液压课程设计设计一卧式单面多轴钻孔组合机床的液压传动系统

1、攀枝花学院本科课程设计（论文）卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动设计学生姓名：雷洋学生学号：1083院（系）：机械工程学院年级专业：10机制二班指导教师：龚建春副教授二。一三年六月摘要1ABSTRACTII1液压系统设计要求2组合机床工况分析2工作负载2液压缸参数的肯定5计算各阶段的压力、流量和功率63.2.1快进63.2.2工进73.2.3快退74液压系统方案设计9液压大体回路选择95液压元件的选择13液压泵及其电动机的选择13阀类元件及辅助元件13油管14油箱156液压系统性能验算16系统压力损失验算166.1.1快进166.1.2工进166.1.3快退17油液温升验算177油箱设计18容积

2、的肯定18壁厚、箱顶及箱顶元件的设计18箱壁、清洗孔、吊耳'液位计的设计19箱底、放油塞及支架的设计19油箱内隔板及除气网的设置19参考文献2223致谢题目设计一卧式单而多轴钻孔组合机床的液压传动系统1、课程设计的目的1 .让本科学会运用液压知道解决一些简单的液压设计2 .学会理解并能熟练运用液压知识2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）主机要求的工作循环是：动力滑台快速接近工件，然后以工作进给速度钻孔，钻削完毕后快速退回原位，最后自动停止。快速进给行程为4=200；工作进给行程为快速进给、退回速度为匕=匕=0.12根据切削用量计算出最大钻削力耳.=20000N

3、N：工作进给速度为匕=0.10.88c，/s无级调节：运动部件所受重力G=9868N：动力滑台平导轨的静、动摩一擦系数分别为九=02/=0.1：往复运动中的加速、减速时间为：直线往复运动有液压实现。要求：1、升降速度可调，保压过程中油泵卸荷2、设计计算液压系统3、画出原理图：选择液压元件4、画出油箱图3、主要参考文献11王积伟.章宏甲.黄谊.液压传动第2版.机械工业出版社.2张利平.液压传动与控制.西北工业出版社.3马玉贵.马治武.新编液压使用与维修技术大全.中国建材工业出版社.4成大先.机械设计手册.化学工程出版社.4、课程设计工作进度计划内容学时明确主机对液压系统的要求，进行工作过程分析2

4、初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制12确定液压系统的方案，拟定液压系统图8确定液压系统零件的类型，并选择相应的液压元件，确定辅助装置8液压系统的性能验算2油箱的结构设计和制图及编制技术文件8合计1周指导教师（签字）日期年月日课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，1:作刻苦努力，具有良好的科学1:作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，匚作坦饱满。35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际

5、问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研：能提出并较好地论述课题的实施方案:有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠：研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力：能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化

6、程度5符合本专业相关规范或规定要求：规范化符合木文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解：立论正确，论述充分，结论严谨合理：实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解,成绩指导教师签名:1液压系统设计要求设计一卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统，要求液压系统完成的工作循环是快进一一工进一一快退一一原位停止；系统参数如下表，动力滑台采用平导轨，其静、动摩擦系数别离为fs=02fd=0.1,往复运动的加速、减速时间要求不大于。表系统参数快进、快退速度(m/s)工进速度(cm/s)最大行程(mm)工进行程(mm)工作部件重量(N)组合机床工况分

7、析工作负载首先按照主机要求画出动作循环图(图)快进工进1快退图动作循环图计算液压缸工作进程各阶段的负教。(1)切削负载F,二20000N(2)摩擦负载F,机床工作部件对滑台的法向力为：Fn=mg=G=9868V静摩擦负载=9868x0.2=19736动摩擦负载F(il=Fhfd=9868x0.1=98687V(3)惯性负教吃F=ma=x=1007x=604.2N°gN0.2按照上述的计算结果，可得各工作阶段的液压缸负载如表1所示。表1液压缸各工作阶段的负载F(N)工况负载组合负载值工况负载组合负载值启动F=FJ工进F=F/+工加速AvF=F"d-/1591快退F=Fnfd快

8、进F=FJ,按照表1数据可画出负载循环图1(a)按照给定的快进、快退速度及工进时的速度范围可画出速度循环图1(b)F/N1973.6A-986.82180"”图Kb)3肯定液压主要结构参数液压缸参数的肯定表按负载选择工作压力负载/KN<55、10102020303050>50工作压力/MPa61233.44525参照表可得机床选液压系统工作压力Pi=4MPa。动力滑台要求快进、快退速度相等，选用单杆液压缸，快进时采用差动连接。此时液压缸无缸腔面积A与有缸腔面积4之比为2,即用活塞杆直径d与活塞直径D有1=的关系。为避免孔钻通后，滑台产生前冲现象，液压缸回油路应有背压6，暂

9、时取P2=b.6MPao从负载循环图上可知，工进时有最大负载，按此负载求液压缸尺寸。按照液压缸活塞力平衡关系可知：P14="24+_A=24其中，.“为液压缸效率，取“=。954_Fe_22678L嬴1§二°双4一°3”1°6=64.52xlO-4w/2陛卜64.52x贮=o0906mVzrV3.14d=0.707。=0.064？将D和d按GB2348-30圆整就近取标准值,即D=0.1Om=100mm液压缸的实际有效面积：d=0.07mm=70nun=78.5x10-4w24R）-"-=29.5x10-4"/4求。经查验，

10、活塞杆的强度和稳定性均符合要计算各阶段的压力、流量和功率3.2.1快进启动阶段F=F/%=2=°Pi=(F+Ay)/(AtAy)=(3-2)加速阶段因为有%=p1+M(3-3)可得1=(/+34)/(44)恒速阶段P4=F+A=（尸+3&）/（4-4）（3-4）流量为：Q（4A2）vi=x10_3xm'-/s故输入功率为：p=PiQ=3.2.2工进F=24910.3P14=/+P24=>P=(F+p2A2)/4产3.399MPaq=Ai>2=0069x103x/s故输入功率为：p=iq=0.23KW3.2.3快退启动阶段F=2077.5N2=0Pi=(F+

11、/?2A,)/A2故P=歹/4=2077.5/29.5x10Pae0.70MPa加速阶段F=1674.7Np2=U.6MPaPi4=F+p2A=>P=(F+p2A1)/A2=2.16MPa恒速阶段F=1038.7p2=0.6MPaPi&=F+p2Al=>.=(F+P2A)/4=1.95MPa又因为夕=4q=29.5x10-4x0.12«0.35X10-3/?'/s故输入功率为：。=Piq=1.95x1。6*0.35x1Of40.683hv按照上述计算各参数值列入下表所示。工况负载F/N进油腔Pi/Mpa回油腔P21Mpa输入流量Q(10-3x/输入功率p/

12、kw计算式快进差动启动0/p,=(F/71W)+A2A/7/(4-4)Q=(A-4)匕p=PiQ加速1591Pbp=0.3/恒速工进Pl=(/如)+&21/4Q=Av2p=PQ快退启动0/Pi=(F/tM)+p2A/4Q=Av3p=PQ加速1591/恒速4液压系统方案设计液压大体回路选择从主机工况可知，该液压系统应具有快速运动、换向、速度换接和调压、卸压等回路，同时为尽可能提高系统效率可以选择变量液压泵或双泵供油回路，此列选择双泵供油。1.选择各大体回路：(1)双泵供油的油路回路。双泵油源包括低压大流量泵和高压小流量泵。液压缸快速运动时，双泵供油：工作进给时，高压小流量泵供油，低压大流

13、量泵卸荷；山溢流阀调定系统工作压力,如图4所示(2)快速运动和换向回路这一回路采川液压缸差动连接实现快速运动，用三位五通电液阀实现换向，并能实现快进时，液压缸的差动连接，如图5所示图4液压源图5换相回路图6速度换接回路（3）速度换接回路为提高换接的位置精度，减小液压冲击，应采用行程阀与调速阀并联的转换回路。同时，电液换向阀的换向时间可调，保证换向进程平稳，如图6所示卸荷回路：在双泵供油的油源回路中，可以利用卸荷阀（外控顺序阀）实现低压大流量泵在工进和停止时卸荷。综合后整理取得如图7所示的液压系统:16L41-双联叶片泵：1A-小流量液压泵；IB-大流量液压泵；2-三位五通电液阀；3-行程阀；4

14、调速阀；5-单向阀；6-单向阀:7-卸荷阀；8-背压阀：9-溢流阀；10-单向阀：11-过滤器：12-压力表接点：13-单向阀：14-压力继电器：5液压元件的选择液压泵及其电动机的选择液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为，如取进油路上的压力损失为(见教材表压了继电器调整压力高出系统最大压力值为，则泵的最大工作压力应为pP=(3.399+0.5+0.4)MP«=4299MPa泵向液压缸提供的最大流量为35.28L/min(见表)，若回路中的泄露依照液压缸输入流量的10%估量，则泵的流量为%,=l.lx35.28L/min、38.808L/min。按照以上压力和流量是数值查阅产品样本，

15、最后肯定选取YB-B48B型叶片泵，则其排量为r,当泵的转速为%=1000"min,若取泵的容积效率=0.9,则液压泵的实际输出流量为：%=(48.3x1000x0.9)/1000=43.47L/min由于液压缸在快退时的输入功率最大，这时液压泵工作压力小于工进时的压力，现取工进时的压力来计算必然可以知足要求，这时液压泵的压力为、流量为mine取泵的总效率q=0.75,则液压泵的驱动电机的所需功率为：3.399x43.47P=-=3.28MV几60x0.75按照此数值按JB/1998,查阅电动机产品样本选取Y132Ml-6型电动机，其额定功率为匕=4.0ZW,额定转速%=960min

16、。阀类元件及辅助元件按照阀类及辅助元件所在的油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可以选出这些液压元件的型号及规格见表。表中序号与图中标号相同。表元件的型号及规格序号元件名称通过流量L/min额定流量/L/min额定压力/MPa额定压降/MPa型号、规格1YB叶片泵7YB-B48B2三位五通电液动换向阀6910035DY-100BY3行程阀6210022C-100BH4调速阀<16Q-6BB5单向阀69100I-100B6单向阀63I-63B7顺序阀3063XY-63B8背压阀<110B-10B9单向阀69100I-100B10单向阀3063I-63B11过滤器50XU-5

17、0X20012压力表开关K-6B13溢流阀10Y-10B油管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、出口油管则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定以后液压缸在各个阶段的进、出流量由节流阀与调速阀决定，故液压缸在各个阶段的进、出流量都可调整到与原定数值相同，当要保证快进速度为7.2m/min时，则节流阀的输出流量应为：%,=匕(4_4)=7.2X49X1、35.28X10-3/min=35.28L/min(5-1)所以液压缸在各阶段的进、出流量及流速如下表:表液压缸的进、出流量及流速流量流速快进工进快退输入流量L/min%=(A%y)/(A-4)=(78.5x35.28)

18、/49、56.52q、=4.14q1=q节=35.28排出流量L/min%=(&1)/4=(29.5x56.52)/78.5«21.24=(29.5x4.14)/78.5“56%=(4夕)/42=(78.5x35.28)/29.5出93.88运动速度m,/minVj=q节/(A1一A.)=35.28x103/49x10-4把7.20=4.14x107/78.5x10-出0.53匕=4/4=35.28xl0-3/29.5xl(r*«11.96故表中所选液压泵的型号、规格是适宜的。由表可知，该系统中最大压力小于3MPa,油管中流速取3m/s；所以当油液在压力管中流速取3

19、m/min时;按教材式7-9算得与液压缸无杆腔相连的油管内径别离为：4=2x/如=2x/(56.52xl06)/(x3xlO5x60)x20.00(5-2)d=2xJ%/我)=2xyj(21.24x106)/(x3x103x60)x12.26min(5-3)这两根油管都按GB/T2351-1993选项用外径20mm、内径12.5mm的无缝钢管。油箱油箱容积按教材式7-8估算，当取4为7时，求得其容积为V=细,=7x38.808=271.7L(5-4)按JB/7938-1999规定，取标准值V=315L。6液压系统性能验算系统压力损失验算由于系统的油路布置尚未具体肯定，整个系统的压力损失无法全面

20、估算，故只能先按式教材式3-46估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段别离进行。6.1.1快进滑台快进时，液压缸差动连接，由表和表可知，进油路上油液通过节流阀13的流量是23L/min,进油路上油液通过电磁换向阀2的流量是43.47L/min,然后与有杆腔的回油汇合。以流量56.52L/min通过行程阀7并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为£"，=0.2x(22/63)2+0.5x(35.28/8O)2+0.3x(5652/63)2=0.

21、362M0a(6-1)此压力值不大，不会使压力阀打开，故可保证从节流流出的油液全数进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀12的流量都是21.24L/min,然后与液压泵的供油归并，经行程阀7流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力与无杆腔压力p,之差。A/?=p2-P(6-2)=0.5x(21.24/80)2+0.2x(21.24/63)2+0.3x(56.52/63)2y0.299MPa此值小于原估量值(见表)，所以是偏安全的。6.1.2工进工进时，油液在油路上通过电液换向阀2的流量为4.14L/min,在调速冏6处的压力损失为；油液在回路上通过换向阀2的流量是1.

22、56L/min,在背压阀8处的压力损失为，通过顺序阀7的流量为31.56L/min,因此这时液压缸回油腔的压力分为(6-3)p2=0.5x(1.5678O)2+0.5+0.3x(31.56/63)2«0.575MPa可见此值略大于原估量值。故可按教材表11-6中公式从头计算工进时液压缸进油腔压力乃，即Pi=(F'+p2A2)/A=(23664.8+0.575xl06x295xl0-1)/78.5xl0-43.23fPa溢流阀9的调压PpXA:应为PpA>Pl=3.23+0.5x(0.095/80)2+°.5+°.5念4.23知外6.1.3快退快退时，

23、油液在进油路上通过节流阀13、2的流量为30L/min,油液在回路上通过单向阀五、换向阀2和单向阀3的流量均为93.28L/min因此进油路上总压降为Z&Vi=0.2x(30/63)2+0.5x(30/80)O.llMPa此值较小，液压泵驱动电机的功率是足够的。所以快退时液压泵的最大工作压力“°应为p,=P=0.70+0.11=0.81MPa因此液压泵卸荷的顺序阀11的调节器压应大于。油液温升验算工进在整个工作循环中所占的时间比例达99%,所以系统发烧和油液温升可用进时的情况来计算。工进时液压缸的有效功率(系统输出功率)为QQP=Fv=23664.8x-=3.5x060xl0

24、3(6-4)液压泵的输出功率(系统输入功率)为p=(/?/t)/Z7=(1.56xl06x4.14/60xl0-3)/(0.75xl0')=0.1435W由此得液压系统的发烧量为Ht=pt-p0=143.5-3.5=1401V=0A4kW(6-5)按式11-2求出油液温升近似值7=",/好纭=(0.14xl03)/i007C=6.5(6-6)温升没有超出允许范围，液压系统中不需要设置冷却器。7油箱设计容积的肯定v = VS=350= 437.5L = /n3油箱的体积为：v=（此处取参照资料给出的值。）0.80.80.8且选择开式油箱，考虑到油箱的整体美观大方,将其设计成为带

25、支撑脚的长方体形油箱。所以其长、宽、高尺寸均按国家规格选取，其外形图如图6所示。- 离地-hQ |z 间隙清洗孔4个固定孔山图油箱外形图所以选择350L的油箱壁厚、箱顶及箱顶元件的设计由表中数据分析可采取钢板焊接而成，故取油箱的壁厚为：5=4"，并采用将液压泵安装在油箱的上表面的方式，故上表面应比其壁要原，同时为避免产生振动，则顶扳的厚度应为壁厚的4倍以上，所以取：匹=55=5x4=20，并在液压泵与箱顶之间设置隔振垫。在箱顶设置回油管、泄油管、吸油管、通气器并附带注油口，即取下通气帽时即可以进行注油，当放回通气帽地就组成通气过滤器，其注油过滤器的滤网的网眼小于25。3，过流量应大于40L/min。另外，由于要将液压泵安装在油箱的顶部，为了避免污物落入油箱内，在油箱顶部的各螺纹孔均采用盲孔形式，其具体结构见油箱的结构图。箱壁、清洗孔、吊耳、液位计的设计在这次设计中采用箱顶与箱壁为不可拆的连接方式，由于油箱的体积也相对不大，采用在油箱壁上开设一个清洗孔，在法兰盖板中配以可重复利用的弹性密封件。法兰盖板的结构尺寸按照油箱的外形尺寸按标准选取，具体尺寸见法兰盖板的零件结构图，此处再也不着详细的叙述。为了便于油箱的搬运，在油箱的四角上焊接四个圆柱形吊耳，吊耳的结构尺寸参考同类规格的油箱选取。在油箱的箱体另一重要装置即是液位计了，通过