液压课程设计-卧式单面多轴钻孔组合机床.doc

攀枝花学院本科课程设计 液压系统性能的验算目 录一、设计基本要求：2二、负载分析3 2分析系统工况，确定主要参数.3 2.1确定执行元件.3 2.2负载图与速度图的绘制.4 2.3液压缸主要参数的确定.5 三、液压系统原理图的拟定.6 3.1液压回路的选择.6 3.2流量和方向控制设计.6 3.3压力控制设计.6 3.4能耗控制设计.6 3.5组成液压系统绘原理图.8 四、液压元件的选择.84.1液压泵及驱动电机规格选择.9 4.1.1大小泵最高工作压力计算.9 4.1.2总需供油量.9 4.1.3电动机的选择.10 4.2阀类元件及辅助元件的选择.10 4.2.1阀类元件及辅助元件的选择.10 4.2.2油管.11 4.2.3邮箱.11 五、验算液压系统性能135.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值.13 5.2油液温升验算.13 六、个人总结16 七、参考文献17一、设计基本要求：某厂气缸加工自动线上要设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床，要求设计出驱动它的动力滑台的液压系统。机床有主轴16根，钻14个的孔，2个的孔，要求的工作循环是快速接近工件，然后以工作速度钻孔，加工完毕后快速退回原始位置，最后自动停止；工件材料为铸铁，硬度为240HB；机床工作部件总重力为G=9810N，快进、快退速度；动力滑台采用平导轨，静、动摩擦系数分别为 ，；往复运动的加速、减速时间不超过0.2s，快进行程；工作行程。选择切削用量：钻孔时，主轴转速，每转进给量；钻孔时，主轴转速，每转进给量。试设计该组合机床的液压系统。设计计算分析：2、 负载分析 2.1 确定执行元件 由于机床要求液压系统完成的是直线运动，最大行程为：150mm,其属于短行程，故选用执行元件为：液压缸。(其具体的参数在后面经计算后再确定)2.2.3 负载图和速度图的绘制 负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力。在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。（1）切削负载FW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，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。切削负载(确定切削负载应具备机械切削加工方面的知识)用高速钢钻头(单个)钻铸铁孔时的轴向切削力Ft(单位为N)为 式中：D钻头直径，单位为mm； s每转进给量，单位为mmr； HBS铸件硬度。根据切削用量要求，所以，系统总的切削负载Ft为： （2）惯性负载往复运动的加速，减速时间不希望超过0.2s ，所以取为0.2S，m约为1000kg,所以（3）阻力负载静摩擦阻力：动摩擦阻力： 如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率=0.95，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表1-1。 表1-1 液压缸各运动阶段负载表 （单位：N）工况负载组成负载值F推力起动19622065加速15641738快进9811090工进3144934943快退9811090根据负载计算结果和已知的的各阶段速度，绘制液压缸负载和速度循环图。负载图按上面数值绘制，如图1-2所示。速度图按已知数值 .快退行程和工进速度等绘制，如图1-3所示，其中是由主轴转速及每转进给量求出，即。 图1-2 图1-32.3 液压缸主要参数的确定 a 初选系统工作压力由资料2中表11-2可知，卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统的最大负载为35000N时，可以取34MPa，参考资料1中表42.45中推荐液压系统的公称压力，取=4MPa。b 确定液压缸型式、规格及尺寸由于工作进给速度与快速运动速差较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，确定采用最适的差动液压缸。利用这时活塞杆较粗可以通油的有利条件，沿用活塞杆固定，缸体随滑台运动的常用典型安装形式。由于快进、快退的速度相等，故可以知，推出液压缸特征：。钻孔加工时，液压缸回路上必须具有背压，以防孔被钻通时突然消失而造成滑台突然前冲而设置的回油腔背压0.8MPa。快进时液压缸虽作差动联接，但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取。快退时回油腔中是有背压的，这时可按0.6MPa估算。可以算出工作腔需要的工作面积由工进时的推力式（53）计算液压缸面积得：故有 根据资料1表42.42（液压缸缸筒内径尺寸系列）和表42.43（液压缸活塞杆外径尺寸系列）将这些直径圆整成就近标准值时得;D=110mm,d=80mm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。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，因工进速度v=0.053m/min为最小速度，则由式 本例=95.0310，满足最低速度的要求。c 计算最大流量需求： 此流量较为适中，可以接受。根据以上D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表2-2所示。表22 液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值工况计算公式推力回油腔压力 进油腔压力输入流量输入功率快 进起动218000.434_加速17381.2910.791_恒速10901.1620.66228.150,312工进,349430.84.0540.50.034快 退起动218000.487加速17380.61.66恒速10900.61.51725.070.634并根据此绘出工况图如图233、 液压系统原理图的拟定3.1 液压回路的选择钻削负载为阻力负载，在钻入铸件表面及钻通孔时的开始和结束时间存在先后等因素影响下，负载存在突变的可能。但从工况图2.3中可知功率较小，故工作进给采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式。由于液压系统选用了节流节流调速的方式和为了更好的散热，系统中油液的循环选项取是开式的。3.2 流量和方向控制设计快进、工进采用与调节器速阀并联的两位二通阀换接实现。差动液压缸实现快进时，需要能利用回流的差动回路配合，故选用三位五通阀实现通断、换向、差动连接等功能。由于流量及功率均较小，控制阀均用普通滑阀式结构。另外尚需要采用单向阀配合控制油流方向。3.3 压力控制设计系统工作压力由溢流阀控制调节。负载阻力在钻削过程中的突变，特别是加工完毕后负载突然消失，采用附有压差补偿控制的调速阀，而不用节流阀，再在回流路上附加可调背压阀，就可使工作速度稳定和避免发生前冲现象。3.4 能耗控制设计在流量、方向和压力液压系统关键参数决定后，还要考虑能耗控制，用尽量少的能量来实现控制，以达到节能的目的和降低生产成本的目的。由工况图知： (快进所花时间)(工进所花时间)（快退所花时间）数据表明： 即,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或双联叶片泵作为油源。此系统大部分时间在高压小流量下工作显然采用单定量泵溢流动力源，长时大流量溢流会造成能量大量损失，是不可取的。考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，。故在此采用双泵供油动力源，有得于降低度能耗，有利于生产成本。如图3.1-a所示。（a）油源 （b）换向回路 （c）速度换接回路图3.1 液压回路的选择元件为了防止快进转工进时速差变化太大，达倍而产生压力冲击，选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，选用电液控制型，以利于按要求调节换向过和的时间，防止压力冲击。如图3.1-b所示。切换速度用的二位二通阀先用行程式开关控制型。如图3.1-c所示。背压阀选用可调的，以备根据工作需要调节。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a。为了解决滑台快进的时候回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上串接一个液控顺序阀8，这里作背压阀。以阻止油液在快进阶段返回油箱。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀11。考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器15。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。在进油路上设有压力表开关和压力表。钻孔行程终点定位精度不高，采用行行程开关控制即可。综合以上设计和优化后可给出3.2液压系统原理图： 图3-2 五、液压元件的选择4.1 液压泵及驱动电机规格选择4.1.1 大、小泵最高工作压力计算液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为4.054Mpa，由表11-4得，进油路压力损失的范围为0.51.5Mpa，取进油路上的压力损失为0.8Mpa，压力继电器调整压力高出系统工作压力之值为0.5Mpa则小泵的最大工作压力为大泵快退时液压缸的工作压力比快进大，取进油路上的压力损失为0.5MPa,则大流量的最高工作压力为4.1.2 总需供油量两个泵应向液压缸提供最大的流量为28.15L/min,若回路中的泄露按液压缸输入流量的10%计算，则两缸的总流量为：（工进进给时需流量为),但不得不考虑溢流阀的最小稳定溢流量,故小流量泵的供油量最少应为。据据以上压力和流量的数值，上网查YUKEN日本油研PV2R型双联叶片泵，选取PV2R126/26型双联叶片泵，其小泵的排量为，大泵的排量为，若取液压泵的容积效率=0.9，则当泵的转速=940r/min时，液压泵的实际输出流量为：由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵泵工作为2.017MPa，流量为。取泵的总效率=0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为：4.1.3 电动机的选择根据此数值，查资料4中表939，按JB/T96161999选取Y100L6型电动机，其额定功率=1.5KW，额定转速=940r/min。4.2 阀类元件及辅助元件的选择4.2.1阀类元件及辅助元件的选择表41 阀类元件及辅助元件的选择序号元件名称估计通进阀的流量规格额定流量额定压力MPa型号1双联叶片泵(5.1+22)查得只知最高压力为：16 MPaPV2R126/26Vp=(6+26)ml/r2三位五通电液阀50801635DYF3Y-E10B3行程阀606316AXQF-E10B(单项行程调速阀）=100L/min4调速阀0.50.07-50165单向阀6063166单向阀256316AF3-Ea10B=80L/min7液控单向阀226316YF3E10B8背压阀0.36316YF3-E10B9溢流阀5.16316YF3E10B10压力表开关16KF3-E3B3测点11单向阀606316AF3-Ea10B=80L/min12单向阀226316AF3-Ea10B=80L/min13压力继电器10HED1KA/1014过滤器3063XU-6380-J4.2.2 油管各元件间边接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管见分晓按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如下表4-2所示。表中的数值说明，液压缸快进、快退的速度与、与设计相近。这表明上边所选液压泵的型号、规格是合适的。表42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=排出流量=（44.77=0.24=57.52运动速度根据表42中数值，当油液在压力管中流速取3m/min时，按资料2中7-9算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：这两根油管都根据资料1表42.7133选用公称通径为和的无缝钢管。4.2.3 油箱油箱容积按式78估算，取时，求得其容积为按JB/T79381999规定，取标准值V=250L。五、验算液压系统性能本系统属压力不高的中低压范围，无迅速起动、制动需求，设计中已考虑了防冲击可调节环节及相关防冲措施；故不必进行冲击验算。这里仅验算系统压力损失并确定压力阀的调整值和油液温升验算。5.1 验算系统压力损失并确定阀的调整值由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能先按书上式346估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。快进滑台快进时，液压缸差动连接，由表41和表42可知，进油路上油液通过单向阀12的流量是22L/min,通过电流换向阀2的流量是27.1L/min,然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量51.24L/min通过行程阀3并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为：此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀6的流量都是24.14L/min,然后与液压泵的供油合并，经行程阀3流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力与无杆腔压力之差。此值小于原估值0.5MPa，所以是偏安全的。工进工进时，油液在进油路上通过电液换向阀2的流量为0.5L/min，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa；油液在回油路上通过电液换向阀的流量是0.24L/min，在液控单向阀7处的流量为（22+0.24）L/min=22.24L/min,在背压阀8处的压力损失为为0.5MPa。因此这时液压缸回油腔的压力为：因为0.537MPa小于原估计值0.8Mpa，故可按照表11-6中公式重新计算工进时液压缸进腔压力，即：与表中的4.054MPa相近。考虑到压力继电器可靠动作需要压差。故溢流阀的调压为：快退快退时，油液在进油路上通过单向阀12的流量为22L/min，通过电液换向阀2的流量为27.1L/min；油液在回油路上通过单向阀5、换向阀2和单向阀11的流量都是57.52L/min。因为进油路上总压降为：此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上的总压降为：故快退时液压泵的最大工作压力应为因此大流量液压泵卸荷的顺序阀7的调压应大于1.742 MPa。5.2 油液温升验算工进在整个工作循环中所占比 因此系统发热和油液温升可用工进时的情况来计算。工进时液压缸的有效功率（即系统输出功率）为这时大流量泵通过顺序阀7卸荷，小流量泵在高压下供油，所以两泵的总输出功率（即系统输入功率）为：由此得液压系统的发热量为按书上112求出油液温升近似值温升没有超出允许范围，液