液压与气压传动课程设计卧式钻镗组合机床液压系统设计.doc

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1、液压与气压传动课程设计说明书 课程名称： 液压与气压传动 设计题目： 卧式钻镗组合机床液压系统设计 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 学生姓名: 龚世柱 学号： 起迄日期: 2015 年 1月1日 2015 年 1月6日 指导教师: 刘忠伟 湖南工业大学科技学院教务部 制2015年 1 月 1日目录1 设计要求及工况分析11.1 设计目的11.2 设计要求11.3负载与运动分析12 主要参数的确定32.1初选液压缸的工作压力32.2 计算液压缸主要尺寸33 液压系统图的拟定53.1 选择基本回路51选择调速回路52速度快速运动和换向回路53 选择速度换接回路54 选择调压回路和卸荷回路7

2、3.2 组成液压系统73.3 液压系统工作原理93.3.1快进93.3.2工进93.3.3快退93.3.4顺序动作94 液压元件的计算与选择104.1 动力元件的选择104.2 确定控制元件和辅助元件104.3 确定油管114.4 确定油箱125 液压系统的性能验算135.1回路压力损失验算135.2 热温升验算13总结14参考文献15附 课程设计工作进度计划表151 设计要求及工况分析1.1 设计目的进一步加深学生对所学液压传动理论知识的理解，培养学生运用理论知识独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对液压系统工作原理图的设计有一完整和系统的概念；同时通过课程设计，培养学生计算，使用技术资

3、料及绘制液压原理图的工程设计能力。1.2 设计要求一卧式钻镗组合机床动力头要完成工进快进快退原位停止的工作循环，最大轴向切削力为F30000N，动力头自重FG19600N，工作进给要求能在0.020.12m/min范围内无级调速，快进、快退速度为6m/min，工进行程为200mm，快进行程为200mm，导轨型式为平导轨，其摩擦系数取fs0.2，fd0.1；往复运动的加速减速实践要求不大于0.2s。试设计该液压系统。1.3负载与运动分析假定主轴转速n=360r/mim,s=0.147mm/r1 工作负载=300002 惯性负载 （1-1）3 摩擦负载 因为采用的滑台是平导轨，因此作用在其上的正压

4、力N=F=19600N静摩擦阻力 （1-2）动摩擦阻力 （1-3）去液压缸的机械效率=0.90，得出的液压缸在各个工作阶段的负载值如下表1-1所示 表1-1 液压缸在各个家电的负载值工况负载组成负载值F/N推力F/N启动32904356加速42893288工进3196035511快进19602178快退19602178根据液压缸上述各阶段的负载可绘制如图一a所示的负载循环图F-l.速度图按已知数据=6m/min，快进行程长度，工进行程长度为，快进行程长度和工进速度等绘制，如图一b所示，其中由主轴转速及每转进给量求出，即： （1-4）3551121784002178-4356L/mm4356V/

5、m.min0.053200400L/mm-66F/N2000(a)负载图（b）速度图图一 组合机床液压缸的负载图和速度图2 主要参数的确定2.1初选液压缸的工作压力所设计的动力头在工进时的负载最大，在其他工况负载都不高，由书表9-2和9-3初选液压缸工作压力p1=4mpa2.2 计算液压缸主要尺寸 鉴于动力头要求快进、快退速度相等，液压缸可选单杆式的并在快进时作差动连接。此时液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆腔A2两倍，即活塞杆外径d与液压缸内径D有d=0.707D的关系。在钻孔加工时，液压缸回油路上必须有背压p2，以防被钻通时滑台突然前冲。可取p2=0.8mpa。快进时液压缸虽然作差动连接，但

6、是由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取约为0.5mpa由工进时的推力计算液压缸的面积 （2-1）（2-3）所以 （2-2）当按GB 2348-1980将这些直径圆整成接近标准值时得D=11cm，d=8cm.由此求得液压缸两腔实际的有效面积为：（2-5） （2-4）经检查，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。根据上述D与d的值，可以估算液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率，如表2-1，并据此绘出液压缸工况图，如图二。其中虚线、细实线和双点划线分表表示P、q、p。表2-1 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载F/N回油腔压力p2/mpa进油腔压力p1/mpa输入流

7、量q、L.Min输入功率p/kw计算式快进启动4356=01.312-加速32881.099-恒速21780.879-工进355110.87.5060.5040.063快退启动4356=00.973-加速32880.51.8-恒速21781.5526.860.69图二 组合机床液压缸的工况图3 液压系统图的拟定3.1 选择基本回路1选择调速回路由曲线得知，这台机床液压系统的功率小，动力头运动速度底，工作负载变化小，可采用进口节流调速形式。由于要求不高，考虑经济性，使用节流阀来进行进口节流调速。由于液压系统选用了节流调速形式，系统中华液压油的循环必须是开式的。从工况图系统的工作循环内，液压缸交替

8、地要求油源提供低压大流量和高压小流量的液压油。最大流量和最小流量之比约为60，而快进、快退所需的时间t1和工进所需时间t2分别为 t1=（l1/v1）+(l2/v3)=(60*200)/(6*1000)+(60*400)/(6*1000)=6s （3-1） t2=l2/v2=(60*200)/53=226.4s （3-2） 即 t2/t1=38.因此从提高系统效率、节约能量的角度来看，采用单个定量泵作为油源是不合适的，应选用图三（a）双联式定量叶片泵。 2速度快速运动和换向回路 系统在节流调速回路后，不高采用什么油源形式，都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。考虑快进速度与快退

9、速度相等，因此在本体系采用了单杆液压缸作差动连接，来实现液压缸的快进快退换向回路如图三（b）。在油路设计一个行程阀来控制快进与工进的换接 3 选择速度换接回路 由工况图得当动力头从快进转向工进时输入的液压缸的流量由360L/min降到0.504L/min，动力头速度变化很大，应该选用行程阀来控制速度的换接，以减少液压冲击。当动力头由工进转向快退时，回路中通过的流量最大，为了保证换向平稳，可采用电液换向阀式换接回路。如图三（c） 图三（a）双联式定量叶片泵 图三（b）换向回路 图三（c）速度换接回路图三 液压回路的选择 4 选择调压回路和卸荷回路 系统的压力变化由工况图可知变化与流量变化相反，系

10、统调压主要由高压小流量泵来调节供应，流量变化由另一个压力大流量泵来调节。两个泵互相作用一起调节油路的压力和流量供应。 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，就可得到完整的液压系统原理图，如图四所示为了防止系统出现一些故障，导致系统压力在短时间内急剧上升，在泵的出口设计一个溢流阀与泵并联。当系统压力急剧上升，为了不让系统元件遭到破坏，也为了避免高压油从管道接口处爆出，溢流阀就会自动为系统卸荷，通向油箱，保护设备。3YA2YA1YA图四 液压系统原理图 3.3 液压系统工作原理 3.3.1快进 进油：液压泵-换向阀8（左位）-行程阀11-液压缸13（无杆腔） 回油：液压缸（有杆

11、腔）-换向阀9（左位）-行程阀11-液压缸14（无杆腔） 3.3.2工进 进油：液压泵-换向阀8（左位）-调速阀10-液压缸13（无杆腔） 回油：液压缸13（有杆腔）-换向阀9（右位）-背压阀7-油箱 3.3.3快退 进油：液压泵-换向阀8（右位）-换向阀9（右位）-液压缸13（有杆腔） 回油：液压缸（无杆腔）-单向阀12-换向阀8（右位）-背压阀7-油箱 3.3.4顺序动作 通过以上的各个回路的设计已经组装，目的就是能够通过系统的开关得以能实现动力头的循环动作，并符合要求。动力头的顺序动作通过开关的痛断来实现的，具体痛断情况细节如下表3-1表3-1 电磁铁和行程阀的动作顺序动作名称快进工进快

12、退原位停止1YA+-2YA-+-3YA-+-注：“-”表示电磁铁失电，“+”表示电磁铁得电4 液压元件的计算与选择 液压元件的计算主要是计算各个元件在工作中承受的压力和流量。根据计算得结果来选择元件的规格、型号，此外还要计算原动机的功率和邮箱的容量，尽量选用标准元件，比较具有经济性。4.1 动力元件的选择 液压缸整个工作循环中的最高工作压力为7.506mpa，如果进油路上的压力损失为0.8mpa，则高压小流量泵的最高压力为pp1=7.506+0.8=8.306mpa低压大流量是在快速运动时才向液压缸供油，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如果取进油路的压力损失为0.5Mpa，则低压大流量泵的

13、最高压力为=1.55+0.5=2.05Mpa。两个液压泵向液压缸提供的最大流量为30.16L/min，若回路中的泄漏按液压缸输入流量的10%估算，则两泵总流量应为=1.1x30.16=33.18L/min。而溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时输入液压缸的流量为0.5L/min，所以低压小流量的流量规格最小应为3.5L/min。根据以上的压力和流量的数值查得，最后选择PV2R12型双联叶片泵。由于液压缸在快退时输入功率最大，这相当于液压泵输出压力2.05Mpa，流量为30L/min时的情况。若取双联叶片泵的总功率为=0.75，则液压泵的驱动原动机所需的功率为： P=/=2.05（30/6

14、0)/(0.75)=1.4kW （4-1）根据此数据查得，选择J02-32-6型电动机，其额定功率为2.2kw。4.2 确定控制元件和辅助元件根据液压系统的工作压力和通过各个控制阀类元件和辅助元件的实际流量，可选用这些元件的规格和型号，见下表4-1表4-1 元件的规格和型号序号元件名称估计通过流量/M.min-1型号规格1油箱35YL-32-126Mpa,15通径2滤油器40YYL-105-1021Mpa，90L/min3双联叶片泵PV2R1214Mpa，34.5L/min4液控顺序阀35XF3-E10B16Mpa，10通径5单向阀35AF3-Ea10B6溢流阀4.5YF3-E10B7背压阀1

15、YF3-10B8三位四通换向阀7535DYF3Y-E10B9两位三通换向阀70AXQF-E10B10调速阀1AXQF-E10B11行程阀84AXQF-E10B12单向阀35AF3-Ea10B13液压缸30DCNG-32*1004.0Mpa,25通径4.3 确定油管各元件间管道的规格按元件接口处的尺寸确定，液压缸进、出油管按输入的最大流量计算。由于液压泵具体选定后液压缸在各个阶段的进、出流量已经与原定数据不同，所以要重新计算。当液压油的流速取3m/min时，可得到液压缸有杆腔和无杆腔相连的油管内径为：d=2x=21.1mm (4-2) d=2x=15.05mm (4-3) 为标准化，本系统所有的

16、油管均为内径18mm,外径25mm的10号冷拔钢管。表4-2 液压缸的进、出流量项 目快 进工 进快 退输入流量/L.min-1=/()=62.7=0.5输出流量/ L.min-1=/=29.54=/=0.24=/=68运动速度/m.min-1=6.4=0.053=7.154.4 确定油箱 油箱的容积V按是V=a估算，当经验系数取6时，V=a=6x30=180L按国标规定，取靠近的值V=200L。5 液压系统的性能验算5.1回路压力损失验算 压力损失包括管道内的沿程损失和局部损失以及阀类元件处的局部损失三项。阀类元件的局部压力损失则查出，当通过阀类元件的实际流量q不是公称流量时，它的实际压力损

17、失与其额定压力损失之间有以下近似关系： = (5-1) 5.2 热温升验算工进在整个工作循环过程中所占用的时间达96%，所以系统的发热和液压油温升主要计算工进时的。工进液压缸的有效功率为=x=Fv=35511x0.053/60x1000=0.0314kW (5-2)泵的总输出功率为： =0.74kW (5-3) 则液压系统的发热量为=-=0.74-0.0314=0.7086kw （5-4） 求液压油的温升的近似值 =/=21 （5-5） 温升没有超出允许的范围，系统不需要设置冷却器。总结 为期两周的的课程设计已经结束。期间过得很充实，也觉得自己有实质性的学到一些知识。1） 无论是这次的课程设计

18、，还是以后工作了的机械零件设计，首先我们得保证总体设计方案的合理性，这样才能够开一个好头。2） 设计计算时可能会遇到许多麻烦，由于计算的任务量较大觉复杂，大家难免会有厌倦情绪，这就需要我们冷静面对，认真计算，不然会出现连续性的计算错误。也会导致设计出来的产品不符要求甚至可能造成事故。3) 理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前

19、所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。4） 在整个设计过程中充分体现了学生是主体，在教师引导的作用，采用统一设计主线,形式变化多样的设计方式,通过多种方案的设计与分析比较，从而得出较优方案.通过设计可以使我们切实把工程实际的问题与所学理论知识联系起来,增强分析问题和解决问题的能力.注重我们的创新意识的培养。5） 设计中提倡学生利用机算机辅助设计的方法,巩固,加强了我们课程所学的知识,提高了我们利用现代化手段设计的能力,提高了我们就业的竞争力。参考文献【1】刘忠伟.液压与气压传动.化学工业出版社.2011【2】液压系统设计手册【3】丛晓霞.机械设计手册.高等教育出版社.2009附 课程设计工作进度计划表序号起 迄 日 期工作内容12015.1.1设计要求及工况分析22015.1.2主要参数的确定32015.1.3液压系统图的拟定42014.1.4液压元件的计算与选择52015.1.5液压系统的性能验算