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鎮(zhèn) 江 高 專
ZHENJIANG COLLEGE
畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文)
臥式鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計
Horizontal drilling combination machine tools hydraulic system desig
系 名： 機械工程系
專業(yè)班級： 機電W017
學(xué)生姓名： 步文愷
學(xué) 號： 070108124
指導(dǎo)教師姓名： 戴月紅
指導(dǎo)教師職稱： 講 師
二○一二年 六月
目 錄
引 言 4
第一章 概述 6
1.1 組合機床的定義、用途、特點 6
1.2 組合機床的類型 6
1.3 組合機床的通用部件 7
第二章 負(fù)載——工況分析 9
2.1 動力參數(shù)分析 9
2.1 繪制工況圖及動作循環(huán)圖 10
第三章 計算液壓缸尺寸和所需流量 13
3.1 工作壓力的確定 13
3.2 計算液壓缸尺寸 13
3.3 進(jìn)給液壓缸所需流量 14
3.4 夾緊的有效面積、工作壓力和流量的確定 14
第四章 確定液壓系統(tǒng)方案 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 16
4.1 確定液壓系統(tǒng)方案 16
4.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 16
第五章 選擇液壓元件 確定輔助裝置 18
5.1 選擇液壓泵 18
5.2 選擇閥類元件 19
5.3 確定油管尺寸 19
5.4 確定油箱容量 20
第六章 液壓系統(tǒng)驗算 21
6.1 計算壓力損失和壓力閥的調(diào)整值 21
6.2 計算液壓泵需要的電動機功率 21
結(jié) 論 22
致 謝 23
參考文獻(xiàn)： 24
臥式鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計
專業(yè)班級：機電W071 學(xué)生姓名：步文愷
指導(dǎo)教師：戴月紅 職稱：講師
摘要 用液體作為工作介質(zhì)來實現(xiàn)能量傳遞的傳動方式稱為液壓傳動。液壓系統(tǒng)是以電機提供動力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出不同行程、不同方向的動作。完成各種設(shè)備不同的動作需要。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，而且愈先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就愈多。所以像我們這樣的大學(xué)生學(xué)習(xí)和親手設(shè)計一個簡單的液壓系統(tǒng)是非常有意義的。
關(guān)鍵詞：液壓傳動、穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng)
Horizontal drilling combination machine tools hydraulic system desig
Abstract Hydraulic system is powered motor basis, the use of hydraulic pump will translate into pressure on the mechanical energy, promote the hydraulic oil. Through various control valves to change the flow of hydraulic oil, thus promoting the hydraulic cylinders made of different itinerary, the movements in different directions. All kinds of different equipment to complete the actions required. Hydraulic system has been in various industrial sectors and agriculture, forestry, animal husbandry and fisheries, and many other departments are more widely used, and more advanced equipment, its application on the part of the hydraulic system more. So students like us to study and personally designed a simple hydraulic system is very meaningful.
Key words hydraulic transmission, control system, hydraulic system
引 言
我們課題所研究的是臥式鉆孔組合機床的液壓傳動設(shè)計，借用CAD輔助設(shè)計，綜合運用液壓傳動課程以及各種先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計方法，再設(shè)計實踐中學(xué)習(xí)掌握通用液壓元件，充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造能力，有效提高設(shè)計質(zhì)量、降低制造費用縮短研發(fā)周期并促進(jìn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化等具有重大意義。
設(shè)計目的、要求及題目
1．設(shè)計的目的
液壓傳動畢業(yè)設(shè)計是本課程的一個綜合實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的：
1.1 鞏固和深化已學(xué)知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合分析問題、解決問題能力；
1.2 正確合理地確定執(zhí)行機構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)；
1.3 熟悉并會運用有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對學(xué)生在計算、制圖、運用設(shè)計資料以及經(jīng)驗估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。
2. 設(shè)計的要求
2.1 設(shè)計時必須從實際出發(fā)，綜合考慮實用性、經(jīng)濟性、先進(jìn)性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強調(diào)先進(jìn)性。并非是越先進(jìn)越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應(yīng)不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨考慮簡單、經(jīng)濟；
2.2 獨立完成設(shè)計。設(shè)計時可以收集、參考同類機械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡單地抄襲；
2.3在畢業(yè)設(shè)計的過程中，要隨時復(fù)習(xí)液壓元件的工作原理、基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考。不能直接向老師索取答案。
2.4 液壓傳動畢業(yè)設(shè)計的題目均為中等復(fù)雜程度液壓設(shè)備的液壓傳動裝置設(shè)計。具體題目由指導(dǎo)老師分配，題目附后；
2.5 液壓傳動畢業(yè)設(shè)計要求完成以下工作：
⑴設(shè)計計算說明書一份；
⑵液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（2號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）、液壓缸裝配圖（2號圖紙）、液壓缸零件圖。
3. 設(shè)計題目
系統(tǒng)一套液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)要求：工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過6000N。機床進(jìn)給系統(tǒng)完成快進(jìn)-工進(jìn)-快退-停止的工作循環(huán)?？爝M(jìn)、快退速度為6m/min，工進(jìn)速度為30~120mm/min；快進(jìn)行程為200mm，最大工進(jìn)行程為50mm；最大切削力25000N，運動部件總重量為15000N，加減速實踐均為0.1s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。
第一章 概述
1.1 組合機床的定義、用途、特點
定義：
以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行加工的高效、自動化的專用機床。
用途：
組合機床廣泛用于大批量生產(chǎn)的行業(yè)，主要用于加工箱體類零件。
特點：
組合機床與一般的專用機床一樣，是針對特定工序加工要求而設(shè)計的。因此，組合機床具有專用、高效、自動化和易于保證加工精度等優(yōu)點。
與一般專用機床比較，組合機床具有以下特點：
1.組合機床只需選用通用零部件和設(shè)計制造少量專用零部件，所以時間與制造周期短、經(jīng)濟效果好；
2.組合機床的通用部件是經(jīng)過長期實踐考驗的，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便；
3.通用部件可以成批制造，成本較低
4.當(dāng)被加工的零件變換時，組合機床的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)使用，不必重新設(shè)計和制造；
5.組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要。
1.2 組合機床的類型
根據(jù)通用部件規(guī)格大小及結(jié)構(gòu)配置形式可分為大型組合機床和小型組合機床，大型組合機床具體分為以下三種：
(1) 具有固定夾具的單工位組合機床
(2) 具有移動夾具的多工位組合機床
工作特點：這類機床有二個或二個以上加工工位，夾具在工作臺上按預(yù)定的工作循環(huán)使工件順次從一個工位輸送到另一個工位，即換位，以便在各工位上完成同一加工部位多工步加工和不同部位加工，從而完成一個或數(shù)個表面的較復(fù)雜的加工工序。
應(yīng)用場合：這類機床工序較集中，生產(chǎn)率較單工位組合機床高。但由于有轉(zhuǎn)位或移位的定位誤差，所以加工精度較低，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，多用于大批大量生產(chǎn)中對較復(fù)雜的中小型零件加工。
(3) 轉(zhuǎn)塔式組合機床
1.3 組合機床的通用部件
組合機床通用部件是具有特定功能，按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化原則設(shè)計和制造的組合機床基礎(chǔ)部件。在各種通用部件之間有配套關(guān)系，在組成各種組合機床時，可以互相通用。
1.動力部件
功用：傳遞動力并實現(xiàn)主運動或進(jìn)給運動，它是通用部件的最基本部件。
2.支承部件
功用：用來安裝動力部件、輸送部件等部件。
3.輸送部件
功用：多工位組合機床的通用部件，用來安裝工件并完成工位間的工件輸送。
4.控制部件
功用：控制組合機床按規(guī)定程序進(jìn)行工作循環(huán)。
第二章 負(fù)載——工況分析
2.1 動力參數(shù)分析
計算各階段的負(fù)載：
啟動和加速階段的負(fù)載
從靜止到快速的啟動時間很短，所以以加速過程進(jìn)行運算計算，但摩擦阻力仍按靜止摩擦阻力考慮。
=++
式中—靜摩擦阻力，計算時，其摩擦系數(shù)可取0.16~0.2：
—慣性阻力，牛頓第二定律求出：
=ma==≈637.10N
—密封產(chǎn)生的阻力。按經(jīng)驗可取=0.1，所以
=++=0.2×15000+637.10+0.1
=
快速階段負(fù)載
=+
式中—動摩擦阻力，取其摩擦系數(shù)為0.1；
—密封阻力，取=0.1，所以
=+=0.1×15000+0.1
=≈1666.67N
第一次工進(jìn)階段的負(fù)載
=++
式中 —動摩擦阻力，取其摩擦系數(shù)為0.1；
—切削力；
—密封阻力，取其=0.1，所以
=++=0.1×15000+25000+0.1
故 =
2.1 繪制工況圖及動作循環(huán)圖
動作循環(huán)圖
速度循環(huán)圖
負(fù)載循環(huán)圖
第三章 計算液壓缸尺寸和所需流量
3.1 工作壓力的確定
工作壓力可根據(jù)負(fù)載來確定?，F(xiàn)按相關(guān)要求，取工作壓力P=3M
3.2 計算液壓缸尺寸
（1）液壓缸的有效面積如下圖所示
=≈9814.81mm≈9815mm
液壓缸的內(nèi)經(jīng)為：
D==
根據(jù)相關(guān)要求，取標(biāo)準(zhǔn)值D=110
(2)活塞桿直徑
要求快進(jìn)與快退的速度相等，所以用差動連接的方式。所以取d=0.7D=0.7×110=77mm
(3)缸徑、桿徑取標(biāo)準(zhǔn)值后的有效面積
無桿腔的有效面積為：
===9498.5mm
活塞桿的面積為：
==≈4654mm
有桿腔的有效工作面積為：
A=A-A=9498.5-4654=4844.5mm
3.3 進(jìn)給液壓缸所需流量
快進(jìn)流量為
= A=4654×10×6≈28m/min=28L/min
快退流量=A=4844.5×10×6≈29m/min=29L/min
工進(jìn)的流量為
=A=9498.5×10×0.03≈3m/min=3L/min
3.4 夾緊的有效面積、工作壓力和流量的確定
（1）確定夾緊缸的工作壓力
根據(jù)最大夾緊力，參考第4章內(nèi)容，取工作壓力=1.8MPa。
（2）計算夾緊缸有效面積、缸徑、桿徑
夾緊缸有效面積為
==3333.33m=3333mm
夾緊缸直徑為
==
取標(biāo)準(zhǔn)值為=70mm，則夾緊缸有效面積為
===3846.5mm
活塞桿直徑為
=0.5Dj=35mm
夾緊缸在最小夾緊力時的工作壓力為
Pjmax==Pa1.6MPa
第四章 確定液壓系統(tǒng)方案 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
4.1 確定液壓系統(tǒng)方案
(1) 確定執(zhí)行元件的類型
因系統(tǒng)動作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工進(jìn)，反向快退，且快進(jìn)、快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時差動連接，無桿腔有效面積A等于有桿腔有效面積A的兩倍。
(2)確定液壓泵類型及調(diào)速方式
參考同類組合機床，選用雙聯(lián)葉片泵雙泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速的開式回路，溢流閥作定壓閥。為防止鉆孔通時滑臺突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥。
(3)快速運動賄賂和速度換接回路
根據(jù)本題的運動方式和要求，采用差動連接和雙泵供油兩種快速運動回路來實現(xiàn)快速運動。即快進(jìn)時，由大、小泵同時供油，液壓缸實現(xiàn)差動連接。
本題采用二位二電磁閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺的行程開關(guān)控制，管路較簡單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液控順序與單向閥切斷差動油路。因此，速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。
(4)換向回路的選擇
本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁閥換向閥的換向回路。為便于實現(xiàn)差動連接，選用了三位五通換向閥。為提高換向的位置精度，采用死擋鐵和壓力繼電器的行程終點返程控制。
4.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作不要的修改補充，即組成如下圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無桿腔進(jìn)口處設(shè)置測壓點，并設(shè)置多點壓力表開關(guān)。這樣只需一個壓力表即等觀察各點壓力。
液壓系統(tǒng)原理圖如下圖所示：
液壓系統(tǒng)原理圖
第五章 選擇液壓元件 確定輔助裝置
5.1 選擇液壓泵
5.1.1 泵的工作壓力的確定
泵的工作壓力可按缸的工作壓力加上管路和元件的壓力損失來確定，所以要等到求出系統(tǒng)壓力損失后，才能最后確定。采用調(diào)速閥調(diào)速，初算時可取?？紤]背壓，現(xiàn)取。
泵的工作壓力初定為：
=+=3+1=4MPa
式中 —液壓缸的工作壓力；
—系統(tǒng)壓力損失。
5.1.2 泵的流量的確定
(1) 快進(jìn)快退時泵的流量
由于液壓缸采用差動連接方式，而有桿腔有效面積大于活塞桿面積，所以在速相同情況下，快退所需流量大于快進(jìn)的流量，所以按快退考慮。
快退時缸所需的流量=29L/min，所以快退時泵應(yīng)供油量為：
==1.1×29=31.9L/min
式中，為系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取=1.1~1.3，此處取1.1
(2) 工進(jìn)時泵的流量
工進(jìn)時缸所需的流量=3L/min，故工進(jìn)時泵應(yīng)供流量為
==1.1×3=3.3L/min
考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點，需加上溢流閥的最小溢流量（一般取3L/min），所以
=3.3+3=6.3L/min
根據(jù)組合機床的具體情況，從產(chǎn)品樣本中選用YB-4/25型雙聯(lián)葉片泵。此泵在快速進(jìn)退時（低壓狀態(tài)下雙泵供油）提供的流量為
=4+25=29 L/min
在工進(jìn)時（高壓狀態(tài)下小流量的泵供油）提供的流量為
=4 L/min
故所選泵符合系統(tǒng)需要。
（3）驗算快進(jìn)、快退的實際速度
當(dāng)泵的流量規(guī)格確定后，應(yīng)驗算快進(jìn)、快退的實際速度，與設(shè)計要求相差太大則要重新計算。
==
==
5.2 選擇閥類元件
各類閥可按通過該閥的最大流量和實際工作壓力選取。閥的調(diào)整壓力值必須在確定了管路的壓力損失和閥的壓力損失后才能確定，閥的具體選取可參考各種產(chǎn)品樣本手冊。限于篇幅，此處略。
5.3 確定油管尺寸
（1）油管內(nèi)徑的確定
可按下式計算：
d=
泵的最大流量為14 L/min，但在系統(tǒng)快進(jìn)時，部分油管的流量可達(dá)29L/min，故29 L/min
計算。取v為4m/s,則
d=
（2）按標(biāo)準(zhǔn)選取油管
可按標(biāo)準(zhǔn)選取內(nèi)徑d=15mm,壁厚為1.5mm的無縫鋼管。
5.4 確定油箱容量
本設(shè)計為中壓系統(tǒng)，油箱有效容量可按泵每分鐘內(nèi)稱流量的5~7倍來確定。油箱有效容量為：
V=5×=5×29=145L
第六章 液壓系統(tǒng)驗算
6.1 計算壓力損失和壓力閥的調(diào)整值
按第2章中有關(guān)計算公式計算壓力損失。此處略。
按壓力損失和工作需要可確定各壓力閥的調(diào)整值。此處略。
6.2 計算液壓泵需要的電動機功率
1.工進(jìn)時所需的功率
工進(jìn)時泵1的調(diào)整壓力為4.3MPa,流量為4/min，泵2卸荷時，其卸荷壓力可視為零。對于葉片泵，取其效率=0.75,所以工進(jìn)時所需電動機功率為
P=
2.快進(jìn)、快退時所需的功率
由于快進(jìn)、快退時流量相同，而快進(jìn)時的工作壓力大于快退時的工作壓力，故功率可按快進(jìn)時計算。系統(tǒng)的壓力為3MPa（液控順序閥的調(diào)整壓力），流量為14L/min，其功率為
P=
3.確定電動機功率
由于快速運動所需電動機功率大于工作進(jìn)給所需電動機功率，故可按快速運動所需的功率來選取電動機。現(xiàn)按標(biāo)準(zhǔn)選用電動機功率為1.1kW，具體型號可參考相關(guān)手冊。
結(jié) 論
經(jīng)過五個月的畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了，在本次畢業(yè)設(shè)計從最原始的條件推出零件圖，經(jīng)過確定液壓系統(tǒng)工況分析確定液壓缸的尺寸，然后進(jìn)行尺寸校核，最終確定尺寸。這次畢業(yè)設(shè)計讓我把以前遺忘的知識又重新拾了起來，CAD的畫圖水平有所提高，Word輸入、排版的技巧也有所掌握，還提高了我的動手能力，查看資料能力，對液壓循環(huán)圖流程，液壓泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了更深的了解，可以說收獲很多。完美總是可望而不可求的，不在同一個地方跌倒兩次才是最重要的。抱著這個心里我一步步走了過來，最終完成了我的任務(wù)。
設(shè)計是一個系統(tǒng)性的工程，越做到后面，越發(fā)現(xiàn)自己知識的局限性，在今后的生活中，還得更加努力的學(xué)習(xí)。
致 謝
本人的畢業(yè)設(shè)計論文一直是在導(dǎo)師悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的。導(dǎo)師治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，為人和藹可親。并且在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，導(dǎo)師為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵，不斷對我得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提出新的問題，使得我的畢業(yè)設(shè)計課題能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。
導(dǎo)師在液壓方面具有豐富的實踐經(jīng)驗，對我的實驗工作給予了很多的指導(dǎo)和幫助，使我能夠?qū)⒗碚撝械慕Y(jié)果與實際相結(jié)合。另外，她對待問題的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)也給我留下了深刻的印象。在此表示深深的謝意。
戴月紅老師在液壓方面經(jīng)驗非常豐富。盡管我是第一次做液壓設(shè)計，難免遇到許多比較低級的問題，戴月紅老師卻都極其耐心地予以解答，在此表示深深的謝意。
此外，我還要感謝許多學(xué)長和同學(xué)在整個過程中對我的幫助和配合。
參考文獻(xiàn)：
[1] 《液壓傳動》 丁樹模主編 機械工業(yè)出版社
[2] 《液壓與氣壓傳動》 左健友主編 機械工業(yè)出版社
[3] 《液壓與氣動技術(shù)》 張宏友主編 大連理工大學(xué)出版社
[4] 《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》 楊培元、朱福元主編 機械工業(yè)出版社
[5] 《液壓傳動設(shè)計指南》 張利平主編 化學(xué)工業(yè)出版社
[6] 《液壓與氣壓傳動》 游有鵬主編 科學(xué)出版社
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