臥式鉆鏜動(dòng)力頭液壓系統(tǒng)課程教學(xué)設(shè)計(jì)
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臥式鉆鏜動(dòng)力頭液壓系統(tǒng)課程教學(xué)設(shè)計(jì)
COLLEGE OFSCIEMCF AND TECHNOLOGY HfJGT
課程設(shè)計(jì)說明書
課程名稱: 液壓與氣壓傳動(dòng)
設(shè)計(jì)題目:臥式鉆鏜組合機(jī)床動(dòng)力頭工作循環(huán)液壓 系統(tǒng)
專 業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級:機(jī)設(shè)1204
學(xué)生姓名: 學(xué)號:
指導(dǎo)教師: 劉忠偉
湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院教務(wù)部制
2015年1月5日
目錄
設(shè)計(jì)的目的和要求: 1
1. 工況分析 2
1.1. 負(fù)載分析 2
1.2. 液壓缸的推力 2
2. 液壓缸計(jì)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(jì)算液壓缸各工作階段壓力、流量和功率 5
3. 設(shè)計(jì)臥式鉆鏜組合機(jī)床的液壓動(dòng)力滑臺電磁鐵動(dòng)作表 7
4. 液壓元件設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇 8
4.1. 液壓泵工作壓力、流量、驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算 8
4.2. 電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)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(jié) 1..3
參考文獻(xiàn) 1..3
設(shè)計(jì)的目的和要求:
(1) 工作循環(huán):“快進(jìn)T工進(jìn)T快退T原位停止” 。
(2) 一臥式鉆鏜組合機(jī)床動(dòng)力頭要完成工進(jìn)-快進(jìn)-快退-原位
停止的工作循環(huán),最大切削力為 F= 12000N,動(dòng)力頭自重 FG =
20000N,工作進(jìn)給要求能在0.02?1.2m/min 范圍內(nèi)無級調(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fs = 0.2 , fd = 0.1 ;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. 工況分析
1.1.負(fù)載分析
切削推力:
Ft=12000N
靜摩擦力:
Fa= faG=0.2 X20000=4000N
動(dòng)摩擦力:
Fd= fd G=0.1 X20000=2000N
啟動(dòng)慣性力:
Fm m V G V =680.27N t g t
12液壓缸的推力
啟動(dòng)推力: 加速推力: 快進(jìn)推力: 工進(jìn)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(dòng)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(fù)載(單位:N )
工況
負(fù)載組成
負(fù)載值F
總機(jī)械負(fù)載
F=F/ m
起動(dòng)
F = Ffs
4000N
4444.44N
加速
F = Ffd + Fm
2680.27N
2978.08N
快進(jìn)
F = Ffd
2000N
2222.22 N
工進(jìn)
F = Ffd + Ft
14000N
15555.55N
反向起動(dòng)
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(yùn)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
10行程閥11壓力繼電器12液壓缸13行程開關(guān)
14溢流閥
2?液壓缸計(jì)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(jié)束動(dòng)力頭突然前 沖,設(shè)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(fù)載力
m——液壓缸機(jī)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(jìn)和快退速度V仁V2=6m/min ,工進(jìn)速度V2=0.5m/min
相差很大,應(yīng)進(jìn)行差動(dòng)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(jì)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(dòng)液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)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(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為:
A1 D2 /4 50.27 cm2
2 2 2
A (D d )/4 30.63cm
按最低工進(jìn)速度驗(yàn)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(jìn)速度為0.05m/min 為最小速度,則有A >
q/v=50/5 cm2 =10 cm2
因?yàn)锳 =50.27 cm2 >10 cm2,滿足最低速度的要求。
2.3. 計(jì)算液壓缸各工作階段壓力、流量和功率
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,在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓力 Pb=0.8MPa,快退時(shí)背壓力按 R=0.5MPa。
工作
循環(huán)
計(jì)算公式
負(fù)載F
進(jìn)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(dòng)
快進(jìn)
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(jìn)
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
1.68
0.5
18.78
0.526
注:1.差動(dòng)連接時(shí),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(shí),液壓缸有桿腔進(jìn)油,壓力為 Pj ,無桿腔回油,壓力為 Pb 。
3. 設(shè)計(jì)臥式鉆鏜組合機(jī)床的液壓動(dòng)力滑臺電磁鐵動(dòng)作表
電磁鐵動(dòng)作表
動(dòng)作
1YA
2YA
工件夾緊
一
一
快 進(jìn)
+
一
工 進(jìn)
+
一
快 退
一
+
工件松夾
一
一
4. 液壓元件設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇
4.1. 液壓泵工作壓力、流量、驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算
工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大, 取進(jìn)油總壓力損失 p =0.5MPa,
壓力繼電器可靠動(dòng)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(jìn)時(shí)所需要流量最小是 0.30L/min, 設(shè)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(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量為 18.78L/min, 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(jì)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(zhuǎn)速 960r/min
4.2. 電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)快進(jìn),快退時(shí)的兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油;工進(jìn)時(shí),小泵向系 統(tǒng)供油,大泵卸載。
差動(dòng)快進(jìn)時(shí)
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(dòng)機(jī)功率
P1= pp1 q1/ 1+ pp2 q2 / 2=0.753Kw
工進(jìn)時(shí)
調(diào)速閥所需要最小壓力差為 0.5MPa 。壓力繼電器可靠需要?jiǎng)恿?差 0.5MPa 。因此工進(jìn)時(shí)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 2 =0.3
電動(dòng)機(jī)功率 P2= pp1 q1/ 1+ pp2 q2 / 2 =0.648Kw
快退時(shí)
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(dòng)機(jī)功率 p3= pp1 q1 / 1+ pp2 q2/ 2 =0.926Kw 快退時(shí)所需的功率最大。根據(jù)查樣本選用 Y90L-6 異步電動(dòng)機(jī), 電動(dòng)機(jī)功率 1.1Kw 。額定轉(zhuǎn)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(jìn)快退時(shí)油管內(nèi) 通油量最大,其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍 32L/min ,則液壓 缸進(jìn)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(jì)算,當(dāng)取 K為6時(shí),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(biāo)準(zhǔn)值 V=135L
5?液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證
5.1. 工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整
工進(jìn)時(shí)的壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整
工進(jìn)時(shí)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(jì)。這時(shí)進(jìn)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+0.5=4.36MPa
即小流量泵的溢流閥6應(yīng)按此壓力調(diào)整。
快退時(shí)的壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整
快退時(shí)進(jìn)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(jìn)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(shí)油的運(yùn)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(jìn)油路中的液流雷諾數(shù)為
R=10000vd/r=151<2300
回油路中液流的雷諾數(shù)為
R=302<2300
由上可知,進(jìn)回油路的流動(dòng)都是層流
進(jìn)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(jìn)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(shí)際
流量
額定壓力
損失
實(shí)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
63
16
4
0.026
取集成塊進(jìn)油路的壓力損失0.03MPa,回油路壓力損失為
0.05MPa,則進(jìn)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(fù)載時(shí)液壓缸負(fù)載F=1111.11N,則快退時(shí)液壓缸的工作壓 力
p1 = ( F+ p2A)/ A2=0.934MPa
快退時(shí)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(yīng)大于 1.19MPa
綜上,各種工況下世紀(jì)壓力損失都小于初選的壓力損失值,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(jìn)階段造成的
工進(jìn)時(shí)輸入功率:P =648w
工進(jìn)時(shí)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(fēng)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(shè)環(huán)境溫度T2=25 C則熱平衡溫度為
T=T2+ T =49.79 C<55 C 所以油箱散熱可達(dá)到要求。
總結(jié)
液壓課程設(shè)計(jì)是我們機(jī)械專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練, 著 是我們邁向社會(huì),從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程。 “千里之行始 于足下”,通過這次課程設(shè)計(jì),我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含 義。我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì),學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步,就是為 明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
液壓系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)床上, 實(shí)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(jī)床,運(yùn)用液壓來控制運(yùn)動(dòng)循環(huán),結(jié)構(gòu) 簡單,所占空間小,而且能滿足較大的切削負(fù)載要求。
液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的有機(jī)組成部分。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除 了具備堅(jiān)實(shí)的機(jī)械基礎(chǔ)知識外,還必須熟練掌握液壓傳動(dòng)的專業(yè)知 識,本次任務(wù)通過分析系統(tǒng)工況,擬定液壓系統(tǒng)原理圖,并進(jìn)行系統(tǒng) 參數(shù)的計(jì)算,液壓元件選擇,液壓系統(tǒng)布置,同時(shí)運(yùn)用 CAD 繪制工 程圖紙。
通過這次的液壓課程設(shè)計(jì), 使我深深體會(huì)到, 干任何事都必須耐 心,細(xì)致。這次的課程設(shè)計(jì)也使得我所學(xué)的各種知識能夠串聯(lián)在一起, 融會(huì)貫通, 也深刻的認(rèn)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(shè)計(jì)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(dǎo)著我 ,老師您辛苦了, 謝謝您,劉老師!
參考文獻(xiàn)
1. 劉忠偉 液壓與氣壓傳動(dòng) 化學(xué)工業(yè)出版社
湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院
課程設(shè)計(jì)資料
課程名稱:
液壓與氣壓傳動(dòng)
設(shè)計(jì)題目:
臥式鉆鏜組合機(jī)床動(dòng)力頭工作循環(huán)液壓
系統(tǒng)
專 業(yè):
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級:機(jī)設(shè)1204
學(xué)生姓名:
黃建龍 學(xué)號:1212110101
指導(dǎo)教師:
劉忠偉
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