卧式钻、镗组合机床的液压系统设计说明

1、液压传动课程设计姓 名：仪忠山学 号：班 级：10机械本科2班指导教师：谷晓妹完成日期：2012-12-29机电工程学院课程设计任务书题目卧式钻、镇组合机床的液压系统设计设计容及基本要求设计一台卧式钻、雀组合机床液压系统。该机床用于加工铸铁箱形零 件的孔系，运动部件总重G=10000N,液压缸机械效率为0. 9,加工时最大 切削力为12000N,工作循环为：快进工进死挡铁停留决退一 原位停止”。行程长度为0.4m,工进行程为0. 1叭快进和快退速度为0. Im /s,工过速度围为3X10*5Xl（Tm/s,采用平导轨，启动时间为0.2s。 要求动力部件可以手动调整，快进转工进平稳、可靠。设计要

2、求：1）、绘制液压原理图。2）、设计液压站和油缸的装配图包括：泵、电机和阀的选用油箱、油缸、阀座的零件设计3）、课程设计计算说明书一份。设计起止时间2012年12月23日至 2012年12月30日学生签名年月日指导教师签名年月日目录第一章绪论41.1开发背景及系统特点4第二章负载分析4第三章负载图和速度图的绘制 5第四章液压缸主要参数的确定6第五章液压系统的拟定85.1液压回路的选择85.2液压回路的综合11第六章液压元件的选择116.1液压泵116.2阀类元件及辅助元件 136.3油管和油箱13第七章液压系统性能的验算147.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 147.2油液温升验算16

3、第八章设计总结17参考文献卧式钻、镇组合机床的液压系统设计说明书第一章绪论1.1开发背景及系统特点本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液 压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分 析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算 等。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用 部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多 工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组 合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用 以组

4、成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方 式，能完成钻、扩、钱、铠孔、攻丝、车、铳、磨削及其他精加工工序，生产效 率比通用机床髙几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方 便、调速围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。第二章负载分析一、工作负载工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，即Fw =12000N二、惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度。已知加、减速时间为0.2s,工作台最大移动速度，即快进、快退速度为0. lm/s,因此惯性负载为：= /z = = 10000 xQ1=510.2/V Ar g

5、 Ar 9.8 x 0.2三、阻力负载阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部 分。静摩擦阻力 F/s = fxFN =0.2x10000 = 2000N动摩擦阻力 Ffd = fdFN =0x 10000 =1000 TV根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液 压缸所需推力情况，如下表所示：注：1、液压缸的机械效率为0.92、不考虑动力滑台上的颠覆力矩的作用。液压缸各运动阶段负载表运动阶段负载组成负载F/N推力 f=(%)/n起动20002222.2加速1510.21687快进Ff10001111.1工进F = FW + Ffd13000

6、14444.4快退J10001111.1第三章负载图和速度图的绘制按上面计算的数值以及已知条件进行绘制，即可绘制出负载和速度图，如下所示:-0.1o.i3000.00500负载图第四章液压缸主要参数的确定由液压传动表11-2和表11-3可知，组合机床液压系统在最大负载约为14444. 4N是宜取=4MPa 0快退时回油腔中也是有背压的，这时选取背压值只二0 6MPa0取液压缸无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的2倍F / % = A A -= A A -（4 / 2）p2= 4.012x10%快进速度V tt=0. lm/s,工进速度V工犷0. 005m/s,相差很大应进行差动换接取 k二 A2

7、/ A产0.5则:D=；一生一=75.83/h/h （P1-kp2）d = 0. 707D=0. 707X75. 83=53. 62mm,根据GB/T2348-2001对液压缸缸筒径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规 定，圆整后取液压缸缸简直径为D二80mnb活塞杆直径为d二60mm。=3Smm中低压液压系统，由其切削加工性能确定液压缸筒壁厚，按薄壁圆筒计算壁 厚：额定工作压力：P；l=7MPa3145nun,满足最低速度的要求。初步确定液压缸流量为：快进：& =vA1=30L/minQ =叭2 =15L/min0-22=15L/min工进：= vzA=o. 8L/min根据上述液压缸直径及流量计

8、算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中 的压力、流量和功率值，如下表所示：工 作 循 环计算公式负载F(N)进油压力Pj (Mpa)回油压力Pb (Mpa)所需流量Q(L/min)输入功 率 P(kw)差 动 快 进Pj=(F+ pa2)/(a-a2)Q=vX(A,-A2)P= PjXQ1111. 10. 780.516. 950. 22工 进Pj= (F+Pha2) /A,Q=v XA)P= PjXQ14444.443. 230.81.510. 081快退Pj= (F+PhA) / AzQ=vX A2P= PjXQ1111. 111.680.613. 190. 3694第五章液压系统图的拟

9、定5.1液压回路的选择首先要选择调速回路。这台机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工 作负载变化小，故采用节流调速的开式回路是合适的，为了增加运动的平稳性， 防止钻孔时工件突然前冲，系统采用调速阀的进油节流调速回路，并在回油路 中加背压阀。从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环中，液压缸要求 油源交替地提供低压大流量和髙压小流量的油源。最大流量和最小流量之比约 为11,而快进快退的时间r,和工进所需的时间5分别为：/ = (/1 / vI) + (/3 / v3) = (0.3 4- 0.1) + (0.4 4-0.1) = 7s匚=人 / vs = 0.1 0.05 = 205

10、即是2/0因此从提高系统效率、节省能量的角度上来说，采用单个定量泵作为油源显然是不合适的，而宜选用大、小两个液压泵自动并联供油的油 源方案。如下图所示：双泵供油油源其次是选择快速运动和换向回路。系统中采用节流调速回路后，不管采用什 么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸的两腔，以实现快速运动。本系 统中，单杆液压缸要作差动连接，所以它的快进快退换向回路，如下图所示：换向回路再次是选择速度缓解回路，工况图可以看出，当动力头部件从快进转为工进 时滑台速度变化较大，可选用行程阀来控制快进转工进的速度换接，以减少液压 冲击，图如下所示：速度换接回路夹紧回路的选择，用三位四通电磁阀来控制夹紧、松开换

11、向动作时，为了避 免工作时突然失电而松开，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,图示如下所示：5. 2液压回路的综合第六章液压元件的选择6.1液压泵工进阶段液压缸工作压力最大，取进油总压力损失S Ap=O. 5MPa,压力继电 器可靠动作需要压力差0.5MPa,则液压泵最高工作压力Pp= Pl + S Ap+0. 5MPa=4. 8MPa因此泵的额定压力Pr$1.25X4800000Pa=6MPa工进时所需要流量最小是0. 8L/min,设溢流阀最小流量为2. 5L/m

12、in,则小流量泵的流量qpi M (1. 1*0. 32+2. 5) L/min=2. 85L/min 快进快退时液压缸所需的最大流量为15.4L/min,则泵总流量qp=l. 1*15. 4L/min=16. 9L/mino 即大流量泵的流量qp2 qp-p! = （16. 9-2. 85） L/min=14L/min根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用双联叶片泵，该泵额定压力 6. 3MPa,额定转速 960r/min二、电动机的驱动功率系统为双泵共有系统，其中小泵的流量作产（0.04/60） ;h3/s=0. 000667w3/s大泵的流量 二（0.012/60） m3/s=0.

13、0002w3/s 差动快进，快退时的两个泵同时向系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸 载。快进时，小泵的出口压力损失0. 45MPa,大泵出口损失0. 15MPao 小泵出口压力ppl=l. 26MPa（总功率;=0. 5）大泵出口压力pp2=1.41MPa （总功率 =0. 5） 电动机功率 Pi = Ppi 务/ + Pp2 q2/r/=O. 73Kw工进时调速阀所需要最小压力差0. 5MPa o压力继电器可靠需要动力差 0. 5MPa因此工进时小泵的出口压力/?pl = /?, +0. 5+0. 5=4. 8Pa.大泵的卸载压力取pp2=0. 2Pa小泵的总功率二0. 565大泵总功

14、率=0.3电动机功率 p产 Ppi qhp? q2/=0. 7Kw快退时小泵出口压力ppl=l. 65MPa（总功率=0. 5） 大泵出口压力Pp2=l. 8MPa（总功率=0. 5） 电动机功率 P3二 Ppi e/ /Pp2 qj9Kw快退时所需的功率最大。根据查样本选用Y90L-6异步电动机，电动机功率1. lKwo 额定转速910r/min6. 2阀类元件及辅助元件液压系统原理图中包括调速阀、换向阀、单项阀等阀类元件以及滤油器、空气滤清器等辅助元件。阀类元件的选择序号元件名称最大通过 流量L/min-规格额定流量厶/min1额定压力MPa型号1三位五通电磁阀20636.335,-63B

15、Y2行程阀20636.3AXQF-E10B3调速阀1.51106.3（单向行程调速阀）4单向阀20256.35单向阀18256.3AF3-EalOB6液控顺序阀16256.3XF3-E10B7背压阀0. 125106.3YF3-E10B8溢流阀4106.3YF3-E10B9单向阀16256.3AF3-EalOB10单向阀16256.3AF3-EalOB11过滤器3060XU-63x80-J12压力继电器HEDlkA/106. 3油管和油箱各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输 入、输出的最大流量计算。由于液压泵的具体选定之后液压缸在各阶段的进、出 流量已与原定数值不

16、同，所以要重新计算如表所示液压缸的进、出流量和运动速度流量、速度工进快退输入流量/(L/min)ql=v（Al-A2）+qp= 38.93q、= 1.51qx = qp = 21.888排出流量=（人2 S A=（4 4）/ Aq? =（A 4 ” A2/（L/min）= 16.97= 0.66= 50.01运动速度/(m/min) = qj A、= 7.75v7 = qj A、=0.30v3=qt/ = 0.69当油液在压力管中流速取3m/niin时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管径分别为： 叵 ,38.93x10- =1659/?w zzv v x3xl0 x60=2xI 21.8

17、88xl06x3x103x60=12.44mm这两根有关按GB/T2351-2005选用外径16mm.经013mm的无缝钢管。油箱容积按公式计算，当去K为6时，求得其容积为V=6X40=240L,按GB2876-81规定，取最靠近的标准值V=250Lo第七章液压系统性能的验算7.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值一、工进工进时管路的流量仅为0. 8L/min,因此流速很小，所以沿程压力损失和局部损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的损失0.5M,回 油路上只有背压阀损失，小流量泵的调整压力：Pp= +0. 5+0. 5=4. 8MPa二、快退时的压力损失及大流量泵卸载压力的

18、调整快退时进油管和回油管长度为1. 8m,有油管直径d=0. 015m,通过的流量为 进油路=16L/min,回油路=32L/min0液压系统选用N32号液压油，考虑最低工 作温度为15工，有手册查出此时油的运黏度V=1.5st,油的密度P=900kg/ ,液 压系统元件采用集成块式的配置形式= *10000= 12732/Jvv则进油路中的液流雷诺数为：R=10000vd/r= 15 K2300回油路中液流的雷诺数为：R=3022300由上可知，进回油路的流动都是层流进油路上，流速v = 4Q/tii12 = .5m/s则压力损失为：S =641p /Rd2=0. 52MPa在回油路上，流速

19、为进油路速的两倍即V=3. 02m/s,则压力损失为：Z =1. 04MPa三、局部压力损失元件名称额定流量实际流量额定压力损 失实际压力损 失单向阀251620. 082电液换向阀251620. 082电磁阀631640. 026顺序阀631640. 026取集成块进油路的压力损失0. 03MPa,回油路压力损失为0. 05MPa,则进油 路和回油路总的压力损失为：Pl=0.082+0. 082+0. 026+0. 082+0. 03=0. 275MPaP2=0.082+0. 082+0. 026+0. 082+0. 026+0. 05=0. 348MPa快退负载时液压缸负载F=1111N,

20、则快退时液压缸的工作压力4P= (F+P2A1) /A2二1. 16MPa快退时工作总压力为P+P1=1. 435MPa大流量泵卸载阀的调整压力应大于1. 435MPa综上，各种工况下世纪压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近, 说明液压系统满足要求7.2油液温升验算系统的主要发热是在工进阶段造成的工进时输入功率：Pl=701Kw工进时液压缸的输出功率：P2=FV= (14444 X 0. 00265) W=38. 3W系统总发热功率二P1 -P2=662. 7W已知油箱容积V=250L,则油箱近似散热面积A=2. 58假定通风良好，取消散热系数Cr=0.015Kw/( )可得油液升温为

21、Tl=O/CrA=17. 1OC设环境温度T2=25C则热平衡温度为T=T1+T2=42. 5C W 55C所以油箱散热可达到要求第八章设计总结本次液压传动课程设计耗费了整整一个周的时间。在这一周的课程设计中， 能学到的东西真的很有限，但是不能说一点收获都没有，我想我知道了一般机床 液压系统的设计框架而且我也掌握了设计一个液压系统的步骤，本次课程设计是 我们对所学知识运用的一次尝试，是我们在液压知识学习方面的一次有意义的实 践。一开始做课程设计时自己根本就不知道从哪儿开始做，看着书本的以及各种 参考书费了很长时间才慢幔的搞懂，本次设计涉及了液压传动的大部分知识，也 使我们很好的将课本上的知识与

22、实际结合起来，收获颇多，特别是收集资料和信 息的能力，这也是我们大学期间一次难得机会，总之是获益匪浅。参考文献曾亿山工业大学2.液压传动1.液压与气压传动王积伟章宏甲机械工业3.液压系统设计元器件选型手册周恩涛机械工业4液压传动与控制（第二版）国防工业卧式钻、铉组合机床的液压动力系统图1、大泵，2、小泵，3、滤油器，4、外控顺序阀，5、单向阀，6、溢流阀，7、 电液换向阀，8、单向行程调速阀，9、压力继电器，10、主液压缸，11、二位 三通电磁换向阀，12、背压阀，13、二位二通换向阀，A、快进：1Y.A通电，电液换向阀左位工作，大泵一单向阀5-电液换向阀7-行程阀14-主液压缸无杆腔小泵2-单向阀5-电液换向阀7-行程阀14-主液压缸无杆腔液压缸有