1、機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說 明 書課題名稱： 專用鉆床的液壓系統(tǒng) 學(xué)生姓名： 紀(jì)文選 學(xué)號(hào)： 20100611220 專 業(yè)： 機(jī)械制造 班級(jí)： 10機(jī)制2 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 2013年6月24日1. 液壓與液力傳動(dòng)設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1設(shè)計(jì)題目和目的 1 1.2設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 1 二.運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載分析 2.1運(yùn)動(dòng)分析 2 2.2負(fù)載分析 2,3 三、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.1確定液壓泵類型及調(diào)速方式4 3.2選用執(zhí)行元件4 3.3快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路4 3.4換向回路的選擇5 3.5定位夾緊回路的選擇5 3.6 動(dòng)作換接的控制方式選擇6 3.7液壓基本回路的組成7 四、液

2、壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算 4.1液壓缸參數(shù)計(jì)算7,8，9,10 五、液壓原件的選擇 5.1液壓閥及過濾器的選擇11,12六、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 6.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整13,14 七、總結(jié) 15 一.液壓與液力傳動(dòng)設(shè)計(jì)任務(wù)書1.設(shè)計(jì)題目和目的題目：試設(shè)計(jì)一專用鉆床的液壓系統(tǒng)。要求完成”快進(jìn)-工作-快退-停止-卸荷”的工作循環(huán)。已知：切削阻力為15000N運(yùn)動(dòng)部件自重為6000N 快進(jìn)行程為350mm 工進(jìn)行程為80mm快進(jìn)，快退運(yùn)動(dòng)速度為5.5m/min,工進(jìn)速度為60-1000mm/min􀈄加速和減速時(shí)間為t=0.2sec,機(jī)床采用平導(dǎo)軌.摩擦系數(shù)為Fs=0.2,Fd=0.

3、1目的：液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分,主要任務(wù)是綜合運(yùn)用前面各章的基礎(chǔ)知識(shí),學(xué)習(xí)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、內(nèi)容和方法。通過學(xué)習(xí)。能根據(jù)工作要求確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)、系統(tǒng)原理圖.能進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算。合理地選擇和確定液壓元件。對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)性能進(jìn)行校驗(yàn)算。為進(jìn)一步進(jìn)行液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 2.設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容大致如下。1明確設(shè)計(jì)要求.進(jìn)行工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖2確定液壓系統(tǒng)的主要性能參數(shù)。3進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、擬訂液壓系統(tǒng)原理圖。4計(jì)算和選擇液壓元件。5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能。6液壓缸設(shè)計(jì)。7繪制工作圖，編寫技術(shù)文件，并提出電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書。以上步驟

4、中各項(xiàng)工作內(nèi)容有時(shí)是互相穿插、交叉進(jìn)行的。對(duì)某些復(fù)雜的問題，需要進(jìn)行多次反復(fù)才能最后確定。在設(shè)計(jì)某些較簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)時(shí)，有些步驟可合并和簡(jiǎn)化處理。 二.運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載分析1.運(yùn)動(dòng)分析： 快進(jìn)工進(jìn)快退拔銷松開定位夾緊 圖1-1 動(dòng)作循環(huán)圖負(fù)載分析負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：切削力，導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜壓力為Ffs，動(dòng)摩擦力為Ffd，則Ffs=fsFN=0.2×6000N=1200NFfd=fdFN=0.1×6000

5、N=600N而慣性力 Fm=N=255.1N 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦里的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率m=0.95，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見表1-1 表1-1 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段計(jì)算公式總機(jī)械負(fù)載F/N定位夾緊6000快進(jìn)啟動(dòng)F=Ffs/m1263加速F=(Ffd+Fm)/ m900快進(jìn)F=Ffd/m631工進(jìn)F=(Ft+ Ffd)/ m1531快退F= Ffd/m631 三、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1確定液壓泵類型及調(diào)速方式 參考同類組合機(jī)床，由于快進(jìn)、快退和工進(jìn)速度相差比較大，為了減少功率損耗，采用限壓式變量葉片泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路，

6、溢流閥作定壓閥。為防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值Pb=0.8Mpa。3.2選用執(zhí)行元件 因系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退，且快進(jìn)、快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的兩倍。由于結(jié)構(gòu)上的原因和為了有較大的有效工作面積，定位缸和夾緊缸也采用單桿活塞液壓缸。3.3快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，速度換接要平穩(wěn)可靠，另外是專業(yè)設(shè)備，所以可采用行程閥的速度換接回路。若采用電磁閥的速度換接回路，調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換

7、接的平穩(wěn)性較差。3.4換向回路的選擇 由速度圖可知，快進(jìn)時(shí)流量不大，運(yùn)動(dòng)部件的重量也較小，在換向方面無特殊要求，所以可選擇電磁閥控制的換向回路。為方便連接，選擇三位五通電磁換向閥。3.5定位夾緊回路的選擇 按先定位后夾緊的要求，可選擇單向順序閥的順序動(dòng)作回路。通常夾緊缸的工作壓力低于進(jìn)給缸的工作壓力，并由同一液壓泵供油，所以在夾緊回路中設(shè)減壓閥減壓，同時(shí)還需滿足；夾緊時(shí)間可調(diào)，在進(jìn)給回路壓力下降時(shí)能保持夾緊力，所以要接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。換向閥可連接成斷電夾擊方式，也可以采用帶定位的電磁換向閥，以免工作時(shí)突然斷電松開。3.6動(dòng)作換接的控制方式選擇 為了確保夾緊后才能進(jìn)行切削，夾緊與進(jìn)給的

8、順序動(dòng)作應(yīng)采用壓力繼電器控制。當(dāng)工作進(jìn)給結(jié)束轉(zhuǎn)為快退時(shí)，由于加工零件是通孔，位置精度不高，轉(zhuǎn)換控制方式可采用行程開關(guān)控制。3.7液壓基本回路的組成 將已選擇的液壓回路，組成符合設(shè)計(jì)要求的液壓系統(tǒng)并繪制液壓系統(tǒng)原理圖。此原理圖除應(yīng)用了回路原有的原件外，又增加了液控順序閥6和單向閥等，其目的是防止回路間干擾及連鎖反映。從原理圖中進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：1）工件定位夾緊：（1）先定位 壓力油減壓閥8單向閥9電磁換向閥10定位缸18無桿腔定位缸18有桿腔電磁換向閥10油箱（2）再夾緊 工件定位后，壓力油壓力升高到單向順序閥開啟的壓力，單向順序閥開啟。壓力油單向順序閥11單向調(diào)速閥12夾緊缸17無桿腔 夾緊缸17

9、有桿腔電磁換向閥10油箱2）快進(jìn)：2YA通電，電磁換向閥3左位工作，由于系統(tǒng)壓力低，液控順序閥6關(guān)閉，液壓缸有桿腔的回油只能經(jīng)換向閥3、單向閥5和泵流量合流經(jīng)單向行程調(diào)速閥4中的行程閥進(jìn)入無桿腔而實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)，顯然不增加閥6，那么液壓缸回油通過閥7回油箱而不能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)。 葉片泵1單向閥2電磁換向閥3單向行程調(diào)速閥4主液壓缸19（差動(dòng)連接）3）工進(jìn)：4YA通電，切斷差動(dòng)油路?？爝M(jìn)行程到位，擋鐵壓下行程開關(guān)，切斷快進(jìn)油路，4YA通電，切斷差動(dòng)油路，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，系統(tǒng)壓力升高，液控順序閥6被打開，回油腔油液經(jīng)液控順序閥6和背壓閥7流回油箱，此時(shí)，單向閥5關(guān)閉，將進(jìn)、回油路隔開，使液壓缸實(shí)現(xiàn)工進(jìn)。 葉片

10、泵1單向閥2電磁換向閥3單向行程調(diào)速閥4主液壓缸19無桿腔 主液壓缸19有桿腔電磁換向閥3液控順序閥6背壓閥7油箱4）快退：3YA通電，工進(jìn)結(jié)束后，液壓缸碰上死擋鐵，壓力升高到壓力繼電器調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)出信息，2YA斷電，3YA、4YA通電。葉片泵單向閥4電磁換向閥3主液壓缸有桿腔 主液壓缸無桿腔單向行程閥4電磁換向閥3油箱主液壓缸無桿腔快退到位碰行程開關(guān)，行程開關(guān)發(fā)信息，下步工件拔銷松夾。5）拔銷松夾：1YA通電液壓油減壓閥8單向閥9電磁閥10定位缸18和夾緊缸17的有桿腔 定位缸18無桿腔電磁閥10油箱夾緊缸16無桿腔單向調(diào)速閥12的單向閥單向順序閥11的單向閥電磁閥10油箱 工件松

11、夾后發(fā)出信息，操作人員取出工件。6） 系統(tǒng)組成后，應(yīng)合理安排幾個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，這些測(cè)壓點(diǎn)通過壓力表開關(guān)與壓力表相接，可分別觀察各點(diǎn)的壓力，用于檢查和調(diào)試液壓系統(tǒng)。 表2-1 電磁鐵動(dòng)作順序表1Y2Y3Y4Y定位夾緊 - - - -快進(jìn) - + - -工進(jìn) - + - +快退 - - + +拔銷松開 + - - - 四、液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算 4.1液壓缸參數(shù)計(jì)算 4.1.1初選液壓缸的工作壓力，所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表3-1和表3-2，根據(jù)F=14084N初選液壓缸的工作壓力p1=3MPa。4.1.2計(jì)算液壓缸主要尺寸鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可

12、選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止鉆透時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表3-2選此背壓為p2=0.6Mpa。 表3-1 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN<5510102020303050>50工作壓力/MPa0.811.522.5334455 表3-2執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)由表1-1可知最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F

13、=15000N，按此計(jì)算A1則A1=57.7cm2液壓缸直徑D=由A1=2A2可知活塞桿直徑 d=0.707D=0.707×8.31cm=5.87cm按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 D=9cm d=6.3cm按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出 A1=則液壓缸的實(shí)際計(jì)算工作壓力為：則實(shí)際選取的工作壓力P=3MPa滿足要求。按最低工作速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度。若驗(yàn)算后不能獲得最小的穩(wěn)定速度是，還需要響應(yīng)加大液壓缸的直徑，直至滿足穩(wěn)定速度為止。查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度v =0.1m/min由課本式（8-11）本例A

14、1=63.6cm2>12.5cm2，滿足最低速度要求。4.1.3確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞直徑根據(jù)夾緊缸的夾緊力=5000N，選夾緊缸工作壓力=1.5MPa可以認(rèn)為回油壓力為零，則夾緊缸的直徑 根據(jù)表3-4取d/D=0.5則活塞桿直徑按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 D夾=7cm d夾=3.6cm 表3-3按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.74.1.4 計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸

15、的工作過程各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)的背壓按代人，快退時(shí)的背壓按pb=5×105Pa代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列于表3-4中表3-4液壓缸所需要的實(shí)際流量、壓力和功率 工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載F進(jìn)油壓力回油壓力Pb所需流量輸入功率NPaPaKW定位夾緊600001.850.040差動(dòng)快進(jìn)103215.60.221工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載F進(jìn)油壓力回油壓力Pb所需流量輸入功率NPaPaKW工進(jìn)140840.320.014快退103216.20.351 5、液壓原件的選擇5.1液壓閥及過濾器的選擇 根據(jù)液壓閥在液壓系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最高流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格，本題

16、中所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，確定為三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表5中，過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器，表中序號(hào)與系統(tǒng)原理圖中的序號(hào)一致。 表5-1 液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱最大通過流量/型號(hào)1限壓式變量葉片泵20YBX-202單向閥20I-25B3三位五通電磁閥4035D1-63BY4單向行程調(diào)速閥40UCF1G-035單向閥 20I-25B6液控順序閥0.16XY-25B7背壓閥0.16B-10B8減壓閥20JF3-C10B9單向閥20I-10B10二位四通電磁換向閥2024D1-63BH11單向順序閥閥20AXF3-C-B12單向調(diào)速閥20

17、MK-10G13壓力繼電器DP1-63B14溢流閥20Y-25B15過濾器40XU-B40×10016壓力開關(guān)表K-6B20電機(jī)Y90S-4 5.2油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)出油管按輸入、輸出的最大流量來計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快件快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)32L/min，則液壓缸進(jìn)、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號(hào)冷拔鋼管。5.3油箱容積的確定中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的57倍，本題取7本倍，故油箱容積為 六、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能6.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整由

18、于定位、夾緊回路在夾緊后的流量幾乎為零，所以管路系統(tǒng)的壓力損失主要應(yīng)在工作臺(tái)液壓缸回路中進(jìn)行計(jì)算。6.1.1工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和泵的壓力調(diào)整工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計(jì)，這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失,回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差，并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則即泵的調(diào)定壓力應(yīng)按此壓力調(diào)整。6.1.2快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算因快退時(shí)，液壓缸無缸腔的回油量是進(jìn)油量的2倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失。已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度均為，油管直徑，通過的流量為進(jìn)油路，回油路q 2=40L/min=0.67×10-3m3/s，壓力系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為15°C，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。確定油的流動(dòng)狀態(tài)，按式（1