液压与气压传动课程设计-立式双头钻床液压系统设计.doc

液压与气压传动课程设计 说明书青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：液压与气压传动课程设计学 院：机电工程系专业班级: 机械设计制造及其自动化084学 号：20080201131学 生： 指导老师： 青岛理工大学琴岛学院教务处 2011年12月22日液压与气压传动课程设计评阅书题目液压与气压传动课程设计学生姓名学号2指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日摘 要本次为立式双头钻床液压系统设计，可以实现双钻头同时快进工进死党铁停留快退停止的动作，而且快进和快退速度不相等。快进采用差动连接加带补正措施的串联同步回路。在快进工程中使用一个二位二通的电磁换向阀短接调速阀，这样可以用较大的流量实现快进动作，在工进过程中使这个二位二通的电磁换向阀的电磁铁得电使油液经过调速阀以减小流量实现工进的慢速。在快退时用是向有杆腔进油，这样可以实现较大的快退速度。关键字：差动连接 补正措施 串联 同步回路 快进 快退。I目 录摘 要I1设计任务12液压回路工况分析23 拟定液压系统原理图5 3.1 初选液压件及基本回路5 3.2组成液压系统54计算和选择液压件及验算液压系统性能6 4.1 确定液压泵的规格和电动机功率6 4.2 确定油管及压力6 4.3 验算液压系统性能7 4.4验算系统发热与温升9总结11参考文献121设计任务学生通过液压与气压传动课的课堂学习，初步掌握了基本理论知识。本课程设计即为了给学生创造一个运用课堂理论知识，解决较复杂的问题的平台，锻炼学生综合利用所学知识的能力。液压系统设计计算是液压传动课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。本次设计的是一台立式双轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进工进死挡铁停留快退 停止。主要性能参数与性能要求如下：切削阻；运动部件所受重力；快进、快退速度，工进速度；快进行程，工进行程；往复运动的加速时间 ；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数，动摩擦系数。液压系统执行元件选为液压缸。2 液压回路的工况分析(1) 工作负载 工作负载即为切削阻力 FL=15200N。(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 1设液压缸的机械效率，得出液压缸在各阶段的负载和推力，如表1所示：表2.1 液压缸各阶段的负载和推力工况负载组成液压缸负载F/N液压缸推力F0=F/cm/N启 动加 速快 进工 进反向启动加 速快 退1585.21116.1792.615992.61585.21116.1792.61761.31240.1880.717772.91761.31240.1880.7所设计的动力滑台在工作时负载最大，在其他工况下负载都不高，参考表2.2和表2.3，初选液压缸的工作压力。鉴于动力滑台快进和快退速度相差不大，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸，快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表2.4选此背压为。表2.2 按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表2.3 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表2.4 执行元件背压力系统类型背压力/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用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短且直接回油可忽略不计表2.5 按工作压力选取d/D工作压力/5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表2.6 按速比要求确定d/D1/31.151.251.331.461.611d/D0.30.40.50.550.620.71 由式： 得 则活塞直径：参考表2.5及表2.6，得，圆整后取标准数值得 D=90mm， d=63mm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：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，如表7所列，由此绘制的液压缸工况图如图2所示。表2.7 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动1761.30.55加速1240.1p1+p0.88恒速880.7p1+p0.780.250.2工进17772.90.63.080.8510-20.026快退启动1761.30.55加速1240.10.51.38恒速880.70.51.280.250.33注：1. p为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取p=0.5MPa。2 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。3 拟定液压系统原理图3.1 初选液压件及基本回路(1) 选择调速回路 由于这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，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 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油液。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。系统在快进和快退时流量不相同使用变量泵。(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，所以选用三位四通电液换向阀。3.2 组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，详情见设计图。4计算和选择液压件及验算液压系统性能4.1 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2.7可知，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，则小流量泵的最高工作压力估算为： (2)计算液压泵的流量由表2.7可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.410-3 m3/s ，若取回路泄漏系数K=1.1，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少应为。(3) 确定液压泵的规格和电动机功率根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定泵为，额定压为6.3 ，转数为根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y100L6型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为。4.2确定油管及压力表4.1各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退表4.2 允许流速推荐值管道推荐流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 由表4.2可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据表4.2数值，按表4.3推荐的管道内允许速度取=4 m/s，由式计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为 为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径15mm、外径22mm的10号冷拔钢管。确定油箱油箱的容量按式估算，其中为经验系数，低压系统，=24；中压系统，=57；高压系统，=612。现取=6，得4.3验算液压系统性能验算压力损失由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态，然后计算各种工况下总的压力损失。现取进、回油管道长为L=2m，油液的运动粘度取=110-4m2/s，油液的密度取r=0.9174103kg/m3。(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退时回油流量q2=29.7L/min为最大，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，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是由层流流动所决定的。在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失p常按下式作经验计算各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算其中的Dpn由产品样本查出，滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算如下：1快进滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。在进油路上，油液通过单向阀、电液换向阀，然后与液压缸有杆腔的回油汇合通过行程阀入无杆腔。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，便得出差动快速运动时的总的压力损失2工进滑台工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀、调速阀进入液压缸无杆腔，在调速阀处的压力损失为0.5MPa。在回油路上，油液通过电液换向阀、背压阀的卸荷油液一起返回油箱，在背压阀处的压力损失为0.6MPa。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p2=0.66MPa，可见此值与初算时选取的背压值基本相符。重新计算液压缸的工作压力为考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，则小流量泵的工作压力为此值与估算值基本相符，是调整溢流阀的调整压力的主要参考数据。3快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀、电液换向阀进入液压缸杆腔。在回油路上，油液通过单向阀、电液换向阀和单向阀返回油箱。在进油路上总的压力损失为此值远小于估计值，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数值基本相符，故不必重算。4.4验算系统发热与温升由于工进在整个工作循环中占96%，所以系统的发热与温升可按工进工况来计算。在工进时，经液控顺序阀卸荷，其出口压力即为油液通过液控顺序阀的压力损失液压系统的总输入功率即为液压泵的输入功率液压系统输出的有效功率即为液压缸输出的有效功率由此可计算出系统的发热功率为按式计算工进时系统中的油液温升，即其中传热系数K=15 W/（m2C）。设环境温T2=25C，则热平衡温度为 油温在允许范围内，油箱散热面积符合要求，不必设置冷却器。总 结本次为立式双头钻床液压系统设计，可以实现两个钻头同时快速进给同时工进和同时快退的动作，而且快进和快退速度不相等。动作过程为同时快进工进死党铁停留快退停止的动作，在设计过程中根据所要实现的功能，我选择了变量泵，电磁换向阀，调速阀，单向阀，行程开关，压力继电器，电液控制单向阀等等，在快进过程中，我们要求是采用差动连接，从无杆腔进油，而且要求的流量较大，这时候在油路中的调速阀被一个二位二通的换向阀短接直接进入有杆腔，从无杆腔出来的油通过油路到无杆腔，这样两个流量加起来就实现较大流量的差动联接，工进的时候短接调速阀的换向阀换向将油路断开，这样油液只能经过调速阀到达无杆腔，实现小流量的慢速工进，在工进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，这里的背压阀用的是溢流阀以实现背压。快退时是有杆腔，因为有杆腔的面积较小，当同样的流量进入时可以得到较大的速度，实现快进，工进，快退功能的是一个三位四通的电磁换向阀，切换不同的方向可以得到不同的功能。在设计时因为要实现同步过程，我们用到的是带补正措施的同步回路，用到了两个行程开关，当其中一个缸的活塞先到达最下方另一个缸的活塞未到达最下方，这种情况很容易出现的，可能是因为油压不稳定，泄露的原因而导致的问题。用行程开关再配合其他元器件完成补正功能，我设计的液压补正措施如下当右侧缸先到达最下方时，碰到行程开关a使电磁换向阀7的电磁铁得电，换向阀右侧工作，泵可以单独给左侧缸供油，让缸的活塞继续往下运动，到达同步功能，当左侧缸先到达最下方时，活塞杆碰到行程开关b，是电磁换向阀9的电磁铁得电，使换向阀的上位得电，油路导通时电液换向阀导通，右侧缸的油液可以通过单向阀回到邮箱，这样就实现了同步功能了。 由于设计要求是