液压气动控制技术课程设计

机械设计制造及其自动化专业课程设计任务书设计题目《组合机床的液压动力滑台的液压系统设计》学生姓名董艳玲课程设计目的与要求：课程设计目的：为了将所学的液压气动技术应用到实际生产过程中。本设计主要围绕铣床的液压动力滑台的液压系统设计，以加强对液压控制系统的深入了解。最终，用所学的液压气动技术来解决实际问题。本课程的学习目的在于使我们综合运用《液压与气压传动》课程及其它先修课程的理论知识和生产实际知识，进行液压传动的设计实践，使理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。通过设计实际训练，为后续专业课的学习、毕业设计及解决工程问题打下良好的基础。课程设计要求：设计一台组合机床的液压动力滑台的液压系统。已知参数：切削负载FL=28000N，机床工作部件总质量m=2000kg，快进、快退速度均为5m/min，工进速度在50～200mm/min范围内可无级调节。滑台最大行程6000mm，其中工进的行程是2000mm，往复运动加减速时间≤0.2s，滑台采用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系数fd=0.1，滑台要求完成“快进—工进—快退—停止”的工作循环。二、课程设计内容：（1）明确设计要求进行工况分析；（2）确定液压系统主要参数；（3)拟定液压系统原理图；（4）计算和选择液压件；（5）验算液压系统性能；（6）设计液压系统原理图1张；（7）设计油箱工作图和液压缸工作图各1张（8）编制设计计算说明书1份三、课程设计进度安排2018-3-8——2018-3-18：选设计题目；2018-3-18——2018-4-03：收集所选设计题目的资料；2018-4-03——2018-4-15：绘制图纸；2018-4-15——2018-4-20：编写课程设计正文；2018-4-23：提交课程设计。组合机床的液压动力滑台的液压系统设计目录一、液压系统的设计要求………………5二、工况分析…………51、负载分析…………52、确定液压缸的主要参数……………7三、拟定基本回路……………………91、选择各基本回路……………………92、绘制液压系统原理图……………10四、选择液压元件……………………101、液压泵和驱动电机………………102、阀类元件…………123、辅助元件…………134、油管………………145、油箱………………14五、液压系统性能验算……………141、液压系统压力损失估算…………142、温升验算………16六、绘制工作图………16参考文献……………17一、液压系统的设计要求设计一台组合机床的液压动力滑台的液压系统。已知参数：切削负载FL=28000N，机床工作部件总质量m=2000kg，快进、快退速度均为5m/min，工进速度在50～200mm/min范围内可无级调节。滑台最大行程6000mm，其中工进的行程是2000mm，往复运动加减速时间≤0.2s，滑台采用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系数fd=0.1，滑台要求完成“快进—工进—快退—停止”的工作循环对组合机床液压动力滑台的液压系统的基本要求是：1、为完成切削工件的任务，要求液压缸缸驱动动力滑台实现“快速进给——工作进给——快退——原位停止”的工作循环。2、液压系统功率大，空行程和加压行程的速度差异大，因此要求功率利用合理。3、组合机床的液压动力滑台液压系统对工作平稳性和安全性要求较高。二、工况分析1、负载分析：计算液压缸工作过程各阶段的负载：(1)切削负载FL=28000N(2)摩擦负载Ff：拉床的工作部件对动力滑台的压力Fn=mg=2000×9.81=19620N静摩擦负载Ffs=Fn·fs=19620×0.2=3924N动摩擦负载Ffd=Fn·fd=19620×0.1=1962N(3)惯性负载Fm重力G=mg=2000×9.81=19620N重力加速度g=9.81m/s2833.3N根据以上计算，可得各工作阶段的液压缸负载如下表1所示表1液压缸各工作阶段的负载工况负载组成负载值（N）启动F=Fn·fs3924加速F=Fn·fd+m·Δv/Δt1962+833.3=2795.3快进F=Fn·fd1962工进F=Fn·fd+FL1962+28000=29962快退F=Fn·fd1962按表1数据画出负载循环图1负载图根据给定的快进、快退速度及工进时的速度范围，画出速度循环图2如下：图2速度图2、确定液压缸的主要参数：参考书上（第145页）表9-3各类液压设备常用的工作压力，选液压系统工作压力P1=3MPa，动力滑台要求快进、快退速度相等，选用单活塞杆液压缸，快进时采用差动连接。取液压缸无杆腔面积A1与有杆腔面积A2之比为2：1，即活塞杆直径d与液压缸缸体内径直径（活塞直径）D有：d=0.707D，为防止铣削完后，滑台产生前冲现象，液压缸回油路上应有背压P2，取P2=0.6MPa从负载图上可知，工进时有最大负载，按此最大负载求液压缸尺寸：P1·A1=A1=2A2液压缸效率ηm=0.95A1==×10-6m2=116.8×10-4m2D===0.122m活塞杆直径d=0.707D=0.707×0.122m=0.086m按GB2348-80圆整就近取标准值：D=130mmd=90mm确定了液压缸结构尺寸，就可以计算在各工作阶段中压力、流量和功率，列于表2表2液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率工况负载F(N)进油腔压力P1(MPa)回油腔压力P2(MPa)输入流量Q(m3·S-1×10-3)输入功率P(kw)计算式快进（差动）启动39240.650————P1=(F/ηm+A2·ΔP)/(A1-A2)Q=(A1-A2)v1P=P1·Q加速2795.30.94P1+ΔP————恒速19620.8(ΔP=0.03)0.530.43工进299622.690.60.04420.12P1=(F/ηm+A2·P2)/A1Q=A1v2P=P1·Q快退启动39240.600————P1=(F/ηm+A1·P2)/A2Q=A2v3P=P1·Q加速2795.31.570.6————恒速19621.430.60.580.83依据表2的计算结果，画工况图3如下：图3液压缸工况图三、拟定基本回路从已知条件可知，液压系统应该具有快速运动、换向、速度换接和调压、卸荷等回路。为了提高液压系统的效率，可选择变量液压泵或双泵供油回路，此处选用双泵供油。选择各基本回路：双泵供油回路：有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，低压大流量泵卸荷，由溢流阀调定系统工作压力。快速运动和换向回路：采用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，并实现快进时，液压缸的差动连接。速度换接回路：为提高换接的位置精度，减小液压冲击，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，保证换向过程平稳。卸荷回路：在双泵供油回路中，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。滑台工进时，液压缸的进、回油路互通，不能实现工进，应在换向回路中串联单向阀a，将进、回油路隔断。为了实现液压缸差动连接，应在回油路上串接一个液控顺序阀b，阻止油液流回油箱。滑台工进后应能自动转为快退，应在调速阀出口处接压力继电器d为防止空气进入液压系统，在回油箱的油路上接一个单向阀c绘制液压系统原理图液压系统原理图如图4所示，见附页四、选择液压元件1、液压泵和驱动电机：（1）双泵供油的两个液压泵的最大工作压力不同，应分别计算：液压缸的最高工作压力为2.69MPa，取进油路压力损失为0.8MPa，压力继电器的动作压力比系统最大工作压力高0.5MPa。据此，高压小流量泵的最大工作压力Pp=2.69+0.8+0.5=3.99MPa从工况图中可知：液压缸快进、快退时的最大压力为1.57MPa，取进油路压力损失为0.5MPa，则低压大流量泵的最大压力PP1=1.57+0.5=2.07MPa（2）两泵同时供油的最大流量为0.67×60L/min，取泄漏系数KL=1.05，则两泵合流时的实际流量Qp=1.05×0.67×60=42.21L/min（3）溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸的流量为0.0000442×60×1000L/min=2.652L/min，高压小流量泵的流量=3+0.5=3.5L/min根据以上压力、流量查产品样本，选定双联叶片泵型号为：PV2R12-6/26，排量分别为6mL/r和41mL/r，生产厂家：上海日颖液压成套设备有限公司PV2R12-59+12R-F-RRX型号说明大泵

排量小泵

排量旋转方向（从轴端看）安装方式吸油口方向大泵出口方向

（从轴端看）小泵出口方向

（从轴端看）双联定量叶片泵

（高压型）参照规格表参照规格表R:顺时针方向

（标准）

L:逆时针方向F：法兰式

L：脚座式无标记：向上

（标准）

D：向下

R：向右

L：向左无标记：向上

（标准）

D：向下

R：向右

L：向左无标记：左上45°

（标准）

X：右上45

Y：右下45

Z：左下45规格表型号最高使用

压力MPa大泵排量

mℓ/rev小泵排量

mℓ/rev配管尺寸（PT）转数rpm重量kg最高额定入口出口（小）出口（大）最大最小法兰型脚座式PV2R1221

*1617.5

*1641,47

53,59

656,8,10

12,14

17,19

23,25

*312"1/2"3/4V2R1321

*1617.5

*1676,94

1163"1/2"11/4液压泵转速n=940r/min时，液压泵的理论流量=(6+41)×940/1000=44.18L/min取液压泵的容积效率η=0.9，则液压泵的实际输出流量为Qp=44.18×0.9=39.76L/min查液压缸工况图，可知，液压缸快退时，所需功率最大。液压泵工作压力为1.43MPa，流量为34.8L/min，取液压泵的总效率ηp=0.75，则驱动电机的功率P===1.11kw查电机样本，选Y100L-6型三相异步电动机，功率为1.5kw，转速940r/min阀类元件按阀类元件在工作中的最大工作压力和通过该阀的实际流量，选择该阀的规格型号。溢流阀的选择：直动式溢流阀响应快，宜作安全阀。先导式溢流阀启闭特性好，调压偏差小，常用作调压阀、背压阀。先导式溢流阀的最低调定压力在0.5~1MPa范围内。溢流阀的流量应按液压泵的最大流量选取，其最小稳定流量为额定流量的15%以上。PV2R12-6/26型双联叶片泵的额定流量=（6+41）×940×0.9/1000=39.76L/min，所以，溢流阀可能的最大溢流量=39.76L/min，选用广州市明欣液压元件有限公司的RV-04T-3型先导式溢流阀，该阀的额定流量为50L/min流量阀的选择：中、低压流量阀的最小稳定流量为50～100mL/min，高压流量阀为2.5～20L/min，此数值应满足执行元件最小运动速度的要求。最小工进速度要求是50mm/min，液压缸活塞面积=（130/2）2×π=13266.5mm2，最小流量=50×13266.5=663325mm3/min=0.663325L/min，最大工进速度要求是200mm/min，最大流量=200×13266.5=2653300mm3/min=2.6533L/min，选用广州市明欣液压元件有限公司的FKC-G02型调速阀，规格型式号码最高使用压力

(bar)最大流量

(L/min)流量调整范围

(L/min)重量

(kg)FKC-G0270202:0.05-2

4:0.05-41.2FKC-G03302.0FKC-G02201.2FKC-G03302.0使用说明●铭版上10等到份的刻度，每格的流量皆相同。

●FKC推杆型之转子接于机械的推杆上可移动的往返，达到二次调整及开闭的功能。FNC平面型及

F(C)S电磁式只能一次调整速。

■外型尺寸图

●FKC-02

●FNC-02

●FKC-03

●FKC-03-L

●FNC-03-R

该阀的流量调节范围是0.05～20L/min，能够工作满足要求。换向阀的选择：按通过换向阀的实际流量选定阀的规格。中、小流量时，可用电磁换向阀，流量较大时，应选用电液换向阀或插装式锥阀，根据系统需要选择三位换向阀的中位机能。快进时，由于是差动连接，所以，通过换向阀的最大流量=39.76×2=79.52L/min，故选择35DYFY-E10B型三位五通电液阀，该阀的额定流量=80L/min，额定压力=16MPa，额定压降<0.5MPa。辅助元件按辅助元件在油路中的最大压力和实际流量，选出元件的规格型号，如表3：表3元件的型号及规格序号元件名称估计通过流量L/min额定流量L/min额定压力MPa额定压降MPa型号、规格1双联叶片泵——5.1+2217.5——PV2R12-6/262三位五通电液阀54.28016<0.535DYF3Y-E10B3行程阀506316<0.3FKC-G02单向行程调速阀Qmax=100L/min4调速阀0.50.05～2016——5单向阀6063161.26单向阀256316<0.2AF3-Ea10BQmax=80L/min7液控顺序阀256316<0.3XF3-E10B8背压阀0.56316——YF3-E10B9溢流阀55016——RV-04T-310单向阀256316<0.2AF3-Ea10BQmax=80L/min11滤油器306316<0.02XU-J63X8012压力表开关————16——KF3-E3B3测点13单向阀606316<0.2AF3-Ea10BQmax=80L/min14压力继电器————14——PF-B8L8通径油管：元件之间的连接管道规格按液压元件接口尺寸决定。液压泵选定后，需重新计算液压缸工作各阶段的进、出油流量。见表4表4液压缸的进、出油流量快进工进快退输入流量L/minQ1=(A1Qp)/(A1-A2)=(0.01332665×39.76)/(0.01332665-0.0063585)=76.7Q1=6.533Q1=Qp=39.76排出流量L/minQ2=(A2Q1)/A1=(0.0063585×76.7)/0.01332665=36.6Q2=(A2Q1)/A1=(0.0063585×6.533)/0.01332665=3.12Q2=(A1Q1)/A2=(0.01332665×39.76)/0.006908=76.7运动速度m/minV1=Qp/(A1-A2)=(39.76×10-3)/(0.01332665-0.006908)=6.25V2=Q1/A1=(6.533×10-3)/0.0132665=0.2V3=Q1/A2=39.76×10/44.77=6.05油箱：油箱容量V按液压泵的额定流量计算，取ζ=7V=ζQp=7×39.76=278.32L按GB2876-81规定，就近取标准值，V=300L五、液压系统性能验算1、液压系统压力损失估算：由于具体管路布置尚未确定，沿程压力损失暂无法计算。只对阀类元件的压力损失进行估算，待管路装配图确定后，再计算管路的沿程和局部压力损失。压力损失要按不同的工作阶段分别计算：快进：快进时液压缸是差动连接，进油路上有单向阀10，其通过流量为39.76L/min，电液换向阀2，其流量为39.76L/min，通过行程阀3的流量为51.25L/min，其进油路总压力损失∑ΔPv为：∑ΔPv=[ΔPn1()2+ΔPn2()2+ΔPn3()2]=[0.2×()2+0.5×()2+0.3×()2]=0.4MPa式中：ΔPn——阀的额定压力损失Qo——阀的实际过流量Qn——阀的额定流量回油路上液压缸有杆腔的油液通过电液换向阀和单向阀6的流量均为24.15L/min，然后与液压泵供油汇合，通过行程阀进入无杆腔，据此可算出有杆腔与无杆腔之压力差ΔP=P2-P1=[0.5×()2+0.2×()2+0.3×()2]=0.274MPa工进：进油路上电液换向阀2的流量为0.5L/min，调速阀4的压力损失为0.5MPa；回油路上通过换向阀2的流量为0.24L/min，背压阀8的压力损失为0.6MPa，顺序阀的流量为0.24+22=22.24L/min，折算到进油路的总损失为∑ΔPv=0.5×()2+0.5+[0.5×()2+0.6+0.3×()2]×=0.8MPa液压缸回油腔的压力P2=0.5×()2+0.6+0.3×(