液壓與氣壓傳動課程設計.ppt

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1,液壓與氣壓傳動課程設計,,,2,設計任務布置,3,一、設計題目設計題目：臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)。設計一臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺的液壓系統(tǒng)。動力滑臺的工作循環(huán)是：快進→工進→快退→停止，并且可以隨時在中途停止運動。利用平導軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動摩擦系數(shù)fd=0.1。其余參數(shù)與性能要求如下：1）軸向切削力Ft=21kN；2）移動部件總重力G=10kN；3）快進行程l1=100mm，快進速度v1=4.2m/min；4）工進行程l2=20mm，工進速度v2=0.05m/min；5）加速和減速時間△t=0.2s；6）快退速度v3=v1=4.2m/min。,4,二、設計任務1、完成液壓系統(tǒng)的設計、計算，編寫設計說明書一份；2、在A3圖紙上繪制完成液壓系統(tǒng)原理圖一張。三、設計要求1、設計的液壓傳動系統(tǒng)能正確完成規(guī)定的工作循環(huán)；2、圖紙繪制正確，符合國家標準，圖面清晰整潔；3、計算步驟完整，結果正確；4、設計說明書內(nèi)容完整，字體端正、編排符合規(guī)范。四、設計進度安排課程設計時間總共為五天，進度安排如下：,5,五、參考資料[1]左健民.液壓與氣壓傳動.第4版.北京：機械工業(yè)出版社，2012.[2]楊曙東等.液壓傳動與氣壓傳動.第3版武漢：華中科技大學出版社，2008.[3]成大先.機械設計手冊.第5版.北京：化學工業(yè)出版社，2008.[4]雷天覺.新編液壓工程手冊.第1版.北京：北京理工大學出版社，1998.[5]于英華.組合機床設計.第1版.北京：清華大學出版社，2012.,6,附：參數(shù)數(shù)據(jù)分配表,7,第一階段工況分析,8,一、運動分析1、作動作循環(huán)圖如圖1所示。,2、作一個工作循環(huán)的速度—位移曲線如圖2a）所示。,二、負載分析1、負載計算1）工作負載FLFL=Ft=21kN2）摩擦負載Ff靜摩擦負載Ffs=fsG=0.210=2kN動摩擦負載Ffd=fdG=0.110=1kN,9,3）慣性負載Fa,4）各階段總負載F計算液壓缸各階段中的總負載F和液壓缸推力F?？紤]密封等阻力，取ηm=0.9，則F=F/ηm計算結果見表1所示。,10,表1液壓缸各中的負載,11,2、作一個工作循環(huán)的負載—位移曲線如圖2b）所示。,12,三、液壓缸主要參數(shù)確定1、初選液壓缸的工作壓力按負載大小根據(jù)表2選擇液壓缸工作壓力。,表2按負載選擇執(zhí)行元件工作壓力,由表2初定液壓缸工作壓力p=3.0MPa。2、計算液壓缸尺寸按最大負載Fmax計算缸筒面積A得,計算缸筒內(nèi)徑D得,13,按計算結果根據(jù)表3選擇缸筒內(nèi)徑標準值。,表3液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑標準系列（GB/T2348—1993）mm,按標準?。篋=100mm。根據(jù)快進和快退速度相等要求，擬定液壓系統(tǒng)在快進時采用差動連接。設活塞桿直徑為d，于是有,計算得,按標準?。篸=70mm。計算液壓缸有效作用面積為,14,3、各工作階段的時間計算1）快進階段,15,3）快退階段,2）工進階段工進階段制動加速度很小，制動行程很短，可忽略不計。,16,4、計算液壓缸流量、壓力和功率1）流量計算,2）壓力計算,17,3）功率計算,4、繪制工況圖工作循環(huán)中液壓缸各階段壓力、流量和功率如表4所示。由表繪制液壓缸的工況圖如圖3所示。,表4液壓缸各階段壓力、流量和功率,18,19,第二階段液壓系統(tǒng)設計,20,一、液壓系統(tǒng)圖的擬定1、選用執(zhí)行元件由系統(tǒng)動作循環(huán)圖，選定單活塞桿液壓缸做為執(zhí)行元件。根據(jù)快進和快退速度相等的要求，擬定在快進時采用差動連接，因此應使無桿腔有效面積為有桿腔有效面積的兩倍。2、確定供油方式由工況圖分析可知，液壓缸在快進、快退時所需流量較大，但持續(xù)時間較短；而在工進時所需流量較小，但持續(xù)時間較長。因此從提高系統(tǒng)效率，節(jié)省能源的角度考慮，系統(tǒng)供油方式不宜采用單個定量泵，而宜采用雙泵或變量泵。因此參考同類組合機床，選用雙作用葉片泵雙泵供油方式。3、調(diào)速方式選擇由工況圖可知，快進和快退時有速度要求，因此在有桿腔油口處統(tǒng)一采用調(diào)速閥調(diào)速。工進時速度低，考慮到系統(tǒng)負載變化小，所以采用調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速回路。,21,4、速度換接選擇快進和工進之間速度需要換接，為便于對換接的位置進行適當?shù)恼{(diào)整，因此采用二位二通行程閥來實現(xiàn)速度的換接。另外采用液控順序閥與單向閥來切斷差動回路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。5、換向方式選擇采用三位五通電磁閥進行換向，以滿足系統(tǒng)對換向的各種要求。選用三位閥的中位機能為M型，以實現(xiàn)可以隨時在中途停止運動的要求。為提高換向的位置要求，擬采用止擋塊和壓力繼電器的行程終點返回控制。6、其它選擇為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處和液壓缸的兩接口處均設置測壓點，并配置多點壓力表開關，以便利用一個壓力表即能觀測各點壓力。完成以上各項選擇后，作出擬定的液壓系統(tǒng)原理圖和各電磁鐵的動作順序表如圖4所示。,22,電磁鐵動作表,23,二、液壓系統(tǒng)的工作原理1、快進按下起動按鈕，電磁鐵1YA通電，電磁換向閥8的閥芯右移，換向閥工作在左位，實現(xiàn)快進，油路為：進油路：泵2→換向閥8左位→行程閥13下位→液壓缸左腔；回油路：液壓缸右腔→調(diào)速閥14→換向閥8左位→單向閥9→行程閥13下位→液壓缸左腔，形成差動連接。2、工進當滑臺快速運動到給定位置時，滑臺上的撞塊壓下行程閥13閥芯，切斷通道，使壓力油經(jīng)調(diào)速閥10進入液壓缸左腔。由于油液流經(jīng)調(diào)速閥，系統(tǒng)壓力上升，打開液控順序閥7，此時單向閥9關閉，切斷液壓缸差動回路，實現(xiàn)工進，油路為：進油路：泵2→換向閥8左位→調(diào)速閥10→液壓缸左腔；回油路：液壓缸右腔→調(diào)速閥14→換向閥8左位→順序閥7→背壓閥6→油箱。,24,3、快退當滑臺工進完畢之后，停留在止擋塊處，系統(tǒng)壓力升高，直到壓力繼電器12的調(diào)整值時，壓力繼電器動作，2YA通電，電磁換向閥8工作在右位，滑臺快退返回?？焱擞吐窞椋哼M油路：泵2→調(diào)速閥14→換向閥8右位→液壓缸右腔；回油路：液壓缸左腔→單向閥11→換向閥8右位→油箱。三、液壓元件的選擇1、確定液壓泵的型號及電動機功率1）計算液壓泵壓力估算壓力損失經(jīng)驗數(shù)據(jù)：一般節(jié)流調(diào)速和管路簡單的系統(tǒng)取∑△pl=0.2~0.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復雜的系統(tǒng)取∑△pl=0.5~1.5MPa。液壓缸在整個工作循環(huán)中最大工作壓力為3.11MPa，由于系統(tǒng)有調(diào)速閥，但管路簡單，所以取壓力損失∑△pl=0.5MPa，計算液壓泵的工作壓力為pp=p+∑△pl=3.11+0.5=3.61MPa,25,2）計算所需液壓泵流量考慮泄漏的修正系數(shù)K：K=1.1~1.3。液壓缸在整個工作循環(huán)中最大流量為16.8L/min。取回路泄漏修正系數(shù)K=1.1，計算得所需兩個液壓泵的總流量為qp=1.116.8=18.48L/min由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進時液壓缸所需流量為0.4L/min，所以高壓泵的流量不得少于3.4L/min。3）選用液壓泵由[3]第5卷P158選用YB1—10/16型的雙聯(lián)葉片泵。液壓泵額定壓力為6.3MPa，排量分別為10mL/r和16mL/r，取容積效率ηpV=0.85，總效率η=0.8，額定轉速分別為1450r/min和960r/min.4）選用電動機擬選Y系列三相異步電動機，滿載轉速960r/min，按此計算液壓泵實際輸出流量為qp=（10+16）10﹣39600.85=21.22L/min,26,計算所需電動機功率為,由[3]第4卷P569選用Y132S-6電動機。電動機額定功率為3KW，滿載轉速為960r/min。2、選擇閥類元件及輔助元件1）標準件根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件和輔助元件的流量，由產(chǎn)品目錄確定這些元件的型號及規(guī)格如表5所示。2）非標件a）油管油管尺寸根據(jù)實際流量類比確定，采用內(nèi)徑為16mm，外徑為20mm的紫銅管。b）油箱油箱容積計算如下V=（5~7）qp=（5~7）21.22=106.1~148.54L取V=150L。,27,表5液壓元件型號及規(guī)格,28,第三階段驗算性能完成設計,29,一、液壓系統(tǒng)的性能驗算1、壓力損失驗算按液壓泵的實際輸出流量估算壓力損失。1）油液在油管中的流速進油管流速v,回油管流速v",2）沿程壓力損失△Pf設系統(tǒng)采用L-HM32液壓油，室溫為20℃時粘度為ν=1.010﹣4m2/sa）進油沿程壓力損失△Pf1,層流狀態(tài)：λ1=75/Re1=75/552=0.14,30,b）回油沿程壓力損失,層流狀態(tài)：λ2=75/Re2=75/281=0.27,取油液的密度為ρ=890kg/m3，進、回油管長度均為2m，得進油沿程壓力損失為,c）總沿程壓力損失,31,3）局部壓力損失△Pr局部壓力損失包括液壓閥的壓力損失及管道和管接頭的壓力損失。液壓閥的損失很小，可以忽略不計。管道和管接頭壓力損失一般取沿程壓力損失的10%計算，于是△pr=10%△pf=0.10.48=0.05MPa4）總壓力損失∑△p∑△p=∑△pf+∑△pr=0.48+0.05=0.53MPa原設∑△p=0.5MPa，與計算結果非常接近。2、調(diào)定壓力的確定雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值為,取p卸=4.1MPa溢流閥的調(diào)定值應大于卸荷閥調(diào)定壓力0.3~0.5MPa。取p溢=4.5MPa,32,順序閥的調(diào)定值應為p順=0.29+∑△p=0.29+0.95=1.24MPa背壓閥的調(diào)定值取為p背=0.3MPa3、系統(tǒng)溫升驗算工進時間在整個工作循環(huán)中所占的時間比例達87%，所以系統(tǒng)溫升可按工進計算。工進時液壓缸的有效功率為,工進時大流量泵卸荷，卸荷壓力為0.3MPa，，小流量泵在高壓3.64MPa下供油，兩個泵的總輸出功率為,33,由此得液壓系統(tǒng)單位時間的發(fā)熱量為,設油箱的三個邊長在1：1：1~1：2：3范圍內(nèi)，計算散熱面積為,按通風良好取散熱系數(shù)h=1510﹣3kW/（m2℃），計算油液溫升為,設室溫t1=20℃，得油液溫度t2為,熱平衡計算在允許范圍內(nèi)。,34,二、繪制系統(tǒng)原理圖圖上除畫出整個系統(tǒng)的回路之外，還應注明各元件的名稱、型號、壓力調(diào)整值，并作出液壓缸的工作循環(huán)圖，列出電磁鐵的動作順序表。三、編寫設計計算說明書液壓系統(tǒng)課程設計計算說明書編寫應符合學校規(guī)定的統(tǒng)一格式。內(nèi)容除了應有的計算和圖表以外，還應包含目錄、設計任務書、頁碼、課程設計小結以及參考文獻等。,35,結束,