液壓課程設(shè)計(jì) 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、機(jī)械工程學(xué)院 液壓與氣動(dòng)技術(shù) 課程設(shè)計(jì) 題 目：臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造與 自動(dòng)化 班 級(jí)： 1301班 姓 名： 王鵬飛 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 指導(dǎo)教師： 藺國(guó)民 《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一、主要任務(wù)與目標(biāo) 任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng) 目標(biāo)：設(shè)計(jì)要求滑臺(tái)實(shí)現(xiàn) 快進(jìn)一工進(jìn)一快退一停止”工作循環(huán)。已知：機(jī)床 有主軸11個(gè)，其中7個(gè)用于鉆小的孔，4個(gè)用于鉆小的孔。刀具材料為高速鋼， 工件材料為鑄鐵，硬度為240HBW,機(jī)床工作部件總質(zhì)量為 m=1000Kg；快進(jìn)速 度vi、快退速度V2均為S,快進(jìn)行程長(zhǎng)度Li=1

2、00mm,工進(jìn)行程長(zhǎng)度為l_2=50mm, 往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間不大于，動(dòng)力滑臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù) fs=,動(dòng) 摩擦系數(shù)fd=;液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件為液壓缸。 、主要內(nèi)容 (1)熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)，明確設(shè)計(jì)及目標(biāo)。 (2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已學(xué)過(guò)的設(shè)計(jì)流程，擬定系統(tǒng)工作原理圖 (3)計(jì)算各元件的參數(shù)并驗(yàn)算。 (4)元件選型。 (5)編制文件，繪制速度、負(fù)載圖譜。 三、工作量要求 完成規(guī)定的任務(wù)，總字?jǐn)?shù)3000?4000字 四、時(shí)間要求 本課程設(shè)計(jì)于前完成 1負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析…… 2 負(fù)載圖和速度圖的繪制 1 3確定液壓缸的主要參數(shù) 2 初選液壓缸工作壓力 2

3、 計(jì)算液壓缸主要尺寸 2 各階段壓力、流量、功率的計(jì)算 3 4液壓系統(tǒng)圖的擬定 4 液壓回路的選擇 4 液壓回路的綜合 6 5液壓元件的選擇 8 液壓泵的選擇 8 閥類元件及輔助元件的選擇 9 油管的選擇 9 油箱的計(jì)算 10 6液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 10 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 10 快進(jìn) 10 工進(jìn) 11 快退 11 油液溫升驗(yàn)算 11 7油箱設(shè)計(jì) 12 壁厚、箱頂及箱頂元件的設(shè)計(jì) 12 箱壁、清洗孔、吊耳、液位計(jì)設(shè)計(jì) 13 箱底、放油塞及支架設(shè)計(jì) 13 油箱內(nèi)隔板及除氣網(wǎng)設(shè)置

4、 13 1.負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效 率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：夾 緊力，導(dǎo)軌摩擦力，慣性力。 在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析時(shí)，本設(shè)計(jì)實(shí)例只考慮組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)所受到的工作負(fù) 載、慣性負(fù)載和機(jī)械摩擦阻力負(fù)載，其他負(fù)載可忽略。 1 .切削負(fù)載Fw 工作負(fù)載是在工作過(guò)程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床 液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載。 切削負(fù)載（確定切削負(fù)載應(yīng)具備機(jī)械切削加工方面的知識(shí) ）用高速鋼鉆頭（單個(gè)）鉆鑄鐵 孔時(shí)的軸向切

5、削力 Ft（單位為N）為 Ft 25.5Ds08（HBW）0.6 （8—1） 式中：D 鉆頭直徑，單位為 mm； s 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位為 mm/r; HBW——鑄件硬度，HBW=240。 根據(jù)組合機(jī)床加工特點(diǎn)，鉆孔時(shí)主軸轉(zhuǎn)速 n和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s按 組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)”取： 對(duì)（））的孔：ni=360r/min, s=/r; 對(duì)（））的孔：n2=550r/min, S2=/r; 所以，系統(tǒng)總的切削負(fù)載 Ft為： R/ Ft=Fg=17907N 2 .慣性負(fù)載 往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速，減速時(shí)間不希望超過(guò) ，所以取 t為 Fm=mAv/At=N=583N 3 .阻力負(fù)載 機(jī)床工作部件

6、對(duì)動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌的法向力為： Fn=mg=9810N 靜摩擦阻力： Ftf=fsFn==1962N 動(dòng)摩擦阻力： Ffd=fdFn==981N 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率 w =,根據(jù) 上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸在各個(gè)工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況 由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表 8 1所列。 表8-1液壓缸在各工作階段的負(fù)載 R 工況 負(fù)載組成 負(fù)載值F 工況 負(fù)載組成 負(fù)載值F 啟動(dòng) F Fnfs 1962 工進(jìn) F Fn fd +Fg 18888 加速 F Fn fd +m^v/A

7、t 1564 快退 F Ffd 981 快進(jìn) F Fnfd 981 在負(fù)載分析中，沒(méi)有考慮動(dòng)力滑臺(tái)上傾翻力矩的作用 按表8-1數(shù)值繪制的動(dòng)力滑臺(tái)負(fù)載圖如圖 8-1（a）所示。 2負(fù)載圖和速度圖的繪制 1564 1962 網(wǎng) 根據(jù)工作循環(huán)（總行程L1+L2=150mm工進(jìn)速度V2=nisi=n2s2=53mm/min,繪制動(dòng)力滑臺(tái)速度圖 負(fù)載圖（如圖所示）。 50 10Q 15。 Lmm Xbss 負(fù)載圖 3確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 確定液壓缸工作壓力 由表2和表3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為 32000N時(shí)宜取4MPa。 表2按負(fù)載選

8、擇工作壓力 版/ KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力/MPa < ~1 ~2 ~3 3~4 4~5 >5 表3各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī) 液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合 機(jī)床 龍門(mén) 刨床 拉床 工作壓力/Mpa ~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 計(jì)算液壓缸主要尺寸 由于工作進(jìn)給速度與快速運(yùn)動(dòng)速度差別較大，且快進(jìn)、快退速度要求相等，從降低總 流量需求考慮，應(yīng)確定采

9、用單桿雙作用液壓缸的差動(dòng)連接方式。通常利用差動(dòng)液壓缸活塞 桿較粗、可以在活塞桿中設(shè)置通油孔的有利條件，最好采用活塞桿固定，而液壓缸缸體隨 滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的常用典型安裝形式。 這種情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無(wú)桿腔工作面積 A1是有桿 腔工作面積 A2兩倍的形式，即活塞桿直徑 d與缸筒直徑D呈d =的關(guān)系。 工進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象， 因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓 （通過(guò)設(shè)置背壓閥的方式），選取此背壓值為 P2=。 快進(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接（即有桿腔與無(wú)桿腔均與液壓泵的來(lái)油連接） ，但連接管 路中不可避免地存在著壓降 p,且有桿腔的壓力必須

10、大于無(wú)桿腔，估算時(shí)取 p ?？焱?時(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取被壓值 p2=o 工進(jìn)時(shí)液壓缸的推力計(jì)算公式為 F / m AP1 AP2 AP1 (A/2)P2 式中：F——負(fù)載力 m 液壓缸機(jī)械效率 A1——液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積 A2——液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1——液壓缸無(wú)桿腔壓力 P2 液壓有無(wú)桿腔壓力 因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積可計(jì)算為 18888 A2= m( p1 A1=A A p2)0.96 (4 2 0.6) 2A2 53. 18 10 4m2 ―o = x i0m2 106 4A 0. 082m 由于有

11、前述差動(dòng)液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系, d=,因此活塞桿直徑為 d=x = 根據(jù)GB/T2348—2001對(duì)液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，圓整后取液 壓缸缸筒直徑為 D=90mm ,活塞桿直徑為 d=63mm。 此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： Ai D2 63.61 10 4 A2 _ 2 2 (D3 32.44 4 4 2 10 m 各階段壓力、流量、功率的計(jì)算 根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計(jì)算結(jié)果， 進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、 流 量和功率值，如表 4所示。 表8-2液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值

12、工況 Fl/N 回油腔 壓力 P2/MPa 進(jìn)油腔 壓力 P1/MPa 輸入理 論流量 q /（L/s） 輸入功 率 P/kW 計(jì)算式 快進(jìn) 啟動(dòng) 1962 0 - - P1 Fl/ m A2 p / Ai A （差 加速 1564 P1 P - - q A A2 vl 動(dòng)） 恒速 981 P p〔q 工進(jìn) 18888 P1 Fl/ m p2A2 / A q A1V2 p p〔q 快 退 啟動(dòng) 1962 0 - - P1 Fl/ m P2A1 /A2 q A2V3

13、p P1q 加速 1564 - - 恒速 981 并據(jù)表4可繪制出液壓缸的工況圖，如圖 2所示。 0.248 0.93 。。937 0.3 3 0.00961——： 0,056 00319 0.176 圖2組合機(jī)床液壓缸工況圖 4液壓系統(tǒng)圖的擬定 根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析， 所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有 一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題。 速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣， 該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可 能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠

14、。 液壓回路的選擇 選用執(zhí)行元件 因系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)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(shí)差動(dòng)連接，無(wú)桿腔面積 Ai等于有桿腔面積A2的兩倍。 速度控制回路的選擇 工況圖表明，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要的功率較小，系 統(tǒng)的效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路即可。雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低， 但適合于小功率場(chǎng)合，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性 和速度-負(fù)載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、 限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。 鉆鏈加工屬于

15、連續(xù)切削加工，加工過(guò)程中切削力變化不大，因此鉆削過(guò)程中負(fù)載變化 不大，采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路即可。但由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時(shí)的瞬間， 存在負(fù)載突變的可能，因此考慮在工作進(jìn)給過(guò)程中采用具有壓差補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)口調(diào)速閥的調(diào)速方 式，且在回油路上設(shè)置背壓閥。 由于選定了節(jié)流調(diào)速方案， 所以油路采用開(kāi)式循環(huán)回路， 以提高散熱效率，防止油液溫 升過(guò)高。 從工況圖中可以清楚地看到， 在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)， 液壓要求油源交替地提供 低壓大流量和高壓小流量的油液。而快進(jìn)快退所需的時(shí)間 t1和工進(jìn)所需的時(shí)間t2 有t2=20因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，如果選用單個(gè)定量泵作為整個(gè)系

16、 t1 統(tǒng)的油源，液壓系統(tǒng)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于大流量溢流狀態(tài)， 從而造成能量的大量損失，這樣的設(shè)計(jì) 顯然是不合理的。 如果采用一個(gè)大流量定量泵和一個(gè)小流量定量泵雙泵串聯(lián)的供油方式， 由雙聯(lián)泵組成的 油源在工進(jìn)和快進(jìn)過(guò)程中所輸出的流量是不同的， 此時(shí)液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需 要消耗的功率估大，除采用雙聯(lián)泵作為油源外，也可選用限壓式變量泵作油源。 但限壓式變 量泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，最后確定選用雙聯(lián)液 壓泵供油方案，有利于降低能耗和生產(chǎn)成本，如圖 3所示。 圖3雙泵供油油源 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 根據(jù)本設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接

17、與雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速 運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。 本設(shè)計(jì)采用二位二通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(tái)的行程開(kāi)關(guān)控制，管路較簡(jiǎn)單，行程大小 也容易調(diào)整，另外采用液控順序閥與單向閥來(lái)切斷差動(dòng)油路。因此速度換接回路為行程與 壓力聯(lián)合控制形式。 速度換接回路的選擇 所設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓系統(tǒng)對(duì)換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用 價(jià)格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用三位五通電磁換向 閥。為了調(diào)整方便和便于增設(shè)液壓夾緊支路，應(yīng)考慮選用 Y型中位機(jī)能。

18、 由前述計(jì)算可知，當(dāng)工作臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，進(jìn)入液壓缸的流量由 L/S降L/S,可 選二位二通行程換向閥來(lái)進(jìn)行速度換接， 以減少速度換接過(guò)程中的液壓沖擊 ，如圖4所示。 由于工作壓力較低，控制閥均用普通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，在回路上并聯(lián) 了一個(gè)單向閥以實(shí)現(xiàn)速度換接。為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用死擋塊 加壓力繼電器的行程終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制。 a.換向回路 b.速度換接回路 圖4換向和速度切換回路的選擇 參考同類組合機(jī)床，選用雙作用葉片泵雙泵供油，調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速的開(kāi)式回路, 溢流閥做定壓閥。為了換速以及液壓缸快退時(shí)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，回油路上設(shè)置背壓閥，初定 背

19、壓值Pb=。 液壓回路的綜合 選定調(diào)速方案和液壓基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些輔助性油路，如 控制油路、潤(rùn)滑油路、測(cè)壓油路等，并對(duì)回路進(jìn)行歸并和整理，就可將液壓回路合成為液 壓系統(tǒng)，即組成如圖 5所示的液壓系統(tǒng)圖。 1 一雙聯(lián)葉片液壓泵；2—三位五通電液闊; 6—單向閥；7—順序閥；8一背壓閥; 3—行程閥；4—調(diào)速閥；5—單向閥; 9—溢流閥；10—單向閥；ll—過(guò)濾器; 12一壓力表接點(diǎn)；13—單向閥；14一壓力繼電器。 系統(tǒng)圖的原理 1 .快進(jìn) 快進(jìn)如圖所示，按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵 1YA通電，由泵輸出地壓力油經(jīng) 2三位五通 換向閥的左側(cè)，這時(shí)的主油路為

20、： 進(jìn)油路：泵 一向閥10一三位五通換向閥 2 （1YA得電）一行程閥3一液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔一三位五通換向閥 2 （1YA得電）一單向閥6一行程閥3一液壓 缸左腔。 由此形成液壓缸兩腔連通，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)，由于快進(jìn)負(fù)載壓力小，系統(tǒng)壓力低，變量 泵輸出最大流量。 2 .工進(jìn) 減速終了時(shí)，擋塊還是壓下，行程開(kāi)關(guān)使 3YA通電，二位二通換向閥將通路切斷，這 時(shí)油必須經(jīng)調(diào)速閥 4和15才能進(jìn)入液壓缸左腔，回油路和減速回油完全相同，此時(shí)變量 泵輸出地流量自動(dòng)與工進(jìn)調(diào)速閥 15的開(kāi)口相適應(yīng)，故進(jìn)給量大小由調(diào)速閥 15調(diào)節(jié)，其主 油路為： 進(jìn)油路：泵 一 向閥10一三位五通換向

21、閥 2 （1YA得電）一調(diào)速閥 4一調(diào)速閥15一液 壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔-二位五通換向閥 2f背壓閥8f液控順序閥7f油箱。 3 .快退 滑臺(tái)停留時(shí)間結(jié)束后，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵 1YA、3YA斷電，2YA通電，這 時(shí)三位五通換向閥 2接通右位，，因滑臺(tái)返回時(shí)的負(fù)載小，系統(tǒng)壓力下降，變量泵輸出流 量又自動(dòng)恢復(fù)到最大，滑快速退回，其主油路為： 進(jìn)油路：泵 - 向閥10f三位五通換向閥 2 (2YA得電)-液壓缸右腔。 回油路：液壓缸左腔—單向閥 5f三位五通換向閥 2 (右位)-油箱。 4 .原位停止 當(dāng)滑臺(tái)退回到原位時(shí)，擋塊壓下原位行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)，使 2Y

22、A斷電，換向閥處于 中位，液壓兩腔油路封閉，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。這時(shí)液壓泵輸出的油液經(jīng)換向 2直接回油箱， 泵在低壓下卸荷。 5液壓元件的選擇 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 (1)計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由于本設(shè)計(jì)采用雙泵供油方式，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工況圖，大流量液壓泵只需在快進(jìn)和 快退階段向液壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運(yùn)動(dòng)和工進(jìn)時(shí)都 向液壓缸供油，而液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大， 因此對(duì)大流量液壓泵和小流量液壓泵的工 作壓力分別進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計(jì)算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工 作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失之和。 對(duì)

23、于調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路， 選取進(jìn)油路上的總壓力損失 p 0.8MPa,同時(shí) 考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓力繼電器動(dòng)作壓力與最大工作壓力的壓差為， 則小流量 泵的最高工作壓力可估算為 pp1 (3.5 0.8 0.5)MPa 4.8MPa 大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油， 圖4表明，快退時(shí)液壓缸中的工作壓力比快 進(jìn)時(shí)大，如取進(jìn)油路上的壓力損失為，則大流量泵的最高工作壓力為： pp2 (0.319 0.5)MPa 0.819MPa (2)計(jì)算總流量 表3表明，在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中， 液壓油源應(yīng)向液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快進(jìn)工 作階段，為L(zhǎng)/min,若整個(gè)回路中總的泄

24、漏系數(shù) Kl=,則液壓油源所需提供的總流量為： qD 1.05 17.04L/min 17.892L/min p 工作進(jìn)給時(shí)，液壓缸所需流量約為 s,但由于要考慮溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量 L/s,故 小流量泵的供油量最少應(yīng)為 So 據(jù)據(jù)以上液壓油源最大工作壓力和總流量的計(jì)算數(shù)值，因此選取 PV2R12 626型雙聯(lián) 葉片泵，其中小泵的排量為 6mL/r,大泵的排量為26mL/r,若取液壓泵的容積效率 m=,則 當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí)，液壓泵的實(shí)際輸出流量為 qD [(6 26) 940 0.9/1000]L/min 27.1L/min p 由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最

25、大，這時(shí)液壓泵工作壓力為、流量為 min。取泵的總 效率 0.75 ,則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為: PpQp p 0.819 27.1 60 0.75 0.8 kW 根據(jù)上述功率計(jì)算數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)選取 Y100L-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率 Pn 1.5kW,額 定轉(zhuǎn)速 nn 960r/min o 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(guò)各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出 的閥類元件和輔件規(guī)格如表 6所列。 表6液壓元件規(guī)格及型號(hào) 序號(hào) 元件名稱 通過(guò)的最 大流里 q/L/min 規(guī)格 型號(hào) 額定流量 qn/L/min 額定壓力

26、Pn/MPa 額定壓降 ?Pn/MPa 1 雙聯(lián)葉片泵 一 PV2R12-1232 37 16/14 一 2 三位五通電 液換向閥 50 35DYF3Y- E10B 80 16 < 3 行程閥 60 AXQF- E10B 63 16 < 4 調(diào)速閥 <1 AXQF- E10B 6 16 一 5 單向閥 60 AXQF- E10B 63 16 6 單向閥 25 AF3-Ea10B 63 16 7 液控順序閥 22 XF3—E10B 63 16 8 背壓閥 YF3- E10B 6

27、3 16 一 9 溢流閥 YF3- E10B 63 16 一 10 單向閥 22 AF3-Ea10B 63 16 < 11 濾油器 30 XU-63 X 80-J 63 一 < 12 壓力表開(kāi)關(guān) 一 KF3-E3B 3 測(cè)點(diǎn) 一 16 一 13 單向閥 60 AF3-Fa10B 100 14 壓力繼電器 一 PF- B8L 一 0 一 *注：此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為 940r/min時(shí)的流量。 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

28、量，與原定數(shù)彳1不同，重新計(jì)算的結(jié)果如表 7所列。 流量、速度 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流里 /(L/min ) A0p q〔 a a A A2 63.61 27.1 63.61 32.44 55.3 q1 0.336 q qp 27.1 排出流量 /(L/min ) A2q1 q2 A 見(jiàn)44 55.3 28.2 63.61 A2 cli q2 A 0.336 32.44 63.61 0.171 Aq1 q2 A2 27.1 63.61 32.44 53.14 運(yùn)動(dòng)速度 /(L/min ) qp Vi A1 A2 27.

29、1 10 v 2 A 0.336 10 v 曳 3 A2 27.1 10 63.61 32.44 8.69 63.61 0.053 32.44 8.35 表7各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量 由表可以看出，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。 有表7中的數(shù)據(jù)，取油液的流速 v=3m/s,算得液壓缸無(wú)桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑 分別為 ,c S c ,55.3 106/60 d 2 1」2 / 3—mm 19.77mm V v 3 3 103 ,八 127.1 106/60 d 2 3—mm 13.85mm 3 3 103 這兩根油管都按

30、 GB/T 2351-2005選用內(nèi)徑 15mm ,外徑 18mm的冷拔無(wú)縫鋼管。 油箱計(jì)算 油箱的容量按式 V 咻估算，其中“為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取 爐7,得 V= ?qp== 按JB/T 7938-1999規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值 V=200L 6驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失 由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無(wú)法全面估算，故只能估算閥類元件的 壓力損失。 快進(jìn) 滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過(guò)電液換向閥差動(dòng)連接。在進(jìn)油路上，油液通過(guò)單向閥 10的 流量是22L/min、電液換向閥2的流量是min,然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量 min通過(guò)行程閥3進(jìn)入無(wú)桿腔。在進(jìn)油

31、路上，總壓降為 22 o 27.1 o 55.3) pv [0.2 (一)2 0.5 (——)2 0.3 (——)2]MPa 0.31 MPa 63 80 63 在回油路上，油液通過(guò)電液換向閥 2和單向閥6的流量是min,然后與液壓泵的供油合 并，通過(guò)行程閥 3進(jìn)入無(wú)桿腔。有桿腔壓力 P2與無(wú)桿腔壓力p1之差為 「 cl 28.2 2 0 ,28.2、2 - ,55.3、2r- p p2 p1 [0.5 (—―) 0.2 (—―) 0.3 (---) ]MPa 80 63 63 工進(jìn) 滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過(guò)電液換向閥 2的流量為min、調(diào)速閥4進(jìn)入液壓 缸無(wú)桿腔

32、，在調(diào)速閥 4處的壓力損失為。在回油路上，油液通過(guò)電液換向閥 2的流量為 min ,經(jīng)液控順序閥7的流量為(+22) =min ,返回油箱，在背壓閥 8處的壓力損失為。 忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在液壓缸回油腔的壓力 P2為 sl /0.17 p2 10.5 (7 80 可見(jiàn)此值略大于原估計(jì)值。 即 2 22.17 2 -) 0.6 0.3 (一)2]MPa 0.637MPa 63 故可按表8-2中公式重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力 Pi, Pi 3.81MPa 此略高于表8-2數(shù)值。 考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差 Pe=,則溢流閥 9的

33、調(diào)壓Ppi應(yīng)為 Pp1A p1 p1 pe [3.81 0.5(0.5)2 0.5 80 0.5] 4.75MPa 快退 滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過(guò)單向閥 10的流量為 量為min進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過(guò)單向閥 的流量為min返回油箱。在進(jìn)油路上總的總壓降為 22L/min、電液換向閥2 的流 5、電液換向閥2和單向閥13 22 o 27.1 o pv1 [0.2 (—)2 0.5 (——)2]MPa 0.082MPa 63 80 此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。 在回油路上總的總壓降為 53.14 2 53.14

34、 2 53.14 2 pv2 [0.2 (——)2 0.5 (——)2 0.3 (——)2]MPa 0.576MPa 63 80 63 此值與表7的數(shù)值基本相符，故不必重算。 快退時(shí)液壓泵的工作壓力為 pp p1 pv1 (0.53 0.082)MPa 0.612MPa 此值是調(diào)整液控順序閥 7的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。 驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升 由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中占 95%,所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來(lái)計(jì)算。 液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率 pe Fv2 18888 0.053 10 60kW 0.0167kW 這時(shí)大流量液壓泵經(jīng)順序閥 7卸荷，小

35、流量液壓泵在高壓下供油。大液壓泵通過(guò)順序 閥7的流量為22L/min,有表8-2查得該閥在額定流量 qn=,故此閥在工進(jìn)時(shí)的壓力損失 q2 2 22 2 p pn(q2)2 0.3 (一)2 0.037MPa q1 63 小液壓泵工進(jìn)時(shí)的工作壓力 Ppi = ,流量q1=min,所以倆個(gè)液壓泵的總輸入功率為 p PpQi Pq2 4.75 10 而 10 3 0.037 106 22 10 3 60 kW 0.5564kW 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為 P Pp Pe (0 5564 0. 0167)kW 0. 540kW 油箱的散熱面積為 A 6.5 3 2 33 2 2

36、 3 V2 6.5 3 200 10 3m2 2.22m2 查表8-18得油箱的散熱系數(shù) t KA 103 K=9W,則油液溫升為 0.540 3 103 C 27. 0 C 9 2.22 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。 7油箱設(shè)計(jì) 壁厚、箱頂及箱頂元件的設(shè)計(jì) 采取鋼板焊接而成，故取油箱的壁厚為 3mm,并采用將液壓泵安裝在油箱 的上表面的方式，故上表面應(yīng)比其壁要厚，同時(shí)為避免產(chǎn)生振動(dòng)，則頂扳的厚 度應(yīng)為壁厚的4倍以上，所以?。? 頂壁厚15mm,并在液壓泵與箱頂之間設(shè)置隔振墊。 在箱頂設(shè)置回油管、泄油管、吸油管、通氣器并附帶注油口，即取

37、下通氣帽 時(shí)便可以進(jìn)行注油，當(dāng)放回通氣帽地就構(gòu)成通氣過(guò)濾器，其注油過(guò)濾器的濾網(wǎng) 的網(wǎng)眼小于250mm,過(guò)流量應(yīng)大于40L/min。另外，由于要將液壓泵安裝在油 箱的頂部，為了防止污物落入油箱內(nèi)，在油箱頂部的各螺紋孔均采用盲孔形式。 箱壁、清洗孔、吊耳、液位計(jì)的設(shè)計(jì) 在此次設(shè)計(jì)中采用箱頂與箱壁為不可拆的連接方式， 由于油箱的體積也相對(duì) 不大，采用在油箱壁上開(kāi)設(shè)一個(gè)清洗孔，在法蘭蓋板中配以可重復(fù)使用的彈性 密封件。法蘭蓋板的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)油箱的外形尺寸按標(biāo)準(zhǔn)選取，具體尺寸見(jiàn)法 蘭蓋板的零件結(jié)構(gòu)圖，此處不再著詳細(xì)的敘述。為了便于油箱的搬運(yùn)，在油箱 的四角上焊接四個(gè)圓柱形吊耳，吊耳的結(jié)構(gòu)尺寸參考

38、同類規(guī)格的油箱選取。 在油箱的箱體另一重要裝置即是液位計(jì)了，通過(guò)液位計(jì)我們可以隨時(shí)了解油 箱中的油量，同時(shí)選擇帶溫度計(jì)的液位計(jì)，我們還可以檢測(cè)油箱中油液的溫度， 以保證機(jī)械系統(tǒng)的最佳供油。將它設(shè)計(jì)在靠近注油孔的附近以便在注油時(shí)觀察 油箱內(nèi)的油量。 箱底、放油塞及支架的設(shè)計(jì) 在油箱的底設(shè)置放油塞，可以方便油箱的清洗和換油，所以將放油塞設(shè)置在 油箱底傾斜的最低處。同時(shí)，為了更好地促使油箱內(nèi)的沉積物聚積到油箱的最 低點(diǎn)，油箱的傾斜坡度應(yīng)為：1/25?1/20。在油箱的底部，為了便于放油和搬 運(yùn)方便，在底部設(shè)置支腳，支腳距地面的距離為 150mm,并設(shè)置加強(qiáng)筋以增加 其剛度，19在支腳設(shè)地腳螺釘

39、用的固定。 油箱內(nèi)隔板及除氣網(wǎng)的設(shè)置 為了延長(zhǎng)油液在油箱中的逗留時(shí)間， 促進(jìn)油液在油箱中的環(huán)流，促使更多的 油液參與系統(tǒng)中的循環(huán)，以更好地發(fā)揮油箱的散熱、除氣、沉積的作用，在油 箱中的上下板上設(shè)置隔板，其隔板的高度為油箱內(nèi)油液高度的 2/3以上。并在 下板的下部開(kāi)缺口，以便吸油側(cè)的沉積物經(jīng)此缺口至回油側(cè)，經(jīng)放油孔排出。 油箱隔板在油箱中為了使油液中的氣泡浮出液面，并在油箱內(nèi)設(shè)置除氣網(wǎng)， 其網(wǎng)眼的直徑可用網(wǎng)眼直徑為的金屬網(wǎng)制成， 并傾斜10?30布置。 在油 箱內(nèi)回油管與吸油管分布在回油測(cè)和吸油測(cè)，管端加工成朝向箱壁的 45 斜 口，以便于油液沿箱壁環(huán)流。油管管口應(yīng)在油液液面以下，其入口應(yīng)高于底面 2?3倍管徑，但不應(yīng)小于20mm,避免空氣或沉積物的吸入或混入。對(duì)泄油管 由于其中通過(guò)的流量一般較小，為防止泄油阻力，不應(yīng)插入到液面以下。另外 在油箱的表面的通孔處，要妥善密封，所以在接口上焊上高出箱頂 20mm的凸 臺(tái)，以免維修時(shí)箱頂?shù)奈畚锫淙胗拖洹?