)141-設(shè)計(jì)題目：臥式鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)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)一工進(jìn)一快退一停止。機(jī)床的切削力為2X104N,工作部件的重量為7.8X

7、103N,快進(jìn)與快退速度均為6m/min,工進(jìn)速度為0.05m/min,快進(jìn)行程為100mm,工進(jìn)行程為50mm，加速、減速時(shí)間要求不大于0.2s,采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2,動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。設(shè)計(jì)該組合機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。3.工況分析根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如圖速度循環(huán)圖然后計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖，如圖液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類(lèi)型，即F=F+F+Fwfm式中：F工作負(fù)載；wF運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；mFf導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦阻力，對(duì)于平導(dǎo)軌Ff可由下式求得：Ff=f（G-Ffn）G運(yùn)動(dòng)部件重力；Fn垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載；f

8、導(dǎo)軌摩擦系于是可得:F=0.2X7.8X103=1560NfsF=O.1X7.8X103=780Nfd上式中，F(xiàn)fs為靜摩擦阻力，F(xiàn)fd為動(dòng)摩擦阻力。Fm=GAv/(g.At)式中：g重力加速度；t加速或減速時(shí)間；vt時(shí)間內(nèi)的進(jìn)度變化量在本例中Fm=7.8X103X6/(9.8X0.2X60)=398N根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載F(N)工作循環(huán)外負(fù)載F(N)啟動(dòng)、加速F=F+Ffsm1928工進(jìn)F=F+Ffdw20780快進(jìn)F=Ffd780快退F=Ffd7804擬定液壓系統(tǒng)原理圖4.1確定供油方式考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低，而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小

9、，速度較高，從節(jié)省能量，減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油，現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。4.2調(diào)速方式的選擇在中小型專(zhuān)業(yè)機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)鉆孔類(lèi)專(zhuān)用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(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(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。4.3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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)行程比較方便、閥的安裝也較簡(jiǎn)單，但速度換接的平穩(wěn)性較差。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

10、換接回路。原理圖如A3圖紙所示:5.液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件5.1液壓缸主要尺寸的確定511工作壓力P的確定工作壓力P可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類(lèi)型來(lái)初步確定，現(xiàn)參閱指導(dǎo)書(shū)表2-1取液壓缸的工作壓力為3-5Mpa,本系統(tǒng)取液壓缸的工作壓力為4.5Mpa.5.1.2計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為23089N,按指導(dǎo)書(shū)表2-2執(zhí)行元件背壓的估算值:可取p為0.6MPa,ncm為0.9，考慮到快進(jìn)、快退速度相等，取d/D為0.7。將上述數(shù)據(jù)代入公式可得：A=F/ncm(P-p/2).D=(4A/3.14)i/2D=0.088(m)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值100mm.根據(jù)指導(dǎo)書(shū)表2-4液壓缸

11、內(nèi)徑尺寸系列(GB2348-80),將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=100mm，活塞桿直徑d，按d/D=0.7及指導(dǎo)書(shū)表2-5活塞桿直徑尺寸系列(GB2348-80)活塞桿直徑系列取d=70mm。差動(dòng)連接時(shí)，由于管路中存在壓力損失，取AP=0.5MPa。按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，可得:A三Qi/Vi=0.05X1000/5=10(cm2)minmin式中：Q.是由產(chǎn)品樣本查得GE系列調(diào)速閥Q-6B的最小穩(wěn)定流量為*min*0.05L/min。有桿腔：A=nX(D2-d2)/4=3.14X(102-72)/4=40(cm2)無(wú)桿腔：A=nXD2/4=78.5(cm2)可見(jiàn)上述不等

12、式能滿(mǎn)足，液壓缸能達(dá)到所需低速。根據(jù)上述有桿腔與無(wú)桿腔的值，可計(jì)算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力，流量和工作值。如下表所示：工作循環(huán)計(jì)算公式F/N回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量輸入功率啟動(dòng)16420.95快進(jìn)加速1240130.84恒速8211.20.7323.08280工進(jìn)218730.63.10.39320啟動(dòng)16421.78快速加速12400.71.68恒速8210.71.624.026805.1.3計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量Q(快進(jìn))=nd2V(快進(jìn))/4=n(0.07)2X6/4=23.08(L/min)Q(工進(jìn))=nD2V(工進(jìn))/4=n(0.1)2X0.05/4=0.393

13、(L/min)Q(快退)=n(D2-d2)V(快退)/4=n(0.12-0.072)X6/4=24.02(L/min)5.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格5.2.1泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為P=P+Zp1Ap式中：P液壓泵最大工作壓力；PP執(zhí)行元件最大工作壓力；ZA進(jìn)油管路中的壓力損失，初算是簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.20.5MPa,Ap復(fù)雜系統(tǒng)可取0.51.5MPa。本題中取0.5MPa。因此P=P+Z=4.5+0.5=5(MPa)p1Ap上述計(jì)算所得的Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮

14、到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pa應(yīng)滿(mǎn)足Pa(1.251.6)Pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本題中P=1.3Pp,P=5MPa。5.2.2泵的流量確定液壓泵的最大流量應(yīng)為Qp三kl（zq）式中：QKl-液壓泵的最大流量；系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取1.11.3，現(xiàn)取Kl=1.2。因此Qp=KL(YQ)max=1.2X24.02=28.82(L/min)5.2.3選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上算得的P和Q,查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YB1-2.5/32雙聯(lián)葉片泵,pp該泵的基本參數(shù)為：泵的額定壓力P0=6.3MPa,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n0=1450r/min,總效率n=0.72。5.2.

15、4與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，取兩者較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.21L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取n=0.030.14。同時(shí)還應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線(xiàn)最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即Pb=Qp/nn式中：Pd所選電動(dòng)機(jī)額定功率；Pb限壓式變量泵的限定壓力；Qp壓力為Pb時(shí)，泵的輸出流量。首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為780N,進(jìn)油路的壓力損失定為0.3MPa，由公式可得：Pb=780/(n0.072/4)X10-6+0.3=0.50MPa快進(jìn)時(shí)所需電機(jī)

16、功率為：P=PbQp/n=0.50X23.08/(60X0.72)=0.267(kW)工進(jìn)時(shí)：Pb=23089/(n0.12/4)X10-6+0.3=1.81(MPa)工進(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為：P=PbQp/n=1.81X0.393/(60X0.72)=0.307(kW)查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y90S4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1kW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得YBX25的流量壓力特性曲線(xiàn)。再由已知的快進(jìn)時(shí)流量為23.08L/min,工進(jìn)時(shí)的流量為0.393L/min,壓力為4.5MPa,作出泵的實(shí)際工作時(shí)的流量壓力特性曲線(xiàn)，如圖3-1所示，查得該曲線(xiàn)拐點(diǎn)處的流量為30L/

17、min,壓力為3MPa。所選電動(dòng)機(jī)功率滿(mǎn)足要求，拐點(diǎn)處能正常工作。.5.3Q(L/min)。根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件見(jiàn)A3圖紙。5.4確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)油路流量為差動(dòng)時(shí)流量Q=55L/min，壓油路的允許流速取V=4m/s，則內(nèi)徑d=4.6(Q/V)=4.6(55/4)1/2=17.06(mm)若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取Q=24.02L/min，則可算得油路內(nèi)徑d=12.28mm。綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為15mm。5.5液壓油箱容積的確定本題為中壓液壓系

18、統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來(lái)確定，現(xiàn)選用容量為160L的油箱。6液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算已知該液壓系統(tǒng)的進(jìn)、回油管的內(nèi)徑均為15mm，選用LHL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15C，查得15C時(shí)該液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度為u=150cst=1.5cm2/s油的密度p=920kg/m36.1壓力損失的驗(yàn)算611工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的速度為0.05m/min，進(jìn)給時(shí)的最大流量為0.393L/min,則液壓油在管內(nèi)流速V為：V=Q/(nd2/4)=4X0.393X1000/(3.14XI.52)=2225(cm/min)=3.7(cm/s)管道流動(dòng)雷諾數(shù)R1為elR=vd/u=37.08X1.5/1.5=3.72300el1可見(jiàn)油液在管道中流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)入1=75,R1=3.71e1進(jìn)油管道的沿程壓力損失p1-1為p產(chǎn)入(l/d)/(pv2/2)=75X(1/1.5)/(0.015X920X0.037082/2)=0.053MPa6.1.2工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積是無(wú)桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則v2=v/2=3.7/2=1.85(cm/s)Re2=v2d/u=1.85X1.5/1.5=1.85PD/2S=4.5X1.5/（2x110）=3.41mm故