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1、目錄
0.摘要.......................................................1
1. 設(shè)計要求..................................................2
2.負(fù)載與運(yùn)動分析...........................................2
2.1負(fù)載分析..................................................2
2.2快進(jìn)、工進(jìn)和快退時間......................................3
2.3
2、液壓缸F-t圖與v-t圖......................................3
3.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)...................................4
3.1初選液壓缸工作壓力........................................4
3.2計算液壓缸主要尺寸........................................4
3.3繪制液壓缸工況圖..........................................5
4. 擬定液壓系統(tǒng)的工作原理圖.............
3、.................7
4.1擬定液壓系統(tǒng)原理圖........................................7
4.2原理圖分析................................................8
5.計算和選擇液壓件........................................8
5.1液壓泵及其驅(qū)動電動機(jī)......................................8
5.2閥類元件及輔助元件的選....................................10
6.
4、液壓系統(tǒng)的性能驗算.....................................10
6.1系統(tǒng)壓力損失驗算..........................................10
6.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升驗算........................................11
7. 課設(shè)總結(jié)..................................................12
0．摘要
液壓傳動技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來與微電子、計算技術(shù)結(jié)合，使液壓技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，機(jī)、電、液、氣一體是當(dāng)
5、今機(jī)械設(shè)備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機(jī)械設(shè)備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術(shù)。作為機(jī)械制造專業(yè)的學(xué)生初步學(xué)會液壓系統(tǒng)的設(shè)計，熟悉分析液壓系統(tǒng)的工作原理的方法，掌握液壓元件的作用與選型是十分必要的。
液壓傳動在國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都得到了廣泛的應(yīng)用，但是各部門采用液壓傳動的出發(fā)點(diǎn)不盡相同：例如，工程機(jī)械、壓力機(jī)械采用液壓傳動的主要原因是取其結(jié)構(gòu)簡單、輸出力大；航空工業(yè)采用液壓傳動的主要原因取其重量輕、體積??；機(jī)床上采用液壓傳動的主要原因則是取其在工作過程中能無級變速，易于實現(xiàn)自動化，能實現(xiàn)換向頻繁的往復(fù)運(yùn)動等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：鉆孔 組合機(jī)床 臥式 動力滑臺 液壓系統(tǒng)
1.設(shè)計要求
設(shè)計一臺臥式鉆
6、孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)，要求完成如下工作循環(huán)式：快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止。機(jī)床的切削力為25000N，工作部件的重量為9800N，快進(jìn)與快退速度均為7m/min，工進(jìn)速度為0.05m/min，快進(jìn)行程為150mm，工進(jìn)行程40mm，加速、減速時間要求不大于0.2s，動力平臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1 。要求活塞桿固定，油缸與工作臺連接。設(shè)計該組合機(jī)床的液壓傳動系統(tǒng)。
2.負(fù)載與運(yùn)動分析
2.1負(fù)載分析
（1）工作負(fù)載： =25000N
（2）摩擦負(fù)載： 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力
靜摩擦阻力： = G=1960
7、N
動摩擦阻力：=G=980N
（3）慣性負(fù)載： ==500N
（4）液壓缸在個工作階段的負(fù)載。
設(shè)液壓缸的機(jī)械效率 =0.9，得出液壓缸在各個工作階段的負(fù)載和推力，如表1所示。
表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力
工況
計算公式
外負(fù)載F/N
液壓缸推力 F0= F / /N
啟動
F=
1960
2178
加速
F=+
1480
1644
快進(jìn)
F=
980
1089
工進(jìn)
F=+
25
8、980
28867
反向啟動
F=
1960
2178
加速
F=+
1480
1644
快退
F=
980
1089
2.2快進(jìn)、工進(jìn)和快退時間
由下式近似求出
快進(jìn)： = =1.3s
工進(jìn)： ==48s
快退：==1.6stu
2.3液壓缸F-t圖與v-t圖
3.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)
3.1初選液壓缸工作壓力
所設(shè)計的動力滑臺在工進(jìn)時負(fù)載最大，在其他情況負(fù)載都不太高，參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力=4MPa。
3.2計算液壓缸主要尺寸
9、 鑒于動力滑臺快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞式差動液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時液壓缸差動連接。工進(jìn)時為防止鉆通時負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選此背壓為=0.6MPa。
由式 =
由工進(jìn)的推力計算液壓缸無桿腔
== =7.8
則液壓缸內(nèi)徑 D==m=0.0997m=99.7mm
按GB/T2348-1993圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值D=100mm
參考表5及表6得活塞桿直徑d0.71D=71mm ，按GB/T2348-1993圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值d=70mm
由此球的液壓缸兩端的實際有效面積為
===
10、
===
3.3繪制液壓缸工況圖
根據(jù)計算出的液壓缸尺寸，可算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段壓力、流量和功率值，如表7所列，并據(jù)此繪出液壓缸工況圖，如圖3所示。
表7液壓缸在各階段的壓、流量和功率值
推力
Fo/力
回油腔壓力
/
進(jìn)油腔壓力
P/MPa
輸入流量
輸入功率P/W
計算公式
快
進(jìn)
啟動
1733
-
0.97
-
-
P1=
q=()
P=p
加速
1309
1.36
0．86
-
-
恒速
867
1.24
0.74
0.385
285
工
進(jìn)
23089
0.6
3.25
11、
0.0065
21.1
P1=
q= P=
快
退
啟動
1733
-
1.61
-
-
P1=
q=
P=
加速
1309
0.7
1.70
-
-
恒速
867
0.7
1.59
0.4
616
注：為液壓缸差動連接時，回油口之間的損失取=0.5MPa
4. 擬定液壓系統(tǒng)的工作原理圖
4.1擬定液壓系統(tǒng)原理圖
4.2原理圖分析：
為了保證快進(jìn)快退速度相等，并減小液壓泵的流量規(guī)格，擬選用差動連接回路。
① 快進(jìn)：按下啟動按鈕，三位五通電液換向閥2 1YA通電，左位進(jìn)入工作狀態(tài)，這時的主油路是：
進(jìn)油路：
12、濾油器11→液壓泵1→電液換向閥2的P口到A口→行程閥3→液壓缸右腔
回油路：液壓缸左腔→電液換向閥2的B口到T1口→單向閥6→行程閥3→液壓缸右腔
這時形成差動連接回路。因為快進(jìn)時，滑臺載荷較小，同時進(jìn)油可以經(jīng)過閥3直通油缸右腔，系統(tǒng)中壓力較低，所以液壓泵1輸出流量大，動力滑臺快速前進(jìn)實現(xiàn)快進(jìn)。
②工進(jìn)：在快速行程結(jié)束時，滑臺上的擋鐵壓下行程閥3，行程閥上位工作，使通過行程閥3的油路斷開，電磁鐵1YA繼續(xù)通電，電液換向閥2左位仍在工作，油路必須經(jīng)調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸右腔，與此同時，系統(tǒng)壓力升高，將液控順序閥8打開，并關(guān)閉單向閥6，使液壓缸實現(xiàn)差動連接的油路切斷，回油
13、經(jīng)背壓閥7和順序閥8回到油箱，這時的主油路：
進(jìn)油路：濾油器11→液壓泵1→電液動換向閥2的P口到A口→調(diào)速閥4→液壓缸右腔
回油路：液壓缸左腔→電液換向閥2的B口到T1口→背壓閥7→順序閥8→油箱
③死擋鐵停留：當(dāng)動力滑臺工作進(jìn)給終了碰上死擋鐵臺，液壓缸停止不動，系統(tǒng)的壓力進(jìn)一步升高，達(dá)到壓力繼電器14的調(diào)定壓力值時，經(jīng)過時間繼電器的延時，再發(fā)出電信號，使滑臺退回。
④快退：時間繼電器發(fā)出信號后，2YA通電，1YA關(guān)電。電液換向閥2右位工作，這時的主油路是：
進(jìn)油路：濾油器11→液壓泵1→電液換向閥2的P口到B口→液壓缸左腔
回油路：液壓缸右腔→單向閥5→電液換向閥
14、2的A口到T2口→單向閥13→油箱
⑤原位停止：當(dāng)動力滑臺退回到原始位置時，擋塊壓下行開關(guān)，這時1YA，2YA都斷電，電液換向閥2處于中位，動力滑臺停止運(yùn)動。
5.計算和選擇液壓件
5.1液壓泵及其驅(qū)動電動機(jī)
（1）計算液壓泵的最大工作壓力
小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時都向液壓缸供油，由表可知，液壓缸在工進(jìn)時工作壓力最大，最大工作壓力為=3.25MPa，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求，則小流量的最高工作壓力估算為：
+=（3.25+0.6+0.5）MPa=4.35MPa
大流量泵只在快進(jìn)和快退時向液壓缸供油，
15、由表7可見，快退時液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時大?？紤]到快退時進(jìn)油不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失=0.3MPa，則大流量的最高工作壓力估算為
+=1.91MPa
（2）計算液壓泵的流量
由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，若取回路泄漏系數(shù)K=1.2，則 泵的總流量為
===
由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為2，工進(jìn)時輸入液壓缸的流量為0.39，所以小流量液壓泵的最小流量為2.4，大流量液壓泵的最小流量為28.8。
（3）確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)的功率
根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱液壓泵產(chǎn)品手冊，現(xiàn)選用YB
16、1-40/6.3型雙聯(lián)液片泵，泵的額定壓力為=6.3 Mpa，小泵排量為V1=6.3mL/r,大泵排量為V2=40 mL/r;泵的額定轉(zhuǎn)速為n=960r/min,容積效率為v=0.9，總效率p=0.8。推算的小泵和大泵的額定流量分別為：
qp1=V1nv=6.39600.9=5.44L/min
qp2=V2nv=409600.9=34.56L/min
雙泵流量為qp=qp1+qo2=5.44+34.56=40L/min
由工況圖可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，取泵的總效率為=0.80，則所需驅(qū)動電動機(jī)功率為：
===1.591KW
查電動機(jī)手冊選Y112M-6-
17、B3型臥式三相異步電動機(jī)，其額定功率為2.2Kw，轉(zhuǎn)速為940r/min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動液壓泵時，小泵和大泵的實際輸出流量分別為5.33L/min和33.84L/min；雙泵總流量為39.17L/min；工進(jìn)時的溢流量為5.33-0.5=4.83L/min,仍能滿足系統(tǒng)各工況對流量的要求。
5.2閥類元件及輔助元件的選擇
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件及輔助元件的流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格，下表為選擇元件的一種方案。
表8 液壓元件的選擇
序號
元件名稱
通過閥的最大流量
規(guī)格
額定流量
額定壓力MPa
型號
1
三位五通電液換向閥2
73.9
100
18、
6.3
35DY-100BY
2
行程閥3
73.9
100
6.3
22C-100BH
3
調(diào)速閥4
<1
6
6.3
Q-6B
4
單向閥5
83.2
100
6.3
I-100B
5
單向閥6
34.8
63
6.3
I-63B
6
背壓閥7
<1
10
6.3
B-10B
7
順序閥8
33.8
63
6.3
XY-63B
8
溢流閥9
4.8
10
6.3
Y-10B
9
單向閥10
33.8
63
6.3
I-63B
10
過濾器11
39.2
50
6.3
XU-50
19、200
11
單向閥13
83.2
100
6.3
I-100B
12
雙聯(lián)葉片泵1
40/6.3
6.3
YB1-40/6.3
6.液壓系統(tǒng)的性能驗算
6.1系統(tǒng)壓力損失驗算
管道直徑按選定的液壓元件接口尺寸確定為d=18mm,進(jìn)、回油管長均取l=2m油液的運(yùn)動粘度取v=1 ,油液密度取ρ =900kg/m3。
工作循環(huán)中進(jìn)、回油管中通過的最大流量q=83.2L/min,由此計算雷諾數(shù)，得
Re=vd/V=4q/πdv =981<2300
由此可推出各工況下的進(jìn)、回油路中的液流均為層流。
管中流速為
V=q/πd2/4=5.45m/s
因此
20、沿程壓力損失為
Dpf=75/Rel/dρv2/2=0.1Mp
在管路具體結(jié)構(gòu)沒有確定時，管路局部損失Dpr=Dps(q/qs)2
式中：q為閥的實際流量；qs為閥的額定流量(從產(chǎn)品手冊中查得)；Dps為閥在額定流量下的壓力損失（從產(chǎn)品手冊中查得）。
根據(jù)以上公式計算出各個工況下的進(jìn)、回油管路的壓力損失，計算結(jié)果均小于估取值，不會使系統(tǒng)工作壓力高于系統(tǒng)的最高壓力。
6.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升驗算
液壓系統(tǒng)工進(jìn)在整個工作循環(huán)中所占的時間比例打94%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和溫升可用工進(jìn)時的數(shù)值來計算。
工進(jìn)時的回路效率
η 1=p1q1/ (Pp1*qp1+Pp2*qp2)=0.067
其中，
21、大流量泵的工作壓力Pp2就是此泵通過順序閥8卸荷時所產(chǎn)生的壓力損失，因此其數(shù)值為：
Pp2=0.3（33.84/63)2=0.087Mp
前面已經(jīng)取雙聯(lián)液壓泵的總效率=0.8，現(xiàn)取液壓缸的總效率為m=0.95，則可算得本液壓系統(tǒng)的效率為：
=0.75*0.067*0.95=0.048
可見工進(jìn)時液壓系統(tǒng)效率很低，這主要是由于溢流損失和節(jié)流損失造成的。工進(jìn)工況液壓泵的輸入功率為：
Pi=（Pp1*qp1+Pp2*qp2)/=611.24W
根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)熱量計算式（9-24）可得工進(jìn)階段的發(fā)熱功率為:
Q=Pi*(1-η )=611.24*(1-0.048)=581.90 W
當(dāng)油
22、箱的高、寬、長比例在1:1:1到1:2:3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80%時，油箱散熱面積近似為
式中 V—油箱有效容積（）;
A—散熱面積（）。
取油箱有效容積為0.4，散熱系數(shù)K為15W/㎡·℃
算得系統(tǒng)溫升為：T= Q/KA=10.7℃
設(shè)機(jī)床工作環(huán)境溫度t=25℃，加上此溫升后有t=25+10.7=35.7℃，在正常工作溫度內(nèi)，符合要求。
7.課設(shè)總結(jié)
本次課程設(shè)計時間一周雖然略顯得倉促一些，但是通過本次每天都過得很充實的課程設(shè)計，自己還是受益匪淺，從中學(xué)到了很多東西。
這次課程設(shè)計，由于理論知識的不足，再加上平時沒有什么設(shè)計經(jīng)驗，一開始的時候有些手忙腳亂
23、，不知從何入手，但在老師的耐心指導(dǎo)，和小組同學(xué)的共同努力下，我還是順利完成了本次課設(shè)。通過本次課設(shè)，使自己學(xué)到了很多在課堂上學(xué)不到的東西，鍛煉了自己的設(shè)計能力，以及查閱有用資料整合知識的能力，使我深刻的認(rèn)識到自己在課堂上學(xué)的知識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，必須加強(qiáng)理論聯(lián)系實際的能力，提高自己的動手能力。在以后的工作和學(xué)習(xí)中我會繼續(xù)好好學(xué)習(xí)，豐富自己的知識，全面提高自己，使自己成為一個綜合素質(zhì)過硬的當(dāng)代大學(xué)生。
參考文獻(xiàn)：
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成大先主編.機(jī)械設(shè)計手冊（第五版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010
張利平編著.液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010
液壓課程設(shè)計-- 設(shè)計一臺臥式鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)
