液压与气动技术课程设计123

0 液压气动课程设计液压气动课程设计 题题 目 组合机床液压动力滑台的液压系统目 组合机床液压动力滑台的液压系统 系系 别 自动化别 自动化 姓姓 名 黄军伟名 黄军伟 班班 级 级 106119400012037 学学 号 号 1061101201737 1 课程设计任务书课程设计任务书 题 目组合机床液压动力滑台的液压系统 学生姓名 黄军伟学号 1061101201 737 班级 10611940 01201737 专业机械自动 承担指导任务单 位 指导教师 姓名 是否制 作实物 主要内容 一 液压系统原理图设计计算 二 计算和选择液压件 三 验算液压系统性能 四 液压缸的设计计算 五 设计总结 教研室主任签字时 间 年 月 日 2 目目 录录 一 一 液压系统原理图设计计算液压系统原理图设计计算 3 二 计算和选择液压件二 计算和选择液压件 8 三 验算液压系统性能三 验算液压系统性能 12 四四 液压缸的设计计算 液压缸的设计计算 15 五五 设计总结 设计总结 17 参考文献参考文献 18 3 一 液压系统原理图设计计算一 液压系统原理图设计计算 技术参数和设计要求技术参数和设计要求 设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统 其工作循环 是 快进 工进 快退 停止 主要参数 轴向切削力为 30000N 移动部 件总重力为 10000N 快进行程为 150mm 快进与快退速度均为 4 2m min 工进行程为 30mm 工进速度为 0 05m min 加速 减速时间均为 0 2s 利用 平导轨 静摩擦系数为 0 2 动摩擦系数为 0 1 要求活塞杆固定 油缸与工 作台联接 设计该组合机床的液压传动系统 一 工况分析 首先 根据已知条件 绘制运动部件的速度循环图 图 1 1 图 1 1 速度循环图 其次 计算各阶段的外负载并绘制负载图 根据液压缸所受外负载情况 进行 如下分析 4 启动时 静摩擦负载 0 2 10002000fssFf GN 加速时 惯性负载 10000 4 2 350 10 0 2 60 a Gv FN gt 快进时 动摩擦负载 0 1 100001000fddFf GN 工进时 负载 10003000031000fdeFFFN 快退时 动摩擦负载 0 1 100001000fddFf GN 其中 为静摩擦负载 为动摩擦负载 F 为液压缸所受外加负载 为 fsFfdF aF 运动部件速度变化时的惯性负载 为工作负载 eF 根据上述计算结果 列出各工作阶段所受外载荷表 1 1 如下 表 1 1 工作循环各阶段的外负载 工作 循环 外负载 N 工作 循环 外负载 N 启动 加速 fsaFFF 2350工进fseFFF 31000 快进 fdFF 1000快退fdFF 1000 根据上表绘制出负载循环图 如图 1 2 所示 5 图 1 2 负载循环图 二 拟定液压系统原理图 1 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 现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵 如下图 2 调速方式的选择 在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者调速阀 根据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 发热小和速度刚性好的特点 并且调速阀装在回油路上 具有承受负载切削 力的能力 如下图所示 3 速度换接方式的选择 本系统采用电磁阀的快慢换接回路 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 如下图所示 6 最后把所选择液压回路组合起来 即可组合成如附图所示液压系统原理图 液压系统原理图如下 1 双联叶片泵双联叶片泵 2 三位五通电磁阀三位五通电磁阀 3 行程阀行程阀 4 调速阀调速阀 5 单向阀单向阀 6 单向阀单向阀 7 顺序阀顺序阀 8 背压阀背压阀 9 益流阀益流阀 10 单向阀单向阀 7 11 过滤器过滤器 12 压力表接点压力表接点 13 单向阀单向阀 14 压力继电器压力继电器 液压系统原理图液压系统原理图 8 二 计算和选择液压件二 计算和选择液压件 1 确定液压泵的规格和电动机的功率 1 计算液压泵的最大工作压力 小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油 由表可知液压 缸在工进时工作压力最大 最大工作压力为 3 91Mpa 如在调 速阀进口节流调速回路中 选取油路上的总压力损失为 P 0 6Mpa 考虑到压力继电器的可靠动作要求压差 Pe 0 5Mpa 则小泵的最高工作压力估算为 113 910 60 55 01pePpppMpa 大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油 快退时液压缸 的工作压力为 P1 1 4Mpa 比快进时大 考虑到快退时供油不 通过调速阀 故其进油路压力损失比前者小 现取进油路上的 总压力损失 P 0 3Mpa 则大流量泵的最高工作压力估算为 211 40 31 7pPppMpa 2 计算液压泵的流量 由表可知 油源向液压缸输入的最大流量为 0 4 10 3m3 s 如取回油泄漏系数 K 1 1 则两个泵的总流量为 3 11 1 0 4 1026 4 minpqKqL 考虑到溢流阀的最小稳定流量为 3L min 工进时的流量为 0 79 10 5m3 s 0 474L min 则小泵的流量最少应为 3 474L min 3 确定液压泵的规格和电动机的功率 根据以上压力和流量数值 并考虑液压泵存在容积损失 9 最后确定选取 PV2R12 6 26 型叶片泵 其小泵和大泵的排量分 别为 6mL r 和 26mL r 当液压泵的转速 Np 720r min 时 其理 论流量分别为 4 32mL r 和 18 72mL r 若取液压泵的容积效率 为 v 0 8 这时液压泵的实际输出流量为 126 720 0 9 100026 720 1000 0 93 888 16 84820 8 min pppqqq L 由于液压缸在快退时输入功率最大 若取液压泵的容积效 率为 p 0 8 这时液压泵的驱动电机功率为 63 3 1 7 1020 8 10 0 74 60 0 8 10 pp p p q pkw 根据此数值查表 选用规格相近的 Y160M1 8 型电动机 其额定功率为 4KW 额度转速为 720r min 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类阀类元件及辅件的实 际流量 查阅手册 选出的阀类元件和辅件规格如列表所示 其中溢流阀按小泵的额定流量选取 调速阀选用 Q 6B 型 其 最小稳定流量为 0 03L min 小于本系统工进时的流量 0 5 L min 10 规格 元件名称 通过的 最大流 量 型号 额定流量 额定压力额定压降 叶片泵 PV2R12 6 223 888 16 84816 电液换向阀70 35DY 100BY 1006 30 3 行程阀62 122C 100BH1006 30 3 调速阀 1Q 6B66 3 单向阀70I 100B1006 30 2 单向阀29 3I 100B1006 30 2 液控顺序阀28 1XY 63B636 30 3 背压阀 1B 10B106 3 溢流阀5 1Y 10B106 3 单向阀27 9I 100B1006 30 2 滤油器36 6XU 80X200806 30 02 压力表开关 K 6B 单向阀70I 100B1006 30 2 压力继电器 PF B8L 14 2 确定油管 11 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 与原数 值不同 重新计算的结果如下表 快进工进快退 q1 39 3L minq1 0 474L minq1 20 8L min q2 18 5L minq2 0 22L minq2 44 2L min v1 0 069m sv2 0 05m sv3 0 077m s t1 2 17st2 36st3 2 34s 由上表可以看出 液压缸在各阶段的实际运动速度符合设 计要求 按照上表中的数值 取管道内允许速度 v 4m s 由式 计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分 4q d v 别为 3 3 44 39 3 10 1014 4 604 q dmm v 3 3 44 44 2 10 1015 3 604 q dmm v 为了统一规格 按手册查得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 12 油箱的容积按式估算 其中 为经验系数 现 pnvq 取 6 得 6 4 32 18 72 140pnvqL 三 验算液压系统性能三 验算液压系统性能 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 l 2m 油液的运动粘度 1 10 4m2 s 油液的密度 0 9174 103 kg m3 1 判断流动状态 在快进工进和快退工况下 进回油管路中所通过的流量以快退 时回油流量为最大 此时 油液流动的雷诺数 3 34 4 44 2 10 Re469 6020 101 10 vd 也为最大 小于临界雷诺数 2000 故可推出 各工况下的进回油 路中的油液流动状态全为层流 2 计算系统压力损失 将层流流动的状态沿程阻力系数和油液在管道内 7575 Re4 dv q 的流速同时代入沿程压力损失计算公式 并将数据代入得 2 4q v d 34 1 43 4 4 754 75 0 9174 101 102 22 20 10 0 5478 vl pqq d q 在管道结构未确定的情况下 管道的局部压力损失 10 1pp 13 阀类元件的局部压力损失可根据下式计算 2 vn n q pp q 滑台在快进 工进 快退工况下的压力损失计算如下 1 快进 在进油路上 压力损失分别为 8 222 0 5478 100 03588 0 10 003588 16 84820 839 3 0 2 0 3 0 3 0 06499 100100100 0 0035880 035880 064990 1045 li ili vi iilivi pqMpa ppMpa pMpa ppppMpa 在回油路上 压力损失为 8 0 0 222 0 0000 0 5478 100 01689 0 10 001689 18 518 539 3 0 2 0 3 0 3 0 06345 100100100 0 016890 0016890 063450 08203 l li v lv pqMpa ppMpa pMpa ppppMpa 将回油路上的压力损失折算到进油路上去 便可得到差动快速运动 时的总的压力损失为 44 7 0 10450 082030 143 95 pMpa 2 工进 在进油路上 在调速阀处的压力损失为 0 5Mpa 在回油路上 在背压阀处的压力损失为 0 6Mpa 忽略管路沿程压力损失和局部压 力损失 则在进油路上总的压力损失为 2 0 474 0 3 0 50 5 100 ivippMpa 此值略小于估计值 14 在回油路上的总压力损失为 22 00 0 220 22 16 848 0 3 0 60 3 0 61 10063 vppMpa 该值即为液压缸的回油腔压力 p2 0 61Mpa 此值与初算时选取 的背压值基本相符 重新计算液压缸的工作压力为 64 022 1 46 1 344440 61 1044 7 10 3 91 95 1010 p FP A pMpa A 此值与前面表中所列数值相符 考虑到压力继电器的可靠动作要求 压差 pe 0 5Mpa 则小流量泵的工作压力为 113 910 50 54 91pieppppMpa 此值与估算值基本相符 是调整溢流阀的调整压力的主要参考数据 3 快退 在进油路上总的压力损失为 22 16 84820 8 0 2 0 3 0 019 100100 ivippMpa 此值远小于估计值 因此液压泵的驱动电机的功率是足够的 在回油路上总的压力损失为 222 00 44 244 244 2 0 2 0 3 0 2 0 137 100100100 vppMpa 此值与表中数值基本相符 故不必重算 大流量泵的工作压力为 211 40 0191 42pipppMpa 此值是调整液控顺序阀的调整压力的主要参考数据 2 验算系统发热与升温 由于工进在整个工作循环中占 90 所以系统的发热与升温可 15 按工进工况来算 在工进时 大流量泵的出口压力即为油液通过液 控顺序阀的压力损失 22 2 16 848 0 3 0 02146 63 n n q pppMpa q 液压系统的总输入功率即为液压泵的输入功率 33 66 1122 3 888 1016 848 10 4 91 100 2146 10 6060 0 8 405 2 pppp r p p qp q p w 液压系统的输出有效功率即为液压缸的输出有效功率 231000 0 056025 8cpFVw 由此计算出系统的发热功率为 r405 225 8379 4cHppw 按式 3322 379 4 14 4 0 0650 065 15140 HH TC KA K V 其中传热系数 2 15 KWmC 设环境温度 则热平衡温度为 225TC 12125 14 4 55TTTTC 油温在允许范围内 油箱散热面积符合要求 不必设置冷却器 四 液压缸的设计计算四 液压缸的设计计算 1 液压缸的主要尺寸的确定 1 工作压力 p 的确定 工作压力 p 可根据负载大小及机器的 类型来初步确定 现参考相关表取液压缸的工作压力为 3Mpa 16 2 计算液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 由负载图可知最大负 载为 31000N 按照相关表可取背压为 0 5 Mpa 液压缸机2p 械效率可取为 0 95 考虑到快进快退速度相等 根据相m 关表取 d D 为 0 7 根据以上条件来求液压缸的相关尺寸 1 液压缸内径 2 2 2 62 4 1 1 0 5 4 31000 3 100 95 10 7 3 0 123 m d DFppp D m 则根据相关表 将液压缸内径圆整为标准系列直径 D 125mm 2 活塞杆直径 d 由 d D 0 7 可求得 d 0 7D 则 d 87 5 根据表圆整后取为标准系 列直径 d 90mm 按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度 由minminmin 2 0 05 1000 510 AQvcm 式中 是由产品样本查得最小稳定流量为 0 05L min minQ 由于调速阀是安装在回油路上 故液压缸节流腔的有效工作面积 应选取液压缸有杆腔的实际面积 即 22222 4 12590 459 ADdcm 即 可得液压缸能达到所需低速 minAA 3 液压缸的壁厚和外径的计算 17 2 m pD Dm p 液压缸壁厚 液压缸内径 试验压力 一般取最大工作压力的 1 251 5 倍 缸筒材料的许用应力 取为铸钢 110