卧式钻镗组合机床液压系统

1、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 机械设计 指导教师 刘忠伟 学生姓名 专业班级 学号 题 目 卧式钻镗组合机床液压系统 成 绩 起止日期 2015 年 1 月 4 日 2015 年 1 月 8 日 目 录 清 单 序号材 料 名 称资料数量备 注 1课程设说明书共一页 2课程设计目录共一页 3课程设计图纸1张 4 5 6 课程设计说明书 课程名称：课程名称： 液压传动课程设计液压传动课程设计 设计题目设计题目： 卧式钻镗组合机床卧式钻镗组合机床液压系统液压系统 液压系统设计液压系统设计 专专 业：业：机

2、械工程及其自动化机械工程及其自动化班级：班级： 机工机工 12041204 学生姓名学生姓名: : 学学 号号: 起迄日期起迄日期: 20152015 年年 1 1 月月 5 5 日日 至至 20152015 年年 1 1 月月 8 8 日日 指导教师指导教师: : 刘忠伟刘忠伟 湖南工业大学 制 目录 一一 设计要求及工况分析设计要求及工况分析 3 二二 主要参数的确定主要参数的确定6 三三 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图 9 四四 液压元件的计算和选择液压元件的计算和选择12 五五 液压系统的性能验算液压系统的性能验算15 六六 心得体会心得体会16 七七 参考文献参考文献17 题目

3、 1： 一卧式钻镗组合机床动力头要完成快进快进工进工进快退快退原位停原位停 止止的工作循环，最大切削力为 F12000N，动力头自重 FG20000N，工作进给要求能在 0.021.2m/min 范围内无级调速， 快进、快退速度为 6m/min，工进行程为 100mm，快进行程为 300mm，导轨型式为平导轨，其摩擦系数取 fs0.2，fd0.1；往复 运动的加速减速实践要求不大于 0.5s。试设计该液压系统。 1、 设计要求及工况分析设计要求及工况分析 1.设计要求设计要求 要求设计的卧式钻镗组合机床动力头要完成快进快进工进工进快退快退 原位停止原位停止 主要性能参数与性能要求如下： 最大切

4、削力 F=12000NF=12000N 动力头自重 F FG G20000N20000N 工作进给要求能在 0.020.021.2m/min1.2m/min 范围内无极调速 快进、快退速度为 6m/min6m/min 工进行程为 100mm100mm 快进行程为 300mm300mm 导轨型式为平导轨，其摩擦系数取静摩擦因数 f fs s0.20.2，动摩擦因数 f fd d0.10.1 往复运动的加速减速实践要求不大于 0.5s0.5s。 液压缸机械效率为 0.9. 2 2 工况分析工况分析 切削推力切削推力 F F 切切=12000N=12000N 静摩擦力静摩擦力 Fs=fs*FG=0.

5、2*20000=4000NFs=fs*FG=0.2*20000=4000N 动摩擦力动摩擦力 Fd=fd*FG=0.1*20000=2000NFd=fd*FG=0.1*20000=2000N 启动惯性力（惯性负载）启动惯性力（惯性负载）Fm=(G/g)*(V/t)=Fm=(G/g)*(V/t)=（20000/9.820000/9.8） * *（6/0.5*606/0.5*60）=408N=408N 3.3.液压缸的推力液压缸的推力 启动推力启动推力 F F 启启= = Fs/Fs/=4000/0.9= 44444N 加速推力加速推力 F F 加加= =（Fd+FmFd+Fm）/ =（2000+

6、408）/0.9=2676N 快进推力快进推力 F F 快快=Fd/=Fd/=2000/0.9=2222N 工进推力工进推力 F F 工工= =（F F 切切+Fd+Fd）/ /=912000+20000/0.9=15556N 反向启动过程作用力与反向启动过程作用力与 F F 启、启、F F 加、加、F F 快快 大小相同，方向相反大小相同，方向相反 表 1 液压缸各阶段的负载和推力 工况负载组成液压缸负载 F/N 液压缸推力 /N 0m FF 启 动 加 速 快 进 工 进 快 退 F= sF F= m FF d F= dF F= dFF 切 F= dF 4000 2408 2000 140

7、00 2000 4444 2676 2222 15556 2222 根据液压缸上述各阶段的负载可绘制如图（1）所示的负载循环图 速度图按已知数值 V1 =V3=6m/min，快进行程长度 L1=300mm，工进 行程长度为 L2=100mm， 快退行程 l3=l1+l2=400mm 和工进速度 V2 等绘制，如图（2）选 V2=0.021.2m/min 进给循环图如图（3） 2 2、主要参数的确定主要参数的确定 1.选取工作压力及背压力 F 工=15556N，在 10000-20000N 之间，参考表 9-2，P1=2.53MPa， 初选 P1=3MPa,防止加工结束动力头突然前冲，设回路有背

8、压阀，取 背压阀 P2=0.8MPa，但是由于油管中有压降p 存在，有杆腔的压力 必须大于无杆腔，估算时可取p 约为 0.5MPa，快退时回油腔中有 背压，这时 P2 也可按 0.5MPa 估算。 表 2 按负载选择系统工作压力 负载/KN551010202030305050 系统压力 /MPa 08 1 1.622.53344557 2.2.确定液压缸的结构尺寸确定液压缸的结构尺寸 由工进时的推力计算液压缸的面积 F/=A1P1-A2P2=A1P1-(A1/2)P2 所以 A1=F/(P1-P2/2）=15556/0.9/（3-0.8/2）=87mm2 表 3 液压缸内径尺寸系列（GB234

9、8-1993） 8101216202532 40506380(90)100(110) 125(140)160(180)200(220)250 320400500630 表 4 活塞杆直径系列（GB2348-1993） 45681012141618 202225283236404550 5663708090100110125140 160180200220250280320360400 根据表 3 表 4 由计算所得的液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 值应按 GB23481993 圆整到相近的标准直径，以便于采用标准的密封件。 取液压缸标准值： D=90mm 取活塞杆标准值： d=63mm 3.

10、定液压缸筒的长度定液压缸筒的长度 活塞杆工作行程：400mm 活塞杆伸出长度不少于 450mm 取活塞杆长 500mm 取液压缸筒长：L= 450mm 4.4.液压缸的活塞面积液压缸的活塞面积 A1=D2/4=（*9*9）/4=64cm2 A2=A1-A2=33cm2 A3=d2/4=（*6.3*6.3）/4=31cm2 5.5.初选液压缸流量初选液压缸流量 快进： min/ 4 . 3864 . 0 60 11 LVAQ min/ 8 . 1933 . 0 60 22 LVAQ min/ 6 . 18 8 . 19 4 . 38 21p LQQQ 工进 min/68 . 7 128 . 0

11、4 . 62 . 102 . 0 12 LAVQ）（ 工 根据上述 D 和 d 的值，可以估算液压缸在不同工作阶段的压力流量 和功率 表（5），并根据绘出如图（4）所示的液压缸工况图，其中 粗实线、细实线、双点画线分别表示功率、流量、压力. 表 5 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值 工况 推力 F0/N 回油腔 压力 p2/MP 进油腔 压力 p1/MPa 输入流量 q/10- 3/m3/s 输入功 率 P/KW 计算公式 启 动 444401.43 加 速 2676p1+p p=0.5 1.395 快 进 恒 速 2222p1+p1.2518.60.3875 10212 () ()PFAP

12、AA 121 ()qAA v 1 Pp q 工进15556 0.82.84 0.1287.6 8 0.0060. 36 10221 ()PFp AA 1 2 qAv 1 Pp q 启 动 444401.34 加 速 26760.51.78 快 退 恒 速 22220.51.6419.80.5412 10222 ()PFp AA 2 3 qA v 1 Pp q 注：1. p 为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取 p=0.5MPa。 2 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 p1，无杆腔回油，压力为 p2。 3、 液压系统图的拟定液压系统图的拟定 1.1. 拟定液压系统原理图一般应考虑

13、以下几个问题：拟定液压系统原理图一般应考虑以下几个问题： （1）采用何种结构的执行元件； （2）确定供油方式； （3）调速方式的选择； （4）快速回路和速度换接方式的选择； （5）如何完成执行机构的自动循环和顺序动作； （6）系统的调压、卸荷及执行机构的换向和安全互锁等要求； （7）压力测量点的合理选择。 根据上述要求选择基本回路，然后将各基本回路归并、整理，在 增加一些必要的元件或辅助油路，使之成为完整的液压系统，进行 这项工作时还必须注意一下几点： （1）尽可能省去不必要的元件，以简化系统结构； （2）最终综合出来的液压系统应保证其工作循环中的每个动作 都安全可靠，互相无干扰； （3）尽可

14、能采用标准件，减少自行设计的专用件； （4）尽可能使系统经济合理，便于维修检测。 2.选择基本回路选择基本回路 （1）选择调速回路 由图（4）中的曲线得知，这台机床液压系统 的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流的 调速形式。为了解决进口节流调速回路前冲现象，回油路上要设置 背压阀。初定背压值 Pb=0.8MPa.由于液压系统选用了节流调速的方 式，系统中的液压油的循环必须是开式的。 从工况图来看，这个系统的工作循环内，液压缸交替地要求油源提 供低压大流量和高压小流量的液压油，最大流量和最小之比约为 58，而快进，快退所需时间 和工进所需时间分别是 1 t 2 t s7100

15、6/4006010006/30060)v/l (/lt 33111 ）（）（）（）（）（v s30051000)2 . 102 . 0 /()10060(/lt 222 v 从提高系统效率、节省能源来看，采用定量泵作为油源是不合适的。 所以采用双联式定量叶片泵。如图（5） 图（图（5） 双联式定量叶片泵双联式定量叶片泵 （2）选择快速运动和换向回路 采用节流调速回路后，不管采用 什么油源形式，都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现 快速运动。此系统中单杆液压缸要作差动连接。 （3）选择速度换接回路 由图 4 中的流量值得知，当滑台从快进转为工进时，输入流量由 18.6L/min 降到 0

16、.32L/min，滑台的速度变化较大，宜采用行程阀来 控制速度的换接，以减小冲击。当滑台由工进转为快退时，回路中 通过的流量很大，为了保证换向阀式换接回路。 （4）组成液压系统 将上面选出的液压基本回路组合在一起，就得到完整的液压系统原 理图。如 A3 图纸（1） 四 、液压元件的计算与选择液压元件的计算与选择 1、确定液压泵的规格确定液压泵的规格 液压整个工作循环中的最高工作压力为 2.84MPa，如果进油路上 压力损失为 0.8MPa，压力继电器调整压力高于系统最高工作压力 0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力应为 2.84+0.8+0.5=4.14MPa。 大流量泵是在快速运动时才向液

17、压缸供油的，由图（4）可知，快 退时液压缸中的工作压力要比快进时大，如果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 1.78+0.5=2.28MPa。 两个液压泵液压缸提高的最大流量为 19.8L/min，如图（4），若 回路中的泄露按液压缸输入的 10%来估算的话，则两泵总流量应为 而溢流阀的最小稳定流量为 3L/min，工进时min/12.21 8 . 191 . 1qpL 输入液压缸的流量为 0.32L/min,所以小流量泵的流量规格最小为 3.5L/min。 根据以上压力和流量的数值查，最后确定选取 PV2R12 型双联式叶 片泵。 2、电动机的驱动功率电动机的

18、驱动功率 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 2.28MPa、流量 22L/min 时的情况。若取双联叶片泵的总效率 ，则液压泵的驱动原动机的功率为75 . 0 p KWP11 . 1 10*75 . 0 *60/22*2.28 6 ）（）（ 根据此数据查电机产品样本，最后选定了 Y 系列型电动机，其额定 功率为 1.5KW。 3. 其他元件及辅件 （1）确定控制元件和辅助元件 根据液压系统的工作压力和通 过各个控制阀类元件和辅助元件的实际流量，可选出这些元件的规 格和型号，表（6）为选用的元件型号和规格。 表 11 液压元件明细表 序号元件名称最大通过流量（L/min）型

19、号 1双联叶片泵-PV2R12 4溢流阀4Y-10B 5单向阀35I-25B 3 外控顺序阀12 XY-25B 9单向阀21I-25B 8压力继电器0.5 22D1-63BH 10背压阀0.8B-10B 2滤油器30XU-B32x100 6三位四通电液换向阀40 12液压缸36 7单向行程调速阀0.32Q-10B 11 二位三通电磁阀23 （2）确定油管 各元件间管道的规格按元件接口的尺寸确定，液 压缸进、出油管按输入、输出的最大流量计算。由于液压泵具体选 定后液压缸在各个阶段的进出流量已经与原定数值不同，所以要重 新计算得到表（7）所示的数据。 当液压油的流速取 3m/min 时，可得到液压

20、缸有杆腔和无杆腔相连的 油管内径分别为 mm2160103/1035.432d 36 ）（ mm1560103/10212d 36 ）（ 为统一规格，按产品样本选取所有的油管均为内径 20mm，外径 28mm 的 10 号冷拔钢管。 表（表（7 7）液压缸的进、出流量）液压缸的进、出流量 工步输入流量 L/min输出流量 L/min移动速度 m/min 快 进 35.43 3364 2164 21 1 1 ）（ AA qA q p 35.22 64 3335.43 1 2 12 A A qq 8 . 6 31 2110 10 21 AA q v p 工 进 0.5 1 q 26 . 0 64

21、335 . 0 1 2 12 A A qq 78 . 0 64 105 . 0 1 1 2 A q v 快 退 21 1 p qq 7 . 40 33 2164 2 1 12 A A qq 36 . 6 33 1021 / 213 Aqv （3）油箱 油箱的容量 V 按式估算，当经验系数取 6 时， v Vaq V=6*21=126L。按 GB 2876-1981 规定，取最靠近的标准值 V=150L 5 5、液压系统的性能验算液压系统的性能验算 1.回路压力损失验算 由于系统的具体管路布置没有确定，整个回路的压力损失无法估算， 所以此处省略。 2 油液温升验算 工进在整个工作循环中所占的时间

22、比例达 95%，所以系统发热和 油液温升可用工进时的情况来计算。 工进时液压缸的有效功率（即系统输出功率）为 KWFVP3 . 01019 . 5 1060 2 . 102 . 0 15556 3 3 0 这是大流量泵通过顺序阀卸荷，小流量泵在高压下供油，所以两 个泵的总输入功率（即系统输入功率）为 KWPqP pi 994 . 0 84. 221 1 工 由此得液压系统的发热量为 694 . 0 3 . 0994 . 0 0 ppH ii 按式（11-2）求出油液温升近似值 C H T 03 32 i 23.2810 150 温升没有超出允许范围，液压系统中不需设置冷却器。 6 6、心得心得 1.系统了所学的专业知识。贯穿了液压与气动、材料力学、机械原 理以及机械设计等的知识，使所学知识得以融会贯通。并