液压与气压传动课程设计.doc

液压系统课程设计说明书 设计课题 设计一台卧式单面多轴钻孔机床的液压传动系统，有三个液压缸，分别完成钻削（快进、工进、快退）、夹紧工件（夹紧、松开）、工件定位（定位、拔销）。其工作循环为：定位夹紧快进工进快退拔销松开，如图1所示。 （一）原始数据1、 主轴数及孔径：主轴6根，孔径14mm；2、 总轴向切削阻力：12400N；3、 运动部件重量：9800N；4、 快进、快退速度：5 m/min；5、 工进速度：0.040.1m/min；6、 行程长度：320mm，快进230mm，工进90mm;7、 导轨形式及摩擦系数：平导轨，=0.2，=0.1；8、 夹紧、减速时间：大于0.2秒；9、 夹紧力：50006000N；10、 夹紧时间：12秒；11、 夹紧液压缸行程长度：16mm；（二）、要求1、夹紧后在工作中如突然停电时，要保证安全可靠，当主油路压力瞬时下降时，夹紧缸保持夹紧力；2、快进转工进时要平稳可靠；3、钻削时速度平稳，不受外载干扰，孔钻透时不能向前冲。（一）、负载分析负载分析时，暂不考虑回油腔的备背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械阻力的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，这样需要考虑切削力，导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为，动摩擦力为，则： 而惯性力设机械效率。则液压缸在各工作阶段的总机械负载如下： 运动阶段计算公式总机械负载起动1803.2N加速1518.5N快进1065.2N工进14543.5N快退1065.2N 根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出如下图： 负载速度图 a）负载图 b)速度图二、液压系统方案设计 1.确定液压泵类型及调速方式 参考同类组合机床，选用单向变量叶片泵供油，调速阀进油节油调速回路，为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值。 2.选用执行元件 因系统动作循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积等于有杆腔面积的两倍。3. 快速运动回路速度换节回路 根据设计要求，采用差动连接来实现快进。采用二位二通电磁阀的速度换接回路，控制油快进转为工进。4. 换向回路的选择 由于系统对换向没有严格的要求，又为便于实现差动连接，选用三位五通电磁换向阀。5. 组成液压系统绘原理图 将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，绘制成如下所示的液压系统图。 系统原理图液压系统中各电磁铁的动作顺序如表下表所示： 电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y4Y定位-夹紧-快进+-工进+-+快退-+-拔销松开-+三、液压系统的参数计算（1） 液压缸参数计算 1、初选液压缸的工作压力 参考以上数据初选液压缸的工作压力为： 按负载选择工作压力负载/KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455 各类设备的常用压力 设备类型机床农用机械小型工程机械工程机械辅助装置液压机重型机械起重运输机械 磨床组合机床车床铣床车轮加工机床拉床龙门刨床工作压力P/()203050204063,满足最低速度的要求。3. 计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率 根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时背压按代入，因系统为回油路上有调速阀的调速系统，则快退时背压按代入计算公式进行计算，计算结果如下表所示： 液压缸所需的实际流量、压力和功率工作循环计算公式负载F进油压力回油压力所需流量输入功率NPaPaL/minkw差动快进1065.215.60.224工进14543.50.380.017快退1065.216.20.354注：1.差动连接时，液压缸的回油口到进油口之间的压力损失，而。2、快退时，液压缸有杆腔进油，压力位，无杆腔回油，压力为。(二) 液压泵的参数计算由上可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失，压力继电器可靠动作需要压力差为，则： 因此泵的额定压力可取： 因为工进时所需流量最小是0.38L/min，快进快退时液压缸所需的最大流量是16.2L/min，则泵的总流量为。根据上面计算的压力和流量，查机械设计手册可知，选用YBX-A*N型单向变量叶片泵，该泵额定压力为6.3MPa，额定转速为1500r/min。（3） 电动机的选择 系统为单泵供油系统，泵的流量 下面分别计算差动快进，工进和快退时所需要的电动机功率P。1. 差动快进 差动快进时，泵的出口压力油经三位五通电磁换向阀3和二位二通电磁阀6进入液压缸大腔，大腔压力为 查表可知，泵的出口压力损失 于是计算可得泵的出口压力 查机械设计手册可知效率是0.640.81，此时取效率。则电动机功率： 2. 工进 工进时调速阀所需最小压力差为： 则泵的出口压力为： 泵的效率为，则电动机功率为： 。3. 快退 泵的出口压力为： 取效率。则电动机的功率： 综合比较，工进时所需功率最大，据此查Y系列三相异步电动机的技术数据表可选用Y112M-6，额定功率为2.2KW，额定转速是940r/min。四、液压元件的选择根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。此设计中所有阀的额定压力都为，额定流量根据各阀通过的流量确定，过滤器按液压泵确定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。表中序号与系统图原理中的序号一致。所有元件的规格型号如下表所示： 液压元件明细表序号元件名称最大通过流量/型号1单向变量叶片泵24YBX-A*N2过滤器48XU-B321003三位五通电磁阀4835D1-63BY4单向阀24CIT-03*-505调速阀0.24Q-H86二位二通电磁阀4822D1-63BH7单向阀24CIT-03*-508顺序阀0.24XY-25B9背压阀0.24B-10B10减压阀24JDF-L1011单向阀24CIT-03-04-5012二位四通电磁阀4824D1-63B13单向顺序阀24XD2F14单向阀24CP*T-03-5015压力继电器HED1K2. 油管的选择 在选定液压泵后，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，重新计算可得快进时的流量为： 快退时的流量 根据上表可以看出管道内允许速度取 由式 可计算得出的油管内径分别为： 按产品样本选取所以管子均为内径20mm，外径28mm，的10号冷拔钢管。 3. 油箱容积的确定 中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的5-7倍，本设计取7倍，故油箱容积为 五、验算液压系统性能 由于系统管路尚未确定，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，已知快退时油管直径 ，通过的流量为进油路，回油路，液压系统选用N46号液压油，考虑最低工作温度为15度，由设计手册查处此时油的运动粘度，油的密度，液压系统采用集成块式的配置形式。（1） 确定油液的流动状态 按式 进油路的雷诺数为： 回油路中的雷诺数为： 由上可知，进回油路中的流动都是层流。（2） 沿程压力损失 由式 可算出进油路和回油路的压力损失。在进油路上，流速 则压力损失为： 在回油路上，流速为进油路流速的两倍即 则压力损失为： (3) 局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类零件盒集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失按式，其中q为实际流量，为理论流量。具体计算如下表： 阀类元件局部压力损失元件名称额定流量实际通过流量额定压力损失实际压力损失三位五通电磁阀36324/4820.29/1.16二位二通电磁阀6632440.58单向阀4302421.28注：快退时经过三位五通阀的两油道流量不同，压力损失也不同。 取集成块进油路的压力损失： 回油路压力损失为： 则进油路和回油路总的压力损失为：由负载表知快退时液压缸负载，则快退时液压缸的工作压力为： 按式 式中 为执行元件的最高工作压力 执行元件进油路上的压力损失。因此，大流量泵的调整压力应大于。从以上验算结果可以看出各种工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。（2） 液压系统的发热和温升验算 在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，故按工进工况验算系统温升。 工进时液压系统的输入功率 工进时液压缸的输入功率 系统总的发热功率为： 已知油箱容积 则按式油箱近似散热面积A为： 假定通风良好，取油箱散热系数，则利用式可得油液温升为 设环境温度为则热平衡温度为： 95所以油箱散热基本可以达到要求。6、 双泵系统参数 1、液压系统双泵供油原理图如下： 2、双泵供油系统电磁阀顺序表1Y2Y3Y4Y定位-夹紧-快进+-工进+-+-快退-+-拔销松开-+3、双泵供油系统元件明细表如下： 序号元件名称最大通过流量/型号1双联叶片泵24YB1-4/122过滤器48XU-322003三位五通电磁换向阀4835D1-63BY4单向阀24C1T-03-04-505调速阀0.32FG-3-10-K-106二位二通电磁阀4822D1-63BH7单向阀24C1T-03-04-508液控顺序阀0.32DZ10DP-XYM9背压阀0.32B-10B10减压阀2424DR10-2-3/YM11单向阀2424CRG-03-5012二位四通电磁换向阀48484WE10N2013单向顺序阀24HC-T-