液压与气压传动课程设计卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台系统.doc

。液压课程设计学年论文 卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台系统 起止日期： 20XX 年 XX 月 XX日 至 20XX 年 XX 月XX日学 生 姓 名 XXX 班 级 机设XXX班 学 号 XXXXXXXXXXX 成 绩 指 导 教 师（签 字） XXX 机械工程学院年 月 日 17课程设计任务书1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）：设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。1）机床要求的工作循环是：快速接近工件，然后以工作速度钻孔，加工完毕后快速退回原始位置，最后自动停止；动力滑台采用平导轨，往复运动的加速、减速时间为0.2s。2）机床的其他工作参数（九）如下： 其他参数运动部件总重力G=24000N切削力Fw=17000N快进行程l1=300mm工进行程l2=80mm快进、快退速度v1=v3=5m/min工进速度v2=100600mm/min静摩擦系数fs=0.2动摩擦系数fd=0.1 3）机床自动化要求：要求系统采用电液结合，实现自动循环，速度换接无冲击，且速度要稳定，能承受一定量的反向负荷。4）完成：按机床要求设计液压系统，绘出液压系统图。确定滑台液压缸的结构参数。计算系统各参数，列出电磁铁动作顺序表。选择液压元件型号，列出元件明细表。验算液压系统性能。 4课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容12008、12、15理论计算、参数选择22008、12、16-17绘制液压系统图32008、12、18-19设计说明书撰写和答辩主指导教师签名XXX日期： 年 月 日XXXX大学课程设计说明书 课程名称： 液压与气压传动 题目名称： 卧式单面多轴组合钻床动力滑台系统 班 级：0X 级 机械设计及其自动化 专业 0X 班姓 名： XXX 学 号： XXXXXXXXXXX 指导教师： XXX 评定成绩：教师评语： 指导老师签名： 20XX 年 XX月 XX日成绩评阅教师日期目录一：负载分析6二：液压系统方案设计8三：液压系统的参数计算10四：液压元件的选择12五：验算液压系统性能13六：参考文献15七：心得体会15液压与气压传动课程设计一：负载分析负载分析中，先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加以考虑。因工作部件诗卧式放置，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，惯性力和夹紧力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为Ffs,动摩擦力为Ffd, 则 Ffs=fsFN=0.224000N=4800NFfd=fdFN=0.124000N =2400N而惯性力 Fm=mv/t=Gv/gt240005/9.80.260=1020。408163N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=0.94，则液压缸在个工作阶段的总机械负载可以算出，如下表：表一：液压缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式总机械负载启动F= Ffs/m510638加速F=( Ffd+ Fm)/ m363873快进F= Ffd/m255319工进F= (Ffd+Ft)/ m20638。19快退F= Ffd/m255319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)。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下是液压缸活塞退回时的曲线。负载图 速度图二：液压系统方案设计1：确定液压泵类型及调速方式 参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油，调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀做定压阀。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回路上加背压阀，初定背压值Pb=0.8Mpa.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的二倍。3：快速运动回路和速度换接回路 根据运动方式和要求，采用差动连接和双泵供油二种快速运动回路来实现快速运动。即快进时，由泵和蓄能器同时供油，液压缸实现差动连接。 采用二位二通电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，且能实现自动化控制，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大小也容易调整，另外采用液压顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程阀与压力联合控制形式。4：换向回路的选择由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电磁换向阀。为提高换向的位置精度，采用死党铁和压力继电器的行程终点返程控制。5：组成液压系统绘原理图表二：电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y停止-快进+-工进+-+快退-+- 将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图。如下图所示，为便于观察调整压力，在液压泵的进口处，背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表即能观测各点压力。三：液压系统的参数计算（一） 液压缸参数计算1：初选液压缸的工作压力初定液压缸的工作压力P1=40105Pa。2：确定液压缸的主要结构尺寸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杆式液压缸。快进时采用差动连接，并取无杆腔有效面积A1等于有杆腔有效面积A2的二倍，即A1 =2A2。为了防止在钻孔钻通时滑台突然前冲，在回油路中装有背压阀，按表8-2，初选背压阀Pb=8105Pa。由前面的表格知最大负载为工进阶段的负载F=21579N，按此计算A1.则 A1=F/(P1-1/2Pb)=20638。29/40105-1/2(8105)=57。33cm2液压缸直径D=（4A1/）1/2=(457。33/3.14）1/2=8。55cm由A1 =2A2，可知活塞杆直径d=0.707D=0.7078.55cm=6.05cm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=9cm d=6。3cm按标准直径算出 A1=D2/4=92/4=63.6cm2 A2=(D2-d2)/4=(92-6。32)/4=32.4cm2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qmin=0.05L/min，因工进速度V=0.1m/min为最小速度，则有A1qmin/Vmin=0.05103/0.1102cm2=5cm2A1=63.6cm25cm2,满足最低速度的要求。3：计算液压缸各阶段的工作压力，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Pb=8105Pa代人，快退时背压按Pb=5105Pa代人计算公式和计算结果于下表中表三：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Pj回油压力Pb所需流量输入功率PNPaPaL/minkw差动快进Pj=（F+PA2）/(A1-A2)q=V(A1-A2)P= Pjq2553198308105133081051560.216工进Pj=(F+PbA2)/A1 q=VA1P=Pjq20638。2940810581051.192。5440.0210.173快退Pj=（F+PA1）/A2q=VA2P=Pjq255319157105510516204239注：1.差动连接时，液压缸的回油口到进油口之间的压力损失P=5105Pa,而Pb=Pj+P。 2：快退时，液压缸有杆腔进油，压力为Pj,无杆腔回油，压力为Pb.4:画出工况图（二） 液压泵的参数计算由表一可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失P=5105Pa，压力继电器可靠动作需要压力差为5105Pa，则液压泵最高工作压力可按式8-5算出 Pp=P1+P+5105=(40。8+5+5)105Pa=53。8105Pa 因此泵的额定压力可取Pr1.2553.8105Pa=67.25105Pa由表三可知，工进时所需流量最小是2.544L/min，设溢流阀最小溢流为2.5L/min，减压阀工作时的正常泄出为0.5L/min。 取泄露系数K=1.1,则小流量泵的流量应为qp1(1.12.544+2.5+0.5)L/min=5.3L/min 快进快退时液压缸所需的最大流量是16.2L/min，则泵的总流量为qp=1.121.18L/min=17.82L/min即蓄能器的流量qp2qp -qp1=17.82-5.3=12.52L/min。根据上面计算的压力和流量，并考虑液压泵存在容积损失，查液压元件及选用，选用YYB-AA6/36型的双联叶片泵，该泵额定压力为7MPa.表四：中压双联叶片泵的型号和技术参数型号规格几何排量/（mL/r）额定压力（MPa）额定功率/（r/min）YYB-AA6/36小排量泵671000(三)电动机的选择 系统为双泵供油系统，其中小泵1的流量qp1=(6.510-3/60)m3/s=0.108310-3m3/s,蓄能器量q2=(1310-3/60)m3/s=0.21710-3m3/s。差动快进，快退时泵和蓄能器同时向系统供油；共进时，泵向系统供油，蓄能器关闭。下面分别计算三个阶段所需的电动机功率P。1：差动连接 差动快进时，蓄能器的出口压力油管后与小泵1汇合，然后经单向阀2，三位五通阀3，二位二通阀4进入液压缸大腔，大腔的压力P1=Pj=8.308105Pa,由样本可知，小泵的出口压力损失P1=4.5105Pa，于是计算得小泵的出口压力Pp1=12.808105Pa(总效率1=0.5)，大泵出口压力Pp2=13105Pa(总效率2=0.5).电动机功率： P1= Pp1q1/ 1+ Pp2q2/ 2=131050.110-3)/0.5=281.58W2:工进 考虑到调速阀所需最小压力差P1=5105Pa。压力继电器可靠动作需要压力差P2=5105Pa因此工进时小泵的出口压力Pp1=P1+P1+P2=50.8105Pa.而大泵的卸载压力取Pp2=2105Pa.（小泵的总效率1=0.565）.电动机功率： P2= Pp1q1/ 1+ Pp2q2/ 2=(50.81050.108310-3)/0.565=974W3：快退 类似差动快进分析知：小泵的出口压力Pp1=16.5105Pa(总效率1=0.5)，大泵出口压力Pp2=18105Pa(总效率2=0.51).电动机功率： P3= Pp1q1/ 1+ Pp2q2/ 2=(16.51050.110-3)/0.51=357.39W综合比较，快退时所需功率最大。据此查样本选用Y132M1-6异步电动机，电动机功率4KW。额定转速960r/min。四：液压元件的选择1：确定阀类元件及辅件 根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅助规格如下表所示。其中溢流阀12按小流量泵的额定流量选取。过滤器按液压泵额定流量的2倍选取吸油用线隙式过滤器。表中序号与系统原理图的序号一致。表五：液压元件明细表序号元件名称最大通过流量/L.min-1型号备注1双联叶片泵16YYB-AA6/36查液压元件及选用表2-1002单向阀16I-25B查液压元件及选用表4-1463三位五通电磁阀3235D1-63BY查液压元件及选用表4-1684二位二通电磁阀3222D1-63BH查机械设计手册单行本表20-7-1645调速阀2.544Q-10H8查机械设计手册单行本表20-7-1246压力继电器DP1-63B查液压元件及选用表4-967单向阀16I-25B查液压元件及选用表4-1468液控顺序阀0.16XY-25B查液压元件及选用表4-819背压阀0.16B-10B查机械设计手册单行本表20-7-8410液控顺序阀（卸载用）12XY-25B查液压元件及选用表4-8111蓄能器13查液压元件及选用表4-14612溢流阀4Y-10B查液压元件及选用表4-1413过滤器32XU-B32100查液压元件及选用表5-1714压力表开关K-6B2：油管的选择快进时，q1=A1(qp1+qp2)/(A1-A2)=63.6(4+4.308)/31.2=15.2L/min快退时，q2=A2(qp1+qp2)/A1=32.4（11.392+4.308）/63.6=16.2L/min查产品样本，取管道内允许速度V=4m/s按产品样本选取所有管子均为内径15mm，外径为19mm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液压泵额定流量的57倍，现取7倍，故油箱容积为 V=(716)L=112L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和小流量泵压力的调整 工进时管路中的流量仅为2.544L/min,因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失P1=5105Pa，回油路上只有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力应等于工进时的液压缸的工作压力P1加上进油路压差P1，并考虑压力继电器动作需要，则Pp=P1+P1+5105Pa=(40.8+5+5)105Pa=50.8105Pa即小流量泵的溢流阀12应按此压力调整。2：快退时的压力损失验算和大流量泵卸载压力的调整因快退时，液压缸无杆腔的回油量是进油量的2倍，其压力损失比快进时的要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。由于系统管路布局尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态。现取进，回油路管道长为l=1.8m，油管直径d=1510-3m，通过的流量为进油路q1=16L/min=0.5510-3m3/s，回油路q2=32L/min=0.53310-3m3/s，油的运动粘度取v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3,液压系统元件采用集成块式的配置形式。（1）确定油流的流动状态 按式（1-30）经单位换算为Re=Vd104/v=1.2732q104/dv 则进油路中的液流雷诺数为 Re1=1.2732 0.26710-3104/1510-31.51512300（临界雷诺数）回油路中的液流雷诺数为 Re2=1.2732 0.53410-3103/1510-31.53022300（临界雷诺数）由上可知，进油路中的流动都是层流。（2）沿程压力损失Pl 由式（1-37）可算出进油路和回油路的压力损失。在进油路上，流速V=4q1/d2=40.26710-3/3.1415210-6m/s1.51m/s则压力损失为Pl1=64lV2/Re1d2=641.89001.512/1511510-32Pa=0.52105Pa在回油路上，流速为进油路流速的2倍即V=3.06m/s则压力损失为Pl2=64lV2/Re1d2=641.89003.022/3021510-32Pa1.04105Pa（3）局部压力损失 由于采用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，通过各阀的局部压力损失按式（1-39）计算，结果于表五中。表六：阀类元件局部压力损失元件名称额定流量qn/L.min-1实际通过的流量q/L.min-1额定压力损失Pn/(105Pa)实际压力损失P/(105Pa)单向阀2251620.82三位五通电磁阀36316/3240.26/1.03二位二通电磁阀4633241.03注：快退时经过三位五通阀的2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Pj1=0.3105Pa,回油路压力损失为Pj2=0.5105Pa，则进油路和回油路总的压力损失为P1=Pl1+P+Pj1=（0.52+0.82+0.26+0.4）105Pa=2105PaP2=Pl2+P+Pj2=（1.04+1.03+1.03+0.5）105Pa=3.6105Pa前面已算出快退时液压缸负载F=2632N；则快退时液压缸的工作压力为 P1=(F+P2A1)/A2=(2553.19+3.610563.610-4)/32.410-4Pa=7.07105Pa可算出快退时泵的工作压力为 Pp=P1+P1=(7.07+2) 105Pa=9.07105Pa因此，大流量泵卸载阀10的调整压力应大于12.68105Pa。从以上验算结果可以看出，各个工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，说明