液压课程设计报告Word文档格式.docx
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(7)液压集成块装配图
(8)相关的电气控制原理(图)
(9)设计总结
(10)参考文献
二设计计算、元件选择及验算
题目:
设计一台铣床专用机床,要求液压系统完成的工作循环是:
工作台快进—>
工作台工进—>
工作台快退—>
工作台停止。
运动部件的重力为25000N,快进,快退速度为5m/min,工进速度为100-1200mm/min,最大行程为400mm,其中工进行程为180mm,最大切削力为18000N,采用平面导轨,静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系数fd=0.1。
(一)运动分析
1工作循环如上图所示,为快进→工进→快退→原位停止。
停止
图1工作循环图
2完成一次工作循环的速度—位移曲线如下图所示:
图2工作循环的速度—位移曲线
(二)负载分析
设计的缸体为单出杆液压缸,而且是横向放置。
工作负载为最大切削阻力Ft=18000N快进和快退速度都取v=5m/min,进给速度为1000mm/min,摩擦表面正应力为FN=G=25000N
1、工作负载
工进时:
FL=18000N
2、摩擦负载
Ff=f·
FN=f·
G
由于工件沿着导轨做水平方向的往复运动,所以垂直作用于导轨的负载即为运动部件即工件的重力,FN=25000N,已知静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系数fd=0.1则有
静摩擦负载Ffs=fs·
FN=0.2×
25000N=5000N
动摩擦负载Fds=fd·
FN=0.1×
25000N=2500N
.3、惯性负载
假设工件在整个的一个完整的循环运动过程中加减速的时间均为0.2秒,取重力加速度为g=10m/s2,则惯性负载计算如下:
加速
Fa1=G/g·
ΔV/Δt=25000×
5/(60×
10×
0.2)=1041.67N
减速
Fa2=G△v/g△t=25000×
[5/60-1000/(60×
1000)]/(10×
0.2)=833.33N
反向加速
Fa3=G△v/g△t=25000×
[5/60+1000/(60×
0.2)=1250N
反向制动
Fa4=25000×
4.根据以上计算,制作液压缸各阶段中的负载表(ηm=0.9)。
工况
计算公式
总负载F/N
缸推力F/N
启动
F=Ffs
5000
5555.56
加速
F=Ffd+Fa1
3541.67
3935.19
快进
F=Ffd
2500
2777.78
减速
F=Ffd-Fa2
1666.67
1851.85
工进
F=Ffd+FL
20500
22777.77
制动
F=Ffd-Fa3
3258.33
3620.37
F=Ffd+Fa3
3750
4166.67
快退
F=Ffd-Fa5
458.33
508.89
表1液压缸各阶段中的负载表
(三)绘制负载图和速度图
快退
图3液压缸速度及负载图
(四)液压缸主要参数的确定
1、初选液压缸的工作压力
根据分析此设备的负载不大,所以初选液压缸的工作压力为3.0MPa
2、计算液压缸尺寸
A=F/p=5555.56/2000000=22.78x10-4m2
D=(4A/π)1/2=(4×
22,78×
10-4/3.14)1/2=59.5mm
按标准取:
D=63mm
因为快进,快退速度相同,所以:
D=21/2d
d=44.55mm
按标准取:
d=45mm
则液压缸的有效作用面积为:
无杆腔面积:
A1=πD²
/4=31.17×
10-4m2
有杆腔面积:
A2=π(D²
-d²
)/4=15.58×
3、活塞杆稳定性校核
根据液压缸一端支承一端铰接取末端系数Ψ2=2,活塞杆材料用普通碳钢则:
材料强度实验值f=4.9×
108pa。
系数α=1/5000,柔性系数Ψ1=85,γk=d/4=11.25,因为l/γk=35.5<
Ψ1×
Ψ21/2=85×
1.414=120。
所以有其临界载荷Fk:
Fk=fA/[1+α﹙l/rk﹚²
/Ψ2]=121236N。
当取安全系数nk=4时
Fk/nk=121236N/4=30309N>
22777.8N。
所以,满足稳定性条件。
4、求液压缸的最大流量
q快进=A1×
V快进=31.17×
10-4×
5/60=15.36L/min
q工进=A1×
V工进=31.17×
1/60=3.07L/min
q快退=A2×
V快退=15.58×
5/60=7.8L/min
5.绘制工况图
表2工作循环中各个工作阶段的液压缸压力、流量和功率
压力p/Mpa
流量q/(L/min)
功率P/W
0.89
15.36
231.4
1.53
3.07
79.5
1.78
7.8
231.1
图4液压缸工况图
(五)液压系统原理图拟定
液压系统原理图的拟定,主要考虑以下几个方面的问题
(1)供油方式从题目中快进和快退的速度相同可知,该系统在快进是应采用差动连接,且对活塞有大经D=21/2d。
(2)、调速回路由工况图可知,该系统在慢速时速度需要调节,而且系统功率较小,工作负载变化较大,所以采用进油调速回路。
(3)、速度换接回路由于快进和工进之间速度需要换接,且对换接的位置要求高,所以
采用由行程开关发讯控制
具体原理图如下:
电磁铁动作顺序表
动作
停止
1YA
—
+
2YA
3YA
4YA
(六)液压元件的选择
(1)确定液压泵型号与电机功率:
液压缸在工作循环中最大工作压力为3.07MPa
取压力损失为ΣΔp=0.5MPa
液压泵的工作压力为:
Pp=P+ΣΔp=3.57MPa
泵应向液压缸提供的最大流量为15.36L/min,若回路中的泄露按液压缸输入流量的10%估算,则泵的总流量应为qp=1.1×
15.36=18.43L/min。
由于溢流阀的最小稳定流量3L/mi而工进时输入液压缸的流量为3.07L/min,所以泵的流量规格最小应为6.07L/min。
根据以上功率和流量,经机械设计手册查得,选用YB-25型的叶片泵。
其额定压力为6.3Mpa,转速960,容积效率为0.9,总效率为0.78所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和输出流量(当电机转速为960r/min)qp=25×
960×
0.9×
10-3=21.6L/min求出Pp=Pp×
qp/η=3.57×
106×
21.6×
10-3/(60×
0.78)=2.16K
查表:
选出电机为Y100L2-4
功率为3kw
转速为960r/min
查《机械设计手册第四版第五卷》P22-52
(2)阀类元件、辅助元件
序号
名称
通过流量
型号及规格
1
单联叶片泵
21.6
YB1—25
2
溢流阀
3
Y1—63B
三位四通电磁换向阀
34WE6E
4
二位两通电磁换向阀
18.43
22WE6A5/AW220—50Z4
5
二位三通电磁换向阀
6
单向阀
S—20—P—03
7
节流阀
DRVP8S3—10
8
电动机
Y100L2—4
(3)油管
出油口采用通径8mm,外径14mm的紫铜管。
《液压元件手册》表6-4-1P510
(4)油箱
油箱的容积根据液压泵的流量计算,取其体积V=(6-10)qp,即V=7qp=6×
21.6=129.6L。
根据参考书《液压元件手册》表6-5-2,选取型号YWZ-130T,V=130L。
(七)液压系统的性能验算
(1)压力损失及调定压力的确定
根据计算工进时管道内的液压油流动速度约为1000mm/min,通过的流量为3.07L/min,数值较小,主要压力损失为节流阀两端的压降,此时功率损失最大,而在快退时系统工作压力很低,所以不用验算。
因而必须以快进为依据来计算溢流阀的调定压力,由于供油流量的变化,其快进的速度为
V1=qp/A1=21.6×
10-3/60×
31.17×
10-4=0.115m/s
此时液压油在进油管中的流速为
V=qp/A=21.6×
10-3/(π/4×
82×
10-6×
60)=7.162m/s
1、沿程压力损失
首先要判断管中的流态,设采用N32液压油,室温为20℃时,γ=0.0001m2/s,所以有Re=v×
d/γ=(7.162×
8×
10-3)/(0.1×
10-3)=572.96<
2320管中为层流,则阻力损失关系系数λ=75/Re=0.13,若取进出口油管长度约为2m,油液的密度ρ=890kg/m3则其进油路上的沿程压力损失为
ΔPλ1=λlpv2/2d=0.13×
2×
890×
7.1622/2×
10-3
=7.42×
105Pa=0.742MPa
2、局部压力损失
局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失,前者视管道具体结构而定,一般取沿层压力损失的10﹪;
而后者则与通过阀的流量大小有关,若阀的额定流量和额定压力损失为qn和ΔPn,则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失
Pv为:
ΔPv=ΔPn(q/qn)2
因为GE系列10mm通径的阀的额定流量为63L/min,叠加阀10mm通径系列的额定流量为42L/min,而在本题中通过每个阀的最大流量仅为21.6L/min,所以,通过整个阀的压力损失很小可忽略不计。
同理快退时回路上的流量
q2=q1×
A2/A1=21.6×
15.58/31.17=10.79L/min
则回油路油管中的流速为
V=10.79×
π/4=3.58m/s
由此可以计算出:
Re=3.85×
10-3/1×
10-4=308(层流),λ=75/Re=0.24.所以回路上的沿程压力损失为ΔΔPλ=λlpv2/2d=0.24×
3.852/2×
10-3=0.396MPa。
3、总的压力损失
由计算上所求出的可得
ΣΔp=ΔP1+A2ΔP2/A1=0.742+0.396×
15.58/31.17
=0.94MPa
原设ΣΔp=0.5MPa,这与计算结果略有差异,应用计算出的结果来确定系统中压力阀的调定值。
4、压力阀的调定值
Pp=F/A1+ΣΔp=1.78+0.94=2.72MPa
溢流阀的调定压力应大于0.3—0.5Pp,所以取溢流阀的调定压力为4MPa。
(2)系统的发热与升温
根据以上的计算可知,在快进时的电机输入功率为
Pp=Pp×
qp/ηp=(2.8×
10-3)/(60×
0.78)=1292w
工进时电机输入率为
Pp1=Pp1×
qp1/ηp=(4×
0.78)=1546w
而快进时有效功率
P1=(1.78×
10-3)/60=640.8w
工进时有效功率
P2=79.5w
所以快进时的功率损失为1292-640.8=651.2w,而工进时的功率损失1466.5w,比较大的值1466.5w来校核其热平衡,求出发热温升。
设油箱得三边长在1:
1:
1-1:
2:
3范围内,则散热面积为
A=0.065×
(1302)1/3=1.67m
假设通风良好,取h=15×
0.001KW/(m2·
℃),所以油液的温升为:
△t=H/(hA)=1.4665/(15×
10-3×
1.67)=36.3℃
室温为20℃,热平衡温度为56.3℃<
65℃,没有超出允许范围.
三液压缸装配图
1—缸底2—单向阀3、5—法兰4—格来圈密封5、22—导向阀6—缓冲套7—缸桶8—活塞杆9、13、23—O形密封圈11—缓冲节流阀12—导向套14—缸盖15—斯特圈密封16—防尘圈17—Y形密封圈18—缸头19—护环20—YX密封圈21—活塞24—无杆端缓冲套25—连接螺钉
四电气控制原理图
五各类阀零件图
1两位两通电磁换向阀
2三位四通电磁换向阀
3单向阀
4节流阀
5溢流阀
6电动机
六液压集成块及其装配图
1液压集成块
2内部管道结构
3装配图
七课程设计小结
经过这次近两周的液压课程设计,我学到了很多,让我知道设计一个液压设备的基本过程和一些基础知识,也使得我们在上学期所学的液压及气压传动的知识和基本的原理进一步的得到了巩固和加强,使得我们明白了液压设备里面的各个孤立的液压元件之间是通过怎么样的相互联系而连接起来的。
总之这次课程设计的收获是很大的。
首先,对我们学过的液压及气压传动的基本知识和基本的原理得到了一次系统的梳理和回顾。
当老师发下来设计题目的时候觉得这不太难,但当我们自己亲手开始去做的时候,才发现要做好老师布置的任务的却不是一件简单的事,它不仅需要液压的基本的计算还要画液压元件的三维模拟图,并且根据液压原理的计算还要兼带查表等各项工作,在这过程当中我们必须的要细心和耐心,因为稍微的疏忽可能就会造成整个过程的错误,进而使得忙乎了半天的事情徒劳了。
其次,通过这次液压及气压传动课程设计的学习,也是我明白了一个道理,那就是让我懂得各门功课之间是有着相互的联系的,液压课程设他们并不是相互的孤立的。
尤其是在课程设计的过程当中对上学期学的计算机辅助设计知识和材料力学以及机械原理等课程的中相关知识的应用就是一个很明显的事实。
在这个过程中也锻炼了我解决实际问题的能力。
同时又锻炼了我应用和查阅资料进行设计的能力。
再次,通过这次液压及气压传动课程设计的的学习,培养了我们参考资料和自己查阅先关资料的能力,在课程设计之前老师也给了我们一大堆的电子的有关液压方面的资料,当时似乎觉得有咱们以前学过的液压及气压传动的基础理论和相关的知识就足够了,那些材料都是多余的,但当我们真的开始做的时候才发现自己具备的知识是远远不足以完本次的课程设计要求的。
通过对这些资料的学习和参考,也是的我们的液压知识的层次由原来的书本层面又外延到了更深的一个层面。
通过这些课外的资料的学习也真的使得我们深刻的认识到液压传动的各个元件和零部件之间的紧密的联系,增强了我们对问题考虑的整体性和全局观。
第四,通过这次液压及气压传动课程设计的学习也初步的培养起了我们的集体协作的团队精神。
就这么简单的一次课程设计也是在我们一组成员各自分工和协作的前提下完成的就在我们大家的共同努力下终于完成的,真也真正的让我知道了为什么无论当今世界的重大的科技成果还在某一个方面的一点突破都是由团队来完成的了。
所以通过这次实践也让我们在这方面的能力得到了一次锻炼,为以后的学习和工作奠定了基础。
总之,这次课程设计对我们的帮助很大,既让我们把所学知识得到了加强和巩固,又使得我们所学的基本理论和书本知识得到了初步的应用,达到了学以致用的学习效果。
这对我们今后的学习和工作都有很大帮助,并且在以后的学习过程当中我们会继续保持这种积极的学习态度去学习新的知识。
八、参考文献
1.《液压与气压传动》教材左健民机械工业出版社
2.《机械零件设计手册》(液压与气动部分)冶金出版社
3.《组合机床设计》PDF版(液压传动部分)机械出版社
4.《液压系统设计简明手册》杨培元机械工业出版社
5.《液压元件手册》黎启柏冶金/机械工业出版社
6.《液压工程手册》机械工业出版社
7《机床电气控制》
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