「液压课程设计」.doc

参照 目录目录 1 广东工业大学机电液综合设计工程任务书广东工业大学机电液综合设计工程任务书 3 2 摘要摘要 5 3 设计要求和概述设计要求和概述 6 3 1 设计内容 要求说明 6 3 2 液压传动系统的主要优点 7 3 3 半自动组合机床液压系统特点 7 4 液压系统的工况分析液压系统的工况分析 8 4 1 工作缸的负载及负载循环图 8 4 2 夹紧缸的负载 10 5 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图 11 5 1 确定供油方式 11 5 2 调速方式的选择 11 5 3 速度换接方式的选择 11 5 4 夹紧回路的选择 11 5 5 系统工作原理 12 5 6 电磁铁动作顺序表 13 6 液压系统的计算和选择液压元件液压系统的计算和选择液压元件 14 6 1 液压缸主要尺寸的确定 14 6 2 确定液压缸的流量 压力和选择泵的规格 16 6 3 液压阀的选择 18 6 4 确定管道尺寸 19 6 5 液压油箱容积的确定 20 7 液压系统的验算液压系统的验算 21 7 1 压力损失的验算 21 7 2 系统温升的验算 24 8 液压回路的验证液压回路的验证 25B5E2RGBCAP 9 液压集成块结构与设计液压集成块结构与设计 27 9 1 液压集成回路设计 27 9 2 液压集成块的设计 28 9 3 集成块设计步骤 28 9 4 集成块零件图的绘制 28 10 设计总结设计总结 30 11 参考文献参考文献 31 参照 综综合合设计设计工程任工程任务书务书 题目名称半自动液压专用铣床液压系统设计半自动液压专用铣床液压系统设计 学生学院机电工程学院机电工程学院 专业班级 姓 名 学 号 一 设计内容 设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床 工作循环 手工上料 自动夹紧 工作台快进 铣削进给 工作台快退 夹具松开 手工卸料 p1EanqFDPw 主要工作内容 1 明确设计要求进行工况分析 2 确定液压系统主要参数 3 拟定液压系统原 理图及验证设计方案 4 计算和选择液压件 5 验算液压系统性能 6 绘制工作图 及编制技术文件 DXDiTa9E3d 二 设计要求与数据 工作台液压缸负载力 KN FL夹紧液压缸负载力 KN Fc 工作台液压缸移动件重力 KN G 夹紧液压缸移动件重力 N Gc 工作台快进 快退速度 m min V1 V3夹紧液压缸行程 mm Lc 工作台工进速度 mm min V2 夹紧液压缸运动时间 S tc 工作台液压缸快进行程 mm L1 导轨面静摩擦系数 s 0 2 工作台液压缸工进行程 mm L2 导轨面动摩擦系数 d 0 1 工作台启动时间 S t 0 5 数据表 姓名FLFcGGcV1V2L1L2Lctc 张荣晋27 5KN24KN18KN172N4 5m min75mm min450mm90mm25mm2s 三 设计应完成的工作 液压系统工作原理图 A4 零件图 A3 部件装配图 阅读 研究设计任务书 明确设计内容和要求 了解原始数据和工作条件 2 收集有关资料并进一步熟悉课题 教一 30211 28 11 29 2 1 明确设计要求进行工况分析 2 确定液压系统主要参数 3 拟定液压系统原理图及验证设计方案 教一 30211 30 12 7 3 1 计算和选择液压件 2 验算液压系统性能 宿舍12 8 12 9 4 1 绘制零部件图 2 绘制正式的液压原理图 宿舍12 10 12 14 5 1 编写设计计算说明书 2 编写零部件目录表 宿舍12 15 12 18 6 整理资料 答辩工 2 73112 19 12 20 五 应收集的资料及主要参考文献 1 李笑 吴冉泉主编 液压与气压传动 国防工业出版社 2006 2 杨培元 朱福元主编 液压系统设计简明手册 机械工业出版社 1998 3 成大先主编 机械设计手册 第四版 第四卷 化学工业出版社 2002 4 雷天觉主编 新编液压工程手册 机械工业出版社 1998 5 张利平主编 液压与气压设计手册 机械工业出版社 1997 发出任务书日期 2018 年 11 月 28 日 指导教师签名 计划完成日期 2018 年 11 月 28 日基层教案单位责任人签章 主管院长签章 1 摘要摘要 液压传动之所以能得到广泛的应用 是由于它与机械传动 电气传动相比 液压传动装置的重量轻 结构紧凑 惯性小 传递运动均匀平稳 负载变化时 参照 速度较稳定 液压传动容易实现自动化 本次设计主要针对半自动组合铣床液 压系统及其有关装置设计 根据给定条件和需要而设计的一个液压系统 对液 压传动的基本原理进行分析 涉及到集成块的设计 必要的计算 分析和验算 以及各类元件 尤其阀类元件 的选择 系统的改进方法 RTCrpUDGiT 半自动组合铣床液压系统及其有关装置设计综合应用机械设计 计算机制 图 液压传动 机械制图 结构力学等课程 完成卧式半自动组合机床的液压 系统的原理设计 液压系统的设计计算 液压系统的元部件的选择 液压集成 油路的设计 液压集成块的设计等 并绘制了液压系统的原理图和集成块液压 集成回路图 利用 UG 绘制了压力块的三维立体图和零件图 5PCzVD7HxA 关键词关键词 液压集成块 液压阀 工程图 半自动铣床 1 设计设计要求和概述要求和概述 设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床 工作循环 手工上料 自动夹紧 工作台快进 铣削进给 工作台快退 夹具松开 手工卸料 jLBHrnAILg 1 1 设计内容 要求说明设计内容 要求说明 1 1 1 液压系统设计液压系统设计 根据设备的用途 特点和要求 利用液压传动的基本原理进行工况分析 拟定合理 完善的液压系统原理图 需要写出详细的系统工作原理 给出电磁铁动作顺序表 再经过 必要的计算确定液压有关参数 然后按照所得参数选择液压元件 介质 相关设备的规格 型号 液压装置工程图由于液压传动是油管连接 所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构 这 是比机械传动优越的地方 例如 在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动 以克服长 驱动轴效率低的缺点 由于液压缸的推力很大 又加之极易布置 在挖掘机等重型工程机 械上 已基本取代了老式的机械传动 不仅操作方便 而且外形美观大方 dvzfvkwMI1 2 液压传动装置的重量轻 结构紧凑 惯性小 例如 相同功率液压马达的体积为电 动机的 12 13 液压泵和液压马达单位功率的重量指标 目前是发电机和电动机的十分 之一 液压泵和液压马达可小至 0 0025N W 牛 瓦 发电机和电动机则约为 0 03N W rqyn14ZNXI 3 可在大范围内实现无级调速 借助阀或变量泵 变量马达 可以实现无级调速 调 速范围可达 1 2000 并可在液压装置运行的过程中进行调速 EmxvxOtOco 4 传递运动均匀平稳 负载变化时速度较稳定 正因为此特点 金属切削机床中的磨 床传动现在几乎都采用液压传动 SixE2yXPq5 5 液压装置易于实现过载保护 借助于设置溢流阀等 同时液压件能自行润滑 因 此使用寿命长 6 液压传动容易实现自动化 借助于各种控制阀 特别是采用液压控制和电气控制 结合使用时 能很容易地实现复杂的自动工作循环 而且可以实现遥控 6ewMyirQFL 7 液压元件已实现了标准化 系列化和通用化 便于设计 制造和推广使用 1 1 1 1 半自动组合机床液压系统特点 半自动组合机床液压系统特点 1 采用了限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路 保证了稳定的低速运动 有较 好的速度刚性和较大的调速范围 kavU42VRUs 2 采用了限压式变量泵和液压缸的差动连接实现快进 能量利用合理 3 采用了三位四通 M 型中位机能的电液换向阀换向 提高了换向平稳性 减少了能量 参照 损失 2液液压压系系统统的工况分析的工况分析 2 1 工作缸的负载及负载循环图工作缸的负载及负载循环图 根据已知条件 绘制运动部件的速度循环图 如图所示 速度循环图 计算各阶段的外负载并绘制负载图 工作机构作直线往复运动时 液压缸必须克服的外负载为 4 1 式中FL 工作负载 N Ff 摩擦负载 N Fi 惯性负载 N 摩擦负载 摩擦负载是指液压缸驱动工作机构工作时所要克服的机械摩擦阻力 对于 机床来说 即导轨的摩擦阻力 启动时为静摩擦阻力 可按下式计算 M2ub6vSTnP 4 2 启动后变为动摩擦阻力 可按下式计算 参照 4 3 式中G 运动部件所受重力 N Fn 外负载作用于导轨的正压力 N Ffs Ffd 静 动摩擦阻力 N s d 静 动摩擦系数 3 惯性负载 惯性负载即运动部件在启动和制动过程中的惯性力 其平均惯性力可 按下式计算 4 4 式中 g 重力加速度 g 9 8m s2 速度变化量 m s t 启动或制动时间 s 一般机械可取 t 0 01 0 5s 对轻载低速运动部件取小值 对重载高速运动部件取 大值 本设计中取 t 0 5s 0YujCfmUCw 在本设计中 工作负载 F FL L 27 5KN 27 5KN 摩擦负载及惯性负载 4 运动时间 快进 工进 快退 设液压缸的机械效率 则液压缸推力 根据上述计算结果 列出各工作阶段所受的外负载 参照 工作缸负载列表工作缸负载列表 持续时间液压缸推力 N 行程 mm 启动Ffs 36004000 0 5 加速 30763418 6 快进72 工进 FL 293003255690 反向启动Ffs 36004000 0 5 加速 30763418 7 2 快退并画出如图所示负载循环图 2 2 夹紧缸的负载夹紧缸的负载 工进速度 静摩擦力 动摩擦力 工进时液压缸推力 参照 3拟拟定液定液压压系系统统原理原理图图 3 1 确定供油方式确定供油方式 考虑到该机床在工作进给时负载较大 速度较低 而在快进 快退时负载较小 速度 较高 从节省能量 减少发热考虑 泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油 现采用带压 力反馈的限压式变量叶片泵 eUts8ZQVRd 3 2 调速方式的选择调速方式的选择 在中小型专用机床的液压系统中 进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀 根据铣 削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点 决定采用限压式变 量泵和调速阀组成的容积节流调速 这种调速回路具有效率高 发热小和速度刚好的特点 并且调速阀装在回油路上 具有承受负切削力的能力 sQsAEJkW5T 3 3 速度换接方式的选择速度换接方式的选择 本系统用电磁阀的快慢速换接回路 它的特点是结构简单 调节行程比较方便 阀的 安装也较容易 但速度换接的平稳性较差 若要提高系统的换接平稳性 则可改用行程阀 切换的速度换接回路 GMsIasNXkA 3 4 夹紧回路的选择夹紧回路的选择 用二位四通电磁阀来控制夹紧 松开换向动作时 为了避免工作时突然失电松开 应 采用失电夹紧方式 考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力 所以接入节流阀调节和单向阀保压 在该回路中还装有减压阀 用来调节夹紧力的大小和 保持夹紧力的稳定 TIrRGchYzg 最后把所选择的液压回路组合起来 即可组合成如图 3 所示的液压系统原理图 液压系统原理图 参照 3 5 系统工作原理系统工作原理 第一步 启动液压泵 夹紧缸的无杆腔进油 夹紧缸工作 夹紧工件 夹紧力的大小由单 向节流阀 12 调定 第二步 夹紧工件后压力继电器 11 发出信号使 1YA 得电 换向阀 4 工作在左位 工进缸差 动连接 动力头 工作台 快进 7EqZcWLZNX 第三步 工作台碰到行程开关 1SQ 使 3YA 得电 工进缸无杆腔进油 工作台慢速工进 形成容积回油节流调速回路 速度由单向调速阀 6 调定 lzq7IGf02E 第四步 工作台碰到行程开关 3SQ 使 2YA 得电 1YA 失电 换向阀 4 工作在右位 工进缸 有杆腔进油 工作台快退 zvpgeqJ1hk 第五步 工作台快退到原位后 碰到 2SQ 发出信号使 1YA 和 2YA 失电 工作台停止 第六步 同时 4YA 得电 夹紧缸有杆腔进油 松开工件 第七步 松开工件后 碰到行程开关 4SQ 4YA 失电 夹紧缸停止工作 油路关闭 停止工 作 完成一个工作周期 NrpoJac3v1 参照 3 6 电磁铁动作顺序表电磁铁动作顺序表 1YA2YA3YA4YA 夹紧工件 工进缸快进 慢速工进 工进缸快退 松开工件 系统停止 4液液压压系系统统的的计计算和算和选择选择液液压压元件元件 4 1 液压缸主要尺寸的确定液压缸主要尺寸的确定 4 1 1 工作压力工作压力 P 的确定的确定 工作压力 P 可以根据负载大小以及机器的类型来初步确定 表 按负载选择工作压力 负载 KN50 工作压力 MPa 0 8 11 5 22 5 33 44 5 5 表 各种机械常用的系统工作压力 机 床 机械类型 磨床组合机床龙门刨床拉床 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 工作压力 MPa0 8 23 52 88 1010 1820 32 可知 取液压缸的工作压力为P P1 1 4MPa 4MPa 又由下表确定背压力 系统类型背压力 MPa 简单系统或轻载节流调速系统0 2 0 5 回油路带调速阀的系统0 4 0 6 回油路设置有背压阀的系统0 5 1 5 用补油泵的闭式回路0 8 1 5 回油路较复杂的工程机械1 2 3 回油路较短且直接回油可忽略不计 取P P2 2 0 6MPa 0 6MPa 参照 4 1 2 计算液压缸内径圆计算液压缸内径圆 D 和活塞直径和活塞直径 d 由负载图知道最大负载 F 为 29300N 由 表 按速比要求确定 d D 2 1 1 151 251 331 461 612 d D0 30 40 50 550 620 71 注 1 无杆腔进油时活塞运动速度 2 有杆腔进油时活塞运动速度 又知 P2为 0 6MPa 机械效率 cm 为 0 95 考虑到快进 快退速度相等 取 d D 0 7 有 6 1 则 查表可知 将液压缸内径圆取整为标准系列直径 D 125mm 杆直径 d 按 d D 0 7 活 塞杆直径系列取 d 90mm 1nowfTG4KI 按工作要求夹紧力由夹紧缸提供 考虑到夹紧力的稳定 夹紧缸的工作压力应该低于 工进夹紧缸的工作压力 现取夹紧缸的工作压力为 3 5MPa 回油背压为零 cm 为 0 95 可知 fjnFLDa5Zo 可知 查液压缸和活塞的尺寸系列 取夹紧液压缸的 D 和 d 分别为 100mm 和 70mm 按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度 6 2 是由产品样本查得 GE 系列调速阀 AQF3 E10B 的最小稳定流量为式中 0 05L min 本设计中调速阀是安装在回油路上 故液压缸节流有效工作面积应该选取液压缸有杆 腔的实际面积 即 6 7cm2 参照 可见上述不等式能满足 液压缸能达到所需低速 1 1 1 计算在各工作阶段液压缸所需的流量计算在各工作阶段液压缸所需的流量 6 3 由 得 1 2 确定液压缸的流量 压力和选择泵的规格确定液压缸的流量 压力和选择泵的规格 1 2 1 泵的工作压力的确定泵的工作压力的确定 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失 所以泵的工作压力为 6 4 式中 泵的最大工作压力 执行元件最大工作压力 进油管路中的压力损失 初算时简单系统可取 0 2 0 5MPa 复杂系统取 0 5 1 5 本设计中取 0 5MPatfnNhnE6e5 额定压力 Pn 应该满足 Pn 5 85MPa HbmVN777sL设计中 Pn 1 3 1 2 2 泵的流量确定 液压泵的最大流量应为泵的流量确定 液压泵的最大流量应为 pn MPa nH r min v YBX 25256 313900 850 7 1 2 4 与液压泵匹配的电动机的选定与液压泵匹配的电动机的选定 首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率 取两者较大值作为选择电动机规格 的依据 由于在工进时泵输出的流量减小 泵的效率急剧降低 一般当流量在 0 2 1L min 0 03 0 14 同时还应注意到 为了使所选择的电动机在经过泵的流范围内时 可取 量特性曲线最大功率点时不至停转 需进行验算 即83lcPA59W9 6 6 式中 Pn 所选电动机额定功率 限压式变量泵的限定压力 参照 时 泵的输出流量 压力为 首先计算快进时的功率 快进时的外负载为 1800N 进油路的压力损失定为 0 5MPa mZkklkzaaP由式 1 4 得 快进时所需电动机功率为 工进时所需电动机功率 P 为 查得 选用 Y802 4 型电动机 其额定功率为 0 75kW 额定转速为 1390 r min 由相关资料可知 YBX 25 的流量压力特性曲线 再由已知的快进时流量为 34 32L min 工进时的流量为 1 1L min 压力为 4 5MPa 作出泵的实际工作时的流量压力 特性曲线 如图所示 AVktR43bpw 液压泵特性曲线 由相关资料可知该曲线拐点处的流量为 34L min 压力为 2 4MPa 该工作点对应的功 率为 2 0 75 1 5KW 不满足式 6 6 故另选型号为 Y90S 4 的电机 其额定功率为 1 1KW 满载转速 参照 1400r min 满足上述要求 在拐点处能正常工作 ORjBnOwcEd 1 3 液压阀的选择液压阀的选择 本液压系统可采用力士乐系统或 GE 系列的阀 本设计方案中均选用 GE 系列阀 根据 所拟定的液压系统图 按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格 选定的液压元件 如表所示 2MiJTy0dTT 序号元件名称方案通过流量2 55 06L min 压油管的允许流速 取 v 4m s 则内径 d 为gIiSpiue7A 6 7 若系统主油路流量按快退时取 q 28 6L min 则可算得油管内径 d 12 3mm 综合诸因素 现取油管的内径 d 为 14mm 吸油管同样可按上式计算 q 34 32L min v 0 9m s 可知 参照 YBX 25 变量泵吸油口连接尺寸 取吸油管 内径 d 为 30mm uEh0U1Yfmh 参照 1 5 液压油箱容积的确定液压油箱容积的确定 本设计为中压液压系统 由 手册 P55 可知 液压油箱有效容量按泵的流量的 5 7 倍来确定 现选用型号为 BEX 160 油箱 容量为 160L IAg9qLsgBX 2 液液压压系系统统的的验验算算 已知该液压系统中进 回油路的内径为 18mm 各段油管的长度分别为 AB 0 3m AC 1 7m AD 1 7m DE 2m 选用 L HL32 液压油 考虑油的最低温度为 15 查得 15 时该液压油的运动粘度 v 150cst 1 5 s 油的密度 920kg WwghWvVhPE 2 1 压力损失的验算压力损失的验算 2 1 1 工作进给时 进油路压力损失工作进给时 进油路压力损失 运动部件工进时速度为 75mm min 进给时的最大流量为 0 92L min 则液压油在管内 流速 V1为 由文献 2 18 可知 管道流动雷诺数 Re1为 7 1 则 知 Re1 2300 可见油液在管道内流态为层流 其沿程阻力系数 1 75 Re1 75 5 6 13 39 直管沿程压力损失为asfpsfpi4k 7 2 则 进油管道 BC 的沿程压力损失 P1 1为 参照 换向阀 34EF30 E10B 的压力损失 0 05 Pa 忽略油液通过管接头 油路板等处的局部压力损失 则进油路总压力损失 p1 为 2 1 2 工作进给时回油路的压力损失工作进给时回油路的压力损失 由于选用单活塞杆液压缸 且液压有杠腔的工作面积为无杠腔的工作面积的二分之一 则回油管道的流量为进油管道的二分之一 则ooeyYZTjj1 V2 v1 2 3cm s 2 75 Re2 75 2 8 26 8 回油管道的沿程压力损失为 P2 1为 查得换向阀 23EF3B E10B 的压力损失 0 025 10Pa 换向阀 34EF30 E10B 的压力损失 0 025 10Pa 调压阀 AQF3 E10B 的压力损失 0 5 10Pa 回油路总压力损失 p2 为 参照 2 1 3 变量泵出口的压力变量泵出口的压力 Pp 2 1 4 快进时的压力损失快进时的压力损失 快进时液压缸为差动连接 自汇流点 A 至液压缸进油口 C 之间的管路 AC 中 流量为液 压泵出口流量的两倍即 55L min AC 段管路的沿程损失 p1 1 为BkeGuInkxI 同样可求管道 AB 段及 AD 段的沿程压力损失 p1 2 和 p1 3 为 由文献 1 可知 流经各阀的局部压力损失为 34EF30 E10B 的压力损失 P2 1 0 17Pa 23EF3B E6B 的压力损失 P2 2 0 17 PaPgdO0sRlMo 参照 据分析 在差动连接中 泵的出口压力为 快退时压力损失验算从略 上述验算表明 无需修改原设计 2 2 系统温升的验算系统温升的验算 在整个工作循环中 工进阶段所占的时间最长 为了简化计算 主要考虑工进时的发 热量 当 v 75mm min 时 此时泵的效率为 0 1 泵的出口压力为 2 83MPa 则 此时的功率损失为 假定系统的散热状况一般 取 K 10 kW 油箱的散热面积 A 为 系统的温升为 对一般机床 t 55 70 验算表明系统的温升在许可范围内 8 8 液压回路的验证 液压回路的验证 经过实验室实际回路的链接和测试 该回路可以正常工作 参照 参照 9 液液压压集成集成块结块结构与构与设计设计 通常使用的液压元件有板式和管式两种结构 管式元件通过油管来实现相互之间的连 接 液压元件的数量越多 连接的管件越多 结构复杂 系统压力损失越大 占用空间也 越大 维修 保养和拆装越困难 因此 管式元件一般用于结构简单的系统 3cdXwckm15 板式元件固定在板件上 分为液压油路板连接 集成块连接和叠加阀连接 把一个液 压回路中各元件合理地布置在一块液压油路板上 这与管式连接比较 除了进出液压油液 通过管道外 各液压元件用螺钉规则地固定在一块液压阀板上 元件之间幅液压油路板上 的孔道勾通 板式元件的液压系统安装 高度和维修方便 压力损失小 外形美观 但 是 其结构标准化程度差 互换性不好 结构不够紧凑 制造加工困难 使用受到限制 此外 还可以把液压元件分别固定在几块集成块上 再把各集成块按设计规律装配成一个 液压集成回路 这种方式与油路板比较 标准化 通用程度高 互换性能好 维修 拆装 方便 元件更换容易 集成块可进行专业化生产 其质量好 性能可靠而且设计生产周期 短 使用近年来在液压油路板和集成块基础上发展起来的新型液压元件叠加阀组成回路也 有其独特的优点 它不需要另外的连接件 幅叠加阀直接叠加而成