臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)

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機(jī)械工程學(xué)院（系、部） 2014~ 2015 學(xué)年第 1 學(xué)期

課程名稱機(jī)械設(shè)計指導(dǎo)教師劉忠偉

學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號

題目臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)

成績起止日期 2015 年 1 月 4 日～ 2015 年 1月 8日

目錄清單

課程設(shè)計說明書

課程名稱：液壓傳動課程設(shè)計設(shè)計題目：臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)：學(xué)生姓名: 學(xué) 號:

起迄日期:

指導(dǎo)教師: 劉忠偉

湖南工業(yè)大學(xué) 制

一設(shè)計要求及工況分析 ···································································· 3

二主要參數(shù)的確定 ·········································································· 6

三擬定液壓系統(tǒng)原理圖 ···································································· 9

四液壓元件的計算和選擇 ·································································· 12

五液壓系統(tǒng)的性能驗算 ····································································· 15

六心得體會 ···················································································· 16

七參考文獻(xiàn) ···················································································· 17

題目1：

一臥式鉆鏜組合機(jī)床動力頭要完成快進(jìn)→工進(jìn)→→快退→原位停止的工作循環(huán)，最大切削力為F＝12000N，動力頭自重FG＝20000N，工作進(jìn)給要求能在0.02～1.2m/min范圍內(nèi)無級調(diào)速，快進(jìn)、快退速度為6m/min，工進(jìn)行程為100mm，快進(jìn)行程為300mm，導(dǎo)軌型式為平導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)取fs＝0.2，fd＝0.1；往復(fù)運(yùn)動的加速減速實踐要求不大于0.5s。試設(shè)計該液壓系統(tǒng)。

一、設(shè)計要求及工況分析

1.設(shè)計要求

要求設(shè)計的臥式鉆鏜組合機(jī)床動力頭要完成快進(jìn)→工進(jìn)→→快退→原位停止

主要性能參數(shù)與性能要求如下：最大切削力 F=12000N 動力頭自重 FG＝20000N

工作進(jìn)給要求能在 0.02～1.2m/min 范圍內(nèi)無極調(diào)速快進(jìn)、快退速度為 6m/min

工進(jìn)行程為 100mm 快進(jìn)行程為 300mm

導(dǎo)軌型式為平導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)取靜摩擦因數(shù)fs＝0.2，動摩擦因數(shù)fd＝0.1

往復(fù)運(yùn)動的加速減速實踐要求不大于0.5s。液壓缸機(jī)械效率為0.9.

2工況分析

切削推力 F切=12000N

靜摩擦力 Fs=fs*FG=0.2*20000=4000N 動摩擦力 Fd=fd*FG=0.1*20000=2000N

啟動慣性力（慣性負(fù)載）Fm=(G/g)*(△V/△t)=（20000/9.8）*（6/0.5*60）=408N 3.液壓缸的推力

啟動推力 F啟= Fs/η=4000/0.9= 44444N

加速推力 F加=（Fd+Fm）/η =（2000+408）/0.9=2676N 快進(jìn)推力 F快=Fd/η=2000/0.9=2222N

工進(jìn)推力 F工=（F切+Fd）/η=912000+20000/0.9=15556N 反向啟動過程作用力與F啟、F加、F快大小相同，方向相反

根據(jù)液壓缸上述各階段的負(fù)載可繪制如圖（1）所示的負(fù)載循環(huán)圖速度圖按已知數(shù)值V1 =V3=6m/min，快進(jìn)行程長度L1=300mm，工進(jìn)行程長度為L2=100mm，

快退行程l3=l1+l2=400mm和工進(jìn)速度V2等繪制，如圖（2）選V2=0.02~1.2m/min 進(jìn)給循環(huán)圖如圖（3）

二、主要參數(shù)的確定

1.選取工作壓力及背壓力

F工=15556N，在10000-20000N之間，參考表9-2，P1=2.5~3MPa，初選P1=3MPa,防止加工結(jié)束動力頭突然前沖，設(shè)回路有背壓閥，取背壓閥P2=0.8MPa，但是由于油管中有壓降△p存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時可取△p約為0.5MPa，快退時回油腔中有背壓，這時P2也可按0.5MPa估算。

表2 按負(fù)載選擇系統(tǒng)工作壓力

2.確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸由工進(jìn)時的推力計算液壓缸的面積 F/η=A1P1-A2P2=A1P1-(A1/2)P2

所以 A1=F/η/(P1-P2/2）=15556/0.9/（3-0.8/2）=87mm2

根據(jù)表3表4 由計算所得的液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d值應(yīng)按GB2348—1993圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便于采用標(biāo)準(zhǔn)的密封件。取液壓缸標(biāo)準(zhǔn)值： D=90mm 取活塞桿標(biāo)準(zhǔn)值： d=63mm 3.定液壓缸筒的長度

活塞桿工作行程：400mm 活塞桿伸出長度不少于 450mm 取活塞桿長 500mm 取液壓缸筒長：L= 450mm 4.液壓缸的活塞面積

A1=πD2/4=（π*9*9）/4=64cm2 A2=A1-A2=33cm2

A3=πd2/4=（π*6.3*6.3）/4=31cm2 5.初選液壓缸流量

快進(jìn)： Q1=VA1=60?0.64=38.4L/min Q2=VA2=60?0.33=19.8L/min

Qp=Q1-Q2=38.4-19.8=18.6L/min

工進(jìn) Q工=V2A1=（0.02~1.2）?6.4=0.128~7.68L/min

根據(jù)上述D和d的值，可以估算液壓缸在不同工作階段的壓力流量和功率表（5），并根據(jù)繪出如圖（4）所示的液壓缸工況圖，其中粗實線、細(xì)實線、雙點畫線分別表示功率、流量、壓力.

2．快退時，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。

三、液壓系統(tǒng)圖的擬定

1. 擬定液壓系統(tǒng)原理圖一般應(yīng)考慮以下幾個問題：

（1）采用何種結(jié)構(gòu)的執(zhí)行元件；（2）確定供油方式；（3）調(diào)速方式的選擇；

（4）快速回路和速度換接方式的選擇；（5）如何完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動循環(huán)和順序動作；

（6）系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向和安全互鎖等要求；（7）壓力測量點的合理選擇。

根據(jù)上述要求選擇基本回路，然后將各基本回路歸并、整理，在增加一些必要的元件或輔助油路，使之成為完整的液壓系統(tǒng)，進(jìn)行這項工作時還必須注意一下幾點：

（1）盡可能省去不必要的元件，以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；

（2）最終綜合出來的液壓系統(tǒng)應(yīng)保證其工作循環(huán)中的每個動作

都安全可靠，互相無干擾；

（3）盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)件，減少自行設(shè)計的專用件；（4）盡可能使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理，便于維修檢測。

2.選擇基本回路

（1）選擇調(diào)速回路由圖（4）中的曲線得知，這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運(yùn)動速度低，工作負(fù)載變化小，可采用進(jìn)口節(jié)流的調(diào)速形式。為了解決進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路前沖現(xiàn)象，回油路上要設(shè)置背壓閥。初定背壓值Pb=0.8MPa.由于液壓系統(tǒng)選用了節(jié)流調(diào)速的方式，系統(tǒng)中的液壓油的循環(huán)必須是開式的。

從工況圖來看，這個系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸交替地要求油源提供低壓大流量和高壓小流量的液壓油，最大流量和最小之比約為58，而快進(jìn)，快退所需時間t1和工進(jìn)所需時間t2分別是

t1=（l1/v1）+(l3/v3)=（60?300）（/6?1000）+（60?400）（/6?100）=7st2=l2/v2=(60?100)/[(0.02~1.2)?1000]=5~300s

從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能源來看，采用定量泵作為油源是不合適的。所以采用雙聯(lián)式定量葉片泵。如圖（5）

圖（5）雙聯(lián)式定量葉片泵

（2）選擇快速運(yùn)動和換向回路采用節(jié)流調(diào)速回路后，不管采用什么油源形式，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(yùn)動。此系統(tǒng)中單桿液壓缸要作差動連接。（3）選擇速度換接回路

由圖4中的流量值得知，當(dāng)滑臺從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，輸入流量由18.6L/min降到0.32L/min，滑臺的速度變化較大，宜采用行程閥來控制速度的換接，以減小沖擊。當(dāng)滑臺由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時，回路中通過的流量很大，為了保證換向閥式換接回路。（4）組成液壓系統(tǒng)

將上面選出的液壓基本回路組合在一起，就得到完整的液壓系統(tǒng)原理圖。如A3圖紙（1）

四、液壓元件的計算與選擇

1、確定液壓泵的規(guī)格

液壓整個工作循環(huán)中的最高工作壓力為2.84MPa，如果進(jìn)油路上壓力損失為0.8MPa，壓力繼電器調(diào)整壓力高于系統(tǒng)最高工作壓力0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力應(yīng)為2.84+0.8+0.5=4.14MPa。大流量泵是在快速運(yùn)動時才向液壓缸供油的，由圖（4）可知，快退時液壓缸中的工作壓力要比快進(jìn)時大，如果取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力為1.78+0.5=2.28MPa。兩個液壓泵液壓缸提高的最大流量為19.8L/min，如圖（4），若回路中的泄露按液壓缸輸入的10%來估算的話，則兩泵總流量應(yīng)為

qp=1.1?19.8=21.12L/min而溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時

輸入液壓缸的流量為0.32L/min,所以小流量泵的流量規(guī)格最小為3.5L/min。

根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查，最后確定選取 PV2R12 型雙聯(lián)式葉片泵。

2、電動機(jī)的驅(qū)動功率

由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這相當(dāng)于液壓泵輸出壓力2.28MPa、流量22L/min時的情況。若取雙聯(lián)葉片泵的總效率ηp=0.75，

（2.28*22）（/60*0.75*106）=1.11KW 則液壓泵的驅(qū)動原動機(jī)的功率為P=

根據(jù)此數(shù)據(jù)查電機(jī)產(chǎn)品樣本，最后選定了Y系列型電動機(jī)，其額定功率為 1.5KW。

3. 其他元件及輔件

（1）確定控制元件和輔助元件根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個控制閥類元件和輔助元件的實際流量，可選出這些元件的規(guī)格和型號，表（6）為選用的元件型號和規(guī)格。

（2）確定油管各元件間管道的規(guī)格按元件接口的尺寸確定，液壓缸進(jìn)、出油管按輸入、輸出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定后液壓缸在各個階段的進(jìn)出流量已經(jīng)與原定數(shù)值不同，所以要重新計算得到表（7）所示的數(shù)據(jù)。

當(dāng)液壓油的流速取3m/min時，可得到液壓缸有桿腔和無桿腔相連的

/π?3?103?60≈21mm 油管內(nèi)徑分別為 d=2?43.35?106）

/π?3?103?60≈15mm d=2?21?106）

為統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有的油管均為內(nèi)徑20mm，外徑28mm的10號冷拔鋼管。

（3）油箱油箱的容量V按式V=aqv估算，當(dāng)經(jīng)驗系數(shù)取6時，V=6*21=126L。按GB 2876-1981規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=150L

五、液壓系統(tǒng)的性能驗算

1.回路壓力損失驗算

由于系統(tǒng)的具體管路布置沒有確定，整個回路的壓力損失無法估算，所以此處省略。 2 油液溫升驗算

工進(jìn)在整個工作循環(huán)中所占的時間比例達(dá)95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進(jìn)時的情況來計算。

工進(jìn)時液壓缸的有效功率（即系統(tǒng)輸出功率）為

P0=FV=

15556?0.02~1.2-3

=5.19?10~0.3KW 3

60?10

這是大流量泵通過順序閥卸荷，小流量泵在高壓下供油，所以兩個泵的總輸入功率（即系統(tǒng)輸入功率）為

PKW i≈qp?P1工≈21?2.84=0.994

由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為

Hi=pi-p0=0.994-0.3=0.694

按式（11-2）求出油液溫升近似值

?T=

?103=28.230C

溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不需設(shè)置冷卻器。

六、心得

1.系統(tǒng)了所學(xué)的專業(yè)知識。貫穿了液壓與氣動、材料力學(xué)、機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計等的知識，使所學(xué)知識得以融會貫通。并溫故而知新，對知識有了一個更深層次的理解。

2.培養(yǎng)了自己的基本素質(zhì)，學(xué)會查閱手冊，借鑒經(jīng)驗。學(xué)會了基本的設(shè)計思路，積累了經(jīng)驗。

3.養(yǎng)成了嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的設(shè)計作風(fēng)。在設(shè)計中，一定要認(rèn)真對待每一個環(huán)節(jié)，一個數(shù)據(jù)的錯誤、一會的煩躁不安都足以使設(shè)計失敗。 4.提升自我分析和處理解決的問題的能力，是的，由剛接到題目時的不知所措，到自己摸索，跟同學(xué)交流，由不明白到最終完成整個設(shè)計方案，我想這本身已是一種考驗。

5.盡管這次作業(yè)的過程是曲折的,但我的收獲還是很大的.不僅僅掌

握了液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與方法;也不僅僅對制圖有了更進(jìn)一步的掌握;Auto CAD ,Word這些僅僅是工具軟件,熟練掌握也是必需的.提升了AutoCAD的操作水平，由略帶生疏到現(xiàn)在可以比較熟練地操作AutoCAD。對我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗,沒有感性的認(rèn)識,空有理論知識,有些東西很可能與實際脫節(jié).總體來說,我覺得做這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的不足,以待改進(jìn).有時候,一個人的力量是有限的,合眾人智慧,我相信我們的作品會更完美!

七參考文獻(xiàn)

[1] 劉忠偉，劉少軍.液壓與氣壓傳動[M].第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013

[2] 成大先 .機(jī)械設(shè)計手冊[M].第一版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004

[3] 王守城，段俊勇臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng).液壓元件及選用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007

[4] 周士昌.液壓系統(tǒng)設(shè)計圖集[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

[5] 張世偉，朱福元.液壓系統(tǒng)的計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].寧夏：寧夏人民出版社，1987

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