设计一台卧式钻孔组合机床的液压系统.doc

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1、 目录0.摘要.11. 设计要求.22.负载与运动分析.2 2.1负载分析.2 2.2快进、工进和快退时间.3 2.3液压缸F-t图与v-t图.33.确定液压系统主要参数.4 3.1初选液压缸工作压力.4 3.2计算液压缸主要尺寸.4 3.3绘制液压缸工况图.54. 拟定液压系统的工作原理图.7 4.1拟定液压系统原理图.7 4.2原理图分析.85.计算和选择液压件.8 5.1液压泵及其驱动电动机.85.2阀类元件及辅助元件的选.106.液压系统的性能验算.10 6.1系统压力损失验算.10 6.2系统发热与温升验算.117. 课设总结.120摘要液压传动技术是机械设备中发展最快的技术之一，特

2、别是近年来与微电子、计算技术结合，使液压技术进入了一个新的发展阶段，机、电、液、气一体是当今机械设备的发展方向。在数控加工的机械设备中已经广泛引用液压技术。作为机械制造专业的学生初步学会液压系统的设计，熟悉分析液压系统的工作原理的方法，掌握液压元件的作用与选型是十分必要的。液压传动在国民经济的各个部门都得到了广泛的应用，但是各部门采用液压传动的出发点不尽相同：例如，工程机械、压力机械采用液压传动的主要原因是取其结构简单、输出力大；航空工业采用液压传动的主要原因取其重量轻、体积小；机床上采用液压传动的主要原因则是取其在工作过程中能无级变速，易于实现自动化，能实现换向频繁的往复运动等优点。关键词：

3、钻孔 组合机床 卧式 动力滑台 液压系统1.设计要求 设计一台卧式钻孔组合机床的液压系统，要求完成如下工作循环式：快进工进快退停止。机床的切削力为25000N，工作部件的重量为9800N，快进与快退速度均为7m/min，工进速度为0.05m/min，快进行程为150mm，工进行程40mm，加速、减速时间要求不大于0.2s，动力平台采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1 。要求活塞杆固定，油缸与工作台连接。设计该组合机床的液压传动系统。2.负载与运动分析2.1负载分析 （1）工作负载： =25000N （2）摩擦负载： 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力 静摩擦阻力： = G=1960N 动

4、摩擦阻力：=G=980N （3）惯性负载： =500N （4）液压缸在个工作阶段的负载。设液压缸的机械效率 =0.9，得出液压缸在各个工作阶段的负载和推力，如表1所示。表1液压缸各阶段的负载和推力工况计算公式外负载F/N 液压缸推力 F0= F / /N 启动F= 1960 2178 加速F=+ 1480 1644 快进F= 980 1089 工进F=+ 25980 28867 反向启动F= 1960 2178 加速F=+ 1480 1644快退F= 980 10892.2快进、工进和快退时间 由下式近似求出 快进： = =1.3s工进： =48s快退：=1.6stu2.3液压缸F-t图与v-

5、t图3.确定液压系统主要参数3.1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，在其他情况负载都不太高，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力=4MPa。 3.2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式差动液压缸（A1=2A2），快进时液压缸差动连接。工进时为防止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=0.6MPa。由式 = 由工进的推力计算液压缸无杆腔 = =7.8则液压缸内径 D=m=0.0997m=99.7mm按GB/T2348-1993圆整后取标准数值D=100mm参考表5及表6得活塞杆直径d0.71D=71

6、mm ，按GB/T2348-1993圆整后取标准数值d=70mm由此球的液压缸两端的实际有效面积为 = 3.3绘制液压缸工况图 根据计算出的液压缸尺寸，可算出液压缸在工作循环中各阶段压力、流量和功率值，如表7所列，并据此绘出液压缸工况图，如图3所示。表7液压缸在各阶段的压、流量和功率值推力Fo/力回油腔压力/进油腔压力P/MPa输入流量输入功率P/W计算公式快进启动2178-1.09-P1=q=()P=p加速16441.44094-恒速10891.30.80.45360工进288670.63.980.006525.9P1=q= P=快进启动2178-1.72-P1=q=P=加速16440.51

7、.59-恒速10890.51.180.47554.6注：为液压缸差动连接时，回油口之间的损失取=0.5MPa4. 拟定液压系统的工作原理图4.1拟定液压系统原理图4.2原理图分析： 为了保证快进快退速度相等，并减小液压泵的流量规格，拟选用差动连接回路。 快进：按下启动按钮，三位五通电液换向阀2 1YA通电，左位进入工作状态，这时的主油路是： 进油路：滤油器11液压泵1电液换向阀2的P口到A口行程阀3液压缸右腔 回油路：液压缸左腔电液换向阀2的B口到T1口单向阀6行程阀3液压缸右腔 这时形成差动连接回路。因为快进时，滑台载荷较小，同时进油可以经过阀3直通油缸右腔，系统中压力较低，所以液压泵1输出

8、流量大，动力滑台快速前进实现快进。工进：在快速行程结束时，滑台上的挡铁压下行程阀3，行程阀上位工作，使通过行程阀3的油路断开，电磁铁1YA继续通电，电液换向阀2左位仍在工作，油路必须经调速阀4进入液压缸右腔，与此同时，系统压力升高，将液控顺序阀8打开，并关闭单向阀6，使液压缸实现差动连接的油路切断，回油经背压阀7和顺序阀8回到油箱，这时的主油路： 进油路：滤油器11液压泵1电液动换向阀2的P口到A口调速阀4液压缸右腔回油路：液压缸左腔电液换向阀2的B口到T1口背压阀7顺序阀8油箱死挡铁停留：当动力滑台工作进给终了碰上死挡铁台，液压缸停止不动，系统的压力进一步升高，达到压力继电器14的调定压力值

9、时，经过时间继电器的延时，再发出电信号，使滑台退回。快退：时间继电器发出信号后，2YA通电，1YA关电。电液换向阀2右位工作，这时的主油路是： 进油路：滤油器11液压泵1电液换向阀2的P口到B口液压缸左腔 回油路：液压缸右腔单向阀5电液换向阀2的A口到T2口单向阀13油箱原位停止：当动力滑台退回到原始位置时，挡块压下行开关，这时1YA，2YA都断电，电液换向阀2处于中位，动力滑台停止运动。 5.计算和选择液压件5.1液压泵及其驱动电动机（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，由表可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为=3.98MPa，如在调速阀进口节流调速

10、回路中，选取进油路上的总压力损失，考虑到压力继电器的可靠动作要求，则小流量的最高工作压力估算为： +=（3.98+0.6+0.5）MPa=5.08MPa 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=1.59MPa，比快进时大。考虑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=0.3MPa，则大流量的最高工作压力估算为 +=1.89MPa（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，若取回路泄漏系数K=1.2，则 泵的总流量为 =由于溢流阀的最小稳定溢流量为2，工进时输入液压缸的流量为0.39，所以小流量液压泵

11、的最小流量为2.4，大流量液压泵的最小流量为28.8。 （3）确定液压泵的规格和电动机的功率根据以上压力和流量数值查阅液压泵产品手册，现选用YB1-40/6.3型双联液片泵，泵的额定压力为=6.3 Mpa，小泵排量为V1=6.3mL/r,大泵排量为V2=40 mL/r;泵的额定转速为n=960r/min,容积效率为v=0.9，总效率p=0.8。推算的小泵和大泵的额定流量分别为：qp1=V1nv=6.39600.9=5.44L/minqp2=V2nv=409600.9=34.56L/min双泵流量为qp=qp1+qo2=5.44+34.56=40L/min由工况图可知，最大功率出现在快退阶段，取

12、泵的总效率为=0.80，则所需驱动电动机功率为： =1.575KW 查电动机手册选Y112M-6-B3型卧式三相异步电动机，其额定功率为2.2Kw，转速为940r/min。用此转速驱动液压泵时，小泵和大泵的实际输出流量分别为5.33L/min和33.84L/min；双泵总流量为39.17L/min；工进时的溢流量为5.33-0.5=4.83L/min,仍能满足系统各工况对流量的要求。5.2阀类元件及辅助元件的选择根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件的流量，可选出这些元件的型号及规格，下表为选择元件的一种方案。表8 液压元件的选择序号元件名称通过阀的最大流量规格额定流量额定压力MP

13、a型号1三位五通电液换向阀273.91006.335DY-100BY2行程阀373.91006.322C-100BH3调速阀4166.3Q-6B4单向阀583.21006.3I-100B5单向阀634.8636.3I-63B6背压阀71106.3B-10B7顺序阀833.8636.3XY-63B8溢流阀94.8106.3Y-10B9单向阀1033.8636.3I-63B10过滤器1139.2506.3XU-5020011单向阀1383.21006.3I-100B12双联叶片泵140/6.36.3YB1-40/6.36.液压系统的性能验算6.1系统压力损失验算管道直径按选定的液压元件接口尺寸确定

14、为d=18mm,进、回油管长均取l=2m油液的运动粘度取v=1 ,油液密度取 =900kg/m3。工作循环中进、回油管中通过的最大流量q=83.2L/min,由此计算雷诺数，得 Re=vd/V=4q/dv =9812300由此可推出各工况下的进、回油路中的液流均为层流。管中流速为V=q/d2/4=5.45m/s因此沿程压力损失为Dpf=75/Rel/dv2/2=0.1Mp在管路具体结构没有确定时，管路局部损失Dpr=Dps(q/qs)2式中：q为阀的实际流量；qs为阀的额定流量(从产品手册中查得)；Dps为阀在额定流量下的压力损失（从产品手册中查得）。根据以上公式计算出各个工况下的进、回油管路

15、的压力损失，计算结果均小于估取值，不会使系统工作压力高于系统的最高压力。6.2系统发热与温升验算液压系统工进在整个工作循环中所占的时间比例打94%，所以系统发热和温升可用工进时的数值来计算。工进时的回路效率 1=p1q1/ (Pp1*qp1+Pp2*qp2)=0.067其中，大流量泵的工作压力Pp2就是此泵通过顺序阀8卸荷时所产生的压力损失，因此其数值为：Pp2=0.3（33.84/63)2=0.087Mp前面已经取双联液压泵的总效率=0.8，现取液压缸的总效率为m=0.95，则可算得本液压系统的效率为：=0.75*0.067*0.95=0.048可见工进时液压系统效率很低，这主要是由于溢流损

16、失和节流损失造成的。工进工况液压泵的输入功率为：Pi=（Pp1*qp1+Pp2*qp2)/=611.24W根据系统的发热量计算式（9-24）可得工进阶段的发热功率为:Q=Pi*(1- )=611.24*(1-0.048)=581.90W当油箱的高、宽、长比例在1:1:1到1:2:3范围内，且油面高度为油箱高度的80%时，油箱散热面积近似为式中 V油箱有效容积（）; A散热面积（）。取油箱有效容积为0.4，散热系数K为15W/算得系统温升为：T=Q/KA=10.7设机床工作环境温度t=25，加上此温升后有t=25+10.7=35.7，在正常工作温度内，符合要求。7.课设总结 本次课程设计时间一周

17、虽然略显得仓促一些，但是通过本次每天都过得很充实的课程设计，自己还是受益匪浅，从中学到了很多东西。这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手，但在老师的耐心指导，和小组同学的共同努力下，我还是顺利完成了本次课设。通过本次课设，使自己学到了很多在课堂上学不到的东西，锻炼了自己的设计能力，以及查阅有用资料整合知识的能力，使我深刻的认识到自己在课堂上学的知识还远远不足，必须加强理论联系实际的能力，提高自己的动手能力。在以后的工作和学习中我会继续好好学习，丰富自己的知识，全面提高自己，使自己成为一个综合素质过硬的当代大学生。参考文献：谢群，崔广臣，王健等主编.液压与气压传动.北京：国防工业出版社，2011陆望龙主编.典型液压元件结构.北京：化学工业出版社，2009成大先主编.机械设计手册（第五版）.北京：化学工业出版社，2010张利平编著.液压传动系统设计与使用.北京：化学工业出版社，2010 12