液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)--立式雙頭鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課題名稱：液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院：機(jī)電工程系</p><p><b>　　專業(yè)班級(jí)： </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)：</b></p>

2、<p><b>　　學(xué) 生： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p>　　2011年 12 月23日</p><p>　　《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》評(píng)閱書</p><p><b>　　摘 要</b></p>&

3、lt;p>　　本次為一臺(tái)立式雙頭鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，鉆孔行程相同，要求同步完成加工，可以實(shí)現(xiàn)雙鉆頭同時(shí)快進(jìn)→工進(jìn)→死黨鐵停留→快退→停止的半自動(dòng)循環(huán)，采用平導(dǎo)軌。而且快進(jìn)和快退速度不相等?？爝M(jìn)采用差動(dòng)連接加帶補(bǔ)正措施的串聯(lián)同步回路。在快進(jìn)工程中使用一個(gè)二位二通的電磁換向閥短接調(diào)速閥，這樣可以用較大的流量實(shí)現(xiàn)快進(jìn)動(dòng)作，在工進(jìn)過程中使這個(gè)二位二通的電磁換向閥的電磁鐵得電使油液經(jīng)過調(diào)速閥以減小流量實(shí)現(xiàn)工進(jìn)的慢速。在快退時(shí)用是向有桿腔進(jìn)油，

4、這樣可以實(shí)現(xiàn)較大的快退速度。</p><p>　　關(guān)鍵字：差動(dòng)連接 補(bǔ)正措施 串聯(lián) 同步回路 快進(jìn) 快退。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要................................................................................

5、.............................. III</p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù).........................................................................................................1</p><p>　　二、液壓回路的工況分析.................

6、....................................................................2</p><p>　　三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖...............................................................................5</p><p>　　1、初選液壓件及基本回路..

7、..............................................5</p><p>　　2、組成液壓系統(tǒng)........................................................5</p><p>　　四、計(jì)算和選擇液壓件及驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能...........................................

8、.......6</p><p>　　1、確定液壓泵的規(guī)格....................................................6</p><p>　　2、確定油管及壓力..................................................6</p><p>　　3、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)...........

9、.............................................7</p><p>　　4、驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱溫升..................................................9</p><p>　　總結(jié)................................................................

10、.....................................................11</p><p>　　參考文獻(xiàn).............................................................................................................12</p><p><b&

11、gt;　　1設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　學(xué)生通過《液壓與氣壓傳動(dòng)》課的課堂學(xué)習(xí)，初步掌握了基本理論知識(shí)。本課程設(shè)計(jì)即為了給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)運(yùn)用課堂理論知識(shí)，解決較復(fù)雜的問題的平臺(tái)，鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)的能力。</p><p>　　液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算是液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，包括明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)、擬定液壓系統(tǒng)原理圖、計(jì)算和選擇液壓件以及驗(yàn)

12、算液壓系統(tǒng)性能等。本次設(shè)計(jì)的是一臺(tái)立式雙軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)。</p><p>　　要求設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)→工進(jìn)→死擋鐵停留→快退→ 停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：切削阻；運(yùn)動(dòng)部件所受重力；快進(jìn)、快退速度，工進(jìn)速度；快進(jìn)行程，工進(jìn)行程；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速時(shí)間；動(dòng)力滑臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)，動(dòng)摩擦系數(shù)。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。</p><p>　　2

13、 液壓回路的工況分析</p><p>　　工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削阻力 FL=17986N。</p><p>　　摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力</p><p>　　靜摩擦阻力 (2-1) </p><p>　　動(dòng)摩擦阻力 (2-2)</p><

14、;p><b>　　慣性負(fù)載</b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)時(shí)間</b></p><p>　　快進(jìn) </p><p>　　工進(jìn) </p><p>　　快退

15、 </p><p>　　設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸在各階段的負(fù)載和推力如表2.1所示：</p><p>　　表2.1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力</p><p>　　所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工作時(shí)負(fù)載最大，在其他工況下負(fù)載都不高，參考表2.2和 表2.3，初選液壓缸的工作壓力。</p><p>　　鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相差不大，這

16、里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸，快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止孔鉆通時(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2.4選此背壓為。</p><p>　　表2.2 按負(fù)載選擇工作壓力</p><p>　　表2.3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　表2.4 執(zhí)行元件背壓力</p><p>　　表2.5

17、 按工作壓力選取d/D</p><p>　　表2.6 按速比要求確定d/D</p><p><b>　　由式： 得</b></p><p><b>　　則活塞直徑：</b></p><p>　　參考表2.5及表2.6，得，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得 D=100mm， d=70mm。</p>

18、<p>　　由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　根據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表2.7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖2所示。</p>

19、;<p>　　表2.7 液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值</p><p>　　注：1. Δp為液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取Δp=0.5MPa。</p><p>　　2． 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。</p><p>　　3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　3.

20、1 初選液壓件及基本回路</p><p>　　(1) 選擇調(diào)速回路 由于這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 選擇油源形式 在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流

21、量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比；其相應(yīng)的時(shí)間之比。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。系統(tǒng)在快進(jìn)和快退時(shí)流量不相同使用變量泵。</p><p>　　(3) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，所以選用三位

22、四通電液換向閥。</p><p>　　3.2 組成液壓系統(tǒng)</p><p>　　將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，詳情見圖3-1。</p><p><b>　　圖 3-1</b></p><p>　　4計(jì)算和選擇液壓件及驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能</p><p

23、>　　4.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率</p><p>　　(1) 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表2.7可知，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差，則小流量泵的最高工作壓力估算為：</p><p>　　

24、(2)計(jì)算液壓泵的流量</p><p>　　由表2.7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.4×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為</p><p>　　考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為，工進(jìn)時(shí)的流量為泵的流量最少應(yīng)為。</p><p>　　(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率</p><p>　　根據(jù)以

25、上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定</p><p>　　泵的型號(hào)為，額定壓為 ，轉(zhuǎn)數(shù)為</p><p>　　4.2確定油管及壓力</p><p>　　表4.1各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量</p><p>　　表4.2 允許流速推薦值</p><p>　　由表4.1可以看出，液壓缸在各階段

26、的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　根據(jù)表4.1數(shù)值，按表4.2推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式計(jì)算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為</p><p>　　為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號(hào)冷拔鋼管。</p><p><b>　　確定油箱：</b></p>&

27、lt;p>　　油箱的容量按式估算，其中α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，α=2～4；中壓系統(tǒng)，α=5～7；高壓系統(tǒng)，α=6～12?，F(xiàn)取α=6，得</p><p>　　4.3驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能</p><p><b>　　1.驗(yàn)算壓力損失</b></p><p>　　由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時(shí)，首先確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀

28、態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進(jìn)、回油管道長為L=2m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度取=110-4m2/s，油液的密度取=0.9174103kg/m3。</p><p>　　(1) 判斷流動(dòng)狀態(tài)</p><p>　　在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油管路中所通過的流量以快退時(shí)回油流量q2=51.7L/min為最大，此時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)</p><p>　　因?yàn)樽畲?/p>

29、的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。</p><p>　　(2) 計(jì)算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)</p><p><b>　　和油液在管道內(nèi)流速</b></p><p>　　同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得&l

30、t;/p><p>　　可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。</p><p>　　在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失?pζ常按下式作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算</p><p>　　各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算</p><p>　　其中的pn由產(chǎn)品樣本查出，滑臺(tái)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退工況下的壓力損失計(jì)算如下：<

31、/p><p><b>　　1．快進(jìn)</b></p><p>　　滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過電液換向閥差動(dòng)連接。在進(jìn)油路上，油液通過單向閥、電液換向閥，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥入無桿腔。在進(jìn)油路上，壓力損失分別為</p><p>　　在回油路上，壓力損失分別為</p><p>　　將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去

32、，便得出差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失：</p><p><b>　　2．工進(jìn)</b></p><p>　　滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥、調(diào)速閥進(jìn)入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥、背壓閥的卸荷油液一起返回油箱，在背壓閥處的壓力損失為0.6MPa。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進(jìn)油路上總的壓力損

33、失為</p><p><b>　　此值略小于估計(jì)值。</b></p><p>　　在回油路上總的壓力損失為</p><p>　　該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.6856MPa，可見此值與初算時(shí)選取的背壓值基本相符。</p><p>　　重新計(jì)算液壓缸的工作壓力為</p><p>　　考慮到壓力

34、繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的工作壓力為</p><p>　　此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3．快退</b></p><p>　　滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥、電液換向閥進(jìn)入液壓缸桿腔。在回油路上，油液通過單向閥、電液換向閥和單向閥返回油箱。在進(jìn)油路

35、上總的壓力損失為</p><p>　　此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。</p><p>　　在回油路上總的壓力損失為</p><p>　　數(shù)值基本相符，故不必重算。</p><p>　　4.4驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升</p><p>　　由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工

36、況來計(jì)算。在工進(jìn)時(shí)，經(jīng)液控順序閥卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失</p><p>　　液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率</p><p>　　液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率</p><p>　　由此可計(jì)算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為</p><p>　　按式計(jì)算工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)中的油液溫升，即</p>&l

37、t;p>　　其中傳熱系數(shù)K=15 W/（m2·C）。</p><p>　　設(shè)環(huán)境溫T2=25C，則熱平衡溫度為</p><p>　　油溫在允許范圍內(nèi)，油箱散熱面積符合要求，不必設(shè)置冷卻器。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本次為立式雙頭鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鉆頭

38、同時(shí)快速進(jìn)給同時(shí)工進(jìn)和同時(shí)快退的動(dòng)作，而且快進(jìn)和快退速度不相等。動(dòng)作過程為同時(shí)快進(jìn)→工進(jìn)→死黨鐵停留→快退→停止的動(dòng)作，在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，我選擇了變量泵，電磁換向閥，調(diào)速閥，單向閥，行程開關(guān)，壓力繼電器，電液控制單向閥等等，在快進(jìn)過程中，我們要求是采用差動(dòng)連接，從無桿腔進(jìn)油，而且要求的流量較大，這時(shí)候在油路中的調(diào)速閥被一個(gè)二位二通的換向閥短接直接進(jìn)入有桿腔，從無桿腔出來的油通過油路到無桿腔，這樣兩個(gè)流量加起來就實(shí)現(xiàn)較大流量

39、的差動(dòng)聯(lián)接，工進(jìn)的時(shí)候短接調(diào)速閥的換向閥換向?qū)⒂吐窋嚅_，這樣油液只能經(jīng)過調(diào)速閥到達(dá)無桿腔，實(shí)現(xiàn)小流量的慢速工進(jìn)，在工進(jìn)為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓閥，這里的背壓閥用的是溢流閥以實(shí)現(xiàn)背壓。快退時(shí)是有桿腔，因?yàn)橛袟U腔的面積較小，當(dāng)同樣的流量進(jìn)入時(shí)可以得到較大的速度，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，工進(jìn)，快退功能的是一個(gè)三位四通的電磁換向閥，切換不同的方向可以得到不同的功能。</p><p><b>