卧式钻、镗组合机床的液压系统设计

课程设计说明书课程名称：液压与气压传动题目名称：卧式钻、镗组合机床的液压系统设计班级：姓名：学号:指导老师：评定成绩：教室评语：指导老师签名：20 年 月 日机电工程学院课程设计 任务书题 目卧式钻、镗组合机床的液压系统设计设计内容及基本要求 设计一台卧式钻、镗组合机床液压系统。该机床用于加工铸铁箱形零件的孔系，运动部件总重G=10000N，液压缸机械效率为09，加工时最大切削力为12000N，工作循环为：“快进工进死挡铁停留决退原位停止”。行程长度为0.4m，工进行程为0.1 m。快进和快退速度为0.1ms，工过速度范围为310-4510-3ms，采用平导轨，启动时间为0.2s。要求动力部件可以手动调整，快进转工进平稳、可靠。设计要求：1）、绘制液压原理图。2）、设计液压站和油缸的装配图包括： 泵、电机和阀的选用 油箱、油缸、阀座的零件设计3）、课程设计计算说明书一份。设计起止时间2014 年 5 月 19 日 至 2014年 5 月 24 日学生签名年 月 日指导教师签名年 月 日目录第一章 绪论 4 1.1 开发背景及系统特点4第二章 液压系统的工况分析 4第三章 负载图和速度图的绘制 5第四章 液压缸主要参数的确定 6第五章 液压系统的拟定 8 5.1 液压回路的选择 8 5.2 液压回路的综合 11第六章 液压元件的选择 11 6.1 液压泵 11 6.2 阀类元件及辅助元件 13 6.3 油管和油箱 13第七章 液压系统性能的验算 14 7.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 14 7.2 油液温升验算 16第八章 设计总结 17参考文献 17卧式钻、镗组合机床的液压系统设计说明书第一章 绪论1.1 开发背景及系统特点本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。第二章液压系统的工况分析一、工作负载工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，即 =12000N 二、惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度。已知加、减速时间为0.2s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为0.1m/s，因此惯性负载为： 三、阻力负载阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。静摩擦阻力 动摩擦阻力 根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如下表所示： 注：1、液压缸的机械效率为0.9 2、不考虑动力滑台上的颠覆力矩的作用。液压缸各运动阶段负载表运动阶段负载组成负载F/N推力/N起动=20002222.2加速=+1510.21687快进=10001111.1工进1300014444.4快退10001111.1 第三章 负载图和速度图的绘制按上面计算的数值以及已知条件进行绘制，即可绘制出负载和速度图，如下所示：速度图负载图第四章 液压缸主要参数的确定由液压传动表11-2和表11-3可知，组合机床液压系统在最大负载约为14444.4N是宜取=4MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取背压值=0.6MPa。取液压缸无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的2倍 故有 快进速度V快=0.1m/s，工进速度V工进=0.005m/s,相差很大,应进行差动换接,取k= A2/ A1=0.5,则：d = 0.707D=0.70775.83=53.62mm，根据GB/T23482001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=80mm，活塞杆直径为d=60mm。中低压液压系统,由其切削加工性能确定液压缸筒壁厚，按薄壁圆筒计算壁厚： 额定工作压力： Pn=7MPa16MPa 试验压力为： Py=1.5Pn=1.57=10.5MPa许用应力取： （ 取安全系数n=5） 此时液压缸两腔的实际有效面积分别为： 按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量q=0.05L/min因工进速度为0.00265m/s为最小速度，则有q/v=50000/15.9=3145因为=50243145，满足最低速度的要求。初步确定液压缸流量为：快进：=30L/min =15L/min =15L/min工进：=0.8L/min根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如下表所示：工作循环计算公式负载F（N）进油压力（Mpa）回油压力（Mpa）所需流量Q（L/min）输入功率P(kw)差动快进Pj=(F+p A2)/（A1-A2）Q=v（A1-A2）P= PjQ 1111.10.780.516.950.22工进Pj=(F+Ph A2)/A1Q=v A1P= PjQ14444.443.230.81.510.081快退Pj=(F+Ph A1)/ A2Q=v A2P= PjQ1111.111.680.613.190.369第五章 液压系统图的拟定5.1液压回路的选择首先要选择调速回路。这台机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，故采用节流调速的开式回路是合适的，为了增加运动的平稳性，防止钻孔时工件突然前冲，系统采用调速阀的进油节流调速回路，并在回油路中加背压阀。从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环中，液压缸要求油源交替地提供低压大流量和高压小流量的油源。最大流量和最小流量之比约为11，而快进快退的时间和工进所需的时间分别为： 即是/=3。因此从提高系统效率、节省能量的角度上来说，采用单个定量泵作为油源显然是不合适的，而宜选用大、小两个液压泵自动并联供油的油源方案。如下图所示：双泵供油油源其次是选择快速运动和换向回路。系统中采用节流调速回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸的两腔，以实现快速运动。本系统中，单杆液压缸要作差动连接，所以它的快进快退换向回路，如下图所示：换向回路再次是选择速度缓解回路，工况图可以看出，当动力头部件从快进转为工进时滑台速度变化较大，可选用行程阀来控制快进转工进的速度换接，以减少液压冲击，图如下所示：速度换接回路夹紧回路的选择，用三位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定，图示如下所示：5.2液压回路的综合液压回路的综合和整理 第六章 液压元件的选择6.1液压泵工进阶段液压缸工作压力最大，取进油总压力损失=0.5MPa,压力继电器可靠动作需要压力差0.5MPa,则液压泵最高工作压力Pp=+0.5MPa=4.8MPa因此泵的额定压力Pr1.254800000Pa=6MPa工进时所需要流量最小是0.8L/min,设溢流阀最小流量为2.5L/min,则小流量泵的流量（1.1*0.32+2.5）L/min=2.85L/min快进快退时液压缸所需的最大流量为15.4L/min,则泵总流量qp=1.1*15.4L/min=16.9L/min。即大流量泵的流量qp-=（16.9-2.85）L/min=14L/min根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用双联叶片泵，该泵额定压力6.3MPa，额定转速960r/min二、电动机的驱动功率系统为双泵共有系统，其中小泵的流量=（0.04/60）/s=0.000667/s大泵的流量=（0.012/60）/s=0.0002/s差动快进，快退时的两个泵同时向系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。快进时，小泵的出口压力损失0.45MPa，大泵出口损失0.15MPa。小泵出口压力=1.26MPa(总功率=0.5)大泵出口压力=1.41MPa（总功率=0.5)电动机功率=/+/=0.73Kw工进时调速阀所需要最小压力差0.5MPa。压力继电器可靠需要动力差0.5MPa。因此工进时小泵的出口压力=+0.5+0.5=4.8Pa.大泵的卸载压力取=0.2Pa小泵的总功率=0.565大泵总功率=0.3电动机功率=/+/=0.7Kw快退时小泵出口压力=1.65MPa(总功率=0.5)大泵出口压力=1.8MPa(总功率=0.5)电动机功率=/+/=0.9Kw快退时所需的功率最大。根据查样本选用Y90L-6异步电动机，电动机功率1.1Kw。额定转速910r/min6.2阀类元件及辅助元件液压系统原理图中包括调速阀、换向阀、单项阀等阀类元件以及滤油器、空气滤清器等辅助元件。 阀类元件的选择序号元件名称最大通过流量规格额定流量额定压力MPa型号1三位五通电磁阀20636.335-63BY2行程阀20636.3AXQF-E10B(单向行程调速阀)3调速阀1.51106.34单向阀20256.35单向阀18256.3AF3-Ea10B6液控顺序阀16256.3XF3-E10B7背压阀0.125106.3YF3-E10B8溢流阀4106.3YF3-E10B9单向阀16256.3AF3-Ea10B10单向阀16256.3AF3-Ea10B11过滤器3060XU-63x80-J12压力继电器HED1kA/106.3油管和油箱各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、输出的最大流量计算。由于液压泵的具体选定之后液压缸在各阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如表所示液压缸的进、出流量和运动速度流量、速度快进工进快退输入流量/(L/min)排出流量/(L/min)运动速度/(m/min)当油液在压力管中流速取3m/min时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：这两根有关按GB/T2351-2005选用外径mm、内经mm的无缝钢管。油箱容积按公式计算，当去K为6时，求得其容积为V=640=240L，按GB2876-81规定，取最靠近的标准值V=250L。第七章 液压系统性能的验算7.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值一、工进工进时管路的流量仅为0.8L/min,因此流速很小，所以沿程压力损失和局部损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的损失0.5MPa，回油路上只有背压阀损失，小流量泵的调整压力：Pp= +0.5+0.5=4.8MPa二、快退时的压力损失及大流量泵卸载压力的调整快退时进油管和回油管长度为1.8m，有油管直径d=0.015m，通过的流量为进油路 =16L/min，回油路 =32L/min。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为15，有手册查出此时油的运黏度V=1.5st，油的密度P=900kg/ ，液压系统元件采用集成块式的配置形式则进油路中的液流雷诺数为：R=10000vd/r=1512300回油路中液流的雷诺数为：R=3022300由上可知，进回油路的流动都是层流进油路上，流速 则压力损失为： =64lp /Rd2=0.52MPa在回油路上，流速为进油路速的两倍即V=3.02m/s，则压力损失为： =1.04MPa三、局部压力损失元件名称额定流量实际流量额定压力损失实际压力损失单向阀251620.082电液换向阀251620.082电磁阀631640.026顺序阀631640.026取集成块进油路的压力损失0.03MPa，回油路压力损失为0.05MPa，则进油路和回油路总的压力损失为：P1=0.082+0.082+0.026+0.082+0.03=0.275MPaP2=0.082+0.082+0.026+0.082+0.026+0.05=0.348MPa快退负载时液压缸负载F=1111N，则快退时液压缸的工作压力P=（F+P2A1）/A2=1.16MPa快退时工作总压力为P+P1=1.435MPa大流量泵卸载阀的调整压力应大于1.435MPa综上，各种工况下世纪压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近，说明液压系统满足要求7.2 油液温升验算系统的主要发热是在工进阶段造成的工进时输入功率：P1=701Kw工进时液压缸的输出功率：P2=FV=(144440.00265)W=38.3W系统总发热功率=P1-P2=662.7W已知油箱容积V=250L，则油箱近似散热面积A=2.58 假定通风良好，取消散热系数Cr=0.015Kw/( )可得油液升温为T1=/CrA=17.1设环境温度T2=25则热平衡温度为T=T1+T2=42.555所以油箱散热可达到要求第八章 设计总结本次液压传动课程设计耗费了整整一个周的时间。在这一周的课程设计中，能学到的东西真的很有限，但是不能说一点收获都没有，我想我知道了一般机床液压系统的设计框架而且我也掌握了设计一个液压系统的步骤，本次课程设计是我们对所学知识运用的一次尝试，是我们在液压知识学习方面的一次有意义的实践。一开始做课程设计时自己根本就不知道从哪儿开始做，看着书本的以及各种参考书费了很长时间才慢慢的搞懂，本次设计涉及了液压传动的大部分知识，也使我们很好的将课本上的知识与实际结合起来，收获颇多，特别是收集资料和信息的能力，这也是我们大学期间一次难得机会，总之是获益匪浅。参考文献1.液压与气压传动 张元越.西安交通大学出版社2液压传动 王积伟.章宏甲.机械工业出版社3.液压系统设计元器件选型手册 周恩涛.机械工业出版社4. 液压传动与控制（第二版） 国防工业出版社卧式钻、镗组合机床的液压动力系统图 1、大泵，2、小泵，3、滤油器，4、外控顺序阀，5、单向阀， 6、溢流阀，7、电液换向阀，8、单向行程调速阀，9、压力继电器，10、主液压缸，11、二位三通电磁换向阀，12、背压阀，13、二位二通换向阀，A、快进： 1YA通电，电液换向阀左位工作， 大泵单向阀5电液换向阀7行程阀14主液压缸无杆腔小泵2单向阀5电液换向阀7行程阀14主液压缸无杆腔液压缸有杆腔电磁阀11电液换向阀7单向行程调速阀8油箱（差动换接）B：工进： 3YA通电，切断差动油路，快进行程到位，挡铁压下行程阀8，切断快进油路，3YA通电，切断差动油路，快进转工进，液压系统工作压力升高到溢流阀5调定压力，进油路高压油切断单向阀5供油路,打开外控顺序阀4，大泵卸荷，接通经背压阀12通油箱油路。大泵外控顺序阀4（卸荷阀）油箱（大泵卸荷）小泵2电液换向阀7单向行程调速阀8主液压缸无杆腔主液压缸有杆腔电磁阀11电液换向阀7背压阀12油箱C、快退： 1YA断电，2YA、3YA、4YA通电工进结束，液压缸碰上死挡铁，压力升高到压力继电器调定压力，压力继电器发出信息，1YA断电，2YA、3YA、4YA通电大泵单向阀5电液换向阀7电磁阀11主液压缸有杆腔小泵2单向阀5电液换向阀7电磁阀11主液压缸有杆腔主液压缸无杆腔单向行程调速阀8电液换向阀7电磁阀13油箱小泵2单向行程调速阀8电液换向阀7电磁阀13油箱 主液压缸无杆腔快退到位碰行程开关，行程开关发信，6YA通电，下步工件松夹。D、工件松夹： 6YA通电压力油减压阀14单向阀15电磁阀定位缸19和定位缸18的有杆腔定位缸19无杆腔电磁阀油箱夹紧缸18无杆腔单向顺序阀的单向阀电磁阀油箱工件松夹后发出信息，操作人员取出工件。