液压与气压传动课程设计

1、1液压与气压传动课程设计2 设计任务布置设计任务布置3 一、设计题目一、设计题目 设计题目：设计题目：卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统液压系统。 设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止，并且可以随时在中途停止运动。利用平导轨，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1。其余参数与性能要求如下： 1）轴向切削力Ft=21 kN； 2）移动部件总重力G=10 kN； 3）快进行程l1=100mm，快进速度v1=4.2m/min； 4）工进行程l2=20mm，工进速度v2= 0.05 m/min； 5）加速

2、和减速时间t=0.2s； 6）快退速度v3=v1=4.2m/min。4 二、设计任务二、设计任务 1、完成液压系统的设计、计算，编写设计说明书一份； 2、在A3图纸上绘制完成液压系统原理图一张。 三、设计要求三、设计要求 1、设计的液压传动系统能正确完成规定的工作循环； 2、图纸绘制正确，符合国家标准，图面清晰整洁； 3、计算步骤完整，结果正确； 4、设计说明书内容完整，字体端正、编排符合规范。 四、设计进度安排四、设计进度安排 课程设计时间总共为五天，进度安排如下：布置任务布置任务 绘循环图绘循环图设计计算设计计算绘系统图绘系统图 编说明书编说明书设计总结设计总结0.5天天0.5天天1天天1

3、.5天天1天天0.5天天5 五、参考资料五、参考资料 1左健民.液压与气压传动.第4版.北京：机械工业出版社，2012. 2杨曙东等.液压传动与气压传动.第3版 武汉：华中科技大学出版社，2008. 3成大先.机械设计手册.第5版.北京：化学工业出版社，2008. 4雷天觉.新编液压工程手册.第1版.北京：北京理工大学出版社，1998. 5于英华.组合机床设计.第1版.北京：清华大学出版社，2012.6序号序号切削力切削力Ft（kN）总重力总重力G（kN）工进速度工进速度v（m/min）序号序号切削力切削力Ft（kN）总重力总重力G（kN）工进速度工进速度v（m/min）序号序号切削力切削力F

4、t（kN）总重力总重力G（kN）工进速度工进速度v（m/min）124100.051825100.083522110.05222120.061921100.073621120.06321120.072020120.063725100.08425140.052122100.083821100.07521100.072223100.063922100.08620120.062320120.064022120.05722100.082423120.074123100.07823100.082522120.084220120.08920120.072622120.074323110.081023110

5、.052723100.084422120.061122120.082820120.074522100.071222100.082923110.054623110.071323110.073022120.064721120.061421120.063122100.084824100.081524100.073223110.064922100.071622140.063321130.075021110.051721120.053424100.065123120.06 附：附： 参数数据分配表参数数据分配表7 第一阶段第一阶段 工况分析工况分析8 一、运动分析一、运动分析 1、作动作循环图如图1所示

6、。图图1 动力滑台动作循环图动力滑台动作循环图快进快进快退快退工进工进 2、作一个工作循环的速度位移曲线如图2a）所示。 二、负载分析二、负载分析 1、负载计算、负载计算 1）工作负载FL FL=Ft= 21kN 2）摩擦负载Ff 静摩擦负载 Ffs=fsG=0.210=2kN 动摩擦负载 Ffd=fdG=0.110=1kN 9kN357. 0FF kN357. 02 . 0602 . 48 . 910tvgGF kN004. 02 . 06005. 08 . 910tvgGF kN353. 02 . 06005. 02 . 48 . 910tvgGF kN357. 02 . 0602 . 4

7、8 . 910tvgGF a4a5a4a3a2a1 反向制动反向制动反向加速反向加速制动制动减速减速加速加速 3）惯性负载Fa 4）各阶段总负载F 计算液压缸各阶段中的总负载F和液压缸推力F 。考虑密封等阻力，取m=0.9，则 F=F/m 计算结果见表1所示。10 工况工况 计算公式计算公式 总负载总负载F（N） 缸推力缸推力F（N）启动启动 F=Ffs 2000 2222.22加速加速 F=Ffd+Fa1 1357 1507.78快进快进 F=Ffd 1000 1111.11减速减速 F=FfdFa2 647 718.89工进工进 F=Ffd+FL 22000 24444.44制动制动 F=

8、Ffd+FLFa3 21996 24440.00反向加速反向加速 F=FfdFa4 1357 1507.78快退快退 F=Ffd 1000 1111.11制动制动 F=Ffd+Fa5 643 714.44表表1 液压缸各中的负载液压缸各中的负载11 2、作一个工作循环的负载、作一个工作循环的负载位移曲线如图位移曲线如图2b）所示。）所示。 F(N)s(mm)b）2222.221507.781111.11718.8924444.44 24440.001507.781111.11714.44图图2 液压缸的速度图及负载图液压缸的速度图及负载图v(m/min)s(mm)1004.2-4.21200.

9、05a）12 三、液压缸主要参数确定三、液压缸主要参数确定 1、初选液压缸的工作压力、初选液压缸的工作压力 按负载大小根据表按负载大小根据表2选择液压缸工作压力。选择液压缸工作压力。负载负载F（kN）50压力压力p（MPa）5.07.0表表2 按负载选择执行元件工作压力按负载选择执行元件工作压力 由表由表2初定液压缸工作压力初定液压缸工作压力p=3.0MPa。 2、计算液压缸尺寸、计算液压缸尺寸 按最大负载按最大负载Fmax计算缸筒面积计算缸筒面积A得得246maxm1048.8110344.24444pFA 计算缸筒内径计算缸筒内径D得得mm102m102. 014159. 31048.81

10、4A4D4 13 按计算结果根据表按计算结果根据表3选择缸筒内径标准值。选择缸筒内径标准值。液压缸内径液压缸内径D40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160 活塞杆直径活塞杆直径d32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110 表表3 液压缸内径和活塞杆直径标准系列（液压缸内径和活塞杆直径标准系列（GB/T23481993） mm 按标准取：按标准取：D=100mm。 根据快进和快退速度相等要求，拟定液压系统在快进时采根据快进和快退速度相等要求，拟定液压系统在快进时采用差动连接。设活塞杆直径为用差动连接。设活塞杆直径为d，于是有

11、，于是有)dD(q4dq4222 计算得计算得mm71.7014159. 31048.814A421002Dd4 按标准取：按标准取：d=70mm。 计算液压缸有效作用面积为计算液压缸有效作用面积为2222222221cm06.407104dD41 Acm54.78104D41 A ）（）（有杆腔面积有杆腔面积无杆腔面积无杆腔面积14 3、各工作阶段的时间计算、各工作阶段的时间计算 1）快进阶段）快进阶段s63. 12 . 0260/2 . 4)007. 0007. 0(1 . 0 t2v)ll (ltm007. 02 . 035. 0212 . 0602 . 4 ta21tvls/m35.

12、02 . 0602 . 405. 0tv-vam007. 02 . 035. 021ta21ls/m35. 02 . 0602 . 4tva1112212122221 减速减速加速加速减速减速减速减速减速减速加速加速加速加速加速加速）（15 3）快退阶段）快退阶段s91.12 .0260/2 .4)007.0007.0(12.0 t2v)ll (ltm007.0llls/m35.0aaa3332 反反向向制制动动反反向向加加速速加加速速反反向向制制动动反反向向加加速速加加速速反反向向制制动动反反向向加加速速 2）工进阶段）工进阶段 工进阶段制动加速度很小，制动行程很短，可忽略不计。工进阶段制动

13、加速度很小，制动行程很短，可忽略不计。s2460/05. 002. 0vlt222 16 4、计算液压缸流量、压力和功率、计算液压缸流量、压力和功率 1）流量计算）流量计算min/L8 .16s/m108 . 2602 . 41006.40vAqmin/L4 . 0s/m105 . 66005. 01054.78vAqmin/L2 .16s/m107 . 2 602 . 410)06.4054.78(v)AA(q3443236421344121 快退快退工进工进快进快进 2）压力计算）压力计算MPa28. 0Pa1028. 01006.4011.1111AFpMPa11. 3Pa1011. 3

14、1054.7844.24444AFpMPa29. 0aP1029. 0 10)06.4054.78(11.1111AAFp6426416421 快退快退快退快退工进工进工进工进快进快进快进快进17 3）功率计算）功率计算W40.7860108 .161028. 0qpPW73.2060104 . 01011. 3qpPW30.7860102 .161029. 0qpP363636 快退快退快退快退快退快退工进工进工进工进工进工进快进快进快进快进快进快进 4、绘制工况图、绘制工况图 工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表4所示。所示。 由表绘制液压缸

15、的工况图如图由表绘制液压缸的工况图如图3所示。所示。工工 况况时间时间t（s）压力压力p（MPa）流量流量q（L/min）功率功率P（W）快快 进进1.630.2916.278.30工工 进进 24.003.11 0.420.73快快 退退1.910.2816.878.40表表4 液压缸各阶段压力、流量和功率液压缸各阶段压力、流量和功率18图图3 液压缸的工况图液压缸的工况图t(s)p(MPa)3.110.290.28q(L/min)16.816.20.4t(s)P(W)78.30t(s)78.4020.73快进快进工进工进快退快退19 第二阶段第二阶段 液压系统设计液压系统设计 20 一、液

16、压系统图的拟定一、液压系统图的拟定 1、选用执行元件、选用执行元件 由系统动作循环图，选定单活塞杆液压缸做为执行元件。根据快进和快退速度相等的要求，拟定在快进时采用差动连接，因此应使无杆腔有效面积为有杆腔有效面积的两倍。 2、确定供油方式、确定供油方式 由工况图分析可知，液压缸在快进、快退时所需流量较大，但持续时间较短；而在工进时所需流量较小，但持续时间较长。因此从提高系统效率，节省能源的角度考虑，系统供油方式不宜采用单个定量泵，而宜采用双泵或变量泵。因此参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油方式。 3、调速方式选择、调速方式选择 由工况图可知，快进和快退时有速度要求，因此在有杆腔油口处统

17、一采用调速阀调速。工进时速度低，考虑到系统负载变化小，所以采用调速阀进油节流调速回路。21 4、速度换接选择、速度换接选择 快进和工进之间速度需要换接，为便于对换接的位置进行适当的调整，因此采用二位二通行程阀来实现速度的换接。另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动回路。因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。 5、换向方式选择、换向方式选择 采用三位五通电磁阀进行换向，以满足系统对换向的各种要求。选用三位阀的中位机能为M型，以实现可以随时在中途停止运动的要求。为提高换向的位置要求，拟采用止挡块和压力继电器的行程终点返回控制。 6、其它选择、其它选择 为便于观察调整压力，在液压泵的出口处和液压缸

18、的两接口处 均设置测压点，并配置多点压力表开关，以便利用一个压力表即能观测各点压力。 完成以上各项选择后，作出拟定的液压系统原理图和各电磁铁的动作顺序表如图4所示。 22 动动 作作 快进快进 工进工进 快退快退 1YA 2YA电磁铁动作表电磁铁动作表快进快进快退快退工进工进图图4 液压系统原理图液压系统原理图1YA2YA1516123456789101112131423 二、液压系统的工作原理二、液压系统的工作原理 1、快进、快进 按下起动按钮，电磁铁1YA通电，电磁换向阀8的阀芯右移，换向阀工作在左位，实现快进，油路为： 进油路：进油路：泵2换向阀8左位行程阀13下位液压缸左腔； 回油路：

19、回油路：液压缸右腔 调速阀14 换向阀8左位单向阀9行程阀13下位液压缸左腔，形成差动连接。 2、工进、工进 当滑台快速运动到给定位置时，滑台上的撞块压下行程阀13阀芯，切断通道，使压力油经调速阀10进入液压缸左腔。由于油液流经调速阀，系统压力上升，打开液控顺序阀7，此时单向阀9关闭，切断液压缸差动回路，实现工进，油路为： 进油路：进油路：泵2换向阀8左位调速阀10液压缸左腔； 回油路：回油路：液压缸右腔调速阀14 换向阀8左位顺序阀7背压阀6 油箱。24 3、快退、快退 当滑台工进完毕之后，停留在止挡块处，系统压力升高，直到压力继电器12的调整值时，压力继电器动作，2YA通电，电磁换向阀8工

20、作在右位，滑台快退返回。快退油路为： 进油路：进油路：泵2 调速阀14 换向阀8右位液压缸右腔； 回油路：回油路：液压缸左腔单向阀11换向阀8右位油箱。 三、液压元件的选择液压元件的选择 1、确定液压泵的型号及电动机功率、确定液压泵的型号及电动机功率 1）计算液压泵压力 估算压力损失经验数据： 一般节流调速和管路简单的系统取pl=0.20.5MPa，有调速阀和管路较复杂的系统取pl=0.51.5MPa。 液压缸在整个工作循环中最大工作压力为3.11MPa，由于系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失pl=0.5MPa，计算液压泵的工作压力为 pp=p+pl=3.11+0.5=3.61MPa25

21、 2）计算所需液压泵流量 考虑泄漏的修正系数K：K=1.11.3。 液压缸在整个工作循环中最大流量为16.8L/min。取回路泄漏修正系数K=1.1，计算得所需两个液压泵的总流量为 qp=1.116.8=18.48L/min 由于溢流阀最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸所需流量为0.4L/min，所以高压泵的流量不得少于3.4L/min。 3）选用液压泵 由3第5卷P158选用YB110/16型的双联叶片泵。 液压泵额定压力为6.3MPa，排量分别为10mL/r和16mL/r，取容积效率pV=0.85，总效率=0.8，额定转速分别为1450r/min和960r/min. 4）选用电动机

22、拟选Y系列三相异步电动机，满载转速960r/min，按此计算液压泵实际输出流量为 qp=（10+16）103 960 0.85=21.22L/min26 计算所需电动机功率为W1060. 18 . 0601022.211061. 3qpP336pppp 由3第4卷P569选用Y132S-6电动机。 电动机额定功率为3KW，满载转速为960r/min。 2、选择阀类元件及辅助元件、选择阀类元件及辅助元件 1）标准件）标准件 根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，由产品目录确定这些元件的型号及规格如表5 所示。 2）非标件）非标件 a）油管 油管尺寸根据实际流量类比确定，采用内径为

23、16mm，外径为20mm的紫铜管。 b）油箱 油箱容积计算如下 V=（57）qp=（57）21.22=106.1148.54L 取V=150L。27序序 号号名名 称称通过流量通过流量qmax(L/min)型号及规格型号及规格1滤油器滤油器24.96XU-C32100B2双联叶片泵双联叶片泵21.22YB110/163溢流阀溢流阀 8.11Y-10B4单向阀单向阀13.61I-25B5顺序阀顺序阀13.61X-B25B6溢流阀溢流阀 8.37Y-10B7顺序阀顺序阀 8.37XB-25B8三位五通电磁换向阀三位五通电磁换向阀21.2235D-25BM9单向阀单向阀 8.37I-25B10调速阀

24、调速阀16.20Q-25B11单向阀单向阀16.80I-25B12压力继电器压力继电器DP-25B13二位二通行程阀二位二通行程阀24.5722D-25B14调速阀调速阀21.22Q-25B15压力表开关压力表开关K-3B16压力表压力表Y-100T17电动机电动机Y132S-6表表5 液压元件型号及规格液压元件型号及规格28 第三阶段第三阶段 验算性能完成设计验算性能完成设计 29 一、液压系统的性能验算一、液压系统的性能验算 1、压力损失验算、压力损失验算 按液压泵的实际输出流量估算压力损失。 1）油液在油管中的流速 进油管流速vs/m52. 510166041022.21Aqv623p

25、回油管流速vs/m81. 252. 554.7806.40 vAAv12 2）沿程压力损失Pf 设系统采用L-HM32液压油，室温为20时粘度为 =1.0104 m2/s a）进油沿程压力损失Pf12300552100 . 1101052. 5d vRe431 层流状态： 1=75/Re1=75/552=0.1430 b）回油沿程压力损失2300281100 . 1101081. 2dvRe432 层流状态： 2=75/Re2=75/281=0.27 取油液的密度为=890kg/m3，进、回油管长度均为2m，得进油沿程压力损失为 MPa38. 0Pa108 . 3 252. 58901010214. 02 vdlp52321f1 MPa19. 0Pa109 . 1 281. 28901010227. 02vdlp52322f2 c）总沿程压力损失MPa48. 019. 054.7806.4038. 0pAAppf212f1f 31 3）局部压力损失Pr 局部压力损失包括液压阀的压力损失及管道和管接头的压力损失。液压阀的损失很小，可以忽略不计。管道和管接头压力损失一般取沿程压力损失的10%计算，于是 pr=10% pf=0.10.48=0.05MP