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1、 COLLEGE OFSCIEMCF AND TECHNOLOGY HfJGT 課程設計說明書 課程名稱： 液壓與氣壓傳動 設計題目：臥式鉆鏜組合機床動力頭工作循環(huán)液壓 系統(tǒng) 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班級:機設1204 學生姓名： 學號: 指導教師： 劉忠偉 湖南工業(yè)大學科技學院教務部制 2015年1月5日 目錄 設計的目的和要求： 1 1. 工況分析 2 1.1. 負載分析 2 1.2. 液壓缸的推力 2 2. 液壓缸計算 4 2.1. 選取工作壓力及背壓力 4 2.2. 液壓缸各截面積 4 2.3. 計算液壓缸

2、各工作階段壓力、流量和功率 5 3. 設計臥式鉆鏜組合機床的液壓動力滑臺電磁鐵動作表 7 4. 液壓元件設計計算與選擇 8 4.1. 液壓泵工作壓力、流量、驅動功率計算 8 4.2. 電動機的驅動功率 8 4.3. 油管尺寸 9 4.4. 油箱容積 9 5. 液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證 1..0.. 5.1. 工進時的壓力損失驗算和小流量泵壓力的調(diào)整 10 5.2. 局部壓力損失 1..1.. 5.3. 系統(tǒng)熱能工況的穩(wěn)定性校核 1..1 總結 1..3 參考文獻 1..3 設計的目的和要求： (1) 工作循環(huán)：“快進T工進T快

3、退T原位停止” 。 (2) 一臥式鉆鏜組合機床動力頭要完成工進-快進-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，工作進給要求能在0.02?1.2m/min 范圍內(nèi)無級調(diào)速，快 進、快退速度為 6m/min ，工進行程為 100mm ，快進行程為 300mm ， 導軌型式為平導軌，其摩擦系數(shù)取fs = 0.2 , fd = 0.1 ;往復運動的加 速減速實踐要求不大于0.5s。試設計該液壓系統(tǒng)。 1. 工況分析 1.1.負載分析 切削推力： Ft=12000N 靜摩擦力： Fa= faG=0.2 X20000=4000N

4、 動摩擦力： Fd= fd G=0.1 X20000=2000N 啟動慣性力： Fm m V G V =680.27N t g t 12液壓缸的推力 啟動推力： 加速推力： 快進推力： 工進推力： F啟=Fa/ n= 4444.44N F加 = ( Fd + Fm ) / n=2978.08N F快 = Fd / n=2222.22N F工=(Ft+ Fd) / n=15555.55N 反向啟動過程作用力與F啟、F加、F快大小相同，方向相反。 液壓缸在各工作階段的負載（單位：N ） 工況 負載組成 負載值F 總機械負載 F=F/ m 起動 F = Ffs

5、 4000N 4444.44N 加速 F = Ffd + Fm 2680.27N 2978.08N 快進 F = Ffd 2000N 2222.22 N 工進 F = Ffd + Ft 14000N 15555.55N 反向起動 F = Ffs 4000N 4444.44 N 加速 F = Ffd + Fm 2680.27 N 2978.08N  快退 F = Ffd 2000 N 2222.22N 工況運行圖如下: 1大流量泵2小流量泵3單向閥4順序閥5溢流閥 6三位四通電磁換向閥 7單向閥8調(diào)速閥9液控單向閥 1

6、0行程閥11壓力繼電器12液壓缸13行程開關 14溢流閥 2?液壓缸計算 2.1. 選取工作壓力及背壓力 F工= 15555.55N,選取p=4MPa，為防止加工結束動力頭突然前 沖，設回油有背壓閥或調(diào)速閥，取背壓 P2=0.8MPa。 取液壓缸無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的 2倍 F / m A1P1 A2P2 A1P1 (Ai/2) P2 式中：F——負載力 m——液壓缸機械效率 A ——液壓缸無桿腔的有效作用面積 A——液壓缸有桿腔的有效作用面積 pi ――液壓缸無桿腔壓力 P2 ――液壓有無桿腔壓力 快進和快退速度V仁V2=6m/min ，工進速度V2=

7、0.5m/min 相差很大，應進行差動換接，因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效 作用面積可計算為 F 15555.5 3600000 4.32 10 3m2 液壓缸缸筒直徑為 D J 他 Jg=7.42mm 由于有前述差動液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關系， d = 0.707 D，因此活塞桿直徑為d=0.707 X7.42 =5.25mm ，根據(jù) GB/T2348 —1993對液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸 的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為 D=80mm，活塞桿直徑為 d=50mm 。 2.2.液壓缸各截面積 此時液壓缸兩腔的實際有效

8、面積分別為: A1 D2 /4 50.27 cm2 2 2 2 A (D d )/4 30.63cm 按最低工進速度驗算液壓缸尺寸， 查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定 流量q=0.05L/min 因工進速度為0.05m/min 為最小速度，則有A > q/v=50/5 cm2 =10 cm2 因為A =50.27 cm2 >10 cm2，滿足最低速度的要求。 2.3. 計算液壓缸各工作階段壓力、流量和功率 根據(jù)液壓缸的負載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積， 可以算出 液壓缸工作過程各階段的壓力，流量和功率，在計算工進時背壓力 Pb=0.8MPa，快退時背壓力按 R=0.5MPa。

9、 工作 循環(huán) 計算公式 負載F 進油壓 力Pj 回油壓 力Pb 所需流 量Q 輸入功 率P N MPa MPa L/min kW 差動 快進 Pj =(F+ △ A 2)/ (A-A2) Q=v x( A - A2) P= Pj XQ 2222.22 1.91 2.41 11.78 0.375 工進 Pj =(f+ PA" A Q= v A P= Pj XQ 15555.55 3.36 0.8 0.30 0.016 8 快退 P=(F+ PA" A2 Q= v A2 P= Pj XQ 2222.22 1.6

10、8 0.5 18.78 0.526 注：1.差動連接時，液壓缸的回油口之間的壓力損失 p 5 105Pa， 而 pb pj p 。 2. 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為 Pj ，無桿腔回油，壓力為 Pb 。 3. 設計臥式鉆鏜組合機床的液壓動力滑臺電磁鐵動作表 電磁鐵動作表 動作 1YA 2YA 工件夾緊 一 一 快 進 + 一 工 進 + 一 快 退 一 + 工件松夾 一

11、 一 4. 液壓元件設計計算與選擇 4.1. 液壓泵工作壓力、流量、驅動功率計算 工進階段液壓缸工作壓力最大， 取進油總壓力損失 p =0.5MPa, 壓力繼電器可靠動作需要壓力差 0.5MPa, 則液壓泵最高工作壓力 Pp= p1 + p +0.5MPa=4.36MPa 因此泵的額定壓力 Pr >1.25 X4360000Pa=5.45MPa 工進時所需要流量最小是 0.30L/min, 設溢流閥最小流量為 3.0L/min, 則小流量泵的流量 qpi >(1.1 X0.30+3.0 ) L/min=3.33L/min 快進快退時液壓缸所需的最大流量為 18.78L/m

12、in, 則泵總流量 qp=1.1 xi8.78L/mi n=20.66L/mi n 。即大流量泵的流量 qp2>qp- qp1=(14.2-2.775 )L/min=17.33L/min 根據(jù)上面計算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用 YB-4/12 型的 雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力 6.3MPa ，額定轉速 960r/min 4.2. 電動機的驅動功率 系統(tǒng)為雙泵共有系統(tǒng)，其中小泵的流量 qp1= ( 4 10 3/60 ) m3/s=0.0000667 m3/s 大泵流量 q2=(0.012/60 )m3/s=0.0002 m3/s 差動快進，快退時的兩個泵同時向系統(tǒng)供油；工進

13、時，小泵向系 統(tǒng)供油，大泵卸載。 差動快進時 小泵的出口壓力損失 0.45MPa ，大泵出口損失 0.15MPa 。 小泵出口壓力 pp1=1.3MPa( 總功率 1=0.5) 大泵出口壓力 pp2=1.45MPa (總功率 2=0.5) 電動機功率 P1= pp1 q1/ 1+ pp2 q2 / 2=0.753Kw 工進時 調(diào)速閥所需要最小壓力差為 0.5MPa 。壓力繼電器可靠需要動力 差 0.5MPa 。因此工進時小泵的出口壓力 p p1= p1+0.5+0.5=4.36Pa. 大泵的卸載壓力取 pp2 =0.2MPa 小泵的總功率 1 =0.565 ；大泵總功率

14、2 =0.3 電動機功率 P2= pp1 q1/ 1+ pp2 q2 / 2 =0.648Kw 快退時 小泵出口壓力 p p1 =1.65MPa（ 總功率 1 =0.5） 大泵出口壓力 pp2 =1.8MPa（ 總功率 2 =0.51） 電動機功率 p3= pp1 q1 / 1+ pp2 q2/ 2 =0.926Kw 快退時所需的功率最大。根據(jù)查樣本選用 Y90L-6 異步電動機， 電動機功率 1.1Kw 。額定轉速 910r/min 。 4.3. 油管尺寸 根據(jù)選定的液壓閥的鏈接油口尺寸確定油管。 快進快退時油管內(nèi) 通油量最大，其實際流量為泵的額定流量的兩倍 32L/min ，

15、則液壓 缸進出油管直徑 d 按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為 15mm ，外徑為 19mm 的 10 號冷拔鋼管。 4.4. 油箱容積 油箱容積按公式計算，當取 K為6時，求得其容積為V=7 X 16=112L ，按矩形油箱規(guī)定，取最靠近的標準值 V=135L 5?液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證 5.1. 工進時的壓力損失驗算和小流量泵壓力的調(diào)整 工進時的壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整 工進時管路的流量僅為0.25L/min,因此流速很小，所以沿程壓 力損失和局部損失都非常小，可以忽略不計。這時進油路上僅考慮調(diào) 速閥的損失0.5MPa，回油路上只有背壓閥損失，小流量泵的調(diào)整壓 力 PP= Pi+0.5+0

16、.5=4.36MPa 即小流量泵的溢流閥6應按此壓力調(diào)整。 快退時的壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整 快退時進油管和回油管長度為 1.8m，有油管直徑d=0.015m ， 通過的流量為進油路qi=16L/min= 0.267 10 3m3/s，回油路 q2 =32L/min= 0.534 10 3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號液壓油，考慮最 低工作溫度為15 C,有手冊查出此時油的運黏度 V=1.5st=1.5 cm2/s，油的密度 p=900kg/ m3，液壓系統(tǒng)元件采用集 成塊式的配置形式Re Vd 10000 12732 q/dv 則進油路中的液流雷諾數(shù)為 R=10000vd/r

17、=151<2300 回油路中液流的雷諾數(shù)為 R=302<2300 由上可知，進回油路的流動都是層流 進油路上，流速v 4Q d2 1.5m/s 則壓力損失為 p 1 =64lp v2/2Rd=0.052MPa 在回油路上，流速為進油路速的兩倍即 V=3.02m/s , 則壓力損失為 p 2=1.04MPa 52局部壓力損失 元件名稱 額定流 量 實際 流量 額定壓力 損失 實際壓力 損失 單向閥7 25 16 2 0.046 三位四通電磁 閥6 63 16 4 0.026 行程閥10 63 16 4 0.103 順序閥

18、63 16 4 0.026 取集成塊進油路的壓力損失0.03MPa，回油路壓力損失為 0.05MPa，則進油路和回油路總的壓力損失為 Pi=0.052+0.046+0.026+0.103+0.03=0.257MPa p2=0.104+0.082+0.026+0.082+0.026+0.05=0.348MPa 快退負載時液壓缸負載F=1111.11N，則快退時液壓缸的工作壓 力 p1 = ( F+ p2A)/ A2=0.934MPa 快退時工作總壓力為 pP p1 p1=1.19MPa 大流量泵卸載閥的調(diào)整壓力應大于 1.19MPa 綜上，各種工況下世紀壓力損失都小于初選

19、的壓力損失值，而且 比較接近，說明液壓系統(tǒng)滿足要求 5.3. 系統(tǒng)熱能工況的穩(wěn)定性校核 系統(tǒng)的主要發(fā)熱是在工進階段造成的 工進時輸入功率：P =648w 工進時液壓缸的輸出功率：P2=Fv=15555.55 X 0.00265)W=41.22W 系統(tǒng)總發(fā)熱功率①二P- E=606.78W 已知油箱容積V=135L，則油箱近似散熱面積 A A= 0.0653V2 =1.71 m2 假定通風良好，取消散熱系數(shù)Ct=0.015Kw/( m2 C )可得油液升 溫為 T =24.79 C Ct A 設環(huán)境溫度T2=25 C則熱平衡溫度為 T=T2+ T =49.79 C<5

20、5 C 所以油箱散熱可達到要求。 總結 液壓課程設計是我們機械專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練， 著 是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。 “千里之行始 于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含 義。我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為 明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。 液壓系統(tǒng)應用在機床上， 實現(xiàn)對工作臺和夾緊工件的循環(huán)控制起 著重要的作用。對鉆鏜類組合機床，運用液壓來控制運動循環(huán)，結構 簡單，所占空間小，而且能滿足較大的切削負載要求。 液壓系統(tǒng)的設計是整機設計的有機組成部分。 液壓系統(tǒng)的設計除 了具備堅實的機械基礎知識外

21、，還必須熟練掌握液壓傳動的專業(yè)知 識，本次任務通過分析系統(tǒng)工況，擬定液壓系統(tǒng)原理圖，并進行系統(tǒng) 參數(shù)的計算，液壓元件選擇，液壓系統(tǒng)布置，同時運用 CAD 繪制工 程圖紙。 通過這次的液壓課程設計， 使我深深體會到， 干任何事都必須耐 心，細致。這次的課程設計也使得我所學的各種知識能夠串聯(lián)在一起， 融會貫通， 也深刻的認識到了我的不足之處， 也了解到了自己的知識 面是如此的匱乏。這次課程設計讓我有了巨大的收獲。 最后，我要感謝我的老師，是您耐心的教導著我 ,老師您辛苦了， 謝謝您，劉老師！ 參考文獻 1. 劉忠偉 液壓與氣壓傳動 化學工業(yè)出版社 湖南工業(yè)大學科技學院 課程設計資料 課程名稱： 液壓與氣壓傳動 設計題目： 臥式鉆鏜組合機床動力頭工作循環(huán)液壓 系統(tǒng) 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班級：機設1204 學生姓名： 黃建龍 學號：1212110101 指導教師： 劉忠偉 材料目錄 序號 名稱 數(shù)量 1 課程設計任務書 1 2 3 4 5