液壓課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書.doc

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課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目 題目名稱 臥式半自動(dòng)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)及其有關(guān)裝置設(shè)計(jì) 學(xué)生學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 08級(jí)機(jī)電（6）班 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2011 年 12 月 18 日 廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目名稱 臥式半自動(dòng)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)及其有關(guān)裝置設(shè)計(jì) 學(xué)生學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 08機(jī)電6班 姓 名 柳展雄 學(xué) 號(hào) 3108000566 一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 綜合應(yīng)用已學(xué)的課程，完成臥式半自動(dòng)組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、液壓系統(tǒng)元部件的選擇、液壓基本回路的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、液壓集成油路的設(shè)計(jì)、液壓集成塊的設(shè)計(jì)等。 二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù) 1．機(jī)床系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)工作循環(huán) (手工上料) →(手動(dòng)啟動(dòng)) →工件定位(插銷)→夾緊工件→動(dòng)力頭(工作臺(tái))快進(jìn)→慢速工進(jìn)→快退→停止→工件拔銷→松開工件→（手工卸料）。 要求工進(jìn)完了動(dòng)力頭無(wú)速度前沖現(xiàn)象。工件的定位、夾緊應(yīng)保證安全可靠，加工過(guò)程中及遇意外斷電時(shí)工件不應(yīng)松脫，工件夾緊壓力、速度應(yīng)可調(diào)，工件加工過(guò)程中夾緊壓力穩(wěn)定。 2．工件最大夾緊力為Fj；工件插銷定位只要求到位，負(fù)載力小可不予計(jì)算。 3．動(dòng)力頭快進(jìn)、快退速度v1；工進(jìn)速度為v2可調(diào)，加工過(guò)程中速度穩(wěn)定；快進(jìn)行程為L(zhǎng)1，工進(jìn)行程為L(zhǎng)2；工件定位、夾緊行程為L(zhǎng)3，夾緊時(shí)間t=1s。 4．運(yùn)動(dòng)部件總重力為G，最大切削進(jìn)給力（軸向）為Ft； 5．動(dòng)力頭能在任意位置停止，其加速或減速時(shí)間為△t；；工作臺(tái)采用水平放置的平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為fs，動(dòng)摩擦系數(shù)為fd。 設(shè)計(jì)參數(shù)表 序號(hào) Fj (N) Ft (N) G (N) v1 (m/min) v2 (mm/min) L1 (mm) L2 (mm) L3 (mm) △t (s) fs fd 14 6000 30000 5500 6 30～1000 140 60 40 0.12 0.22 0.1 三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作 (一) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)備的用途、特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理進(jìn)行工況分析，擬定合理、完善的液壓系統(tǒng)原理圖，需要寫出詳細(xì)的系統(tǒng)工作原理，給出電磁鐵動(dòng)作順序表。再經(jīng)過(guò)必要的計(jì)算確定液壓有關(guān)參數(shù)，然后按照所得參數(shù)選擇液壓元件、介質(zhì)、相關(guān)設(shè)備的規(guī)格型號(hào)（或進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）、對(duì)系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算等。 （二）系統(tǒng)基本回路的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 以小組為單位設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證回路，經(jīng)老師確認(rèn)后，由該組成員共同去液壓實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。該部分說(shuō)明書的撰寫格式可參考液壓課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)過(guò)程要拍一定數(shù)量的照片。 （三）液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由指導(dǎo)老師選出其中一個(gè)小組成員的設(shè)計(jì)方案和數(shù)據(jù)，由該組成員共同完成該方案液壓系統(tǒng)的集成塊組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量做到每個(gè)小組成員負(fù)責(zé)其中的一個(gè)集成塊的設(shè)計(jì)。集成塊之間必須考慮到相互之間的連通關(guān)系，是一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)的集成塊。 （四）繪制工程圖、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1. 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 包括系統(tǒng)總油路圖（A3，參見圖1-3）和集成塊液壓集成回路圖（A4, 參見圖3-4)。 2. 集成塊的零件圖（A3或更大，參見圖3-8）。須按GB要求打印或用鉛筆繪制。 3. 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書（2萬(wàn)字左右），排版、結(jié)構(gòu)等須規(guī)范。 四、課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 序號(hào) 設(shè)計(jì)各階段內(nèi)容 地點(diǎn) 起止日期 1 分析工況和動(dòng)作要求，完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)計(jì)算，元部件選擇。 宿舍 12.02~11.10 2 完成指定方案的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；完成指定方案的液壓系統(tǒng)集成油路的設(shè)計(jì)和集成塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的分配，開始進(jìn)行集成塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 宿舍 12.11~12.17 3 完成集成塊的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫。 宿舍 12.18~12.24 4 答 辯 工2-729 12.26 五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) [1] 李笑，吳冉泉.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2006年03月 [2] 楊培元，朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003 [3] 雷天覺(jué)等. 液壓工程手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990 [4] 博世力士樂(lè)公司.博世力士樂(lè)工業(yè)液壓產(chǎn)品樣本[M]. [5] 任建勛，韓尚勇，申華楠等.液壓傳動(dòng)計(jì)算與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1982 [6] 周士昌主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5 ?第43篇?液壓傳動(dòng)與控制[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [7] 章宏甲，周邦俊. 金屬切削機(jī)床液壓傳動(dòng)[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1985 發(fā)出任務(wù)書日期： 2011年12月2日 指導(dǎo)教師簽名： 預(yù)計(jì)完成日期： 2011年12月26日 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： 主管院長(zhǎng)簽章： 目 錄 廣東工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書............................ 1 目錄............................................................... 3 前言............................................................. 4 1 液壓系統(tǒng)的工況分析........................................... 5 2 液壓系統(tǒng)原理圖..................................................8 2.1 初定液壓系統(tǒng).................................................. 8 2.2 確定液壓系統(tǒng).............................................. 8 3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件................................11 3.1 液壓缸主要尺寸的確定...................................... 11 3.2 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵規(guī)格............................. 12 3.3 液壓閥的選擇............................................... 13 3.4 確定管道尺寸.............................................. 14 3.5 液壓油箱容積的確定...................................15 4 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算......................................... 16 4.1 壓力損失的驗(yàn)算...........................................16 4.2 系統(tǒng)的溫升的驗(yàn)算..........................................18 5 液壓系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證...........................................20 6 液壓集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)......................................21 6.1 液壓集成回路設(shè)計(jì)..............................................21 6.2 集成塊設(shè)計(jì)...............................................22 設(shè)計(jì)總結(jié).....................................26 參考文獻(xiàn).................................................. 27 附錄.....................................................28 前言 液壓與氣壓傳動(dòng)，又稱液壓氣動(dòng)技術(shù)，由于自身的特點(diǎn)——重量輕、體積緊湊、能 實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、便于實(shí)現(xiàn)頻繁及平穩(wěn)的換向、因而在現(xiàn)代化機(jī)械中使用得越來(lái)越多 ,是 機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一，特別是近年來(lái)，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，與 微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，液壓與氣壓傳動(dòng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。 液壓與氣壓傳動(dòng)是以流體（液壓油液或壓縮空氣）為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制 的一種傳動(dòng)形式。主要由能源裝置、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件組成。 液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 1）布置方便靈活。 2）無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)2000：1。 3）傳動(dòng)平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向。 4）操作控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、中遠(yuǎn)距離控制和過(guò)載保護(hù)。 5）標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度高，有利于縮短設(shè)計(jì)周期、制造周期和降低成本。 6）傳動(dòng)效率不高；維護(hù)要求較高 液壓與氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用和發(fā)展概況 1）液壓與氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、塑料機(jī)械、農(nóng)林機(jī)械、汽車、 船舶、航天航空等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)，是自動(dòng)化技術(shù)不可缺少的手段。 2）元件小型化、系統(tǒng)集成化、機(jī)電液（氣）一體化是液壓與氣動(dòng)技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)； 元件與系統(tǒng)的CAD/CAT 與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制是當(dāng)前的發(fā)展方向。 1．系統(tǒng)的工況分析 動(dòng)作要求及工作參數(shù) 1．機(jī)床系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)工作循環(huán)為：(手工上料) →(手動(dòng)啟動(dòng)) →工件定位(插銷)→夾緊工件→動(dòng)力頭(工作臺(tái))快進(jìn)→慢速工進(jìn)→快退→停止→工件拔銷→松開工件→（手工卸料）。 要求：工進(jìn)完了動(dòng)力頭無(wú)速度前沖現(xiàn)象。工件的定位、夾緊應(yīng)保證安全可靠，加工過(guò)程中及遇意外斷電時(shí)工件不應(yīng)松脫，工件夾緊壓力、速度應(yīng)可調(diào)，工件加工過(guò)程中夾緊壓力穩(wěn)定。 2．工件最大夾緊力為Fi=6000N；工件插銷定位只要求到位，負(fù)載力小可不予計(jì)算。運(yùn)動(dòng)部件總重力為G=5500N，最大切削進(jìn)給力（軸向）為Ft=30000N。動(dòng)力頭快進(jìn)、快退速度v1=6m/min；工進(jìn)速度為v2=30—1000mm/min可調(diào)，加工過(guò)程中速度穩(wěn)定；快進(jìn)行程為L(zhǎng)1=140mm；工進(jìn)行程為L(zhǎng)2=60mm；工件定位、夾緊行程為L(zhǎng)3=40mm。動(dòng)力頭能在任意位置停止，其加速或減速時(shí)間為t=0.12s，工作臺(tái)采用水平放置的平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為fs=0.22,動(dòng)摩擦系數(shù)為fd=0.1。 首先根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如圖1-1所示。然后計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。 液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類型，即 F=Ft+Ff+Fa ………………………………（1-1） 式中 Ft——工作負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床來(lái)說(shuō)，即為沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的切削力， 本設(shè)計(jì)中為30000N； Fa——運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載； Ff——導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦阻力，對(duì)于平導(dǎo)軌Ff可由下試求得 Ff=f（G+FRn）; G——運(yùn)動(dòng)部件重力； FRn——垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，本設(shè)計(jì)中為零； f——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，靜摩擦系數(shù)為0.22，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。則求得 靜摩擦阻力 Ffs=0.225500N=1210N …………………（1-2） 動(dòng)摩擦阻力 Ffd=0.15500N=550N Fa=（G/g）（ΔV/Δt）………………………（1-3） =（5500/9.8）（6/（0.1260））N=468N 式中 g--重力加速度； Δt--加速或減速時(shí)間，一般為0.01-0.5s，本設(shè)計(jì)中為0.12s； ΔV--在Δt時(shí)間內(nèi)的速度變化量。本設(shè)計(jì)中ΔV=6m/min。 啟動(dòng)、加速時(shí)外負(fù)載為： F= Ffs + Fa =1210+468=1678N 快進(jìn)、快退時(shí)外負(fù)載為： F= Ffa =550N 工進(jìn)時(shí)外負(fù)載為： F= Ffa + Ft =550+30000=30550N 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出個(gè)工作階段所受的外負(fù)載（見表1-1）并畫出如圖1-2所示的負(fù)載循環(huán)圖。 圖1-1 速度循環(huán)圖 圖1-2 負(fù)載循環(huán)圖 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 F（N） 工作循環(huán) 外 負(fù) 載 F（N） 啟動(dòng)、加速 Ffs + Fa 1678 工進(jìn) Ffa + Ft 30550 快進(jìn) Ffa 550 快退 Ffa 550 2.擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 2．1、初定液壓系統(tǒng) 1）確定供油方式 液壓泵的結(jié)構(gòu)形式依據(jù)初定系統(tǒng)壓力來(lái)選擇，當(dāng)p<21MPa時(shí)，選用齒輪泵和葉片泵?？紤]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)宜選用雙泵供油或變量泵供油。現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。 2）調(diào)速方式的選擇 在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)銑削類專用機(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)熱小和速度剛好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受切削力的能力。 3）速度換接方式的選擇 本系統(tǒng)用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。 4）夾緊回路的選擇 用三位四通電磁閥來(lái)控制夾緊、松開換向動(dòng)作時(shí),考慮到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)節(jié)和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。 5）定位回路的選擇 用三位四通電磁閥來(lái)控制插銷、拔銷換向動(dòng)作時(shí)，考慮到當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持插銷力，所以接入單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。 2．2、確定液壓系統(tǒng) 1）系統(tǒng)工作原理 最后把所選擇的液壓回路組合起來(lái)，即可組合成圖2-1所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 圖2-1液壓系統(tǒng)原理圖 2）工作循環(huán)過(guò)程： 一． 定位插銷——按啟動(dòng)按鈕，電磁閥7YA得電，換向閥在右位，定位缸16下腔進(jìn)油，活塞桿向上運(yùn)動(dòng)定位插銷； 二． 工件夾緊——當(dāng)定位完成后，油液壓力升高，壓力繼電器BP1發(fā)出信號(hào)，電磁鐵5YA得電，換向閥在右位，夾緊缸17下缸進(jìn)油，活塞桿向上運(yùn)動(dòng)，工件夾緊； 三． 快進(jìn)——夾緊完成后，壓力上升，壓力繼電器BP2發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵1YA、3YA得電，電磁，換向閥4處于左位，換向閥5處于右位，進(jìn)給缸18左腔進(jìn)油，右腔排油流向左腔，形成差動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)； 四． 工進(jìn)——當(dāng)進(jìn)給缸活塞桿上的擋塊壓下行程開關(guān)2SQ后，使電磁鐵3YA失電，進(jìn)給缸16的回油流回油箱，實(shí)現(xiàn)工進(jìn)； 五． 快退——當(dāng)進(jìn)給缸活塞桿上的擋塊壓下行程開關(guān)1SQ后，電磁鐵1YA失電，使電磁鐵2YA得電，進(jìn)給缸右腔進(jìn)油，左腔流回油箱，實(shí)現(xiàn)快退； 六． 拔銷——當(dāng)進(jìn)給缸活塞桿上的擋塊壓下行程開關(guān)3SQ后，使2YA失電，進(jìn)給缸停止工作，7YA失電，6YA得電，換向閥14處左位，定位缸16上腔進(jìn)油，下腔的油液直接接回油箱，實(shí)現(xiàn)拔銷。 七． 放松——當(dāng)定位缸活塞桿上的擋塊壓下行程開關(guān)4SQ后，5YA、6YA失電，4YA得電，夾緊缸17上腔進(jìn)油，下腔經(jīng)單向節(jié)流閥9流回油箱，實(shí)現(xiàn)放松。 八． 系統(tǒng)停止——當(dāng)夾緊缸活塞桿上的擋塊壓下行程開關(guān)5SQ后，電磁鐵4YA失電，系統(tǒng)停止工作。 3）電磁換向閥動(dòng)作順序表 表2-1 電磁換向閥動(dòng)作順序表 1YA 2 YA 3 YA 4 YA 5 YA 6 YA 7 YA 插銷 - - - - - - + 夾緊 - - - - + - + 快進(jìn) + - + - + - + 工進(jìn) + - - - + - + 快退 - + - - + - + 拔銷 - - - - + + - 放松 - - - + - - - 停止 - - - - - - - 3．液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 3．1、液壓缸主要尺寸的確定 （1）工作壓力P的確定。 工作壓力P可以根據(jù)負(fù)載大小以及機(jī)器的類型來(lái)初步確定，現(xiàn)參閱參考文獻(xiàn)[2]表2-1，取液壓缸的工作壓力為4MP。 （2）計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 1）進(jìn)給缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 由負(fù)載圖知道最大負(fù)載F為30550N，按參考文獻(xiàn)[2]可取P2為0.5MP，ηcm為0.95，考慮到快進(jìn)、快退速度相等，取d/D=0.7。將上述數(shù)據(jù)代入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)[2]式（2-3） ………………………（3-1） 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表2-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D工作 =100mm；活塞桿直徑d工作按參考文獻(xiàn)[1],取d/D=0.7，按參考文獻(xiàn)[2]表2-5，活塞桿直徑系列取d工作=70mm。 2）夾緊缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 按工作要求夾緊力由單個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應(yīng)該低于進(jìn)給液壓缸的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為3MPa，回油背壓為零，ηcm為0.95，則按參考文獻(xiàn)[2]式（2-3）可得 按參考文獻(xiàn)[2]表（2-4）及表（2-5）液壓缸和活塞桿的尺寸系列，取夾緊液壓缸的D夾緊和d夾緊分別為63mm和45mm。 3）定位缸缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d和夾緊缸尺寸一樣 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由參考文獻(xiàn)[2]式（2-4）可得 ………………………（3-2） 式中，是由產(chǎn)品樣本查得GE系列調(diào)速閥AQF3-E10B的最小穩(wěn)定流量為50mL/min。 本設(shè)計(jì)中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)該選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，即 可見上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。 （3）計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量 3．2、確定液壓缸的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 （1）泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為 ………………………………………（3-4） 式中 ——液壓泵最大工作壓力； ——執(zhí)行元件最大工作壓力； ——進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2—0.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)取0.5—1.5，本設(shè)計(jì)中取0.5MPa =（4+0.5）MPa=4.5MPa 上述計(jì)算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的進(jìn)度階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pn應(yīng)該滿足Pn(1.25-1.6) 。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本設(shè)計(jì)中Pn=1.25=5.625MPa。 （2）泵的流量確定 液壓泵的最大流量應(yīng)為 …………………………………（3-5） 式中 --液壓泵的最大流量； ---同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需要流量之和的最大值。 ---系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取KL=1.1—1.3，現(xiàn)取KL=1.2。 ==1.224L/min=28.8L/min （3）選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上算得的Pp和再查閱參考文獻(xiàn)[2]，現(xiàn)選用YBX-25限壓式變量葉片泵，該泵的基本參考為：每轉(zhuǎn)排量V=25mL/r，泵的額定的壓力Pn=6.3MPa，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，容積效率=0.85，總效率=0.7。 （4）與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定 首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，取兩者較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.2-1L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取=0.03—0.14。同時(shí)還應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)不至停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即 ……………………………………（3-6） 式中 --所選電動(dòng)機(jī)額定功率； --限壓式變量泵的限定壓力 ---壓力為時(shí)，泵的輸出流量。 首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為550N，進(jìn)油路的壓力損失0.3MPa，由式（3-4）得 快進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為 工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率P為 查閱文獻(xiàn)[4]，選用Y90s-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1kW，額定轉(zhuǎn)速為1400 r/min。 根據(jù)產(chǎn)品樣本可查 YBX-25 的流量壓力特性曲線。再由已知的快進(jìn)時(shí)流量為24L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為7.85L/min，壓力為4.5MPa，作出泵的實(shí)際工作時(shí)的流量壓力特性曲線，如圖3-1所示： 圖3-1 YBX-25液壓泵特性曲線 查得該曲線拐點(diǎn)處的流量為24L/min，壓力為0.7MPa，該工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率為 所選電動(dòng)機(jī)功率滿足（3-6），拐點(diǎn)處能正常工作。 3．3、液壓閥的選擇 本液壓系統(tǒng)可采用力士樂(lè)系統(tǒng)或GE系列的閥。此方案：均選用GE系列閥。根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如表4所示。 表3-1 液壓元件明細(xì)表 序號(hào) 元件名稱 方案 通過(guò)流量（L/min） 1 濾油器 XU-B32100 28．8 2 液壓泵 YBX-25 28．8 3 溢流閥 YF3-E10B 24 4 三位四通換向閥 34EF30-E10B 24 5 單向調(diào)速閥 AQF3-E10B 24 6 二位四通換向閥 23EF3B-E10B 24 7 減壓閥 JF3-10B 6．5 8 壓力表開關(guān) KF3-E3B 共用一個(gè) 9 壓力表開關(guān) KF3-E3B 10 單向閥 AF3-EA10B 6．5 11 三位四通換向閥 34EF3O-E10B 6．5 12 單向節(jié)流閥 ALF-E10B 6．5 13 壓力繼電器 DP1-63B 6．5 14 三位四通換向閥 34EF3O-E10B 6．5 15 單向節(jié)流閥 ALF-E10B 6．5 16 壓力繼電器 DP1-63B 6．5 3．4、確定管道尺寸 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，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)時(shí)流量q=vA=,壓油管的允許流速取v=4m/s，則內(nèi)徑d為 若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取q=24L/min，則可算得油管內(nèi)徑d=11.3mm。 綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為14mm。 吸油管同樣可按上式計(jì)算（q=28.8L/min、v=1.5m/s），選參照YBX-25變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為25mm。 3．5、液壓油箱容積的確定 本設(shè)計(jì)為中壓液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的5-7倍來(lái)確定，參照文獻(xiàn)[2],現(xiàn)選用容量為160L的油箱。 4．液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)、回油路的內(nèi)徑為14mm，各段油管的長(zhǎng)度分別為：AB=0.2m，AC=1.5m，AD=1.5m，DE=2m。選用L-HL32液壓油，考慮油的最低溫度為15℃，查得15℃時(shí)該液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度=150cst=1.5cm2/s，油的密度ρ=920kg/。 4．1、壓力損失的驗(yàn)算 (1)工進(jìn)時(shí)油路壓力損失 1）工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失 運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為1m/min，進(jìn)給時(shí)的最大流量為7.85L/min，則液壓油在管內(nèi)流速v1為 管道流動(dòng)雷諾數(shù)Re1為 Re1＜2300，油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流,沿程阻力系數(shù)λ1=75/Re1=75/79=0.95。 進(jìn)油管道AC的沿程壓力損失Δp1-1為 查得換向閥34EF30-E10B的壓力損失Δp1-2=0.05106Pa 忽略油液通過(guò)管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失 Δp1為 2）工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失 因?yàn)閐/D=0.7,無(wú)桿腔，有桿腔,所以A2/A1=0.5，因此回油管流量為進(jìn)油管道的二分之一，則 回油管道內(nèi)流速 v2=v1/2=42.5cm/s λ2=75/Re2=75/39.7=1.9 回油管道的沿程壓力損失為Δp2-1為： 查產(chǎn)品樣本知換向閥23EF3B-E10B的壓力損失Δp2-2=0.02510Pa， 換向閥34EF30-E10B的壓力損失Δp2-3=0.02510Pa， 調(diào)速閥AQF3-E10B的壓力損失 Δp2-4=0.510Pa。 回油路總壓力損失Δp2為 3）變量泵出口的壓力pp (2）快進(jìn)時(shí)的油路壓力損失 快進(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接，自匯流點(diǎn)B至液壓缸進(jìn)油口C之間的管路BC中，流量為46.2L/min，BC段管路的沿程壓力損失Δp1-1為 同樣可求管道AB段及BD段的沿程壓力損失Δp1-2和Δp1-3為 查產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為： 34EF30-E10B的壓力損失ΔP2-1=0.17MPa 23EF3B-E10B的壓力損失ΔP2-2=0.17MPa 據(jù)分析在差動(dòng)連接中，泵的出口壓力pp為 快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算從略。上述驗(yàn)算表明，無(wú)需修改原設(shè)計(jì)。 4．2、系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時(shí)，效率相差極大，所以分別計(jì)算最大、最小時(shí)的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值大者進(jìn)行分析。 當(dāng)v=30mm/min時(shí) 此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為4.5MPa，則有 此時(shí)的功率損失為 當(dāng)v=1000mm/min時(shí)，q=6.28L/min，總效率η=0.7 則 可見在工進(jìn)速度高時(shí)，功率損失為0.169kW，發(fā)熱量最大。 假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K=1010-3kW/（cm2℃），油箱的散熱面積A為 系統(tǒng)的溫升為 對(duì)一般機(jī)床，△t=55～70℃ 驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。 5.液壓系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)能達(dá)到要求。 6．液壓集成油路的設(shè)計(jì) 通常使用的液壓元件有板式和管式兩種結(jié)構(gòu)。管式元件通過(guò)油管來(lái)實(shí)現(xiàn)相互之間的連接，液壓元件的數(shù)量越多，連接的管件越多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)壓力損失越大，占用窨也越大，維修，保養(yǎng)和拆裝越困難。因此，管式元件一般用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。 板式元件固定在板件上，分為液壓油路板連接，集成塊連接和疊加閥連接。把一個(gè)液壓回路中各元件合理地布置在一塊液壓油路板上，這與管式連接比較，除了進(jìn)出液壓油液通過(guò)管道外，各液壓元件用螺釘規(guī)則地固定在一塊液壓閥板上，元件之間幅液壓油路板上的孔道勾通，。板式元件的液壓系統(tǒng)安裝，高度和維修方便，壓力損失小，外形美觀。但是，其結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度差，互換性不好，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，制造加工困難，使用受到限制。此外，還可以把液壓元件分別固定在幾塊集成塊上，再把各集成塊按設(shè)計(jì)規(guī)律裝配成一個(gè)液壓集成回路，這種方式與油路板比較，標(biāo)準(zhǔn)化，毓化程度高，互換性能好，維修，拆裝方便，元件更換容易；集成塊可進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)，其質(zhì)量好，性能可靠而且設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期短。使用近年來(lái)在液壓油路板和集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型液壓元件疊加閥組成回路也有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它不需要另外的連接件，幅疊加閥直接疊加而成。其結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積更小，重量更輕，無(wú)管件連接，從而消除了因油管，接頭引起的泄漏，振動(dòng)和噪聲。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由集成塊組成，液壓閥采用廣州機(jī)訂研究所的GE系列閥。 6．1、液壓集成回路設(shè)計(jì) 1）把液壓回路劃分為若干單元回路，每個(gè)單元回路一般由三個(gè)液壓元件組成，采用通用的壓力油路P和回油路T，這樣的單元回路稱液壓?jiǎn)卧苫芈?。設(shè)計(jì)液壓?jiǎn)卧苫芈窌r(shí)，優(yōu)先選用通用液壓?jiǎn)卧苫芈罚詼p少集成塊設(shè)計(jì)工作量，提高通用性。 2）把各液壓?jiǎn)卧苫芈愤B接起來(lái)，組成液壓集成回路，組合機(jī)床的集成回路如圖5-1所示。一個(gè)完整的液壓集成回路由底板、供油回路、壓力控制回路、方向回路、調(diào)速回路、頂蓋、及測(cè)壓回路等單元液壓集成回路組成。液壓集成回路設(shè)計(jì)完成后，要和液壓回路進(jìn)行比較，分析工作原理是否相同，否則說(shuō)明液壓集成回路出了差錯(cuò)。 圖6-1 液壓集成回路 6．2、液壓集成塊及其設(shè)計(jì) 組合機(jī)床液壓集成塊裝配總圖如圖5-2所示，它由底板1，方向調(diào)速塊2，壓力塊3，夾緊塊4和5，定位塊6和頂蓋7組成，有四個(gè)緊固螺栓8把他們連接起來(lái)，再由四個(gè)螺釘將其緊固在液壓油箱上，液壓泵通過(guò)油管與底板連接，組成液壓站，液壓元件分別固定在各集成塊上，組成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)。 圖6-2 集成塊裝配圖 （1）集成塊設(shè)計(jì)步驟為： 1）制做液壓元件方法與油路板一節(jié)相同。 2）決定通道的孔徑。集成板上的公用通道，即壓力油孔P、回油孔T、泄漏孔L（有時(shí)不用）及四個(gè)安裝孔。壓力油孔由液壓泵流量決定，回油孔一般不得小于壓力油孔。 直接與液壓元件連接的液壓油孔由選定的液壓元件規(guī)格確定?？着c孔之間的連接孔（即工藝孔）用螺塞在集成塊表面堵死。 與液壓油管連接的液壓油孔可采用米制螺紋或英制螺紋。 3）集成塊上液壓元件的布置。把制做好的液壓元件樣板放在集成塊各視圖上進(jìn)行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板應(yīng)以連接板為準(zhǔn)。 電磁閥應(yīng)布置在集成塊的前、后面上，要避免電磁換向閥兩端的電磁鐵與其它部分相碰。液壓元件的布置應(yīng)以在集成塊上加工的孔最少為好。如圖所示，孔道相通的液壓元件盡可能布置在同一水平面，或在直徑d的范圍內(nèi)，否則要鉆垂直中間油孔，不通孔道之間的最小壁厚h必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 液壓元件在水平面上的孔道若與公共油孔相通，則應(yīng)盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑d范圍，否則要鉆中間孔道，集成塊前后與左右連接的孔道應(yīng)互相垂直，不然也要鉆中間孔道。 設(shè)計(jì)專用集成塊時(shí)，要注意其高度應(yīng)比裝在其上的液壓元件的最大橫向尺寸大2mm，以避免上下集成塊上的液壓元件相碰，影響集成塊堅(jiān)固。 4）集成塊上液壓元件布置程序。電磁換向閥布置在集成塊的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免電磁換向閥的固定螺孔與閥口通道、集成塊固定螺釘想通。液壓元件泄油孔可考慮與回油孔合并。水平位置孔道可分三層進(jìn)行布置。根據(jù)水平孔道布置的需要，液壓元件可以上下左右移動(dòng)一段距離，具體可參見圖。溢流閥的先導(dǎo)閥部分可伸出集成塊外，有的元件如意向閥，可橫向布置。 （2）底板和頂蓋的設(shè)計(jì) 圖6-3 底板 圖6-4 頂蓋 設(shè)計(jì)總結(jié) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我更系統(tǒng)地掌握了液壓傳動(dòng)的有關(guān)理論和知識(shí)，使我懂得了怎樣將學(xué)過(guò)的理論知識(shí)用于實(shí)際并去解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉了刻苦學(xué)習(xí)、認(rèn)真工作、獨(dú)立思考的能力和協(xié)調(diào)合作的精神。 在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，增長(zhǎng)了知識(shí)、學(xué)到了新東西，但也看到了自己的不足。我認(rèn)為發(fā)現(xiàn)自己不足之處是可貴的，發(fā)現(xiàn)自己的不足并從中學(xué)到更多知識(shí)，真正掌握本領(lǐng)，為以后的工作和繼續(xù)深造打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。從課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中也意識(shí)到基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，各個(gè)學(xué)科是緊密聯(lián)系的，這次課程設(shè)計(jì)也用到了比較多的機(jī)械設(shè)計(jì)和CAD制圖知識(shí)，讓我知道要學(xué)好一個(gè)學(xué)科必須學(xué)好其它相關(guān)的學(xué)科。 參考文獻(xiàn) [1] 李笑，吳冉泉.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2006年03月。 [2] 楊培元，朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003年。 [3] 雷天覺(jué)等. 液壓工程手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990年。 [4] 王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社，1995年9月。 [5] 馮開平，左宗義.畫法幾何與機(jī)械制圖[M].華南理工大學(xué)出版社，2001年7月。