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目 錄 一 液壓課程設(shè)計任務(wù)書 2 二 液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算 3 1 進行工況分析 3 2 繪制液壓缸的負載圖和速度圖 3 三 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 5 1 調(diào)速回路的選擇 5 2 快速回路的選擇 5 3 速度換接回路的選擇 5 4 換向回路的選擇 5 5 油源方式的選擇 5 6 定位夾緊回路的選擇 5 7 動作轉(zhuǎn)換的控制方式選擇 5 8 液壓基本回路的組成 5 四 確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 7 1 工作壓力的確定 7 2 確定液壓缸的內(nèi)徑 D 和活塞竿直徑 d 7 3 確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑 7 4 計算液壓缸各運動階段的壓力 流量和功率 7 5 計算夾緊缸的壓力 9 五 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號 10 1 計算液壓泵的壓力 10 2 計算液壓泵的流量 10 3 選用液壓泵規(guī)格和型號 10 4 確定電動機功率及型號 11 5 液壓元件及輔助元件的選擇 11 6 油箱容量的確定 12 六 驗算液壓系統(tǒng)性能 13 1 回路壓力損失驗算 13 2 液壓系統(tǒng)的溫升驗算 15 七 參考書目 16 一 液壓課程設(shè)計任務(wù)書 一 設(shè)計題目 設(shè)計鉆鏜專用機床液壓系統(tǒng) 其工作循環(huán)定位 夾緊 快進 工進 死擋鐵停留 快退 停止 拔銷松開等自動循環(huán) 采用平導(dǎo)軌主要性能參數(shù)見下表 行程 mm 速度 m min 液壓 缸 負載 力 N 工作 臺 重 量 N 工作臺 及夾具 重量 N 快 進 工 進 快進 工 進 快 退 啟 動 時 間 s 靜摩 擦系 數(shù) fs 動摩 擦系 數(shù) ft 進給 缸 夾緊 缸 25000 1900 1500 600 150 70 3 5 0 2 5 0 3 0 21 0 11 二 設(shè) 計 內(nèi) 容 1 液壓傳動方案的分析 2 液壓原理圖的擬定 3 主要液壓元件的設(shè)計計算 例油缸 和液壓元件 輔助裝置的選擇 4 液壓系統(tǒng)的驗算 5 繪制液壓系統(tǒng)圖 包括電磁鐵動作順序表 動作循環(huán)表 液壓元件名稱 繪制集 成塊液壓原理圖 繪制集成塊零件圖 6 編寫設(shè)計計算說明書一分 5000 字左右 二 液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算 1 進行工況分析 液壓缸負載主要包括 切削阻力 慣性阻力 重力 密封阻力和背壓閥阻力等 1 切削阻力 F 切 F 切 25000N 2 摩擦阻力 F 靜 F 動 F 靜 F 法 f 靜 1500 0 21 315N F 動 F 法 f 動 1500 0 11 165N 式中 F 法 運動部件作用在導(dǎo)軌上的法向力 f 靜 靜摩擦系數(shù) f 動 動摩擦系數(shù) 3 慣性阻力 F 慣 G v g t 1500 5 9 8 0 5 60 25 5N 式中 g 重力加速度 G 運動部件重力 v 在 t 時間內(nèi)變化值 t 啟動加速度或減速制動時間 4 重力 F 因運動部件是水平位置 故重力在水平方向的分力為零 5 密封阻力 F 阻 一般按經(jīng)驗取 F 阻 0 1F 總 F 為總負載 6 背壓阻力 這是液壓缸回油路上的阻力 初算時 其數(shù)值待系統(tǒng)確定以后才可以定下來 根據(jù)以上分析 可以計算出液壓缸各動作中的負載表如下 工況 計算公式 液壓缸的負載 N 啟動 F 啟 F 靜 F 密 F 啟 315 0 9 350 加速 F 加 F 動 F 貫 F 密 F 加 165 25 5 0 9 0 9 快進 F 快 F 動 F 密 F 快 165 0 9 183 工進 F 工 F 切 F 動 F 密 F 工 25000 165 0 9 27961 快退 F 快 F 動 F 密 F 快 165 0 9 183 2 繪制液壓缸的負載圖和速度圖 根據(jù)上表數(shù)值 繪制出液壓缸的負載圖和轉(zhuǎn)速圖 這樣便于計算幾分析液壓系統(tǒng) 液壓缸的負載圖及轉(zhuǎn)速圖如下 35027961a 負 載 圖 0 2L m 5v m in 0b 速 度 圖18 F N 502 3153L m 圖 1液 壓 缸 的 負 載 圖 和 速 度 圖 三 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 1 調(diào)速回路的選擇 根據(jù)液壓系統(tǒng)要求是進給速度平穩(wěn) 孔鉆透時不前沖 可選用調(diào)速閥的進口節(jié)流調(diào)速 回路 出口加背壓 2 快速回路的選擇 根據(jù)設(shè)計要求 v 快進 3 55m min v 快退 5m min 而盡量采用較小規(guī)格的液壓泵 可以選 擇差動連接回路 3 速度換接回路的選擇 根據(jù)設(shè)計要求 速度換接要平穩(wěn)可靠 另外是專業(yè)設(shè)備 所以可采用行程閥的速度換 接回路 若采用電磁閥的速度換接回路 調(diào)節(jié)行程比較方便 閥的安裝也較容易 但速 度換接的平穩(wěn)性較差 4 換向回路的選擇 由速度圖可知 快進時流量不大 運動部件的重量也較小 在換向方面又無特殊要求 所以可選擇電磁閥控制的換向回路 為方便連接 選擇三位五通電磁換向閥 5 油源方式的選擇 由設(shè)計要求可知 工進時負載大速度較低 而快進 快退時負載較小 速度較高 為 節(jié)約能源減少發(fā)熱 油源宜采用雙泵供油或變量泵供油 選用雙泵供油方式 在快進 快退時 雙泵同時向系統(tǒng)供油 當轉(zhuǎn)為共進時 大流量泵通過順序閥卸荷 小流量泵單 獨向系統(tǒng)供油 小泵的供油壓力由溢流閥來調(diào)定 若采用限壓變量泵葉片泵油源 此油 源無溢流損失 一般可不裝溢流閥 但有時為了保證液壓安全 仍可在泵的出口處并聯(lián) 一個溢流閥起安全作用 6 定位夾緊回路的選擇 按先定位后夾緊的要求 可選擇單向順序閥的順序動作回路 通常夾緊缸的工作壓力 低于進給缸的工作 并由同一液壓泵供油 所以在夾緊回路中應(yīng)設(shè)減壓閥減壓 同時還 需滿足 夾緊時間可調(diào) 在進給回路壓力下降時能保持夾緊力 所以要接入節(jié)流閥調(diào)速 和單向閥保壓 換向閥可連接成斷電夾緊方式 也可以采用帶定位的電磁換向閥 以免 工作時突然斷電而松開 7 動作轉(zhuǎn)換的控制方式選擇 為了確保夾緊后才進行切削 夾緊與進給的順序動作應(yīng)采用壓力繼電器控制 當工作 進給結(jié)束轉(zhuǎn)為快退時 由于加工零件是通孔 位置精度不高 轉(zhuǎn)換控制方式可采用行程 開關(guān)控制 8 液壓基本回路的組成 將已選擇的液壓回路 組成符合設(shè)計要求的液壓系統(tǒng)并繪制液壓系統(tǒng)原理圖 此原 理圖除應(yīng)用了回路原有的元件外 又增加了液壓順序閥 5 和單向閥等 其目的是 防止回路間干擾及連鎖反應(yīng) 從原理圖中進行簡要分析 1 快進時 閥 2 左位工作 由于系統(tǒng)壓力低 液控順序閥 5 關(guān)閉 液壓缸有桿腔的回油 只能經(jīng)換向閥 2 單向閥 4 和泵流量合流經(jīng)單向行程調(diào)速閥 3 中的行程閥進入無桿腔而實 現(xiàn)差動快進 顯然不增加閥 5 那么液壓缸回油通過閥 6 回油箱而不能實現(xiàn)差動 2 工進時 系統(tǒng)壓力升高 液控順序閥 5 被打開 回油腔油液經(jīng)液控順序閥 5 和背壓閥 6 流回油箱 此時 單向閥 4 關(guān)閉 將進 回油路隔開 使液壓缸實現(xiàn)工進 3 系統(tǒng)組合后 應(yīng)合理安排幾個測壓點 這些測壓點通過壓力表開關(guān)與壓力表相接 可 分別觀察各點的壓力 用于檢查和調(diào)試液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)原理圖如下 四 確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 1 工作壓力的確定 工作壓力可根據(jù)負載大小及設(shè)備類型來初步確定 現(xiàn)參閱表 2 1 根據(jù) F 工 27961N 選 P 工 4MPa 2 確定液壓缸的內(nèi)徑 D 和活塞竿直徑 d 按 P2 0 油缸的機械效率 1 將數(shù)據(jù)代入下式 D 4F 工 P 工 1 2 4 27961 10 6 1 2 0 094m 根據(jù)液壓缸尺寸系列表 2 5 將直徑圓整成標準直徑 D 100mm 根據(jù)液壓缸快進快退速度相近 取 d D 0 7 則活塞桿直徑 d 0 7 100mm 70mm 按 活塞桿系列表 2 6 取 d 70mm 根據(jù)已取缸徑和活塞竿內(nèi)徑 計算出液壓缸實際有效工作面積 無竿腔面積 A1和有 竿腔面積 A2分別為 A1 D 2 4 3 14 0 12 4 78 5 10 4 A2 D 2 d2 4 3 14 0 1 2 0 72 4 40 10 4 則液壓缸的實際計算工作壓力為 P 4F D 4 27961 0 1 2 3 6MPa 則實際選取的工作壓力 P 4MP 滿足要求 按最低工作速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度 若驗算后不能獲得最小的穩(wěn)定速度是 還 需要響應(yīng)加大液壓缸的直徑 直至滿足穩(wěn)定速度為止 q v 50 5 10 4 10 10 4 由于 A q v 所以能滿足最小穩(wěn)定速度的要求 3 確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑 根據(jù)夾緊缸的夾緊力 1900N 選夾緊缸工作壓力 1 0MPa 可以認為回油壓力為夾F夾P 零 夾緊缸的機械效率 1 按式 2 1 可得 D 4F 夾 P 夾 1 2 4 1900 10 6 1 2 0 049m 根據(jù)表 2 5 取 D 50mm 根據(jù)活塞桿工作受壓 活塞桿直徑適當取大時 活塞桿直徑 d 為 D 0 5D 0 5 50 25mm 根據(jù)表 2 6 取 D 25mm 4 計算液壓缸各運動階段的壓力 流量和功率 根據(jù)上述所確定的液壓缸的內(nèi)徑 D 和活塞竿直徑 d 以及差動快進時的壓力損失時 P 0 5MPa 工進時的背壓力 P 0 8MPa 快進快退時是 P 0 5MPa 則可以計算出液壓缸 各工作階段的壓力 流量和功率 如下表 根據(jù)上表可以用坐標法繪制出 液壓工況圖 此圖可以直觀看出液壓缸各運動階段 的主要參數(shù)變化情況 液壓工況圖如下 液壓缸結(jié)構(gòu)如下 工況 負載 F N 回油腔壓力 P2 MPa 進油腔壓力 P1 MPa 輸入流 量 q 10 4 m3 s 輸出流 量 p Kw 計算公式 快進啟 動 350 0 61 快進加 速 212 1 07 0 57 變化值 變化值 快進恒 速 183 1 067 0 567 2 25 0 128 P1 F A 2 P A 1 A2 q A1 A2 v 快 P p1q 工 進 27961 0 8 4 0 0 26 0 104 p1 F A 2P2 A1 q A1vI p p 1q 快退啟 動 350 0 088 快退加 速 212 0 5 1 034 變化值 變化值 快退恒 速 183 0 5 1 027 2 3 0 24 p1 F A 1P2 A 2 q A2v 快 P P1q 1234567891023145617892013245 缸 底 帶 放 氣 孔 的 單 向 閥 法 蘭 4格 末 圈 密 封 5導(dǎo) 向 環(huán) 6 緩 沖 套7缸 筒 8活 塞 桿 形 密 封 圈 緩 沖 節(jié) 流 閥 2導(dǎo) 向 套法 蘭形 密 封 圈 形 密 封 圈缸 蓋 斷 滑 圈 鼓 訂 6防 土 圈 型 密 封 圈 缸 頭9護 環(huán) 密 封 圈 活 塞 導(dǎo) 向 環(huán) 子 桿 緊 固 套沉 頭 螺 釘 5 計算夾緊缸的壓力 進油腔壓力 p1為 F 夾 A1 1900 0 00785Pa 0 24MPa 五 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號 1 計算液壓泵的壓力 液壓泵的工作壓力應(yīng)當考慮液壓缸最高有效工作壓力和管路系統(tǒng)的壓力損失 所以泵的 工作壓力為 P 泵 P1 P 式中 P 泵 液壓泵最大工作壓力 P1 液壓缸最大有效工作壓力 P 管路系統(tǒng)的壓力損失 由于進口節(jié)流 出口加背壓閥的調(diào)速方式 取 P 1MPa P 泵 P1 P F1 A1 1MPa 27961N 0 00785m2 1MPa 4 6MPa 上述計算所得的 P 泵 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力 考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓 力往往超過靜態(tài)壓力 另外考慮到一定的壓力儲蓄量 提高泵的壽命 所以選泵的額定 壓力應(yīng)滿足 P 額 1 25 1 6P 泵 本系統(tǒng)為中低壓系統(tǒng)應(yīng)去小值 故取 P 額 1 25 P 泵 5 75MPa 2 計算液壓泵的流量 液壓泵的最大流量 q 泵 應(yīng)為 q 泵 K q max 式中 q max 同時動作各液壓缸所需流量之和的最大值 K 系統(tǒng)的泄露系數(shù) 一般取 K 1 1 1 3 現(xiàn)取 K 1 2 q 泵 K q max 1 2 2 3 2 8 10 4m3 s 3 選用液壓泵規(guī)格和型號 根據(jù) P 額 P 泵 值查閱有關(guān)手冊 選用 YB 16 型單級葉片泵 該泵的基本參數(shù)為 排量 16L min 額定壓力 P 額 6 3MPa 電動機轉(zhuǎn)速 960r min 容積效率 c 0 9 總效率 0 7 單泵分塊圖如下 4 確定電動機功率及型號 由工況圖可知 液壓缸最大輸入功率在快退階段 可按此階段估算電動機功率 由 于工況圖中壓力值不包括由泵到液壓缸這段管路的壓力損失 在快退時這段管路的壓力 損失若取 P 0 2MPa 液壓泵總效率 0 7 則電機功率 P 電 為 P 電 P 泵 q 泵 2 4 10 6 2 8 10 4 0 7 2 3KW 查閱電動機樣本 選用 Y132S 40 電動機 其額定功率為 3 0KW 額定轉(zhuǎn)速為 960r min 5 液壓元件及輔助元件的選擇 1 液壓元件的選擇 根據(jù)所擬訂的液壓原理圖 進行計算和分析通過各液壓元件的最大流量和最高工作壓力 選擇液壓元件規(guī)格 2 油管的計算和選擇 油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定 也可以按管路允許流速進行計 算 流量 q 30l min 壓油管的允許流速取 v 4m s 則壓油管內(nèi)徑 d 為 d 4q v 1 2 4 0 0005 3 14 4 1 2 1 2cm 可選內(nèi)徑為 d 11mm 的油管 流量 q 12 l min 吸油管的允許流速取 v 1 5m s 則吸油管內(nèi)徑 d 為 d 4q v 1 2 4 12 3 14 1 5 1 2 1 02cm 可選內(nèi)徑為 d 12mm 的油管 關(guān)于定位夾緊油路的管徑 可按元件接口尺寸選擇 6 油箱容量的確定 該方案為中壓系統(tǒng) 液壓油箱的有效容量按泵的流量 5 7 倍來確定 油箱的容量 V 為 V 5 7 q 泵 5 7 16 8 84 120 L 按 GB2876 81 規(guī)定 且考慮散熱因素 取靠近的標準值 V 250L 六 驗算液壓系統(tǒng)性能 1 回路壓力損失驗算 主要驗算液壓缸在各運動階段中的壓力損失 若驗算后與原估算值相差較大 就要 進行修改 壓力算出后 可以確定液壓泵各運動階段的輸出壓力機某些元件調(diào)整壓力的 參考值 具體計算可將液壓系統(tǒng)按工作階段進行 例如快進 工進 快退等 按這些階段 將管路劃分成各條油流進液壓缸 而后液壓油從液壓缸流回油箱的路線的管路 則每條 管路的壓力損失可由下式計算 12APPPP 閥 回局 回沿 回閥 進局 進沿 進 式中 某工作階段總的壓力損失 液壓油沿等徑直管進入液壓缸沿程壓力損失值之和 沿 進 液壓油沿等徑直管從液壓缸流回油箱的沿程壓力損失值之和 沿 回 液壓油進入液壓缸所經(jīng)過液壓閥以外的各局部的壓力損失值之總局 進P 和 例如液壓油流進彎頭 變徑等 液壓油從液壓缸流回油箱所經(jīng)過的除液壓閥之外的各個局部壓力局 回 損失之總和 液壓油進入液壓缸時所經(jīng)過各閥類元件的局部壓力損失總和 閥 進 液壓油從液壓缸流回油箱所經(jīng)過各閥類元件局部壓力損失總和 閥 回P 液壓油進入液壓缸時液壓缸的面積 1A 液壓油流回油箱時液壓缸的面積 2 和 的計算方法是先用雷諾數(shù)判別流態(tài) 然后用相應(yīng)的壓力損失公式沿 進 沿 回 來計算 計算時必須事先知道管長 L 及管內(nèi)徑 d 由于管長要在液壓配管設(shè)計好后才能確 定 所以下面只能假設(shè)一個數(shù)值進行計算 和 是指管路彎管 變徑接頭等 局部壓力損失 可按下式 局 進P 局 回 局P 2vP 局 式中 局部阻力系數(shù) 可由有關(guān)液壓傳動設(shè)計手冊查得 液壓油的密度 液壓油的平均速度v 此項計算也要在配管裝置設(shè)計好后才能進行 及 是各閥的局部壓力損失 可按下列公式 閥 進P 閥 回 閥P 2 閥閥閥 q 式中 液壓閥產(chǎn)品樣本上列出的額定流量時局部壓力損失 閥 q 通過液壓閥的實際流量 通過液壓閥的額定流量 閥 另外若用差動連接快進時 管路總的壓力損失 應(yīng)按下式計算 P 21APPBCDBCA 式中 AB 段總的壓力損失 它包括沿程 局部及控制閥的壓力損失 ABP BC 段總的壓力損失 它包括沿程 局部及控制閥的壓力損失 C BD 段總的壓力損失 它包括沿程 局部及控制閥的壓力損失 D 大腔液壓缸面積 1 小腔液壓缸面積 2 現(xiàn)已知該液壓系統(tǒng)的進 回油管長度均為 1m 吸油管內(nèi)徑為 壓油管內(nèi)徑m13 為 局部壓力損失按 進行估算 選用 L HL32 液壓油 其油溫為m 沿局 P 5 0 時的運動粘度 油的密度 按上述計算方法 得出各工C 15scm25 1 3920kg 作階段壓力損失數(shù)值經(jīng)計算后見表 3 快進時 MPa 工進時 MPa 快退時 MPa 沿程損失 8 忽略不計 76 0 三位四通電磁閥 0 07 忽略不計 0 25 單向行程調(diào)速閥 行程閥 0 56 單向行程調(diào)速閥 調(diào)速閥 0 5 單向行程調(diào)速閥 單向閥 0 44 單向閥 0 74 閥 件 局 部 損 失 背壓閥 0 41 總損失 1 6 0 91 1 46 隨后計算出液壓泵各運動階段的輸出壓力 計算公式及計算數(shù)值見表 4 所示 9 1 計算公式 液壓泵輸出壓力 Pa 快進時 快 進啟快 進 PA FP 21 快啟 P 快進 350 0 00785 0 004 1 6 10 6 1 69 106 工進時 工 進工 進 I1 P 工進 27961 0 00785 0 91 106 4 47 106 快退時 2FPA 退快 退 快 退 快啟 P 快退 183 0 004 1 46 106 1 51 106 表 4 液壓泵在各階段的輸出壓力 是限壓變量葉片泵和順序閥調(diào)壓時的參考數(shù)據(jù) 在調(diào) 壓時應(yīng)當符合下面要求 泵 工 進閥泵 快 P 泵 工 進增泵 快 其中 限定壓力增 快進時泵的壓力泵 快 順序閥調(diào)定壓力閥P 工進時泵的壓力泵 工 進 從上述驗算表明 無須修改原設(shè)計 1 液壓回路的效率 在各工作階段中 工進所占的時間較長 所以液壓回路的效率按工進時為計算 回 p 缸 q 缸 p 泵 q 泵 3 56 106 0 26 4 47 106 0 26 0 8 2 液壓系統(tǒng)的溫升驗算 在整個循環(huán)中 由于工進階段所占時間最長 所以考慮工進時的溫升 另外 變量 葉片泵隨著壓力的增加 泄漏也增加 功率損失出增加 效率也很低 此時泵的效率 p 缸 4 47 106Pa 031 泵 min56 1LqI 泵 則有 P 泵入 P 泵出 回 p 泵 q 泵 回 4 47 106 0 26 0 031 0 375KW H 發(fā)熱 P 泵入 1 系統(tǒng) P 泵入 1 泵 回 缸 3 75 1 0 031 0 80 0 9 0 367 KW 式中 P 泵入 泵的輸入功率 P 泵出 泵的輸出功率 H 發(fā)熱 單位時間進入液壓系統(tǒng)的熱量 KW 本系統(tǒng)取油箱容積 V 180L 油箱三邊尺寸比例在 1 1 1 1 2 3 之間 則油液溫升 T 為 T H 發(fā)熱 103 V2 3 0 25 103 1802 3 11 5 C 通常液壓機床取 T 25 C 30 C 可以看出 此溫升沒有超出允許范圍 故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻裝置 七 參考書目 文獻 1 劉延俊 液壓與氣壓傳動 機械工業(yè)出版社 文獻 2 機械零件設(shè)計手冊 冶金工業(yè)出版社