毕业设计（论文）液压进给系统设计.doc

湖 南 科 技 学 院毕 业 设 计（论文）设计课题： 液压进给系统设计 指导老师： 系 部： 机 械 工 程 系 专 业： 机电一体化 班 级： 机电0601班 姓 名： 2010年5月3日目 录一、确定对液压工作要求二、系统分析三、工作原理1、快进2、工进3、快退4、原位停止四、计算和选择液压元件1、液压缸的计算（1）工作负载及惯性负载计算（2）密封组力计算（3）导轨摩擦阻力计算（4）回油背压造成阻力计算2、液压泵的计算（1）确定液压泵的实际工作压力选择液压泵（2）确定液压泵电机的功率3、选择控制元件4、油管及其他辅助装置的选择任 务 书一、设计题目设计一台卧式双面参轴钻孔专用机床液压进给系统二、设计要求1、工作循环：快进工进快退原位停止2、基本数据：两个钻削头规格完全相同，并能单独调整；快进、快退、速度均为0.1m/s，加速、减速时间为t0.2s；工进速度能在0.1-3.0mm/s，范围内进行无级调整；最大钻削头在导轨中心线 ，方向为25000N；所需移动重量为8000N静摩擦系数fs0.2动摩察系数fd0.1；3、要求：拟定液压系统原理图；计算液压缸主要尺寸及所需功率；写出设计说明书。卧式双面参轴钻床专用机床液压进给系统设计一、确定对液压工作要求根据加工要求，钻削头旋转由机械传动来实现，主轴头沿导轨中心线方向的“快进工进快退停止”工作循环拟采用液压传动方式来实现，故拟选定液压缸作执行机构。考虑到钻削进给系统传动功率不大，且要求低速稳定性好，粗加工时负载有较大变化，故拟选用调速阀，变量泵组成的容积节流调速方式。为了自动实现上述工作循环，并保证零件一定的加工长度（该长度并无过高的精度要求）拟采用行程开关及电磁换向阀实现顺序动作。二、系统分析 该系统同时驱动两个钻削头，且动作循环完全相同。为保证快速进、退速度相等，并减小液压泵的流量规格，拟选用差动连接回路。在行程控制中，由快进转工进时，采用行程阀进行转换，且工作可靠。工进终止时，按下电器开关返回，快退到终点,按下电器开关，运动停止。快进转工进后,因系统压力高,遥控顺序阀打开，回油经背压阀回油箱，系统不再为差动连接.此处放置背压阀使工进时运动平稳，防止钻削头发生前冲现象，且因系统压力升高，变量泵自动减小输出流量。两个钻削头可分别进行调节,要调整一个时,另一个应停止,三位五通换向阀处于中位即可,分别调节两个调速阀.可得到不同进给速度,同时两钻削头有较高的同步精度三、工作原理1、快进按下启动按钮,三位五通电磁阀1YA，3YA得电,使阀芯右移,左位进入工作状态,此时油路是:进油路:滤油器变量泵管路1换向阀P口到A口管路4行程阀管路5液压缸左腔。回油路：液压缸右腔管路3换向阀B口T2口单向阀管路4行程阀管路5液压缸左腔。这时形成差动连接回路。因快进时，滑台的载荷较小，同时进油可经行程阀直通油缸左腔，系统压力较低，所以变量泵输出流量大，动力滑台快速前进，实现快进。2、工进在快进行程结束，滑台的挡铁压下行程阀，行程阀上位工作，使管路4与5断开。电磁铁1YA、3YA继续通电，换向阀左位仍工作。进油路必须经调速阀进入液压缸左腔。与此同时，系统压力升高，将液控顺序阀打开，并关闭单向阀，使液压缸实现差动连接的油路切断。回油路经顺序阀和背压阀回到油箱。这时候油路是：进油路：滤油器变量泵管路1换向阀P口到A口管路4调速阀管路5液压缸左腔。回油路：液压缸右腔管路3换向阀B口到T2口顺序阀背压阀油箱。因为工作进给时油压升高，所以变量泵流量减小，动力滑台向前作第一次进给，进给量的大小可以用调速阀调节。3、快退工进结束后，按下电器开关，使1YA失电，2YA、 4YA得电，电磁换向阀右位工作，这时油路是：进油路：滤油器变量泵管路1换向阀P口到B口管路3液压缸右腔。回油路：液压缸左腔管路5单向阀管路4换向阀A口到T1口油箱。这时候压力较小，变量泵输出流量大，动力滑台快速退回。由于活塞杆面积大约为活塞的一半，所以动力滑台快进、快退速度大致相等。4、原位停止当动力滑台退回到原始位置时，按下电器开关。使电磁铁失电，换向阀中位工作，运动停止四、计算和选择液压元件1、液压缸的计算（1）工作负载及惯性负载计算 计算液压缸的总机械载荷，给据机构工作情况，液压缸受力如图一所示。图一液压缸受力图根据题意，工作负载FW=25000w 油缸所需要负载总重量：G=8000w 根据题意选取工进的速度的最大变化量V=0.1m/s,根据题意具体情况选取t=0.2m/s,(其范围t=0.2s通常在0.010.50s)则惯性力为Fa=Gv÷gt=8000×0.1÷9.8×0.2=408.2(N)二密封阻力计算液压缸的密封阻力通常折算为克服密封阻力所需的等效压力乘以液压缸的进油腔的有效作用面积。若选取中液压缸，且密封结构为Y形密封。根据资料推算，等效压力取peq=0.2pa,液压缸的油腔的有效作用面积初估值为A1=80mm，则密封为：启动时:Fs=peqA1=2×100000×0.008=1600(N)运动时：Fs=peqA1÷2=2×100000×0.008×50=800(N)(3)导轨摩擦阻力计算若该机床材料选用铸铁，其结构受力情况如图（2）根据机床切削原理一般情况下，Fx:Fy:Fz=1:0.4:0.3,由题意知，Fx=Fw=25000N；则由于切削力所产生的玉重力方向方向相一致的分力Fz=25000÷0.3=83333.3N选取摩擦系数f=0.1，V形导轨夹角a=90,则导轨摩擦力为：图（二）导轨结构受力示意图Ff=(G+Fz/2)+(G+Fz/2)f/sina/2 =(8000+83333.3/2)+(8000+83333.3/2)0.1/sin45 =11025(N)(4)回油背压阀阻力计算回油背压，一般为0.30.5mpa，取回油背压Pb=0.3pa，考虑两边差动K为2，且已知液压缸进油腔的活塞面积A1=80mm，取有杆腔面积A2=40mm，将上述值代入公式得：Fb=PbA2=3×100000×0.004=1200(N)分析液压缸各工作阶段中受力情况，得知在工进阶段受力最大，作用活塞上的总载荷为：F=Fw+Fa+Fs+Ff+Fb=25000+408.2+800+11051.4+1200=38433（N）（5）确定液压缸的结构尺寸和工作压力根据经验确定系统工作压力，选取p=3Mpa,则工作腔的有效作用面积和活塞直径分别为：A1=F/P=38459.6/30×100000=0.01282D= =× =0.016(m)因为活塞缸的差动比为2，所以活塞直径为：d=D/=0.7×0.016=0.11（m）根据液压技术行业标准，选取标准直径为D=0.09m=90mmD=0.063m=63mm则液压缸实际计算工作压力为：P=4F/D=4×38459.3/×0.092=6056582.7(pa)实际选取工作压力为：P=4F/D=4×38459.3/×0.092P=6056583pa=6M pa由于左右两个钻削头工作时需要做低速进给运动，在确定油缸活塞面积A1后，还必须按最低进给速度验算尺寸，即应保油缸有效面积A1为：A19min/vmin式中，9min流量阀最小稳定流量，在此取调速阀最小稳定流量为50Ml/minVmin_活塞最低进给速度，本题给定0.1mm/min，根据上述确定液压缸直径，油缸有效面积为：A1=兀/4D2=兀/4×0.092=0.1254349min/Vmin=50/2×0.0004=2.5×0.003（m2）验算能说明活塞面积能满足最小稳定速度要求。2、液压泵的计算（1） 确定液压泵的实际工作压力选择液压泵对于调速阀进油节流调速阀系统，管路的局部压力损失一般取（5-15）×105pa，在系统的结构布局稳定之前，可用局部损失替代总的压力损失。现选取总的压力损失Apt=10×105pa，则液压泵的实际计算压力为：Pp=P+Pl=6056583+10×105=12056583(pa)当液压缸左右两个钻削头快进时，所需最大流量之和为：qmax=2×/4d2×0.0632×40=25(L/min)按照常规选取液压系统的泄漏系数K1=1.1，则液压泵的流量为：qp=K1qmax=1.1×25=27.5(L/min)根据求的的液压泵的流量和压力，又要求变量泵，选取YBN-40M型叶片泵。(2)确定液压泵电机的功率因该系统选用变量泵，所以应算出空载快速，最大工进时所需的功率，按两者的最大值选取电机功率。最大工进所需的最大流量为：qmax=/4D2Vmax=/4×0.092×12=7.6(L/min)选取液压泵的总功率兀=0.8，则工进时所需的液压泵的最大功率为：PW=Ppwmax/=2×(43×105×7.6/60×0.8)×106=1.36(KW)快速空载时，液压缸承受以下载荷：惯性力：Fa=G/g.v/t=(8000/9.8).4/60/0.2=272(N)密封阻力：Fs=Pep/2×（兀/4）d2=1/2×2×105×兀/4×0.0632=155（N）导摩擦力：Ff=af/2+(af/2)f/sina=8000/2×0.1+8000/2×0.1/sin450=971（N）空载条件下总负载：Fe+Fs+Ff=272+155+971=1398 N选取空载快速条件下的系统压力损失pel=5×105pa。则空载快速条件下液压泵的输出压力为：Pep=4Fe/兀d2=pel=4×1398/兀×0.0632+5×105=966000(pa)空载快速时液压泵所需的最大功率为：Pe=Ppqp/=(966000×27.5/60×0.8)?×10-6=0.55（KW）故应按最大工进时所需功率选取电机3、选择控制元件控制元件的规格应根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量，在标准元件产品样品中才选取。方向阀：按p=43×105pa,q=12.5L/min.选35D-25B（滑阀机能O型）；单向阀：按p=33×105pa,q=25L/min,选I-25B；调速阀：按工进最大流量q=7.6L/min,工作压力p=33×105pa,选Q-10B；背压阀：调至p=33×105。流量q=7.6L/选B-10；顺序阀：调至大于p=33×105pa，保证快进时不打开，q=7.6 L/min,选X-B10B；行程阀：按p=12.9×105pa，q=12.5L/min,选22C-25B.4油管及其他辅助装置的选择查GB/T2351_1993和JB827_1966,确定钢管公称通经，外经，壁厚，连接螺纹及推荐流量。在液压缸的出口，按流量27.5L/min，查表取管路通径为12；其余管按流量12.5L/min，查取表8.对于一般低压系统，油箱的容量一般取泵流量的35倍，本题取4倍，其有效容积为： Vt=4qp=4×27.5=110(L)在绘制液压系统装配管路图后，可进行压力损失验算。由于该液压系统较简单，该项验算忽视。由于本系统的功率小，又采用限压式变量泵，效率高，发热小，所取油箱容量又较大，故不必进行系统温升的验算。