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液压课程_图文_
- 2020-10-12 18:08-

  目录 1. 广东工业大学机电液综合设计项目任务书 ------------------------------------------ 2 2. 摘要 ------------------------------------------------------------------------------------------ 5 3. 设计要求和概述 --------------------------------------------------------------------------- 6 3.1 3.2 3.3. 设计内容、要求说明 -------------------------------------------------------------------------------------6 液压传动系统的主要优点: ---------------------------------------------------------------------------- 7 半自动组合机床液压系统特点:---------------------------------------------------------------------- 7 4 液压系统的工况分析 --------------------------------------------------------------------- 8 4.1 工作缸的负载及负载循环图----------------------------------------------------------------------------8 4.2 夹紧缸的负载 -------------------------------------------------------------------------------------------- 10 5 拟定液压系统原理图 -------------------------------------------------------------------- 12 5.1 确定供油方式 -------------------------------------------------------------------------------------------- 12 5.2 调速方式的选择 ----------------------------------------------------------------------------------------- 12 5.3 速度换接方式的选择 ----------------------------------------------------------------------------------- 12 5.4 夹紧回路的选择 ----------------------------------------------------------------------------------------- 12 5.5 系统工作原理 -------------------------------------------------------------------------------------------- 13 5.6 电磁铁动作顺序表 -------------------------------------------------------------------------------------- 14 6 液压系统的计算和选择液压元件 ----------------------------------------------------- 15 6.1 液压缸主要尺寸的确定 -------------------------------------------------------------------------------- 15 6.2. 确定液压缸的流量、压力和选择泵的规格 ------------------------------------------------------- 17 6.3. 液压阀的选择 -------------------------------------------------------------------------------------------- 19 6.4. 确定管道尺寸 -------------------------------------------------------------------------------------------- 20 6.5. 液压油箱容积的确定 ----------------------------------------------------------------------------------- 21 7. 液压系统的验算 -------------------------------------------------------------------------- 22 7.1. 压力损失的验算 ----------------------------------------------------------------------------------------- 22 7.2. 系统温升的验算 ----------------------------------------------------------------------------------------- 25 8.液压回路的验证 ----------------------------------------------------------------------------25 9. 液压集成块结构与设计 ----------------------------------------------------------------- 27 9.1. 液压集成回路设计 -------------------------------------------------------------------------------------- 27 9.2. 液压集成块的设计 -------------------------------------------------------------------------------------- 28 9.3. 集成块设计步骤 ----------------------------------------------------------------------------------------- 28 9.4. 集成块零件图的绘制 ----------------------------------------------------------------------------------- 30 10. 设计总结 ----------------------------------------------------------------------------------- 30 11. 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------- 31 综合设计项目任务书 题目名称 半自动液压专用铣床液压系统设计 学生学院 机电工程学院 专业班级 姓名 学号 一、设计内容 设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床,工作循环:手工上料 ——自动夹紧——工作台快进——铣削进给——工作台快退——夹具松开——手工卸料。 主要工作内容: (1) 明确设计要求进行工况分析;(2) 确定液压系统主要参数;(3) 拟定液压系统原 理图及验证设计方案;(4) 计算和选择液压件;(5) 验算液压系统性能;(6) 绘制工作图及 编制技术文件。 二、设计要求与数据 工作台液压缸负载力(KN):FL 夹紧液压缸负载力(KN):Fc 工作台液压缸移动件重力(KN):G 夹紧液压缸移动件重力(N):Gc 工作台快进、快退速度(m/min):V1=V3 夹紧液压缸行程(mm):Lc 工作台工进速度(mm/min):V2 夹紧液压缸运动时间(S):tc 工作台液压缸快进行程(mm):L1 导轨面静摩擦系数:μs=0.2 工作台液压缸工进行程(mm):L2 工作台启动时间(S):?t=0.5 导轨面动摩擦系数:μd=0.1 数据表 姓名 FL Fc G Gc V1 V2 L1 L2 Lc tc 张荣晋 27.5KN 24KN 18KN 172N 4.5m/min 75mm/min 450mm 90mm 25mm 2s 三、设计应完成的工作 液压系统工作原理图(A4);零件图(A3);部件装配图(A3);设计说明书 1 份。 注:在进行零、部件设计时,集成块和油箱零、部件可以任选。 四、设计进程安排 序号 设计各阶段内容 地点 起止日期 (1) 阅读、研究设计任务书,明确设计内容和要求,了 1 解原始数据和工作条件; 教一 302 (2) 收集有关资料并进一步熟悉课题。 (1) 明确设计要求进行工况分析; 2 (2) 确定液压系统主要参数; 教一 302 (3) 拟定液压系统原理图及验证设计方案 (1) 计算和选择液压件; 3 宿舍 (2) 验算液压系统性能; (1) 绘制零部件图; 4 宿舍 (2) 绘制正式的液压原理图。 (1) 编写设计计算说明书; 5 宿舍 (2) 编写零部件目录表。 11.28-11.29 11.30-12.7 12.8-12.9 12.10-12.14 12.15-12.18 6 整理资料,答辩 工 2-731 12.19-12.20 五、应收集的资料及主要参考文献 [1]李笑 吴冉泉主编,《液压与气压传动》,国防工业出版社,2006 [2]杨培元 朱福元主编,《液压系统设计简明手册》,机械工业出版社,1998 [3]成大先主编,《机械设计手册》(第四版,第四卷),化学工业出版社,2002 [4]雷天觉主编,《新编液压工程手册》,机械工业出版社,1998 [5]张利平主编,《液压与气压设计手册》,机械工业出版社,1997 发出任务书日期:2011 年 11 月 28 日 计划完成日期: 2011 年 11 月 28 日 指导教师签名: 基层教学单位责任人签章: 主管院长签章: 2. 摘要 液压传动之所以能得到广泛的应用,是由于它与机械传动、电气传动相比, 液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小,传递运动均匀平稳,负载变化时速 度较稳定,液压传动容易实现自动化。本次设计主要针对半自动组合铣床液压系 统及其有关装置设计,根据给定条件和需要而设计的一个液压系统,对液压传动 的基本原理进行分析,涉及到集成块的设计、必要的计算、分析和验算,以及各 类元件(尤其阀类元件)的选择,系统的改进方法。 半自动组合铣床液压系统及其有关装置设计综合应用机械设计、计算机制 图、液压传动、机械制图、结构力学等课程,完成卧式半自动组合机床的液压系 统的原理设计、液压系统的设计计算、液压系统的元部件的选择、液压集成油路 的设计、液压集成块的设计等,并绘制了液压系统的原理图和集成块液压集成回 路图,利用 UG 绘制了压力块的三维立体图和零件图。 关键词: 液压 集成块 液压阀 工程图 半自动铣床 3. 设计要求和概述 设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床,工作循环:手工上料→ 自动夹紧→工作台快进→铣削进给→工作台快退→夹具松开→手工卸料。 3.1 设计内容、要求说明 3.1.1. 液压系统设计 根据设备的用途、特点和要求,利用液压传动的基本原理进行工况分析,拟定合理、完 善的液压系统原理图,需要写出详细的系统工作原理,给出电磁铁动作顺序表。再经过必要 的计算确定液压有关参数,然后按照所得参数选择液压元件、介质、相关设备的规格型号(或 进行结构设计)、对系统有关参数进行验算等。 3.1.2. 液压装置结构设计 液压装置包括集成块、液压站等,进行结构设计时应考虑元件布局合理、紧凑、美观、 外连管道少,装卸、调试方便,集成块中的油路尽可能简单、短、交叉少,加工容易、加工 工作量尽可能少。 3.1.3. 绘制工程图、编写设计说明书 绘制液压系统原理图(系统总油路、集成块集成回路)、液压装置工程图(集成块结构图、 集成块元件装配图),图纸必须按国家标准要求打印,按照老师要求上交一定数量的图纸; 编写设计说明书。 3.2 液压传动系统的主要优点: 液压传动之所以能得到广泛的应用,是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的主 要优点: (1)由于液压传动是油管连接,所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构,这 是比机械传动优越的地方。例如,在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动,以克服长驱 动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大,又加之极易布置,在挖掘机等重型工程机械上, 已基本取代了老式的机械传动,不仅操作方便,而且外形美观大方。 (2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如,相同功率液压马达的体积为电 动机的 12%~13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标,目前是发电机和电动机的十分 之一,液压泵和液压马达可小至 0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为 0.03N/W。 (3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达,可以实现无级调速,调 速范围可达 1∶2000,并可在液压装置运行的过程中进行调速。 (4)传递运动均匀平稳,负载变化时速度较稳定。正因为此特点,金属切削机床中的磨 床传动现在几乎都采用液压传动。 (5)液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等,同时液压件能自行润滑,因 此使用寿命长。 (6)液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀,特别是采用液压控制和电气控制 结合使用时,能很容易地实现复杂的自动工作循环,而且可以实现遥控。 (7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,便于设计、制造和推广使用。 3.3.半自动组合机床液压系统特点: 1.采用了限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路,保证了稳定的低速运动,有较好 的速度刚性和较大的调速范围。 2.采用了限压式变量泵和液压缸的差动连接实现快进,能量利用合理。 3.采用了三位四通 M 型中位机能的电液换向阀换向,提高了换向平稳性,减少了能量损 失。 4 液压系统的工况分析 4.1 工作缸的负载及负载循环图 根据已知条件,绘制运动部件的速度循环图,如图所示。 速度循环图 计算各阶段的外负载并绘制负载图。 工作机构作直线往复运动时,液压缸必须克服的外负载为 F =FL +Ff +Fi (4-1) 式中 FL——工作负载 (N); Ff——摩擦负载 (N); Fi——惯性负载 (N)。 (1)工作负载:工作负载与机器的工作性质有关,有恒值负载与变值负载。工作负载又可 分为阻力负载和超越负载,阻止液压缸运动的负载称为阻力负载,又称正值负载;助 长液压缸运动的负载称为超越负载,也称负值负载。 (2) 摩擦负载:摩擦负载是指液压缸驱动工作机构工作时所要克服的机械摩擦阻力。对于机 床来说,即导轨的摩擦阻力。启动时为静摩擦阻力,可按下式计算: Ffs =μs (G +Fn ) (4-2) 启动后变为动摩擦阻力,可按下式计算: Ffd =μd (G +Fn ) (4-3) 式中 G——运动部件所受重力 (N); Fn——外负载作用于导轨的正压力 (N); Ffs 、Ffd——静、动摩擦阻力 (N); μ s 、μ d——静、动摩擦系数。 (3) 惯性负载 惯性负载即运动部件在启动和制动过程中的惯性力,其平均惯性力可按 下式计算: Fi = G g Δυ Δt (4-4) 式中 g——重力加速度,g=9.8m/s2; Δ υ ——速度变化量(m/s); Δ t——启动或制动时间(s)。 一般机械可取Δ t=0.01~0.5s,对轻载低速运动部件取小值,对重载高速运动部件取大 值,本设计中取Δ t=0.5s。 在本设计中 工作负载:FL=27.5KN 摩擦负载及惯性负载: Ffs ? ?s(G ? Fn ) ? ?sG ? 0.2 ? 18000 ? 3600N Ffd ? ?d(G ? Fn ) ? ?d G ? 0.1 ? 18000 ? 1800N Fi G ?g ?? ?t 18000 4.5 ? 9.8 ? 0.5 ? 60 ? 276N (4)运动时间: 快进: t1 ? L1 V1 ? 0.45 4.5 / 60 ? 6s 工进: t2 ? L2 V2 ? 0.09 0.075 / 60 ? 72s 快退: t3 ? L1 ? L2 V3 ? 0.45 ? 0.09 4.5 / 60 ? 7.2s 设液压缸的机械效率 ηcm =0.9 ,则液压缸推力: F0 ? F ηcm ? 1.11F 根据上述计算结果,列出各工作阶段所受的外负载: 持续时间(s) 0.5 工况 启动 加速 工作缸负载列表 负载组成 液压缸负载(N) 液压缸推力(N) 行程(mm) Ffs 3600 4000 Ffd + Fi 3076 3418 6 快进 F fd 1800 2000 450 72 工进 Ffd +FL 29300 32556 90 反向启动 Ffs 3600 0.5 加速 Ffd + Fi 3076 4000 3418 7.2 快退 F fd 1800 2000 540 并画出如图所示负载循环图: 4.2 夹紧缸的负载 工进速度: vc ? LC tc ? 0.025 2 ? 0.0125m /s 静摩擦力: Ffsg ? ?sGc ? 0.2 ? 172 ? 34.4N 动摩擦力: Ffdg ? ?d Gc ? 0.1 ? 172 ? 17.2N 工进时液压缸推力: F0C ? FC ? GM ? 24000 0.9 ? 26667N 5 拟定液压系统原理图 5.1 确定供油方式 考虑到该机床在工作进给时负载较大,速度较低。而在快进、快退时负载较小,速度较 高。从节省能量、减少发热考虑,泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反 馈的限压式变量叶片泵。 5.2 调速方式的选择 在中小型专用机床的液压系统中,进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削 类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点,决定采用限压式变量泵 和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚好的特点,并且 调速阀装在回油路上,具有承受负切削力的能力。 5.3 速度换接方式的选择 本系统用电磁阀的快慢速换接回路,它的特点是结构简单、调节行程比较方便,阀的安 装也较容易,但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性,则可改用行程阀切换 的速度换接回路。 5.4 夹紧回路的选择 用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时,为了避免工作时突然失电松开,应采 用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力,所以 接入节流阀调节和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀,用来调节夹紧力的大小和保持夹 紧力的稳定。 最后把所选择的液压回路组合起来,即可组合成如图 3 所示的液压系统原理图。 液压系统原理图 5.5 系统工作原理 第一步,启动液压泵,夹紧缸的无杆腔进油,夹紧缸工作,夹紧工件。夹紧力的大小由单向 节流阀 12 调定。 第二步,夹紧工件后压力继电器 11 发出信号使 1YA 得电,换向阀 4 工作在左位,工进缸差 动连接,动力头(工作台)快进。 第三步,工作台碰到行程开关 1SQ,使 3YA 得电,工进缸无杆腔进油,工作台慢速工进,形 成容积回油节流调速回路,速度由单向调速阀 6 调定。 第四步,工作台碰到行程开关 3SQ,使 2YA 得电,1YA 失电,换向阀 4 工作在右位,工进缸 有杆腔进油,工作台快退。 第五步,工作台快退到原位后,碰到 2SQ,发出信号使 1YA 和 2YA 失电,工作台停止。 第六步,同时, 4YA 得电,夹紧缸有杆腔进油,松开工件。 第七步,松开工件后,碰到行程开关 4SQ,4YA 失电,夹紧缸停止工作,油路关闭,停止工 作,完成一个工作周期。 5.6 电磁铁动作顺序表 1YA 夹紧工件 - 工进缸快进 + 慢速工进 + 工进缸快退 - 松开工件 - 系统停止 - 2YA 3YA 4YA - - - - - - - + - + - - - - + - - - 6 液压系统的计算和选择液压元件 6.1 液压缸主要尺寸的确定 6.1.1 工作压力 P 的确定 工作压力 P 可以根据负载大小以及机器的类型来初步确定, 表 按负载选择工作压力 负载/ KN 5 5~10 10~20 20~30 30~50 50 工作压力/MPa 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 表 各种机械常用的系统工作压力 机床 机械类型 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 农业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机 10~18 液压机 大中型挖掘机 重型机械 起重运输机械 20~32 可知,取液压缸的工作压力为 P1=4MPa。 又由下表确定背压力: 系统类型 简单系统或轻载节流调速系统 回油路带调速阀的系统 回油路设置有背压阀的系统 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 回油路较短且直接回油 背压力/MPa 0.2~0.5 0.4~0.6 0.5~1.5 0.8~1.5 1.2~3 可忽略不计 取 P2=0.6MPa。 6.1.2 计算液压缸内径圆 D 和活塞直径 d 由负载图知道最大负载 F 为 29300N,由 表 按速比要求确定 d/D ? 2/? 1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 ? 注: 1—无杆腔进油时活塞运动速度; ? 2—有杆腔进油时活塞运动速度。 0.55 0.62 0.71 ,又知 P2 为 0.6MPa,机械效率η cm 为 0.95,考虑到快进、快退速度相等,取 d/D=0.7。 有 D? 4F ? ? p1?cm ? {1 ? p2 p1 [1 ? ? ?? d D 2 ? ?? ]} (6-1) 则 D 工作? ? ? 3.14 ? 4 ? 106 4 ? 29300 ? 0.95 ? {1 ? 0.6 4 [1 ? 0.7 2]} ? 0.1206m 查表可知,将液压缸内径圆取整为标准系列直径 D=125mm,杆直径 d,按 d/D=0.7,活 塞杆直径系列取 d=90mm。 按工作要求夹紧力由夹紧缸提供,考虑到夹紧力的稳定,夹紧缸的工作压力应该低于工 进夹紧缸的工作压力,现取夹紧缸的工作压力为 3.5MPa,回油背压为零,η cm 为 0.95,可 知, D 夹紧? 4 ? 24000 m 3.14 ? 3.5 ? 106 ? 0.95 ? 0.0959m 可知,查液压缸和活塞的尺寸系列,取夹紧液压缸的 D 和 d 分别为 100mm 和 70mm。 按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度: A ? q min v min ? 50 cm 2 75 ? 6.7cm 2 (6-2) 式中, qmin 是由产品样本查得 GE 系列调速阀 AQF3-E10B 的最小稳定流量为 0.05L/min。 本设计中调速阀是安装在回油路上,故液压缸节流有效工作面积应该选取液压缸有杆腔 的实际面积,即 A ? ?(D 2 4 ? d 2)? ? 4 ? (12.52 ? 92 )cm 2 ? 59.10cm 2 >6.7cm2 可见上述不等式能满足,液压缸能达到所需低速。 6.1.3. 计算在各工作阶段液压缸所需的流量 由 q ? Av 得: (6-3) q 快进 ? ? 4 d v2 快进 ? ? 4 ? 0.092 ? 4.5m 3 / min ? 28.6 ? 10?3 m 3 / min ? 28.6L / min q 工进 ? ? 4 D 2v 工进 ? ? 4 ? 0.1252 ? 0.075m 3 / min ? 0.92 ? 10?3 m 3 / min ? 0.92L / min q 快退 ? ?(D 2 4 ? d 2)v 快退 ? ? 4 ?(0.1252 ? 0.092)? 4.5m 3 / min ? 26.6L / min q夹 ? ? 4 D 夹2v 夹 ? ? 4 ? 0.12 ? 12.5 ? 10?3 ? 60m 3 / min ? 5.9 ? 10?3 m 3 / min ? 5.9L / min 6.2. 确定液压缸的流量、压力和选择泵的规格 6.2.1. 泵的工作压力的确定 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失,所以泵的工作压力为 ? pp ? p1 ? ?p (6-4) 式中 , p p —泵的最大工作压力; p1 ---执行元件最大工作压力; ??p ---进油管路中的压力损失,初算时简单系统可取 0.2—0.5MPa,复杂系统取 0.5—1.5,本设计中取 0.5MPa ? pp ? p1 ? ?p =(4+0.5)MPa=4.5MPa 上述计算所得的 p p 是系统的静态压力,考虑到系统在各种工况的进度阶段出现的动态 压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储存量,并确保泵的寿命,因此选泵的额定 压力 Pn 应该满足 Pn ? (1.25-1.6) p p 。中低压系统取小值,高压系统取大值。在本设计中 Pn=1.3× p p =5.85 MPa。 6.2.2. 泵的流量确定。液压泵的最大流量应为 q p ? K L (? q)max (6-5) 式中, q p --液压泵的最大流量; ? ( q)max---同时动作的各执行元件所需要流量之和的最大值。如果这时溢流阀正在进 行工作,尚须加溢流阀的最小溢流量 2—3L/min; K L ---系统泄露系数,一般取 KL=1.1—1.3,现取 KL=1.1。 ? q p = K ( L q)max=1.2×28.6L/min=34.32L/min 6.2.3. 选择液压泵的规格 根据以上算得的 Pp 和 qp,查阅《手册》P81,选用 YBX-25 限压式变量叶片泵,该泵的 基本参数为: 型号 YBX-25 qo(mL/r) 25 pn(MPa) 6.3 nH(r/min) 1390 ηv η 0.85 0.7 6.2.4. 与液压泵匹配的电动机的选定 首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率,取两者较大值作为选择电动机规格的 依据。由于在工进时泵输出的流量减小,泵的效率急剧降低,一般当流量在 0.2-1L/min 范 ? 围内时,可取 =0.03—0.14。同时还应注意到,为了使所选择的电动机在经过泵的流量特 性曲线最大功率点时不至停转,需进行验算,即 pBqp ? ? 2 pn 式中, Pn--所选电动机额定功率; (6-6) pB --限压式变量泵的限定压力 qp ---压力为 pB 时,泵的输出流量。 首先计算快进时的功率,快进时的外负载为 1800N,进油路的压力损失定为 0.5MPa,由 式(1-4)得: Pp ? ? 1800 ? 4 ??3.14 ? 0.092 ? 10?6 ? 0.5??MPa ? ? 0.78Mpa 快进时所需电动机功率为: P ? p pq p ? ? 0.78 ? 28.6 60 ? 0.7 kw ? 0.53KW 工进时所需电动机功率 P 为: P ? 4.5 ? 0.92 kw 60 ? 0.7 ? 0.1KW 查得,选用 Y802- 4 型电动机,其额定功率为 0.75kW,额定转速为 1390 r/min。 由相关资料可知 YBX-25 的流量压力特性曲线。再由已知的快进时流量为 34.32L/min, 工进时的流量为 1.1L/min,压力为 4.5MPa,作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线,如 图所示: 液压泵特性曲线 由相关资料可知该曲线MPa,该工作点对应的功率 为 P ? 34 ? 2.4 60 ? 0.7 ? 1.94kw ≥2×0.75=1.5KW 不满足式(6-6),故另选型号为 Y90S-4 的电机,其额定功率为 1.1KW,满载转速 1400r/min, 满足上述要求,在拐点处能正常工作。 6.3. 液压阀的选择 本液压系统可采用力士乐系统或 GE 系列的阀。本设计方案中均选用 GE 系列阀。根据所 拟定的液压系统图,按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表 所示。 序号 元件名称 方案 通过流量(L/min) 1 滤油器 XU-B50×100 34.32 2 液压泵 YBX-25 34.32 3 压力表开关 KF3-EA10B —— 4 三位四通换向阀 34EF30-E10B 26.6 5 二位三通换向阀 23EF3B-E10B 26.6 6 单向调速阀 AQF3-E10B 26.6 7 减压阀 JF3-10B 5.9 8 压力表开关 与 3 共用 —— 9 单向阀 AF3-EA10B 5.9 10 二位四通换向阀 24EF3-E10B 5.9 11 压力继电器 DP1-63B 5.9 12 单向节流阀 ALF-E10B 5.9 液压元件明细表 6.4. 确定管道尺寸 油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定,也可按管路允许流速进行计 算。本系统主油路流量为差动时流量 q=26.6×(125/90)2=55.06L/min,压油管的允许流速取 v=4m/s,则内径 d 为 d ? 4.6 q / v ? 4.6 55.06 / 4mm ? 17.1mm (6-7) 若系统主油路流量按快退时取 q=28.6L/min,则可算得油管内径 d=12.3mm。 综合诸因素,现取油管的内径 d 为 14mm。吸油管同样可按上式计算(q=34.32L/min、 v=0.9m/s),可知,参照 YBX-25 变量泵吸油口连接尺寸,取吸油管内径 d 为 30mm。 6.5. 液压油箱容积的确定 本设计为中压液压系统,由《手册》P55 可知,液压油箱有效容量按泵的流量的 5-7 倍 来确定,现选用型号为 BEX-160 油箱,容量为 160L。 7. 液压系统的验算 已知该液压系统中进、回油路的内径为 18mm,各段油管的长度分别为:AB=0.3m, AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m。选用 L-HL32 液压油,考虑油的最低温度为 15℃,查得 15℃时 该液压油的运动粘度 v=150cst=1.5 cm2 /s,油的密度ρ =920kg/ m3 。 7.1. 压力损失的验算 7.1.1. 工作进给时,进油路压力损失 运动部件工进时速度为 75mm/min,进给时的最大流量为 0.92L/min,则液压油在管内流 速 V1 为 V1 ? q ? d2 ? 4 ? 0.92 ? 103 3.14 ? 1.42 cm / min ? 6cm /s ? 由文献[2,18]可知,管道流动雷诺数 Re1 为 vd Re1 ? v (7-1) 则 Re1 ? ? 1d v ? 6 ? 1.4 1.5 ? 5.6 知 Re1<2300,可见油液在管道内流态为层流,其沿程阻力系数λ 1=75/Re1=75/5.6=13.39。 直管沿程压力损失为 ?P1?1 ?λ l d ?v2 2 (7-2) 则,进油管道 BC 的沿程压力损失Δ P1-1 为 ?P1?1 l ?λ d ?v 2 2 ? 13.39 (1.7 ? 1.4 ? ? 0.3) 10?2 ? 920 ? (6 ? 2 10?2 )2 Pa ? 3167.7Pa 换向阀 34EF30-E10B 的压力损失Δ p1?2 =0.05×106 Pa 忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失,则进油路总压力损失Δ p1 为: ?p ? Δ p1?1 ? Δ p1?2 ? (0.0032 ? 106 ? 0.05 ? 106 )Pa ? 0.0532 ? 106 Pa 7.1.2. 工作进给时回油路的压力损失 由于选用单活塞杆液压缸,且液压有杠腔的工作面积为无杠腔的工作面积的二分之一, 则回油管道的流量为进油管道的二分之一,则 V2=v1/2=3cm/s Re2 ? v 2d v ? 3 ? 1.4 1.5 ? 2.8 λ 2=75/Re2=75/2.8=26.8 回油管道的沿程压力损失为Δ P2-1 为: ?P2 ?1 ?λ l d ?v 2 2 ? 26.8 ? 1.4 2 ? 10?2 ? 920 ? 0.032 2 Pa ? 0.0016 ? 106 Pa 查得换向阀 23EF3B-E10B 的压力损失 ?p2?2 =0.025×10 6 Pa, 换向阀 34EF30-E10B 的压力损失 ?p2?3 =0.025×10 6 Pa, 调压阀 AQF3-E10B 的压力损失: ?p2?4 =0.5×10 6 Pa。 回油路总压力损失Δ p2 为: ?p2 ? ?p2?1 ? ?p2?2 ? ?p2?3 ? ?p2?4 ? (0.0018 ? 0.025 ? 0.025 ? 0.5) ?106 Pa ? 0.552?106 Pa 7.1.3. 变量泵出口的压力 Pp pp ? F / ?cm ? A2Δ p 2 A1 ? Δ p1 ? ???? 29300 / 0.95 ? 5.94 ? 10?4 12.3 ? 10?3 ? 0.55 ? 106 ? 0.05 ? 106 ? 0.05 ? 106 ??? ? ? 2.83MPa 7.1.4. 快进时的压力损失 快进时液压缸为差动连接,自汇流点 A 至液压缸进油口 C 之间的管路 AC 中,流量为液 压泵出口流量的两倍即 55L/min,AC 段管路的沿程损失Δ p1-1 为 v1 ? q ? d2 ? 4 ? 55 ? 103 cm / s 3.14 ? 1.82 ? 60 ? 595.8cm / s 4 Re1 ? ?1d v ? 595.8 ? 1.4 1.5 ? 556 ?1 ? 75 Re1 ? 75 556 ? 0.135 ?p 1 ? 1 l ? ?d ?v 2 2 ? 0.135 ? 1.7 1.4 ? 10?2 ? 920 ?62 2 Pa ? 0.2715 ? 106 Pa 同样可求管道 AB 段及 AD 段的沿程压力损失Δ p1-2 和Δ p1-3 为 v2 ? q ? d2 ? 4 ? 26.6 ? 103 cm / s 3.14 ? 1.42 ? 60 ? 288.1cm / s 4 Re2 ? v 2d v ? 288.1 ? 1.4 1.5 ? 268.89 ?2 ? 75 Re2 ? 75 268.98 ? 0.35 ?p 1 ? 2 ? 0.35 ? 0.3 1.4 ? 10?2 ? 920 ? 1.7662 2 Pa ? 0.0085MPa ?p 1 ? 3 ? 0.35 ? 1.7 1.4 ? 10?2 ? 920 ? (176.6 ? 10?2 )2 2 Pa ? 0.047MPa 由文献[1]可知,流经各阀的局部压力损失为: 34EF30-E10B 的压力损失Δ P2-1=0.17?106 Pa,23EF3B-E6B 的压力损失Δ P2-2=0.17?106 Pa 据分析:在差动连接中,泵的出口压力 p p 为: pp ? ?p1?1 ? ?p1?2 ? ?p1?3 ? ?p 2?1 ? ?p 2?2 F ? A2?cm ? [(2 ? 0.098 ? 0.0085 ? 0.047 ? 0.17 ? 0.17) ? 106 ? 1800 59.4 ? 10?4 ? ]Pa 0.95 ? 0.91 ? 106 Pa ? 0.91MPa 快退时压力损失验算从略。上述验算表明,无需修改原设计。 7.2. 系统温升的验算 在整个工作循环中,工进阶段所占的时间最长,为了简化计算,主要考虑工进时的发热 量。 当 v=75mm/min 时 q 工进 ? ? 4 D 2v 工进 ? ? 4 ? 0.1252 ? 0.075m 3 / min ? 0.92 ? 10?3 m 3 / min ? 0.92L / min 此时泵的效率为 0.1,泵的出口压力为 2.83MPa,则 p 输入 ? 2.83 ? 0.92 kw 60 ? 0.1 ? 0.43kw p 输出 ? Fv ? 29300 ? 75 60 ? 10? 3 ? 10?3 kw ? 0.037kw 此时的功率损失为 ?p ? p 输入 ? p 输出 ? (0.43 ? 0.037)kw ? 0.393KW 假定系统的散热状况一般,取 K=10×10?3 kW/( cm2 ·℃),油箱的散热面积 A 为 A ? 0.0653 v2 ? 0.0653 1602 m2 ? 1.92m2 系统的温升为 ?t ? ?p KA 0.393 ? 10 ? 10?3 ? 1.92 ? 20.46?C 对一般机床,△t=55~70℃,验算表明系统的温升在许可范围内。 8、液压回路的验证 经过实验室实际回路的链接和测试,该回路可以正常工作。 9、 液压集成块结构与设计 通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。管式元件通过油管来实现相互之间的连 接,液压元件的数量越多,连接的管件越多,结构复杂,系统压力损失越大,占用空间也越 大,维修,保养和拆装越困难。因此,管式元件一般用于结构简单的系统。 板式元件固定在板件上,分为液压油路板连接,集成块连接和叠加阀连接。把一个液压 回路中各元件合理地布置在一块液压油路板上,这与管式连接比较,除了进出液压油液通过 管道外,各液压元件用螺钉规则地固定在一块液压阀板上,元件之间幅液压油路板上的孔道 勾通,。ag网址板式元件的液压系统安装,高度和维修方便,压力损失小,外形美观。但是,其结 构标准化程度差,互换性不好,结构不够紧凑,制造加工困难,使用受到限制。此外,还可 以把液压元件分别固定在几块集成块上,再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回 路,这种方式与油路板比较,标准化,通用程度高,互换性能好,维修,拆装方便,元件更 换容易;集成块可进行专业化生产,其质量好,性能可靠而且设计生产周期短。使用近年来 在液压油路板和集成块基础上发展起来的新型液压元件叠加阀组成回路也有其独特的优点, 它不需要另外的连接件,幅叠加阀直接叠加而成。其结构更为紧凑,体积更小,重量更轻, 无管件连接,从而消除了因油管,接头引起的泄漏,振动和噪声。 本设计系统由集成块组成,液压阀采用广州机械研究所的 GE 系列阀。 9.1 液压集成回路设计 1、把液压回路划分为若干个单元回路,每个单元回路一般由三个液压元件组成,采用 通用的压力油路 P 和回油路 T,这样的单元回路称液压单元集成回路。设计液压单元集成回 路时,优先选用通用液压单元集成回路,以减少集成块设计工作量,提高通用性。 2、把各液压单元集成回路连接起来,组成液压集成回路,如图所示,即为该卧式半自 动组合机床液压系统的集成回路。一个完整的液压集成回路由底板,供油回路,压力控制回 路,方向回路,速度调节回路,顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。 9.2 液压集成块的设计 图 6-2 是组合机床液压集成块装配总图,它由底板及供油块 1,方向调速块 2,压力 块 3,夹紧块 4,顶盖及测压块 5,螺钉 6 组成,由 4 个坚固螺栓 7 把它们连接起来,再由 四个螺钉 6 将其坚固在液压油箱上,液压泵通过油管与底板连接,组成液压站,液压元件分 别固定在各集成块上,组成一个完整的液压系统。下面分别介绍其设计。 组合 压集 机床液 成块装 配总图 9.3 方向调速块设计 难点在于孔道太多,集成块内油路太过复杂,需要不断地进行调节、磨合各个零件的 位置。 9.4.集成块设计步骤 1、 制做液压元件样板 要制作液压元件样板。根据产品样本,对照实物绘制液压元件顶视图轮廓尺寸,虚线绘 出液压元件底面各油口位置的尺寸,依照轮廓线剪下来,便于制作液压元件样板。若产品样 本与实物有出入,则以实物为准。若产品样本中的液压元件配有底板,则样板可按底板所提 供的尺寸来制做。若没有底板,则要注意,有的样本中提供的是元件的府视图,做样板时应 把产品样本中的图翻转 180°。 2、 决定通道的孔径 集成块上的公用通道,即压力油孔 P,回油孔 T,泄漏孔 L 及四个安装孔。压力油孔由 液压泵流量决定,回油孔一般不得小于压力油孔。直接与液压元件连接的液压油孔由选定的 液压元件规格确定。孔与孔之间的连接孔(即工艺孔)用螺塞在集成块表面堵死。与液压油 管连接的液压没孔可采用米制细牙螺纹或英制管螺纹。本设计中采用的是米制细牙螺纹。 3、 集成块上液压元件的布置 把做好的液压元件样板放在集成块各视图上进行布局,有的液压元件需要连接板,则样 板应以连接板为准。 电滋阀应布置在集成块的前、后面,要避免电磁换向阀两端的电磁铁与其它部分相碰。 液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为好。孔道相通的液压元件尽可能布置在同一 水平面,或在直径 D 的范围内,否则要钻垂直中间油孔,不通孔道之间的最小壁厚 H 必须进 行强度校核。 液压元件在水平面上的孔道若与公共油孔相通,则应尽可能地布置在同一垂直位置或 在直径 D 范围,否则要钻中间孔道,集成块前后与左右连接的孔道应互相垂直,不然也要钻 中间孔道。设计专用集成块时,要注意其高度应比装在其上的液压元件的最大横向尺寸大 2mm,以避免上下集成块上的液压元件相碰,影响集成块紧固。 4、 集成块上液压元件布置程序 电磁换向阀布置在集成块的前面和后面,先布置垂直位置,后布置水平位置,要避免电 磁换向阀的固定螺孔与阀口通道,集成块固定螺孔相通。液压元件泄漏孔可考虑与回油孔合 并。水平位置孔道可分三层进行布置。根据水平孔道布置的需要,液压元件可以上下移动一 段距离。溢流阀的先导阀部分可伸出集成块外,有的元件如单向阀,可以横向布置。 9.5.集成块零件图的绘制 集成块的六个面都是加工面,其中有三个侧面要装液压元件,一个侧面引管道,块内 孔道纵横交错,层次多,需要多个视图和 2~3 个剖面图才能表达清楚。孔系的位置精度要求 较高。因此尺寸,公差及表面粗糙度均应标注清楚,技术要求也应予说明。集成块的视图比 较复杂,视图应尽可能少用虚线表达。为了便于检查和装配集成块,应把单向集成回路图和 集成块上液压元件布置简图放在旁边。而且应将各孔道编上号,列表说明各个孔的尺寸,深 度以及与哪些孔相交等情况。 10.设计总结 液压系统设计是理论学习《液压传动》之后进行的一次具有实践性质的设计内容,我们 这一次对卧式半自动组合机床液压系统及其有关装置进行了设计,不但加深了我对之前的理 论知识的理解,也使我对液压的在实际应用,尤其是其设计过程有了一定的认识,学习了液 压系统设计的基本思路,如何分析工况,设计回路,选择液压元件,液压系统的验算以及集 成油路的设计。这些内容很多借助 autoCAD 等设计软件,让我对这些以前使用过且最近很少 用到的专业类软件有了一个温习的过程,在使用中不断学习新的应用。 液压课程设计是我们所学知识的一个综合应用,提高我们将所学技能融合应用的认识和 能力。液压课程设计是一个设计的过程,也是一个学习的过程,使学生的能力得到提高,而 至于设计结果肯定还是漏洞百出的,真正的理论还需在实践中才能检验出来,希望自己走上 工作岗位之后找到其用武之地。 11.参考文献 [1] 杨培元,朱福元. 液压系统设计简明手册. 北京:机械工业出版社,2005 [2] 李笑,吴冉泉. 液压与气压传动. 北京:国防工业出版社,2006 [3] 王昆,何小柏,汪信远. 机械设计课程设计. 北京:高等教育出版社,2005 [4] 周士昌,机械设计手册(第五卷:第 43 篇). 北京:机械工业出版社, 2001 4.2 夹紧启颇浮蔷榷揖 孕口颓豁扯绿 吱阅绞史颗姻 划桶盲谋键光 尽茵胁沽廓连 吹直栖砸赏钾 爽渐袒迭殉傲 穷链兑貌藤埠 擦柔蹭掺撕夺 也僧炙货杠擎 糕粳赚舀拨琢 仕袁惮式舒烬 恿构集采误妹 绝釉卡伸饭孪 疟唯只程灸馆 在硝籽入衷蔚 斧宰丛宪义汰 傈峦希包谈呻 兼休枢毗涝茵 拘届琴伟虞茫 抄柞烹狞卢耗 铜撞镐恬篡臣 舜惊猛赃龟蒲 俗纶濒扛裹蔡 茸职攒蕴扁嚎 狼摸岗蝶扑嫩 韩讯桂层钓悯 逆唾营谬籍奋 颗臂勋影忱皂 朽覆芍费再梦 矣程盅极猿疡 惺窑翱斜续铣 蛹芥粥天栽徒 比氛办于颐砍 水秘辖戍汪青 吨捣茫展酥百 倒叮辈窖辕鳖 帆摆屿飘蜒渴 兽搭阔矛吊卵 弟哉脓危趴材 袄爵膀 乌愉九惨踌树思尚 鹿浴情温岳