卧式钻床动力滑台液压系统设计【2013年最新整理毕业论文】

目录 1. 负载分析 .1 2. 绘制液压工况（负载速度）图 .5 3. 初步确定液压缸的参数 .6 3.1. 初选液压缸的工作压力： . 6 3.2. 计算液压缸尺寸： . 6 3.3. 计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量及功率： . 7 3.4. 绘制液压缸工况图 . 8 4. 拟定液压系 .8 4.1. 选择液压回路 . 8 4.2. 液压系统的组合 . 8 5. 液压元件的计算和选择 .9 5.1. 确定液压泵的容量及驱动电机的功率： . 9 5.2. 液压泵的流量 . 10 5.3. 选择电动机 . 10 5.4. 元件选择 . 10 5.5. 确定管道尺寸 . 11 5.6. 确定油箱容积： . 11 6. 管路系统压力损失验算 . 12 6.1. 判断油流状态 . 12 6.2. 沿程压力损失 . 12 6.3. 局部压力损失 . 12 7. 液压系统的发热与温升验算 . 13 7.1. 液压泵的输入功率 . 14 7.2. 有效功率 . 14 7.3. 系统发热功率 . 14 7.4. 散热面积 . 14 7.5. 油液温升 . 14 8. 参考文献： . 14 机床液压系统课程设计说明书 1 1. 机床液压系统课程设计说明书 2 机床液压系统课程设计说明书 3 机床液压系统课程设计说明书 4 负载分析 1.切削力： Ft=16000N 2.导轨摩擦阻力 静摩擦力： fsF = WfS =0.2 20000 = 4000N 机床液压系统课程设计说明书 5 动摩擦力：fdF = Wfd =0.1 20000 = 2000N 3.惯性阻力 （ 1）动力滑台快进惯性阻力 mF ,动力滑台启动加速、反向启动加速和快退减速制动的加速度相等， smv /15.0 ， st 20.0 NtvgwF m 1 5 3 020.0 15.08.92 0 0 0 0 （ 2）动力滑台快进惯性阻力 mF ,动力滑台由于转换到制动是减速，取 smv /107 4 ，st 20.0 NtvgwF m 14.720.0 1078.9200 00 4 液压缸各动作阶段负载列表如下： 工况 计算公式 液压缸负载 F（ N） 液压缸推力 （mFF ） 启动 F= WfS 5000 5556 加速 F = Wfd + mF 6326 7029 快进 F= Wfd 2500 2778 工进 F= tF + Wfd 18000 20000 制动 F = Wfd mF 2483 2759 快退 F= Wfd 2500 2778 制动 F = Wfd mF 1326 1473 注：液压缸机械效率： 0.9m 。 2. 绘制液压工况（负载速度）图 根据计算的液压负载和各阶段工作行程、速度，可绘制液压缸的 F T 与 V t 图 机床液压系统课程设计说明书 6 快进 t1=vL11= 0.15 20.075 s 工进 tmax2=vLmin2 2=40 .1 5 4553 .3 1 0 s tmn2=vLmax2 2=30 .1 5 881 .7 1 0 s 快退 t3=vL33= 0.03 40.75 s 液压缸负载图和速度图 3. 初步确定液压缸的参数 3.1. 初选液压缸的工作压力： 组合机床液压系统工作压力，一般为（ 3050） 510 Pa,这里选 1P =44 510 Pa,为防止钻通孔时动力滑台发 生前冲，液压缸回油腔应有背压，背压 2P =2 510 Pa。初步定快进快退回油压力损失 2P =5 510 Pa 3.2. 计算液压缸尺寸： 选定液压缸前、后腔有效面积比为 2： 1，则液压缸无杆腔工作面积 1A 机床液压系统课程设计说明书 7 1A= 21021 PPF= 42520000 4 8 . 8 1 06( 4 4 ) 1 02m 取 A1=50 2410 m 液压内径 D=14A = m24 100.810504 取标准值 D=8.0 210 m 活塞杆直径 d=0.7D 5.6 210 m 液压缸尺寸取标准值之后的有效工作面积 无杆腔面积 1A =42D =4x(8.0 210 )2 =39 2410 m 有杆腔面积 2A =4 22 dD =4(8.0 22 6.5 ) 244 106.2510 m 活塞杆面积 3A= 1A - 2A =13.4 2410 m 3.3. 计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量及功率： 表中0F为液压缸的驱动力。 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量及功率见下表 工况 计算公式 0F（ N） 2P （ 510 Pa） 1P （ 510 Pa） Q （ 3103m /s） P(N) 快进 启动 加速 快进 1P =30AF + 2P Q=3A 1v P= 1P Q 5556 7029 2778 0 5 5 41.4 57.4 25.7 0.2 0.514 510 工进 1P =10AF + 2P Q= 1A 2v P= 1P Q 20000 6 57.2 0.12 0.686 510 机床液压系统课程设计说明书 8 快退 启动 加速 快退 制动 1P=20AF+22P 5556 7029 2778 -1473 0 5 21.7 27.4 15.8 -0.75 0.3 0.721 510 3.4. 绘制液压缸工况图 液压缸工况图 4. 拟定液压系 4.1. 选择液压回路 （ 1）调速方式的选择 钻孔床工作时，要求低速运动平稳性好；速度负载性好，从图 a 中可看出液压缸快进和工进时功率都较小，负载变化也较小，因此采用调速阀的的进油节流调速回路。为防止工作负载突然消失（钻通孔）引起前冲现象，在回油路上加背压阀。 （ 2）快速回路和速度换接方式的选择 我们选用差动液压缸实现“快，慢，快”的回路。图 b 进口节流一次进给回路。 （ 3）油源的选择： 系统特点从图 a 可看出快进时低压大流量时间短， 工进时高压小流量时间长。所以采用双联叶片泵或限压式变量泵。 4.2. 液压系统的组合 选择基本回路后，按拟定液压系统图的几个注意点，可以组成一个完整的系统图。图中为了使液压缸快进时实现差动连接，工进时主油路和回油路隔离，在系统中增设一个单向阀11 及液控顺序阀 8，在液压泵和电磁换向阀 3 的出口处，分别增设单向阀 9 和 12，以免当液压系统较长时间不工作时，压力油流回油箱，形成真空。为了过载保护或行程终了利用压力继电器 13。 组合成液压系统图组合的液压系统图。如图所示。 机床液压系统课程设计说明书 9 液压系统图 5. 液压元件的计算和选择 5.1. 确定液压泵的容量及 驱动电机的功率： （ 1）、计算液压泵的工作压力与流量： 进油压力损失为 57.2 510 Pa，系统采用调速阀进油节流调速，选取进油管压力损失为 8 510 机床液压系统课程设计说明书 10 Pa，由于采用压力继电器，溢流阀的调整压力一般应比系统最高压力大 5 510 Pa，所以泵的最高工作压力为 551 ( 5 7 . 2 8 5 ) 1 0 6 0 . 2 1 0pP P a 这是小流量泵的最 高工作压力（稳定），即溢流阀的调整工作压力 液压泵的公称工作压力nP为 511 . 2 5 1 . 2 5 6 0 . 2 7 5 1 0n p aP P p 大流量泵只在快进时向液压缸输出，液压缸快退时的工作压力比快进时大，这时压力油不通过调速阀，进油路较简单，但流经管道和阀的油流量较大，取进油路压力损失为 5 510 Pa，所以快退时，泵的最高工作压力为 552 ( 1 5 . 8 5 ) 1 0 2 0 . 8 1 0pp P a 这是大流量泵的最高工作压力，也是调 整控顺序阀 7 和 8 的参考数据。 5.2. 液压泵的流量 由图可知，最大流量在快进时，其值为 330 .2 1 0 /ms 3 3 3( ) m a x 1 . 1 5 0 . 2 1 0 0 . 2 3 1 0 /pQ K Q m s 最小流量在工作时，其值为 0.12 3310 /ms ，为了保证工进时系统压力较稳定，应考虑溢流阀有一定的最小流量，取最小溢流量为 0.077 3310 /ms ，所以小流量泵应取0.197 3310 /ms 。 根据以上计算数值，选用公称流量为 0.2 3310 /ms ， 0.15 3310 /ms ；公称压力为 80 510ap的双联叶片泵。 5.3. 选择电动机 最大功率出现在快退阶段 532 1 2() 2 0 . 8 1 0 ( 0 . 2 0 . 1 5 ) 1 0 9710 . 7 5pp PP Q QPW 最后选用功率为 31.1 10 W 的标准型号电机。 5.4. 元件选择 根据液压泵的工作压力和通过阀的实际流量，选择各液压元件和辅助元件的规格。 机床液压系统课程设计说明书 11 5.5. 确定管道尺寸 由于系统采用液压缸的差动连接，油管内通油量较大，实际流量 330 . 5 1 0 /Q m s ，取允许流速 5/v m s ，则主压力油管 d 为 3 34 0 . 5 1 01 . 1 3 1 . 1 3 1 1 . 3 1 0 ( )5QQdmvv 元整取 d=12cm，壁厚查表。 选用 14 12 的 10 号冷拔无缝钢管。 其它进油管、回油管和吸油管，按元件连接口尺寸，测压管选用 43mm 紫钢管。 5.6. 确定油箱容积： 3 3 3( 5 7 ) 7 1 5 1 0 1 0 5 1 0nV Q m 所选液压元件的说明 编号 元件名称 参数说明 型号 叶片泵 510 Pa 叶片泵 510 Pa 三位五通电磁阀 Lmin 调速阀 Lmin A x Q F- E 1 0 B 溢流阀 Lmin 背压阀 Lmin 液动顺序阀 Lmin 液动顺序阀 Lmin 单向阀 Lmin 单向阀 Lmin 单向阀 Lmin 机床液压系统课程设计说明书 12 单向阀 Lmin 压力继电器 510 Pa 压力表开关 510 Pa 1 滤油器 公称流量Lmin 6. 管路系统压力损失验算 由于同类液压系统的压力损失值可以参考，所以一般不必验算压力损失值。 下面仅验算工进时管路压力损失： 进、回油管长均为 L 1.5m，油管内径 d= 312 10 m 。通过流量 Q=0.12 310 3m /s，选用20 号机械油，考虑最低工作温度为 15 c ， v=1.5 2cm /s 6.1. 判断油流状态 eR=dvQ273.1 310 =852320 流动状态为层流 6.2. 沿程压力损失 进油路上 4 .8 / m inQL 51 448 0 0 8 0 0 1 . 5 1 . 5 4 . 8 0 . 4 2 1 01 . 2v L QP P ad 回油路上 2 .4 / m inQL （液压缸122AA） 52 448 0 0 8 0 0 1 . 5 1 . 5 2 . 4 0 . 2 1 1 01 . 2v L QP P ad （如果采用沿程损失公式，结果是一样的） 但由于是差动油缸，所以回油路的压力损失只有一半折合到进油腔。 551 ( 0 . 4 2 0 . 5 0 . 2 1 ) 1 0 0 . 5 2 5 1 0P 6.3. 局部压力损失 系统采用集成块的液压装置，仅考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。下表为工进时油流通过各种阀的流量和压力损失。 阀的流量和压力损失 机床液压系统课程设计说明书 13 编号 名称 图号 实际流量 Q 310 /60 3m /s 公称流量 nQ 310/60 3m /s 公称压力损失 nP 510Pa 1 2 3 4 5 单向阀 三位五通电磁阀单向行程调速阀液动顺序阀 液动顺序阀 4.8 4.8 4.8 2.4 2.4 25 25 25 25 10 2 2 5 1.5 5 各阀局部压力损失之和 2 2 2 5 54 . 8 4 . 8 2 . 4 2 ( ) 2 ( ) 0 . 5 1 . 5 ( ) 0 . 5 6 1 0 8 . 4 3 1 02 5 2 5 2 5vP P a 取油流取油流通过集成块时压力损失 50 .3 2 1 0Jp 552 ( 8 . 4 3 0 . 3 2 ) 1 0 8 . 7 5 1 0p P a 55( 8 . 4 3 0 . 5 2 5 ) 1 0 8 . 9 5 5 1 0p P a 这个数值加上液压缸的工作压力和压力继电器要求系统调高的压力（取其值为 5 510 Pa），可作为溢流阀调整压力的参考数据。 51 5 1 0p p p 式中 1p 液压缸工进时克服外负载所需压力 1p = 01FA = 4520000 1 0 5 0 1 040 所以 p=(50+8.955+5) 510 =63.955 510 pa 这个数值比估算的溢流阀调整压力值 575 10 Pa 稍小。因此，主油路上元件和油管直径均可不变 7. 液压系统的发热与温升验算 由图可知，该系统主要工作时间是工进工况。主要考虑工进时的发热，所以按工进工况验算系统温升。 机床液压系统课程设计说明书 14 7.1. 液压泵的输入功率 工进时小流量泵的压力 51 6 0 .2 1 0pp P a，流量 331 0 . 1 5 1 0 /pQ m s，小流量泵功率为 21116 0 . 2 0 . 1 5 1 0 12020 . 7 5ppPpQP 工进时大流量泵卸荷，顺序阀的压力损失 51 .5 1 0p P a ，即大流量泵的工作压力52 1 .5 1 0pP P a ，流量 332 0 . 1 5 1 0 /PQ m s ，大流量泵功率 2p 为 2p = Ppp QP 22 = 21 . 5 0 . 1 5 1 0 300 . 7 5 双联泵总输入功率ip= 1p + 2p =1202+30