臥式單面鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計

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1、機電工程系 液壓與氣壓傳動 課程設(shè)計 題目：臥式單面鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班級：機制7班 姓名：李XX 學(xué)1094014251 （2012 年 12 月 30 日） 液壓與氣壓傳動課程設(shè)計任務(wù)書 一、主要任務(wù)與目標 任務(wù)：臥式單面鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計 8-7一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床，動力滑臺的工作循環(huán)是：快進 一工進一快退-停止。液壓系統(tǒng)的主要性能參數(shù)要求如下，軸向切削力 錯誤!未找到引用源。=24000N ;滑臺移動部件總質(zhì)量為510Kg;力口、 減速時間為0.2s;采用平導(dǎo)軌，靜摩擦因數(shù)錯誤!未找到引用源。=0.2, 動摩擦

2、因數(shù)錯誤!未找到引用源。=0.1;快進行程為200mm，工進行程 為100mm ;快進與快退速度相等，均為 3.5m/min,工進速度為 30-40mm/min.工作時要求運動平穩(wěn)，且隨時停止運動。試設(shè)計動力 滑臺的液壓系統(tǒng)。 目標：通過本題目的課程設(shè)計，使學(xué)生對所學(xué)的《液壓與氣壓傳動》 課程知識有一個全面深刻的認識，熟悉液壓系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和過 程；提高學(xué)生的動手能力和工程實踐能力。 二、主要內(nèi)容 (1)熟悉設(shè)計任務(wù)，明確設(shè)計及目標。 (2)根據(jù)設(shè)計要求和已學(xué)過的設(shè)計流程，擬定系統(tǒng)工作原理圖。 (3)計算各元件的參數(shù)并驗算。 (4)元件選型。 (5)編制文件，繪制速度、負載圖

3、譜。 三、工作量要求 完成規(guī)定的任務(wù)，總字數(shù) 3000?4000字。 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計說明及計算過程 備注 四、時間 目錄 一、分析負載 3 （一）外負載3 （二）慣性負載3 （三）阻力負載3 二、確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 4 三、設(shè)計液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 6 （一）設(shè)計液壓系統(tǒng)方案 6 （二）選擇基本回路 8 1 .選擇快進運動和換向回路 8 2 .選擇速度換接回路 9 3 .選擇調(diào)壓和卸荷回路 9 （三）將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng) 9 四、選擇液壓元件 12 （一）液壓泵12 （二）閥類元件及輔助元件 13 （三）油管14 （四

4、）油箱15 五、設(shè)計小結(jié) 16 六、參考文獻 17 七、感想18 、 分析負載 （一） 夕卜負載Fg=Ft=24000N （二）慣性負載 機床工作部件的總質(zhì)量m=510kg,取△t=0.2s Fm=m\ v/△t=510 X3.5/（60 x 0.2）=148.75N （三）阻力負載 機床工作部件對動力滑臺導(dǎo)軌的法向力為： Fn=mg=510X 9.8N=4998N 靜摩擦阻力 F fs=fsFn=0.2 X4998N=999.6N Ffd=fdFn=0.1 X4998N=499.8N 由此得出液壓缸在各工作階段的負載如表1所示。 表1液壓缸在各工作階段負載F

5、（單位：N） 工 況 負載組成 負載值F 工 況 負載組成 負載值F 啟 動 F4昔誤！未找到引 用源。 999.6 工 進 F鄒誤!未找 到引用源。+ 錯誤!未找到 引用源。 24499.8 加 速 F4昔誤！未找到引 用源。+mA v/ A t 648.55 快 退 F鄒誤!未找 到引用源。 499.8 快 進 F=t誤！未找到引 用源。 499.8 按上表數(shù)值繪制負載圖如圖1a所示。 由于 vi=V3=3.5m/min、li=200mm、l2=100mm、快退行程 l3=li+l2=300mm ,工進速度 v2=30~4

6、0mm/min ,由此可繪出速度如圖 1所 示。 圖1組合機床液壓缸負載圖額速度圖 確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 由課本中表8-7和表8-8可知，組合機床在最大負載約為25000N時 液壓系統(tǒng)宜取壓力 pi=4MPa 鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞 桿式的，并在快

7、進時作差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積 A應(yīng)為有桿腔工作面積 A2的兩倍，即。=A/A2=2,而活塞卞f直徑d與缸筒直 徑D成d=0.707D的關(guān)系。 在加工時，液壓缸回油路上必須具有背壓P2,以防止孔鉆通時滑臺突 然前沖。按課本中表8-3取p2=0.8MPa?？爝M時液壓缸作差動連接，管路中 有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按0.3MPa 考慮?？焱藭r回油腔中是有背壓的，這時P2也可按0.8MPa估算。 由工進時的負載值按課本中表8-9中的公式計算液壓缸面積： A2=錯誤！未找到引用源。=24499.8/[0.96（4X 2-0.8） X

8、106]m2=35.45 X 10-4吊 A=（f）A2=2A2=70.89 X 10-4吊 D=錯誤！未找到引用源。=0.095m d=0.707D=0.067m 將這些直徑按GB/T2348-2001圓整成就近標準值得： D=0.1m、d=0.07m 由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為Ai = ti D2/4=78.54 X 10-4n2, A2= 兀（D2-d 2）/4=40.06 X 10-4n2o經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。 根據(jù)上述D和d的值，可估算出液壓缸在各個工作階段中的壓力、流 量和功率，如表2所示，并據(jù)此繪出工況圖如圖2所示。 表2液壓缸在不

9、同工作階段的壓力、流量和功率值 工衲 「小 回油控壓力 p-ZiTi 進院睦任 力方急nPa 輅人汽量 #1。 3 T 葡人功 率 Fa1V UJltf 動） 我說 0 027 二 — pH打針心與】風(fēng) 4=（也 AjjVi P-P再 tn號 隨55 Pi \ — — 恒通 2 2245 -----: 0 0052 0.019 PL” TlwLPd； Al q-A產(chǎn) —再 決包 超亦 SW.6 0 支既 - q=A;vs p=p當 加逢 648.55 <1.6 L7S —

10、— 陸亶 海g s 17n Q2J37 0 J97 3.73 (13.47L/mi n) _ _ 0.2245 0.101 0.48 0.448 0.019 0.005 1.7 1.73 0.397 0.2337 (14.02L/min ) 圖2液壓缸工況圖 三、設(shè)計液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 （一）設(shè)計液壓系統(tǒng)方案 由于該機床是固定式機械，且不存在外負載對系統(tǒng)作功的工況，并由 圖8-12知，這臺機床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運動速度低，工作負載變 化小。根據(jù)課本中工具表 8-5,8-6該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流調(diào)速方式和開示 循環(huán)為宜?，F(xiàn)采

11、用進油路節(jié)流調(diào)速回路，為解決孔鉆通時滑臺突然前沖的 問題，回油路上要設(shè)置背壓閥。 從工況圖中可以清楚地看到，在這個液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸 要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量約為最小 流量的55倍，而加進加快退所需的時間t1和工進所需的時間t2分別為： 錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。/錯誤！未找到引用源。+ 錯誤！未找到引用源。/錯誤！未找到引用源。 =(60*200/3.5*1000+60*300/3.5*1000)s=8.57s 錯誤！未找到引用源。 =l2/v2=60*100/1000*0.04=150s 亦即是錯誤！未找到引用源。/錯

12、誤！未找到引用源。=17.5。因此從提高 系統(tǒng)效率，節(jié)省能量的角度來看，采用單個定量液壓泵作為油源顯然是不 圖3油源及液壓回路的選擇 a）液壓源 b） 換向回路 c）速度換接回路 （二）選擇基本回路 由于不存在負載對系統(tǒng)作功的工況，也不存在負載制動過程，故不需 要設(shè)置平衡制動回路。但必須具有快速運動，換向、速度換接以及調(diào)壓， 卸荷等回路。 1 .選擇快速運動和換向回路 系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速回路后，不論采用何種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)快速運動。在本系統(tǒng)中，快進，快退換 向回路應(yīng)采用圖3b所示的形式。 2 .選擇速度

13、換接回路 在工況圖（圖2）中的q-l曲線可知，當滑臺快進轉(zhuǎn)為工進時，輸入 液壓缸的流量由13.47L/min降至0.3L/,in,滑臺的速度變化較大，可選 用行程閥來控制速度的換接，以減小液壓沖擊（見圖3c）。當滑臺由工進 轉(zhuǎn)為快退時，回路中通過的流量很大 ——進油路中通過14.02L/min, 回油路中通過 14.02*（78.54/40.06）L/min=27.492L/min。為了保證換向 平穩(wěn)起見，宜采用換向時間可調(diào)的點也換向閥式換接回路（見圖3b）。由 于這一回路還要實現(xiàn)液壓缸的差動連接，所以換向閥必須是五通的。 3 .選擇調(diào)壓和卸荷回路 油源中有溢流閥（見圖3a）,

14、調(diào)定系統(tǒng)工作壓力，因此調(diào)壓問題已在 油源中解決，無需另外再設(shè)置調(diào)壓回路。而且，系統(tǒng)采用進油節(jié)流調(diào)速， 故溢流閥常開，即時滑臺卡主，系統(tǒng)壓力也不會超過溢流閥的調(diào)定值，所 以又起安全作用。 再圖3a中所示的雙液壓泵自動兩級供油的油源中設(shè)有卸荷閥，當滑 臺工進和停止時，低壓，大流量液壓泵都可經(jīng)此閥卸荷。由于工進在整個 工作循環(huán)周期中占了絕大部分時間，且高壓，小流量液壓泵的功率較小， 故可以認為卸荷問題已基本解決，就/、需要再設(shè)置卸荷回路。 （三）將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng) 把上面現(xiàn)出的各種液壓回路組合畫在一起，就可以得到一張液壓系 統(tǒng)原理圖(不包括點畫線圓框內(nèi)的元件)。

15、將此圖自習(xí)檢查一遍，可以發(fā) 現(xiàn)，該圖所示系統(tǒng)的工作中還存在問題。為了防止干擾，簡化系統(tǒng)并使其 功能更加完善，必須對系統(tǒng)進行如下修正： 1) 為了解決防滑臺工進時圖中進，回油路相互接通，系統(tǒng)無法建 立壓力的問題，必須在換回回路中串接一個單向閥，將進，回 油路隔斷。 2) 為了解決滑臺快進時回油路接通郵箱，無法實現(xiàn)液壓缸差動連 接的問題，必須在回油路上串接一個液控順序閥。這樣，滑臺 快進時因負載較小而系統(tǒng)壓力較低，使閥關(guān)閉，便組織了油液 返回油箱。 3) 為了解決機床停止工作后回路中的油液流向油箱，導(dǎo)致空氣進 入系統(tǒng)，影響回臺運動平穩(wěn)性的問題，必須在電液換向閥的回 油口增設(shè)一個單向

16、閥。 4) 為了在滑臺工進后系統(tǒng)能自動發(fā)出快退信號，須在調(diào)速閥輸出 端增設(shè)一個壓力繼電器。 5) 若將順序閥和背壓閥的位置對調(diào)一下，就可以將順序閥與油源 處的卸荷閥合并，從而省去一個閥。 經(jīng)過修改，整理后的液壓系統(tǒng)原理圖4所示。 3 4 圖4整理后的液壓系統(tǒng)原理框圖 1-雙葉片液壓泵2-三位五通電液閥3-行程閥 4-調(diào)速閥5-單向閥6-單向閥7-順序閥8-被壓閥 9-溢流閥10-單向閥11-過濾器12-壓力表節(jié)接點 13-單向閥14-壓力繼電器 四、選擇液壓元件 (一)液壓泵 液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為3.25MPa,如取進油路上 的

17、壓力損失為0.8MPa,為使壓力繼電器能可靠地工作，取其調(diào)整壓力高 出系統(tǒng)最大工作壓力 0.5MPa,則小流量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為 Pp1=(3.25+0.8+0.5)MPa=4.55Mpa 。 大流量液壓泵在快進，快速運動時才向液壓缸輸油，由圖2可知，快 退時液壓缸的工作壓力比快進時大，如取進油路上的壓力損失為0.5MPa (因為此時進油不經(jīng)調(diào)速閥故壓力損失減小)，則大流量液壓泵的最高工 作壓力為 Pp2=(1.7+0.5)=MPa=2.2Mpa 。 由圖2可知，兩個液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為30.16L/min, 因系統(tǒng)較簡單，取泄露指數(shù) 錯誤！未找到引用源。=1

18、.05,則2個液壓泵的 實際流量為錯誤！未找到引用源。=1.05*13.47L/min=14.1435L/min。 由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min ,而工進時輸入液壓缸的流 量為0.31L/min ,由小流量液壓泵單獨供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最 少應(yīng)為3.3L/min 。 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取 PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片液壓泵，其小液壓泵和大液壓泵的排量分別為 6mL/r和26mL/r ,當液壓泵的轉(zhuǎn)速 錯誤！未找到引用源。=940r/min時該 液壓泵的埋論流量為 31.96L/min，若取液壓泵的容積效率錯誤！未找到引 用源。=0

19、.9,則液壓泵的實際輸出流量為：錯誤！未找到引用源。 =[(6+26)*940*0.9/1000]L/min=27.1L/min。 由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這時液壓泵工作壓力位2.2MPa, 流量為27.1L/min 。按課本中表8-13取液壓泵的總效率刀p=0.75,則液壓 泵驅(qū)動電動機所需的功率為：P=錯誤！未找到引用源。 =2.2*27.1/60*0.75=1.2KW 根據(jù)此數(shù)值查閱電動機產(chǎn)品樣本選取Y100L—6型電動機，其額定功 率 Pn=1.5KW/ 額定轉(zhuǎn)速 Nn=940r/min。 (二)閥類元件及輔助元件 根據(jù)發(fā)類及輔助元件所在油路的最大工作壓力

20、和通過該元件的最大 實際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表3。表中序號與圖4的 元件標號相同。 表3元件的型號及規(guī)格 序號 zd牛名怖 估計通過流 量/L*minT 褊定流量 /L*iuiii-1 器定醫(yī) 力/MPa 瓶定壓 降/MPa 代號、規(guī)格 1 理聯(lián)葉片泵 — (5.1+E2) 1九5 — PV2RI 2-6Z2& Vp=(6+26)nt./r 2 三包五通電 液同 60 30 ① <0.5 35DYP H-EJDB 孑 行崔間 50 63 16 <0.3 (4句行程啊速 4 碟速博 ClE 0. OT-

21、60 16 5 單向閥 60 63 15 0,2 6 單向閩 2F 15 <0.2 A? 3-Eli C6 n 般挖慢序倒 2E 佑 <0.3 XF3-E10B $ 背后回 0.3 E3 — Yf3-51OB 9 商流眥 5 63 16 — 7F3-E10B lt> 單向閥 25 E3 16 <0. 2 PJa-Eal? %：山二履小「 n 濾祜器 SO 63 — <0.02 XU-F 曲 *i-J n 王力表開關(guān) — — 10 — J5F3-E3B 3測點 13 單

22、向四 60 能 15 <0,3 WB-E-alOB 二口 14 t…tr生常 — IQ —T—■ HEDIKn/10 注：此電動機額定轉(zhuǎn)速 錯誤！未找到引用源。=940r/min時液壓泵輸出的實際流量 （三）油管 各元件間連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進， 出油管則按輸入，排出的最大流量計算。由于液壓泵選定之后液壓缸在各 個工作階段的進，出流量已與原定數(shù)值不向，所以重新計算如表4所示。 由上表可以看出，液壓缸在各個工作階段的實際運動速度符合設(shè)計要 求。根據(jù)表4中數(shù)值，并按第二章第七節(jié)推薦取油液在壓油管的流速 V=3m/s,按

23、式（2-30）算的與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別 為： d=2*錯誤！未找到引用源。=2*錯誤！未找到引用源。mm =19.71mm； ~=2*錯誤！未找到引用源。mm =13.85mm 這兩根油管都按 GB/T2351——2005選用內(nèi)徑e 15mm外彳18mm勺 冷拔無縫鋼管。 表4液壓缸的進出流星 快進 工進 快退 輸入流 量/L? 錯誤！ 未找到 引用 源。 錯誤！未找到引用源。 =（錯誤！未找到引用 源。）/（錯誤！未找到引 用源。-錯誤！未找到引 用源。） =（79*27.1）/（79-40） =54.89 錯誤！未找到引 用源。

24、=0.312 錯誤！未找到引 用源。=錯誤！未 找到引用源。 =27.1 輸出流 量/L? 錯誤！ 未找到 引用 源。 錯誤！未找到引用源。 =（錯誤！未找到引用 源。）/錯誤！未找到引用 源。 =（40*54.89）/79 =27.8 錯誤！未找到引 用源。=（錯誤！ 未找到引用 源。）/錯誤！未找 到引用源。 =（40*0.312）/79 =0.16 錯誤！未找到引 用源。=（錯誤！ 未找到引用 源。）/錯誤！未 找到引用源。 =（79*27.1）/40 =53.52 運動速 度/L? 錯誤！ 未找到 引用 源。 錯誤！未找到引用源。= 錯誤！未找到引用

25、源。 /(錯誤！未找到引用源。 -錯誤！未找到引用源。) =(27.1*10)/(79-40) =6.95 錯誤！未找到引 用源。=錯誤！未 找到引用源。/ 錯誤！未找到引 用源。 =(0.312*10)/79 =0.04 錯誤！未找到引 用源。=錯誤！未 找到引用源。/ 錯誤！未找到引 用源。 =27.1*10/40 =6.772 (四)油箱 油箱容積按式(2-19)估算，取經(jīng)驗數(shù)據(jù)1 =7,故其容積為： VM 錯誤！未找到引用源。=7*27.1L=189.7L 按照JB/T7938 ——1999規(guī)定，取最靠近的標準值V=200L。 五、設(shè)計小結(jié)

26、1 .系統(tǒng)采用了 “雙葉片液壓泵 -調(diào)速閥-被壓閥”式調(diào)速回路。它保 證液壓缸穩(wěn)定的低速運動，較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍。回油路上 加被壓閥防止空氣進入系統(tǒng)，并能使滑臺承受負向負載。 2 .系統(tǒng)采用了雙葉片液壓泵和液壓缸差動鏈接兩項措施來實現(xiàn)塊 進，可得到較大的快進速度，且能量利用也比較合理?；_停止運動時， 采用了單向閥，被壓閥，溢流閥等來使液壓泵在低壓時卸荷，既減少能量 損失，又控制油路保持一定的壓力，以保正下一工作循環(huán)的順利啟動。 3 .系統(tǒng)采用了行程閥和順序閥等實現(xiàn)快進與工進的換接，不僅簡化 了油路和電路，而且使動作可靠， 轉(zhuǎn)換的位置精度也比較高， 由于速度比 較低，采用了

27、閥體切換和調(diào)速閥串聯(lián)回路，既保證了必要的轉(zhuǎn)換精度，又 使油路的布局比較簡單，靈活。定位準確，重復(fù)精度高。 4 .采用了電液閥來切換主油路，使滑臺的換向更加平穩(wěn)，沖擊和噪 聲小。同時，電液換向閥的五通結(jié)構(gòu)使滑臺進和退時分別從兩條油路回油， 這樣滑臺快退時，系統(tǒng)沒有被壓，也減少了壓力損失。 總之，這個液壓系統(tǒng)設(shè)計比較合理，它使用的元件不多，但卻能完 成較為復(fù)雜的半自動工作循環(huán)，且性能良好。 六、參考文獻 [1] 王積偉.液壓與氣壓傳動 [M].北京.機械工業(yè)出版社，2009. [2] 雷天覺.新編液壓工程手冊 [M].北京.機械工業(yè)出版社，1998. [3] 成大先.機械設(shè)計手冊

28、：第4、5卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002. [4] 官中范.液壓傳動系統(tǒng)[M].北京.機械工業(yè)出版社，1998 [5] 王春行.液壓控制系統(tǒng)[M].2 版，北京.機械工業(yè)出版社，2000. 七、感想 既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇 到的問題怎樣用理論去解決。 在本次設(shè)計中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識，于是圖書 館和INTERNET^了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷 優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛 煉。我們學(xué)習(xí)的知識是有限的， 在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知 的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我們受益非淺。 在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時 候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便 在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。 盛年不重來，一日難再晨。及時宜自勉，歲月不待人