液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)

液壓與氣壓傳動(dòng)

課程設(shè)計(jì)1第一頁(yè)，共三十六頁(yè)。

設(shè)計(jì)任務(wù)布置2第二頁(yè)，共三十六頁(yè)。一、設(shè)計(jì)題目

設(shè)計(jì)題目：臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)一臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)。動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)是：快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止，并且可以隨時(shí)在中途停止運(yùn)動(dòng)。利用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1。其余參數(shù)與性能要求如下：1）軸向切削力Ft=21kN；2）移動(dòng)部件總重力G=10kN；3）快進(jìn)行程l1=100mm，快進(jìn)速度v1=4.2m/min；4）工進(jìn)行程l2=20mm，工進(jìn)速度v2=0.05m/min；5）加速和減速時(shí)間△t=0.2s；6）快退速度v3=v1=4.2m/min。3第三頁(yè)，共三十六頁(yè)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)

1、完成液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；2、在A3圖紙上繪制完成液壓系統(tǒng)原理圖一張。

三、設(shè)計(jì)要求

1、設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)能正確完成規(guī)定的工作循環(huán)；2、圖紙繪制正確，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，圖面清晰整潔；3、計(jì)算步驟完整，結(jié)果正確；4、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容完整，字體端正、編排符合規(guī)范。

四、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排

課程設(shè)計(jì)時(shí)間總共為五天，進(jìn)度安排如下：布置任務(wù)繪循環(huán)圖設(shè)計(jì)計(jì)算繪系統(tǒng)圖編說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)總結(jié)0.5天0.5天1天1.5天1天0.5天4第四頁(yè)，共三十六頁(yè)。

五、參考資料[1]左健民.液壓與氣壓傳動(dòng).第4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.[2]楊曙東等.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng).第3版武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008.[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[4]雷天覺(jué).新編液壓工程手冊(cè).第1版.北京：北京理工大學(xué)出版社，1998.[5]于英華.組合機(jī)床設(shè)計(jì).第1版.北京：清華大學(xué)出版社，2012.5第五頁(yè)，共三十六頁(yè)。序號(hào)切削力Ft（kN）總重力G（kN）工進(jìn)速度v（m/min）序號(hào)切削力Ft（kN）總重力G（kN）工進(jìn)速度v（m/min）序號(hào)切削力Ft（kN）總重力G（kN）工進(jìn)速度v（m/min）124100.051825100.083522110.05222120.061921100.073621120.06321120.072020120.063725100.08425140.052122100.083821100.07521100.072223100.063922100.08620120.062320120.064022120.05722100.082423120.074123100.07823100.082522120.084220120.08920120.072622120.074323110.081023110.052723100.084422120.061122120.082820120.074522100.071222100.082923110.054623110.071323110.073022120.064721120.061421120.063122100.084824100.081524100.073223110.064922100.071622140.063321130.075021110.051721120.053424100.065123120.06

附：

參數(shù)數(shù)據(jù)分配表6第六頁(yè)，共三十六頁(yè)。

第一階段工況分析7第七頁(yè)，共三十六頁(yè)。一、運(yùn)動(dòng)分析

1、作動(dòng)作循環(huán)圖如圖1所示。圖1動(dòng)力滑臺(tái)動(dòng)作循環(huán)圖快進(jìn)快退工進(jìn)

2、作一個(gè)工作循環(huán)的速度—位移曲線如圖2a）所示。二、負(fù)載分析

1、負(fù)載計(jì)算

1）工作負(fù)載FLFL=Ft=21kN

2）摩擦負(fù)載Ff靜摩擦負(fù)載Ffs=fsG=0.2×10=2kN動(dòng)摩擦負(fù)載Ffd=fdG=0.1×10=1kN8第八頁(yè)，共三十六頁(yè)。

3）慣性負(fù)載Fa

4）各階段總負(fù)載F

計(jì)算液壓缸各階段中的總負(fù)載F'和液壓缸推力F?？紤]密封等阻力，取ηm=0.9，則F=F'/ηm

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所示。9第九頁(yè)，共三十六頁(yè)。工況計(jì)算公式總負(fù)載F'（N）缸推力F（N）啟動(dòng)F=Ffs20002222.22加速F=Ffd+Fa113571507.78快進(jìn)F=Ffd10001111.11減速F=Ffd﹣Fa2647718.89工進(jìn)F=Ffd+FL2200024444.44制動(dòng)F=Ffd+FL﹣Fa32199624440.00反向加速F=﹣Ffd﹣Fa4﹣1357﹣1507.78快退F=﹣Ffd﹣1000﹣1111.11制動(dòng)F=﹣Ffd+Fa5﹣643﹣714.44表1液壓缸各中的負(fù)載10第十頁(yè)，共三十六頁(yè)。

2、作一個(gè)工作循環(huán)的負(fù)載—位移曲線如圖2b）所示。

F(N)s(mm)b）2222.221507.781111.11718.8924444.4424440.00﹣1507.78﹣1111.11﹣714.44圖2液壓缸的速度圖及負(fù)載圖v(m/min)s(mm)1004.2-4.21200.05a）11第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。

三、液壓缸主要參數(shù)確定

1、初選液壓缸的工作壓力按負(fù)載大小根據(jù)表2選擇液壓缸工作壓力。負(fù)載F（kN）<55~1010~2020~3030~50>50壓力p（MPa）<0.8~1.01.5~2.02.5~3.03.0~4.04.0~5.0>5.0~7.0表2按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力由表2初定液壓缸工作壓力p=3.0MPa。2、計(jì)算液壓缸尺寸按最大負(fù)載Fmax計(jì)算缸筒面積A得計(jì)算缸筒內(nèi)徑D得12第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。按計(jì)算結(jié)果根據(jù)表3選擇缸筒內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸內(nèi)徑D…40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160…活塞桿直徑d…32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110…表3液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑標(biāo)準(zhǔn)系列（GB/T2348—1993）mm按標(biāo)準(zhǔn)取：D=100mm。根據(jù)快進(jìn)和快退速度相等要求，擬定液壓系統(tǒng)在快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接。設(shè)活塞桿直徑為d，于是有計(jì)算得按標(biāo)準(zhǔn)?。篸=70mm。計(jì)算液壓缸有效作用面積為13第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。3、各工作階段的時(shí)間計(jì)算1）快進(jìn)階段14第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。3）快退階段2）工進(jìn)階段工進(jìn)階段制動(dòng)加速度很小，制動(dòng)行程很短，可忽略不計(jì)。15第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。4、計(jì)算液壓缸流量、壓力和功率1）流量計(jì)算2）壓力計(jì)算16第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。3）功率計(jì)算4、繪制工況圖工作循環(huán)中液壓缸各階段壓力、流量和功率如表4所示。由表繪制液壓缸的工況圖如圖3所示。工況時(shí)間t（s）壓力p（MPa）流量q（L/min）功率P（W）快進(jìn)1.630.2916.278.30工進(jìn)24.003.110.420.73快退1.910.2816.878.40表4液壓缸各階段壓力、流量和功率17第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)。圖3液壓缸的工況圖t(s)p(MPa)3.110.290.28q(L/min)16.816.20.4t(s)P(W)78.30t(s)78.4020.73快進(jìn)工進(jìn)快退18第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)。

第二階段液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)19第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)。

一、液壓系統(tǒng)圖的擬定1、選用執(zhí)行元件

由系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)圖，選定單活塞桿液壓缸做為執(zhí)行元件。根據(jù)快進(jìn)和快退速度相等的要求，擬定在快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，因此應(yīng)使無(wú)桿腔有效面積為有桿腔有效面積的兩倍。

2、確定供油方式由工況圖分析可知，液壓缸在快進(jìn)、快退時(shí)所需流量較大，但持續(xù)時(shí)間較短；而在工進(jìn)時(shí)所需流量較小，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。因此從提高系統(tǒng)效率，節(jié)省能源的角度考慮，系統(tǒng)供油方式不宜采用單個(gè)定量泵，而宜采用雙泵或變量泵。因此參考同類組合機(jī)床，選用雙作用葉片泵雙泵供油方式。

3、調(diào)速方式選擇由工況圖可知，快進(jìn)和快退時(shí)有速度要求，因此在有桿腔油口處統(tǒng)一采用調(diào)速閥調(diào)速。工進(jìn)時(shí)速度低，考慮到系統(tǒng)負(fù)載變化小，所以采用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。20第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)。4、速度換接選擇

快進(jìn)和工進(jìn)之間速度需要換接，為便于對(duì)換接的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，因此采用二位二通行程閥來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的換接。另外采用液控順序閥與單向閥來(lái)切斷差動(dòng)回路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。

5、換向方式選擇采用三位五通電磁閥進(jìn)行換向，以滿足系統(tǒng)對(duì)換向的各種要求。選用三位閥的中位機(jī)能為M型，以實(shí)現(xiàn)可以隨時(shí)在中途停止運(yùn)動(dòng)的要求。為提高換向的位置要求，擬采用止擋塊和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返回控制。6、其它選擇為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處和液壓缸的兩接口處均設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并配置多點(diǎn)壓力表開(kāi)關(guān)，以便利用一個(gè)壓力表即能觀測(cè)各點(diǎn)壓力。完成以上各項(xiàng)選擇后，作出擬定的液壓系統(tǒng)原理圖和各電磁鐵的動(dòng)作順序表如圖4所示。21第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。動(dòng)作快進(jìn)工進(jìn)快退1YA2YA電磁鐵動(dòng)作表快進(jìn)快退工進(jìn)圖4液壓系統(tǒng)原理圖1YA2YA1516123456789101112131422第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。

二、液壓系統(tǒng)的工作原理1、快進(jìn)

按下起動(dòng)按鈕，電磁鐵1YA通電，電磁換向閥8的閥芯右移，換向閥工作在左位，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，油路為：

進(jìn)油路：泵2→換向閥8左位→行程閥13下位→液壓缸左腔；

回油路：液壓缸右腔→調(diào)速閥14

→換向閥8左位→單向閥9→行程閥13下位→液壓缸左腔，形成差動(dòng)連接。

2、工進(jìn)

當(dāng)滑臺(tái)快速運(yùn)動(dòng)到給定位置時(shí)，滑臺(tái)上的撞塊壓下行程閥13閥芯，切斷通道，使壓力油經(jīng)調(diào)速閥10進(jìn)入液壓缸左腔。由于油液流經(jīng)調(diào)速閥，系統(tǒng)壓力上升，打開(kāi)液控順序閥7，此時(shí)單向閥9關(guān)閉，切斷液壓缸差動(dòng)回路，實(shí)現(xiàn)工進(jìn)，油路為：進(jìn)油路：泵2→換向閥8左位→調(diào)速閥10→液壓缸左腔；回油路：液壓缸右腔→調(diào)速閥14

→換向閥8左位→順序閥7→背壓閥6→油箱。23第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。3、快退

當(dāng)滑臺(tái)工進(jìn)完畢之后，停留在止擋塊處，系統(tǒng)壓力升高，直到壓力繼電器12的調(diào)整值時(shí)，壓力繼電器動(dòng)作，2YA通電，電磁換向閥8工作在右位，滑臺(tái)快退返回。快退油路為：進(jìn)油路：泵2→調(diào)速閥14

→換向閥8右位→液壓缸右腔；回油路：液壓缸左腔→單向閥11→換向閥8右位→油箱。

三、液壓元件的選擇

1、確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率

1）計(jì)算液壓泵壓力

估算壓力損失經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：一般節(jié)流調(diào)速和管路簡(jiǎn)單的系統(tǒng)取∑△pl=0.2~0.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復(fù)雜的系統(tǒng)取∑△pl=0.5~1.5MPa。液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為3.11MPa，由于系統(tǒng)有調(diào)速閥，但管路簡(jiǎn)單，所以取壓力損失∑△pl=0.5MPa，計(jì)算液壓泵的工作壓力為

pp=p+∑△pl=3.11+0.5=3.61MPa24第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。2）計(jì)算所需液壓泵流量考慮泄漏的修正系數(shù)K：K=1.1~1.3。液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大流量為16.8L/min。取回路泄漏修正系數(shù)K=1.1，計(jì)算得所需兩個(gè)液壓泵的總流量為

qp=1.1×16.8=18.48L/min由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)液壓缸所需流量為0.4L/min，所以高壓泵的流量不得少于3.4L/min。3）選用液壓泵由[3]第5卷P158選用YB1—10/16型的雙聯(lián)葉片泵。液壓泵額定壓力為6.3MPa，排量分別為10mL/r和16mL/r，取容積效率ηpV=0.85，總效率η=0.8，額定轉(zhuǎn)速分別為1450r/min和960r/min.4）選用電動(dòng)機(jī)擬選Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速960r/min，按此計(jì)算液壓泵實(shí)際輸出流量為

qp=（10+16）×10﹣3×960×0.85=21.22L/min25第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)功率為由[3]第4卷P569選用Y132S-6電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)額定功率為3KW，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min。

2、選擇閥類元件及輔助元件1）標(biāo)準(zhǔn)件

根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類元件和輔助元件的流量，由產(chǎn)品目錄確定這些元件的型號(hào)及規(guī)格如表5所示。

2）非標(biāo)件

a）油管

油管尺寸根據(jù)實(shí)際流量類比確定，采用內(nèi)徑為16mm，外徑為20mm的紫銅管。b）油箱油箱容積計(jì)算如下V=（5~7）qp=（5~7）×21.22=106.1~148.54L取V=150L。26第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。序號(hào)名稱通過(guò)流量qmax(L/min)型號(hào)及規(guī)格1濾油器24.96XU-C32×100B2雙聯(lián)葉片泵21.22YB1—10/163溢流閥8.11Y-10B4單向閥13.61I-25B5順序閥13.61X-B25B6溢流閥8.37Y-10B7順序閥8.37XB-25B8三位五通電磁換向閥21.2235D-25BM9單向閥8.37I-25B10調(diào)速閥16.20Q-25B11單向閥16.80I-25B12壓力繼電器DP-25B13二位二通行程閥24.5722D-25B14調(diào)速閥21.22Q-25B15壓力表開(kāi)關(guān)K-3B16壓力表Y-100T17電動(dòng)機(jī)Y132S-6表5液壓元件型號(hào)及規(guī)格27第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)。

第三階段驗(yàn)算性能完成設(shè)計(jì)28第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)。

一、液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算

1、壓力損失驗(yàn)算

按液壓泵的實(shí)際輸出流量估算壓力損失。

1）油液在油管中的流速進(jìn)油管流速v'回油管流速v"2）沿程壓力損失△Pf設(shè)系統(tǒng)采用L-HM32液壓油，室溫為20℃時(shí)粘度為

ν=1.0×10﹣4m2/sa）進(jìn)油沿程壓力損失△Pf1層流狀態(tài)：λ1=75/Re1=75/552=0.1429第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)。b）回油沿程壓力損失層流狀態(tài)：λ2=75/Re2=75/281=0.27取油液的密度為ρ=890kg/m3，進(jìn)、回油管長(zhǎng)度均為2m，得進(jìn)油沿程壓力損失為c）總沿程壓力損失30第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)。3）局部壓力損失△Pr

局部壓力損失包括液壓閥的壓力損失及管道和管接頭的壓力損失。液壓閥的損失很小，可以忽略不計(jì)。管道和管接頭壓力損失一般取沿程壓力損失的10%計(jì)算，于是

△pr=10%△pf=0.1×0.48=0.05MPa

4）總壓力損失∑△p

∑△p=∑△pf+∑△pr=0.48+0.05=0.53MPa原設(shè)∑△p=0.5MPa，與計(jì)算結(jié)果非常接近。

2、調(diào)定壓力的確定雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值為取

p卸=4.1MPa溢流閥的調(diào)定值應(yīng)大于卸荷閥調(diào)定壓力0.3~0.5MPa。取

p溢=4.5MPa31第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。順序閥的調(diào)定值應(yīng)為

p順=0.29+∑△p=0.29+0.95=1.24MPa

背壓閥的調(diào)定值取為

p背=0.3MPa3、系統(tǒng)溫升驗(yàn)算

工進(jìn)時(shí)間在整個(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)間比例達(dá)87%，所以系統(tǒng)溫升可按工進(jìn)計(jì)算。工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為工進(jìn)時(shí)大流量泵卸荷，卸荷壓力為0.3MPa，，小流量泵在高壓3.64MPa下供油，兩個(gè)泵的總輸出功率為32第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。