卧式单面钻镗两用组合机床液压系统课程设计(液压与气压传动课程设计)资料

1、液压与气压传动课程设计任务书一、主要任务与目标任务：卧式单面钻镗两用组合机床液压系统设计设计一台卧式单面钻镗两用组合机床液压系统，其工作循环是快进-工进-快退-原位停止 ”工作时最大轴向力为30kN,运动部 件重为19.6kN ;快进、快退速度为6m/min,工进速度为 0.020.12m/min ;最大行程 400mm其中工进行程 200mm启动换向时间 t=0.2s ;采用平导轨，其摩擦系数f=0.1。目标：通过本题目的课程设计，使学生对所学的液压与气压传动 课程知识有一个全面深刻的认识，熟悉液压系统设计的基本方法和过 程；提高学生的动手能力和工程实践能力。二、主要内容(1) 熟悉设计任务

2、，明确设计及目标。(2) 根据设计要求和已学过的设计流程，拟定系统工作原理图。(3) 计算各元件的参数并验算。(4) 元件选型。(5) 编制文件，绘制速度、负载图谱。三、工作量要求完成规定的任务，总字数 30004000字。四、时间要求本课程设计于2011-6-29前完成目录一、负载分析1二、负载图和速度图的绘制2三、确定液压缸的参数 4四、拟定液压系统原理图 7五、液压元件的计算和选择9六、液压系统性能的验算12七、设计小结13八、设计感想14九、参考文献15十、实验报告16摘要现如今，液压传动技术是机械设备中发展最快的技术之一， 特别是近年来与 微电子、计算机技术结合，使液压技术进入了一个

3、新的发展阶段，机、电、液、 气一体是当今机械设备的发展方向。在数控加工的机械设备中已经广泛引用液压 技术。液压传动是利用液体作为介质来传递能量的， 液压传动有以下几点：易于获 得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无 级变速，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操 纵，易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化、系列化。 液压传动的基本目的就是用液压介质传递能量， 而液压介质的能量是由其所有的 压力及流量来表现的。而所有的基本回路的作用就是控制液压介质的压力和流 量，因此，液压基本回路的作用就是三方面：控制压力、控制流量大小、

4、控制 流动方向，所以基本回路可以按照这三方面的作用分成三大类：压力控制回路、 流量控制回路、方向控制回路。作为一种高效率的两用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广 泛。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用 部件和夹具组合而组成的半自动或自动机床。 组合机床一般用多轴、多刀、多面、 多方位同时加工，成本低、效率高，得到广泛应用。设计内容设计说计算过程备注一、负载分析1.1运动分析按设备的工艺要求，执行元件在完成一个工作循环 的运动规律是“快进T工进一快退一原位停止”。用图表 示出来，般用速度时间(V t)见图1-11.2工作负载由工作负载Fw=30kN,重

5、力负载FG=Q按启动换向 时间和运动部件重量。取液压缸机械效率n m =0.9，则 液压缸工作阶段的负载值见表1-1Ft =25.5Ds0.8 ( HB 0.6(1)1.3惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速 度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速 度时间进行计算。已知启动换向时间t=0.2s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为 6m/mi n，因此，惯 性负载可表示为F t=m(V2-V1)即 Fa=1000N(2)1.4阻力负载阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩 擦阻力和动摩擦阻力两部。导轨的正压力等于动压力部 件的重力，设导轨的摩擦阻力为 Ff，则F

6、f=fs Fn=0.1 X19600=1960N(3)设液压缸的机械效率nm=0.9，根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况时所受到的负载力。表1-1液压缸在各个工作阶段的负载值ffii卿N)31丄T11ft1二、负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和已知各个阶段的速度，可绘制 出工作循环图1-1所示，所设计组合机床动力滑台液压 系统的速度循环图可根据 VVBrGm/min、快进行程 L1=400-200=200mm工进行程L 2=200mm快退行程 L3=400mm 工进速度 V2=6m/min。快退、快进和共进时间可由以下公式分析求出：快进：t 1=L1/V 仁2s共进：t 2=L

7、2/V2=2s快退：t 3=L1/V1 +L3/V 3=6s综上述所求数据可绘制出速度循环图如图1-2，负载图（F-t ）如图1-3所示：设计内容设计说明及计算过程备注设计内容设计说明及计算过程备注111.1图1-1工作循环图图1-2速度循环图3.1确定工作压力备注液压缸工作压力可根据负载大小及机器设备的类型 设计内容 来确定。一般来说十说明及计算过程以减少液压缸 内径及液压系统其它元件的尺寸，使整个系统紧凑，重 量轻，但是要用价格较贵的高压泵，并使密封复杂化， 而且会导致换向冲击大等缺点；若工作压力选的过小， 就会增大液压缸的内径和其它液压元件的尺寸，但密封 简单。所以应根据实际情况选取适当

8、的工作压力，设计 时可用类比法来确定，参考下表 3-1,表3-2。取液压缸工作压力为4MPa。三、液压缸主要参数的确定表3-2按负载选择系统工作压力负载/KNv 5510102020303050 50系统压力/MPaV0. 811.622.53344557设备类型机床农 业机 械、 汽车 工业、小型 工程 机械 及辅 助机 械工程 机械 重型 机械 锻压 机械 液压 支架船用机械磨床组合 机床 牛头 刨床 插床 齿轮 加工 机床车床铣床镗床机床拉床龙门刨床压力/MPaV2.5V6.32.5 6.3V 10101616321425表3-2按主机类型选择系统工作压力3.2确定液压缸内径D和活塞杆直

9、径d为使液压缸快进与快退速度相等，选用单出杆活塞 缸差动连接的方式实现快进，设液压缸两有效面积为A1 和A2，且A1=2 A2，即d=0.707D。为防止钻通时发生前 冲现象，液压缸回油腔背压 p2取0.6MPa,而液压缸快 退时背压取0.5MPa。由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程pl A1= p2A2+F，可得：A仁F/ (pl 0.5p2) =35511/( 4X 106- 0.5X 0.6 x 106) cm2 96cm2(4)液压缸内径D就为：D= 11.06cm设计内容设计说明及计算过程备注对 D 圆整，取 D=110mm。由d=0.707D，经圆整得d80mm 1+算出液压缸T的

10、有彳效工彳作面禾口A195cm2设计内容U OUIIIIIIu+1算出f液丿压山丄口 J |效工|作面4八/ 11 IxL ,A2=44.77 cm2。工进时采用调速阀调速，其最小稳定流 量 qmi门=0.。5设计说，明及计|要过求程最 低工 进速度 vmi n=20mm/min3.3计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率备注值差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力，取两腔间回 路及阀的压力损失为0.5MPa,贝U p2= p1+0.5MPa。计算 结果见表3-3。工作循环计算公式负载F KN回油 背压p2Mpa进油压力p2Mpa输入流量q1103m3/s输入功率p kM快启速进恒速p1=

11、F+A2(p2-p1)/(A1-A2 )q仁(A1-A2 ) V2P=p2q232892178p2=p2+0.51.100.880.500.44工进p1 = ( F+A2p2 )/A2q仁 A2V2p=q2p2355110.64.020.00310.0190.0120.076快启速退恒速p1 = ( F+A2p2 )/A2q2=A2V2p=q2p2328921780.51.791.550.4480.69表3-3液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率值4.1选择基本回路设计内容4.1.1调速回路：因为液压系统功率较小，且只有正值负 载，所以选用进油节流调速回路。为有较好的低速平稳 性和速度负载特性

12、计说选用调计阀算速程并在液压缸回 路上设置背压。备注四、拟定液 压原理系 统图4.1.2泵供油回路：田系统最大流量与最小流量比为 156,且在整个工作循环过程中的绝大部分时间里泵在高 压小流量状态下工作，为此应米用双联泵（或限压式变 量泵）,以节省能源提高效率。4.1.3速度换接回路和快速回路：由于快进速度与工进速 度相差很大，为了换接平稳，选用行程阀控制的换接回 路。快速运动通过差动回路来实现。4.1.4换向回路：为了换向平稳，选用电液换向阀。为便 于实现液压缸中位停止和差动连接，采用三位五通阀。4.1.5压力控制回路：系统在工作状态时高压小流量泵的 工作压力由溢流阀调整，同时用外控顺序阀实

13、现低压大 流量泵卸荷。4.2回路合成对选定的基本回路在合成时，有必要进行整理、修 改和归并。具体方法为：4.2.1防止工作进给时液压缸进油路、回油路相通，需接 入单向阀7。4.2.2要实现差动快进，必须在回油路上设置液控顺序阀 9,以阻止油液流回油箱。此阀通过位置调整后与低压大 流量泵的卸何阀合一为一。4.2.3为防止机床停止工作时系统中的油液回油箱，应增 设单向阀。4.2.4设置压力表开关及压力表。 合并后完整的液压系统如图4-1所示。图4-1液压系统原理图5.1液压泵及驱动功率的确定设计内容5.1.1确定液压泵的计说明及计算过程液压泵的最高工作压力就是在系统正常工作时所能提供的最高压力 对

14、干定量泵系统来说 这个压力是由备注五、液压元 件的计算 和选择供、口J最I尸丿压丿J，/对量泵系、统/来说匕，这 丨丿压丿J是由 溢流阀调定的；对于变量泵系统来说，这个工作压力是 与泵的特性曲线上的流量相对应的，液压泵的最高工作 压力是选择液压泵型号的重要依据。考虑到正常工作时，进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为：p p pi+E pi(5)式中：p p液压泵最大工作压力pi执行兀件最大工作压力pi进油管路中的压力损失，初算时 一般有节流调速和管路简单的系统取 -0.20.5MPa,有 调速阀和管路较复杂的系统取=0.51.5 MPa。根据以上得：已知液压缸最大工作压力为4.02MP

15、a,取进油路上压力损失为1MPa则小流量泵最高工作压力为 5.02MPa,选择泵的额定压力应为 pn=5.02+5.02 X 25%=6.27MPa大流量泵在液压缸快退时工作压力较高， 取液压缸快退时进油路上压力损失为 0.4MPa,则大流量 泵的最高工作压力为1.79+0.4=2.19MPa，卸荷阀的调整 压力应高于此值。照产品样本可选用 YB40/6.3双联叶片泵，额定转 速960r/min ,容积效率n v为0.9 ,大小泵的额定流量分别 为34.56和5.43L/min，满足以上要求。5.1.4确定液压泵驱动功率液压泵在快退阶段功率最大，取液压缸进油路上压力 损失为0.5MPa,则液压

16、泵输出压力为 2.05MP&液压泵的 总效率n p=0.8，液压泵流量40L/min，则液压泵驱动调集 所需的功率为：P=ppqp/ n p=2.05 X 106X 40X 10-3W=1708W (9)据此选用丫112M-6B5立式电动机，其额定功率为 2.2kW,转速为940r/min，液压泵输出流量为 33.84L/min、 5.33L/min ,仍能满足系统要求。5.2 阀类元件的选择阀类元件的选择是根据阀的最大工作压力和流经阀的 最大流量来选择阀的规格。即所选用的阀类元件的额定压 力和额定流量要大于系统的最高工作压力及实际通过阀的 最大流量。在条件不允许时，可适当增大通过阀的流量，

17、但不得超过阀的额定流量的20%否则会引起压力损失过大。具体地讲选择压力阀时应考虑调压范围，选择流量阀 时应注意其最小稳疋流量，选择换向阀时除应考虑压力、 流量外，还应考虑其中位机能及操作方式。5.3 确定管路尺寸液压缸进、出油管的管径应按输入、输出的最大流设计内容设计说明及计算过程备注量计算，由于液压泵具体选定之后，液压缸在各个阶段的 进、出流量以与原定数值不同，所以要重新计算。管路内 径d按下式计算：d=$ 4.6$（ mm（ 10）式中：q通过油管的流速；v油管中允许的流速，一般对吸油管取0.51.5m/s，压油管取2.55m/s,（压力高时取大值，压力低 时取小值），回油管取1.52m/

18、s。5.4液压油箱容积的确定油箱的有效容积（油面高度为油箱高度的 80%的容积） 应根据液压系统发热、散热平衡的原则来计算，但这只是 在系统负载较大、长期连续工作时采用必要进行，一般只 需按液压泵的额定流量qn估算即可。低压系统中（p2.5MPa）: V= （24） qn中压系统中（p6.3MPa）: V= （612） qn液压油箱的有效容积确定后，需设计液压油箱的外形 尺寸，一般尺寸比（长、宽、高）为 1: 1: 11: 2: 3。 为提高冷却效率，在安装位置不受限制时，可将油箱的容 量予以增大。设计内容设计说明及计算过程备注六、液压系 统性能的 验算6.1系统油液温升验算系统在工作中绝大部

19、分时间是处在工作阶段，所以可按工作状态来计算温升。小流量泵工作状态压力为5.02MPa,流量为0.33L/min，经计算其输入功率为 557W。大流量泵经外控顺序阀卸荷，其工作压力等于阀上的局部 压力损失数值pv。阀额疋流量为63L/min，额疋压力损失为0.3MPa,大流量泵流量为33.84L/min，贝pv =0.3X 106X (33.84 +44.770.33/95)/63 Pa=0.lX106 Pa大流量泵的输入功率经计算为70.5W。6.2液压缸的有效最小功率为Po =FV= (30000+1960)X 0.02/60W=10.7W系统单位时间内的发热量为Hi = Pi - Po

20、=557+70.5- 10.7=616.8W当油箱的高、宽、长比例在1 : 1: 1到1: 2: 3范围内，且油面高度为油箱高度的80%时，油箱散热面积近似为：A=6.66；V(12)式中V油箱有效容积，单位为 m3A散热面积，单位为m2取油箱有效容积V为0.25 m3,散热系数K为15W/ (m2C)， 得t=也=譬=15.6C(13)KA15 6.66引 0.2527即在温升许可范围内。设计内容设计说明及计算过程备注七、设计小结经过大家一周的努力，终于有了成果，完成了此次 课程设计，再一次系统性的学习了有关液压方面的知 识，此次课程设计感触良多，收获颇丰。通过此次课程设计，我们将理论知识与实际设计相 结合，真正做到了理论联系实际，并且学会了如何使用 所学的知识，使我们对所学的知识有了更深刻的认识好 了解，让我们受益匪浅。通过本次课程设计，我们体验了团队合作的重要性 和必要性，设计是一个庞大而复杂的系统工程，单枪匹 马是很难完成任务的，这就要求我们要有合理的分工和 密切的配合，讲一个个复杂问题分解为一