液压课程设计-卧式钻孔组合机床液压系统设计【全套图纸】.doc

卧式钻孔组合机床液压系统设计目录摘要2关键词2一、设计要求3二、负载与运动分析3三、设计液压系统主要参数5四、选择基本回路9五、组成液压系统11六、确定液压泵的规格和电动机功率11七、确定其他元件即辅件13八、液压缸的壁厚和外径计算15九、验算液压系统压力损失16十、验算系统发热与温升19致谢21参考文献21图1卧式钻孔组合机床例图 -22-卧式钻孔组合机床液压系统设计Horizontal drilling combination of a single multi-axis machine tools Power sliding hydraulic system design0601013430 机械工程学院 机械设计及其自动化系 机械设计134班全套图纸，加153893706摘要：液体传动是以流体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动系统。液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。本设计仅针对卧式钻孔组合机床液压系统的设计阐述一般液压系统的设计步骤和方法。Abstract: Transmission fluid is the liquid medium for the work carried out energy transfer and control of a transmission system. Hydraulic system is designed to be part of the whole machine design, its mandate is based on the use of machinery, the characteristics and requirements, using hydraulic transmission to the basic principles of drawing up a reasonable hydraulic system map, and then after the necessary calculations to determine the liquid Pressure system parameters, these parameters and in accordance with the choice of hydraulic components to the specifications of the structure and system design. This design only for a single multi-axis horizontal drilling machine dynamic combination of sliding hydraulic system design on the general design of the hydraulic system of steps and methods.关键词：机械、液压传动、钻床、机床、设计Key words: Mechanical, hydraulic, drilling, machine tools, design一、设计要求要求设计一台卧式钻孔组合机床的液压系统。要求实现的工作循环是：快进工进快退停止。液压系统的主要性能参数要求如下：机床的切削力为；工作部件的重量为；快进与快退的速度均为,工进速度为；动力平台采用平导轨，静摩擦系数为，动摩擦系数为；快进行程为，工进行程为；加速、减速时间要求不大于0.2s。要求活塞杆固定，油缸与工作台连接。设计该组合机床的液压传动系统。二、负载与运动分析(1) 工作负载。工作负载即为切削阻力。(2) 摩擦负载。摩擦负载即为导轨的摩擦阻力。静摩擦阻力动摩擦阻力(3) 惯性负载(4) 运动时间快进工进快退根据相关参考，我们可取液压缸的机械效率为，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如下表所示：表1 液压缸各阶段的负载和推力工况负载计算公式液压缸负载液压缸推力启动19601960加速1563.51563.5快进980980工进2696026960反向启动19601960加速1563.51563.5快退980980根据液压缸在上述各阶段的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图和速度循环图，如下图所示：图2与图三、设计液压系统主要参数(1) 初选液压缸工作压力所设计的工作部位在工进的时候负载最大，在其他工况负载都不太高。参照下表，初选液压缸的工作压力为。表2按负载选择工作压力负载/kN551010202030305050工作压力/MPa0.811.522.5334455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(2)计算液压缸主要尺寸因为工作部位的快进和快退的速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（）,快进时液压缸差动链接。工作时为防止孔钻空时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参照参考文献3表，选背压力为表4执行元件背压力估算系统类型背压力/MPa中低压系统08MPa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采用补油泵的闭式回路0.81.5中高压系统816MPa同上比中低压系统高50%100%高压系统1632MPa如锻压机械等可忽略不计由下图有图3液压缸简图则有则活塞直径为又有得，根据下表圆整并初步验算后有，。由此得到两腔的实际有效面积为表5液压缸内径尺寸系列810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630注：括号内数值均为非优先选用值。表6活塞赣直径系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如下表所示：表7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率快进启动1960一1.028一一加速1563.50.926一一恒速9800.7740.450.348工进269600.63.740.024快退启动1960一0.490一一加速1563.50.51.372一一恒速9800.51.2260.4670.573注：为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取；快退时，液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为。快进时，；。工进时，；。快退时，；。绘制的液压缸工况图如下所示：图4液压缸工况图四、选择基本回路(1) 选择调速回路由液压缸工况图可知，这台机床的液压系统功率较小，工作部件运动速度低，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。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。(2) 选择油源形式从工况图可以清楚的看出，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液压。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、节省能源角度来看，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。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。 图5双联叶片泵回路图6三位五通电液换向阀回路(3) 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来实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油流量较大，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，如图所示。(4) 选择速度换向换接回路由于本系统工作部位由快进转为工进时，速度变化大，为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路，如图所示。图7行程阀控制的换接回路(5) 选择调压和卸荷回路在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即工作部件工进时，高压小流量泵的出油口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不序再设卸荷回路。五、组成液压系统将下面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完善的液压系统原理图，如图所示。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6。为了避免机床停工作止时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运行的平稳性，添置了单向阀13。考虑到这台机床用于钻孔加工，对位置定位精度要求高，因此增设了一个压力继电器14。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。图8液压系统原理图六、确定液压泵的规格和电动机功率(1) 计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表5知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为，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，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差，最小流量泵的最高工作压力估算为大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表5知，快退时液压缸的工作压力为，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油压力损失比前者小，现取进油路上的总压力损失，则大流量泵的最高工作压力估算为(2) 计算液压泵的流量 由表5可知，油源向液压缸输入的最大流量为，若取回油路泄漏系数，则两个泵的总流量为考虑到溢流阀的最小稳定流量为，工进时的流量为，则小流量泵的流量最小应为。(3) 确定液压泵的规格和电动机功率根据上述压力和流量查阅产品样本，并考虑液压泵存在压力损失，最后确定选取型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为和，当液压泵的转速为时，其理论流量分别为和，若取液压泵容积效率则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，若取液压泵总效率，这时液压泵的驱动电动机功率为根据此数值查阅产品样本，选用规格相似的型电动机，其额定功率为，额定转速为,电流4.0（安），效率77.5%，功率因数0.74（COS）。七、确定其他元件即辅件(1) 确定阀类原件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件规格如下表所示。其中溢流阀9按小流量泵的额定流量选取，调速阀4选用Q-6B型，其最小稳定流量为,小于本系统工进时的流量。表8液压元件规格及型号序号元件名称通过的最大流量规格型号额定流量额定压力额定压降1双联叶片泵YV2R12-6/335.1/27.9162三位五通电液换向阀7035DV-100BY1006.30.33行程阀62.322C-100BH1006.30.34调速阀1Q-6B66.35单向阀70I-100B1006.30.26单向阀29.3I-100B1006.30.27液控顺序阀28.1XY-63B636.30.38背压阀1B-10B106.39溢流阀5.1Y-10B106.310单向阀27.9I-100B1006.30.211滤油阀36.6XU-80X200806.30.0212压力表开关K-6B13单向阀70I100B1006.30.214压力继电器PF-B8L14此为电动机额定转速为940r/min时的流量(2) 确定油管在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算结果如下表所示。表9各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退由表可以看出，液压缸在各个阶段的实际运动速度符合设计要求。根据上表，按下表推荐的管道内允许速度取。表10允许流速推荐值管道推荐流速吸油管道0.51.5，一般取1以下压油管道36，压力高，管道短，黏度小取大值回油管道1.53则计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连得油管内径分别为为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径20mm、外径28mm得10号冷拔钢管。(3) 确定油箱按照经验公式确定油箱得容积式中，油箱容积；液压泵的额定流量()；经验系数，低压系统，24，中低压系统57，高压系统612。在此取。则有八、液压缸的壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度，从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒，起重运输机械和工程机械的液压缸一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算pD/2=31.50.10/（2110）=2.0mm故取=7mm液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径D1为D1D+2=100+27=114mm 取D1=1148.1 缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两个公式进行近似计算无孔时：t0.433D（P【】）有孔时：t0.433DPD【】（Dd）式中，t-缸盖有效厚度D-缸盖止口内直径d-缸盖孔的直径8.2 最小导向长度HL20+D2=19020+1252=72mm8.3 导向滑动面长度A=(0.61.0)90=5490mm8.4 活塞宽度 B=(0.61.0)D=(0.61.0)100=60mm8.5 隔套的长度C=H(A+B)/2=72-(54+75)/2=7.5mm 8.6 缸体长度 L(2030)D=25003750mm九、验算液压系统压力损失由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态，然后根据公式计算各种工况下的总的压力损失。现取进、回油管道长为，油液的运动黏度取，油液的密度取。(1) 判断流动状态在快进、工进和快退三种工况下，进、回油管路中所通过的流量以快进时进油流量为最大，此时，油液流动的雷诺系数为也是最大的。因为最大的雷诺数小于临界雷诺数(2000)，故可推出：各工况下的进、回油路中的油液的流动状态全为层流。(2) 计算系统压力损失将层流流动状态沿程阻力系数和油液在管道内流速同时代入沿程压力损失计算公式并将已知数据代入后，得可见，沿程压力损失得大小与流量成正比，这是由层流流动所决定得。在管道结构尚未确定得情况下，管道得局部压力损失常按下式作经验计算，即又有计算各工况下得阀类元件得局部压力损失：其中由产品样本查出，和数值由前文表列出。滑台在快进、工进和快退工况下得压力损失计算如下。快进。滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。如图8所示，在进油路上，油液通过单向阀10、电液换向阀2，然后与液压缸有杆腔的回油汇合通过行程阀3进入无杆腔。在进油路上，压力损失分别为在回油路上压力损失分别为将回油路上的压力损失折算到进油路上去，便得到差动快速运动时的总的压力损失工进。滑台工进时，如图8所示，在进油路上。油液通过电液换向阀2、调速阀4进入液压缸无杆腔，在调速阀4处的压力损失为。在回油路上，油液通过电液换向阀2、背压阀8和大流量泵的卸荷油液一起经液控顺序阀7返回油箱，在背压阀8处的压力损失为。若忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失，则在进油路上总的压力损失为此值略小于估计值。在回油路上总的压力损失为该值即为液压缸的回油腔压力，与参考表4选择的背压值基本符相符。按表7的公式重新计算液压缸的工作压力为此值与表7的值基本相符。考虑到压力继电器的可靠动作要求压差，则小流量泵的工作压力为此值与估算值基本相符，是调整溢流阀10的调整压力的主要参考数据。快退。滑台快退时，如图8所示，在进油路上，油液通过单向阀10、电液换向阀2进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液通过单向阀5、电液换向阀2和单向阀13返回油箱。在进油路上的总的压力损失为此值较估计值小很多，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路上，总的压力损失为此值与表7的值基本相符