设计液压专用钻床的液压系统

湖南农业大学工学院课程设计说明书课程名称： 液压与气压传动题目名称： 设计液压专用钻床的液压系统班 级：20级 专业班姓 名： 学 号： 指导教师： 评定成绩：教师评语： 2011-4-30目录1、 设计要求及设计参数3 1、设计要求 3 2、设计参数32、 负载与运动分析3 1、负载分析3 A)夹紧缸3 B)工作台液压缸4 2、运动分析4 3、负载图F-t和速度图v-t图的绘制53、 确定液压系统主要参数5 1、液压缸的选定5 A)夹紧缸5 B)工作台液压缸5 2、活塞杆稳定性校核7 3、液压缸各运动阶段的压力，流量和功率7 A）夹紧缸7 B）工作台液压缸8 4、液压缸的工况图94、 拟定液压系统原理图105、 液压元件的选择11 1、确定液压泵的规格和电动机的功率11 2、选择阀类元件及辅助元件116、 液压系统发热与升温的验算12一、设计要求及设计参数1设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：手工上料自动夹紧工作台快进铣削进给工作台快退夹具松开手工卸料。2设计参数设计参数如下：工作台液压缸负载力（KN）：FL=9.8KN 工作台液压缸移动件重力（KN）：G=2.5KN 工作台快进、快退速度（m/min）：V1=V3=5.5m/min工作台工进速度（mm/min）：V2=48mm/min 工作台液压缸快进行程（mm）：L1=280mm 工作台液压缸工进行程（mm）：L2=80mm 工作台启动时间（S）：t=0.5s 夹紧液压缸负载力（KN）：FC=4.8KN夹紧液压缸负移动件重力（N）：GC=60N夹紧液压缸行程（mm）：LC=10mm夹紧液压缸运动时间（S）：tC=1s导轨面静摩擦系数：C=0.2导轨面动摩擦系数：d=0.1FLFcGGcV1V2L1L2Lctc9.84.82.5605.548280801012、 负载与运动分析1、 负载分析A)夹紧缸 工作负载： 由于夹紧缸的工作对于系统的整体操作的影响不是很高，所以在系统的设计计算中把夹紧缸的工作过程简化为全程的匀速直线运动，所以不考虑夹紧缸的惯性负载等一些其他的因素。B)工作台液压缸1、工作负载 工作负载极为切削阻力FL=9.8KN。2、摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力： (1)静摩擦阻力 (2)动摩擦阻力 3、 惯性负载 4、 运动时间 快进 工进 快退 假设液压缸的机械效率，得出液压缸在各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 工况负载组成液压缸负载F/N液压缸推力启动500555.56加速296.77329.74快进250277.8工进1005011166.67反向启动500555.56加速296.77329.74快退250277.82、 运动分析 手工上料按按钮加紧缸自动加紧按按钮工作台快进工作台切削进给工作台快退按按钮松开夹具卸料3、负载图F-t和速度图v-t图的绘制三、确定液压系统主要参数1、液压缸的选定A)夹紧缸根据负载选择液压缸的执行压力p=1MPa。 根据GBT2348-1993规定,D取80mm。根据稳定性校核LC/d10时，液压缸能满足稳定性条件，LC=10mm,这里取d=40mm。液压缸的有效作用面积：有杆腔：无杆腔：此时实际工作压力为：，所以选取工作压力1MPa满足要求。B)工作台液压缸 所设计的动力滑台在工进时负载最大，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p1=2.5MPa.表2 按负载选择工作压力负载/KN50工作压力/MPa0.811.522.533445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 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。工进时为防止车铣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选定背压为，而液压缸快退时背压取0.5Mpa由式得 则活塞直径 参考表5及表6，取标准值得。由此求得液压缸两腔的实际有效面积： 无杆腔： 有杆腔： 实际工作压力为：，即选取工作压力2.5MPa满足要求。工进时采用调速阀调速，其稳定流量，设计要求最低工进速度，经验算合格。 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/D1.151.251.331.461.612d/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。2、活塞杆稳定性校核A)夹紧缸由于夹紧缸的活塞杆直径是利用稳定性校核来计算的，所以不需要进行校核。 B)工作台缸因为活塞杆的总行程为360mm，活塞杆的直径是56mm，所以L/d=6.4510，所以满足稳定性要求。3、 液压缸各运动阶段的压力，流量和功率A) 夹紧缸 （）回油路背压为0.5Mpa 夹紧时： ，放松时： ，B)工作台液压缸分析可知，快进时，液压缸无杆腔进油，压力为p1；有杆腔回油，压力为p2。 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1；无杆腔回油，压力为p2。由于液压缸是差动连接，回油口到进油口之间的压力损失取。快退时，回油路的背压取0.5MPa，即。表7 液压缸各工作阶段的压力、流量和功率工作循环计算公式负载F/N回油背压进油压力输入流量输入功率P/W快进起动加速恒速329.7277.80.650.63 0.226 142.4工 进11166.70.8 2.63 10.5快退起动加速恒速329.7277.80.5 0.51.111.09 0.235 256.24、 液压缸的工况图 四、拟定液压系统原理图1、 供油方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 ；其相应的时间之比。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1作为工作液压缸油源，同时选用一定量泵作为夹紧缸油源。2、 调速回路 由工况图可知，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且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为有较好的低速平稳性和速度负载特性，可选用调速阀调速，并在液压缸回路上设置背压。3、 速度换接回路由工况图中的可知，当滑台从快进转为工进时，滑台的速度变化较大，可选用行程阀来控制速度的换接，以减小液压冲击。当滑台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大进油路中通过，回油路中通过。为了保证换向平稳其见，宜采用换向时间可调的电液换向阀换接回路。由于这一回路换要实现液压缸的差动连接，所以换向阀选择五通的。4、差动回路为实现工作台缸的快进的效果，在系统中设置一个差动回路。5、锁紧回路夹紧回路中采用电磁换向阀，并在进油路上安装气体蓄能器。 当液压缸处于夹紧状态时，不会因为泄漏或外力的作用而移动。液压系统原理图详见附图此图中，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。表8 元件动作顺序表电磁铁行程阀液压缸工作循环夹紧缸夹紧快进工进快退夹紧缸放松1YA+2YA+3YA+4YA+行程阀下位下位上位上位下位五、液压元件的选择1、确定液压泵的规格和电动机的功率 (1)计算工作液压缸的泵1）计算液压泵的最大工作压力 由表7可知，工作台液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力p1=2.63MPa。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=1MPa，则限压式变量泵的最高工作压力估算为： 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q=235 mL/s，按10%的泄露来计算那么泵的总流量为： 而工进时调速阀的稳定流量是4mL/s，所以泵的稳定输出流量不得小于工进时的流量。3)确定液压泵的规格 根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取YBX-16型限压式变量泵，额定转速1450m/min，最大流量为23.2L/min, 液压泵总效率,调压范围在，满足要求。（2）计算夹紧液压缸的泵1）计算液压泵的最大工作压力 由以上计算可知，夹紧液压缸在夹紧时工作压力最大，夹紧缸最大压力p2=0.95MPa。选取进油路上的总压力损失p=0.4MPa，则限压式变量泵的最高工作压力估算为： 2)计算液压泵的流量由以上计算可知，油源向液压缸输入的最大流量为，按10%的泄露来计算那么泵的总流量为： 3)确定液压泵的规格 根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取型叶片泵，额定转速1450r/min,容积效率，额定流量为4.64L/min，满足要求。 （3）电动机功率的确定把上述两液压泵双联由电动机一起带动，则工作液压缸在快退时输入功率最大，取进油路上的压力损失为0.5Mpa，则液压泵输出压力为1.59Mpa，又工作液压泵总效率，这是液压泵的驱动电动机的功率为： 根据此数值查阅产品样本，选用电动机Y802-4型异步电动机，其额定功率为0.75kW，额定转速为1390r/min，型叶片泵输出流量为4.45 L/min，仍能满足系统要求。2、 选择阀类元件及辅助元件 根据实际工作压力以及流量大小即可选择液压元辅件（详见附图）。油箱容积取液压泵流量的6倍，管道由元件连接尺寸确定。在系统管路布置确定以前，回路上压力损失无法计算，以下仅对系统油液温升进行验算。六、液压系统发热与升温的验算工进在整个工作循环过程中所占的时间比例达96%以上，所以系统发热和油液温升可按工进时的工况来计算。变量泵的工作压力状态压力为3.63Mpa，输出流量为4.4mL/s，经计算其输入功率为 定量泵经溢流阀卸荷，其工作压力等于溢流阀的背压。阀型号为YF3-10L,额定流量为63L/min，额定压力损失为0.3Mpa,定量泵流量为4.45L/min，设定背压为0.5Mpa，则输入功率为工作液压缸的有效功率为系统单位时间的发热量为当油箱的高、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为油箱有效容积（）；A为散热面积取油箱有效容积，散热系数按计算，所以油液的温升为： 在温升许可范围内。13