液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)

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1、 液壓氣動(dòng)課程設(shè)計(jì) 院 系： 機(jī)電工程學(xué)院 班 級(jí)： 11機(jī)工A1 姓 名： 孫欣 學(xué) 號(hào)： 20114812079 完成日期： 2014.1.2 目錄 一、工況分析····························· 二、液壓缸參數(shù)確定·························· 三、液壓系統(tǒng)原理圖·························· 四、 液壓缸裝配圖··························· 五

2、、系統(tǒng)工況圖與電磁鐵工作表····················· 六、液壓動(dòng)力元件選擇························· 七、液壓控制元件選擇及計(jì)算······················ 八、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算························· 九、控制電路····························· 十、集成塊設(shè)計(jì)···························· 十一、個(gè)人小結(jié)···························· 十二、參考文獻(xiàn)····························

3、 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一臺(tái)銑削專(zhuān)用機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求其完成的工作循環(huán)是：工件夾緊→工作臺(tái)快進(jìn)→工作臺(tái)工進(jìn)→工作臺(tái)快退→工作臺(tái)停止。運(yùn)動(dòng)部件的重力為25000N，快進(jìn)、快退速度為5m/min,工進(jìn)速度為100～1200mm/min，最大行程為400mm，其中工進(jìn)行程為180mm，最大切削力為18000N，采用平面導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)f=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.1。 一、工況分析 ⑴ 負(fù)載分析 計(jì)算液壓缸工作過(guò)程各階段的負(fù)載。 1、切削負(fù)載F(已知)18000N 2、摩擦負(fù)載F 機(jī)床工作部件對(duì)動(dòng)力滑臺(tái)的法向力為 F=25000N 靜摩擦負(fù)載

4、 F= F·f=25000×0.2=5000N 動(dòng)摩擦負(fù)載 F= F·f=25000×0.1=2500N 3、慣性負(fù)載 F=ma=(25000/9.8)×(5/60/0.2)=1062.9N 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,可得各工作階段的液壓缸負(fù)載如表所示： 表1 液壓缸各工作階的負(fù)載F 工況 計(jì)算公式 負(fù)載值 工況 計(jì)算公式 負(fù)載值 啟動(dòng) F= F·f 5000 工進(jìn) F= F·f+ F 20500 加速 F= F·f+m 3562.9 快退 F= F·f 2500 快進(jìn)

5、 F= F·f 2500 按表1數(shù)據(jù)可畫(huà)出負(fù)載循環(huán)及工進(jìn)時(shí)的速度范圍可畫(huà)出速度循環(huán)圖如下: 二、確定液壓缸主要參數(shù) 根據(jù)《液壓元件手冊(cè)》 P130頁(yè) 表2-31初定液壓缸的工作壓力為p=4MPa。動(dòng)力滑臺(tái)要求快進(jìn)、快退速度相等，選用單桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)聯(lián)接。此時(shí)液壓缸無(wú)桿腔面積A與有桿腔面積A之比為2，活塞桿直徑d與活塞直徑D有d=0.707D的關(guān)系。為防止孔鉆通后，滑臺(tái)產(chǎn)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油路應(yīng)有背壓p，暫取p=0.5MP。（《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P86，0.2～0.5MPa） 從負(fù)載循環(huán)圖上可知，工進(jìn)時(shí)有最大負(fù)載，按此負(fù)載求液壓缸尺寸。根據(jù)液壓缸

6、活塞 力平衡關(guān)系可知 pA= A 式中： ——液壓缸效率，取。 D=0.0828m d=0.707D=0.0828×0.707=0.061m 根據(jù)根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》將D和d圓整就近取標(biāo)準(zhǔn)值 D=0.0828m=80mm d=0.061m=70mm 故液壓缸的實(shí)際有效面積為： A A 活

7、塞桿強(qiáng)度校核： 由于活塞桿總行程為180，而活塞桿直徑為70mm,L/d=2.5710，需要進(jìn)行強(qiáng)度校核，由材料力學(xué)中的有關(guān)公式 校核,活塞桿材料選用普通碳鋼。根據(jù)材料許用應(yīng)力表查得[]=110MPa 由式 得： 活塞桿直徑7015.40 故滿足強(qiáng)度條件。 根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過(guò)程各階段的壓力、流量和功率： 快進(jìn)階段： 工進(jìn)階段： 快退階段： 流量 快進(jìn)階段： q1=v*

8、(A1-A2)=5.90L/min 工進(jìn)階段： q2=v*A1=6.03L/min 快退階段： q3=v*A2=19.24L/min 功率 快進(jìn)階段： P1=p1*q1=208.47kw 工進(jìn)階段： P2=p2*q2=410.04kw 快退階段：P3=p3*q3=208.43kw 工況 壓力P/MPa 流量q/(L/min) 功率P/W 快進(jìn) 5.90 208.47 工進(jìn) 6.03 410.04 快退 19.24 208.43 表2 三、擬定液壓系統(tǒng)基本回路 從工況可知，該

9、液壓系統(tǒng)應(yīng)具有快速運(yùn)動(dòng)、換向、速度換接等回路。為提高系統(tǒng)工作效率，我們選擇雙泵供油。 1 選擇各基本回路 ① 雙泵供油回路 雙泵油源包括低壓大流量泵和高壓小流量泵。液壓缸快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙泵供油，工進(jìn)時(shí)，高壓小流量泵供油，低壓大流量泵卸荷。 ② 快進(jìn)回路 這一回路采用液壓缸差動(dòng)聯(lián)接實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，用三位四通電磁閥實(shí)現(xiàn)換向，并能實(shí)現(xiàn)快進(jìn)時(shí)，液壓缸的差動(dòng)聯(lián)接。 ③ 工進(jìn)回路 此時(shí)的負(fù)載較大，所以順序閥被打開(kāi)，大流量泵直接通過(guò)順序閥流回油箱，此時(shí)只有小流量泵工作，接通三位四通電磁換向閥的1YA使得整個(gè)系統(tǒng)形成工進(jìn)回路。 ④ 卸荷回路 在雙

10、泵供油的油源回路中，可以利用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵在工 進(jìn)和停止時(shí)卸荷。 液壓系統(tǒng)原理圖： 四、液壓缸裝配圖 五、系統(tǒng)工況圖及電磁鐵工作表： 1YA 2YA 3YA 快進(jìn) - - + 工進(jìn) + - + 快退 - + + 原位停止 - - - 六、選擇液壓動(dòng)力元件 1、液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī) 雙泵供油的兩個(gè)液壓泵的最大工作壓力不同，應(yīng)分別計(jì)算。 液壓缸的最高工作壓力為4.08MPa，取進(jìn)油路壓力損失為0.5MPa（查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P86，0.2～0.5MPa)），據(jù)此可

11、知高壓小流量泵的最大工作壓力為： p4.08+0.5=4.58MPa 從工況圖中，得液壓缸快進(jìn)、快退時(shí)的最大壓力為2.12MPa。取進(jìn)油路壓力損失為0.5MPa，則低壓大流量泵的最大壓力為： p2.12+0.5=2.62MPa 通過(guò)流量表可知，兩泵同時(shí)供油的最大流量為19.24L/min，兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油時(shí)，按漏油10%計(jì)算則兩個(gè)泵的總流量為： Q1.1×19.24=21.164L/min 溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)液壓缸的流量為6.03L/min

12、，高壓小流量泵的流量應(yīng)為3+6.03=9.03L/min。 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查產(chǎn)品樣本，選定雙聯(lián)葉片泵型號(hào)PV2R12-6/23。 該液壓泵的排量分別為后泵6ml/r和前泵23ml/r，當(dāng)液壓泵轉(zhuǎn)速n=940r/min時(shí)，液壓泵理論流量為30.08L/min，取液壓泵的容積效率 ，液壓泵的實(shí)際流量為 （小流量泵的最低流量） 查液壓缸工況圖可知，液壓缸工進(jìn)時(shí)，所需功率最大。液壓泵工作壓力為4.08MPa，流量為6.03 L/min。則驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為： P= 式中：——液壓泵總效率，取=0.75。 查電機(jī)手冊(cè)選取Y90

13、S-6型電動(dòng)機(jī)，額定功率0.75KW，滿載轉(zhuǎn)速910r/min 七、液壓控制元件的選擇及計(jì)算 1、閥類(lèi)元件和輔助元件按其在油路中的最大壓力和該元件的實(shí)際流量，選出元件的規(guī)格型號(hào)見(jiàn)表3： 表3 序 號(hào) 名 稱(chēng) 流量參數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù) 壓力（Mpa）、功率（kw） 型號(hào)及規(guī)格 出處 1 電動(dòng)機(jī) 910r/min 0.75KW Y90S-6 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) Y系列電動(dòng)機(jī) 2 雙聯(lián)葉片泵 32.6/mL.r 14Mpa PV2R12-6/23 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)

14、P23-89 3 溢流閥 63L/min 5.08Mpa YF3-E10L 液壓元件手冊(cè) P214、P215 4 單向調(diào)速閥 0.2-125L/min 21Mpa FCG03125 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) P23-339 5 三位四通電磁換向閥 60L/min 31.5Mpa 4WE6HA6XBW110R-50Z4 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)P23-368 WE型電磁換向閥 6 二位三通電磁換向閥 60L/min 31.5Mpa 4WE6EA6XBW110R-50Z4 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)P23-368 WE型電磁換向閥 7 單向閥 40L/min 最大25Mp

15、a CRG03*-50 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)P23-361 8 液控順序閥 60L/min ≦35Mpa DE6DP-XM 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)P23-296 2、油管計(jì)算 表4 液壓缸的進(jìn)、出流量 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流量 （L·min） Q =(63.5927.1）/(63.59-28.26) =48.81 Q4.1 Q27.1 排出流量 （L·min） Q =(28.2948.81)/63.59 =21.71 Q =(28.260.41)/63.59 =0.18 Q =(63.5927.1)/28.2

16、6 =60.98 運(yùn)動(dòng)速度 （m·min） v =(27.110)/(63.59-28.26) =7.67 v =(0.4110)/63.59 =0.064 V =(27.110)/28.26 =9.59 管道尺寸的確定： 油管采用鋼管，p=24.57MPa(P>6.3Mpa) ，鋼管能承受高壓，價(jià)格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，但裝配是不能任意彎曲，在彎曲的地方可以用管接頭來(lái)實(shí)現(xiàn)彎曲。塑料管一般用在回油管用。 管接頭的選用： 液壓系統(tǒng)中油管與管接頭的常見(jiàn)聯(lián)接方式有：焊接式管接頭、卡套式管接頭、擴(kuò)口式管接頭、扣壓式管接頭、固定鉸

17、接管接頭。 管路旋入端用的連接螺紋采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)米制錐螺紋（ZM）和普通細(xì)牙螺紋（M）。錐螺紋依靠自身的錐體旋緊和采用聚四氟乙烯等進(jìn)行密封；細(xì)牙螺紋密封性好，用于高壓系統(tǒng)。組合墊圈或O形圈進(jìn)行端面密封，也可采用紫銅墊圈。 5) 管道內(nèi)徑計(jì)算： 其中： q——通過(guò)管道內(nèi)的流量 v——管內(nèi)允許流速 見(jiàn)表：液壓系統(tǒng)各管道流速推薦值 油液流經(jīng)的管道 推薦流速（m/s） 液壓泵吸油管 0.5～1.5 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，管道短粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5～2.6 (1). 液壓泵壓油管道的內(nèi)

18、徑： 取v=4m/s 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》：d=5mm,鋼管的外徑 D=10mm，管接頭聯(lián)接螺紋M8×1 (2). 液壓泵回油管道的內(nèi)徑：取v=2.4m/s 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》：取d=6.3mm,鋼管的外徑 D=10mm，管接頭聯(lián)接螺紋M8×1 6) 確定油箱 油箱的容量按式估算，其中α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，α=2～4；中壓系統(tǒng)，α=5～7；高壓系統(tǒng)，α=10～12?，F(xiàn)取α=10，得 7)管道壁厚的計(jì)算： p——管道內(nèi)最高工作壓力 Pa d——管道內(nèi)徑 m ——管道材料的許用應(yīng)力 Pa ——管道材料的抗拉強(qiáng)度 Pa n——安全

19、系數(shù) 時(shí)，取n=8； 時(shí)，取n=6； 時(shí)，取n=4。 鋼管的材料為45#鋼，由此可得材料的抗拉強(qiáng)度=600MPa; 液壓泵壓油管道的壁厚 液壓泵回油管道的壁厚 3、油箱 油箱容量按液壓泵的流量計(jì)算，取=7。 V=Q=7×27.1=189.7 按GB2876-81規(guī)定，就近選取標(biāo)準(zhǔn)值，V=250L。 4、液壓油的選擇：設(shè)系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為20℃時(shí)， 八 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 ⑴壓力損失估算 由于具體的管路布置尚未確定，壓力損失暫無(wú)法計(jì)算。這里僅對(duì)閥類(lèi)元件的壓力損失進(jìn)行估算，待管路裝配圖確定后，再

20、計(jì)算管路的沿程和局部壓力損失。壓力損失要按不同工作階段分別計(jì)算。 ① 快進(jìn) 快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)聯(lián)接，可知進(jìn)油路上有單向閥10，其通過(guò)流量為22L/min，電磁換向閥2，其流量為27.1L/min，由于此時(shí)液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)聯(lián)接，故通過(guò)行程閥的流量為48.81L/min，其進(jìn)油路總損失為 = =0.024+0.057+0.18 =0.26MPa 式中：——閥的額定壓力損失； ——閥的實(shí)際過(guò)流量； —

21、—閥的額定流量。 回油路上液壓缸有桿腔的油液通過(guò)電液換向閥和單向閥的流量均為21.71L/min，然后與液壓泵供油匯合，通過(guò)行程閥進(jìn)入無(wú)桿腔，據(jù)此計(jì)算出有桿腔與無(wú)桿腔之壓力差 =0.037+0.024+0.18 =0.241MPa ② 工進(jìn) 工進(jìn)時(shí)，進(jìn)油路上電液換向閥的流量為0.5 L/min，調(diào)速閥的壓力損失為0.5MPa；回油路上通過(guò)換向閥的流量為0.24 L/min，背壓閥的壓力損失為0.6MPa，順序閥的流量為0.24+22=22.24 L/min，折算到進(jìn)油路的總損失為 =0.78MPa 液壓缸回油腔的壓力為

22、 =0.64MPa 考慮到壓力繼電器的動(dòng)作壓力比系統(tǒng)工作壓力高0.5MPa，因此溢流閥的調(diào)定壓力為 =4.75MPa ③ 快退 快退時(shí)，進(jìn)油路通過(guò)單向閥的流量為22 L/min，通過(guò)換向閥的流量為27.1 L/min；回油路上通過(guò)單向閥，換向閥和單向閥的流量相同，均為57.51 L/min，進(jìn)油路上總壓力損失為 =0.082MPa 回油路總壓力損失為 =0.592MPa 則快退階段，液壓泵的工作壓力為 1.5+0.08

23、2=1.582MPa 此值為卸荷順序閥的壓力調(diào)定值。 ⑵ 溫升驗(yàn)算 以工進(jìn)時(shí)的消耗功率計(jì)算溫升。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為 =0.018KW 雙泵供油在工進(jìn)時(shí)，兩泵的輸出功率應(yīng)分別計(jì)算。低壓大流量泵輸出功率：，此時(shí)大流量泵的壓力為卸荷閥的調(diào)定壓力，其值為 =0.037MPa，則。 高壓小流量泵工作壓力4.75MPa，流量為5.1 L/min，因此總輸入功率為 =0.556kW 則發(fā)熱功率為 =0.538Kw 油箱散熱面積 A=2.58 溫升 =22.

24、8℃ 式中，取散熱系數(shù)K=9W/℃ 溫升在允許范圍，可不設(shè)冷卻裝置。 九、電磁換向閥控制電路 十、 集成塊設(shè)計(jì) 十一、 個(gè)人小結(jié) 　　毫無(wú)疑問(wèn)，這是痛苦的兩周，因?yàn)槲也辉敢庹f(shuō)假話，也不愿意敲擊著鍵盤(pán)將那些客套話搬上電腦屏幕。當(dāng)然，我也無(wú)意對(duì)著他人訴苦，因?yàn)閷⒄n堂所學(xué)化為專(zhuān)業(yè)所用本就是作為一個(gè)學(xué)生的基本任務(wù)和職責(zé)，在課堂上抱怨著那些紛繁復(fù)雜的理論知識(shí)以及那些晦澀難懂的概念和公式時(shí)自己也曾想過(guò)如果能有那么一次實(shí)驗(yàn)或是一次能夠接觸到具體內(nèi)容的教學(xué)過(guò)程那該多好呢，當(dāng)度過(guò)了最初的抱怨之后

25、我想到了自己當(dāng)初所持的這一想法，學(xué)習(xí)，究其淵藪仍舊是要學(xué)以致用，盡管有些許繁忙，可我到底還是樂(lè)于接受了。 當(dāng)小組成立以后自己被一種復(fù)雜的情緒所環(huán)繞著，這是一種既煩惱又興奮的感覺(jué)，煩的是自己又將面對(duì)兩周寢食難安的日子以及許多自己從未遇見(jiàn)過(guò)的難題，惱的是自己還有其他課程的設(shè)計(jì)任務(wù)需要去完成可時(shí)間偏偏只有兩周，興奮的是，我似乎能夠預(yù)見(jiàn)到在課設(shè)結(jié)束之時(shí)，看著自己的報(bào)告書(shū)那時(shí)的我會(huì)有多輕松與自豪。懷揣著這種較為復(fù)雜的心情，我踏上了這次的課設(shè)之旅。 組長(zhǎng)還沒(méi)問(wèn)，不由分說(shuō)我和我的一個(gè)好哥們就一起自告奮勇攬下了設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)，因?yàn)橹白鲞^(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)，我們倆也一起搞定了所有的計(jì)算，算是一對(duì)黃金搭檔，

26、當(dāng)初的那種成就感還依舊歷歷在目，現(xiàn)在想來(lái)仍舊值得自豪，因?yàn)楫?dāng)其他組的同學(xué)們還在艱苦奮斗的時(shí)候我們組的同學(xué)們已經(jīng)卷鋪蓋放假回家了?？僧?dāng)翻開(kāi)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)以及設(shè)計(jì)過(guò)程的時(shí)候我發(fā)現(xiàn)，事情遠(yuǎn)沒(méi)有我們想象的類(lèi)同，和之前不同的事，這次的系統(tǒng)工作原理全部要自己設(shè)計(jì)擬定，再一看那些紛繁復(fù)雜的計(jì)算，我們頓時(shí)有種壓力山大的感覺(jué)，再加之各種裝配圖，我的世界霎時(shí)變成了灰色.....由于種種原因，我們的計(jì)算工作始終落在了其他小組的后面，當(dāng)我們解決完各種棘手麻煩的問(wèn)題時(shí)，其他小組的同學(xué)早已紛紛答辯完畢滿面春風(fēng)的拍著我的肩膀說(shuō)道：“欣仔，這次你們?cè)趺催@樣的磨。”我只是想，所謂快慢并非關(guān)鍵，而在于面對(duì)挑戰(zhàn)時(shí)的態(tài)度以及困難來(lái)臨時(shí)我

27、們是否有勇氣去面對(duì)，當(dāng)我此刻坐在電腦前敲擊著鍵盤(pán)時(shí)我想我已經(jīng)做到了。 一個(gè)有著復(fù)雜心情的開(kāi)局，一個(gè)有著將要抓狂的過(guò)程，一個(gè)有著美好結(jié)局的未來(lái)，也許我并不是一個(gè)優(yōu)秀的學(xué)生，也許許多人認(rèn)為我不適合學(xué)工科（我自己也這么認(rèn)為）可這幾年我到底還是堅(jiān)持下來(lái)了，也許我別無(wú)所長(zhǎng)，也許我前途堪憂可我不明白什么叫放棄，熬過(guò)了大學(xué)的兩年，我似乎習(xí)慣了被一門(mén)又一門(mén)的專(zhuān)業(yè)課包圍，習(xí)慣了被一個(gè)又一個(gè)的實(shí)訓(xùn)染白了一根又一根的頭發(fā)，習(xí)慣了讓自己語(yǔ)無(wú)倫次的繁忙，可我也習(xí)慣了戰(zhàn)勝客服它們之后所帶來(lái)的巨大喜悅，也許，很多路只在走與不走的一念之間，與其放棄不如裸衣與之一戰(zhàn)，待到考試通過(guò)之日便是暢快淋漓之時(shí)。所謂人生，奮斗、奮斗、奮斗而已。 十二、 參考文獻(xiàn) 1.《液壓與氣壓傳動(dòng)》教材 2.《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》（液壓與氣動(dòng)部分） 冶金出版社 3.《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》（液壓傳動(dòng)部分） 機(jī)械出版社 4.《液壓工程手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社 5.《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 楊培元主編，機(jī)械工業(yè)出版社 6.《液壓元件手冊(cè)》 黎啟柏主編，冶金機(jī)械工業(yè)出版社