机电一体化毕业论文设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统.doc
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1、江西工业工程职业技术院毕 业 论 文题 目 设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统学生姓名 胡 策 众指导教师 刘 文 倩专 业 机电一体化班 级 机电093班学 号 2009 08 01江西工业工程职业技术学院摘要组合机床以其独特的优点在机械设计中占有比较重要的地位;它以通用部件为基础,根据工件加工需要,配以少量专用部件组成的一种机床。它具有低成本、高效率的特点。本次论文主要以单面多轴钻孔组合机床为研究对象,根据主机的用途,主要结构及其工作循环确定液压执行元件的运动方式、工作范围,并确定液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。根据这些工况确定液压执行元件的主要参数,再依据液压设
2、计的基本原理,确定系统类型、泵的选择和选择液压回路,将所选的基本回路组合起来,再检查系统在工作中还存在的问题进行修改和整理,最后拟出合理的液压系统原理图。根据验算液压系统性能,即回路压力损失验算和发热温升验算,并概括液压系统可能出现的故障和分析。关键词:组合机床、液压系统、性能、回路压力损失、发热温升、系统故障分析与诊断目 录第一章、设计要求及工况分析.51.1设计要求.51.2负载运动分析.51.2.1工作负载51.2.2摩擦负载.51.2.3各负载51.2.4运动时间5第二章、确定液压系统主要参数72.1初选液压缸工作压力72.2计算液压缸主要尺寸7第三章、确定液压系统原理图.113.1选
3、择基本回路113.2组成液压系统12第四章、计算和选择液压件.134.1确定液压缸的规格和电动机功率134.1.1计算液压泵的最大工作压力134.1.2计算液压泵的流量及电动机功率134.2确定其它元件144.2.1确定阀类元件及辅件144.2.2确定油管144.2.3确定油箱15第五章、液压缸设计基础.165.1液压缸的轴向尺寸165.2主要零件强度校核165.2.1缸筒厚度4mm165.2.2缸底厚度11mm165.2.3杆径d175.2.4缸盖和缸筒连接螺栓的底径d175.2.5液压缸稳定性计算.175.2.6液压缸缓冲压力.18第六章、验算液压系统性能196.1验算系统压力.186.1
4、.1判断流动状态.196.1.2计算系统压力损失.196.2验算系统发热与温升.21第七章、典型液压元件的故障分析与诊断237.1液压泵常见的故障分析与诊断237.2液压缸常见的故障分析与诊断28结论.32参考文献.33致谢.34第一章 、设计要求及工况分析1.1设计要求 要求设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。要求实现的动作顺序为:快进工进快退停止。液压系统的主要参数与性能要求如下:轴向切削力总和Fe=30000N,运动部件总重量G1500N;快进行程为20mm,快进与快退速度6m/min,工进行程为30mm,工进速度为30-120m/min,加速、减速时间均为0.1s,利用
5、平导轨,静摩擦系数0.2;动摩擦系数为0.1。液压系统的执行元件使用液压缸。1.2 负载与运动分析1.2.1工作负载 工作负载即为切削阻力1.2.2摩擦负载摩擦负载即为导轨的摩擦阻力静摩擦阻力 动摩擦阻力 1.2.3各负载 启动加速阶段:工 进 阶 段:N快进或快退阶段: 1.2.4 运动时间 快进 设液压缸的机械效率 =0.9,得出液压缸在各阶段的负载和推力,如表1所列。表1 液压缸在各运动阶段的负载阶段速度V(m/s)负载(N)快进0.2m/s333工进0.1m/s3111快进、快退0.7m/s333第二章、确定液压系统主要参数2.1初选液压缸工作压力 所设计的动力滑台在工进时负载最大,在
6、其他工况负载都不太高,参考表2和表3,初选液压缸的工作压力=4MPa。22计算液压缸主要尺寸鉴于动力滑台快进和快退速度相等,这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸(A1=2A2),快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象,液压缸的回油腔应有背压,参考表4选此背压为p2=0.6MPa。表2按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa 0.811.522.5334455表3 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032
7、表4 执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短且直接回油可忽略不计表5 按工作压力选取d/D工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表6 按速比要求确定d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71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。由于工作进给速度与快速运动速度差别较大,且快进、快退速度要求相等,从降低
8、总流量需求考虑,应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件,最好采用活塞杆固定,而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式,即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 0.707D的关系。 工进过程中,当孔被钻通时,由于负载突然消失,液压缸有可能会发生前冲的现象,因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式),选取此背压值为p2=0.6MPa。快进时液压缸虽然作差动连接(即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接),但连接管路中不可避免地存在着压降,且有杆腔的压力必须大于无杆腔,估算时取0.5MPa。快退时回油腔中也是有背压的,这时选
9、取被压值0.7MPa.由此可计算出 液压缸缸筒直径为mm由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系,d = 0.707D,因此活塞杆直径为d=0.707109=77mm,根据GB/T23481993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定,圆整后取液压缸缸筒直径为D=40mm,活塞杆直径为d=28mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为:根据计算出的液压缸的尺寸,可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率,如表4所示。由此绘制的液压缸工况图如图2所示。表7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q10-3/m3/
10、s输入功率P/KW计算公式快进启动2222.20.44加速1507.9p1+p0.74恒速1111.1p1+p0.660.350.23工进34444.40.63.910.7910-20.031快退启动2222.20.50加速1507.90.51.40恒速1111.10.51.310.450.59注:1. p为液压缸差动连接时,回油口到进油口之间的压力损失,取p=0.5MPa。2 快退时,液压缸有杆腔进油,压力为p1,无杆腔回油,压力为p2。第三章、确定液压系统原理图图2 液压缸工况图3.1选择基本回路(1) 选择调速回路 由图2可知,这台机床液压系统功率较小,滑台运动速度低,工作负载为阻力负载
11、且工作中变化小,故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲,在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式,系统必然为开式循环系统。(2) 选择油源形式 从工况图可以清楚看出,在工作循环内,液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比qmax/qmin=0.35/(0.7910-2)44;其相应的时间之比(t1+t3)/t2=(2.1+2.6)/36.1=0.13。这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看,选用单定量泵油源显然是不合理的,为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵
12、作为油源。考虑到前者流量突变时液压冲击较大,工作平稳性差,且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动,最后确定选用双联叶片泵方案。(3) 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大,故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路,以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接,所以选用三位五通电液换向阀。(4) 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时,速度变化大(1/2=0.07/(0.8310-3)84),为减少速度换接时的液压冲击,选用行程阀控制的换接回路。(5) 选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后,
13、调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工进时,高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定,无需另设调压回路。在滑台工进和停止时,低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷,高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷,但功率损失较小,故可不需再设卸荷回路。3.2组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起,并经修改和完善,就可得到完整的液压系统工作原理图,如上图所示。在上图中,为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题,增设了单向阀6。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱,导致空气进入系统,影响滑台运动的平稳性,图中添置了一个单向阀13。考虑到这台机床用于钻孔(通孔与不通孔)加工,对位置定位精度要求
14、较高,图中增设了一个压力继电器14。当滑台碰上死挡块后,系统压力升高,它发出快退信号,操纵电液换向阀换向。第四章、计算和选择液压件4.1确定液压泵的规格和电动机功率4.1.1 计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油,由表7可知,液压缸在快退时工作压力最大,最大工作压力为p1=5.74MPa,如在调速阀进口节流调速回路中,选取进油路上的总压力损失p=0.6MPa,考虑到压力继电器的可靠动作要求压差D =0.5MPa,则小流量泵的最高工作压力估算为 p1+ p+D 大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油,由表7可见,快退时液压缸的工作压力为p1=6.84MPa,比快进时大。考虑
15、到快退时进油不通过调速阀,故其进油路压力损失比前者小,现取进油路上的总压力损失p=0.3MPa,则大流量泵的最高工作压力估算为+p=6.84+0.3=7.14 MPa4.1.2 计算液压泵的流量由表7可知,油源向液压缸输入的最大流量为0.4510-3 m3/s ,若取回路泄漏系数K=1.1,则两个泵的总流量L/min33/sm1055.0/sm1045.01.133331p= =-Kqq考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min,工进时的流量为0.7910-5 m3/s =0.47L/min,则小流量泵的流量最少应为3.47L/min。根据以上压力和流量数值查阅产品样本,并考虑液压泵存在容积损失
16、,最后确定选取PV2R12-6/33型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为6mL/r和33mL/r,当液压泵的转速np=940r/min时,其理论流量分别为5.6 L/min和31L/min,若取液压泵容积效率v=0.9,则液压泵的实际输出流量为由于液压缸在快退时输入功率最大,若取液压泵总效率p=0.8,这时液压泵的驱动电动机功率为KW17.1KW108.06010331070.1336ppp=-hqpP根据此数值查阅产品样本,选用规格相近的Y100L6型电动机,其额定功率为1.5KW,额定转速为940r/min。4.2确定其他元件及辅件4.2.1 确定阀类元件及辅件根据系统的工作压力
17、和通过各阀类元件及辅件的实际流量,查阅产品样本,可选出这些元件的型号及规格,表6所列为选择元件的一个方案。表6 液压元件规格及型号序号元件名称通过的最大流量q/L/min规格型号额定流量/L/min额定压力/MPa额定压降/MPa1双联叶片泵-2.5/32(2.5/32)6.32三位五通电液换向阀7035DY100BY1006.30.33行程阀62.322C-100BH1006.30.34调速阀1Q-6B66.35单向阀701-100B1006.30.26单向阀29.31-63B506.30.37背压阀1B-10B106.38顺序阀28.1XY-63B636.30.39单向阀701-100B1
18、006.30.210单向阀27.91-63B636.30.211过滤器36.6XU-50X2005012压力表开关K-6B6.313溢流阀5.1Y10B106.3*注:此为电动机额定转速为940r/min时的流量。4.2.2 确定油管在选定了液压泵后,液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量,与原定数值不同,重新计算的结果如表7所列。表9各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退L/min24.0L/min957.445.01212=*=AAqqm/s10824.0m/s1095601047.0343 112-3-35=Aqus38.1s109.01015
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