汽车液压与气压传动课程设计报告书

中南林业科技大学交通运输与物流学院《汽车液压与气压传动》课程设计课题名称： 专用钻床的液压分析专业班级：12级交通运输3班学生： 宋宇 学号：20121009指导教师： 周源 2014年5月10日设计任务书（一） 设计课题和原始数据11、试设计一专用钻床的液压系统，要求完成“快进-工作-快退-停止（卸荷）”的工作循环。已知：切削阻力为13412N，运动部件自重为5390N，快进行程为300mm，工进行程为100mm，快进，快退运动速度为4.5m/min,工进速度为60-1000mm/min，加速和减速时间为△t=0.2s,机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=0.2,Fd=0.1（二） 系统设计要求夹紧后在工作中如突然停电时，要保证安全可靠，当主油路压力瞬时下降时，夹紧缸保持夹紧力；快进转工进时要平稳可靠；钻削是速度平稳，不受外载干扰，孔钻透时不前冲。（三） 最后提交容（电子稿和打印稿各一份）设计说明书一份液压系统原理图（A3）液压缸结构图（A3）TOC\o"1-5"\h\z课程设计任务书 1一、 液压与气压传动设计任务\o"CurrentDocument"1.1设计题目及要求 3\o"CurrentDocument"1.2设计目的 3\o"CurrentDocument"1.3设计步骤和容 3二、 工况分析2.1动作要求分析 3\o"CurrentDocument"2.2负载分析 4\o"CurrentDocument"2.3负载图和速度图的绘制 4\o"CurrentDocument"2.4液压缸主要参数确定 5三、 液压系统方案设计\o"CurrentDocument"3.1确定液压泵类型及调速方式 8\o"CurrentDocument"3.2选用执行元件 8\o"CurrentDocument"3.3快速运动回路和速度换接回路 8\o"CurrentDocument"3.4换向回路的选择 8\o"CurrentDocument"3.5定位夹紧回路的选择 83.6动作换接的控制方式选择 8\o"CurrentDocument"3.7液压基本回路的组成 93.8液压元件的选择 11四、 验算性能完成设计 12\o"CurrentDocument"五、 小结 16\o"CurrentDocument"参考书目 18一、 液压与气压传动设计任务1.1设计题目及要求：试设计一专用钻床的液压系统，要求完成”快进-工作-快退-停止（卸荷）”的工作循环.已知：切削阻力为13412N，运动部件自重为5390N，快进行程为300mm，工进行程为100mm，快进，快退运动速度为4.5m/min,工进速度为60-1000mm/min,加速和减速时间为△t=0.2s，机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=0.2,Fd=0.11.2设计目的液压系统的设计是整机设计的重要组成部分，主要任务是综合运用前面各章的基础知识，学习液压系统的设计步骤，容和方法。通过学习，能根据工作要求确定液压系统的主要参数，系统原理图，能进行重要的设计。合理的选择和确定液压元件。对所设计的液压系统性能进行校验算。为进一步进行液压系统结构设计打下基础。1.3设计步骤和容明确设计要求，进行工况分析绘制负载和速度循环图；确定液压系统的主要性能参数；进行方案设计，拟定液压系统原理图；设计和选择液压元件；验算液压系统的性能；液压缸的设计；绘制工作图，编写技术文件，并提出电气控制系统的设计任务书。二、 工况分析2.1动作要求分析2.2负载分析工作负载：工作负载与设备的工作情况有关，在机床上，与运动件的方向同轴的切削力的分量是工作负载。F=13412NL摩擦负载：摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力，它与支承面的形状，放置情况，润滑条件以及运动状态有关。静摩擦负载FffsG=(0.2*5390)=1078N动摩擦负载Ffd=fdG=(0.1*5390)=539N惯性负载：惯性负载是运动部件的速度变化是，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算。加速F1二m*a1=(5390/9.81)*(0.075/0.2)=206.04N减速F2=m*a2=(5390/9.81)*(0.074/0.2)=203.29N2.3负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和已知的各个阶段的速度，由于行程是400mm，设定快进时的行程L1=300mm，工进时的行程L2=100mm。可绘出负载图(F-l)和速度图(v-l)，见图1-2a、b。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸退回时的曲线。加bi)is：

2.4液压缸主要参数确定初选液压缸的工作压力按负载大小根据表2选择液压缸工作压力(2)计算液压缸尺寸按最大负载Fmax计算缸筒面积A得A=£ma^=16412.94=54.71x10-4m2p3x106计算缸筒径D得-4A ：4x54.71X10-4D=：=，=0.083m=83mm、 3.14159按计算结果根据表3选择缸筒径标准值。表3液压缸径和活塞杆直径标准系列(GB/T2348—1993)mm断如内御 …板50.63,80.(90),IM.(11Q),125,(啊,160..治耕F直御 .,诲36,40.45、50、56,63,70.凯90、100.110…按标准取D=90mm(壁厚5mm，单重11.17kg/m)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d，于是有4q_4q冗d2 冗(D2-d2)D2/(D2-d2)=1.3 d=43.23mm按标准取d=45mm则液压缸的有效作用面积为：无杆腔的面积A=1/4*n*D2=1/4*n*92=63.59cm21有杆腔的面积A=1/4*n*(D2-d2)=1/4*n*(92-4.52)=47.69cm22(3)活塞杆稳定性校核活塞杆的总行程为400mm,而活塞杆的直径为45mm,l/d=400/45=8.89<10...不用稳定性校核计算液压缸流量、压力和功率流量计算4.5q快进=(A1-A2)v1=(63.59-47.69)x10-4x好=1.19x10-4m3/s-7.155L/minq进-Av-63.59x10-4x£0-5.3x10-5m3/s—3.1L/min4.5q快退-Av-47.59x10-4x__-3.5x10-4m3/s—21.4L/min压力计算p-Z快^- 634」2快进A-A(63.59-47.69)x10-4-0.40x106Pi-0.4MPap-"工讲-16412.94-2.58x10-6Pa-2.58MPa工进 A] 63.59x10-4p-♦退- 634.12—-0.13x10-6Pa-0.13MPa快退A 47.69x10-427.155x10-33P功率计算q=0.4x106x=47.7W快进快进快进 6031x10-3P工进=p工进q工进=2.58x106x_60_=133.3WP=pq=0.13x106x21.4x10-3=46.4W快退快退快退 60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4所示。由表绘制液压缸的工况图如图3所示。1:祝、JMjp(M&)流成1(L/min)功率F(WJ快进9A7J5547.71进2.58快退IM32M46.4图3 液压缸的工况图三、液压系统方案设计3.1确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，由于快进、快退和工进速度相差比较大，为了减少功率损耗，采用限压式变量叶片泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值P尸0.8Mpa。b3.2选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A1等于有杆腔面积A2的两倍。由于结构上的原因和为了有较大的有效工作面积，定位缸和夹紧缸也采用单杆活塞液压缸。3.3快速运动回路和速度换接回路根据运动方式和要求，采用差动连接快速运动回路来实现快速运动。根据设计要求，速度换接要平稳可靠，另外是专业设备，所以可采用行程阀的速度换接回路。若采用电磁阀的速度换接回路，调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，但速度换接的平稳性较差。3.4换向回路的选择由速度图可知，快进时流量不大，运动部件的重量也较小，在换向方面无特殊要求，所以可选择电磁阀控制的换向回路。为方便连接，选择三位五通电磁换向阀。3.5定位夹紧回路的选择按先定位后夹紧的要求，可选择单向顺序阀的顺序动作回路。通常夹紧缸的工作压力低于进给缸的工作压力，并由同一液压泵供油，所以在夹紧回路中设减压阀减压，同时还需满足；夹紧时间可调，在进给回路压力下降时能保持夹紧力，所以要接入节流阀调速和单向阀保压。换向阀可连接成断电夹击方式，也可以采用带定位的电磁换向阀，以免工作时突然断电松开。3.6动作换接的控制方式选择为了确保夹紧后才能进行切削，夹紧与进给的顺序动作应采用压力继电器控制。当工作进给结束转为快退时，由于加工零件是通孔，位置精度不高，转换控制方式可采用行程开关控制。3.7液压基本回路的组成将已选择的液压回路，组成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统原理图。此原理图除应用了回路原有的原件外，又增加了液控顺序阀6和单向阀等，其目的是防止回路间干扰及连锁反映。从原理图中进行简要分析：工件定位夹紧：先定位压力油f减压阀8f单向阀9f电磁换向阀10f定位缸18无杆腔定位缸18有杆腔f电磁换向阀10f油箱再夹紧工件定位后，压力油压力升高到单向顺序阀开启的压力，单向顺序阀开启。压力油f单向顺序阀11f单向调速阀12f夹紧缸17无杆腔夹紧缸17有杆腔f电磁换向阀10f油箱快进：2YA通电，电磁换向阀3左位工作，由于系统压力低，液控顺序阀6关闭，液压缸有杆腔的回油只能经换向阀3、单向阀5和泵流量合流经单向行程调速阀4中的行程阀进入无杆腔而实现差动快进，显然不增加阀6,那么液压缸回油通过阀7回油箱而不能实现差动。叶片泵1f单向阀2f电磁换向阀3f单向行程调速阀4f主液压缸19(差动连接)工进：4YA通电，切断差动油路。快进行程到位，挡铁压下行程开关，切断快进油路，4YA通电，切断差动油路，快进转工进，系统压力升高，液控顺序阀6被打开，回油腔油液经液控顺序阀6和背压阀7流回油箱，此时，单向阀5关闭，将进、回油路隔开，使液压缸实现工进。叶片泵1f单向阀2f电磁换向阀3f单向行程调速阀4f主液压缸19无杆腔主液压缸19有杆腔1电磁换向阀3f液控顺序阀6f背压阀7f油箱快退：3YA通电，工进结束后，液压缸碰上死挡铁，压力升高到压力继电器调定压力，压力继电器发出信息，2YA断电，3YA、4YA通电。叶片泵一单向阀4一电磁换向阀3—主液压缸有杆腔主液压缸无杆腔一单向行程阀4一电磁换向阀3—油箱主液压缸无杆腔快退到位碰行程开关，行程开关发信息，下步工件拔销松夹。拔销松夹：1YA通电液压油一减压阀8单向阀9一电磁阀10—定位缸18和夹紧缸17的有杆腔定位缸18无杆腔一电磁阀10—油箱夹紧缸16无杆腔一单向调速阀12的单向阀一单向顺序阀11的单向阀一电磁阀10—油箱工件松夹后发出信息，操作人员取出工件。系统组成后，应合理安排几个测压点，这些测压点通过压力表开关与压力表相接，可分别观察各点的压力，用于检查和调试液压系统。系统原理图如下表2-1电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y4Y定位夹紧____快进_+__工进_+_+快退__++拔销松开+___3.8液压元件的选择(1)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工△pl=0.2~0.5MPa,有调速阀和管路较复杂的系统取工△pl=0.5~1.5MPa。液压缸在整个工作循环中最大工作压力为2.58MPa,由于系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失工△pl=0.5MPa,计算液压泵的工作压力为pp=p+E^pl=2.58+0.5=2.63MPa2.计算所需液压泵流量考虑泄漏的修正系数K：K=1.1〜1.3。液压缸在整个工作循环中最大流量为 21.4L/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=1.1X21.4=23.54L/min由于溢流阀最小稳定流量为3L/min,X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.选用液压泵单泵Singlepump型号排量压力转速容积效率驱动功率重量YB1〜446.3960M851.15YB1〜25256.3960M903.39双泵：DoublePumpLL1L2L3BB1HSD1D2dd1CtbZ1Z2Z325510638144452014511090dc12820d115225Z1Z3/”Z1/4由［3］第5卷P158选用YB1—10/16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npV=0.85,总效率n=0.8，额定转速分别为1450r/min和960r/min.

4.选用电动机拟选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尸=pq0=§祯6x1伽"3.229600次但85=6&20晶min计算所需1电动机功率为60X0.8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。选择阀类元件及辅助元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。非标件油管油管尺寸根据实际流量类比确定，采用径为16mm，外径为20mm的紫铜管。油箱油箱容积计算如下V=(5~7)qp=(5~7)X21.22=106.1~148.54L取V=150L。四、验算性能完成设计4.1液压系统的性能验算(1)压力损失验算按液压泵的实际输出流量估算压力损失。1寸迪液在笋中的流速3x4=5.52m/s进油管流速6'x162x10-6AV"AV"=2V'=回油管流速v”'1x5.52=2.81m/s78.542•沿R程压力损失会.52x10x10-3_552¥300设系系统采用L二HM31液压油r4室函为院W时粘度为v=1.0X10-4m2/sa)进油沿程压力损失△Pf1层流状态：入1=75/Re1=75/552=0.14庞P油液的1密度为P=8004/^30jo回油管长度均为2m，得进油沿程压力损失为=3.8x105Pa=0.38MPaA1/pv”2 … 2 890x2.812Ap,=X=0.27x x b）回油沿程压力损失 10x10-3 2=1.9x105Pa=0.19MPa层流状季：入2=75/Re翎瓯9481=0.27p=—+zAp= :—+0.53x106=3.64x106Pa=3.64MPa总沿程压力损失 63.59x10-4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=0.1X0.48=0.05MPa总压力损失E^pE^p=E^pf+E^pr=0.48+0.05=0.53MPa原设E^p=0.5MPa，与计算结果非常接近。(2)调定压力的确定双联泵系统中卸荷阀的调定值为取 p卸二4.1MPa溢流阀的调定值应大于卸荷阀调定压力0.3~0.5MPa。取p溢二4.5MPa40.06顺序阀的调定值座为40.06Ap=Ap+2Ad=0.38+~~如0.19=0.48MPap顺F0.29+H△pAO.29+0295=1.24MPa78・541 *背压阀的调定值取为p背=0.3MPa系统温升验算理时理在整聿工2作循4444所野的时间任纳达?眨7%,所以系统温升可按工进计算。工进时液压缸的有效功率为pq+pq

p=pipipipi工进i时液压缸的有效功率为工进时大流量泵卸荷，卸荷压力为0.3MPa,，小流量泵在高凰3他楠下供油O两个泵的倒输1出球率为96»1眼- 0"8^60=82WH=p.—p=824-20.37=803.63W由此得液压0统单V时'=的发06量为1502=1.835秫2设油箱的三个边长在1：1：1~1：2：3围，计算散热面积为Re= =睥x10、10-3=281<23002v 1.0X10-4按通风良好取散热系数h=15X10-3kW/(m2D,计算油液温升为12=t1+At=20+29.20=49.20°C<65°C设室温t1=20°C，得油液温度t2为热平衡计算在允许围。▲H803.63x10-3 5…At=a==,… …=29.20°ChA15x10-3x1.835五、小结通过这段时间的设计，我认识到自己很多的不足，自己认识的很多盲点和漏洞，知识和实践的差距，所以说通过这次设计我深刻认识到理论联系实际的能力还需要提高，液压是一门机械专业十分重要的专业基础课。同时液压在实际生产的应用上也发挥了契机巨大的作用。在工业生产的各个部门应用液压传动技术。工程机械，矿上机械，压力机械和航天工业中，常常采用液压传动，因为其结构简单，体积小，重量轻，输出力大；机床上采用液压传动是取其能在工作过程中方便的实现无级调速，易于实现频繁的换向，易于实现自动化；在电子工业，包装机械，印染机械，食品机械等方面应用气压传动主要是取其操作方便，无油，无污染。由此可见，液压的应用很广泛，发挥的作用也十分巨大。液压课程设计是是对液压课程所学理论知识的一次具体的应用和实践，增强学生所学知识以及具体方法的实际应用有很大的帮助。通过这次课程设计，使我对于液压系统设计有了一个更加形象和直观的认识与掌握。这个过程中锻炼了我分析解决问题，应用和查阅相关机械资料进行设