臥式鉆床動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書

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目錄 1. 負(fù)載分析 ...............................................................................................................................................................2 2. 繪制液壓工況（負(fù)載速度）圖 ...........................................................................................................................3 3. 初步確定液壓缸的參數(shù) .......................................................................................................................................3 3.1. 初選液壓缸的工作壓力： .........................................................................................................................3 3.2. 計算液壓缸尺寸： .....................................................................................................................................4 3.3. 計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量及功率： .....................................................................4 3.4. 繪制液壓缸工況圖 .....................................................................................................................................5 4. 擬定液壓系 ...........................................................................................................................................................5 4.1. 選擇液壓回路 .............................................................................................................................................5 4.2. 液壓系統(tǒng)的組合 .........................................................................................................................................5 5. 液壓元件的計算和選擇 .......................................................................................................................................7 5.1. 確定液壓泵的容量及驅(qū)動電機的功率： .................................................................................................7 5.2. 液壓泵的流量 .............................................................................................................................................7 5.3. 選擇電動機 .................................................................................................................................................7 5.4. 元件選擇 .....................................................................................................................................................8 5.5. 確定管道尺寸 .............................................................................................................................................8 5.6. 確定油箱容積： .........................................................................................................................................8 6. 管路系統(tǒng)壓力損失驗算 .......................................................................................................................................9 6.1. 判斷油流狀態(tài) .............................................................................................................................................9 6.2. 沿程壓力損失 .............................................................................................................................................9 6.3. 局部壓力損失 ...........................................................................................................................................10 7. 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算 .............................................................................................................................11 7.1. 液壓泵的輸入功率 ...................................................................................................................................11 7.2. 有效功率 ...................................................................................................................................................11 7.3. 系統(tǒng)發(fā)熱功率 ...........................................................................................................................................11 7.4. 散熱面積 ...................................................................................................................................................11 7.5. 油液溫升 ...................................................................................................................................................11 8. 參考文獻(xiàn)： .........................................................................................................................................................12 . . 1. 負(fù)載分析 1.切削力： Ft=16000N 2.導(dǎo)軌摩擦阻力 靜摩擦力： fsF = WS=0.2 ?20000 = 4000N 動摩擦力： = =0.1 20000 = 2000Nfd 3.慣性阻力 （1）動力滑臺快進(jìn)慣性阻力 ,動力滑臺啟動加速、反向啟動加速和快退減速制動的加mF 速度相等， sv/15.0??， st20.??NtgwFm153.8.9? （2）動力滑臺快進(jìn)慣性阻力 mF ,動力滑臺由于轉(zhuǎn)換到制動是減速，取 smv/1074????，st0.?? NtvgwFm 14.720.8.920 ????? 液壓缸各動作階段負(fù)載列表如下： 工況 計算公式 液壓缸負(fù)載F（N） 液壓缸推力 （ ）mF?? 啟動 F= WfS 5000 5556 加速 F = + dm6326 7029 快進(jìn) F= f 2500 2778 工進(jìn) F= +td18000 20000 制動 F = — Wfm2483 2759 快退 F= d 2500 2778 制動 F = — fm—1326 —1473 注：液壓缸機械效率： 。0.9?? . . 2. 繪制液壓工況（負(fù)載速度）圖 根據(jù)計算的液壓負(fù)載和各階段工作行程、速度，可繪制液壓缸的 F—T 與 V—t 圖 快進(jìn) = =1vL0.527s? 工進(jìn) = =tmax2in24.153s?? = =n2vax230.87?? 快退 = =t3L.45s 液壓缸負(fù)載圖和速度圖 3. 初步確定液壓缸的參數(shù) 3.1. 初選液壓缸的工作壓力： 組合機床液壓系統(tǒng)工作壓力，一般為（30~50） Pa,這里選 =44 Pa,為防止鉆?5101P?50 通孔時動力滑臺發(fā)生前沖，液壓缸回油腔應(yīng)有背壓，背壓 =2 Pa。初步定快進(jìn)快退25 . . 回油壓力損失 =5 Pa?2P?510 3.2. 計算液壓缸尺寸： 選定液壓缸前、后腔有效面積比為 2：1，則液壓缸無桿腔工作面積 1A = = 取 A1=501A??20PF?42508.106(4)m???240m?? 液壓內(nèi)徑 D= =?142.5??? 取標(biāo)準(zhǔn)值 D=8.0 m20? 活塞桿直徑 d=0.7D 5.6 m??21? 液壓缸尺寸取標(biāo)準(zhǔn)值之后的有效工作面積 無桿腔面積 = = x(8.0 ) =391A4?2D20??241? 有桿腔面積 = = (8.0 )2??d4?6.524106.50m??? 活塞桿面積 = - =13.43122m? 3.3. 計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量及功率： 表中 為液壓缸的驅(qū)動力。 0F 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量及功率見下表 工況 計算公式 （0F N） 2P （ Pa51 ） 1 （ Pa50 ） Q （ 31? /s）m P(N) 快 進(jìn) 啟動 加速 快進(jìn) = +1P30AF?2 Q= 1v P= Q 5556 7029 2778 0 5 5 41.4 57.4 25.7 0.2 0.514 510? 工進(jìn) = +1P0AF?2 . . Q= 1A2v P= QP 20000 6 57.2 0.12 0.686 510? 快 退 啟動 加速 快退 制動 = +2120AF 5556 7029 2778 -1473 0 5 21.7 27.4 15.8 -0.75 0.3 0.721 510? 3.4. 繪制液壓缸工況圖 液壓缸工況圖 4. 擬定液壓系統(tǒng) 4.1. 選擇液壓回路 （1）調(diào)速方式的選擇 鉆孔床工作時，要求低速運動平穩(wěn)性好；速度負(fù)載性好，從圖 a 中可看出液壓缸快進(jìn)和工 進(jìn)時功率都較小，負(fù)載變化也較小，因此采用調(diào)速閥的的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。為防止工 作負(fù)載突然消失（鉆通孔）引起前沖現(xiàn)象，在回油路上加背壓閥。 （2）快速回路和速度換接方式的選擇 我們選用差動液壓缸實現(xiàn)“快，慢，快”的回路。圖 b 進(jìn)口節(jié)流一次進(jìn)給回路。 （3）油源的選擇： 系統(tǒng)特點從圖 a 可看出快進(jìn)時低壓大流量時間短，工進(jìn)時高壓小流量時間長。所以采用 雙聯(lián)葉片泵或限壓式變量泵。 4.2. 液壓系統(tǒng)的組合 選擇基本回路后，按擬定液壓系統(tǒng)圖的幾個注意點，可以組成一個完整的系統(tǒng)圖。圖中 為了使液壓缸快進(jìn)時實現(xiàn)差動連接，工進(jìn)時主油路和回油路隔離，在系統(tǒng)中增設(shè)一個單 向閥 11 及液控順序閥 8，在液壓泵和電磁換向閥 3 的出口處，分別增設(shè)單向閥 9 和 12， . . 以免當(dāng)液壓系統(tǒng)較長時間不工作時，壓力油流回油箱，形成真空。為了過載保護(hù)或行程 終了利用壓力繼電器 13。 組合成液壓系統(tǒng)圖組合的液壓系統(tǒng)圖。如圖所示。 液壓系統(tǒng)圖 . . 5. 液壓元件的計算和選擇 5.1. 確定液壓泵的容量及驅(qū)動電機的功率： （1） 、計算液壓泵的工作壓力與流量： 進(jìn)油壓力損失為 57.2 Pa，系統(tǒng)采用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，選取進(jìn)油管壓力損失為 8?510 Pa，由于采用壓力繼電器，溢流閥的調(diào)整壓力一般應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大 5 Pa，50? 10? 所以泵的最高工作壓力為 551(57.28)106.2pPPa???? 這是小流量泵的最高工作壓力（穩(wěn)定） ，即溢流閥的調(diào)整工作壓力 液壓泵的公稱工作壓力 為n51.25.60.271np aPp??? 大流量泵只在快進(jìn)時向液壓缸輸出，液壓缸快退時的工作壓力比快進(jìn)時大，這時壓力油 不通過調(diào)速閥，進(jìn)油路較簡單，但流經(jīng)管道和閥的油流量較大，取進(jìn)油路壓力損失為 5 Pa，所以快退時，泵的最高工作壓力為510?552(1.8)02.81p Pa???? 這是大流量泵的最高工作壓力，也是調(diào)整控順序閥 7 和 8 的參考數(shù)據(jù)。 5.2. 液壓泵的流量 由圖可知，最大流量在快進(jìn)時，其值為 30.21/ms??3()max1.50/pQK??? 最小流量在工作時，其值為 0.12 ，為了保證工進(jìn)時系統(tǒng)壓力較穩(wěn)定，應(yīng)考慮溢3/s? 流閥有一定的最小流量，取最小溢流量為 0.077 ，所以小流量泵應(yīng)取 0.197?310/ms? ? 。310/ms? 根據(jù)以上計算數(shù)值，選用公稱流量為 0.2 ，0.15 ；公稱壓力為 803/s?3/s? 的雙聯(lián)葉片泵。5ap? 5.3. 選擇電動機 最大功率出現(xiàn)在快退階段 . . 53212()0.81(.201)9717pPQW????????? 最后選用功率為 的標(biāo)準(zhǔn)型號電機。3.W? 5.4. 元件選擇 根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過閥的實際流量，選擇各液壓元件和輔助元件的規(guī)格。 5.5. 確定管道尺寸 由于系統(tǒng)采用液壓缸的差動連接，油管內(nèi)通油量較大，實際流量 ，取允30.51/Qms??? 許流速 ，則主壓力油管 d 為5/vms?3340.511.3.0()Qd mv?????? 元整取 d=12cm，壁厚查表。 選用 的 10 號冷拔無縫鋼管。12? 其它進(jìn)油管、回油管和吸油管，按元件連接口尺寸，測壓管選用 紫鋼管。43? 5.6. 確定油箱容積： 33(5~7)1501nVQm?????? 所選液壓元件的說明 編 號 元件名稱 參數(shù)說明 型號 １ 葉片泵 Ｐ＝３０ 510?Pa ＰＶ２Ｒ１２ ２ 葉片泵 Ｐ＝３０ Pa ＰＶ２Ｒ１２ ３ 三位五通電磁閥 Ｑ＝２５ Lmin３５ＤＹＦ３Ｙ －Ｅ１０Ｂ ４ 調(diào)速閥 Ｑ＝２５ iA x Q F- E 1 0 B ５ 溢流閥 Ｑ＝２５ iＡＦ３— Ｅ１０Ｂ ６ 背壓閥 Ｑ＝２５ LminＡＦ３— Ｅ１０Ｂ ７ 液動順序閥 Ｑ＝２５ iＡＦ３— Ｅ１０Ｂ ８ 液動順序閥 Ｑ＝２５ LinＡＦ３— Ｅ１０Ｂ . . ９ 單向閥 Ｑ＝２５ LminＡＦ３— Ｅ１０Ｂ １ ０ 單向閥 Ｑ＝２５ iＡＦ３— Ｅ１０Ｂ １ １ 單向閥 Ｑ＝２５ LinＡＦ３— Ｅ１０Ｂ １ ２ 單向閥 Ｑ＝２５ miＡＦ３— Ｅ１０Ｂ １ ３ 壓力繼電器 Ｐ＝３０ 510?Pa ＰＦ－Ｂ８Ｃ １ ４ 壓力表開關(guān) Ｐ＝３０ 5Pa ＫＦ３－Ｅ３８ 1 濾油器 公稱流量２５ LminＷＵ－２５Ｘ１ ８０Ｊ 6. 管路系統(tǒng)壓力損失驗算 由于同類液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，所以一般不必驗算壓力損失值 詳細(xì) D=W=G 圖=紙：三 二 ③ 1 爸 爸 五 四 0 六 全 套 資 料 低 拾 10 快起 。 下面僅驗算工進(jìn)時管路壓力損失： 進(jìn)、回油管長均為 L＝1.5m，油管內(nèi)徑 d= 。通過流量 Q=0.12 /s，選用3120m???310?m 20 號機械油，考慮最低工作溫度為 15 ，v=1.5 /sc?2 . . 6.1. 判斷油流狀態(tài) = =85<2320eRdvQ273.1?30 流動狀態(tài)為層流 6.2. 沿程壓力損失 進(jìn)油路上 4.8/minL? 5 144801.5.80212vLQPPad????? 回油路上 （液壓缸 ）2./min1A544..v （如果采用沿程損失公式，結(jié)果是一樣的） 但由于是差動油缸，所以回油路的壓力損失只有一半折合到進(jìn)油腔。 551(0.42.1)0.21P??????? 6.3. 局部壓力損失 系統(tǒng)采用集成塊的液壓裝置，僅考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。下表為工進(jìn) 時油流通過各種閥的流量和壓力損失。 閥的流量和壓力損失 編 號 名稱 圖號 實際流量 Q /60 /s310??m 公稱流量 /60 /sn310??m 公稱壓力損失 PanP?510? 1 2 3 4 5 單向閥 三位五通電磁閥單 向行程調(diào)速閥液動 順序閥 液動順序閥 ９ ３ ４ ８ ６ 4.8 4.8 4.8 2.4 2.4 25 25 25 25 10 2 2 5 1.5 5 各閥局部壓力損失之和 . . 222554.8..4[()()0.51()0.6]18.4305vP Pa?????????? 取油流取油流通過集成塊時壓力損失 0.31Jp552(84.2)08.71Pa??????90 這個數(shù)值加上液壓缸的工作壓力和壓力繼電器要求系統(tǒng)調(diào)高的壓力（取其值為 5 Pa） ，10? 可作為溢流閥調(diào)整壓力的參考數(shù)據(jù)。 510p????? 式中 1——液壓缸工進(jìn)時克服外負(fù)載所需壓力 = = 01FA45210? 所以 p=(50+8.955+5) =63.955 pa5?5? 這個數(shù)值比估算的溢流閥調(diào)整壓力值 稍小。因此，主油路上元件和油管直徑均710Pa 可不變 7. 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算 由圖可知，該系統(tǒng)主要工作時間是工進(jìn)工況。主要考慮工進(jìn)時的發(fā)熱，所以按工進(jìn)工況 驗算系統(tǒng)溫升。 7.1. 液壓泵的輸入功率 工進(jìn)時小流量泵的壓力 ，流量 ，小流量泵功率為5160.2pPa??310.5/pQms???1 2.7pPQ? 工進(jìn)時大流量泵卸荷，順序閥的壓力損失 ，即大流量泵的工作壓力51.0pPa??? ，流量 ，大流量泵功率 2p為521.0pPa??320.15/Pms??? . . 2p= = PpQ?221.50307?? 雙聯(lián)泵總輸入功率 = + =1202+30=1232i12 7.2. 有效功率 工進(jìn)時，液壓缸的負(fù)載 F=18000N ，取工進(jìn)速度 v= 31.670/ms?? 輸出功率 =FV=18000 x0.00167=30.060p 7.3. 系統(tǒng)發(fā)熱功率 = + = hi0123.0612?? 7.4. 散熱面積 A=0.065 =1.44732v 7.5. 油液溫升 如果采用風(fēng)冷、取散熱系數(shù) 205/TCWm?13.2.47hTPA???? 設(shè)夏天室溫為 30 ，則油溫為 30+33.2=63.2 ，沒有超過最高允許油溫（50--70 C?）0 0C 8. 參考文獻(xiàn)： 1、機械設(shè)計手冊．下冊：液壓傳動和氣動，北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，1983， 《機械 設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組編 2、機械設(shè)計手冊：單行本．液壓傳動，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1 成大先主編 3、機械設(shè)計手冊．上冊：液壓傳動和氣動，北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，1983， 《機械 設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組編 4、液壓傳動，哈爾濱：黑龍江教育出版社，1995.10，武華，米伯林主編 5、液壓傳動輔導(dǎo)教材.北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1986，中央電大《液壓傳動輔導(dǎo) 教材》編寫小組編 6、機床液壓傳動.哈爾濱工程大學(xué)出版社，1998.2，武華，米伯林主編 . . 參考文獻(xiàn)： 1、機械設(shè)計手冊．下冊：液壓傳動和氣動，北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，1983， 《機械 設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組編 2、 《液壓傳動與控制手冊》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 陳啟松 主編 3、 《液壓傳動與控制》 天津大學(xué)出版社， 曹玉平 主編 4、 《 機械設(shè)計手冊單行本-液壓傳動與控制》 《機械設(shè)計手冊》編委 5、 《液氣壓傳動與控制》 冶金工業(yè)出版社 ， 張平格 主編 6、 《機床液壓傳動》.哈爾濱工程大學(xué)出版社，1998.2，武華，米伯林主編 7、 《液壓傳動課程設(shè)計指導(dǎo)書》 合肥工業(yè)大學(xué)液壓教研室 8、 《液壓系統(tǒng)設(shè)計圖集》機械工業(yè)出版社， 周士昌主編 . .