液压与气压传动课程设计课件

液压与气压传动 课程设计 1 设计任务布置 2 一、设计题目 设计题目：卧式单单面多轴钻轴钻 孔组组合机床动动力滑台 液压压系统统。 设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统 。动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止，并且可 以随时在中途停止运动。利用平导轨，静摩擦系数fs=0.2，动 摩擦系数fd=0.1。其余参数与性能要求如下： 1）轴向切削力Ft=21 kN； 2）移动部件总重力G=10 kN； 3）快进行程l1=100mm，快进速度v1=4.2m/min； 4）工进行程l2=20mm，工进速度v2= 0.05 m/min； 5）加速和减速时间t=0.2s； 6）快退速度v3=v1=4.2m/min。 3 二、设计任务 1、完成液压系统的设计、计算，编写设计说 明书一份 ； 2、在A3图纸上绘制完成液压系统原理图一张。 三、设计要求 1、设计的液压传动 系统能正确完成规定的工作循环； 2、图纸绘 制正确，符合国家标准，图面清晰整洁； 3、计算步骤完整，结果正确； 4、设计说 明书内容完整，字体端正、编排符合规范。 四、设计进设计进 度安排 课程设计时间总 共为五天，进度安排如下： 布置任 务务 绘绘循环环 图图 设计计设计计 算 绘绘系统统 图图 编说编说 明 书书 设计总设计总 结结 0.5天0.5天1天1.5天1天0.5天 4 五、参考资资料 1左健民.液压与气压传动 .第4版.北京：机械工业出版 社，2012. 2杨曙东等.液压传动 与气压传动 .第3版 武汉：华中科 技大学出版社，2008. 3成大先.机械设计手册.第5版.北京：化学工业出版社， 2008. 4雷天觉.新编液压工程手册.第1版.北京：北京理工大学 出版社，1998. 5于英华.组合机床设计.第1版.北京：清华大学出版社， 2012. 5 序号 切削力Ft （kN） 总总重力G （kN） 工进进速度v （m/min） 序号 切削力Ft （kN） 总总重力G （kN） 工进进速度v （m/min） 序号 切削力Ft （kN） 总总重力G （kN） 工进进速度v （m/min） 124100.051825100.083522110.05 222120.061921100.073621120.06 321120.072020120.063725100.08 425140.052122100.083821100.07 521100.072223100.063922100.08 620120.062320120.064022120.05 722100.082423120.074123100.07 823100.082522120.084220120.08 920120.072622120.074323110.08 1023110.052723100.084422120.06 1122120.082820120.074522100.07 1222100.082923110.054623110.07 1323110.073022120.064721120.06 1421120.063122100.084824100.08 1524100.073223110.064922100.07 1622140.063321130.075021110.05 1721120.053424100.065123120.06 附： 参数数据分配表 6 第一阶段 工况分析 7 一、运动分析 1、作动作循环图如图1所示。 图图1 动动力滑台动动作循环环 图图 快进进 快退 工进进 2、作一个工作循环的速度位移曲线如图2a）所示。 二、负载分析 1、负载计算 1）工作负载FL FL=Ft= 21kN 2）摩擦负载Ff 静摩擦负载 Ffs=fsG=0.210=2kN 动摩擦负载 Ffd=fdG=0.110=1kN 8 3）惯性负载Fa 4）各阶段总负载F 计算液压缸各阶段中的总负载F和液压缸推力F 。考虑密 封等阻力，取m=0.9，则 F=F/m 计算结果见表1所示。 9 工况 计计算公式 总负载总负载 F（N） 缸推力F（N） 启动动 F=Ffs 2000 2222.22 加速 F=Ffd+Fa1 1357 1507.78 快进进 F=Ffd 1000 1111.11 减速 F=Ffd Fa2 647 718.89 工进进 F=Ffd+FL 22000 24444.44 制动动 F=Ffd+FL Fa3 21996 24440.00 反向加速 F= Ffd Fa4 1357 1507.78 快退 F= Ffd 1000 1111.11 制动动 F= Ffd+Fa5 643 714.44 表1 液压缸各中的负载 10 2、作一个工作循环的负载位移曲线如图2b）所示。 F(N ) s(mm ) b） 2222.22 1507.78 1111.11 718.89 24444.44 24440.00 1507.78 1111.11 714.44 图图2 液压压缸的速度图图及负载负载 图图 v(m/min) s(mm ) 100 4.2 -4.2 120 0.05 a） 11 三、液压缸主要参数确定 1、初选液压缸的工作压力 按负载大小根据表2选择液压缸工作压力。 负载负载 F（kN）50 压压力p（MPa ） 5.07.0 表2 按负载选择执行元件工作压力 由表2初定液压缸工作压力p=3.0MPa。 2、计算液压缸尺寸 按最大负载Fmax计算缸筒面积A得 计算缸筒内径D得 12 按计算结果根据表3选择缸筒内径标准值。 液压压缸内径D 40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160 活塞杆直径d 32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110 表3 液压缸内径和活塞杆直径标准系列（GB/T23481993） mm 按标准取：D=100mm。 根据快进和快退速度相等要求，拟定液压系统在快进时采 用差动连接。设活塞杆直径为d，于是有 计算得 按标准取：d=70mm。 计算液压缸有效作用面积为 13 3、各工作阶段的时间计算 1）快进阶段 14 3）快退阶段 2）工进阶段 工进阶段制动加速度很小，制动行程很短，可忽略不计。 15 4、计算液压缸流量、压力和功率 1）流量计算 2）压力计算 16 3）功率计算 4、绘制工况图 工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表4所示。 由表绘制液压缸的工况图如图3所示。 工 况时间时间 t（s ） 压压力p（MPa）流量q（L/min）功率P（W） 快 进进1.630.2916.278.30 工 进进 24.003.11 0.420.73 快 退1.910.2816.878.40 表4 液压缸各阶段压力、流量和功率 17 图图3 液压压缸的工况图图 t(s) p(MPa) 3.11 0.290.28 q(L/min) 16.816.2 0.4 t(s) P(W ) 78.30 t(s) 78.40 20.73 快进进工进进快退 18 第二阶段 液压系统设计 19 一、液压系统图的拟定 1、选用执行元件 由系统动作循环图，选定单活塞杆液压缸做为执行元件。 根据快进和快退速度相等的要求，拟定在快进时采用差动连接 ，因此应使无杆腔有效面积为有杆腔有效面积的两倍。 2、确定供油方式 由工况图分析可知，液压缸在快进、快退时所需流量较大 ，但持续时间较短；而在工进时所需流量较小，但持续时间较 长。因此从提高系统效率，节省能源的角度考虑，系统供油方 式不宜采用单个定量泵，而宜采用双泵或变量泵。因此参考同 类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油方式。 3、调速方式选择 由工况图可知，快进和快退时有速度要求，因此在有杆腔 油口处统一采用调速阀调速。工进时速度低，考虑到系统负载 变化小，所以采用调速阀进油节流调速回路。 20 4、速度换接选择 快进和工进之间速度需要换接，为便于对换接的位置进行 适当的调整，因此采用二位二通行程阀来实现速度的换接。另 外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动回路。因此速度换接回 路为行程与压力联合控制形式。 5、换向方式选择 采用三位五通电磁阀进行换向，以满足系统对换向的各种 要求。选用三位阀的中位机能为M型，以实现可以随时在中途 停止运动的要求。为提高换向的位置要求，拟采用止挡块和压 力继电器的行程终点返回控制。 6、其它选择 为便于观察调整压力，在液压泵的出口处和液压缸的两接 口处 均设置测压点，并配置多点压力表开关，以便利用一个 压力表即能观测各点压力。 完成以上各项选择后，作出拟定的液压系统原理图和各电 磁铁的动作顺序表如图4所示。 21 动动 作 快 进进 工 进进 快退 1YA 2YA 电磁铁动作表 快进进 快退 工进进 图4 液压系统原理图 1YA2YA 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 22 二、液压系统的工作原理 1、快进 按下起动按钮，电磁铁1YA通电，电磁换向阀8的阀芯右 移，换向阀工作在左位，实现快进，油路为： 进油路：泵2换向阀8左位行程阀13下位液压缸左腔 ； 回油路：液压缸右腔 调速阀14 换向阀8左位单向阀 9行程阀13下位液压缸左腔，形成差动连接。 2、工进 当滑台快速运动到给定位置时，滑台上的撞块压下行程阀 13阀芯，切断通道，使压力油经调速阀10进入液压缸左腔。由 于油液流经调速阀，系统压力上升，打开液控顺序阀7，此时 单向阀9关闭，切断液压缸差动回路，实现工进，油路为： 进油路：泵2换向阀8左位调速阀10液压缸左腔； 回油路：液压缸右腔调速阀14 换向阀8左位顺序阀 7背压阀6 油箱。 23 3、快退 当滑台工进完毕之后，停留在止挡块处，系统压力升高， 直到压力继电器12的调整值时，压力继电器动作，2YA通电， 电磁换向阀8工作在右位，滑台快退返回。快退油路为： 进油路：泵2 调速阀14 换向阀8右位液压缸右腔； 回油路：液压缸左腔单向阀11换向阀8右位油箱。 三、液压元件的选择 1、确定液压泵的型号及电动机功率 1）计算液压泵压力 估算压力损失经验数据： 一般节流调速和管路简单的系统取pl=0.20.5MPa，有 调速阀和管路较复杂的系统取pl=0.51.5MPa。 液压缸在整个工作循环中最大工作压力为3.11MPa，由于系 统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失pl=0.5MPa，计 算液压泵的工作压力为 pp=p+pl=3.11+0.5=3.61MPa 24 2）计算所需液压泵流量 考虑泄漏的修正系数K：K=1.11.3。 液压缸在整个工作循环中最大流量为16.8L/min。取回路泄 漏修正系数K=1.1，计算得所需两个液压泵的总流量为 qp=1.116.8=18.48L/min 由于溢流阀最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸所需流 量为0.4L/min，所以高压泵的流量不得少于3.4L/min。 3）选用液压泵 由3第5卷P158选用YB110/16型的双联叶片泵。 液压泵额定压力为6.3MPa，排量分别为10mL/r和16mL/r， 取容积效率pV=0.85，总效率=0.8，额定转速分别为1450r/min 和960r/min. 4）选用电动机 拟选Y系列三相异步电动机，满载转速960r/min，按此计算 液压泵实际输出流量为 qp=（10+16）10 3 960 0.85=21.22L/min 25 计算所需电动机功率为 由3第4卷P569选用Y132S-6电动机。 电动机额定功率为3KW，满载转速为960r/min。 2、选择阀类元件及辅助元件 1）标准件 根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流 量，由产品目录确定这些元件的型号及规格如表5 所示。 2）非标件 a）油管 油管尺寸根据实际流量类比确定，采用内径为16mm，外 径为20mm的紫铜管。 b）油箱 油箱容积计算如下 V=（57）qp=（57）21.22=106.1148.54L 取V=150L。 26 序 号名 称通过过流量qmax(L/min)型号及规规格 1滤滤油器24.96XU-C32100B 2双联联叶片泵泵21.22YB110/16 3溢流阀阀 8.11Y-10B 4单单向阀阀13.61I-25B 5顺顺序阀阀13.61X-B25B 6溢流阀阀 8.37Y-10B 7顺顺序阀阀 8.37XB-25B 8三位五通电电磁换换向阀阀21.2235D-25BM 9单单向阀阀 8.37I-25B 10调调速阀阀16.20Q-25B 11单单向阀阀16.80I-25B 12压压力继电继电器DP-25B 13二位二通行程阀阀24.5722D-25B 14调调速阀阀21.22Q-25B 15压压力表开关K-3B 16压压力表Y-100T 17电动电动机Y132S-6 表5 液压元件型号及规格 27 第三阶段 验算性能完成设计 28 一、液压系统的性能验算 1、压力损失验算 按液压泵的实际输出流量估算压力损失。 1）油液在油管中的流速 进油管流速v 回油管流速v“ 2）沿程压力损失Pf 设系统采用L-HM32液压油，室温为20时粘度为 =1.010 4 m2/s a）进油沿程压力损失Pf1 层流状态： 1=75/Re1=75/552=0.14 29 b）回油沿程压力损失 层流状态： 2=75/Re2=75/281=0.27 取油液的密度为=890kg/m3，进、回油管长度均为2m，得 进油沿程压力损失为 c）总沿程压力损失 30 3）局部压力损失Pr 局部压力损失包括液压阀的压力损失及管道和管接头的压 力损失。液压阀的损失很小，可以忽略不计。管道和管接头压 力损失一般取沿程压力损失的1