液压与气压传动课程设计说明书-卧式单面多轴钻孔机床液压系统的设计.doc

液压与气压传动课程设计说明书设计课题：卧式单面多轴钻孔机床液压系统的设计专业：机械设计制造及其自动化姓名： 班级：机设086学号：学校：武汉纺织大学指导老师：时间：2011-12-18 目录课程设计任务2一、负载分析3二、液压系统方案设计41.确定液压泵类型及调速方式52.选用执行元件 53.液压回路的选择54.组成液压系统绘原理图6三、液压系统的参数计算6（一）液压缸参数计算71.初选液压缸的工作压力72.确定液压缸的主要结构尺寸73.计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率7（二）液压泵的参数计算8（三）电动机的选择91.差动快进92.工进93.快退9四、液压元件的选择101液压阀及过滤器的选择102油管的选择103油箱容积的确定11五、验算液压系统性能11（一）压力损失的验算111.工进时的压力损失验算112.快退时的压力损失验算11（二）液压系统的发热和温升验算13六、系统原理图（双泵供油）14七、阀块设计15八、参考文献16课程设计任务一、设计课题设计一台卧式单面多轴钻孔机床的液压传动系统，有三个液压缸，分别完成钻削(快进、工进、快退)、夹紧工件（夹紧、松开）、工件定位（定位、拔销）。其工作循环为：定位夹紧快进工进快退拔销松开。二、原始数据1.主轴数及孔径：主轴6根，孔径14mm；2.总轴向切削阻力：12400n；3.运动部件重量：9800n；4.快进、快退速度：5m/min；5.工进速度：0.040.1m/min；6.行程长度：320mm；7.导轨形式及摩擦系数：平导轨，；8.加速、减速时间：大于0.2秒；9.夹紧力：50006000n；10.夹紧时间：12秒；11.夹紧液压缸行程长度：16mm；三、系统设计要求1.夹紧后在工作中突然如突然停电时，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；2.快进转工进时要平稳；一、负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中家以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切削力、导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为f1，动摩擦力为f2，则而惯性力fm = m = = n = 417 n如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率m =0.95，则液压缸在各个工作阶段的总机械负载可以算出，见表1。表1 液压缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式总机械负载f/n起动f = f1 /m2063加速f = ( f2+ fm ) /m1471快进f = f2 /m1032工进f = ( ft+ f2 ) /m14084快退f = f2 /m1032根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘出负载图（f-l）和速度图（v-l），见图1a、b。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸活塞退回时的曲线。图1 负载速度图（a）负载图 （b）速度图二、液压系统的方案设计1.确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，选用单作用变量叶片泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作为定压阀。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，初定被压值。2.选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，采用差动连接，无杆腔面积a1等于有杆腔面积a2的两倍。3.液压回路的的选择根据题目的运动方式和要求，采用差动连接快速运动回路来实现快速运动。采用二位二通行程阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。另采用夜控顺序阀与单向阀来切断差动油路。本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向器的换向回路。为便于实现差动连接，选用了三位五通换向阀。夹紧回路的夹紧液压缸和定位销液压缸，均为单缸式，为保证夹紧力可靠且能单独调节，在支路上串接减压阀和单向阀；为保证定位夹紧的顺序动作，在进入夹紧缸的油路上接上单向顺序阀，只有当定位销液压缸达到和超过顺序阀的调定压力时，夹紧液压缸才动作；为保证工件确已夹紧后滑台进给液压缸才能动作，在夹紧液压缸进口处设压力继电器，只有当夹紧力达到压力继电器的调节压力时，才能发出信号，使滑台进给液压缸油路上的三位五通电液换向阀2电磁铁通电，进给液压缸才能开始快进。4.组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图所示的液压系统图，见图2。图2 卧式单面多轴钻孔机床液压系统原理图液压系统中各电磁铁的动作顺序如表2所示。表2 电磁铁动作顺序表1y2y3y行程阀定位夹紧快进工进快退拔销松开三、液压系统的参数计算(一) 液压缸的参数计算1.初选液压缸的工作压力参考同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为。2.确定液压缸的主要结构尺寸本例要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固定的单杠式液压缸。快进时采用差动联接，并取无杆腔有效面积a1等于有杆腔有效面积a2的两倍，即a1 = 2a2。为了防止在钻孔钻通时滑台突然向前冲，在回油路中装有背压阀，按课本上的表8-1，初选背压。由表1可知最大负载为工进阶段的负载f=14084n, 按此计算a1则a1 = 液压缸直径d = 由a1 = 2a2可知活塞杆直径 d = 0.707d = 0.7077.06 = 4.99 按gb/t2348-1993将所计算的d与d值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得d = 7.5 d = 5按标准直径算出按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量，因工进速度，v=0.05m/min为最小速度，则由式 由于，满足最低速度的要求。3.计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时背压按=pa代入，快退时背压按=pa代入计算公式和计算结果列于下表中。表3 液压缸所需的实际流量、压力和功率工作循环计算公式负载f进油压力回油压力所需流量输入功率pnpapal/minkw差动快进103210.90.189工进140840.220.013快退103212.20.268注：1.动连接时，液压缸的回油口到进油口之间的压力损失，而。 2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为。（二）液压泵的参数计算由表3可知工进阶段液压缸压力最大，若取进油路总压力损失，则液压泵最高工作压力可按课本上的（8-5）式算出因此泵的额定压力可取。由表3可知，工进时所需要流量最小是0.22 l/min，设溢流阀最小溢流量为2.5 l/min，则该变量泵的最小流量应为，快进快退时液压缸所需的最大流量是12.2l/min，则该变量泵因供应的最大流量为。根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用ybx-16型限压式变量叶片泵，该泵额定压力为6.3 mpa，转速范围01500 r/min，排量为016ml/r。（三）电动机的选择下面按快进、工进、快退三个阶段计算所需要的电动机功率p，取泵的最小流量为，最大流量为。1.差动快进差动快进时，液压泵的出口压力油先经三位五通电磁换向阀，然后经二位二通行程阀进入液压缸大腔，大腔的压力，査样本可知，泵的出口压力损失，于是计算可得泵的出口压力，总效率。电动机的功率2.工进考虑到调速阀所需要最小压力差，因此泵的出口压力，总效率。电动机的功率 3.快退 类似差动快进分析可知：泵的出口压力，总效率。电动机的功率综合比较，快退时所需要的功率最大。据此査样本选用y90s-4三相异步电动机，额定功率1.1 kw，额定转速1400r/min。四、液压元件的选择1.液压阀及过滤器的选择根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。本题中所有阀的额定压力都为，额定流量根据各阀通过的流量，确定为10l/min，25l/min和63l/min三种规格，所有元件的规格型号列于表4中，过滤器按液压泵最高流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。表4 液压元件明细表序号元件名称最大通过流量型号1限压式变量泵16ybx-162过滤器32xu-b321003单向阀16i-25b4三位五通电磁阀3235d1-63by5调速阀0.22q-10b6行程阀32zg-037单向阀16i-25b8液控顺序阀0.11xy-25b9背压阀0.11b-10b10减压阀20j-63b11单向阀20i-25b12二位四通电磁阀2024d-40b13单向顺序阀xi-63b14单向节流阀ldf-l10c15压力继电器dp1-63b19溢流阀16y10-b20单向阀16i-25b2.油管的选择根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额最大供应流量的两倍达32 l/min，则液压缸进、出油管直径d按产品样本，选用内径为15 mm，外径为19 mm的10号冷拔钢管。3.油箱容积的确定中压系统的油箱容积一般取变量液压泵最大供应流量的57倍，本设计取7倍，故油箱容积为五、验算液压系统性能（一）压力损失的验算及泵压力的调整1.工进时的压力损失验算工进时管路中的流量仅为0.22l/min，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失，回油路上只有背压阀的压力损失，泵的工作压力压力应等于工进时液压缸的工作压力加上进油路压差，则溢流阀19应按此压力调整2.快退时的压力损失验算已知：快退时进油管和回油管长度均为，油管直径，通过的流量为进油路，回油路。液压系统选用n32号液压油，考虑最低工作温度为15摄氏度，由手册查出此时油的运动粘度，油的密度，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 确定油流的流动状态 由课本上的公式（1-30）经单位换算为式中v平均流速（m/s）；d油管内径（m）；油的运动粘度（）；q通过的流量（）。则进油路中液流的雷诺数为 回油路中液流的雷诺数为由上可知，进回油路中的流动都是层流。 沿程压力损失 由课本上的公式（1-37）可算出进油路和回油路的压力损失。在进油路上，流速则压力损失为在回油路上，流速为进油路流速的两倍即v=3.02m/s，则压力损失为 局部压力损失 由于采用了集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部损失按课本上的公式（1-39）计算，结果列于下表表5 部分阀类元件局部压力损失元件名称额定流量实际通过流量额定压力损失实际压力损失单向阀3251620.82三位五通电磁阀46316/3240.26/1.03行程阀6633241.03注：快退时经过三位五通的两油道流量不同，压力损失也不同。若取集成块进油路的压力损失，回油路压力损失为，则进油路和回油路总的压力损失为 查表1得快退时液压缸负载f=1032n；则快退时液压缸的工作压力为按课本上的式（8-5）可算出快退时泵的工作压力为从以上验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。（二）液压系统的发热和温升验算在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，故按工进工况验算系统温升。工进时液压泵的输入功率如前面计算工进时液压缸的输出功率系统总的发热功率为：已知油箱容积,则按课本上的公式（8-12）油箱近似散热面积a为假定通风良好，取油箱散热系数，则利用课本上的公式（8-11）可得油液温升为设环境温度，则热平衡温度为所以油箱散热基本可达要求。六、系统原理图（双泵供油）图3 卧式单面多轴钻孔机床液压系统原理图表6 电磁铁动作顺序表1y2y3y行程阀定位夹紧快进工进快退拔销松开表7 液压元件明细表序号元件名称最大通过流量型号1双联叶片泵16yb-4/122过滤器32xu-b321003单向阀16i-25b4三位五通电磁阀3235d1-63by5调速阀0.32q-10b6行程阀32zg-037单向阀16i-25b8液控顺序阀0.16xy-25b9背压阀0.16b-10b1