液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程設(shè)計(jì)范文.doc

天津廣播電視大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)（本科） 液壓氣動(dòng)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題目 液壓氣動(dòng)控制技術(shù) 姓名 學(xué)號(hào) 辦學(xué)單位 日 期 2014年 12月 20日 目 錄一液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)計(jì)算2二計(jì)算和選擇液壓件7三驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能12四、液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算14參考文獻(xiàn)16任務(wù)書（附頁）一液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)計(jì)算 技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)，其工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。主要參數(shù)：軸向切削力為30000N，移動(dòng)部件總重力為10000N，快進(jìn)行程為150mm，快進(jìn)與快退速度均為4.2m/min。工進(jìn)行程為30mm，工進(jìn)速度為0.05m/min，加速、減速時(shí)間均為0.2s，利用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。要求活塞桿固定，油缸與工作臺(tái)聯(lián)接。設(shè)計(jì)該組合機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。一 工況分析首先，根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖（圖1-1）：圖1-1 速度循環(huán)圖其次，計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖,根據(jù)液壓缸所受外負(fù)載情況，進(jìn)行如下分析：啟動(dòng)時(shí)：靜摩擦負(fù)載 加速時(shí)：慣性負(fù)載 快進(jìn)時(shí)：動(dòng)摩擦負(fù)載 工進(jìn)時(shí)：負(fù)載 快退時(shí)：動(dòng)摩擦負(fù)載 其中，為靜摩擦負(fù)載，為動(dòng)摩擦負(fù)載，F(xiàn)為液壓缸所受外加負(fù)載，為運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載，為工作負(fù)載。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受外載荷表1-1，如下：表1-1 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載（N)工作循環(huán)外負(fù)載（N)啟動(dòng)，加速2350工進(jìn)31000快進(jìn)1000快退1000根據(jù)上表繪制出負(fù)載循環(huán)圖，如圖1-2所示：圖1-2 負(fù)載循環(huán)圖二 擬定液壓系統(tǒng)原理圖（1）確定供油方式：考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)快退時(shí)負(fù)載較小、速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油?，F(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。如下圖:（2）調(diào)速方式的選擇：在專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調(diào)速閥。根據(jù)專用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高，發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)載切削力的能力。如下圖所示：（3）速度換接方式的選擇：本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、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，若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。如下圖所示：最后把所選擇液壓回路組合起來，即可組合成如附圖所示液壓系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)原理圖見附圖。二計(jì)算和選擇液壓件1.確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)的功率（1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表可知液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為3，91Mpa，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取油路上的總壓力損失為P=0.6Mpa，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差Pe=0.5Mpa，則小泵的最高工作壓力估算為：大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，快退時(shí)液壓缸的工作壓力為P1=1.4Mpa，比快進(jìn)時(shí)大，考慮到快退時(shí)供油不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失P=0.3Mpa，則大流量泵的最高工作壓力估算為:（2）計(jì)算液壓泵的流量由表可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.410-3m3/s,如取回油泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為：考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為0.7910-5m3/s=0.474L/min,則小泵的流量最少應(yīng)為3.474L/min.（3）確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)的功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/26型葉片泵，其小泵和大泵的排量分別為6mL/r和26mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速Np=720r/min時(shí)，其理論流量分別為4.32mL/r和18.72mL/r，若取液壓泵的容積效率為v=0.8，這時(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，若取液壓泵的容積效率為p=0.8，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為：根據(jù)此數(shù)值查表，選用規(guī)格相近的Y160M1-8型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為4KW，額度轉(zhuǎn)速為720r/min。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類閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱手冊(cè)，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如列表所示，其中溢流閥按小泵的額定流量選取，調(diào)速閥選用Q-6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03L/min，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.5 L/min元件名稱通過的最大流量型號(hào)規(guī)格額定流量額定壓力額定壓降葉片泵-PV2R12-6/223.888/16.84816-電液換向閥7035DY-100BY1006.30.3行程閥62。122C-100BH1006.30.3調(diào)速閥<1Q-6B66.3-單向閥70I-100B1006.30.2單向閥29.3I-100B1006.30.2液控順序閥28.1XY-63B636.30.3背壓閥<1B-10B106.3-溢流閥5.1Y-10B106.3-單向閥27.9I-100B1006.30.2濾油器36.6XU-80X200806.30.02壓力表開關(guān)-K-6B-單向閥70I-100B1006.30.2壓力繼電器-PF-B8L-14-（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，與原數(shù)值不同，重新計(jì)算的結(jié)果如下表：快進(jìn)工進(jìn)快退q1=39.3L/minq1=0.474L/minq1=20.8L/minq2=18.5L/minq2=0.22L/minq2=44.2L/minv1=0.069m/sv2=0.05m/sv3=0.077m/st1=2.17st2=36st3=2.34s由上表可以看出，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。按照上表中的數(shù)值，取管道內(nèi)允許速度v=4m/s,由式：計(jì)算得與液壓缸無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，按手冊(cè)查得選取所有管子均為內(nèi)徑20mm，外徑28mm的10號(hào)冷拔鋼管。（3）確定油箱油箱的容積按式估算，其中為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，現(xiàn)取=6得：三驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能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。現(xiàn)取進(jìn)回油管道長l=2m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度=110-4m2/s。油液的密度=0.9174103 kg / m3（1）判斷流動(dòng)狀態(tài)在快進(jìn)工進(jìn)和快退工況下，進(jìn)回油管路中所通過的流量以快退時(shí)回油流量為最大，此時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)也為最大，小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)回油路中的油液流動(dòng)狀態(tài)全為層流。（2）計(jì)算系統(tǒng)壓力損失將層流流動(dòng)的狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)的流速同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式，并將數(shù)據(jù)代入得：在管道結(jié)構(gòu)未確定的情況下，管道的局部壓力損失閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算：滑臺(tái)在快進(jìn)、工進(jìn)、快退工況下的壓力損失計(jì)算如下：1.快進(jìn)在進(jìn)油路上，壓力損失分別為：在回油路上，壓力損失為：將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，便可得到差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失為：2.工進(jìn) 在進(jìn)油路上，在調(diào)速閥處的壓力損失為0.5Mpa，在回油路上，在背壓閥處的壓力損失為0.6Mpa，忽略管路沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進(jìn)油路上總的壓力損失為：此值略小于估計(jì)值。在回油路上的總壓力損失為：該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.61Mpa，此值與初算時(shí)選取的背壓值基本相符。重新計(jì)算液壓缸的工作壓力為：此值與前面表中所列數(shù)值相符，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差pe=0.5Mpa，則小流量泵的工作壓力為：此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。3.快退在進(jìn)油路上總的壓力損失為：此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率是足夠的。在回油路上總的壓力損失為：此值與表中數(shù)值基本相符，故不必重算。大流量泵的工作壓力為：此值是調(diào)整液控順序閥的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。2.驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與升溫由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中占90%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與升溫可按工進(jìn)工況來算，在工進(jìn)時(shí)，大流量泵的出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失：液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率液壓系統(tǒng)的輸出有效功率即為液壓缸的輸出有效功率由此計(jì)算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為：按式其中傳熱系數(shù)設(shè)環(huán)境溫度，則熱平衡溫度為：油溫在允許范圍內(nèi)，油箱散熱面積符合要求，不必設(shè)置冷卻器。四液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.液壓缸的主要尺寸的確定（1） 工作壓力p的確定：工作壓力p可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來初步確定，現(xiàn)參考相關(guān)表取液壓缸的工作壓力為3Mpa。（2） 計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d：由負(fù)載圖可知最大負(fù)載為31000N，按照相關(guān)表可取背壓為0.5 Mpa液壓缸機(jī)械效率可取為0.95，考慮到快進(jìn)快退速度相等，根據(jù)相關(guān)表取d/D為0.7。根據(jù)以上條件來求液壓缸的相關(guān)尺寸：1. 液壓缸內(nèi)徑：則根據(jù)相關(guān)表，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=125mm。2. 活塞桿直徑d：由d/D=0.7，可求得d=0.7D,則d=87.5，根據(jù)表圓整后取為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑d=90mm按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式中：是由產(chǎn)品樣本查得最小穩(wěn)定流量為0.05L/min。由于調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，即：即，可得液壓缸能達(dá)到所需低速。3. 液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算：求得：故液壓缸外徑D1D+2=125+52=177mm4. 液壓缸工作行程的確定需根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來確定，故這里不做討論。5. 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量2.由以上液壓缸的基本尺寸，就可以選擇相配套的液壓元件，這里不做討論。3液壓缸裝配圖如附圖所示。參考文獻(xiàn)1雷天黨. 新編液壓工程手冊(cè)M. 北京；北京理工大學(xué)出版社 19982路甬祥. 液壓與氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)M. 北京；機(jī)械工業(yè)出版社 20023章宏甲. 液壓與氣壓傳動(dòng)M. 北京；機(jī)械工業(yè)出版社 20034林建亞，何存興. 液壓元件M. 北京；機(jī)械工業(yè)出版社 19885從莊遠(yuǎn)，劉震北. 液壓技術(shù)基本理論M. 哈爾濱；哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1989