液壓與氣壓傳動課程設計

液壓與氣壓傳動課程設計第一頁，共34頁。

設計任務布置第二頁，共34頁。

一、設計題目

設計題目：臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)。

設計一臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺的液壓系統(tǒng)。動力滑臺的工作循環(huán)是：快進→工進→快退→停止，并且可以隨時在中途停止運動。利用平導軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動摩擦系數(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）移動部件總重力G=10kN；

3）快進行程l1=100mm，快進速度v1=4.2m/min；

4）工進行程l2=20mm，工進速度v2=0.05m/min；

5）加速和減速時間△t=0.2s；

6）快退速度v3=v1=4.2m/min。第三頁，共34頁。

二、設計任務

1、完成液壓系統(tǒng)的設計、計算，編寫設計說明書一份；

2、在A3圖紙上繪制完成液壓系統(tǒng)原理圖一張。

三、設計要求

1、設計的液壓傳動系統(tǒng)能正確完成規(guī)定的工作循環(huán)；

2、圖紙繪制正確，符合國家標準，圖面清晰整潔；

3、計算步驟完整，結果正確；

4、設計說明書內(nèi)容完整，字體端正、編排符合規(guī)范。

四、設計進度安排

課程設計時間總共為五天，進度安排如下：布置任務繪循環(huán)圖設計計算繪系統(tǒng)圖編說明書設計總結0.5天0.5天1天1.5天1天0.5天第四頁，共34頁。

五、參考資料

[1]左健民.液壓與氣壓傳動.第4版.北京：機械工業(yè)出版社，2012.[2]楊曙東等.液壓傳動與氣壓傳動.第3版武漢：華中科技大學出版社，2008.[3]成大先.機械設計手冊.第5版.北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[4]雷天覺.新編液壓工程手冊.第1版.北京：北京理工大學出版社，1998.[5]于英華.組合機床設計.第1版.北京：清華大學出版社，2012.第五頁，共34頁。序號切削力Ft（kN）總重力G（kN）工進速度v（m/min）序號切削力Ft（kN）總重力G（kN）工進速度v（m/min）序號切削力Ft（kN）總重力G（kN）工進速度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)分配表第六頁，共34頁。

第一階段工況分析第七頁，共34頁。

一、運動分析

1、作動作循環(huán)圖如圖1所示。圖1動力滑臺動作循環(huán)圖快進快退工進

2、作一個工作循環(huán)的速度—位移曲線如圖2a）所示。

二、負載分析

1、負載計算

1）工作負載FLFL=Ft=21kN

2）摩擦負載Ff

靜摩擦負載Ffs=fsG=0.2×10=2kN

動摩擦負載Ffd=fdG=0.1×10=1kN第八頁，共34頁。

3）慣性負載Fa

4）各階段總負載F

計算液壓缸各階段中的總負載F'和液壓缸推力F?？紤]密封等阻力，取ηm=0.9，則

F=F'/ηm

計算結果見表1所示。第九頁，共34頁。

工況

計算公式

總負載F'（N）

缸推力F（N）啟動F=Ffs20002222.22加速F=Ffd+Fa113571507.78快進F=Ffd10001111.11減速F=Ffd﹣Fa2647718.89工進F=Ffd+FL2200024444.44制動F=Ffd+FL﹣Fa32199624440.00反向加速F=﹣Ffd﹣Fa4﹣1357﹣1507.78快退F=﹣Ffd﹣1000﹣1111.11制動F=﹣Ffd+Fa5﹣643﹣714.44表1液壓缸各中的負載第十頁，共34頁。

2、作一個工作循環(huán)的負載—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載圖v(m/min)s(mm)1004.2-4.21200.05a）第十一頁，共34頁。

三、液壓缸主要參數(shù)確定

1、初選液壓缸的工作壓力按負載大小根據(jù)表2選擇液壓缸工作壓力。負載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、計算液壓缸尺寸按最大負載Fmax計算缸筒面積A得

計算缸筒內(nèi)徑D得第十二頁，共34頁。

按計算結果根據(jù)表3選擇缸筒內(nèi)徑標準值。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)徑和活塞桿直徑標準系列（GB/T2348—1993）mm

按標準?。篋=100mm。根據(jù)快進和快退速度相等要求，擬定液壓系統(tǒng)在快進時采用差動連接。設活塞桿直徑為d，于是有

計算得

按標準?。篸=70mm。計算液壓缸有效作用面積為第十三頁，共34頁。3、各工作階段的時間計算

1）快進階段第十四頁，共34頁。3）快退階段2）工進階段工進階段制動加速度很小，制動行程很短，可忽略不計。第十五頁，共34頁。4、計算液壓缸流量、壓力和功率

1）流量計算2）壓力計算第十六頁，共34頁。3）功率計算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。工況時間t（s）壓力p（MPa）流量q（L/min）功率P（W）快進1.630.2916.278.30工進24.003.110.420.73快退1.910.2816.878.40表4液壓缸各階段壓力、流量和功率第十七頁，共34頁。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快進工進快退第十八頁，共34頁。

第二階段液壓系統(tǒng)設計第十九頁，共34頁。

一、液壓系統(tǒng)圖的擬定

1、選用執(zhí)行元件

由系統(tǒng)動作循環(huán)圖，選定單活塞桿液壓缸做為執(zhí)行元件。根據(jù)快進和快退速度相等的要求，擬定在快進時采用差動連接，因此應使無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、快退時所需流量較大，但持續(xù)時間較短；而在工進時所需流量較小，但持續(xù)時間較長。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定量泵，而宜采用雙泵或變量泵。因此參考同類組合機床，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，快進和快退時有速度要求，因此在有桿腔油口處統(tǒng)一采用調(diào)速閥調(diào)速。工進時速度低，考慮到系統(tǒng)負載變化小，所以采用調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速回路。第二十頁，共34頁。4、速度換接選擇

快進和工進之間速度需要換接，為便于對換接的位置進行適當?shù)恼{(diào)整，因此采用二位二通行程閥來實現(xiàn)速度的換接。另外采用液控順序閥與單向閥來切斷差動回路。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行換向，以滿足系統(tǒng)對換向的各種要求。選用三位閥的中位機能為M型，以實現(xiàn)可以隨時在中途停止運動的要求。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置測壓點，并配置多點壓力表開關，以便利用一個壓力表即能觀測各點壓力。完成以上各項選擇后，作出擬定的液壓系統(tǒng)原理圖和各電磁鐵的動作順序表如圖4所示。第二十一頁，共34頁。

動作

快進

工進

快退1YA2YA電磁鐵動作表快進快退工進圖4液壓系統(tǒng)原理圖1YA2YA15161234567891011121314第二十二頁，共34頁。

二、液壓系統(tǒng)的工作原理

1、快進

按下起動按鈕，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，實現(xiàn)快進，油路為：

進油路：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，形成差動連接。

2、工進

當滑臺快速運動到給定位置時，滑臺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，打開液控順序閥7，此時單向閥9關閉，切斷液壓缸差動回路，實現(xiàn)工進，油路為：進油路：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。第二十三頁，共34頁。3、快退

當滑臺工進完畢之后，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，壓力繼電器動作，2YA通電，電磁換向閥8工作在右位，滑臺快退返回。快退油路為：進油路：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、確定液壓泵的型號及電動機功率

1）計算液壓泵壓力

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

pp=p+∑△pl=3.11+0.5=3.61MPa第二十四頁，共34頁。2）計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，計算得所需兩個液壓泵的總流量為

qp=1.1×16.8=18.48L/min

由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進時液壓缸所需流量為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）選用電動機擬選Y系列三相異步電動機，滿載轉(zhuǎn)速960r/min，按此計算液壓泵實際輸出流量為

qp=（10+16）×10﹣3×960×0.85=21.22L/min第二十五頁，共34頁。

計算所需電動機功率為

由[3]第4卷P569選用Y132S-6電動機。電動機額定功率為3KW，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min。

2、選擇閥類元件及輔助元件

1）標準件

根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個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及規(guī)格如表5所示。

2）非標件

a）油管

油管尺寸根據(jù)實際流量類比確定，采用內(nèi)徑為16mm，外徑為20mm的紫銅管。

b）油箱油箱容積計算如下

V=（5~7）qp=（5~7）×21.22=106.1~148.54L

取V=150L。第二十六頁，共34頁。序號名稱通過流量qmax(L/min)型號及規(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壓力表開關K-3B16壓力表Y-100T17電動機Y132S-6表5液壓元件型號及規(guī)格第二十七頁，共34頁。

第三階段驗算性能完成設計第二十八頁，共34頁。

一、液壓系統(tǒng)的性能驗算

1、壓力損失驗算

按液壓泵的實際輸出流量估算壓力損失。

1）油液在油管中的流速進油管流速v'回油管流速v"2）沿程壓力損失△Pf

設系統(tǒng)采用L-HM32液壓油，室溫為20℃時粘度為

ν=1.0×10﹣4m2/sa）進油沿程壓力損失△Pf1

層流狀態(tài)：λ1=75/Re1=75/552=0.14第二十九頁，共34頁。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、回油管長度均為2m，得進油沿程壓力損失為c）總沿程壓力損失第三十頁，共34頁。3）局部壓力損失△Pr

局部壓力損失包括液壓閥的壓力損