钻镗两用组合机床的液压系统

1、精选优质文档-倾情为你奉上湖南工业大学液 压 与 气 压 传 动 课 程 设 计资 料 袋机械工程 学院（系、部） 2014 2015 学年第 1 学期课程名称 液压与气压传动 指导教师 刘忠伟 职称 教授 学生姓名 谭巧 专业班级 机械工程1204班 学号 题 目 钻镗两用组合机床的液压系统 成 绩 起止日期 2015 年 01 月 5 日 2015 年 01 月 9 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书共一页2课程设计说明书共24页3液压系统工作原理图1张456专心-专注-专业课程设计任务书20142015学年第 1 学期 机 械 工 程 学院（系、部） 机械工

2、程及其自动化 专业 1204 班级课程名称： 液压与气压传动 设计题目： 钻镗两用组合机床的液压系统 完成期限：自 2015 年 01 月 5 日至 2015 年 01 月 9 日共 1 周内容及任务1、 液压系统的主要技术参数和性能要求：最大切削力18000N，移动部件总重量25000N；最大行程400mm（其中工进行程180mm）；快进、快退的速度为4.5m/min，工进速度应在（20120）mm/min范围内无级调速；启动换向时间t0.05s，采用水平放置的导轨，静摩擦系数，动摩擦系数，机械效率取0.9。工作条件：该系统的工作循环是：快进工进快退停止。2、 设计任务：对组合机床进行工况分

3、析，绘制负载图、速度图、工况图；绘制液压系统工作原理图(列出动作循环表）；选择计算液压元件(列出液压元件一览表）；进行必要的性能估算；三、上交材料液压传动课程设计说明书一份，要求内容完整，步骤清楚，文句通顺，书写工整，封面格式按学校标准，并打印，正文手写。液压系统工作原理图一张(A3号图纸)，图上标明执行元件动作循环图，电磁铁动作顺序表，系液压元件一览表。进度安排起止日期工作内容01月5日初步明白我们课程设计所需要哪些材料，和需要为此做些什么。01月5日01月6日通过各种渠道搜集有关自己课程设计的资料，病进行初步整理。01月6日01月8日用CAD画出液压工作原理图。2015年01月 9日用Wo

4、rld把课程设计的有关资料排版好，并做好设计总结。主要参考资料1.刘忠伟 主编 液压与气压传动，化学工业出版社 2013年2.软件版本 机械设计手册，化学出版社出版，2008版指导教师（签字）： 2015 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 2015 年 月 日液 压 与 气 压 传 动 课 程 设 计设计说明书钻镗两用组合机床的液压系统起止日期： 2015年 01 月 5 日 至 2015 年 01 月 9 日学生姓名谭巧班级机工1204学号成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）目录第一章 设计要求及工况分析1.1液压系统使用要求1.2液压系统的工作条件和环境条1.3经济性与成本等方面的要

5、求1.4负载与运动分析第2章 主要参数的确定2.1初选液压缸工作压力2.2计算液压缸主要尺寸第3章 液压系统图的预定3.1速度控制回路的选择3.2换向回路和速度换接回路的选择3.3油源的选择和能耗控制3.4压力控制回路的选择第四章 液压元件的计算与选用 4.1确定液压泵的最高工作压力4.2确定液压泵的最大供油量4.3选择液压泵的规格和类型4.4选择电动机4.5确定其他原件及辅件4.6确定油管4.7邮箱的设计第五章 液压系统性能验算 5.1回路压力损失验算5.2发热温升验算第6章 液压设计总结第7章 参考文献一、设计要求及工况分析1.1设计要求要求设计的钻镗两用组合机床的液压系统的工作循环是快进

6、工进快退停止。液压系统的主要参数与性能要求如下：最大切削力18000N，移动部件总重量G=25000N；最大行程400mm，工进行程；快进、快退的速度为，工进速度应在（20120）mm/min范围内无级调速；启动换向时间t0.05s，采用水平放置的导轨，静摩擦系数；动摩擦系数。机械效率取0.9。1.2液压系统的工作条件和环境条件 室内、常温。1.3经济性与成本等方面的要求在最良好的经济性条件下使加工成本达到最低。1.4负载与运动分析（1)工作负载钻镗两用组合机床的液压系统中，钻镗的轴向切削力为，根据设计要求，最大切削力为18000N，所以=18000N（2)惯性负载由设计要求得，移动部件自重G

7、=25000N，快进、快退为4.5m/min，启动换向时间t0.05s，则（3)摩擦负载：因采用水平放置的导轨，因此作用在其上的正压力N=G=25000N。静摩擦阻力： 动摩擦阻力： 由设计要求得机械效率，由此可以得到液压缸各工作阶段的负载值如表1-4所示：表1-4 液压缸在各工作阶段的负载值工况负载组成负载值推力启动5000N5556加速62506944快进2500N2778工进20500N22778快退2500N2778根据液压缸上述各阶段的负载可绘制如图所示的负载循环图。速度图按已知数值，快退行程=最大行程=，工进行程长度，快进行程长度和工进速度等绘制。二、主要参数的确定2.1初选液压缸

8、工作压力由负载图可得出在工进时负载最大，其值为，参照对比表2-1和表2-2，我初选液压缸工作压力。表2-1 按负载选择系统工作压力负载/KN工作压力/表2-2 各种设备常用系统工作压力设备类型磨床车，铣、镗床组合龙门刨床、拉床汽车、矿山机械、农业机械大中型挖掘机械、起重运输机械、液压机工作压力/2.2计算液压缸主要尺寸因为设计要求快进速度和快退速度，因此液压缸可选用单杠式的并在快进时作差动连接。此时液压缸无缸腔工作面积A1应为有杆腔A2的两倍，因为采用的差动连接，且往返速度相等，所以有。其中：-液压缸内径，-活塞杆的外径。在钻孔加工时，液压缸回油路上必须有背压，以防被钻通时滑台突然前冲，可取；

9、快进时液压缸虽然做差动连接，但是由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算；快退时回油腔中有背压，这时也可估算。由工进时的推力计算液压缸的面积：所以 当按GB2348-1980将这些直径圆整成接近标准值时得，。由此求的液压缸两腔的实际有效面积为，.工作台在快速前进的过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为： 工作台在快速退回的过程中系统所需流量为： 工作台在工作进给的过程中系统所需流量为： 其中最大流量为快速前进流量根据上述液压缸内径D与活塞杆外径d的值，可以估算液压缸在不同工作阶段中的压力、流量和功率值，如表2-3所示。并根据此绘出如图2-3所示的液压缸工况图，其中粗实

10、线、细实线和双点画线分别表示、。表2-3 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况推力F/N回油腔压力进油腔压力输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算式快进启动55561.55加速69442.051.83恒速27782.051.022.620.377工进227780.82.770.191.140.0090.053快退起动55561.24加速69440.52.61恒速27781.6820.150.56图2-3组合机床液压缸的工况图3、 液压系统图的预定3.1 速度控制回路的选择工况图2-3表明，这次设计的组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突

11、出，因此可采用节流调速回路。虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。钻镗加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可。但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间，存在负载突变的可能，因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回油路上设置背压阀。由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。3.2

12、 换向回路和速度换接回路的选择所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。为便于实现差动连接，选用三位五通电磁换向阀。为了调整方便和便于增设液压夹紧支路，应考虑选用Y型中位机能。由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进入液压缸的流量由22.62L/min降为0.191.14 L/min，可选二位二通行程换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击，如图3-2所示。由于工作压力较低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。当由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死

13、挡块加压力继电器的行程终点转换控制。（a)换向回路(b)速度换接回路图3-2 换向回路和速度切换回路的选择3.3 油源的选择和能耗控制表2.2表明，本设计多轴钻床液压系统的供油工况主要为快进、快退时的低压大流量供油和工进时的高压小流量供油两种工况，若采用单个定量泵供油，显然系统的功率损失大、效率低。在液压系统的流量、方向和压力等关键参数确定后，还要考虑能耗控制，用尽量少的能量来完成系统的动作要求，以达到节能和降低生产成本的目的。在图2-3工况图的一个工作循环内，液压缸在快进和快退行程中要求油源以低压大流量供油，工进行程中油源以高压小流量供油。其中最大流量与最小流量之比，而快进、快退所需的时间t

14、1和工进所需的时间t2分别为： 即，上述数据表明，在一个工作循环中，液压油源在大部分时间都处于高压小流量供油状态，只有小部分时间工作在低压大流量供油状态。从提高系统效率、节省能量角度来看，如果选用单个定量泵作为整个系统的油源，液压系统会长时间处于大流量溢流状态，从而造成能量的大量损失，这样的设计显然是不合理的。如果采用单个定量泵供油方式，液压泵所输出的流量假设为液压缸所需要的最大流量22.62L/min，假设忽略油路中的所有压力和流量损失，液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估算为快进时 工进时快退时 如果采用一个大流量定量泵和一个小流量定量泵双泵串联的供油方式，由双联泵组成的油源在工

15、进和快进过程中所输出的流量是不同的，此时液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估算为快进时工进时，大泵卸荷，大泵出口供油压力几近于零，因此 快退时除采用双联泵作为油源外，也可选用限压式变量泵作油源。但限压式变量泵结构复杂、成本高，且流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，最后确定选用双联液压泵供油方案，有利于降低能耗和生产成本，如图3-3所示。图3-3 双联液压泵3.4 压力控制回路的选择由于采用双泵供油回路，故采用液控顺序阀实现低压大流量泵卸荷，用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。为了便于观察和调整压力，在液压泵的出口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设测压点。将上述所选定的液压回路进行整理

16、归并，并根据需要作必要的修改和调整，最后画出液压系统原理图如图3-4所示。为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上串接一个液控顺序阀7，以阻止油液在快进阶段返回油箱。同时阀8起背压阀的作用。 为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀13。考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器14。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，压力继电器发出快退信号，操纵电液换向阀换向。在进油路上设有压力表开关和压力表，钻孔行程终点定位精度不高，采用行行程开关控制即可。

17、图3-4(a)电磁铁和阀的动作图3-4(b)液压系统原理图1双联叶片泵 2三位五通电液阀 3行程阀4调速阀 5、6、10、13.15单向阀 7液控顺序阀8背压阀 9溢流阀 11过滤器12压力开关 14压力继电器四、液压元件的计算与选用4.1确定液压泵的最高工作压力液压缸整个工作循环中的最高工作压力为2.77MPa，如果进油路上的压力损失0.8MPa，压力继电器调整压力高出系统工作压力0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力应为：大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，图2-3表明，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5MPa，则大流量泵的最高工作压力为：4.2确定液压泵

18、的最大供油量在整个工作循环过程中，两个液压泵应向液压缸提供的最大流量出现在快进工作阶段，为22.62L/min，如图2-3所示，若整个回路中的泄漏按液压缸输入流量的10%计算，则两泵的总流量应为：，工作进给时输入液压缸最大所需流量约为1.14L/min，但由于要考虑溢流阀的最小稳定溢流量3 L/min，故小流量泵的供油量最少应为4.14L/min。4.3选择液压泵的规格和类型据据以上压力和流量的数值查阅产品样本，确定PV2R型双联叶片泵能够满足上述设计要求，因此选取PV2R12型双联叶片泵，其中小泵的排量为6mL/r，大泵的排量为26mL/r，若取双联叶片泵的容积效率，则当泵的转速时，小泵的输

19、出流量为：大泵的输出流量为：双泵供油的实际输出流量为：经检验，PV2R12型双联叶片泵能够满足液压缸工作的需要。4.4选择电动机由于液压缸在快退时输入功率最大，这相当于液压泵输出压力为2.18MPa，流量为27.1L/min。取泵的总效率，则液压泵驱动电动机所需的功率为： 根据上述功率计算数据，按JB/T 10391-2002，此系统选取Y100L-6型三相异步电动机，其额定功率，额定转速。4.5确定其他原件及辅件根据上述流量及压力计算结果，对图3-4初步拟定的液压系统原理图中各种阀类元件及辅助元件进行选择。其中调速阀的选择应考虑使调速阀的最小稳定流量应小于液压缸工进所需流量。通过图3-4中4

20、个单向阀的额定流量是各不相同的，因此最好选用不同规格的单向阀。图3-4中溢流阀9、背压阀8和顺序阀7的选择可根据调定压力和流经阀的额定流量来选择阀的型式和规格，其中溢流阀2的作用是调定工作进给过程中小流量液压泵的供油压力，因此该阀应选择先导式溢流阀，连接在大流量液压泵出口处的顺序阀7用于使大流量液压泵卸荷，因此应选择外控式。背压阀8的作用是实现液压缸快进和工进的切换，同时在工进过程中做背压阀，因此采用内控式顺序阀。最后本设计所选择方案如表4-5所示，表中给出了各种液压阀的型号及技术参数。表4-5 阀类元件的选择序号元件名称通过的最大流量q/L/min规格型号额定流量qn/L/min额定压力Pn

21、/MPa额定压降Pn/MPa1双联叶片泵PV2R12-6/265.1/22162三位五通电液换向阀5035DYE10B8016<0.53行程阀60AXQF-E10B6316<0.34调速阀<1AXQF-E10B0.0750165单向阀60AXQF-E10B63160.26单向阀25AF3-Ea10B63160.27液控顺序阀22YF3E10B63160.38背压阀 0.3YF3E10B63169溢流阀 5.1YF3E10B631610单向阀 26AF3-Ea10B63160.211滤油器 30XU63×80-J36160.0212压力表开关KF3-E3B13单向阀6

22、0AF3-Ea10B63160.214压力继电器HED1KA/10104.6确定油管各元件间管道的规格按元件接口处的尺寸确定，液压缸进、出油管的规格可按照输入、排出油液的最大流量进行计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以应对液压缸进油和出油连接管路重新进行计算得到表4-6的数据。当油液在压力管中流速取3m/min时，可得到与液压缸有杆腔和无杆腔相连的油管内径分别为： 因此与液压缸相连的两根油管可以按照标准GB/T2351-2005选用公称通径为和的无缝钢管或高压软管。如果液压缸采用缸筒固定式，则两根连接管采用无缝钢管连接在液压缸缸筒上即可。如果液压缸采用活塞杆固定式，则与液压缸相连的两根油管可以采用无缝钢管连接在液压缸活塞杆上或采用高压软管连接在缸筒上。表4-6 液压缸的进、出油流量和运动速度流量、速度快进工进快退输入流量排出流量运动速度4.7 油箱的设计邮箱的容量可按下面的经验公式确定：式中：-液压泵每分钟排出的液体体积； -经验系数；当经验系数取7时，按JB/T287