1、學 號：00603課程設計題目全液壓鉆床液壓系統的設計學院物流工程學院專業機械設計制造及其自動化班級機設0806班姓名宋宏彬指導教師袁兵2011年 8月 15日目錄1設計要求及設計參數11.1設計要求 11.2設計參數12運動與負載分析22.1運動分析22.2負載分析 22.3負載圖F-t和速度圖v-t圖的繪制 23擬定液壓系統原理圖 33.1整體設計思路 33.2液壓回路設計 43.3液壓回路分析 54液壓系統主要參數 64.1系統參數的確定64.2液壓缸的選定 75液壓元件的選擇 75.1液壓泵和馬達及電機的確定 75.2液壓閥及輔助元件的確定 85.3液壓元件明細表 96小結體會 107

2、參考資料101. 設計要求及設計參數1.1設計要求全液壓鉆機用于礦洞或露天等地點進行打孔作業，其鉆桿的旋轉、推進、起拔以及鉆 桿傾角的調整、固定等均由液壓傳動來實現。鉆機工作時噪聲大，鉆機附近粉塵較大，整 個工作環境相當惡劣。要求完成的主要設計內容包括：1）For personal use only in study and research; not for commercial use2）3）根據鉆機工況要求，擬定液壓系統方案；4）根據給定的技術參數，對液壓系統進行計算，并對液壓元件進行選型；5）編寫設計計算說明書（格式見附錄），并繪制液壓系統原理圖。1.2設計參數已知該鉆機的主要技術參數

3、如下表所示，請設計該鉆機的液壓驅動系統表1鉆機的主要技術參數項目參數項目參數鉆桿傾角090°支撐液壓缸最大工作行程560mm一次推進行程800mm液壓馬達數量2臺最大推進力35kN最大工作轉速160rpm最大起拔力70kN單臺馬達額定轉矩630Nm回轉頭輸出轉速10100rpm無級調速推進液壓缸行程950mm減速比1:1.6最大推進力37kN輸入轉速160rpm最大起拔力70kN最大輸出轉矩2000Nm2. 運動與負載分析2.1運動分析鉆機主機部分結構如上圖所示，鉆頭（圖中未畫出）裝夾在回轉頭上。液壓缸1用于支 撐工作滑臺并調節其傾角，使其在 090° （水平向上）范圍內升

4、降；工作時，兩臺液壓馬達 2和3共同驅動工作滑臺上的回轉頭以帶動鉆桿旋轉，同時推進缸4推動工作滑臺前進。反之，推進缸4退回，同時鉆桿反向旋轉，以拔出鉆桿。2.2負載分析在全液壓鉆機工作前，支撐缸調節滑臺傾角，工作時推進缸推動滑臺前進，最大推進 力37kN，最大起拔力70kN，所以推進時由液壓缸有桿腔工作，起拔時由無桿腔工作。在全液壓鉆機工作過程中，主要的運動件是液壓馬達。本液壓系統中用戶要求雙液壓馬 達驅動回轉頭，回轉頭減速比約為1 : 1.6 ,即馬達的轉速最大要求為160 r/ min ,單個轉矩大 于625 Nm，鉆機回轉頭給定的馬達最大安裝尺寸不得大于200 mmX 200 mm。在鉆

5、桿沒接觸到待鉆物時，滑臺以較小的負載力和較大的負載速度前進，接觸后，負 載力變大，負載速度減小。鉆完后以較大的力和較大的速度返回，詳細過程見下面的負載 圖（圖2）和速度圖（圖3）。2.3負載圖F-t和速度圖v-t圖的繪制不得用于商業用途t3. 擬定液壓系統原理圖3.1整體設計思路在本次設計中決定采用分體結構，將整個鉆機分為油源部分、控制臺部分和鉆機主體3部分，各部分之間用橡膠軟管相連接。這樣設計，控制臺可以靈活地放置在較遠的地方，首先 保證了操作人員的安全，其次使其工作環境相對來說噪聲降低，粉塵量較小。更便利于各種 工作場地的布置，分體結構使操作人員能始終處于最佳觀察控制位置。根據這一思路，要

6、求液壓系統不僅功能齊全，性能安全可靠，同時還要求操作簡便，直視性好，要能隨時反映各工作機構的工作狀況，以便操作者采取合適的措施進行控制，使鉆機始終工作在最佳工況3.2液壓回路設計根據總體設計思路，該全液壓鉆機液壓系統主要由高壓油源、控制系統、各執行機構及圖4液壓回路原理圖詳細液壓系統原理圖見A3圖紙。圖中包括： 調速回路由工況圖可知，這臺液壓鉆機滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小， 故可選用進口節流調速回路。為有較好的低速平穩性和速度負載特性， 可選用調速閥調速, 并在推進缸進油口設置單向調速閥。 換向回路 不得用于商業用途由工況可知，該液壓鉆機的液壓馬達有正反轉，液壓缸有伸出和

7、縮回，故采用三位四通0型機能手動換向閥實現回路的換向。 鎖緊回路由工況可知，當推進缸和液壓馬達工作時要求支撐缸固定，故支撐缸進油口設置兩個 液控單向閥，形成鎖緊回路，保證支撐缸的穩定性。 卸荷回路該鉆機采用變量泵加安全閥來保證系統工作壓力和最高壓力。變量泵根據系統情況自 行改變油壓，當達到安全閥調定值時，安全閥打開，保證各液壓元件的安全。3.3液壓回路分析壓油源部分由油箱 1進口過濾器2、電機4、液壓泵5、安全閥6、壓力表P1、出口 過濾器7和回油過濾器3組成，其功能為向工作機構提供壓力油。考慮到實際工作環境 ，油 箱設計為封閉結構，其上裝有油溫表、油標、空氣過濾器等。電機 4驅動液壓泵5 ,

8、把機械 能轉化為液壓能。出口過濾器是根據其特殊的工作要求而設置的 ，在多年的工程使用中，多 次發生液壓缸拉傷的情況，液壓泵出口精密過濾是十分必要的。溢流閥 6為系統安全閥。控制顯示部分由調速閥 &多路換向閥10、液控單向閥11 12、單向調速閥18、分 流節流閥15、壓力表P2、P3 P4 P5組成,起著控制各執行元件的壓力、流量、方向和顯 示其工作壓力的功能。當支撐缸 13伸縮時,其他執行元件是不工作的，這時調速閥8控制 支撐缸活塞桿的伸縮速度，以達到改變鉆桿傾角的目的。當支撐缸調節完成后 ，多路換向閥 中的S1閥置于中位,鉆桿的角度固定。當鉆桿鉆進或撥起時,多路換向閥中的S2、S3

9、換向 閥各自搬到相應位置，此時單向調速閥18調整進給速度或拔起速度，壓力表P4 P5分別顯 示進給缸進給壓力或拔起壓力，調速閥8調整液壓馬達的轉速，進而控制鉆桿的鉆速，壓力 表P2、P3分別顯示雙馬達進、出口的壓力，進而得知鉆桿的轉矩。各執行機構同處鉆機主體部分，如下圖所示，由液壓缸13、液壓馬達14、16和液壓缸 19組成,液壓缸13支撐鉆機工作滑臺,同時調節其傾角,使其在0°90° （水平向上）范 圍內升降。雙液壓馬達14、16共同驅動工作滑臺上的回轉頭，使其旋轉，同時推進缸19有 桿腔進油，推動工作滑臺前進，使鉆桿鉆進。反之推進缸退回，同時鉆桿反向旋轉，拔出鉆 桿。圖

10、5執行機構4. 液壓系統主要參數4.1系統參數的確定根據負載分析的參數,選擇上海飛機制造廠生產的BM-E315型擺線液壓馬達。該液壓馬達的額定轉速為320 r/ min。額定轉矩為630 Nm,額定壓力14 MPa安裝尺寸178mmX 178 mm ,符合設計要求。所以，以馬達的額定壓力14MPa作為該液壓回路的系統壓力，以此來計算選擇液壓缸和各類閥件及輔助元件。表2按負載選擇工作壓力負載/KN<5510102020303050>50工作壓力<0.811.522.533445> 5/MPa表3各種機械常用的系統工作壓力機械類型機床農業機械 小型工程機械建筑機械 液壓鑿巖

11、機液壓機大中型挖掘機重型機械起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.823528810101820324.2液壓缸的選定 推進缸的計算選擇推進缸在工作過程中的作用是推進或拉回回轉頭 ，達到推進或拔起鉆桿的目的，推進 時為有桿腔工作，拉回時為無桿腔工作，工作速度一般很慢。根據其工作性質，首先確定選 擇工程系列液壓缸，因其一次推進行程要求達到 800 mm ,考慮到安裝的要求，初步定為 HSGK8055*HEZ型液壓缸,該液壓缸行程為950mm D為80mm d為55mm當液壓馬達額 定壓力限定在14 MPa時，該缸的最大工作壓力也同樣為14 MPa。此時,該液壓缸的最大推力為：6

12、 2 2F = 14 X 10 (80/ 1000)- (55/ 1000) n / 4= 37.09 kN最大撥起力：-32F = 14 X 10 X 80 X n / 4 = 70.336 kN該液壓缸完全符合要求,所以最后確定選擇HSGK80/ 55*HEZ型液壓缸為推進缸。 支撐缸的計算選擇支撐缸在工作過程中只起到固定工作滑臺傾角的作用，主要考慮的因素是能否滿足鉆桿在0°90° (水平向下)范圍內調節,根據鉆機工作滑臺結構,只要行程大于560 mm 即可,考慮到安裝形式,故在此選定了和推進缸屬同一系列的 HSGL63/45*HEZ工程液壓 缸,其行程為600 mm

13、,滿足其要求。表4按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa< 5.05.07.0> 7.0d/D0.50.550.620.700.75. 液壓元件的選擇5.1液壓泵和馬達及電機的確定 液壓馬達的選擇本設計選擇上海飛機制造廠生產的 BM-E315型擺線液壓馬達。該液壓馬達的額定轉速為320 r/ min。額定轉矩為630 Nm ,額定壓力14 MPa ,安裝尺寸178mX 178 mm ,符合設計要求。 液壓泵的選擇全液壓鉆機在工作時，主要是液壓馬達在要求的轉速下旋轉，推進缸緩慢推進或拔起 泵的額定流量選擇主要以液壓馬達的最大流量來確定液壓馬達的容積效率大于0.90 ,所以液壓馬達所需最

14、大流量為：一 3q = 315 x 160X 2/ 0.9 X 10 = 112 (L/ min)工程上一般用的液壓泵為軸向柱塞泵，該類型的泵的容積效率大于 96 % ,電機轉速 按1470 r/ min 計算,故所需泵的排量大于：3q = 112/ 1470 X 10/ 0.96 = 79.365 (mL/ r)鉆機在鉆孔的過程中,推進缸有緩慢的進給,以20 cm/ min進給為例,所需流量約為0.53 L/ min , 幾乎可以忽略不計。選擇排量為80 mL/ r的泵,電機轉速按1470 r/ min計算,其流量為：-3q = 80 X 10 x 1470X 0.96 = 112.896

15、(L/ min)該規格的液壓泵的流量是可以滿足其工作要求的。根據以上壓力和流量數值查閱產品樣本，最后確定選取80PGY14-1B柱塞泵，額定轉速1500r/min，公稱排量為80mL/r，滿足要求。 確定電動機功率及型號不計油路損失，液壓泵輸出壓力為14MPa,液壓馬達所需最大流量為112 (L/ min),又工作 液壓泵總效率p =0.9，這時液壓泵的驅動電動機的功率為：Pmaxqmaxn14 1866.70.9二 29.04KW根據此數值查閱產品樣本，選用電動機型為30kW，額定轉速為14707 min。5.2液壓閥及輔助元件的確定 液壓閥的確定根據實際工作壓力以及流量大小即可選擇液壓閥

16、油箱容積的確定Y200L-4異步電動機，其額定功率為57倍，本設計取6倍，故油箱容積液壓系統的油箱容積一般取液壓泵額定流量的為：V = 6 112.896 L = 677.4L 管道及連接件的確定管道及連接件由液壓元件的尺寸確定。液壓缸的進出油管按輸入、輸出的最大流量來計算。5.3液壓元件明細表表5液壓元件明細表序號元件名稱最大通過流量/ L min型號1油箱、溫度計、液面表CTW-2002吸油過濾器160WU-16CX 180S3回油過濾器250ZU-A250X 10S4電機Y200L-45液壓泵112.9080PGY14-1B6安全閥200DB10A-2-30/31.57油路過濾器160Z

17、U-H160X 10S8調速閥160MSA30EP1609溢流閥200DB10A-2-30/31.510多路換向閥160ZS2-L25F-T-O11液控單向閥SVPP20PA12液控單向閥SVPP20PA13支撐缸HSGL63/ 45*HEZ114液壓馬達112BM-E31515分流節流閥320ZSTF216液壓馬達112BM-E31517帶截止閥的壓力表YN-10018單向調速閥100QA-H2019推進缸HSGK80/ 55*HEZ6. 小結體會通過這次暑期強化拓展訓練，加強了自己的專業能力。包括：液壓系統方案設計，液 壓系統的設計與計算（包括：負載分析和運動分析，元件計算與選型，系統性能

18、驗算等），液壓裝置的結構設計（包括：結構類型的確定，油路塊設計，液壓泵站的設計等），以及相關設計軟件（如AutoCAD， Pro/Engineer等）和設計手冊的熟練使用等。在設計過程中培養了我的綜合運用機械設計知識及其他理論知識來解決實際問題的 能力，真正做到了學以致用，但我覺得更為重要的一點是它更理性的認識我們專業，學會 查閱資料的能力。同時培養了我們的團隊精神和吃苦耐勞的能力，相信我們有了些許設計 方面的經驗，將在設計應用方面有更大的進步。7. 參考資料1 張利平液壓傳動設計指南化學工業出版社 2009.7。2 雷天覺.新編液壓工程手冊.北京理工大學出版社.2005.9。3 王守城,段俊勇.液壓元件及選用.化學工業出版社.2007.1。4 杜國森.液壓元件產品樣本.機械工業出版社 20004僅供個人用于學習、研究；不得用于商業用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u