液壓與氣壓傳動課程設(shè)計

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1、 液壓氣動課程設(shè)計 院 系： 機電工程學(xué)院 班 級： 11機工A1 姓 名： 孫欣 學(xué) 號： 20114812079 完成日期： 2014.1.2 目錄 一、工況分析····························· 二、液壓缸參數(shù)確定·························· 三、液壓系統(tǒng)原理圖·························· 四、 液壓缸裝配圖··························· 五

2、、系統(tǒng)工況圖與電磁鐵工作表····················· 六、液壓動力元件選擇························· 七、液壓控制元件選擇及計算······················ 八、液壓系統(tǒng)性能驗算························· 九、控制電路····························· 十、集成塊設(shè)計···························· 十一、個人小結(jié)···························· 十二、參考文獻····························

3、 設(shè)計要求：設(shè)計一臺銑削專用機床液壓系統(tǒng)，要求其完成的工作循環(huán)是：工件夾緊→工作臺快進→工作臺工進→工作臺快退→工作臺停止。運動部件的重力為25000N，快進、快退速度為5m/min,工進速度為100～1200mm/min，最大行程為400mm，其中工進行程為180mm，最大切削力為18000N，采用平面導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)f=0.2，動摩擦系數(shù)f=0.1。 一、工況分析 ⑴ 負(fù)載分析 計算液壓缸工作過程各階段的負(fù)載。 1、切削負(fù)載F(已知)18000N 2、摩擦負(fù)載F 機床工作部件對動力滑臺的法向力為 F=25000N 靜摩擦負(fù)載

4、 F= F·f=25000×0.2=5000N 動摩擦負(fù)載 F= F·f=25000×0.1=2500N 3、慣性負(fù)載 F=ma=(25000/9.8)×(5/60/0.2)=1062.9N 根據(jù)上述計算結(jié)果,可得各工作階段的液壓缸負(fù)載如表所示： 表1 液壓缸各工作階的負(fù)載F 工況 計算公式 負(fù)載值 工況 計算公式 負(fù)載值 啟動 F= F·f 5000 工進 F= F·f+ F 20500 加速 F= F·f+m 3562.9 快退 F= F·f 2500 快進

5、 F= F·f 2500 按表1數(shù)據(jù)可畫出負(fù)載循環(huán)及工進時的速度范圍可畫出速度循環(huán)圖如下: 二、確定液壓缸主要參數(shù) 根據(jù)《液壓元件手冊》 P130頁 表2-31初定液壓缸的工作壓力為p=4MPa。動力滑臺要求快進、快退速度相等，選用單桿液壓缸，快進時采用差動聯(lián)接。此時液壓缸無桿腔面積A與有桿腔面積A之比為2，活塞桿直徑d與活塞直徑D有d=0.707D的關(guān)系。為防止孔鉆通后，滑臺產(chǎn)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油路應(yīng)有背壓p，暫取p=0.5MP。（《機械設(shè)計手冊》P86，0.2～0.5MPa） 從負(fù)載循環(huán)圖上可知，工進時有最大負(fù)載，按此負(fù)載求液壓缸尺寸。根據(jù)液壓缸

6、活塞 力平衡關(guān)系可知 pA= A 式中： ——液壓缸效率，取。 D=0.0828m d=0.707D=0.0828×0.707=0.061m 根據(jù)根據(jù)《機械設(shè)計手冊》將D和d圓整就近取標(biāo)準(zhǔn)值 D=0.0828m=80mm d=0.061m=70mm 故液壓缸的實際有效面積為： A A 活

7、塞桿強度校核： 由于活塞桿總行程為180，而活塞桿直徑為70mm,L/d=2.5710，需要進行強度校核，由材料力學(xué)中的有關(guān)公式 校核,活塞桿材料選用普通碳鋼。根據(jù)材料許用應(yīng)力表查得[]=110MPa 由式 得： 活塞桿直徑7015.40 故滿足強度條件。 根據(jù)液壓缸的負(fù)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： 快進階段： 工進階段： 快退階段： 流量 快進階段： q1=v*

8、(A1-A2)=5.90L/min 工進階段： q2=v*A1=6.03L/min 快退階段： q3=v*A2=19.24L/min 功率 快進階段： P1=p1*q1=208.47kw 工進階段： P2=p2*q2=410.04kw 快退階段：P3=p3*q3=208.43kw 工況 壓力P/MPa 流量q/(L/min) 功率P/W 快進 5.90 208.47 工進 6.03 410.04 快退 19.24 208.43 表2 三、擬定液壓系統(tǒng)基本回路 從工況可知，該

9、液壓系統(tǒng)應(yīng)具有快速運動、換向、速度換接等回路。為提高系統(tǒng)工作效率，我們選擇雙泵供油。 1 選擇各基本回路 ① 雙泵供油回路 雙泵油源包括低壓大流量泵和高壓小流量泵。液壓缸快速運動時，雙泵供油，工進時，高壓小流量泵供油，低壓大流量泵卸荷。 ② 快進回路 這一回路采用液壓缸差動聯(lián)接實現(xiàn)快速運動，用三位四通電磁閥實現(xiàn)換向，并能實現(xiàn)快進時，液壓缸的差動聯(lián)接。 ③ 工進回路 此時的負(fù)載較大，所以順序閥被打開，大流量泵直接通過順序閥流回油箱，此時只有小流量泵工作，接通三位四通電磁換向閥的1YA使得整個系統(tǒng)形成工進回路。 ④ 卸荷回路 在雙

10、泵供油的油源回路中，可以利用液控順序閥實現(xiàn)低壓大流量泵在工 進和停止時卸荷。 液壓系統(tǒng)原理圖： 四、液壓缸裝配圖 五、系統(tǒng)工況圖及電磁鐵工作表： 1YA 2YA 3YA 快進 - - + 工進 + - + 快退 - + + 原位停止 - - - 六、選擇液壓動力元件 1、液壓泵和驅(qū)動電機 雙泵供油的兩個液壓泵的最大工作壓力不同，應(yīng)分別計算。 液壓缸的最高工作壓力為4.08MPa，取進油路壓力損失為0.5MPa（查《機械設(shè)計手冊》P86，0.2～0.5MPa)），據(jù)此可

11、知高壓小流量泵的最大工作壓力為： p4.08+0.5=4.58MPa 從工況圖中，得液壓缸快進、快退時的最大壓力為2.12MPa。取進油路壓力損失為0.5MPa，則低壓大流量泵的最大壓力為： p2.12+0.5=2.62MPa 通過流量表可知，兩泵同時供油的最大流量為19.24L/min，兩個泵同時向系統(tǒng)供油時，按漏油10%計算則兩個泵的總流量為： Q1.1×19.24=21.164L/min 溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進時液壓缸的流量為6.03L/min

12、，高壓小流量泵的流量應(yīng)為3+6.03=9.03L/min。 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查產(chǎn)品樣本，選定雙聯(lián)葉片泵型號PV2R12-6/23。 該液壓泵的排量分別為后泵6ml/r和前泵23ml/r，當(dāng)液壓泵轉(zhuǎn)速n=940r/min時，液壓泵理論流量為30.08L/min，取液壓泵的容積效率 ，液壓泵的實際流量為 （小流量泵的最低流量） 查液壓缸工況圖可知，液壓缸工進時，所需功率最大。液壓泵工作壓力為4.08MPa，流量為6.03 L/min。則驅(qū)動電機功率為： P= 式中：——液壓泵總效率，取=0.75。 查電機手冊選取Y90

13、S-6型電動機，額定功率0.75KW，滿載轉(zhuǎn)速910r/min 七、液壓控制元件的選擇及計算 1、閥類元件和輔助元件按其在油路中的最大壓力和該元件的實際流量，選出元件的規(guī)格型號見表3： 表3 序 號 名 稱 流量參數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù) 壓力（Mpa）、功率（kw） 型號及規(guī)格 出處 1 電動機 910r/min 0.75KW Y90S-6 機械設(shè)計手冊 Y系列電動機 2 雙聯(lián)葉片泵 32.6/mL.r 14Mpa PV2R12-6/23 機械設(shè)計手冊

14、P23-89 3 溢流閥 63L/min 5.08Mpa YF3-E10L 液壓元件手冊 P214、P215 4 單向調(diào)速閥 0.2-125L/min 21Mpa FCG03125 機械設(shè)計手冊 P23-339 5 三位四通電磁換向閥 60L/min 31.5Mpa 4WE6HA6XBW110R-50Z4 機械設(shè)計手冊P23-368 WE型電磁換向閥 6 二位三通電磁換向閥 60L/min 31.5Mpa 4WE6EA6XBW110R-50Z4 機械設(shè)計手冊P23-368 WE型電磁換向閥 7 單向閥 40L/min 最大25Mp

15、a CRG03*-50 機械設(shè)計手冊P23-361 8 液控順序閥 60L/min ≦35Mpa DE6DP-XM 機械設(shè)計手冊P23-296 2、油管計算 表4 液壓缸的進、出流量 快進 工進 快退 輸入流量 （L·min） Q =(63.5927.1）/(63.59-28.26) =48.81 Q4.1 Q27.1 排出流量 （L·min） Q =(28.2948.81)/63.59 =21.71 Q =(28.260.41)/63.59 =0.18 Q =(63.5927.1)/28.2

16、6 =60.98 運動速度 （m·min） v =(27.110)/(63.59-28.26) =7.67 v =(0.4110)/63.59 =0.064 V =(27.110)/28.26 =9.59 管道尺寸的確定： 油管采用鋼管，p=24.57MPa(P>6.3Mpa) ，鋼管能承受高壓，價格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，但裝配是不能任意彎曲，在彎曲的地方可以用管接頭來實現(xiàn)彎曲。塑料管一般用在回油管用。 管接頭的選用： 液壓系統(tǒng)中油管與管接頭的常見聯(lián)接方式有：焊接式管接頭、卡套式管接頭、擴口式管接頭、扣壓式管接頭、固定鉸

17、接管接頭。 管路旋入端用的連接螺紋采用國際標(biāo)準(zhǔn)米制錐螺紋（ZM）和普通細(xì)牙螺紋（M）。錐螺紋依靠自身的錐體旋緊和采用聚四氟乙烯等進行密封；細(xì)牙螺紋密封性好，用于高壓系統(tǒng)。組合墊圈或O形圈進行端面密封，也可采用紫銅墊圈。 5) 管道內(nèi)徑計算： 其中： q——通過管道內(nèi)的流量 v——管內(nèi)允許流速 見表：液壓系統(tǒng)各管道流速推薦值 油液流經(jīng)的管道 推薦流速（m/s） 液壓泵吸油管 0.5～1.5 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，管道短粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5～2.6 (1). 液壓泵壓油管道的內(nèi)

18、徑： 取v=4m/s 根據(jù)《機械設(shè)計手冊》：d=5mm,鋼管的外徑 D=10mm，管接頭聯(lián)接螺紋M8×1 (2). 液壓泵回油管道的內(nèi)徑：取v=2.4m/s 根據(jù)《機械設(shè)計手冊》：取d=6.3mm,鋼管的外徑 D=10mm，管接頭聯(lián)接螺紋M8×1 6) 確定油箱 油箱的容量按式估算，其中α為經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)，α=2～4；中壓系統(tǒng)，α=5～7；高壓系統(tǒng)，α=10～12。現(xiàn)取α=10，得 7)管道壁厚的計算： p——管道內(nèi)最高工作壓力 Pa d——管道內(nèi)徑 m ——管道材料的許用應(yīng)力 Pa ——管道材料的抗拉強度 Pa n——安全

19、系數(shù) 時，取n=8； 時，取n=6； 時，取n=4。 鋼管的材料為45#鋼，由此可得材料的抗拉強度=600MPa; 液壓泵壓油管道的壁厚 液壓泵回油管道的壁厚 3、油箱 油箱容量按液壓泵的流量計算，取=7。 V=Q=7×27.1=189.7 按GB2876-81規(guī)定，就近選取標(biāo)準(zhǔn)值，V=250L。 4、液壓油的選擇：設(shè)系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為20℃時， 八 液壓系統(tǒng)性能驗算 ⑴壓力損失估算 由于具體的管路布置尚未確定，壓力損失暫無法計算。這里僅對閥類元件的壓力損失進行估算，待管路裝配圖確定后，再

20、計算管路的沿程和局部壓力損失。壓力損失要按不同工作階段分別計算。 ① 快進 快進時液壓缸差動聯(lián)接，可知進油路上有單向閥10，其通過流量為22L/min，電磁換向閥2，其流量為27.1L/min，由于此時液壓缸實現(xiàn)差動聯(lián)接，故通過行程閥的流量為48.81L/min，其進油路總損失為 = =0.024+0.057+0.18 =0.26MPa 式中：——閥的額定壓力損失； ——閥的實際過流量； —

21、—閥的額定流量。 回油路上液壓缸有桿腔的油液通過電液換向閥和單向閥的流量均為21.71L/min，然后與液壓泵供油匯合，通過行程閥進入無桿腔，據(jù)此計算出有桿腔與無桿腔之壓力差 =0.037+0.024+0.18 =0.241MPa ② 工進 工進時，進油路上電液換向閥的流量為0.5 L/min，調(diào)速閥的壓力損失為0.5MPa；回油路上通過換向閥的流量為0.24 L/min，背壓閥的壓力損失為0.6MPa，順序閥的流量為0.24+22=22.24 L/min，折算到進油路的總損失為 =0.78MPa 液壓缸回油腔的壓力為

22、 =0.64MPa 考慮到壓力繼電器的動作壓力比系統(tǒng)工作壓力高0.5MPa，因此溢流閥的調(diào)定壓力為 =4.75MPa ③ 快退 快退時，進油路通過單向閥的流量為22 L/min，通過換向閥的流量為27.1 L/min；回油路上通過單向閥，換向閥和單向閥的流量相同，均為57.51 L/min，進油路上總壓力損失為 =0.082MPa 回油路總壓力損失為 =0.592MPa 則快退階段，液壓泵的工作壓力為 1.5+0.08

23、2=1.582MPa 此值為卸荷順序閥的壓力調(diào)定值。 ⑵ 溫升驗算 以工進時的消耗功率計算溫升。 工進時液壓缸的有效功率為 =0.018KW 雙泵供油在工進時，兩泵的輸出功率應(yīng)分別計算。低壓大流量泵輸出功率：，此時大流量泵的壓力為卸荷閥的調(diào)定壓力，其值為 =0.037MPa，則。 高壓小流量泵工作壓力4.75MPa，流量為5.1 L/min，因此總輸入功率為 =0.556kW 則發(fā)熱功率為 =0.538Kw 油箱散熱面積 A=2.58 溫升 =22.

24、8℃ 式中，取散熱系數(shù)K=9W/℃ 溫升在允許范圍，可不設(shè)冷卻裝置。 九、電磁換向閥控制電路 十、 集成塊設(shè)計 十一、 個人小結(jié) 　　毫無疑問，這是痛苦的兩周，因為我不愿意說假話，也不愿意敲擊著鍵盤將那些客套話搬上電腦屏幕。當(dāng)然，我也無意對著他人訴苦，因為將課堂所學(xué)化為專業(yè)所用本就是作為一個學(xué)生的基本任務(wù)和職責(zé)，在課堂上抱怨著那些紛繁復(fù)雜的理論知識以及那些晦澀難懂的概念和公式時自己也曾想過如果能有那么一次實驗或是一次能夠接觸到具體內(nèi)容的教學(xué)過程那該多好呢，當(dāng)度過了最初的抱怨之后

25、我想到了自己當(dāng)初所持的這一想法，學(xué)習(xí)，究其淵藪仍舊是要學(xué)以致用，盡管有些許繁忙，可我到底還是樂于接受了。 當(dāng)小組成立以后自己被一種復(fù)雜的情緒所環(huán)繞著，這是一種既煩惱又興奮的感覺，煩的是自己又將面對兩周寢食難安的日子以及許多自己從未遇見過的難題，惱的是自己還有其他課程的設(shè)計任務(wù)需要去完成可時間偏偏只有兩周，興奮的是，我似乎能夠預(yù)見到在課設(shè)結(jié)束之時，看著自己的報告書那時的我會有多輕松與自豪。懷揣著這種較為復(fù)雜的心情，我踏上了這次的課設(shè)之旅。 組長還沒問，不由分說我和我的一個好哥們就一起自告奮勇攬下了設(shè)計計算的任務(wù)，因為之前做過機械設(shè)計的課程設(shè)計，我們倆也一起搞定了所有的計算，算是一對黃金搭檔，

26、當(dāng)初的那種成就感還依舊歷歷在目，現(xiàn)在想來仍舊值得自豪，因為當(dāng)其他組的同學(xué)們還在艱苦奮斗的時候我們組的同學(xué)們已經(jīng)卷鋪蓋放假回家了?？僧?dāng)翻開設(shè)計任務(wù)書以及設(shè)計過程的時候我發(fā)現(xiàn)，事情遠(yuǎn)沒有我們想象的類同，和之前不同的事，這次的系統(tǒng)工作原理全部要自己設(shè)計擬定，再一看那些紛繁復(fù)雜的計算，我們頓時有種壓力山大的感覺，再加之各種裝配圖，我的世界霎時變成了灰色.....由于種種原因，我們的計算工作始終落在了其他小組的后面，當(dāng)我們解決完各種棘手麻煩的問題時，其他小組的同學(xué)早已紛紛答辯完畢滿面春風(fēng)的拍著我的肩膀說道：“欣仔，這次你們怎么這樣的磨?！蔽抑皇窍?，所謂快慢并非關(guān)鍵，而在于面對挑戰(zhàn)時的態(tài)度以及困難來臨時我

27、們是否有勇氣去面對，當(dāng)我此刻坐在電腦前敲擊著鍵盤時我想我已經(jīng)做到了。 一個有著復(fù)雜心情的開局，一個有著將要抓狂的過程，一個有著美好結(jié)局的未來，也許我并不是一個優(yōu)秀的學(xué)生，也許許多人認(rèn)為我不適合學(xué)工科（我自己也這么認(rèn)為）可這幾年我到底還是堅持下來了，也許我別無所長，也許我前途堪憂可我不明白什么叫放棄，熬過了大學(xué)的兩年，我似乎習(xí)慣了被一門又一門的專業(yè)課包圍，習(xí)慣了被一個又一個的實訓(xùn)染白了一根又一根的頭發(fā)，習(xí)慣了讓自己語無倫次的繁忙，可我也習(xí)慣了戰(zhàn)勝客服它們之后所帶來的巨大喜悅，也許，很多路只在走與不走的一念之間，與其放棄不如裸衣與之一戰(zhàn)，待到考試通過之日便是暢快淋漓之時。所謂人生，奮斗、奮斗、奮斗而已。 十二、 參考文獻 1.《液壓與氣壓傳動》教材 2.《機械零件設(shè)計手冊》（液壓與氣動部分） 冶金出版社 3.《組合機床設(shè)計》（液壓傳動部分） 機械出版社 4.《液壓工程手冊》 機械工業(yè)出版社 5.《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》 楊培元主編，機械工業(yè)出版社 6.《液壓元件手冊》 黎啟柏主編，冶金機械工業(yè)出版社