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COLLEGE OFSCIEMCF AND TECHNOLOGY HfJGT课程设计说明书课程名称： 液压与气压传动设计题目：卧式钻镗组合机床动力头工作循环液压 系统专 业：机械设计制造及其自动化 班级:机设1204学生姓名：学号: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5日目录设计的目的和要求： 11. 工况分析 21.1. 负载分析 21.2. 液压缸的推力 22. 液压缸计算 42.1. 选取工作压力及背压力 42.2. 液压缸各截面积 42.3. 计算液压缸各工作阶段压力、流量和功率 53. 设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台电磁铁动作表 74. 液压元件设计计算与选择 84.1. 液压泵工作压力、流量、驱动功率计算 84.2. 电动机的驱动功率 84.3. 油管尺寸 94.4. 油箱容积 95. 液压系统稳定性论证 1.0.5.1. 工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整 105.2. 局部压力损失 1.1.5.3. 系统热能工况的稳定性校核 1.1总结 1.3参考文献 1.3设计的目的和要求：(1) 工作循环：“快进T工进T快退T原位停止”。(2) 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，最大切削力为F= 12000N，动力头自重 FG =20000N，工作进给要求能在0.021.2m/min 范围内无级调速，快 进、快退速度为 6m/min ，工进行程为 100mm ，快进行程为 300mm ， 导轨型式为平导轨，其摩擦系数取fs = 0.2 , fd = 0.1 ;往复运动的加 速减速实践要求不大于0.5s。试设计该液压系统。1. 工况分析1.1.负载分析切削推力：Ft=12000N静摩擦力：Fa= faG=0.2 X20000=4000N动摩擦力：Fd= fd G=0.1 X20000=2000N启动惯性力：Fm m V G V =680.27N tg t12液压缸的推力启动推力： 加速推力： 快进推力： 工进推力：F启=Fa/ n= 4444.44NF加 = ( Fd + Fm ) / n=2978.08NF快 = Fd / n=2222.22NF工=(Ft+ Fd) / n=15555.55N反向启动过程作用力与F启、F加、F快大小相同，方向相反。 液压缸在各工作阶段的负载（单位：N ）工况负载组成负载值F总机械负载F=F/ m起动F = Ffs4000N4444.44N加速F = Ffd + Fm2680.27N2978.08N快进F = Ffd2000N2222.22 N工进F = Ffd + Ft14000N15555.55N反向起动F = Ffs4000N4444.44 N加速F = Ffd + Fm2680.27 N2978.08N快退F = Ffd2000 N2222.22N工况运行图如下:1大流量泵2小流量泵3单向阀4顺序阀5溢流阀6三位四通电磁换向阀 7单向阀8调速阀9液控单向阀10行程阀11压力继电器12液压缸13行程开关14溢流阀2液压缸计算2.1. 选取工作压力及背压力F工= 15555.55N,选取p=4MPa，为防止加工结束动力头突然前 冲，设回油有背压阀或调速阀，取背压 P2=0.8MPa。取液压缸无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的2倍F / m A1P1 A2P2 A1P1 (Ai/2) P2式中：F负载力m液压缸机械效率A 液压缸无杆腔的有效作用面积A液压缸有杆腔的有效作用面积pi 液压缸无杆腔压力P2 液压有无杆腔压力快进和快退速度V仁V2=6m/min，工进速度V2=0.5m/min相差很大，应进行差动换接，因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效 作用面积可计算为F15555.536000004.32 10 3m2液压缸缸筒直径为D J 他 Jg=7.42mm由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d =0.707 D，因此活塞杆直径为d=0.707 X7.42 =5.25mm ，根据GB/T2348 1993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=50mm 。2.2.液压缸各截面积此时液压缸两腔的实际有效面积分别为:A1D2 /4 50.27 cm22 2 2A (D d )/430.63cm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0.05m/min 为最小速度，则有A q/v=50/5 cm2 =10 cm2因为A =50.27 cm2 10 cm2，满足最低速度的要求。2.3. 计算液压缸各工作阶段压力、流量和功率根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力，流量和功率，在计算工进时背压力 Pb=0.8MPa，快退时背压力按 R=0.5MPa。工作循环计算公式负载F进油压力Pj回油压力Pb所需流量Q输入功率PNMPaMPaL/minkW差动快进Pj =(F+ A 2)/(A-A2)Q=v x( A - A2) P= Pj XQ2222.221.912.4111.780.375工进Pj =(f+ PAAQ= v AP= Pj XQ15555.553.360.80.300.0168快退P=(F+ PAA2Q= v A2P= Pj XQ2222.221.680.518.780.526注：1.差动连接时，液压缸的回油口之间的压力损失 p 5 105Pa， 而 pb pj p 。2. 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 Pj ，无杆腔回油，压力为 Pb 。3. 设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台电磁铁动作表电磁铁动作表动作1YA2YA工件夹紧一一快进+一工进+一快退一+工件松夹一一4. 液压元件设计计算与选择4.1. 液压泵工作压力、流量、驱动功率计算工进阶段液压缸工作压力最大， 取进油总压力损失p =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= p1 + p +0.5MPa=4.36MPa因此泵的额定压力 Pr 1.25 X4360000Pa=5.45MPa 工进时所需要流量最小是 0.30L/min, 设溢流阀最小流量为3.0L/min, 则小流量泵的流量qpi (1.1 X0.30+3.0 ) L/min=3.33L/min快进快退时液压缸所需的最大流量为 18.78L/min, 则泵总流量qp=1.1 xi8.78L/mi n=20.66L/mi n。即大流量泵的流量qp2qp- qp1=(14.2-2.775 )L/min=17.33L/min根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用 YB-4/12 型的 双联叶片泵，该泵额定压力 6.3MPa ，额定转速 960r/min4.2. 电动机的驱动功率系统为双泵共有系统，其中小泵的流量qp1= ( 4 10 3/60 ) m3/s=0.0000667 m3/s大泵流量q2=(0.012/60 )m3/s=0.0002 m3/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。差动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pp1=1.3MPa( 总功率 1=0.5)大泵出口压力pp2=1.45MPa (总功率 2=0.5)电动机功率P1= pp1 q1/ 1+ pp2 q2 / 2=0.753Kw工进时调速阀所需要最小压力差为 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 p p1= p1+0.5+0.5=4.36Pa.大泵的卸载压力取 pp2 =0.2MPa小泵的总功率 1 =0.565 ；大泵总功率 2 =0.3电动机功率 P2= pp1 q1/ 1+ pp2 q2 / 2 =0.648Kw快退时小泵出口压力 p p1 =1.65MPa（ 总功率 1 =0.5）大泵出口压力 pp2 =1.8MPa（ 总功率 2 =0.51）电动机功率 p3= pp1 q1 / 1+ pp2 q2/ 2 =0.926Kw 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/min 。4.3. 油管尺寸根据选定的液压阀的链接油口尺寸确定油管。 快进快退时油管内 通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍 32L/min ，则液压 缸进出油管直径 d 按产品样本，选用内径为 15mm ，外径为 19mm 的 10 号冷拔钢管。4.4. 油箱容积油箱容积按公式计算，当取 K为6时，求得其容积为V=7 X 16=112L ，按矩形油箱规定，取最靠近的标准值 V=135L5液压系统稳定性论证5.1. 工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整工进时的压力损失的验算及泵压力的调整工进时管路的流量仅为0.25L/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= Pi+0.5+0.5=4.36MPa即小流量泵的溢流阀6应按此压力调整。快退时的压力损失的验算及泵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qi=16L/min= 0.267 10 3m3/s，回油路 q2 =32L/min= 0.534 10 3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最 低工作温度为15 C,有手册查出此时油的运黏度V=1.5st=1.5 cm2/s，油的密度 p=900kg/ m3，液压系统元件采用集 成块式的配置形式Re Vd 1000012732 q/dv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v 4Q d21.5m/s则压力损失为p 1 =64lp v2/2Rd=0.052MPa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p 2=1.04MPa52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7251620.046三位四通电磁阀6631640.026行程阀10631640.103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Pi=0.052+0.046+0.026+0.103+0.03=0.257MPa p2=0.104+0.082+0.026+0.082+0.026+0.05=0.348MPa快退负载时液压缸负载F=1111.11N，则快退时液压缸的工作压 力p1 = ( F+p2A)/ A2=0.934MPa快退时工作总压力为pP p1p1=1.19MPa大流量泵卸载阀的调整压力应大于1.19MPa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5.3.系统热能工况的稳定性校核系统的主要发热是在工进阶段造成的工进时输入功率：P =648w工进时液压缸的输出功率：P2=Fv=15555.55 X0.00265)W=41.22W系统总发热功率二P- E=606.78W已知油箱容积V=135L，则油箱近似散热面积 AA= 0.0653V2 =1.71 m2假定通风良好，取消散热系数Ct=0.015Kw/( m2 C )可得油液升 温为T =24.79 CCt A设环境温度T2=25 C则热平衡温度为T=T2+ T =49.79 C55 C 所以油箱散热可达到要求。总结液压课程设计是我们机械专业课程知识综合应用的实践训练， 着 是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。 “千里之行始 于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含 义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为 明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。液压系统应用在机床上， 实现对工作台和夹紧工件的循环控制起 着重要的作用。对钻镗类组合机床，运用液压来控制运动循环，结构 简单，所占空间小，而且能满足较大的切削负载要求。液压系统的设计是整机设计的有机组成部分。 液压系统的设计除 了具备坚实的机械基础知识外，还必须熟练掌握液压传动的专业知 识，本次任务通过分析系统工况，拟定液压系统原理图，并进行系统 参数的计算，液压元件选择，液压系统布置，同时运用 CAD 绘制工 程图纸。通过这次的液压课程设计， 使我深深体会到， 干任何事都必须耐 心，细致。这次的课程设计也使得我所学的各种知识能够串联在一起， 融会贯通， 也深刻的认识到了我的不足之处， 也了解到了自己的知识 面是如此的匮乏。这次课程设计让我有了巨大的收获。最后，我要感谢我的老师，是您耐心的教导着我 ,老师您辛苦了， 谢谢您，刘老师！参考文献1. 刘忠伟 液压与气压传动 化学工业出版社湖南工业大学科技学院课程设计资料课程名称：液压与气压传动设计题目：卧式钻镗组合机床动力头工作循环液压系统专业：机械设计制造及其自动化 班级：机设1204学生姓名：黄建龙学号：1212110101指导教师：刘忠伟材料目录序号名称数量1课程设计任务书12345
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