鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

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. 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 題目名稱 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 15級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（升本） 學(xué)生姓名 劉備 學(xué) 號(hào) xxxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師 諸葛亮 機(jī)械與車輛工程系 二○一四年六月六日 目 錄 一、任務(wù)書 3 二、指導(dǎo)教師評(píng)閱表 4 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 5 （一）……………………………………………………………………………5 （二）…………………………………………………………………………………5 （三） 5 （四）…………………………………………………6 （五）………………………………………………………………6 四、設(shè)計(jì)小結(jié) 14 五、參考資料 14 蚌埠學(xué)院機(jī)械與車輛工程系 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 班級(jí) 2015機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化升本 姓名 劉備 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師：諸葛亮 一、 設(shè)計(jì)題目： 設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式多軸鏜孔專用機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，要完成的工作循環(huán)是“快進(jìn)—工進(jìn)—快退—原位停止”，液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)與性能要求如下：加工時(shí)軸向最大切削力為120000N，移動(dòng)部件總重力G=22000N；導(dǎo)軌形式為矩形，靜摩擦系數(shù)fs＝0.2；動(dòng)摩擦系數(shù)fd＝0.1，快進(jìn)行程為100mm，快進(jìn)與快退的速度均為6m/min，工進(jìn)行程為60mm，工進(jìn)速度為50mm/min，加速和減速時(shí)間要求不大于0.2s，機(jī)床加工時(shí)，要求快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)平穩(wěn)可靠，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該組合機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 二、設(shè)計(jì)要求： 液壓系統(tǒng)圖擬定時(shí)需要提供2種以上的設(shè)計(jì)方案的選擇比較。從中選擇你認(rèn)為更好的一種進(jìn)行系統(tǒng)元件選擇計(jì)算。 三、工作量要求 1液壓系統(tǒng)圖1張（A1） 2液壓缸裝配圖1張 3設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份 4、 設(shè)計(jì)時(shí)間 2016年6月6日--2016年6月10日 蚌埠學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)評(píng)閱表 機(jī)械與車輛工程系 2015級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化升本專業(yè) 學(xué)生姓名 劉備 學(xué) 號(hào) XXXXXXX 課題名稱 鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師（簽名）： 2016年 6 月16 日 評(píng)定成績(jī) 引 言 液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)部門得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而且越先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部門就越多。 液壓傳動(dòng)是用液體作為來(lái)傳遞能量的，液壓傳動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)：易于獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)較大范圍的無(wú)級(jí)變速，傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)快速而且無(wú)沖擊，與機(jī)械傳動(dòng)相比易于布局和操縱，易于防止過載事故，自動(dòng)潤(rùn)滑、元件壽命較長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。 液壓傳動(dòng)的基本目的就是用液壓介質(zhì)來(lái)傳遞能量，而液壓介質(zhì)的能量是由其所具有的壓力及力流量來(lái)表現(xiàn)的。而所有的基本回路的作用就是控制液壓介質(zhì)的壓力和流量，因此液壓基本回路的作用就是三個(gè)方面：控制壓力、控制流量的大小、控制流動(dòng)的方向。所以基本回路可以按照這三方面的作用而分成三大類：壓力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。 第1章 明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式多軸鏜孔專用機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，要完成的工作循環(huán)是“快進(jìn)—工進(jìn)—快退—原位停止”，液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)與性能要求如下：加工時(shí)軸向最大切削力為120000N，移動(dòng)部件總重力G=22000N；導(dǎo)軌形式為矩形，靜摩擦系數(shù)fs＝0.2；動(dòng)摩擦系數(shù)fd＝0.1，快進(jìn)行程為100mm，快進(jìn)與快退的速度均為6m/min，工進(jìn)行程為60mm，工進(jìn)速度為50mm/min，加速和減速時(shí)間要求不大于0.2s，機(jī)床加工時(shí)，要求快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)平穩(wěn)可靠，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該組合機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 第二章 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：夾緊力，導(dǎo)軌摩擦力，慣性力。 在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析時(shí)，本設(shè)計(jì)實(shí)例只考慮組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)所受到的工作負(fù)載、慣性負(fù)載和機(jī)械摩擦阻力負(fù)載，其他負(fù)載可忽略。 （1） 工作負(fù)載FW 工作負(fù)載是在工作過程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床液壓系統(tǒng)來(lái)說，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載，即 Ft=120000N （2） 阻力負(fù)載 阻力負(fù)載主要是工作臺(tái)的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力兩部分。導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，則 靜摩擦阻力 動(dòng)摩擦阻力 （3） 慣性負(fù)載 最大慣性負(fù)載取決于移動(dòng)部件的質(zhì)量和最大加速度，其中最大加速度可通過工作臺(tái)最大移動(dòng)速度和加速時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。已知啟動(dòng)換向時(shí)間為0.05s，工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，即快進(jìn)、快退速度為4.5m/min，因此慣性負(fù)載可表示為 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率=0.9，根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸在各個(gè)工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況，如表1所 表1 液壓缸總運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表（單位：N） 工況 負(fù)載組成 液壓缸負(fù)載F/N 液壓缸推力 啟動(dòng) 4400 4889 加速 3134 3482 快進(jìn) 2200 2444 工進(jìn) 24200 26889 快退 2200 2444 反向啟動(dòng) 4400 4889 加速 3134 3482 快退 2200 2444 制動(dòng) 1265.58 1406.2 第三章 負(fù)載圖和速度圖的繪制 負(fù)載圖按上面數(shù)值繪制，如下圖a所示。速度圖按已知數(shù)值和工進(jìn)速度繪制，如下圖b所示 圖a 負(fù)載圖 圖b 速度圖 第四章 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 4.1確定液壓缸工作壓力 由表2和表3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為12000 N時(shí)宜取3MP。 表2按負(fù)載選擇工作壓力 負(fù)載/ KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力/MPa < 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī) 液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 工作壓力/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 表4 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力/MPa 簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4~0.6 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補(bǔ)油泵的閉式回路 0.8~1.5 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 1.2~3 回油路較短且直接回油 可忽略不計(jì) 表5 按工作壓力選取d/D 工作壓力/MPa ≤5.0 5.0~7.0 ≥7.0 d/D 0.5~0.55 0.62~0.70 0.7 表6 按速比要求確定d/D 2/1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：1—無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度； 2—有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。 4.2計(jì)算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 由于工作進(jìn)給速度與快速運(yùn)動(dòng)速度差別較大，且快進(jìn)、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應(yīng)確定采用單桿雙作用液壓缸的差動(dòng)連接方式。通常利用差動(dòng)液壓缸活塞桿較粗、可以在活塞桿中設(shè)置通油孔的有利條件，最好采用活塞桿固定，而液壓缸缸體隨滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的常用典型安裝形式。這種情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無(wú)桿腔工作面積是有桿腔工作面積兩倍的形式，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d = 0.707D的關(guān)系。 工進(jìn)過程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過設(shè)置背壓閥的方式)，選取此背壓值為p2=0.8MPa。 快進(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接（即有桿腔與無(wú)桿腔均與液壓泵的來(lái)油連接），但連接管路中不可避免地存在著壓降，且有桿腔的壓力必須大于無(wú)桿腔，估算時(shí)取0.5MPa。快退時(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取背壓值=0.6MPa。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的推力計(jì)算公式為 ， 式中：F ——負(fù)載力 hm——液壓缸機(jī)械效率 A1——液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積 A2——液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1——液壓缸無(wú)桿腔壓力 p2——液壓有無(wú)桿腔壓力 因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積可計(jì)算為 液壓缸缸筒直徑為 mm 由于有前述差動(dòng)液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系，d = 0.707D，因此活塞桿直徑為d=0.707112.63=79.63mm，根據(jù)GB/T2348—1993對(duì)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=115mm，活塞桿直徑為d=80mm。 此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： 工作臺(tái)在快進(jìn)過程中，液壓缸采用差動(dòng)連接，此時(shí)系統(tǒng)所需要的流量為 工作臺(tái)在快退過程中所需要的流量為 工作臺(tái)在工進(jìn)過程中所需要的流量為 q工進(jìn) =A1v2=0.59 L/min根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率值如下 計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率 設(shè)快進(jìn)、快退時(shí)，回油腔壓力Δp=0.5MPa,工進(jìn)回油腔背壓p2=0.8MPa。 1．快進(jìn)（差動(dòng)） (1)進(jìn)油腔壓力 p1=（F0+ΔpA2）/（A1- A2） p1=（2444+0.510^653.610^-4）/(103.82- 53.6）10^-4=1.02MPa (2)所需流量q=（A1- A2）V1 q=（103.82- 53.6）10^-46/min=3.01310^-2 m3/min =30.13L/min (3)輸入功率 P= P1q P=1.0210^63.01310^-2/60 （w） =0.512kw 2. 工進(jìn) (1)進(jìn)油腔壓力p1=（F0+ p2A2）/A1 p1=（26889+ 0.810^653.610^-4）/103.8210^-4 (Pa)=300.29910^4=3.003MPa; (2)所需流量 q=A1V2 q=103.8210^-40.05 =5.19110^-4 m3/ min =0.52 L/ min; (3) 輸入功率 P= p1q P=3.00310^60.5210^-3/60 (w) =0.026kw 3．快退 (1)進(jìn)油腔壓力 p1=（F0+ΔpA1）/A2 取Δp=0.6MPa 作為快進(jìn)時(shí)的油管中壓降Δp，快退時(shí)回油腔中有背壓p2也可按0.6MPa估算； 因此，p1=（2444+0.610^6103.8210^-4）/53.610^-4 （Pa）=1.618MPa； （2）所需流量 q=A2V3 q=53.610^-46（m3/ min）=32.16L/ min； （3）輸入功率 P= p1q P=1.61810^632.1610^-3/60 (w) =0.867kw 如表4所示。 工況 推力F’/N 回油腔壓力P2/MPa 進(jìn)油腔壓力P1/MPa 輸入流量q/L.min-1 輸入功率P/Kw 計(jì)算公式 快 進(jìn) 啟動(dòng) 4889 0 1.02 —— —— 加速 2482 1.735 1.135 —— —— 快速 2444 1.727 1.127 30.13 0.512 工進(jìn) 26889 0.6 2.899 0.52 0.026 快退 起動(dòng) 4889 0 0.912 —— —— P= p1q 加速 3482 0.6 1.812 —— —— 快退 2444 0.6 1.618 32.16 0.867 制動(dòng) 1406.2 0.6 1.425 —— —— 表4 各工況下的主要參數(shù)值 表3 各工況下的主要參數(shù)值 注：。 第五章 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。 5.1選用執(zhí)行元件 因系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求正向快進(jìn)和工進(jìn)，反向快退，且快進(jìn)，快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無(wú)桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的兩倍。 5.2速度控制回路的選擇 工況圖表明，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路即可。雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低，但適合于小功率場(chǎng)合，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負(fù)載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。 鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，加工過程中切削力變化不大，因此鉆削過程中負(fù)載變化不大，采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路即可。但由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時(shí)的瞬間，存在負(fù)載突變的可能，因此考慮在工作進(jìn)給過程中采用具有壓差補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回油路上設(shè)置背壓閥。 由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開式循環(huán)回路，以提高散熱效率，防止油液溫升過高。 從工況圖中可以清楚地看到，在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流量的油液。而快進(jìn)快退所需的時(shí)間和工進(jìn)所需的時(shí)間分別為 =2.6s 亦即是=27.69因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，如果選用單個(gè)定量泵作為整個(gè)系統(tǒng)的油源，液壓系統(tǒng)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于大流量溢流狀態(tài)，從而造成能量的大量損失，這樣的設(shè)計(jì)顯然是不合理的。 如果采用一個(gè)大流量定量泵和一個(gè)小流量定量泵雙泵串聯(lián)的供油方式，由雙聯(lián)泵組成的油源在工進(jìn)和快進(jìn)過程中所輸出的流量是不同的，此時(shí)液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所需要消耗的功率估大，除采用雙聯(lián)泵作為油源外，也可選用限壓式變量泵作油源。但限壓式變量泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，最后確定選用雙聯(lián)液壓泵供油方案，有利于降低能耗和生產(chǎn)成本，如圖3所示。 圖3 雙泵供油油源 5.3選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 根據(jù)本設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接與雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。 本設(shè)計(jì)采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺(tái)的行程開關(guān)控制，管路較簡(jiǎn)單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液控順序閥與單向閥來(lái)切斷差動(dòng)油路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。 5.4速度換接回路的選擇 所設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓系統(tǒng)對(duì)換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價(jià)格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用三位五通電磁換向閥。為了調(diào)整方便和便于增設(shè)液壓夾緊支路，應(yīng)考慮選用Y型中位機(jī)能。 由前述計(jì)算可知，當(dāng)工作臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，進(jìn)入液壓缸的流量由30.13L/min降為0.52 L/min，可選二位二通行程換向閥來(lái)進(jìn)行速度換接，以減少速度換接過程中的液壓沖擊，選用雙作用葉片泵雙泵供油，調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速的開式回路，溢流閥做定壓閥。為了換速以及液壓缸快退時(shí)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值Pb=0.8MPa。 a.換向回路 b.速度換接回路 圖4 換向和速度切換回路的選擇 5.5組成液壓系統(tǒng)原理圖 選定調(diào)速方案和液壓基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些輔助性油路，如控制油路、潤(rùn)滑油路、測(cè)壓油路等，并對(duì)回路進(jìn)行歸并和整理，就可將液壓回路合成為液壓系統(tǒng)，即組成如圖5所示的液壓系統(tǒng)圖。 圖 5 液壓系統(tǒng)圖 為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處，背壓閥和液壓腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開關(guān)，這樣只需一個(gè)壓力表即能觀察各壓力。 要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)作，即要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作順序?yàn)椋簡(jiǎn)?dòng)→加速→快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止。則可得出液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表5所示。表中“+”號(hào)表示電磁鐵通電或行程閥壓下；“—”號(hào)表示電磁鐵斷電或行程閥復(fù)位。 表5 電磁鐵的動(dòng)作順序表 5.6 系統(tǒng)圖的原理 1． 快進(jìn) 快進(jìn)如圖所示，按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵1YA通電，由泵輸出地壓力油經(jīng)2三位五通換向閥的左側(cè)，這時(shí)的主油路為： 進(jìn)油路：泵 → 向閥10→三位五通換向閥2（1YA得電）→行程閥3→液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔→三位五通換向閥2（1YA得電）→單向閥6→行程閥3→液壓缸左腔。 由此形成液壓缸兩腔連通，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)，由于快進(jìn)負(fù)載壓力小，系統(tǒng)壓力低，變量泵輸出最大流量。 2． 工進(jìn) 擋塊還是壓下，行程開關(guān)使3YA通電，二位二通換向閥將通路切斷，這時(shí)油必須經(jīng)調(diào)速閥4和15才能進(jìn)入液壓缸左腔，回油路和減速回油完全相同，此時(shí)變量泵輸出地流量自動(dòng)與工進(jìn)調(diào)速閥15的開口相適應(yīng)，故進(jìn)給量大小由調(diào)速閥15調(diào)節(jié)，其主油路為： 進(jìn)油路：泵 → 向閥10→三位五通換向閥2（1YA得電）→調(diào)速閥4→調(diào)速閥15→液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔→三位五通換向閥2→背壓閥8→液控順序閥7→油箱。 3． 死擋鐵停留 當(dāng)滑臺(tái)完成工進(jìn)進(jìn)給碰到死鐵時(shí)，滑臺(tái)即停留在死擋鐵處，此時(shí)液壓缸左腔的壓力升高，使壓力繼電器14發(fā)出信號(hào)給時(shí)間繼電器，滑臺(tái)停留時(shí)間由時(shí)間繼電器調(diào)定。 4． 快退 滑臺(tái)停留時(shí)間結(jié)束后，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵1YA、3YA斷電，2YA通電，這時(shí)三位五通換向閥2接通右位，，因滑臺(tái)返回時(shí)的負(fù)載小，系統(tǒng)壓力下降，變量泵輸出流量又自動(dòng)恢復(fù)到最大，滑快速退回，其主油路為： 進(jìn)油路：泵 → 向閥10→三位五通換向閥2（2YA得電）→液壓缸右腔。 回油路：液壓缸左腔→單向閥5→三位五通換向閥2（右位）→油箱。 5． 原位停止 當(dāng)滑臺(tái)退回到原位時(shí)，擋塊壓下原位行程開關(guān)，發(fā)出信號(hào)，使2YA斷電，換向閥處于中位，液壓兩腔油路封閉，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。這時(shí)液壓泵輸出的油液經(jīng)換向2直接回油箱，泵在低壓下卸荷。 第六章 液壓元件的選擇 6.1 確定液壓泵 本設(shè)計(jì)所使用液壓元件均為標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，因此只需確定各液壓元件的主要參數(shù)和規(guī)格，然后根據(jù)現(xiàn)有的液壓元件產(chǎn)品進(jìn)行選擇即可。 （1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由于本設(shè)計(jì)采用雙泵供油方式，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工況圖，大流量液壓泵只需在快進(jìn)和快退階段向液壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運(yùn)動(dòng)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，而液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，因此對(duì)大流量液壓泵和小流量液壓泵的工作壓力分別進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計(jì)算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失之和。 對(duì)于調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，同時(shí)考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓力繼電器動(dòng)作壓力與最大工作壓力的壓差為0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力可估算為 大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，圖4表明，快退時(shí)液壓缸中的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，如取進(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： （2）計(jì)算總流量 表3表明，在整個(gè)工作循環(huán)過程中，液壓油源應(yīng)向液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快進(jìn)工作階段，為30.13 L/min，若整個(gè)回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的1.1計(jì)算，則液壓油源所需提供的總流量為： 工作進(jìn)給時(shí)，液壓缸所需流量約為0.52 L/min，但由于要考慮溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量3 L/min，故小流量泵的供油量最少應(yīng)為3.52L/min。 據(jù)據(jù)以上液壓油源最大工作壓力和總流量的計(jì)算數(shù)值，因此選取PV2R12-6/20型雙聯(lián)葉片泵，其中小泵的排量為6mL/r，大泵的排量為20mL/r，若取液壓泵的容積效率=0.9，則當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速=960r/min時(shí)，液壓泵的實(shí)際輸出流量為 由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為2.118MPa、流量為32.16r/min。取泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為： 根據(jù)上述功率計(jì)算數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)選取Y100L-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。 6.2 確定其它元件及輔件 (1) 確定閥類元件及輔件 根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表6所列。 表6 液壓元件規(guī)格及型號(hào) 序號(hào) 元件名稱 通過的最大流量q/L/min 規(guī)格 型號(hào) 額定流量qn/L/min 額定壓力Pn/MPa 額定壓降?Pn/MPa 1 雙聯(lián)葉片泵 — PV2R12-6/26 (6+20) 16/14 — 2 三位五通電液換向閥 36 35DY 63 6.3 < 0.5 3 行程閥 36 22C-63（B） 63 6.3 < 0.3 4 調(diào)速閥 <1 Q-10（B） 0.05 0.5~6.3 — 5 單向閥 36 I-63（B） 63 6.3 0.2 6 單向閥 36 63 6.3 0.2 7 液控順序閥 36 XY-63（B） 63 0.3~6.3 0.3 8 背壓閥 0.3 B-10（B） 10 6.3 — 9 溢流閥 36 Y-63（B） 63 6.3 — 10 單向閥 36 I-63（B） 63 6.3 < 0.02 11 濾油器 42 wu-63100 63 — < 0.02 12 壓力表開關(guān) — KF3-E3B 3測(cè)點(diǎn) — 16 — 13 單向閥 36 I-63（B） 63 6.3 0.2 14 壓力繼電器 — DP1-63（B） — 0 — *注：此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為960r/min時(shí)的流量。 (2) 確定油管 在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計(jì)算的結(jié)果如表9所列。 表9各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量 流量、速度 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流量 =46.43 =22.46 排出流量 =23.97 =0.27 =43.50 運(yùn)動(dòng)速度 =4.47 =0.5 =4.19 由表9可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)表9數(shù)值，按表10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(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為 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 6.3 確定油箱 油箱的容量按式估算，當(dāng)取為7時(shí)，求得其容積為，按JB/T7983-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。 第七章 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 7.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失 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)狀態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失。 1．快進(jìn) 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10、電液換向閥2，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥3進(jìn)入無(wú)桿腔。在進(jìn)油路上，壓力損失分別為 在回油路上，壓力損失分別為 將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，便得出差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失 2．工進(jìn) 滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥2、調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥2、背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失為0.5MPa。因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力P2為 可見此值小于原估計(jì)值0.8MPa。故可按表7中公式重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力P1，即 此值與表7中數(shù)值相近。 考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差，故溢流閥9的調(diào)壓應(yīng)為 3．快退 滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥10、電液換向閥2進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥5、電液換向閥2和單向閥13返回油箱。因此進(jìn)油路上總壓降為 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?；赜吐飞峡倝航禐? 此值與表7的數(shù)值基本相符，故不必重算。所以快退時(shí)的最大工作壓力Pp應(yīng)為 此值是調(diào)整液控順序閥7的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。 7.2油液溫升驗(yàn)算 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在工作時(shí)，有壓力損失、容積損失和機(jī)械損失，這些損失所消耗的能量多數(shù)轉(zhuǎn)化為熱能，使油溫升高，導(dǎo)致油的粘度下降、油液變質(zhì)、機(jī)器零件變形等，影響正常工作。為此，必須控制溫升ΔT在允許的范圍內(nèi)，如一般機(jī)床D= 25 ~ 30 ℃；數(shù)控機(jī)床D≤ 25 ℃；粗加工機(jī)械、工程機(jī)械和機(jī)車車輛D= 35 ～ 40 ℃。 液壓系統(tǒng)的功率損失使系統(tǒng)發(fā)熱，單位時(shí)間的發(fā)熱量f（kW）可表示為 式中 —— 系統(tǒng)的輸入功率（即泵的輸入功率）（kW）； —— 系統(tǒng)的輸出功率（即液壓缸的輸出功率）（kW）。 若在一個(gè)工作循環(huán)中有幾個(gè)工作階段，則可根據(jù)各階段的發(fā)熱量求出系統(tǒng)的平均發(fā)熱量 對(duì)于本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，其工進(jìn)過程在整個(gè)工作循環(huán)中所占時(shí)間比例達(dá)95% 因此系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱情況來(lái)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 這時(shí)大流量泵通過順序閥10卸荷，小流量泵在高壓下供油，所以兩泵的總輸出功率（即系統(tǒng)輸入功率）為： 由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為 即可得油液溫升近似值： 溫升小于普通機(jī)床允許的溫升范圍，因此液壓系統(tǒng)中不需設(shè)置冷卻器。 設(shè)計(jì)小結(jié) 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是液壓課程當(dāng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過這次課程設(shè)計(jì)我從中學(xué)到了很多東西，鞏固和深化了已學(xué)的理論知識(shí)，掌握了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟。此外還鍛煉了我的機(jī)械制圖和計(jì)算機(jī)繪圖能力，提高了我的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)算能力。 但是，由于在設(shè)計(jì)方面沒有經(jīng)驗(yàn)，理論知識(shí)學(xué)的不牢固，在設(shè)計(jì)中也出現(xiàn)了很多的問題，如：由于忙于應(yīng)對(duì)各種考試，就放松了對(duì)液壓課的學(xué)習(xí)，以致有的重要公式都想不起來(lái)了，設(shè)計(jì)時(shí)就感覺手忙腳亂。另外，在查表和計(jì)算時(shí)也出現(xiàn)了很多問題。但是在同組同學(xué)的共同努力下，我們最終還是按時(shí)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，雖然大家在設(shè)計(jì)時(shí)都感覺很累、很枯燥，但當(dāng)看到我們的勞動(dòng)成果時(shí)，大家心里都有一種小小的成就感！ 這次的課程設(shè)計(jì)幾個(gè)人人一組，數(shù)據(jù)不一樣，聽老師說可以有幾種不同的液壓系統(tǒng)圖，這讓我明白了液壓的多元性。通過設(shè)計(jì)，我又明白了相同的工作元件當(dāng)不同的連接時(shí)可以產(chǎn)生不同的工作效果，不同的元件，采用不同的方法也可以達(dá)到相同的效果。例如，液壓缸可以用單桿活塞式液壓缸，也可以用柱塞式液壓缸。在此設(shè)計(jì)中，又再次深刻了解了各種基本回路。 在設(shè)計(jì)的過程中還培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)精神，大家共同解決了許多個(gè)人無(wú)法解決的問題，在這些過程中我們深刻地認(rèn)識(shí)到了自己在知識(shí)的理解和接受應(yīng)用方面的不足，在今后的學(xué)習(xí)過程中我們會(huì)更加努力和團(tuán)結(jié)！ 參考文獻(xiàn) 【1】 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.液壓傳動(dòng).化學(xué)工業(yè)出版社,北京:2004.1 【2】 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 【3】 左健民.液壓與氣壓傳動(dòng) 第四版 機(jī)械工業(yè)出版社,北京:2007.5 【4】張利平.液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)指南 化學(xué)工業(yè)出版社,北京:2009 【5】 高等工程?？茖W(xué)校機(jī)制工藝及液壓教學(xué)研究會(huì)液壓組 液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 華中工學(xué)院出版社,1987.12 .