液压课程设计某卧式单面多空钻孔机床液压系统的设计计算.doc

液压与气压传动课程设计某卧式单面多空钻孔机床液压系统的设计计算 系 别：机械工程与自动化学院 专 业：机械设计制造及其自动化班 级：081姓 名：罗龙学 号：0802055001指导老师：肖志权 完成日期：2011年12月16日目录一、负载分析。6二、液压系统方案设计（一）确定液压泵类型及调速方式。7（二）选用执行元件。7（三）快速运动回路和速度换接回路。7（四）换向回路的选择。7三、液压系统的参数计算(一)工作台液压缸参数计算。9 (二)液压泵的参数计算。10 (三)电动机的选择。11四、液压元件的选择。12五、验算液压系统性能(一)压力损失的验算。12（二）液压系统的发热和温升计算。14 六、参考文献。16任务书一、 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。 二、 原始数据1. 主轴数及孔径：主轴6根，孔径14 mm； 2. 总轴向切削阻力：12400 N； 3. 运动部件重量： 9800 N； 4. 快进、快退速度： 5 m/min; 5. 工进速度：0.040.1 m/min 6. 行程长度：320 mm，快进行程：230mm； 7. 导轨形式及摩擦系数：平导轨， 8. 加速、减速时间：大于0.2秒； 9. 夹紧力：50006000 N 10. 夹紧时间：12秒； 11. 夹紧液压缸行程长度：16 mm。三、 系统设计要求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，孔钻透时不前冲。四、 设计内容要求根据原始数据和系统设计要求，完成： 1. 根据设计要求以及附图，绘制液压系统原理图，并完成系统电磁铁动作顺序表。2. 在附图的基础上，若系统油源改为双泵供油（即一个大泵和一个小泵），重新设计并绘制系统原理图。3. 对系统进行设计计算，从而对主要液压元件进行选型（除液压缸外），给出液压元件明细表，包含元件名称、主要参数、型号规格，包含电机选型，液压缸计算出缸径、行程等主要参数。4. 进行设计验算（发热验算、压力损失等）。5. 设计一个液压阀块（油路块、阀块），其上安装至少3-4个液压元件，可选阀块方案： 附图上，元件3、7、8、9 附图上，元件3、7、4、5 附图上，元件8、10、11、12 附图上，元件12、13、14、15 选取上述阀块中的一种，要求绘制阀块的二维设计工程图，表明加工所需要的信息（材料、公差、粗糙度、技术说明、加工工艺等）。6. 液压阀块的三维建模，验证钻孔符合要求。用Pro/E或者SolidWorks等软件，绘制其三维实体图。7. 可选部分，在阀块三维实体的基础上，将安装在阀块上的液压阀、过滤器、液压附件三维建模并安装于阀块上。五、 最后提交内容（电子稿和打印稿各一份） 1. 设计说明书一份，内容及格式参看文献1或2; 2. 系统原理图一份，含电磁铁动作顺序表，主要元件明细表；（A3） 3. 双泵供油方案的系统原理图一份，含电磁铁动作顺序表，主要元件明细表；（A3） 4. 液压阀块二维CAD零件图（A3，比例尺1:1或1:2） 5. 液压阀块三维实体图（图例见附图1，附图2）; 6. 可选部分，包含液压阀块、阀块安装件的三维实体图（见附图3）。六、 评分标准1 根据设计说明书、图纸质量、答辩情况评定成绩2 评分比例：设计说明书（40%）、图纸质量（30%）、答辩（40%）。七、 答辩分组说明： 根据设计任务，按照班级人员，每5人为一个小组，每组成员除了完成系统的设计计算、元件选型、回路分析以外，分别重点完成各自任务内容，并在答辩时候，分别重点回答任务相关问题，包括： （1） 油源处元器件选型过程与依据； （2） 钻销液压缸（附图上元件16）速度控制（3） 液压阀块设计（4） 各液压缸压力流量分析及主要参数计算（5） 系统动作顺序的实现，含电磁铁动作顺序表参考文献： 1 许福玲、陈尧明. 液压与气压传动（第三版）M. 北京：机械工业出版社，2007 2 成大先. 机械设计手册（第五版）M. 北京：化学工业出版社，2008 一、 负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在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，这样需要考虑的力有：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（取t=0.3s）如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率=0.95，则液压缸在各个工作阶段的总机械负载可以算出，见表1。表1液压缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式总机械负载启动F=2063加速F=(F+F)/1324快进F= F/1032工进F= (F+ F)/14084快退F= F/1032根据伏在计算结果和意志的各阶段的速度，可绘出负载（F-）和速度图（-），见下图。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸活塞退回时的曲线。 a)负载图 b)速度图一、 液压系统方案设计（一）确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，选用单作用叶片泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀做定压阀。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P=1.0MP。（二）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。（三）快速运动回路和速度换接回路根据本例的运动方式和要求，采用差动连接回路来实现快速运动。即快进时，液压缸差动连接。本例采用二位二通行程阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。工作台压下行程阀时，工作台由快进转为工进。另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。(四)换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。为便于实现差动连接，选用了三位五通换向阀。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，即组成如图所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表即能观测各点压力。液压系统中个电磁铁的动作顺序如下表：表2 电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y定位-夹紧-快进+-工进+-快退-+-松开-+二、 液压系统的参数计算(一)工作台液压缸参数计算1.初选液压缸的工作压力参考同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为 2.确定液压缸的主要结构尺寸本例要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞固定的单杆式液压缸。快进时采用差动连接，并取无杆腔有效面积等于有杆腔面积的两倍，即。为了防止在钻孔钻通时滑台突然前冲，在回油路中装有背压阀，由表82，初选背压由表1可知最大负载为工进阶段的负载F=14084N，按此计算则液压缸直径由可知活塞杆直径 按GB/T23481993将所计算的D与d值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。元整后得 D=8 d=5.6按标准直径算出 按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量，因工进速度为最小速度，则由式（8-11） 本例，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，在计算工进时背压代入，快退时背压按代入计算公式和计算结果列于表3中。表3 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q输入功率PNL/minkW差动快进10320.193工进（v=0.06）14084快退1032其中。(二)液压泵的参数计算由表3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，则液压泵最高工作压力可按式（85）算出 因此泵的额定压力可取。由表3可知，工进时所需流量最小是，设溢流阀最小溢流量为，则小流量泵的流量按式（816）应为：，快进快退时液压缸所需的最大流量是12.81L/min，则泵的总流量为：。根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用YBX-A16N型的变量叶片泵，该泵压力调节范围，额定转速。(三)电动机的选择下面分别计算3个阶段所需要的电动机功率。1.差动快进差动快进时，大腔的压力，查样本可知，泵的出口压力损失 ，所以泵的出口压力为，总效率为0.65。泵的流量：电动机功率 2.工进考虑到调速阀所需最小压力差。因此工进时泵的出口压力，总效率为0.6。泵的流量：电动机功率：3.快退液压泵最大工作压力，液压泵的输出流量泵的流量，总效率为0.7电动机功率综合比较，快退时所需功率最大。据此查样本选用选用Y90L-2异步电动机，电动机功率2.2KW。额定转速2840r/min.三、 液压元件的选择1.液压阀及过滤器的选择根据液压阀所在系统中得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。本系统中所有阀的额定压力都为，额定流量根据各阀通过的流量，确定为表4 液压元件明细表序号元件名称最大通过流量/型号1单叶片变量泵16YBX-A16N2过滤器32XU-B321003三位五通电磁阀32DG4V-34单向阀16CRG-03-04-505调速阀0.5QA-H106二位二通行程阀32UCF1G-03-4-40-107单向阀16CRG-03-04-508液控顺序阀0.25DZ5DP19溢流阀0.25DG-02-B-2210减压阀16RG-03-B-2211单向阀16CRG-03-04-5012二位四通电磁阀324WE6C6/DA四、 验算液压系统性能(一) 压力损失的验算1.工进时的压力损失验算工进时管道中得流量仅为0.5L/min，因此流量很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失，回油路上只有背压阀的压力损失。泵的调整压力应等于工进时液压缸的工作压力加上进油路压力差，则2.快进时的压力损失验算因快退时，液压缸无杆腔的回油量是进油量的两倍，其压力损失比快进时要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失。已知：快退时进油管和回油管长度均为，油管直径，通过流量为进油路，回油路。液压系统选用N32号液压油，由手册查出此时油的运动粘度，油的密度，液压系统元件采用集成块式的配置形式。（1）确定油流的流动状态 按式（1-30）经单位换算为 则进油路中的液流雷诺数为 回油路中液流的雷诺数为由上可知，进回油路中得流动都是层流。（2）沿程压力损失 由式（1-37）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，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失按式计算，结果列于下表中表5 阀类元件局部压力损失元件名称额定流量实际通过的流量额定压力损失实际压力损失三位五通电磁阀36016/3240.26/1.03单向阀4251220.46若取集成块进油路的压力损失，回油路压力损失为，则进油路和回油路的总的压力损失为 查表3知，快退时液压缸负载；则快退时液压缸的工作压力为 按式（8-5）可算出快退时泵的工作压力为 从以上的验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近，说明液压熊的油路结构，元件的参数都是合理的，满足要求。（二）液压系统的发热和温升计算在整个工作循环中，