多轴钻孔液压回路液压课程设计.docx

液压课程设计题 目： 卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计 学生姓名： 野世鹏 学 号： 03320080125 所在院(系)： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机自0801 指 导 教 师：冯娜2011年 6月 29日前 言本书是一台卧式单面多轴钻孔机床的液压系统设计说明，除了供学生参考资料外，也可供生产钻床的厂家使用。液压技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了，随着工业的迅猛发展，液压技术更日新月异。液压传动应用非常广泛，特别是金属加工钻床中得到充分的体现。本书共分为五章，主要内容包括：负载分析，执行原件主要参数，液压系统原理图和电磁铁动作循环表，液压元件及各类辅助件的选择，液压系统的验算，液压缸的结构设计等。由于水平有限，且编写时间有限，书中难免存在缺点和错误，敬请批评指正。第一章 负载分析，绘制速度循环图、工作循环图、负载图 1、启动阶段：F启=F静+F惯=2.45kN 2、快进阶段：F快进=F动=0.95kN 3、工进阶段：F进=F切+F动=32+0.95=32.95kN 4、快退阶段：F退= F动=0.95kN 加减速时间t=0.14s 快进、快退速度3m/min 快进、快退加速度a=vt=3600.14=0.357m/s2 位移S=12at2=0.50.357（0.14）2=3.4910-3m=3.5mm，远远小于快进与快退行程。根据上述计算结果和已知条件，列出图表如下：v/minnS(mm)速度循环图0123160180快进工进原地停留快退工作循环图F/kNS(mm)00.952.45180160负载图第二章 确定执行原件（液压缸）主要参数一、 初步确定液压缸的主要尺寸1.工作压力P的确定根据机床的类型（组合机床），由表2-1取液压缸工作压力4MP ，=0.5MP m=0.94，考虑快进、快退速度相等，则A1=A2 dD=0.7根据液压缸的最大负荷=32.95103 ，则液压缸内径D为D=109d=0.7D=77mm根据手册，圆整D，d到标准值，D=110mm，d=80mm2.液压缸长度L的确定 为了稳定性的满足L取15d ，即 L=15d=1200mm 按液压缸行程尺寸系列，L=1250mm3.缸盖壁厚 一般工程机械液压缸采用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，壁厚的计算公式： pyD2 p1=1.5p式中：液压缸壁厚D液压缸内径py试验压力，一般取最大工作压力的1.251.5倍MPa筒材料许用应力。当p10MPa时，可用铸铁，=60MPa 当p=6.25由于调速阀是安装在进油路上的，故液压缸有效工作面积应选取无杆腔的实际面积，即A1=94.99cm2可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速度 （2）计算夹紧缸的压力和流量 进油腔压力p1=F夹A=71033.144（0.063）2=2.34MPa 输入流量Q=V夹A=5010-313.144（0.063）2=0.156m3/s （取加紧时间为1S）四、确定定位缸的主要参数 由于定位缸负载小，行程短，原始数据中未给出具体定位力，所以定位缸和油塞杆直径均取夹紧缸的0.8倍即可第三章 拟定液压系统原理图和电磁铁动作循环表一、 选择液压系统基本回路 （一）设计选择缓冲回路 根据前面计算的功率可知，此系统为小功率系统（N1.5kW），设计要求平稳，不受外载干扰，孔钻透时不前冲，则应在系统中设有缓冲装置，使液压缸活塞在行程中以及两端能平滑移动与停止，可用顺序阀做背压阀来实现，如下图：（二）设计调速回路（换接） 根据要求，进给速度均匀换接要求平稳可靠，实现快进与工进、快退的换接，可选用调速阀进口节流调速，行程阀控制快进换接为工进的迅速换接装置。（三）设计选择快速回路和换向回路 根据设计要求V快进=V快退=5m/min，采用较小规格的液压泵，可选择差动连接快速回路。运动部件在换向方面无特殊要求，可选择电磁换向阀控制回路。为方便差动连接，选择三位五通电磁换向阀。设计如下：（四）设计选择泵源和压力控制回路 考虑到该机床在工作进给时负载较大、速度较低，在快进、快退时负载较小、速度较高。从节约能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。M（五）选择定位、夹紧回路 按位后夹紧的要求，可选择用单项顺序动作回路。夹紧缸的工作压力低于进给缸的工作压力，并由同一液压泵供油，所以在夹紧回路中应设减压阀。同时满足加紧时间可调，在进给供油瞬时下降能保持夹紧力；要接入节流调速阀和单向阀保压。（六）选择动作转换的控制方式 为保证工件夹紧与进给的顺序动作，应采用压力继电器控制。当工作进给结束转换为快退时，由于加工零件是钻通孔，位置精度不高，转换控制方式可采用行程开关控制。二、 液压基本回路的组合 （一）绘制液压系统原理图 （二）工作分析 1、定位夹紧 油液经减压阀20、单向阀21和二位四通换向阀22右位后，油液分两路，一路直接进入定位缸下腔实现定位；另一路待油压升高，打开单向顺序阀23，经节流阀24后进入夹紧缸，完成夹紧。当压力超过25调定压力时，压力继电器25发出电信号使夹紧力不再升高2、快进电磁铁1Y得电，4左位工作，由于液压力低于液控顺序阀18的调整压力，阀18不打开，此时油路为：进油路：过滤器1变量泵2换向阀4左位油路7行程阀11油路10液压缸9左腔回油路：液压缸9右腔油路8换向阀4左位油路6单向阀17阀11油路10液压缸9左腔 3、工进 在快进结束时，挡块压下行程阀11，使油路10与7断开，于是进油路须经调速阀14，系统压力升高，控制油路将顺序阀18打开，此时油路为： 进油路：过滤器1变量泵2油路3换向阀4左位油路7调速阀14液压缸9左腔 回油路：液压缸9右腔油路8换向阀4左位顺序阀18背压阀19油箱 4、死挡铁停留 当工进结束后，碰到死挡铁，液压系统压力进一步升高，使压力继电器13发出信号给1Y及时间继电器，在未达到预定时间前，滑台因1Y断电，换向阀4中位连接而停留。 5、快退 在达到预定时间后，时间继电器使2Y通电，换向阀4右位工作，此时油路为： 进油路：过滤器1变量泵2油路3换向阀4右位油路8液压缸9右腔 回油路：液压缸9左腔油路10单向阀12换向阀4右位油箱5 此时，系统压力较低，泵输出流量大，滑台快速返回6、原位停止 当滑台退回到原始位置时，挡块压下行程开关，此时1Y、2Y断电，换向阀4处于中位，停止运动，油液压力升高，泵的流量自动减到很小。7、松开、拔销电磁铁3Y得电，换向阀22左位工作，此时油路为：进油路：过滤器1变量泵2减压阀20单向阀21换向阀22左位油路26液压缸28上腔拔销液压缸29上腔松开 回油路：液压缸28下腔油路27换向阀22左位油箱液压缸29下腔单向阀24单向阀23油路27换向阀22左位油箱（三）电磁铁、行程阀动作表（“+”表示电磁铁得电，行程阀压下；“-”表示电磁铁断电，行程阀未压下）元件 工 况1Y2Y3Y行程阀定位、夹紧-快进+-工进+-死挡块停留-+/-快退-+-原位停止-松开、拔销-+-系统组合后，合理安排几个测压点，这些测压点通过压力表开关与压力表相接，可分别观察个点的压力，安排见系统图第四章 液压元件及各类辅助件的选择一、 液压泵的计算与选择（一） 计算液压泵的工作压力 液压泵的工作压力应考虑液压缸最高有效工作压力和系统的压力损失。本系统是调速进口节流，出口加背压的调速方式，这类系统的压力损失=（515）10MPa，取=10105Pa=1MPa，则液压泵的工作压力：=+=4+1=5MPa 上述是系统的静态压力，考虑到系统在各工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此，选泵的额定压力 (1.251.6) ，中低压系统取小值，=1.25=1.255=6.25Mpa（二）泵的流量确定。 液压泵流量应考虑液压缸最大工作流量和回路的泄漏，常取泄漏系数K=1.11.3，如K=1.2，则Q泵=1.2Qmax=1.215.1=18.12L/min，为限压式变量泵流量调整值。 （三）选择液压泵的规格 根据以上算得和，查阅手册，现选用YBX-16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为： 每转排量=16ml/r 额定压力pn=6.3MPa 电动机转速nH=1450r/min 容积效率v=0.85总效率=0.7（四）与液压泵匹配的电动机的选定 首先计算快进时的功率，快进时的外负载为0.95kN，进油路的压力损失为0.5MPa 由前面计算可得=0.69MPa 快进时所需电动机功率P= = 0.1730.7 =0.25kW 工进时所需电动机功率P= 0.050.7 =0.07kW 查阅电动机样本，选用Y90S-4型电动机，额定功率为1.1KW，额定转速为1400r/min. 根据样本可查得YBX-16流量压力特性曲线Q(L/min)P/MPa01020123456 根据后面求的泵在工进时的出口压力为4.67MPa，流量为0.76L/min，可做出实际工作时的特性曲线。 由图可知，拐点处的压力为1.2MPa，该工作点功率为2.2KW 为使所选在经过泵的流量特性曲线时不致停转，需满足所选电动机的额定功率限压式变量泵的限定压力压力为时，泵的输出流量二、液压阀的选择根据所拟定的液压系统原理图，计算分析通过各元件的最大流量和最高工作压力来选择液压元件的规格，如下表：序号元件名称通过流量（10-3m/s）调整压力（MPa）选用规格1滤油器0.30W4-25180J2限压式变量叶片泵0.305YBX-164三位五通电磁换向阀0.066.335D-25*011二位二通机动换向行程阀0.066.322C-25BH12单向阀0.306.3I-2513压力继电器16.3DP1-6314调速阀0.00020.420.56.3Q-2517单向阀0.306.3I-2518液控顺序阀0.00832XY-25B19背压阀0.00836.3B-220减压阀0.300.55.8J-2521单向阀0.306.3I-2522二位四通电磁换向阀0.306.324D-2523单向顺序阀0.300.56.3XI-2524单向节流阀0.300.36.3LI-2525压力继电器16.3DP-63 规格标注按新编液压工程手册参考标注三、油管的计算和选择1、油管内径一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可接管路中允许流速进行计算。 由于本系统液压缸差动连接时，油管内径油量较大，其实际流量Q=36.24L/min=0.610-3m3/s，允许流速按压油管路取u=4m/s，则主压力油管d用下式计算：d1=4Qu =1.13Qu =1.130.610-34 =13.8mm 若系统主油路按快退时取，d1=1.13Q4 =9.8mm综上所述，去油管内径d1为12mm2、吸油管按Q=0.3010-3m3/s v=1.5m/sd2=4Qu =1.13Qu =1.130.310-31.5 =15.96mm 取d2=16mm四、油箱容积的确定中压系统油箱的容量，一般去液压泵公称流量Q泵的57倍V=（57）Q泵=（57）18.12=（90.6126.84）L/min 取容量为110L的油箱五、工作介质的选用 液压系统中的工作介质起传递能量、润滑相对运动作用，零件工作温度在（3055），属于低压、低温、高速的工作环境，由叶片泵供压力油。2.5p8MPaV50=20-40cst查手册可知，选用L-HL-32机械用普通液压油能满足要求，此油具有良好的耐磨性、润滑性、防锈抗氧性。第五章 液压系统的验算一、验算进给油路在各阶段的压力损失管路长度：进出油管均为2m，泵至阀17、阀17至缸左右均为1m 管内径：12mm油液最低粘度：3.210-4m/s，考虑到油的最低温度为15，查得15时液压油运动粘度v=150cst=1.510-4m2/s，油密度=920kg/m3（一） 快进 进油路沿程损失 流量：进油路上有较长一段为0.6010-3 流态：可用雷诺数判断 流态为层流 1、沿程压力损失P沿 差动汇合点至无杆腔的压力损失 令液压缸有杆腔至汇合点压降 泵到汇合点的压降L均取1m =12油路压力损失P沿=A2A3+2=0.48MPa (沿程损失)2、阀件局部压力损失计算 P阀=P额（Q实Q额）2 P阀4=1105（0.3010-30.4210-3）2+1105（0.3010-30.4210-3）2A2A1-A2 =0.096MPaP阀11=1.5105（0.6010-30.4210-3）2+1.5105（0.6010-30.4210-3）244.7550.24 =0.58MPaP阀17=1105（0.3010-30.4210-3）244.7550.24 =0.045MPa 快进时总压力损失 P快进=P沿+P阀=0.048+0.096+0.58+0.045=1.2MPa3、泵出口的压力确定 （二）工进1、沿程压力损失 管道流动雷诺数Re2 2、回油路沿程压力损失= 12=0.04MPa 总P沿= 取调速阀P调=0.5MPa P背=0.8MPa P阀=0.5+0.8=0.5+0.844.7594.99=0.88MPa P工进=P沿+P阀=0.1+0.88=0.98MPa 3、变量泵出口的压力 上述验算表明，无需修改原设计二、系统温升的验算 整个工作循环中，工进阶段所占时间最长，为了简化计算，主要考虑工进时发热量。一般情况下，工进速度大，发热量大。 工进速度v=0.08m/s，q= 40.1120.08m3/min=0.76L/min 假定系统散热状况一般，取 油箱散热面积 系统的温升 验算表明，系统温升在许可范围内第六章 液压缸的结构设计一、 缸体与缸盖的连接形成因法兰连接结构简单，成本低，加工容易，便于装拆等优点，所以设计时选择泛滥端盖。二、 活塞杆与活塞的连接结构在装配图中以物理固定方式固定。两边都装有缓冲套，既有缓冲作用，有能把活塞杆与活塞连接在一块。其中缓冲套与活塞杆螺纹连接。三、 活塞及活塞杆处密封圈的选用。活塞及活塞杆密封圈的选用，应根据密封的部位，使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。 此设计中选用摩擦环密封。四、 液压缸缓冲装置为避免液压冲击，设置缓冲装置