液壓傳動課程設(shè)計

1、青島理工大學(xué)琴島學(xué)院課程設(shè)計說明書課題名稱：液壓傳動課程設(shè)計學(xué) 院：機電工程系專業(yè)班級：機械設(shè)計制造及其自動化13-4班學(xué) 號：20130251115學(xué) 生：張 勝指導(dǎo)老師：郇 艷青島理工大學(xué)琴島學(xué)院教務(wù)處2016年 3 月 3 日液壓傳動課程設(shè)計評閱書題目液壓傳動課程設(shè)計學(xué)生姓名張 勝學(xué)號20130251115指導(dǎo)教師評語及成績 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日答辯評語及成績 答辯教師簽名： 年 月 日教研室意見總成績： 室主任簽名： 年 月 日摘 要本文是關(guān)于立式組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計過程的闡述。主要包括系統(tǒng)方案的確定、液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計和總體布局的設(shè)計幾個方面的內(nèi)容。液壓傳動是利用液體壓力勢能

2、的液體傳動，它以液體作為工作介質(zhì)進行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制。相對于機械傳動來說，它是一門新技術(shù)，液壓及流體技術(shù)已經(jīng)有二三百年的歷史了，而近代液壓傳動在工業(yè)上的真正推廣使用是隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展而展開的，并且滲透到液壓技術(shù)中并與之密切結(jié)合，使其應(yīng)用領(lǐng)域遍及到各個工業(yè)部門，已成為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、提高勞動生產(chǎn)率等必不可少的重要手段之一。通過液壓傳動的課堂學(xué)習(xí)，初步掌握了基本理論知識。本課程設(shè)計即為了給學(xué)生創(chuàng)造一個運用課堂理論知識，解決較復(fù)雜的問題的平臺，鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)知識的能力，用自己所學(xué)的知識去設(shè)計液壓系統(tǒng)的回路，達到學(xué)以致用的目的。關(guān)鍵字：平恒回路 差動連接 變量泵供油 目 錄摘 要

3、11設(shè)計任務(wù)12液壓回路的工況分析32.1 液壓系統(tǒng)的負載及運動分析33擬定液壓系統(tǒng)原理圖73.1初選液壓件及基本回路73.2組成液壓系統(tǒng)74計算和選擇液壓件及驗算液壓系統(tǒng)性能94.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率94.2確定油管及壓力104.3驗算液壓系統(tǒng)性能114.4驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升13總 結(jié)141設(shè)計任務(wù)1設(shè)計要求設(shè)計一臺立式組合機床的液壓系統(tǒng)。組合機床的工作循環(huán)式：快進工進快退停止：液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)和性能要求如下：切削力，動力頭自重G=19000N,快進、快退的速度為6m/min;工進速度在0.021.2m/min范圍內(nèi)無級調(diào)速，且啟動平穩(wěn);靜摩擦系數(shù)；動摩擦系數(shù)。工進行程為100

4、mm，快進行程300mm；導(dǎo)軌型式平導(dǎo)軌，往復(fù)運動的加減速時間要求不大于0.3s。1.液壓系統(tǒng)工況分析在開始設(shè)計液壓系統(tǒng)時，首先要對機器的工作情況進行詳細分析，一般要考慮下面幾個問題。1） 確定該機器中哪些運動需要液壓傳動來完成。2） 確定各運動的工作順序和各執(zhí)行元件的工作循環(huán)。3） 確定液壓系統(tǒng)的主要工作性能。例如：執(zhí)行元件的運動速度、調(diào)速范圍、最大行程以及對運動平穩(wěn)性要求等。4） 確定各執(zhí)行元件所承受的負載及其變化范圍。2.擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖一般要考慮以下幾個問題。1） 采用何種形式的執(zhí)行機構(gòu)。2） 確定調(diào)速方案和速度換接方法。3） 如何完成執(zhí)行機構(gòu)的自動循環(huán)和順序動作。

5、4） 系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行機構(gòu)的換向和安全互鎖等要求。5） 壓力測量點的合理選擇。根據(jù)上述要求選擇基本回路，然后將各基本回路組合成液壓系統(tǒng)。當液壓系統(tǒng)中有多個執(zhí)行部件時，要注意到它們相互間的聯(lián)系和影響，有時要采用防干擾回路。在液壓系統(tǒng)原理圖中，應(yīng)該附有運動部件的動作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表。3.液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件液壓系統(tǒng)計算的目的是確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，以便按照這些參數(shù)合理選擇液壓元件和設(shè)計非標準元件。具體計算步驟如下：1） 計算液壓缸的主要尺寸以及所需的壓力和流量。 2） 計算液壓泵的工作壓力、流量和傳動功率。 3） 選擇液壓泵的電動機的類型和規(guī)格。4） 選擇閥類元件和輔助元件

6、的規(guī)格。4.對液壓系統(tǒng)的性能進行驗算必要時，對液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進行驗算，但是有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗過的同類型設(shè)備可供類比參考，或有可靠的試驗結(jié)果，那么也可以不再進行驗算。5.繪制正式工作圖設(shè)計的最后一步就是要整理出全部圖紙和技術(shù)文件。正式工作圖一般包括如下內(nèi)容：液壓系統(tǒng)原理圖；自行設(shè)計的全套工作圖（指液壓缸和液壓油箱等非標準液壓元件）；液壓泵、液壓閥及管路的安裝總圖。2液壓回路的工況分析2.1 液壓系統(tǒng)的負載及運動分析 1.負載動力參數(shù)分析 液壓缸所受外負載F包括三種類型，即 （2-1） 其中工作負載即為切削阻力=10000N 導(dǎo)軌摩擦阻力負載 （2-2） 為垂直于導(dǎo)軌的工作負載，此

7、時為零。 啟動時為靜摩擦阻力， 啟動后為動摩擦阻力，則 （2-3） 運動部件速度變化時的慣性負載可由下式求得， （2-4）設(shè)液壓缸的機械效率cm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負載和推力，如表2.1所示，表2.1液壓缸各階段的負載和推力工況負載組成液壓缸負載F/N液壓缸推力啟 動加 速快 進工 進反向啟動加 速快 退 3800287019001190038002870190042303190212013230423031902120 2.2 .確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 1初選液壓缸工作壓力所設(shè)計的專用組合機床液壓系統(tǒng)在工進時負載最大F=11900N，在其它工況負載都不太高，參考表2.2和表2.3

8、，初選液壓缸的工作壓力p1=3MPa。 2計算液壓缸主要尺寸鑒于專用組合機床快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止已切削工件反彈，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表2.4選此背壓為p2=0.6MPa。表2.2 按負載選擇工作壓力負載/ KN<5510102020303050>50工作壓力/MPa<0.811.522.5334455表2.3 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機械類型機 床農(nóng)業(yè)機械小型工程機械建筑機械液壓鑿巖機液壓機大中型挖掘機重型機械起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.823528810101

9、82032表2.4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計表2.5 按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表2.6 按速比要求確定d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：1無桿腔進油時活塞運動速度； 2有桿腔進油時活塞運動速度。由公式得242621cm1m1049m10)26

10、.03(9.011900)2(-´=´-´=-=ppFAh 則活塞直徑 （2-5） 參考表2.5及表2.6，得d0.71D=56.09mm ，圓整后取標準數(shù)值得 D=80mm， d=56mm。由此求得液壓缸兩腔實際有效面積為根據(jù)計算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表2.7所列，表2.7 液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推力F0/N回油腔壓力p2/MPa進油腔壓力p1/MPa輸入流量q×10-3/m3/s輸入功率P/KW計算公式快進啟動42301.71加速3190p1+p1.81恒速2120p1+p1.380.

11、2470.341工進132300.62.940.050.147快退啟動42300.28加速31900.51.5恒速21200.51.310.2560.463注：1. p為液壓缸差動連接時，回油口到進油口之間的壓力損失，取p=0.5MPa。2 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。表2.8 液壓輔件序號元件名稱通過的最大流量q/L/min規(guī)格型號額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵PV2R12-6/334.8/28.9*162三位四通電磁換向閥7034EF3OE6B1006.30.33兩位四通電磁閥62.3AXLF3E10B1006

12、.30.34調(diào)速閥<1ALF3EB66.35單向閥70AF3Ea20B1006.30.26單向閥29.3AF3Ea20B1006.30.27液控順序閥28.1XFF363B636.30.38背壓閥<1AF3Eb20B106.39溢流閥5.1YE310L106.310濾油器36.6XU80×200806.30.0211壓力表開關(guān)K6B12壓力繼電器PFB8L143擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1初選液壓件及基本回路1. 選擇調(diào)速回路 由圖3-2可知，這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用回油節(jié)流調(diào)速回路，承受一定的負值負載，并使回油腔有一定的背壓，由于

13、系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。2. 選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進、快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=5。因為快進時間加快退時間小于工進時間的一半，從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單變量泵油源。3. 選擇快速運動和換向回路?？紤]到從工進轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電磁換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位四通電磁換向閥，如圖3-1b所示。 a) b)圖3-1 液壓回路圖a） 油源形式圖 b）速度換接回路4. 選擇調(diào)壓和卸荷回

14、路 在定量泵泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即系統(tǒng)工進時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在系統(tǒng)工進和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺停止時雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。3.2組成液壓系統(tǒng)將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖3-2所示。在圖3-2中為了避免機床停止工作時回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進入系統(tǒng)，影響滑臺運動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥。 各回路組成液壓系統(tǒng)圖如圖3-2所示，圖3-2 液壓系統(tǒng)圖4計算和選擇液壓件及驗算液壓系統(tǒng)性能4.

15、1 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率(1) 計算液壓泵的最大工作壓力泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表2.7可知，液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為，如在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進油路上的總壓力損失，則小流量泵的最高工作壓力估算為：（41）泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表2.7可知，液壓缸在快退時工作壓力最大，最大工作壓力為，如在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進油路上的總壓力損失，則大流量泵的最高工作壓力估算為：（42） (2) 計算液壓泵的流量由表2.7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.3×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.2，則兩個泵的總流量為(3

16、) 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取YB-4/40定量葉片泵【2】。其流量為4ml/r轉(zhuǎn)速400ml/r，若取液壓泵容積效率v=0.9，泵的額定壓力6.5MP。 （4）電動機的選擇。 電動機選Y100L-6額定功率1.5KW，轉(zhuǎn)速940r/min。4.2確定油管及壓力表4.1 各工況實際運動速度、時間和流量快進工進快退表4.2 允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 由表4.1可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設(shè)計要求。根

17、據(jù)表4.1數(shù)值，按表4.2推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式計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，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼管。確定油箱油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)，=24；中壓系統(tǒng)，=57；高壓系統(tǒng)，=612?，F(xiàn)取=6，得4.3驗算液壓系統(tǒng)性能驗算壓力損失由于系統(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，首先確定管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進、回油管道長為L=2m，油液的運動粘度取=1。5´10-4m2/s，油液的密度取r=0.9174´103kg

18、/m3。(1) 判斷流動狀態(tài)在快進、工進和快退三種工況下，進、回油管路中所通過的流量以快退時回油流量q2=33L/min為最大，因為最大的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進、回油路中的油液的流動狀態(tài)全為層流。(2) 計算系統(tǒng)壓力損失將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時代入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失p常按下式作經(jīng)驗計算各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計算其中的Dpn由產(chǎn)品樣本查出，滑臺在快進、工進和快退工況下的壓力損失計算如下：

19、1快進系統(tǒng)快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥入無桿腔。在進油路上，壓力損失分別為在回油路上，壓力損失分別為將回油路上的壓力損失折算到進油路上去，便得出差動快速運動時的總的壓力損失2工進滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥、調(diào)速閥進入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥、背壓閥的卸荷油液一起返回油箱，在背壓閥處的壓力損失為0.6MPa。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進油路上總的壓力損失為此值略小于估計值。在回油路上總的壓力損失為該值即為液壓缸的回油腔壓

20、力p2=0.66MPa，可見此值與初算時選取的背壓值基本相符。重新計算液壓缸的工作壓力為考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差Dpe=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快退滑臺快退時，在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥進入液壓缸桿腔。在回油路上，油液通過單向閥、電液換向閥和單向閥返回油箱。在進油路上總的壓力損失為此值遠小于估計值，因此液壓泵的驅(qū)動電動機的功率是足夠的。在回油路上總的壓力損失為數(shù)值基本相符。4.4驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升由于工進在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進工況來計算。在工進時，經(jīng)液控順序閥卸荷，其

21、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)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率由此可計算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為按式計算工進時系統(tǒng)中的油液溫升，即其中傳熱系數(shù)K=15 W/（m2·°C）。設(shè)環(huán)境溫T2=25°C，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?？?結(jié)本課程設(shè)計是學(xué)生在學(xué)完液壓基礎(chǔ)專業(yè)課程,進行的一個綜合性和實踐性很強的教學(xué)環(huán)節(jié),學(xué)生通過課程設(shè)計,能綜合運用所學(xué)基本理論以及學(xué)到的實踐知識進行的基本訓(xùn)練,掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計的思維和方法,專用元件和通用元件的參數(shù)確定。通過給定設(shè)計題目，初步掌握確定壓力，進行缸的主要參數(shù)的初步確定，按系列要求確定缸體和活塞桿的直徑。然后確定其他元件的參數(shù)，最后進行效核。通過液壓課程設(shè)計，提高學(xué)生分析和解決實際液