液压与气压传动课程设计

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081学号：学生：指导老师：青岛理工大学琴岛学院教务处2011年12月23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I摘要作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高配置灵活方便调速范围大工作平稳且快速性好易于控制并过载保护易于实现自动化和机电液一体化整合系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。立式双头钻床是钻孔的主要设备，本次课程设计是根据双头钻床的用途特点和要求，利目前，液压系统被广泛应用在机械、建筑、航空等领域中，成为一种新型的动力源。由于液压元件的制造精度越来越高，再配合电信号的控制，使液压系统在换向方面可以达到较高的频率。不管是在重型机械和精密设备上都能满足要求。液压系统本身有较多的优点，比如：在同等的体积下，液压装置产生的动力更大；由于它的质量和惯性小、反映快，使液压装置工作比较平稳；能够实现无级调速，特别是在运动中进行调速；液压装置自身能实现过载保护；实现直线运动远比机械传动简单。但是液压传动对温度的变化比较敏感，不宜在很高或很低的温度下工作。液压系统应用在机床上，实现对工作台和夹紧工件的循环控制起着重要的作用。对铣削类组合机床，运用液压来控制运动循环，结构简单，所占空间小，而且能满足较大的切削负载要求。关键词：液压系统，组合机床，运用。目录摘要.I1设计任务.12液压系统设计计算.22.1设计要求及工况分析.22.2确定液压系统主要参数.33拟定液压系统原理图.63.1选择基本回路.63.2组成液压系统.64计算和选择液压件.74.1确定液压泵的规格和电动机功率.74.2确定其它元件及辅件.75验算液压系统性能.105.1验算系统压力损失.10总结.11参考文献.1211设计任务1.在明确课程设计任务要求的基础上，进行工况分析；拟订满足工作循环要求的液压系统原理图（进行方案论证及方案比较）；在确定系统主要参数的基础上:选择液压泵、驱动电机及主要液压控制元件；验算系统性能。2.完成液压缸的结构设计及相关计算。3.绘制液压系统工作图（包括元件一览表、电磁阀动作表等）。4.完成课程设计说明书。22液压系统设计计算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。2.1设计要求及工况分析1设计要求要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进工进死党铁停留快退原位停止的半自动循环。主要性能参数与性能要求如下：切削阻力FL=19500N；运动部件所受重力G=14500N；快进、快退速度1=3=0.1m/s，工进速度2=0,6710-3m/s；快进行程L1=110mm，工进行程L2=25mm；往复运动的加速时间t1=0.28s；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数s=0.2，动摩擦系数d=0.1。液压系统执行元件选为液压缸。2负载与运动分析(1)工作负载工作负载即为切削阻力FL=19500N。(2)摩擦负载摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力0.214590fsFuGN动摩擦阻力fd(3)惯性负载.=493.29.80ivgt(4)运动时间快进1.1.Ltsv工进20537.8.6ts快退1231.Ltv设液压缸的机械效率cm=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表2.1所列。3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FN液压缸推力cmFN启动fsF29003222加速fdi1943.22159快进f14501611工进fdLF2095023277反向启动fs29003222加速fdi1943.22159快退fF145016112.2确定液压系统主要参数1初选液压缸工作压力所设计的立式双头钻床在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表2.2，初选液压缸的工作压力p1=3MPa。表2.2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p/MPa0.8-2.03-52-88-1010-1620-322计算液压缸主要尺寸鉴于快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A1=2A2），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2.3选此背压为p2=0.6MPa。4表2.3执行元件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由式得12cmFPA2421621095810.(3)1()cmm则活塞直径41485AD参考表2.4，得d0.71D=77mm，圆整后取标准数值得D=1100mm，d=80mm。表2.4按工作压力选取d/D工作压力/MPa5.05.0-7.07.0d/D0.5-0.550.62-0.700.7由此求得液压缸两腔的实际有效面积为224210.19504DAm222422()(.8).710dm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2.5所列5表2.5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计算公式启动32220.64加速2159p1+p0.43快进恒速1611p1+p2.40.20.48210APFp)(q1工进232770.63.60.8510-20.0306120ApF2qP1启动32220.49加速21590.51.15快退恒速16110.50.980.620.6120ApF3qP1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。63拟定液压系统原理图3.1选择基本回路1.选择调速回路这台机床液压系统功率较小，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.选择油源形式从工况图可以清楚看出，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qmax/qmin=0.2/(0.8510-2)23；其相应的时间之比(t1+t3)/t2=(1.54+2.15)/61.54=0.06。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。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。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，所以选用三位五通电液换向阀。4.选择速度换接回路由于本系统快进转为工进时，速度变化大（1/2=0.13/(1.3310-3)98），为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路。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。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀。考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器，当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。74计算和选择液压件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由表2.5可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=3.6MPa，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p=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差pe=0.5MPa，则泵的工作压力估算为13.60.54.7pePpMPap2.计算液压泵的流量由表2.5可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.210-3m3/s，若取回路泄漏系数K=1.1，则泵的总流量为133.020.21.2minpqKmssL3.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，最后确定选取型叶片泵，其排量16mL/r，当液压泵的转速np=960r/min时，16YB其理论流量为16L/min，若取液压泵容积效率v=0.9，则液压泵的实际输出流量为0.9min4.inpqL由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率p=0.8，这时液压泵的驱动电动机功率为3.70.211.38pqMPmsPKW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940r/min。4.2确定其它元件及辅件1.确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表2.6所列。其中调速阀选用Q6B型，其最小稳定流量为0.03L/min，小于本系统工进时的流量0.51L/min。8表2.6液压元件规格及型号规格序号元件名称通过的最大流量q/L/min型号额定流量qn/L/min额定压力Pn/MPa额定压降Pn/MPa1双联叶片泵PV2R12-6/335.1/27.9*162三位五通电液换向阀7035DY100BY1006.30.33行程阀62.322C100BH1006.30.34调速阀1Q6B66.35单向阀70I100B1006.30.26单向阀29.3I100B1006.30.27液控顺序阀28.1XY63B636.30.38背压阀1B10B106.39溢流阀5.1Y10B106.310单向阀27.9I100B1006.30.211滤油器36.6XU80200806.30.0212压力表开关K6B13单向阀70I100B1006.30.214压力继电器PFB8L142.确定油管在选定了液压泵后，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，重新计算的结果如表2.7所列。9表2.7各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退12463.0.6min59.ipAqL0.51minqL16minqL14221.i00.4qvAs5342130.86.qsvAm42216in3.00.8qLvAms1.3ts23.15.0ts3.5.t表2.8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2.8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2.7数值，按表2.8推荐的管道内允许速度取=4m/s，由式qd4计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为45.min174qLdvs16i9.2为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径20mm、外径28mm的10号冷拔钢管。3.确定油箱油箱的容量按式pnqV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619pnL105验算液压系统性能5.1验算系统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=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进时回油流量q=54.5L/min为最大，此时，油液流动的雷诺数4245.min57801evdqLRs也为最大。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qdR475e和油液在管道内流速2d同时代入沿程压力损失计算公式2ldp，并将已知数据代入后，得3481475750.910.51022.vlpqqd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。11总结历时一周的课程设计在紧张有序中即将结束，回忆这个过程这段经历，感觉收益颇多。当我初涉设计时，主、客观问题层出不穷，按着设计计划，设计思路有序地进行，围绕立式双头钻床的液压系统设计该题目，既了解了液压系统的有关规范，又涉及到了专业知识，加强了自己的专业，拓宽了知识面。当无数次的奔波于图书馆，设计教室时，发现设计不仅仅是设计，还包括了实践、耐心、耐力、毅力。这也是学校、老师让我们设计的目的所在。设计即将结束了，体会了、学到了。在此我感谢学校给与我的培育之恩，老师的教育之情，更由衷地感谢，本次毕业设计是管文老师指导的，从课程设计前期资料的收集到具体的实施过程，至始至终都在管