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目 錄 一 液壓課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2 二 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3 1 進(jìn)行工況分析 3 2 繪制液壓缸的負(fù)載圖和速度圖 3 三 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 5 1 調(diào)速回路的選擇 5 2 快速回路的選擇 5 3 速度換接回路的選擇 5 4 換向回路的選擇 5 5 油源方式的選擇 5 6 定位夾緊回路的選擇 5 7 動作轉(zhuǎn)換的控制方式選擇 5 8 液壓基本回路的組成 5 四 確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 7 1 工作壓力的確定 7 2 確定液壓缸的內(nèi)徑 D 和活塞竿直徑 d 7 3 確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑 7 4 計(jì)算液壓缸各運(yùn)動階段的壓力 流量和功率 7 5 計(jì)算夾緊缸的壓力 9 五 確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率及型號 10 1 計(jì)算液壓泵的壓力 10 2 計(jì)算液壓泵的流量 10 3 選用液壓泵規(guī)格和型號 10 4 確定電動機(jī)功率及型號 11 5 液壓元件及輔助元件的選擇 11 6 油箱容量的確定 12 六 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 13 1 回路壓力損失驗(yàn)算 13 2 液壓系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算 15 七 參考書目 16 一 液壓課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng) 其工作循環(huán)定位 夾緊 快進(jìn) 工進(jìn) 死擋鐵停留 快退 停止 拔銷松開等自動循環(huán) 采用平導(dǎo)軌主要性能參數(shù)見下表 行程 mm 速度 m min 液壓 缸 負(fù)載 力 N 工作 臺 重 量 N 工作臺 及夾具 重量 N 快 進(jìn) 工 進(jìn) 快進(jìn) 工 進(jìn) 快 退 啟 動 時 間 s 靜摩 擦系 數(shù) fs 動摩 擦系 數(shù) ft 進(jìn)給 缸 夾緊 缸 25000 1900 1500 600 150 70 3 5 0 2 5 0 3 0 21 0 11 二 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 1 液壓傳動方案的分析 2 液壓原理圖的擬定 3 主要液壓元件的設(shè)計(jì)計(jì)算 例油缸 和液壓元件 輔助裝置的選擇 4 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 5 繪制液壓系統(tǒng)圖 包括電磁鐵動作順序表 動作循環(huán)表 液壓元件名稱 繪制集 成塊液壓原理圖 繪制集成塊零件圖 6 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一分 5000 字左右 二 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1 進(jìn)行工況分析 液壓缸負(fù)載主要包括 切削阻力 慣性阻力 重力 密封阻力和背壓閥阻力等 1 切削阻力 F 切 F 切 25000N 2 摩擦阻力 F 靜 F 動 F 靜 F 法 f 靜 1500 0 21 315N F 動 F 法 f 動 1500 0 11 165N 式中 F 法 運(yùn)動部件作用在導(dǎo)軌上的法向力 f 靜 靜摩擦系數(shù) f 動 動摩擦系數(shù) 3 慣性阻力 F 慣 G v g t 1500 5 9 8 0 5 60 25 5N 式中 g 重力加速度 G 運(yùn)動部件重力 v 在 t 時間內(nèi)變化值 t 啟動加速度或減速制動時間 4 重力 F 因運(yùn)動部件是水平位置 故重力在水平方向的分力為零 5 密封阻力 F 阻 一般按經(jīng)驗(yàn)取 F 阻 0 1F 總 F 為總負(fù)載 6 背壓阻力 這是液壓缸回油路上的阻力 初算時 其數(shù)值待系統(tǒng)確定以后才可以定下來 根據(jù)以上分析 可以計(jì)算出液壓缸各動作中的負(fù)載表如下 工況 計(jì)算公式 液壓缸的負(fù)載 N 啟動 F 啟 F 靜 F 密 F 啟 315 0 9 350 加速 F 加 F 動 F 貫 F 密 F 加 165 25 5 0 9 0 9 快進(jìn) F 快 F 動 F 密 F 快 165 0 9 183 工進(jìn) F 工 F 切 F 動 F 密 F 工 25000 165 0 9 27961 快退 F 快 F 動 F 密 F 快 165 0 9 183 2 繪制液壓缸的負(fù)載圖和速度圖 根據(jù)上表數(shù)值 繪制出液壓缸的負(fù)載圖和轉(zhuǎn)速圖 這樣便于計(jì)算幾分析液壓系統(tǒng) 液壓缸的負(fù)載圖及轉(zhuǎn)速圖如下 35027961a 負(fù) 載 圖 0 2L m 5v m in 0b 速 度 圖18 F N 502 3153L m 圖 1液 壓 缸 的 負(fù) 載 圖 和 速 度 圖 三 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 1 調(diào)速回路的選擇 根據(jù)液壓系統(tǒng)要求是進(jìn)給速度平穩(wěn) 孔鉆透時不前沖 可選用調(diào)速閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速 回路 出口加背壓 2 快速回路的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 v 快進(jìn) 3 55m min v 快退 5m min 而盡量采用較小規(guī)格的液壓泵 可以選 擇差動連接回路 3 速度換接回路的選擇 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 閥的安裝也較容易 但速 度換接的平穩(wěn)性較差 4 換向回路的選擇 由速度圖可知 快進(jìn)時流量不大 運(yùn)動部件的重量也較小 在換向方面又無特殊要求 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 5 油源方式的選擇 由設(shè)計(jì)要求可知 工進(jìn)時負(fù)載大速度較低 而快進(jìn) 快退時負(fù)載較小 速度較高 為 節(jié)約能源減少發(fā)熱 油源宜采用雙泵供油或變量泵供油 選用雙泵供油方式 在快進(jìn) 快退時 雙泵同時向系統(tǒng)供油 當(dāng)轉(zhuǎn)為共進(jìn)時 大流量泵通過順序閥卸荷 小流量泵單 獨(dú)向系統(tǒng)供油 小泵的供油壓力由溢流閥來調(diào)定 若采用限壓變量泵葉片泵油源 此油 源無溢流損失 一般可不裝溢流閥 但有時為了保證液壓安全 仍可在泵的出口處并聯(lián) 一個溢流閥起安全作用 6 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作回路 通常夾緊缸的工作壓力 低于進(jìn)給缸的工作 并由同一液壓泵供油 所以在夾緊回路中應(yīng)設(shè)減壓閥減壓 同時還 需滿足 夾緊時間可調(diào) 在進(jìn)給回路壓力下降時能保持夾緊力 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緊方式 也可以采用帶定位的電磁換向閥 以免 工作時突然斷電而松開 7 動作轉(zhuǎn)換的控制方式選擇 為了確保夾緊后才進(jìn)行切削 夾緊與進(jìn)給的順序動作應(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 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 8 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)用了回路原有的元件外 又增加了液壓順序閥 5 和單向閥等 其目的是 防止回路間干擾及連鎖反應(yīng) 從原理圖中進(jìn)行簡要分析 1 快進(jìn)時 閥 2 左位工作 由于系統(tǒng)壓力低 液控順序閥 5 關(guān)閉 液壓缸有桿腔的回油 只能經(jīng)換向閥 2 單向閥 4 和泵流量合流經(jīng)單向行程調(diào)速閥 3 中的行程閥進(jìn)入無桿腔而實(shí) 現(xiàn)差動快進(jìn) 顯然不增加閥 5 那么液壓缸回油通過閥 6 回油箱而不能實(shí)現(xiàn)差動 2 工進(jìn)時 系統(tǒng)壓力升高 液控順序閥 5 被打開 回油腔油液經(jīng)液控順序閥 5 和背壓閥 6 流回油箱 此時 單向閥 4 關(guān)閉 將進(jìn) 回油路隔開 使液壓缸實(shí)現(xiàn)工進(jìn) 3 系統(tǒng)組合后 應(yīng)合理安排幾個測壓點(diǎn) 這些測壓點(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) 液壓系統(tǒng)原理圖如下 四 確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 1 工作壓力的確定 工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及設(shè)備類型來初步確定 現(xiàn)參閱表 2 1 根據(jù) F 工 27961N 選 P 工 4MPa 2 確定液壓缸的內(nèi)徑 D 和活塞竿直徑 d 按 P2 0 油缸的機(jī)械效率 1 將數(shù)據(jù)代入下式 D 4F 工 P 工 1 2 4 27961 10 6 1 2 0 094m 根據(jù)液壓缸尺寸系列表 2 5 將直徑圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑 D 100mm 根據(jù)液壓缸快進(jìn)快退速度相近 取 d D 0 7 則活塞桿直徑 d 0 7 100mm 70mm 按 活塞桿系列表 2 6 取 d 70mm 根據(jù)已取缸徑和活塞竿內(nèi)徑 計(jì)算出液壓缸實(shí)際有效工作面積 無竿腔面積 A1和有 竿腔面積 A2分別為 A1 D 2 4 3 14 0 12 4 78 5 10 4 A2 D 2 d2 4 3 14 0 1 2 0 72 4 40 10 4 則液壓缸的實(shí)際計(jì)算工作壓力為 P 4F D 4 27961 0 1 2 3 6MPa 則實(shí)際選取的工作壓力 P 4MP 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 q v 50 5 10 4 10 10 4 由于 A q v 所以能滿足最小穩(wěn)定速度的要求 3 確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑 根據(jù)夾緊缸的夾緊力 1900N 選夾緊缸工作壓力 1 0MPa 可以認(rèn)為回油壓力為夾F夾P 零 夾緊缸的機(jī)械效率 1 按式 2 1 可得 D 4F 夾 P 夾 1 2 4 1900 10 6 1 2 0 049m 根據(jù)表 2 5 取 D 50mm 根據(jù)活塞桿工作受壓 活塞桿直徑適當(dāng)取大時 活塞桿直徑 d 為 D 0 5D 0 5 50 25mm 根據(jù)表 2 6 取 D 25mm 4 計(jì)算液壓缸各運(yùn)動階段的壓力 流量和功率 根據(jù)上述所確定的液壓缸的內(nèi)徑 D 和活塞竿直徑 d 以及差動快進(jìn)時的壓力損失時 P 0 5MPa 工進(jìn)時的背壓力 P 0 8MPa 快進(jìn)快退時是 P 0 5MPa 則可以計(jì)算出液壓缸 各工作階段的壓力 流量和功率 如下表 根據(jù)上表可以用坐標(biāo)法繪制出 液壓工況圖 此圖可以直觀看出液壓缸各運(yùn)動階段 的主要參數(shù)變化情況 液壓工況圖如下 液壓缸結(jié)構(gòu)如下 工況 負(fù)載 F N 回油腔壓力 P2 MPa 進(jìn)油腔壓力 P1 MPa 輸入流 量 q 10 4 m3 s 輸出流 量 p Kw 計(jì)算公式 快進(jìn)啟 動 350 0 61 快進(jìn)加 速 212 1 07 0 57 變化值 變化值 快進(jìn)恒 速 183 1 067 0 567 2 25 0 128 P1 F A 2 P A 1 A2 q A1 A2 v 快 P p1q 工 進(jìn) 27961 0 8 4 0 0 26 0 104 p1 F A 2P2 A1 q A1vI p p 1q 快退啟 動 350 0 088 快退加 速 212 0 5 1 034 變化值 變化值 快退恒 速 183 0 5 1 027 2 3 0 24 p1 F A 1P2 A 2 q A2v 快 P P1q 1234567891023145617892013245 缸 底 帶 放 氣 孔 的 單 向 閥 法 蘭 4格 末 圈 密 封 5導(dǎo) 向 環(huán) 6 緩 沖 套7缸 筒 8活 塞 桿 形 密 封 圈 緩 沖 節(jié) 流 閥 2導(dǎo) 向 套法 蘭形 密 封 圈 形 密 封 圈缸 蓋 斷 滑 圈 鼓 訂 6防 土 圈 型 密 封 圈 缸 頭9護(hù) 環(huán) 密 封 圈 活 塞 導(dǎo) 向 環(huán) 子 桿 緊 固 套沉 頭 螺 釘 5 計(jì)算夾緊缸的壓力 進(jìn)油腔壓力 p1為 F 夾 A1 1900 0 00785Pa 0 24MPa 五 確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率及型號 1 計(jì)算液壓泵的壓力 液壓泵的工作壓力應(yīng)當(dāng)考慮液壓缸最高有效工作壓力和管路系統(tǒng)的壓力損失 所以泵的 工作壓力為 P 泵 P1 P 式中 P 泵 液壓泵最大工作壓力 P1 液壓缸最大有效工作壓力 P 管路系統(tǒng)的壓力損失 由于進(jìn)口節(jié)流 出口加背壓閥的調(diào)速方式 取 P 1MPa P 泵 P1 P F1 A1 1MPa 27961N 0 00785m2 1MPa 4 6MPa 上述計(jì)算所得的 P 泵 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力 考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓 力往往超過靜態(tài)壓力 另外考慮到一定的壓力儲蓄量 提高泵的壽命 所以選泵的額定 壓力應(yīng)滿足 P 額 1 25 1 6P 泵 本系統(tǒng)為中低壓系統(tǒng)應(yīng)去小值 故取 P 額 1 25 P 泵 5 75MPa 2 計(jì)算液壓泵的流量 液壓泵的最大流量 q 泵 應(yīng)為 q 泵 K q max 式中 q max 同時動作各液壓缸所需流量之和的最大值 K 系統(tǒng)的泄露系數(shù) 一般取 K 1 1 1 3 現(xiàn)取 K 1 2 q 泵 K q max 1 2 2 3 2 8 10 4m3 s 3 選用液壓泵規(guī)格和型號 根據(jù) P 額 P 泵 值查閱有關(guān)手冊 選用 YB 16 型單級葉片泵 該泵的基本參數(shù)為 排量 16L min 額定壓力 P 額 6 3MPa 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 960r min 容積效率 c 0 9 總效率 0 7 單泵分塊圖如下 4 確定電動機(jī)功率及型號 由工況圖可知 液壓缸最大輸入功率在快退階段 可按此階段估算電動機(jī)功率 由 于工況圖中壓力值不包括由泵到液壓缸這段管路的壓力損失 在快退時這段管路的壓力 損失若取 P 0 2MPa 液壓泵總效率 0 7 則電機(jī)功率 P 電 為 P 電 P 泵 q 泵 2 4 10 6 2 8 10 4 0 7 2 3KW 查閱電動機(jī)樣本 選用 Y132S 40 電動機(jī) 其額定功率為 3 0KW 額定轉(zhuǎn)速為 960r min 5 液壓元件及輔助元件的選擇 1 液壓元件的選擇 根據(jù)所擬訂的液壓原理圖 進(jìn)行計(jì)算和分析通過各液壓元件的最大流量和最高工作壓力 選擇液壓元件規(guī)格 2 油管的計(jì)算和選擇 油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定 也可以按管路允許流速進(jìn)行計(jì) 算 流量 q 30l min 壓油管的允許流速取 v 4m s 則壓油管內(nèi)徑 d 為 d 4q v 1 2 4 0 0005 3 14 4 1 2 1 2cm 可選內(nèi)徑為 d 11mm 的油管 流量 q 12 l min 吸油管的允許流速取 v 1 5m s 則吸油管內(nèi)徑 d 為 d 4q v 1 2 4 12 3 14 1 5 1 2 1 02cm 可選內(nèi)徑為 d 12mm 的油管 關(guān)于定位夾緊油路的管徑 可按元件接口尺寸選擇 6 油箱容量的確定 該方案為中壓系統(tǒng) 液壓油箱的有效容量按泵的流量 5 7 倍來確定 油箱的容量 V 為 V 5 7 q 泵 5 7 16 8 84 120 L 按 GB2876 81 規(guī)定 且考慮散熱因素 取靠近的標(biāo)準(zhǔn)值 V 250L 六 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 1 回路壓力損失驗(yàn)算 主要驗(yàn)算液壓缸在各運(yùn)動階段中的壓力損失 若驗(yàn)算后與原估算值相差較大 就要 進(jìn)行修改 壓力算出后 可以確定液壓泵各運(yùn)動階段的輸出壓力機(jī)某些元件調(diào)整壓力的 參考值 具體計(jì)算可將液壓系統(tǒng)按工作階段進(jìn)行 例如快進(jìn) 工進(jìn) 快退等 按這些階段 將管路劃分成各條油流進(jìn)液壓缸 而后液壓油從液壓缸流回油箱的路線的管路 則每條 管路的壓力損失可由下式計(jì)算 12APPPP 閥 回局 回沿 回閥 進(jìn)局 進(jìn)沿 進(jìn) 式中 某工作階段總的壓力損失 液壓油沿等徑直管進(jìn)入液壓缸沿程壓力損失值之和 沿 進(jìn) 液壓油沿等徑直管從液壓缸流回油箱的沿程壓力損失值之和 沿 回 液壓油進(jìn)入液壓缸所經(jīng)過液壓閥以外的各局部的壓力損失值之總局 進(jìn)P 和 例如液壓油流進(jìn)彎頭 變徑等 液壓油從液壓缸流回油箱所經(jīng)過的除液壓閥之外的各個局部壓力局 回 損失之總和 液壓油進(jìn)入液壓缸時所經(jīng)過各閥類元件的局部壓力損失總和 閥 進(jìn) 液壓油從液壓缸流回油箱所經(jīng)過各閥類元件局部壓力損失總和 閥 回P 液壓油進(jìn)入液壓缸時液壓缸的面積 1A 液壓油流回油箱時液壓缸的面積 2 和 的計(jì)算方法是先用雷諾數(shù)判別流態(tài) 然后用相應(yīng)的壓力損失公式沿 進(jìn) 沿 回 來計(jì)算 計(jì)算時必須事先知道管長 L 及管內(nèi)徑 d 由于管長要在液壓配管設(shè)計(jì)好后才能確 定 所以下面只能假設(shè)一個數(shù)值進(jìn)行計(jì)算 和 是指管路彎管 變徑接頭等 局部壓力損失 可按下式 局 進(jìn)P 局 回 局P 2vP 局 式中 局部阻力系數(shù) 可由有關(guān)液壓傳動設(shè)計(jì)手冊查得 液壓油的密度 液壓油的平均速度v 此項(xiàng)計(jì)算也要在配管裝置設(shè)計(jì)好后才能進(jìn)行 及 是各閥的局部壓力損失 可按下列公式 閥 進(jìn)P 閥 回 閥P 2 閥閥閥 q 式中 液壓閥產(chǎn)品樣本上列出的額定流量時局部壓力損失 閥 q 通過液壓閥的實(shí)際流量 通過液壓閥的額定流量 閥 另外若用差動連接快進(jìn)時 管路總的壓力損失 應(yīng)按下式計(jì)算 P 21APPBCDBCA 式中 AB 段總的壓力損失 它包括沿程 局部及控制閥的壓力損失 ABP BC 段總的壓力損失 它包括沿程 局部及控制閥的壓力損失 C BD 段總的壓力損失 它包括沿程 局部及控制閥的壓力損失 D 大腔液壓缸面積 1 小腔液壓缸面積 2 現(xiàn)已知該液壓系統(tǒng)的進(jìn) 回油管長度均為 1m 吸油管內(nèi)徑為 壓油管內(nèi)徑m13 為 局部壓力損失按 進(jìn)行估算 選用 L HL32 液壓油 其油溫為m 沿局 P 5 0 時的運(yùn)動粘度 油的密度 按上述計(jì)算方法 得出各工C 15scm25 1 3920kg 作階段壓力損失數(shù)值經(jīng)計(jì)算后見表 3 快進(jìn)時 MPa 工進(jìn)時 MPa 快退時 MPa 沿程損失 8 忽略不計(jì) 76 0 三位四通電磁閥 0 07 忽略不計(jì) 0 25 單向行程調(diào)速閥 行程閥 0 56 單向行程調(diào)速閥 調(diào)速閥 0 5 單向行程調(diào)速閥 單向閥 0 44 單向閥 0 74 閥 件 局 部 損 失 背壓閥 0 41 總損失 1 6 0 91 1 46 隨后計(jì)算出液壓泵各運(yùn)動階段的輸出壓力 計(jì)算公式及計(jì)算數(shù)值見表 4 所示 9 1 計(jì)算公式 液壓泵輸出壓力 Pa 快進(jìn)時 快 進(jìn)啟快 進(jìn) PA FP 21 快啟 P 快進(jìn) 350 0 00785 0 004 1 6 10 6 1 69 106 工進(jìn)時 工 進(jìn)工 進(jìn) I1 P 工進(jìn) 27961 0 00785 0 91 106 4 47 106 快退時 2FPA 退快 退 快 退 快啟 P 快退 183 0 004 1 46 106 1 51 106 表 4 液壓泵在各階段的輸出壓力 是限壓變量葉片泵和順序閥調(diào)壓時的參考數(shù)據(jù) 在調(diào) 壓時應(yīng)當(dāng)符合下面要求 泵 工 進(jìn)閥泵 快 P 泵 工 進(jìn)增泵 快 其中 限定壓力增 快進(jìn)時泵的壓力泵 快 順序閥調(diào)定壓力閥P 工進(jìn)時泵的壓力泵 工 進(jìn) 從上述驗(yàn)算表明 無須修改原設(shè)計(jì) 1 液壓回路的效率 在各工作階段中 工進(jìn)所占的時間較長 所以液壓回路的效率按工進(jìn)時為計(jì)算 回 p 缸 q 缸 p 泵 q 泵 3 56 106 0 26 4 47 106 0 26 0 8 2 液壓系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算 在整個循環(huán)中 由于工進(jìn)階段所占時間最長 所以考慮工進(jìn)時的溫升 另外 變量 葉片泵隨著壓力的增加 泄漏也增加 功率損失出增加 效率也很低 此時泵的效率 p 缸 4 47 106Pa 031 泵 min56 1LqI 泵 則有 P 泵入 P 泵出 回 p 泵 q 泵 回 4 47 106 0 26 0 031 0 375KW H 發(fā)熱 P 泵入 1 系統(tǒng) P 泵入 1 泵 回 缸 3 75 1 0 031 0 80 0 9 0 367 KW 式中 P 泵入 泵的輸入功率 P 泵出 泵的輸出功率 H 發(fā)熱 單位時間進(jìn)入液壓系統(tǒng)的熱量 KW 本系統(tǒng)取油箱容積 V 180L 油箱三邊尺寸比例在 1 1 1 1 2 3 之間 則油液溫升 T 為 T H 發(fā)熱 103 V2 3 0 25 103 1802 3 11 5 C 通常液壓機(jī)床取 T 25 C 30 C 可以看出 此溫升沒有超出允許范圍 故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻裝置 七 參考書目 文獻(xiàn) 1 劉延俊 液壓與氣壓傳動 機(jī)械工業(yè)出版社 文獻(xiàn) 2 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊 冶金工業(yè)出版社 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) I 目 錄 一 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 1 1 設(shè)計(jì)要求 1 1 2 設(shè)計(jì)參數(shù) 1 1 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 二 液壓系統(tǒng)工況分析 2 2 1 工作參數(shù) 2 2 2 系統(tǒng)工況分析 2 2 2 1 運(yùn)動分析 2 2 2 2 負(fù)載分析 3 三 液壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 5 3 1 確定主要參數(shù) 5 3 1 1 液壓缸的工作壓力的確定 5 3 1 2 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定 5 3 1 3 液壓缸工況圖的繪制 7 3 2 液壓回路選擇 8 3 2 1 工作臺部分 8 3 2 2 定位夾緊部分 10 3 2 3 組成液壓系統(tǒng)原理圖 11 四 液壓缸的設(shè)計(jì) 12 4 1 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 12 4 2 液壓缸工作行程的確定 13 4 3 缸蓋厚度的確定 13 4 4 最小導(dǎo)向長度的確定 14 4 5 缸體長度的確定 14 4 6 固定螺栓得直徑 14sd 五 液壓元件的計(jì)算和選擇 15 5 1 確定液壓泵和電機(jī)的規(guī)格 15 5 2 油箱的設(shè)計(jì) 15 5 2 1 液壓油箱有效容積的確定 15 5 2 2 液壓油箱的外形尺寸 15 5 3 閥類元件和輔助元件的選擇 15 5 4 其它元件的選擇 16 5 4 1 過濾器的選擇 16 5 4 2 壓力表及壓力表開關(guān)的選擇 17 5 4 3 液位計(jì)的選擇 17 5 4 4 油管的選擇 17 六 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 18 6 1 壓力損失的驗(yàn)算 18 6 2 發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 20 參考文獻(xiàn) 21 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 一 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一臺鉆鏜機(jī)床液壓系統(tǒng) 工作循環(huán) 定位 夾緊 快進(jìn) 工進(jìn) 死擋鐵停留 快退 停止 拔銷松開等自動循環(huán) 采用平導(dǎo)軌 1 2 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)參數(shù)見表 1 其中 進(jìn)給缸負(fù)載力 KN FL 工作臺液壓缸移動件重力 KN G 工作 臺快進(jìn)速度 m min V1 工作臺快退速度 m min V3 工作臺工進(jìn)速度 mm min V2 工作臺液壓缸快進(jìn)行程 mm L1 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù) s 0 2 工作臺液壓缸工進(jìn)行程 mm L2 導(dǎo)軌面動摩擦系數(shù) d 0 1 工作臺啟動時間 S t 0 3 夾緊缸負(fù)載力 1 9KN 工作臺及夾具重量 0 6KN 液壓缸效率為 0 9 表 1 設(shè)計(jì)參數(shù) 序號 FL G V1 V3 V2 L1 L2 11 30 2 5 4 5 5 1 46 290 90 1 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 液壓系統(tǒng)原理圖 A1 2 液壓缸裝配圖 1 張 A1 3 電氣控制線路圖 1 張 A1 4 設(shè)計(jì)說明書 1 份 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 二 液壓系統(tǒng)工況分析 2 1 工作參數(shù) 選定專用鉆鏜機(jī)床的要求參數(shù)如下 要求工作循環(huán) 定位 夾緊 快進(jìn) 工進(jìn) 死擋鐵停留 快退 停止 拔銷松開等自動循環(huán) 進(jìn)給缸負(fù)載力 FL 30 KN 工作臺液壓缸移動件重力 G 2 5 KN 工作臺快進(jìn)速度 V1 4 5 m min 工作臺快退速度 V3 5 1 m min 工作臺工進(jìn)速度 V2 46 mm min 工作臺液壓缸快進(jìn)行程 L1 290 mm 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù) s 0 2 工作臺液壓缸工進(jìn)行程 L2 90 mm 導(dǎo)軌面動摩擦系數(shù) d 0 1 工作臺啟動時間 t 0 3 S 夾緊缸負(fù)載力 1 9KN 工作臺及夾具重量 0 6KN 液壓缸效率為 0 9 2 2 系統(tǒng)工況分析 2 2 1 運(yùn)動分析 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 該專用鉆鏜機(jī)床的工作循環(huán)可分解為 工作臺主缸 快進(jìn) 工進(jìn) 加工到位后停留 快退 原位停止 夾緊缸 工件夾緊 工件松開 定位缸 工作定位 定位銷拔出 快進(jìn)速度為 V1 4 5m min 快退速度為 V3 5 1m min 工進(jìn)速度為 V2 00 046m min 繪制運(yùn)動部件的速度循環(huán)圖如圖 2 1 所示 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 圖 2 1 速度循環(huán)圖 2 2 2 負(fù)載分析 液壓缸所受外載荷 F 包括三種類型 分別為工作負(fù)載 摩擦阻力負(fù)載 慣 性負(fù)載即 F Fw Ff Fa 1 工作負(fù)載 Fw 對于金屬切削機(jī)床來說 即為沿活塞運(yùn)動方向的切削力 在本設(shè)計(jì)中工進(jìn) 工作負(fù)載為 Fw 30000N 2 導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載 Ff 啟動時為靜摩擦力 啟動后為動摩擦力 對于平行導(dǎo)軌 Ff 可以由下式求的 Ff f G FRn G 運(yùn)動部件重力 3100N FRn 垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載 此設(shè)計(jì)中為零 f 導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 取靜摩擦系數(shù)為 0 2 動摩擦系數(shù)為 0 1 求得 Ffs 0 2 3100N 620N Ffa 0 1 3100N 310N 上式中 Ffs 為靜摩擦力 Ffa 為動摩擦力 3 運(yùn)動部件速度變化時的慣性負(fù)載 Fa 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 Fa Ggvt 式中 g 重力加速度 加速或減速時間 本設(shè)計(jì)中 0 3s t t 時間內(nèi)的速度變化量 vt 故 Fa N 79N3109 84 56 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果 列出各工作階段所受的外負(fù)載 見表 2 1 并畫出如 圖 2 2 所示的負(fù)載循環(huán)圖 表 2 1 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載 序 工作循環(huán) 外負(fù)載 F N 1 啟動 加速 F Ffs Fa 699 2 快進(jìn) F Ffa 310 3 工進(jìn) F Fw Ffa 30310 4 快退啟動加速 F Ffs Fa 699 5 快退 F Ffa 310 圖 2 2 負(fù)載循環(huán)圖 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 三 液壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3 1 確定主要參數(shù) 3 1 1 液壓缸的工作壓力的確定 執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負(fù)載循環(huán)圖中的最大負(fù)載來選取 也可以根 據(jù)主機(jī)的類型了確定 見表 3 1 和表 3 2 表 3 1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力 負(fù)載 KN 50 工作壓力 MPa 0 8 1 1 5 2 2 5 3 3 4 4 5 5 表 3 2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī) 床設(shè)備 類型 磨床 組合 機(jī)床 龍門 刨床 拉床 農(nóng)業(yè)機(jī)械或 中型 工程機(jī)械 液壓機(jī) 重型 機(jī)械等 工作壓力 0 8 2 0 3 5 2 8 8 10 10 16 20 32 所設(shè)計(jì)的動力滑臺在工進(jìn)時負(fù)載最大 其值為 30310N 其它工況時的負(fù)載 都相對較低 參考表 3 1 和表 3 2 按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場合來選 擇工作壓力的方法 初選液壓缸的工作壓力 MPap31 在鏜孔加工時 為了防止孔被鏜通時負(fù)載突然消失而產(chǎn)生的鏜頭前沖 液 壓缸回油腔應(yīng)有一定的背壓 查液壓工程手冊 回油路帶背壓閥 取 背壓為 MPap5 02 表 3 3 執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值 系 統(tǒng) 類 型 背壓 p1 MPa 簡單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào) 速系統(tǒng) 0 2 0 5 回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng) 0 5 0 8 回油路帶背壓閥 0 5 1 5 中 低壓系統(tǒng) 0 8MPa 采用帶補(bǔ)液壓泵的閉式回路 0 8 1 5 中高壓系統(tǒng) 8 16MPa 同上 比中低壓系高 50 100 高壓系統(tǒng) 16 32MPa 如鍛壓機(jī)等 出算可忽略 3 1 2 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定 為了節(jié)省能源宜選用較小流量的油源 利用單活塞缸差動連接滿足快進(jìn)速 度的要求 且往復(fù)快速運(yùn)動速度相等 這樣就給液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 規(guī)定了 的關(guān)系 由此求得液壓缸無桿腔面積為 dD2 24 211 106 2 5 03 9 1 mNpFAm D87 12446 41 md3 87 2 活塞桿直徑可以由 值算出 由計(jì)算所得的 D 與 d 的值分別按表 3 4 和 表 3 5 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑 以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件 表 3 4 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 GB2348 1980 mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 320 400 500 630 注 括號內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值 表 3 5 活塞桿直徑系列 GB2348 1980 mm 4 5 6 8 10 12 14 16 18 2 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 由 GB T2348 1980 查得標(biāo)準(zhǔn)值為 D 125mm d 90mm 由此計(jì)算出液壓缸 的實(shí)際有效面積為 2221 7 145cmA 2222 590 dD 對選定后的液壓缸內(nèi)徑 D 必須進(jìn)行穩(wěn)定速度的驗(yàn)算 要保證液壓缸節(jié)流 腔的有效工作面積 A 必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效工作面積 minA 即 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 A min iniqv 式中 流量閥的最小穩(wěn)定流量 一般從選定流量閥的產(chǎn)品樣本中minq 查得 液壓缸的最低速度 由設(shè)計(jì)要求給定 inv 如果液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積 A 不大于計(jì)算所得的最小有效工作面積 則說明液壓缸不能保證最小穩(wěn)定速度 此時必須增大液壓缸的內(nèi)徑 以minA 滿足速度穩(wěn)定的要求 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度 由式 3 4 可得 A cm2 10cm2 minqv 30 51 3 1 3 液壓缸工況圖的繪制 油缸各工況的壓力 流量 功率的計(jì)算如下 1 計(jì)算各工作階段液壓缸所需的流量 min 62 85 4 197 2 12 LvAq i 06 n 35932Lv 2 計(jì)算各工作階段液壓缸壓力 快速進(jìn)給時液壓缸做差動連接 由于管路中有壓力損失 取此項(xiàng)損失為 P P2 P1 0 5MPa 同時假定快退時回油壓力損失為 0 5MPa MPaApFpm 63 01 597120 8421 快 進(jìn) m 20 04621 工 進(jìn) MPaApFpm 11 59 72 84621 快 退 3 計(jì)算各工作階段系統(tǒng)輸入功率 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 KWqpP43 052 126 8 快 退快 退快 退 工 進(jìn)工 進(jìn)工 進(jìn) 快 進(jìn)快 進(jìn)快 進(jìn) 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 可以計(jì)算出液壓缸在一個工作循環(huán)各階段的壓力 流量和 功率 如表 3 6 所示 并根據(jù)此繪制出其工況圖如圖 3 1 所示 表 3 6 液壓缸在不同階段所需壓力 流量和功率 工作階段 系統(tǒng)負(fù)載 NmF 回油腔壓力 MPa2p工作腔壓力 MPa1p輸入流量 q L min 輸入功率 P W 快速前進(jìn) 1089 1 036 0 636 28 62 240 工作進(jìn)給 28867 0 6 2 64 0 56 32 快速退回 1089 0 5 1 22 30 14 430 注 取液壓缸機(jī)械效率 9 0 m 圖 3 1 液壓缸的工況圖 3 2 液壓回路選擇 3 2 1 工作臺部分 1 調(diào)速方式的選擇 由于機(jī)床液壓系統(tǒng)調(diào)速是關(guān)鍵問題 因此首選調(diào)速回路 有工況圖可知 所設(shè)計(jì)的機(jī)床液壓系統(tǒng)功率小 為了防止孔被鉆通時負(fù)載突然消失而產(chǎn)生的鉆 頭前沖 液壓缸回油腔應(yīng)有一定的背壓 故可采用回油路調(diào)速閥調(diào)速回路 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 2 調(diào)速與速度換接回路 這臺機(jī)床的液壓滑臺工作進(jìn)給速度低 傳遞功率也較小 很適宜選用節(jié)流 調(diào)速方式 由于鉆孔時切削力變化小 而且是正負(fù)載 同時為了保證切削過程 速度穩(wěn)定 采用調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速 為了增加液壓缸運(yùn)行的穩(wěn)定性 在回油 路設(shè)置背壓閥 分析液壓缸的 V L 曲線可知 滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時 速度變化 較大 選用行程閥換接速度 以減小壓力沖擊 圖 3 2 調(diào)速與速度換接回路 從工況圖上可以清楚地看到 整個工作循環(huán)過程中 液壓缸要求交替提供 快行程的低壓大流量和慢行程的高壓小流量油液 最大流量與最小流量之比約 為 24 而快進(jìn) 快退所需時間為 svLt 4 8106 530 42931 工進(jìn)時間為 svt 716 2 則有 93 0815472 t 因此該液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中 93 的時間處于小流量工進(jìn)狀態(tài) 從降低成本 的角度出發(fā) 不宜選用雙聯(lián)泵 只需用單個定量泵就可以 現(xiàn)確定定量泵方案 如圖 3 3 所示 圖 3 3 泵供油油源 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 3 換向回路 此鉆鏜機(jī)床快進(jìn)時采用液壓缸差動連接方式 使其快速往返運(yùn)動 即快進(jìn) 快退速度基本相等 滑臺在由停止轉(zhuǎn)快進(jìn) 工進(jìn)完畢轉(zhuǎn)快退等換向中 速度變 化較大 為了保證換向平穩(wěn) 采用有電液換向閥的換向回路 由于液壓缸采用 了差動連接 電液換向閥宜采用三位四通閥 為了保證機(jī)床調(diào)整時可停在任意 位置上 現(xiàn)采用中位機(jī)能 O 型 圖 3 4 換向回路 3 2 2 定位夾緊部分 本系統(tǒng)采用了電磁閥換向控制系統(tǒng)動作迅速 由二位二通電磁閥控制 保 證工作迅速可靠 油泵也采用變量泵供油 在定位夾緊過程中 壓力較低 流 量較大 當(dāng)定位 夾緊后需要壓力較高 流量較小 排油量隨壓力變化的限壓 式變量泵正好滿足這種要求 同時可減少功率損失 降低溫升 夾緊后 系統(tǒng) 壓力升高 達(dá)到壓力繼電器調(diào)定值后 壓力繼電器發(fā)出信號 開始工進(jìn) 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 3 2 3 組成液壓系統(tǒng)原理圖 根據(jù)上面選定的基本回路 在綜合考慮設(shè)計(jì)要求 便可組成完整的液壓系 統(tǒng)原理圖 如圖 3 5 所示 圖 3 5 鉆鏜機(jī)床液壓系統(tǒng)圖 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 四 液壓缸的設(shè)計(jì) 4 1 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 液壓缸的內(nèi)徑 D 與其壁厚 的比值 D 10 的圓筒稱為薄壁圓筒 起重運(yùn) 輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸 一般采用無縫鋼管 大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu) 其 壁厚按薄壁圓筒壁厚公式計(jì)算 2ypD 式中 液壓缸壁厚 m D 液壓缸內(nèi)徑 m 試驗(yàn)壓力 一般取最大工作壓力的 1 25 1 5 倍 MPa yp 額定壓力 16Mpa 取 1 5 MPa nypn1 534 缸筒材料的許用應(yīng)力 其中 為材料抗拉剛度 bnb n 為安全系數(shù) 一般取 n 5 的值為 鍛鋼 110 120 MPa 鑄鋼 bb b 100 110 MPa 無縫鋼管 110 110 MPa 高強(qiáng)度鑄鐵 60MPa b 灰鑄鐵 25MPa b 對于 D 10 時 應(yīng)該按材料力學(xué)中的厚壁圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算 對于脆性材料以及塑性材料 0 4123ypD 液壓缸壁厚算出后 即可以求出缸體的外徑 為 11D2 式中 值應(yīng)該按無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn) 或者按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 1D 在設(shè)計(jì)中 取試驗(yàn)壓力為最大工作壓力的 1 5 倍 即 1 5 3MPa yp 4 5MPa 而缸筒材料許用應(yīng)力取為 100 MPa b 應(yīng)用公式 得 2yp 4 512 06 m 下面確定缸體的外徑 缸體的外徑 125 2 14 06mm 1D 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 153 12mm 在液壓傳動設(shè)計(jì)手冊中查得選取標(biāo)準(zhǔn)值 155mm 在根據(jù)內(nèi)徑1D D 和外徑 重新計(jì)算壁厚 mm 15mm 1 12D 52 4 2 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長度 可以根據(jù)執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定 并且參照表 4 1 中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值 表 4 1 液壓缸活塞行程參數(shù)系列 mm 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3900 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800 注 液壓缸活塞行程參數(shù)依 次序優(yōu)先選用 由已知條件知道最大工作行程為 380mm 參考上表系列 取液壓缸工作行 程為 400mm 4 3 缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋 其有效的厚度 t 按強(qiáng)度要求可以用下面兩式進(jìn) 行進(jìn)似計(jì)算 無孔時 20 43yptD 有孔時 20 ytd 式中 缸蓋有效厚度 m t 缸蓋止口內(nèi)徑 m 2D 缸蓋孔的直徑 m 0d 在此次設(shè)計(jì)中 利用上式計(jì)算可取 t 40mm 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 4 4 最小導(dǎo)向長度的確定 對于一般的液壓缸 最小導(dǎo)向長度 H 應(yīng)滿足以下要求20LDH 式中 液壓缸的最大行程 液壓缸的內(nèi)徑 為了保證最小導(dǎo)向長度 H 如果過分增大 和 B 都是不適宜的 必要時可1l 以在缸蓋和活塞之間增加一個隔套 K 來增加 H 的值 隔套的長度 C 由需要的 最小導(dǎo)向長度 H 決定 即 12ClB 在此設(shè)計(jì)中 液壓缸的最大行程為 400mm 液壓缸的內(nèi)徑為 125mm 所 以應(yīng)用公式 的 mm 72 5mm 0LD 20L 4125 活塞的寬度 B 一般取得 B 0 6 1 0 D 缸蓋滑動支撐面的長度 根據(jù)1l 液壓缸內(nèi)徑 D 而定 當(dāng) D 80mm 時 取 1 6 l 當(dāng) D 80mm 時 取 0d 活塞的寬度 B 0 6 1 0 d 54 90mm 取 70mm 4 5 缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和 缸體外形長度 還要考慮到兩端端蓋的厚度 一般液壓缸缸體長度不應(yīng)該大于內(nèi)徑的 20 30 倍 缸體長度 L 400 100mm 500mm 4 6 固定螺栓得直徑 sd 液壓缸固定螺栓直徑 按照下式計(jì)算 s 5 2skFdZ 式中 F 液壓缸最大負(fù)載 Z 固定螺栓個數(shù) k 螺紋擰緊系數(shù) k 1 12 1 5 根據(jù)上式求得 10 3mm 5 2skFdZ 13286740 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 五 液壓元件的計(jì)算和選擇 5 1 確定液壓泵和電機(jī)的規(guī)格 由工況圖可知 整個工作循環(huán)過程中液壓缸的最大工作壓力為 3 12MPa 選取油路總壓力損失為 0 8MPa 則泵的最大工作壓力為 MPap4 3806 2 其次確定液壓泵的最大供油量 由工況圖可知 液壓缸所需的最大流量為 38 2L min 若取系統(tǒng)泄漏系數(shù) K 1 05 則泵的流量為 min 1 402 385 1Lqp 最后根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)查閱產(chǎn)品樣本 確定選擇 YB 40 型葉片泵 當(dāng)液壓 泵轉(zhuǎn)速為 n 960r min 時 液壓泵的輸出流量為 40L min 由于液壓缸在快退時輸入功率最大 如果取泵的效率為 這時驅(qū)8 0 p 動液壓泵所需電動機(jī)功率為 KWPp72 18 043 根據(jù)此數(shù)據(jù)查閱電動機(jī)產(chǎn)品目錄 選擇 Y110L 6 型電動機(jī) 其額定功率 額定轉(zhuǎn)速 KWPn2 min 96rn 5 2 油箱的設(shè)計(jì) 5 2 1 液壓油箱有效容積的確定 液壓油箱在不同的工作條件下 影響散熱的條件很多 通常按壓力范圍來 考慮 液壓油箱的有效容量 v 可概略的確定為 已知該系統(tǒng)為中壓系統(tǒng) p 3MP 取 V 5 7 pq 200L 280L 取 V 250L 式中 V 液壓油箱的有效容積 pq 液壓泵的額定流量 5 2 2 液壓油箱的外形尺寸 液壓油箱的有效容積確定后 需設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸 一般尺寸為 長 寬 高 1 1 1 1 2 3 為提高冷卻效率 在安裝位置不受限制時 可將液壓油箱的容量予以增大 5 3 閥類元件和輔助元件的選擇 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 圖 2 6 液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥 換向閥 單項(xiàng)閥等閥類元件以及濾 油器 空氣濾清器等輔助元件 表 5 1 閥類元件的選擇 規(guī)格序 號 元件名稱 通過的最 大流量 L min 型號 額定流量 L min 額定壓力 MPa 額定壓降 MPa 1 葉片泵 YB1 25 30 08 6 3 2 三位四通電磁 換向閥 50 34D0 B10H T 25 6 3 0 3 3 兩位兩通電磁 換向閥 30 08 22D 25 25 6 3 0 3 4 調(diào)速閥 1 Q 10B 10 6 3 0 5 5 單向閥 71 83 I 63B 63 6 3 0 2 6 兩位兩通電磁 換向閥 30 08 22D 25 25 6 3 0 3 7 溢流閥 3 5 Y 63B 63 6 3 8 空氣濾清器 QUQ2 9 濾油器 WU 65 80 J 10 壓力表開關(guān) K 6B 注 此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速 時液壓泵輸出的實(shí)際流量 min 960rn 5 4 其它元件的選擇 5 4 1 過濾器的選擇 按照過濾器的流量至少是液壓泵總流量的兩倍的原則 取過濾器的流量為 泵流量的 2 5 倍 由于所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)為普通的液壓傳動系統(tǒng) 對油 液的過濾精度要求不高 故有 min 105 2Lq 泵 輸 入過 濾 因此系統(tǒng)選取通用型 WU 系列網(wǎng)式吸油過濾器 參數(shù)如表 5 2 所示 1 濾油器安裝 本系統(tǒng)濾油器安裝在油泵的吸油管上 這種安裝能直接防止大顆粒雜質(zhì)進(jìn) 入液壓泵內(nèi) 保證了液壓系統(tǒng)中所有設(shè)備不受雜質(zhì)的影響 但增長了油泵的吸 油阻力 而且當(dāng)濾油器堵塞時 使油泵工作條件惡化 為了避免油泵的損壞 通常在油泵的吸入口安裝過濾精度低的線隙式過濾器 2 排油孔螺塞 為了換油及清洗箱體時排出油污 在箱座底部油池低處設(shè)有排油孔 平時 排油孔用螺塞及封油墊封住 排油孔螺塞材料一般用 Q235 封油墊材料可用石 棉橡膠紙 排油孔螺塞的直徑可按箱座壁厚的 3 4 倍選取 M 24X1 5 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 表 5 2 通用型 WU 系列網(wǎng)式吸油中過濾器參數(shù) 尺寸 型號 通徑 mm 公稱流量 minL過濾精度 M d H D 1d WU 65 80 J 32 125 63 32 120 56 5 4 2 壓力表及壓力表開關(guān)的選擇 液壓泵的出口 安裝壓力控制元件處 與主油路壓力不同的支路及控制油 路 蓄能器的進(jìn)油口等處 均應(yīng)設(shè)置測壓點(diǎn) 以便用壓力表對壓力調(diào)節(jié)或系統(tǒng) 工作中的壓力數(shù)值及其變化情況進(jìn)行觀測 壓力表測量范圍應(yīng)大于系統(tǒng)的工作壓力的上線 即壓力表量程約為系統(tǒng)最 高壓力的 1 5 倍左右 在本次設(shè)計(jì)中 經(jīng)計(jì)算壓力表量程約為 MPa 根據(jù)75 3 使用要求 選用 K 1 型的壓力表開關(guān) 壓力表的精度等級選 2 5 級 5 4 3 液位計(jì)的選擇 液位計(jì)的下刻線至少應(yīng)比吸油過濾器或吸油管口上緣高出 75mm 以防吸 入空氣 液位計(jì)的上刻線對應(yīng)著油液的容量 液位計(jì)與油箱的連接處油密封措 施 對于油溫有嚴(yán)格要求的液壓裝置 可采用傳感式液位溫度計(jì) 其溫度計(jì)是 利用靈敏度較高的雙金屬片的熱脹冷縮原理來測油溫的 在本次設(shè)計(jì)中 液位 計(jì)選取 YWZ 80 型 5 4 4 油管的選擇 油管的內(nèi)徑可按照所連接元件的接口尺寸確定 也可以按照管路中允許的 流速來計(jì)算 本例中 由表 5 3 推薦取油液在壓油管的流速 v 3m s 按式 4 1 算 得液壓缸無桿強(qiáng)及有桿腔相連的油管的內(nèi)徑為 5 1 mvqd5 16302 81 3 式中 q 通過油管的流量 v 推薦管道中油液的流速 可按表 5 3 數(shù)值選取 取 d 15mm 取 d 15mm mvqd8 163041 3 最后 參照計(jì)算由選定的液壓元件連接油口尺寸確定油管內(nèi)經(jīng) 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 六 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 6 1 壓力損失的驗(yàn)算 1 工作進(jìn)給時的進(jìn)油路壓力損失 運(yùn)動部件工作進(jìn)給時的最大速度為 0 046m mmin 進(jìn)給時的最大流量為 0 56L min 則液壓油在管內(nèi)流速 v1 為 v1 cm min 8330cm min 139 cm min24qd 320 5614 管道流動雷諾數(shù) 為 1111Re1vd391 25 2300 可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流 其沿程阻力系數(shù)1e 0 681 7e1 進(jìn)油管道 BC 的沿程壓力損失為 Pa1p A2vld 22901 3 7 0 681 查閱換向閥 4WE6E50 AG24 的壓力損失 Pa 忽略油液通pA 6 5 過管接頭 油路板等處的局部壓力損失 則進(jìn)油路總壓力損失 為1p Pa Pa1p 1 A2p 660 1 10 6 0 2 工作進(jìn)結(jié)時的回油路壓力損失 69 5cm s2v1 55 5Red69 52 1 392 7 回油管道的沿程壓力損失 為21p A Pa Pa21p A2vld 2290 65 39 60 1 查產(chǎn)品樣本知換向閥 3WE6A50 OAG24 的壓力損失 0 025 Pa 2p A6 換向閥 4WE6E50 OAG24 的壓力損失 0 025 Pa 調(diào)速閥 2FRM5 20 623p A610 的壓力損失為 0 5 Pa 24p A610 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 回油路總壓力損失 為2pA 0 05 0 025 0 025 0 5 Pa 2pA1 3 24 610 0 6 Pa610 3 變量泵出口處的壓力 p p21 cmFA 4665 9 510 0 1578 3 2 Pa60 4 快進(jìn)時的壓力損失 快進(jìn)時液壓缸為差動連接 自匯流點(diǎn) A 至液壓缸 進(jìn)油口 C 之間的管路 AC 中 流量為液壓泵出口流量的兩倍即 40 L min 管路 AC 中的沿程壓力損失 為1p A cm s 590cm s1v24qd 32401 6 4721Rev59 1 0 1591 742 Pa Pa1p A2vld 22905 0 59 60 31 同意可以求得管道 AB 段以及 AD 段的沿程壓力損失 和 分別為12p A13 cm s 295cm s2v24qd 3201 6 2362Rev95 1 0 322 736 Pa Pa12p A2290 5 0 31 60 31 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 Pa Pa13p A2290 51 70 60 18 查閱產(chǎn)品樣本知 流經(jīng)各閥的局部壓力損失為 4WE6E50 OAG24 的壓力損失為 Pa21p A6 7 3WE6A50 OAG24 的壓力損失為 Pa0 據(jù)分析在差動連接中 泵的出口壓力 為p p12 A2p13 A212 AcmF Pa 642500 60 8 701 9 1 93 Pa 上述驗(yàn)算表明 不需要修改原設(shè)計(jì) 1 6 2 發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 在整個工作循環(huán)中 工進(jìn)階段所占的時間最長 為了簡化計(jì)算 注意考慮 工進(jìn)時的發(fā)熱量 一般情況下工進(jìn)速度大時發(fā)熱量大 由于限壓式變量泵在流 量不同時 效率相差極大 所以分別計(jì)算最大 最小時的發(fā)熱量 然后加以比 較 取數(shù)值最大者進(jìn)行分析 當(dāng) v 10cm min 時 0 785L minq230 1 min4 30 7851 min 此時泵的效率為 0 1 泵的出口壓力為 3 2MPa 則有 kw 0 42 kwp輸 入 26 Fv kw 0 034kw輸 出 23105 此時的功率損失為 0 718 0 41kw 0 31kwP 輸 入 輸 出 可見在工進(jìn)速度低時 功率損失為 0 386kw 發(fā)熱量最大 假定系統(tǒng)的散熱狀況一般 取 K kw 油箱的散熱面積 A310 2cm 為 A 0 065 0 065 1 9223v2362 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 系統(tǒng)的溫升為 20 1 t PKA30 86192 數(shù)控機(jī)床油液溫升應(yīng)該小于 25 故滿足要求 參考文獻(xiàn) 1 楊爾莊 二十一世紀(jì)液壓技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J 液壓與氣動 1 6 1 2 賈培起 液壓缸 M 北京 北京科學(xué)技術(shù)出版社 1987 3 左健民 液壓與氣壓傳動第 4 版 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 4 張世偉 朱福元 液壓系統(tǒng)的計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 寧夏 寧夏人民出版社 5 陳秀寧 施高義 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 浙江 浙江大學(xué)出版社 6 上海煤礦機(jī)械研究所 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