液压与气压传动课程设计说明书机械设计制造及其自动化论文

1、液压与气压传动课程设计说明书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083学 号：20080201093学 生：毛云龙指导老师：王鑫慧青岛理工大学琴岛学院教务处2011年12月22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毛云龙学号 20080201093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：年月日液压与气压传动课程设计说明书摘 要本次为立式双头钻床液压系统设计，可以实现双钻头同时快速进给、工进、快退的 动作，而且快进和快退速度相等

2、。快进采用差动连接加带补正措施的串联同步回路。 关键字：差动连接补正措施串联同步回路I目 录摘 要 I1设计任务 12液压回路的工况分析 22.1设计要求及工况分析 22.2确定液压系统主要参数 22.3 各种机械常用的系统工作压力 33拟定液压系统原理图 63.1初选液压件及基本回路 63.2 组成液压系统 64计算和选择液压件及验算液压系统性能 74.1确定液压泵的规格和电动机功率 74.2确定油管及压力 84.3验算液压系统性能 84.4验算系统发热与温升 10总 结 12参考文献 13液压与气压传动课程设计说明书1设计任务学生通过液压与气压传动课的课堂学习，初步掌握了基本理论知识。本

3、课程设计即为了给学生创造一个运用课堂理论知识，解决较复杂的问题的平台， 锻炼学生综合利用所学知识的能力，初步接触一下“设计”的味道。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。本次设计的是一台立式双轴钻孔组合机床动力滑台液压 系统。要求设计的动力滑台实现的工作循环是： 快进一工进一斯当铁停留一快退一 停止。主要性能参数与性能要求如下：切削阻Fl =14600N ;运动部件所受重力G =1900N ;快进、快退速度 w =V3 =5m/min，工进速度v? =0.05m/min ;快

4、进行程L200mm,工进行程L50mm ;往复运动的加速时间0.2s ;动力滑台采用平导轨，静摩擦系数 亠=0.2，动摩擦系数 亠=0.1。液压系统执行元件 选为液压缸。152液压回路的工况分析2.1设计要求及工况分析(1) 工作负载 工作负载即为切削阻力FL J4600N。摩擦负载静摩擦阻力 Ffs=G=0.2 1900=398N( 2 1)动摩擦阻力 Ffd - -G =0.1 1900=190N(2 2)(3)惯性负载19005X.9.860 0.2= 84.6N(23)(4)运动时间快进t1L1200 10V|5= 2.4S(24)60工进L2V240 100.05= 48s60快退t

5、1丄V3(20040) 10；5= 2.8S60设液压缸的机械效率创=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力表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F/N液压缸推力F0=F/ n cm/N启动F = Ffs398422加速F = Ffd + Fi2836315快进F讥199221工进F = Ffd + Fl1558017311反向启动F下398422加速F = Ffd + Fi2836315快退F讥1992212.2确定液压系统主要参数1.初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表2.2和表2.3，初选液压缸的工作压力 P =3MPa。

6、2.计算液压缸主要尺寸鉴于动力滑台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（A =2几）【1】，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2.4选此背压为P = 0.6MP a。表2.2 按负载选择工表负载/KN50工作压力/MPa 52.3各种机械常用的系统工作压力机械类型机床农业机械 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磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032表2.4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0.20.5

7、回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短且直接回油可忽略不计表2.5按工作压力选取d/D工作压力/MPa 7.0d/D0.50.550.620.700.7表2.6按速比要求确定d/D5/51.151.251.331.461.611d/D0.30.40.50.550.620.71注：V1 无杆腔进油时活塞运动速度;V2 有杆腔进油时活塞运动速度。由式： PiA! - p2A2F得 得 ncmA =(pi -守)1558024 2m2 =64汇 10 m20.6)T)0.9 (3 -(2 5)4 64

8、 10*cm则活塞直径：D二m = 0.09m = 90mm(26)参考表2.5及2.6得，圆整后取标准数值得 D=160mm d=110mm由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：二 D2-m2 =63.6 10*m24： 2 2严22)31 X4(0.112-0.82)m2 =32.4 10*m2A = A4A, =63.6 10* m2D = 125mm d = 90mm查表得出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2.7所列，表2.7 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值缸1工况推力Fa/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力pMPa输入流量qx10

9、-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动4220.65Fo + AP仆八P1 一q (AA?)/A -人2p = P1q加速3151.120.62恒速2211.090.590.260.15工进173110.62.725.3汉100.014F + P2A25 一A1q = Av2P = P2快退启动4220.13F0 + P2 AAp1一八q 一 A2v3Ap = P1q加速3150.51.08恒速2210.51.050.270.28缸2工况推力Fo/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力pMPa输入流量qx10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动4220.07P1 -q-(A-A2

10、)wA A2p = P1q加速3150.550.05恒速2210.530.030.5280.016工进173110.61.4110X100.014F。+ P2A2P1 -A1q = AV2P = P1q快退启动4220.07F。+ P2A 一一q A2 V3p = P1q加速3150.50.05恒速2210.50.040.50.02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=0.5MPa2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为pi，无杆腔回油，压力为P23拟定液压系统原理图3.1初选液压件及基本回路(1) 选择调速回路由于这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载

11、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 -(2.7 10冷/(5.3 10”)： 51 ;其相应的时间之比(ti t3)/t2 =0.108。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，选用限压式变量叶片泵。(3) 选择快速运动和换向回路本系统已选定液压缸差动连

12、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滑台由快进转为工进时，速度变化大W/V2 =5/0.05 =100，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。(5) 选择调压和卸荷回路在限压式变量叶片泵的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。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，详情见设计图。4计算和选择液压件及验算液压系统性能4.1确定液压泵的规格

13、和电动机功率(1) 计算液压泵的最大工作压力泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表2.7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为Pi=4.13MPa，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.：p0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估算为：pP1 亠 口+ Ape = (4.13 + 0.6 +0.5)MPa =5.23MPa ( 4)由表2.7可见，快退时液压缸的工作压力为 p1.13MPa，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小， 现取进油路上的 总压力损失刀?p=0.3MPa则大流

14、量泵的最高工作压力估算为(42)330.53 x 10- m/s，若取回pP1 _ 5=(1.13 0.3)MPa =1.16MPa(2) 计算液压泵的流量由表2.7可知，油源向液压缸输入的最大流量为 路泄漏系数K=1.1，则两个泵的总流量为qp_Kq1.1 0.5 10 m3/0.55 10 m3/s = 33L/min考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时的流量为1 x 10-5 mVs=0.6L/min，则小流量泵的流量最少应为 3.6L/min 。(3) 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YBX-40限压式变

15、量叶片泵【2】。其流量范围为040ml/r转速范围 6001500r/min，若取液压泵容积效率 n v=0.9，流量范围060L/min 由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率n p=0.8，这时液压泵的驱动电动机功率为P - p 二 1.13 1034.8 ,10 KW 二 0.78KW(43)np60況0.8汇10根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y100L 6型电动机【3】，其额定功率为1.5KW额定转速为940r/min 。4.2确定油管及压力表4.1各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退q =31.68L/mmq =0.6L/minq1 = 30L / minW

16、= 0.08 m/sv2 =0.8汉10 m/sv3 = 0.08 m/st| =2.4s1 = 48st| = 2.8s表4.1 允许流速推存值管道推荐流速/(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1.5 3由表4.1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4.1数值，按表4.2推荐的管道内允许速度取=4 m/s,由式d -计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为=18.2mm20mm 外径 28mm的 10为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径 号冷拔钢管。确定油箱油箱的容量按式V Ppn估算，其中a为

17、经验系数，低压系统，a =24;中压系统，a =57;高压系统，a =612。现取a =6,得4.3验算液压系统性能验算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 =1 10-4m/s，油液的密度取=0.9174 103kg/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退时回 油流量q2=32L/min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)

18、计算系统压力损失 将层流流动状态沿程阻力系数和油液在管道内流速冬 _ 75二dvRe4q4qI2同时代入沿程压力损失计算公式,：p 丄1，并将已知数据代入后，得d 22 3.14 (20 10冷4兽q/ 7 09174 JI。3 丄厂爲=0.5478 108q 2二 d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。在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失 ？Pz常按下式作经验计 p =0.1p各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算其中的Pn由产品样本查出，滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算如 下：1 .快进滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。在进油路

19、上，油液通过单向 阀、电液换向阀，然后与液压缸有杆腔的回油汇合通过行程阀入无杆腔。在进油路上，压力损失分别为 Pi =0.05688MPa p * 二為0.1 卩“ =0.005688MPa7 ：Pvi=0.1647MPa 巾iP ：Pi 认 =(0.056880.005688 0.1647)MPa =0.2273MPa在回油路上，压力损失分别为、p。=0.02675MPa 、 p 0 =0.002675MPa % =0.1594MPa Po p0 :p 0 、：pv。=(0.02675 0.002675 0.1594)MPa = 0.1888MPa 将回油路上的压力损失折算到进油路上去，便得

20、出差动快速运动时的总的压力损失44 7 ：p 二0.2273 0.1888 MPa 二 0.316MPa952.工进滑台工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀、调速阀进入液压缸无杆腔， 在调速阀处的压力损失为 0.5MP&在回油路上，油液通过电液换向阀、背压阀 的卸荷油液一起返回油箱，在背压阀处的压力损失为0.6MPa若忽略管路的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、p = X；pVj =0.5MPa此值略小于估计值。在回油路上总的压力损失为a ：p.：pv0.66MPa该值即为液压缸的回油腔压力 p2=0.66MPa可见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

21、作压力为山塑=3.99MPaA1考虑到压力继电器的可靠动作要求压差.ipe=o.5MPa则小流量泵的工作压力 为pP1 = 口 亠 1 巾 二 Pe = 3.99 0.5 0.5 = 4.99MPa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 .快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀、电液换向阀进入液压缸杆腔。 在回油路上，油液通过单向阀、电液换向阀和单向阀返回油箱。 在进油路上总的 压力损失为 =Pi 八 ：pVi 二 0.048MPa此值远小于估计值，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路上总的压力损失为芒 PoPvo = 0.343 MPa数值基本相符，故不必重算。4.4验算系统发热与温升由于工进在整个工作循环中占96%所以系统的发热与温升可按工进工况来 计算。在工进时，经液控顺序阀卸荷，其出口压力即为油液通过液控顺序阀的压 力损失Pp2P =J： Pn( q )2 =0.0588MPaqn液压系统的总输入功率即为液压泵的输入功率PEPp2qp2 =564