液壓課程設(shè)計小型磨床工作臺液壓系統(tǒng)的分析與設(shè)計

1、液壓與氣壓傳動課程三級項目小型磨床工作臺液壓系統(tǒng)的分析與設(shè)計研究報告曹瑞瑞 何士軒 胡 智 劉 輝 指導(dǎo)教師： 劉 勁 軍 2013-06-20燕山大學(xué)液壓與氣壓傳動課程三級項目任務(wù)書院（系）：機械工程學(xué)院 基層教學(xué)單位： 機控系 項目名稱1000N小型磨床工作臺液壓系統(tǒng)指導(dǎo)教師姓名劉勁軍小組成員分工王定軍 液壓系統(tǒng)的設(shè)計及計算，說明書的編寫，系統(tǒng)原理圖的設(shè)計劉輝 匯總、整理、打印各項資料曹瑞瑞 查閱資料以及后期ppt的制作胡智 A2原理圖的審核與修改 何士軒 A2原理圖的繪制項目考察知識點本課程的三級項目針對典型液壓系統(tǒng)工作原理的分析與設(shè)計，通過該項目的實施使學(xué)生加深對液壓傳動基礎(chǔ)知識的理解

2、，并初步具備運用所學(xué)知識進行實際液壓系統(tǒng)分析與設(shè)計的能力，復(fù)雜系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計及計算能力，相關(guān)標準、手冊的查閱能力等。項目設(shè)計參數(shù)工作臺速度最大12m/min,最小為0.5m/min,最大切削力為1000N,工作臺及工件重量G=20000N,啟動時間t=0.1s,液壓缸總回程為700毫米，導(dǎo)軌面的摩擦系數(shù)f=0.2，節(jié)流閥裝載在液壓缸的回油路上，回油背壓0.3Mpa。項目實施內(nèi)容設(shè)計一小型磨床工作臺液壓系統(tǒng)，平面磨床為精加工磨床，磨削力及變化量不大，工作臺往復(fù)運動速度高，調(diào)速范圍廣，液壓缸驅(qū)動，液壓與電氣配合實現(xiàn)自動工作循環(huán)：快進工進快退自動停止。要求液壓缸工作過程中速度可調(diào)，工進時要求背

3、壓回油。液壓泵站要求：1）液位、壓力、溫度有顯示及報警；2）油溫范圍（3045）；3）濾油器精度15m，有堵塞顯示及報警。項目結(jié)題須提交材料(1)液壓傳動系統(tǒng)原理圖 A2；(2)液壓系統(tǒng)參數(shù)計算說明書1份；(3)答辯匯報PPT。圖紙研究報告提交紙質(zhì)及電子版各1份，PPT上交電子文檔。項目實施時間節(jié)點要求第一周 查閱資料，分析系統(tǒng)原理，了解系統(tǒng)性能及典型工藝過程，完成參數(shù)計算和原理圖設(shè)計；第二周 編寫項目研究報告及答辯匯報PPT。小組分工及貢獻姓 名課題組分工王定軍液壓系統(tǒng)的設(shè)計及計算，說明書的編寫，系統(tǒng)原理圖的設(shè)計曹瑞瑞查閱資料以及后期ppt的制作何士軒A2原理圖的繪制胡智A2原理圖的審核與修

4、改劉輝匯總、整理、打印各項資料摘 要主要闡述了平面磨床工作臺液壓系統(tǒng)，液壓技術(shù)是機械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一。隨著科技步伐的加快，液壓技術(shù)在各個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。液壓技術(shù)己成為主機設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一。本平面磨床工作臺液壓系統(tǒng)設(shè)計，出了滿足在性能方面規(guī)定要求外，還必須符合體積小，重量輕，工作可靠，使用和維修方便等一些公認的普通設(shè)計原則。液壓系統(tǒng)的設(shè)計主要是根據(jù)已知條件，來確定液壓工作方案、液壓流量、壓力和液壓泵以及其他元件的設(shè)計。完成整個設(shè)計過程需要進行一系列工作。設(shè)計者首先應(yīng)以樹立正確的設(shè)計思路，努力掌握先進的科學(xué)技術(shù)知識和科學(xué)辯證的思想方法。同時，還要堅持理論聯(lián)系實際，并在實踐中不斷總

5、結(jié)和積累設(shè)計經(jīng)驗，向有關(guān)領(lǐng)域的科技工作者和從事生產(chǎn)實踐的工作者學(xué)習(xí)，不斷發(fā)展和創(chuàng)新，才能建好地完成機械設(shè)計任務(wù)。關(guān)鍵詞磨床 液壓缸 液壓泵 目 錄摘 要3第1章 緒論51.1 課題背景5設(shè)計的目的5設(shè)計的要求6第2章系統(tǒng)設(shè)計及參數(shù)計算62.1 確定對液壓系統(tǒng)的工作要求62.2液壓系統(tǒng)工況分析72.3確定主要參數(shù)8第三章 擬定液壓系統(tǒng)圖103.1液壓泵型式選擇103.2選擇液壓回路103.3液壓系統(tǒng)的合成11第四章 液壓元件的選擇124.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機的功率124.2閥類元件和輔助元件的選擇134.3確定管道尺寸144.4確定油箱容量15第五章 液壓系統(tǒng)性能驗算155.1回路壓力損失

6、155.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算16結(jié)論17心得17參考文獻18第1章 緒論1.1 課題背景在力的傳動中，液壓傳動具有多種技術(shù)優(yōu)勢，例如功率密度大，配置靈活方便，調(diào)速范圍大，工作平穩(wěn)且快速性好，易于操控并實現(xiàn)過載保護，易于實現(xiàn)自動化和機電液的整合，系統(tǒng)設(shè)計制造和使用維護方便等，因而已經(jīng)成為現(xiàn)代機械工程的基本技術(shù)構(gòu)成和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素。作為現(xiàn)代機械設(shè)備實現(xiàn)傳動與控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)的應(yīng)用遍及國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，例如機械制造，能源與冶金工業(yè)等。液壓技術(shù)已經(jīng)成為包括傳動，控制和檢測在內(nèi)的，對現(xiàn)代機械裝配技術(shù)進步有重要影響的基礎(chǔ)技術(shù)和基礎(chǔ)學(xué)科；隨著近二十年來的電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信

7、息技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)不僅是一種傳動方式，更是作為一種控制手段，作為連接微電子技術(shù)和大概率控制對象之間的橋梁，成為現(xiàn)代控制工程中重要的、不可缺少的環(huán)節(jié)和手段。在對一些新的領(lǐng)域，如航空航天，水下和海洋工程，微型機械裝置及高溫明火環(huán)境下所急需的一些特殊元件研究甚少，甚至是空白狀態(tài)，迅速改變這種落后狀況，是中國液壓技術(shù)界和工程界所面臨的一項很重要的任務(wù)，所以液壓技術(shù)在以后的機械行業(yè)會起很大作用。1.1.1設(shè)計的目的 專用平面磨床液壓系統(tǒng)的設(shè)計是為了使得工作臺的往復(fù)運動采用液壓運動，平面磨床為精加工磨床，磨削力及變化量不大，工作臺往復(fù)運動速度高，調(diào)速范圍廣，要求換向靈敏迅速，沖擊小，所以采用液壓傳

8、動能夠達到這些效果，液壓傳動主要是為了操縱平面磨床的往復(fù)運動，所以是液壓系統(tǒng)的主體回路，其中主要有工作臺油路的控制，和工作臺速度的控制，工作臺制動，換向和停留以及工作臺手動與自動控制互鎖。專用平面磨床工作臺液壓系統(tǒng)設(shè)計能夠提高運動的效率和精確度，并且能夠?qū)φ{(diào)速，運動平穩(wěn)性，換向精度，換向頻率都有較好的控制，所以對液壓系統(tǒng)也有較高的要求。小型平面磨床工作臺的液壓傳動系統(tǒng)，其采用液壓系統(tǒng)和雙出桿液壓缸組成了液壓傳動系統(tǒng)，取代原機床手動傳動系統(tǒng)。工作臺的來回縱向運動由安裝在拖板上的液壓缸的液壓桿來回運動而牽引著工作臺來回運動。其運動行程和方向轉(zhuǎn)換則由安裝在工作臺上的行程擋塊和安裝在拖板上的磨床專用液

9、壓閥所決定。本發(fā)明解決了手動平面磨床以純?nèi)斯な謩硬僮鞯倪@一系列的動作，大大提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，而且重量輕、體積小、運動慣性小、反應(yīng)速度快。1.1.2設(shè)計的要求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)先進性。并非是越先進越好。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.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。不能抄襲；3.在課程設(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。

10、不能直接向老師索取答案。4.液壓傳動課程設(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。第2章系統(tǒng)設(shè)計及參數(shù)計算2.1 確定對液壓系統(tǒng)的工作要求 設(shè)計一小型磨床工作臺液壓系統(tǒng)，平面磨床為精加工磨床，磨削力及變化量不大，工作臺往復(fù)運動速度高，調(diào)速范圍廣，液壓缸驅(qū)動，液壓與電氣配合實現(xiàn)自動工作循環(huán)：快進工進快退自動停止。要求液壓缸工作過程中速度可調(diào)，工進時要求背壓回油。工作臺速度最大12m/min,最小為0.5m/min,最大切削力為1000N,工作臺及工件重量G=20000N,啟動時間t=0.1s,液壓缸總回程為700毫米，導(dǎo)軌面的摩擦系數(shù)f=0.2，節(jié)流閥裝載在液壓缸的回油路上，回油背壓

11、0.3Mpa。2.2液壓系統(tǒng)工況分析 1. 運動和負載分析。（假設(shè)工作臺動摩擦系數(shù)f=0.16)（1）工作負載： Fw=1000N（2）背向力（取Fp/Fc=2.5）Fp=2.5×1000=2500N（3）慣性負載： （4）阻力負載： Ffs=fs×G=0.2×20000=4000NFfd=fd ×（G+ Fp）=0.16×（20000+2500）=3600N 假設(shè)液壓缸的機械效率mC=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F=Ffs400044

12、45加速F=Ffd+Fa75128347快進F=Ffd36004000工進F=Ffd+Fw46005111反向啟動F=Ffs40004445加速F=Ffd+Fa75128347快退F=Ffd36004000制動F=Fa- Ffd3123472.負載圖和速度圖的繪制 a） b） c）圖2-1速度負載循環(huán)圖a）工作循環(huán)圖 b）負載循環(huán)圖c）速度循環(huán)圖2.3確定主要參數(shù)1.確定液壓缸的工作壓力查表，初選液壓缸工作壓力為p1=2MPa2.計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等，這里的液壓缸可以選用單桿式的，并在快進是做差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔A1應(yīng)為有桿腔工作面積A2的2倍，

13、即塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d=0.707D的關(guān)系。在磨床加工時，液壓缸回油路上有背壓Pb=0.3MPa，以防止工件被加工完時磨床突然前沖。并初選快進、快退時回油壓力損失p2=0.5MPa。取標準直徑D=80mm，d=0.707D=53.03cm，取標準值d=50mm。由此求得液壓缸兩腔實際有效面積為：A1=D2/4=5.02×10-3m2A2=(D2-d2)/4=3.06×10-3m23.計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的實際使用值。計算結(jié)果表2-2所示。表2-2 液壓缸各工況所需壓力、流量和功率工況負載F/N回油腔壓力P2×105MPa進油腔壓力P

14、1×105MPa輸入流量q/（L/min）輸入功率P/kW計算公式快進啟動4445P2=022.7q=(A1-A2)v1P=p1q×10-3加速8347P2=550.4快進4000P2=528.223.521.11工進5111Pb=312.02.510.050P1=(F+P2A2)/A1q=A1V2P=p1q×10-3快退啟動4445P2=014.5P1=(F+P2A1)/A2q=A2V2P=p1q×10-3加速8347P2=535.5快退4000P2=521.2736.721.30制動347P2=59.34.繪制液壓缸工況圖根據(jù)表2-2可繪制出液壓缸的

15、工況圖，如圖2-2所示圖2-2 液壓缸工況圖第三章 擬定液壓系統(tǒng)圖3.1液壓泵型式選擇由工況圖可知，最大流量和最小流量的比值為72，快進快退時間t1和工進所需時間t2。從提高系統(tǒng)效率和節(jié)省能量的角度上看，選用雙聯(lián)葉片泵。3.2選擇液壓回路1.調(diào)速回路的選擇 由工況圖可知，這臺專用磨床工作臺往復(fù)運動液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運動速度低，工作負載變化小，可采用進口節(jié)流調(diào)速形式，為了解決進口節(jié)流調(diào)速回路在工件磨完時突然前沖的現(xiàn)象，回路上要設(shè)置背壓閥。2.快速運動回路與速度換接回路的選擇系統(tǒng)中使用節(jié)流調(diào)速回路后，不管使用什么油源形式，液壓缸兩腔都必須有單獨的油路直接通向液壓缸兩腔以實現(xiàn)快速運動。在本系統(tǒng)中

16、，單桿液壓缸要做差動連接，所以他的換向回路，快速運動回路以及換接方式應(yīng)該采用一個三位四通電動換向閥和一個兩位三通電動換向閥來實現(xiàn)。3.壓力控制回路的選擇在泵的出口連接一個溢流閥來控制整個油路的油壓，同時起到卸荷閥的作用3.3液壓系統(tǒng)的合成在所選定的基本回路的基礎(chǔ)上，在綜合考慮一些其他因素和要求：1.調(diào)速回路 由計算表格可知，當(dāng)工作臺快進時，輸入液壓缸的流量為23.52 L/min，當(dāng)工作臺工作在工進階段時，輸入液壓缸的流量為2.51 L/min，當(dāng)工作臺在快退階段時，輸入液壓缸的流量為36.72 L/min，為滿足不同的流量，必須要調(diào)速回路，調(diào)速回路選用單向調(diào)速閥調(diào)速。2.冷卻回路 由于磨床工

17、作時，液壓系統(tǒng)工作負載加大，油溫不斷身高，需對油溫進行冷卻處理。選用冷卻器組成冷卻回路來冷卻液壓油。3.測量回路 為使用戶更直觀的了解系統(tǒng)的使用情況，安裝壓力表，實時顯示系統(tǒng)狀態(tài)。4.為了便于系統(tǒng)自動發(fā)出快速退回信號起見，在調(diào)速閥出口必須增設(shè)一個壓力繼電器。將上面的各種回路組合畫在一起，就得到下圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖。圖3-1 液壓系統(tǒng)原理圖第四章 液壓元件的選擇4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機的功率1.液壓缸工作壓力的計算以確定液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為5.04Mpa,在調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路中，進油管路比較復(fù)雜，取進油路上壓力損失為0.2Mpa,壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力

18、值0.4Mpa，則泵的最大工作壓力為P1=5.04+0.2+0.4=5.64Mpa2.液壓泵流量的計算由工況圖知，泵應(yīng)該向液壓缸提供最大流量為36.72L/min，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù)K=1.2，則液壓泵的最大流量為：qp=1.2×36.72=44.07L/min由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3 L/min，而工進時輸入液壓缸的流量為2.51 L/min，所以流量泵的流量規(guī)格最小為5.51 L/min。3.液壓泵規(guī)格的確定根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，查閱產(chǎn)品目錄，選用相近規(guī)格YYB-AA63/8B型雙聯(lián)葉片泵。4.液壓泵電機功率的確定由工況圖可知，液壓缸的最大輸出功率出現(xiàn)在快退工況，其值為1.3kW

19、。此時，泵的輸出壓力應(yīng)為：pp2=5.64MPa；流量為qp=q1+q2=50+6=56L/min。若取泵的總效率為0.75，則電機的功率為：根據(jù)以上計算選額定功率為7.5kw的標準型號電機。4.2閥類元件和輔助元件的選擇根據(jù)閥類及輔助原件在油路中的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，即可選出合適的液壓元件。表4-1 所選用元件的說明序號元件名稱估計流過流量技術(shù)數(shù)據(jù)公稱流量/（L/min）公稱壓力/105MPa12 345678910111213雙聯(lián)葉片泵單向閥三位四通電動閥調(diào)速閥單向閥兩位三通電動閥溢流閥雙聯(lián)葉片泵冷卻器過濾器過濾器壓力表壓力繼電器368418484684424263/8

20、631006（qmin=0.03）631001063/8100636363636363636363由于液壓泵選定之后，液壓缸在各個階段的進出流量與原定數(shù)值不同，所以要重新計算列于表4-2中。表4-2 液壓缸的進出口流量快進工進快退輸入流量/（L/min）q1=(A1qp)/(A1-A2)=（50.2×42）/（50.2-30.6）=107.57q1=2.51q1=qp=42排出流量/（L/min）q2=(A2q1)/A1=（30.6×107.57）/50.2=65.57q2=(A2q1)/A1=30.6×2.51/50.2=1.53q2=(A1q1)/A2=50.

21、2×42/30.6=68.90運動速度/（m/min）v1=qp/（A1-A2）=（42×10）/（50.2-30.6）=21.43v2=qp/A1=（0.5×10）/50.2=0.099v3=qp/A2=（42×10）/30.6=13.734.3確定管道尺寸各元件間連接管道的規(guī)格安元件接口處決定，由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接時，油管通油量較大，其實際流量q約為107.57L/min，取允許流速為v=3m/s。主壓力油管d為：圓整后取d=30mm經(jīng)查液壓傳動手冊，選用內(nèi)徑30mm，外徑38mm無縫鋼管。4.4確定油箱容量按經(jīng)驗公式V=（57）qp，選取油箱容

22、量，取油箱容積：V=6 qp=6×42=252L第五章 液壓系統(tǒng)性能驗算5.1回路壓力損失由于本系統(tǒng)具體管路尚未確定，故整個回路的壓力損失無法驗算。但是控制閥處壓力損失的影響是可計算的。從產(chǎn)品樣本上查得，換向閥和調(diào)速閥的額定壓力損失是0.3MPa，單向閥是0.2MPa，為此可作如下估算：1.快進時的回路壓力損失進油路上通過單向閥的流量都是36L/min、通過換向閥的流量是42L/min，因此總的壓力損失為：回路上通過換向閥和調(diào)速閥的流量都是65.57L/min，因此總的壓力損失為：將回路上的壓力損失折算到進油路上去，就可求出快進時整個回路中閥類元件造成的壓力損失2.工進時的回路壓力損

23、失為了保證工進時速度穩(wěn)定，應(yīng)使回油路上調(diào)速閥上有0.5MPa的壓差，背壓損失為0.3MPa，換向閥通過流量為65.57L/min，因此整個回路因閥類元件造成的壓力損失為：3.快退時的回路壓力損失進油路上通過單向閥的流量分別為36L/min、84L/min，通過換向閥的流量為42L/min因此這是回路總壓力損失為：5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算通過運動分析，在整個工作循環(huán)中，工進時間為t2=0.5/0.5/60=60s，啟動時間為t1=0.1s，所以系統(tǒng)的發(fā)熱和油液溫升可用工進時的情況計算。工進時，液壓缸的負載F=5111N，移動速度v=0.0083m/s，故輸出功率為：液壓泵的輸入功率為：式中

24、，pp為系統(tǒng)的工作壓力，pp=1.2MPa；qp為流量泵的輸出流量63L/min；p是油泵總效率，p=0.75.故：由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為：H=Pi-P0=1.68-0.0424=1.256kW若只考慮油箱的散熱，其中油箱散熱面積A為：取油箱散熱系數(shù)K=13，可得液壓系統(tǒng)的溫升為：油溫值沒有超過允許值。結(jié)論本次設(shè)計涉及了液壓傳動的知識，首先需要了解組成液壓系統(tǒng)的元件以及各自的工作原理，然后根據(jù)設(shè)計要求進行各個元件的參數(shù)計算與規(guī)格選用，最后根據(jù)計算結(jié)果作出磨床的液壓系統(tǒng)工作原理圖。根據(jù)原理圖，基本實現(xiàn)小型平面磨床的工作要求，實現(xiàn)了工作臺的快進、工進、快退和自動停止的動作。在本次設(shè)計中，主要發(fā)現(xiàn)了對液壓元件的計算與規(guī)格的選用存在較大問題，主要原因是缺乏實際的相關(guān)經(jīng)驗，今后應(yīng)多了解一些機床的液壓系統(tǒng)，最好能實際操作，以達到快速、高效的設(shè)計出符合實際應(yīng)用的液壓系統(tǒng)的目的，為以后工作打好基礎(chǔ)。心得通過對課程設(shè)計的學(xué)習(xí)和實踐，使我對液壓系統(tǒng)設(shè)計過程有了具體了解。對液壓系統(tǒng)的各個元件有了進一步的認識，掌握了設(shè)計的基本技巧，以及對參考數(shù)據(jù)的選擇和計算等，在設(shè)計中熟悉了設(shè)計資料以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)的估算為我在今后的文化節(jié)設(shè)計工作積累了的經(jīng)驗，打下了堅實