1、湖南工業(yè)大學(xué) 液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 資 料 袋 機(jī)械工程 學(xué)院（系、部） 2014 2015 學(xué)年第 1 學(xué)期 課程名稱 機(jī)械設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 劉忠偉 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 題 目 臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng) 成 績 起止日期 2015 年 1 月 4 日 2015 年 1 月 8 日 目 錄 清 單 序號(hào)材 料 名 稱資料數(shù)量備 注 1課程設(shè)說明書共一頁 2課程設(shè)計(jì)目錄共一頁 3課程設(shè)計(jì)圖紙1張 4 5 6 課程設(shè)計(jì)說明書 課程名稱：課程名稱： 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目： 臥式鉆鏜組合機(jī)床臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專專 業(yè)：業(yè)：機(jī)

2、械工程及其自動(dòng)化機(jī)械工程及其自動(dòng)化班級(jí)：班級(jí)： 機(jī)工機(jī)工 12041204 學(xué)生姓名學(xué)生姓名: : 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào): 起迄日期起迄日期: 20152015 年年 1 1 月月 5 5 日日 至至 20152015 年年 1 1 月月 8 8 日日 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師: : 劉忠偉劉忠偉 湖南工業(yè)大學(xué) 制 目錄 一一 設(shè)計(jì)要求及工況分析設(shè)計(jì)要求及工況分析 3 二二 主要參數(shù)的確定主要參數(shù)的確定6 三三 擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖 9 四四 液壓元件的計(jì)算和選擇液壓元件的計(jì)算和選擇12 五五 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算15 六六 心得體會(huì)心得體會(huì)16 七七 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)17 題目

3、 1： 一臥式鉆鏜組合機(jī)床動(dòng)力頭要完成快進(jìn)快進(jìn)工進(jìn)工進(jìn)快退快退原位停原位停 止止的工作循環(huán)，最大切削力為 F12000N，動(dòng)力頭自重 FG20000N，工作進(jìn)給要求能在 0.021.2m/min 范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速， 快進(jìn)、快退速度為 6m/min，工進(jìn)行程為 100mm，快進(jìn)行程為 300mm，導(dǎo)軌型式為平導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)取 fs0.2，fd0.1；往復(fù) 運(yùn)動(dòng)的加速減速實(shí)踐要求不大于 0.5s。試設(shè)計(jì)該液壓系統(tǒng)。 1、 設(shè)計(jì)要求及工況分析設(shè)計(jì)要求及工況分析 1.設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 要求設(shè)計(jì)的臥式鉆鏜組合機(jī)床動(dòng)力頭要完成快進(jìn)快進(jìn)工進(jìn)工進(jìn)快退快退 原位停止原位停止 主要性能參數(shù)與性能要求如下： 最大切

4、削力 F=12000NF=12000N 動(dòng)力頭自重 F FG G20000N20000N 工作進(jìn)給要求能在 0.020.021.2m/min1.2m/min 范圍內(nèi)無極調(diào)速 快進(jìn)、快退速度為 6m/min6m/min 工進(jìn)行程為 100mm100mm 快進(jìn)行程為 300mm300mm 導(dǎo)軌型式為平導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)取靜摩擦因數(shù) f fs s0.20.2，動(dòng)摩擦因數(shù) f fd d0.10.1 往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速減速實(shí)踐要求不大于 0.5s0.5s。 液壓缸機(jī)械效率為 0.9. 2 2 工況分析工況分析 切削推力切削推力 F F 切切=12000N=12000N 靜摩擦力靜摩擦力 Fs=fs*FG=0.

5、2*20000=4000NFs=fs*FG=0.2*20000=4000N 動(dòng)摩擦力動(dòng)摩擦力 Fd=fd*FG=0.1*20000=2000NFd=fd*FG=0.1*20000=2000N 啟動(dòng)慣性力（慣性負(fù)載）啟動(dòng)慣性力（慣性負(fù)載）Fm=(G/g)*(V/t)=Fm=(G/g)*(V/t)=（20000/9.820000/9.8） * *（6/0.5*606/0.5*60）=408N=408N 3.3.液壓缸的推力液壓缸的推力 啟動(dòng)推力啟動(dòng)推力 F F 啟啟= = Fs/Fs/=4000/0.9= 44444N 加速推力加速推力 F F 加加= =（Fd+FmFd+Fm）/ =（2000+

6、408）/0.9=2676N 快進(jìn)推力快進(jìn)推力 F F 快快=Fd/=Fd/=2000/0.9=2222N 工進(jìn)推力工進(jìn)推力 F F 工工= =（F F 切切+Fd+Fd）/ /=+20000/0.9=15556N 反向啟動(dòng)過程作用力與反向啟動(dòng)過程作用力與 F F 啟、啟、F F 加、加、F F 快快 大小相同，方向相反大小相同，方向相反 表 1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力 工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載 F/N 液壓缸推力 /N 0m FF 啟 動(dòng) 加 速 快 進(jìn) 工 進(jìn) 快 退 F= sF F= m FF d F= dF F= dFF 切 F= dF 4000 2408 2000 14000 200

7、0 4444 2676 2222 15556 2222 根據(jù)液壓缸上述各階段的負(fù)載可繪制如圖（1）所示的負(fù)載循環(huán)圖 速度圖按已知數(shù)值 V1 =V3=6m/min，快進(jìn)行程長度 L1=300mm，工進(jìn) 行程長度為 L2=100mm， 快退行程 l3=l1+l2=400mm 和工進(jìn)速度 V2 等繪制，如圖（2）選 V2=0.021.2m/min 進(jìn)給循環(huán)圖如圖（3） 2 2、主要參數(shù)的確定主要參數(shù)的確定 1.選取工作壓力及背壓力 F 工=15556N，在 10000-20000N 之間，參考表 9-2，P1=2.53MPa， 初選 P1=3MPa,防止加工結(jié)束動(dòng)力頭突然前沖，設(shè)回路有背壓閥，取 背

8、壓閥 P2=0.8MPa，但是由于油管中有壓降p 存在，有桿腔的壓力 必須大于無桿腔，估算時(shí)可取p 約為 0.5MPa，快退時(shí)回油腔中有 背壓，這時(shí) P2 也可按 0.5MPa 估算。 表 2 按負(fù)載選擇系統(tǒng)工作壓力 負(fù)載/KN551010202030305050 系統(tǒng)壓力 /MPa 08 1 1.622.53344557 2.2.確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 由工進(jìn)時(shí)的推力計(jì)算液壓缸的面積 F/=A1P1-A2P2=A1P1-(A1/2)P2 所以 A1=F/(P1-P2/2）=15556/0.9/（3-0.8/2）=87mm2 表 3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-1993

9、） 8101216202532 40506380(90)100(110) 125(140)160(180)200(220)250 320400500630 表 4 活塞桿直徑系列（GB2348-1993） 45681012141618 202225283236404550 5663708090100110125140 160180200220250280320360400 根據(jù)表 3 表 4 由計(jì)算所得的液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 值應(yīng)按 GB23481993 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便于采用標(biāo)準(zhǔn)的密封件。 取液壓缸標(biāo)準(zhǔn)值： D=90mm 取活塞桿標(biāo)準(zhǔn)值： d=63mm 3.定液壓缸筒的

10、長度定液壓缸筒的長度 活塞桿工作行程：400mm 活塞桿伸出長度不少于 450mm 取活塞桿長 500mm 取液壓缸筒長：L= 450mm 4.4.液壓缸的活塞面積液壓缸的活塞面積 A1=D2/4=（*9*9）/4=64cm2 A2=A1-A2=33cm2 A3=d2/4=（*6.3*6.3）/4=31cm2 5.5.初選液壓缸流量初選液壓缸流量 快進(jìn)： min/ 4 . 3864 . 0 60 11 LVAQ min/ 8 . 1933 . 0 60 22 LVAQ min/ 6 . 18 8 . 19 4 . 38 21p LQQQ 工進(jìn) min/68 . 7 128 . 0 4 . 62

11、 . 102 . 0 12 LAVQ）（ 工 根據(jù)上述 D 和 d 的值，可以估算液壓缸在不同工作階段的壓力流量 和功率 表（5），并根據(jù)繪出如圖（4）所示的液壓缸工況圖，其中 粗實(shí)線、細(xì)實(shí)線、雙點(diǎn)畫線分別表示功率、流量、壓力. 表 5 液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值 工況 推力 F0/N 回油腔 壓力 p2/MP 進(jìn)油腔 壓力 p1/MPa 輸入流量 q/10- 3/m3/s 輸入功 率 P/KW 計(jì)算公式 啟 動(dòng) 444401.43 加 速 2676p1+p p=0.5 1.395 快 進(jìn) 恒 速 2222p1+p1.2518.60.3875 10212 () ()PFAPAA 121

12、 ()qAA v 1 Pp q 工進(jìn)15556 0.82.84 0.1287.6 8 0.0060. 36 10221 ()PFp AA 1 2 qAv 1 Pp q 啟 動(dòng) 444401.34 加 速 26760.51.78 快 退 恒 速 22220.51.6419.80.5412 10222 ()PFp AA 2 3 qA v 1 Pp q 注：1. p 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 p=0.5MPa。 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。 3、 液壓系統(tǒng)圖的擬定液壓系統(tǒng)圖的擬定 1.1. 擬定液壓系統(tǒng)原理圖一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題

13、：擬定液壓系統(tǒng)原理圖一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題： （1）采用何種結(jié)構(gòu)的執(zhí)行元件； （2）確定供油方式； （3）調(diào)速方式的選擇； （4）快速回路和速度換接方式的選擇； （5）如何完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)循環(huán)和順序動(dòng)作； （6）系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向和安全互鎖等要求； （7）壓力測(cè)量點(diǎn)的合理選擇。 根據(jù)上述要求選擇基本回路，然后將各基本回路歸并、整理，在 增加一些必要的元件或輔助油路，使之成為完整的液壓系統(tǒng)，進(jìn)行 這項(xiàng)工作時(shí)還必須注意一下幾點(diǎn)： （1）盡可能省去不必要的元件，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； （2）最終綜合出來的液壓系統(tǒng)應(yīng)保證其工作循環(huán)中的每個(gè)動(dòng)作 都安全可靠，互相無干擾； （3）盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)件

14、，減少自行設(shè)計(jì)的專用件； （4）盡可能使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理，便于維修檢測(cè)。 2.選擇基本回路選擇基本回路 （1）選擇調(diào)速回路 由圖（4）中的曲線得知，這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng) 的功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，可采用進(jìn)口節(jié)流的 調(diào)速形式。為了解決進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路前沖現(xiàn)象，回油路上要設(shè)置 背壓閥。初定背壓值 Pb=0.8MPa.由于液壓系統(tǒng)選用了節(jié)流調(diào)速的方 式，系統(tǒng)中的液壓油的循環(huán)必須是開式的。 從工況圖來看，這個(gè)系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸交替地要求油源提 供低壓大流量和高壓小流量的液壓油，最大流量和最小之比約為 58，而快進(jìn)，快退所需時(shí)間 和工進(jìn)所需時(shí)間分別是 1 t 2 t s71006/4006

15、010006/30060)v/l (/lt 33111 ）（）（）（）（）（v s30051000)2 . 102 . 0 /()10060(/lt 222 v 從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能源來看，采用定量泵作為油源是不合適的。 所以采用雙聯(lián)式定量葉片泵。如圖（5） 圖（圖（5） 雙聯(lián)式定量葉片泵雙聯(lián)式定量葉片泵 （2）選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 采用節(jié)流調(diào)速回路后，不管采用 什么油源形式，都必須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸兩腔，以實(shí)現(xiàn) 快速運(yùn)動(dòng)。此系統(tǒng)中單桿液壓缸要作差動(dòng)連接。 （3）選擇速度換接回路 由圖 4 中的流量值得知，當(dāng)滑臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，輸入流量由 18.6L/min 降到 0.32L/m

16、in，滑臺(tái)的速度變化較大，宜采用行程閥來 控制速度的換接，以減小沖擊。當(dāng)滑臺(tái)由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，回路中 通過的流量很大，為了保證換向閥式換接回路。 （4）組成液壓系統(tǒng) 將上面選出的液壓基本回路組合在一起，就得到完整的液壓系統(tǒng)原 理圖。如 A3 圖紙（1） 四 、液壓元件的計(jì)算與選擇液壓元件的計(jì)算與選擇 1、確定液壓泵的規(guī)格確定液壓泵的規(guī)格 液壓整個(gè)工作循環(huán)中的最高工作壓力為 2.84MPa，如果進(jìn)油路上 壓力損失為 0.8MPa，壓力繼電器調(diào)整壓力高于系統(tǒng)最高工作壓力 0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力應(yīng)為 2.84+0.8+0.5=4.14MPa。 大流量泵是在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)才向液壓缸供油的，

17、由圖（4）可知，快 退時(shí)液壓缸中的工作壓力要比快進(jìn)時(shí)大，如果取進(jìn)油路上的壓力損 失為 0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力為 1.78+0.5=2.28MPa。 兩個(gè)液壓泵液壓缸提高的最大流量為 19.8L/min，如圖（4），若 回路中的泄露按液壓缸輸入的 10%來估算的話，則兩泵總流量應(yīng)為 而溢流閥的最小穩(wěn)定流量為 3L/min，工進(jìn)時(shí)min/12.21 8 . 191 . 1qpL 輸入液壓缸的流量為 0.32L/min,所以小流量泵的流量規(guī)格最小為 3.5L/min。 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查，最后確定選取 PV2R12 型雙聯(lián)式葉 片泵。 2、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率 由

18、于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這相當(dāng)于液壓泵輸出壓力 2.28MPa、流量 22L/min 時(shí)的情況。若取雙聯(lián)葉片泵的總效率 ，則液壓泵的驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)的功率為75 . 0 p KWP11 . 1 10*75 . 0 *60/22*2.28 6 ）（）（ 根據(jù)此數(shù)據(jù)查電機(jī)產(chǎn)品樣本，最后選定了 Y 系列型電動(dòng)機(jī)，其額定 功率為 1.5KW。 3. 其他元件及輔件 （1）確定控制元件和輔助元件 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通 過各個(gè)控制閥類元件和輔助元件的實(shí)際流量，可選出這些元件的規(guī) 格和型號(hào)，表（6）為選用的元件型號(hào)和規(guī)格。 表 11 液壓元件明細(xì)表 序號(hào)元件名稱最大通過流量（L/min）型號(hào) 1雙聯(lián)葉

19、片泵-PV2R12 4溢流閥4Y-10B 5單向閥35I-25B 3 外控順序閥12 XY-25B 9單向閥21I-25B 8壓力繼電器0.5 22D1-63BH 10背壓閥0.8B-10B 2濾油器30XU-B32x100 6三位四通電液換向閥40 12液壓缸36 7單向行程調(diào)速閥0.32Q-10B 11 二位三通電磁閥23 （2）確定油管 各元件間管道的規(guī)格按元件接口的尺寸確定，液 壓缸進(jìn)、出油管按輸入、輸出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵具體選 定后液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)出流量已經(jīng)與原定數(shù)值不同，所以要重 新計(jì)算得到表（7）所示的數(shù)據(jù)。 當(dāng)液壓油的流速取 3m/min 時(shí)，可得到液壓缸有桿腔和無

20、桿腔相連的 油管內(nèi)徑分別為 mm2160103/1035.432d 36 ）（ mm1560103/10212d 36 ）（ 為統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有的油管均為內(nèi)徑 20mm，外徑 28mm 的 10 號(hào)冷拔鋼管。 表（表（7 7）液壓缸的進(jìn)、出流量）液壓缸的進(jìn)、出流量 工步輸入流量 L/min輸出流量 L/min移動(dòng)速度 m/min 快 進(jìn) 35.43 3364 2164 21 1 1 ）（ AA qA q p 35.22 64 3335.43 1 2 12 A A qq 8 . 6 31 2110 10 21 AA q v p 工 進(jìn) 0.5 1 q 26 . 0 64 335 .

21、0 1 2 12 A A qq 78 . 0 64 105 . 0 1 1 2 A q v 快 退 21 1 p qq 7 . 40 33 2164 2 1 12 A A qq 36 . 6 33 1021 / 213 Aqv （3）油箱 油箱的容量 V 按式估算，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取 6 時(shí)， v Vaq V=6*21=126L。按 GB 2876-1981 規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值 V=150L 5 5、液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 1.回路壓力損失驗(yàn)算 由于系統(tǒng)的具體管路布置沒有確定，整個(gè)回路的壓力損失無法估算， 所以此處省略。 2 油液溫升驗(yàn)算 工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)間比例達(dá) 95

22、%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和 油液溫升可用工進(jìn)時(shí)的情況來計(jì)算。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率（即系統(tǒng)輸出功率）為 KWFVP3 . 01019 . 5 1060 2 . 102 . 0 15556 3 3 0 這是大流量泵通過順序閥卸荷，小流量泵在高壓下供油，所以兩 個(gè)泵的總輸入功率（即系統(tǒng)輸入功率）為 KWPqP pi 994 . 0 84. 221 1 工 由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為 694 . 0 3 . 0994 . 0 0 ppH ii 按式（11-2）求出油液溫升近似值 C H T 03 32 i 23.2810 150 溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不需設(shè)置冷卻器。 6 6、心得心得 1.系統(tǒng)了所學(xué)的專業(yè)知識(shí)。貫穿了液壓與氣動(dòng)、材料力學(xué)、機(jī)械原 理以及機(jī)械設(shè)計(jì)等的知識(shí)，使所學(xué)知識(shí)得以融會(huì)貫通。并