钻镗专用机床动力滑台的液压系统课程设计

1、xxxxxx课程设计专用纸目 录1. 工况分析.12. 绘制液压缸的负载图和速度图.23. 拟订液压系统原理图.3四.确定执行元件主要参数.55. 确定液压泵的规格和电动机功率及型号.7六.验算液压系统性能.9七 . 参考书目.12一工况分析设计要求 设计一台加工铸铁箱体上的孔系的钻镗专用机床动力滑台的液压系统。其工作循环是：快进工进快退原位停止。加工时最大切削力为12000N，动力滑台重力为20000N，工作进给速度要求在0.00040.02m/s范围内无级调速，快进与快退速度均为0.1m/s，往返加减速时间为0.2s。导轨形式为平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，最大行程为40

2、0mm，工进行程为200mm，机床加工时要求实现工作自动循环。设计该机床的液压传动系统。 液压缸负载主要包括：切削阻力，惯性阻力，重力等 ，即 F= FW+Ff+ Fm式中：FW工作负载，对于金属切削机床来说，即为活塞运动方向的切削力 FW =12000N Ff导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨Ff可由下式求得：） Ff=f（G+Fn） G运动部件重力 Fn垂直于导轨的工作负载，为零 f 导轨摩擦系数，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1 Ffs= 200000.2=4000 N Ffd =200000.1=2000 N Fm运动部件速度变化时的惯性负载；

3、Fm= Gv/（gt） 式中，g重力加速度； t加速或减速时间，t=0.2s； vt时间内的进度变化量。 Fm= Gv/（gt）=200000.1/（9.80.2）=1020N 根据以上分析，计算出液压缸各动作中的负载表1：（单位：N，取=0.9）工况负载组成负载值F液压缸推力=F/启动、加速=+50205578快进=20002222工进=+FW1400015556快退=20002222 表1液压缸负载表二绘制液压缸的负载图和速度图根据上表数值，绘制出液压缸的负载循环图如图1所示：根据任务书技术参数和设计要求，绘制速度循环图如图2所示：三 .拟订液压系统原理图1.确定供油方式：由设计要求可知，

4、工进时负载大速度较低，而快进、快退时负载较小，速度较高。为节约能源减少发热。油源宜采用双泵供油或变量泵供油。选用双泵供油方式，在快进、快退时，双泵同时向系统供油，当转为共进时，大流量泵通过顺序阀卸荷，小流量泵单独向系统供油，小泵的供油压力由溢流阀来调定。若采用限压变量泵叶片泵油源，此油源无溢流损失，一般可不装溢流阀，但有时为了保证液压安全，仍可在泵的出口处并联一个溢流阀起安全作用。现采用压力反馈的限压式变量叶片泵。2.调速方式的选择：在中小型专用机床的液压系统中，进给速度控制一般采用节流阀或调速阀。根据钻镗类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组

5、成的容积节流阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点并且调速阀装在回路上，具有承受负切削力的能力。3.速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，但速度换接的平稳型较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。4.换向回路的选择由速度图可知，快进时流量不大，运动部件的重量也较小，在换向方面又无特殊要求，所以可选择电磁阀控制的换向回路。5.液压基本回路的组成将已选择的液压回路，组成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统原理图。此原理图除应用了回路原有的元件外，又增加了液压顺序阀和单向

6、阀等，其目的是防止回路间干扰及连锁反应。 液压系统原理图如图3所示： 图3 液压系统原理图1、 大泵 2、小泵 3、滤油器 4、外控顺序阀 5、单向阀 6、溢流阀 7、电液换向阀 8、单向行程调速阀 9、压力继电器 10、主液压缸 11、二位三通电磁换向阀 12、背压阀 13、二位二通换向阀根据原理图中进行简要分析：A、快进：1YA通电，电液换向阀左位工作， 大泵单向阀5电液换向阀7行程阀14主液压缸无杆腔小泵2单向阀5电液换向阀7行程阀14主液压缸无杆腔 液压缸有杆腔电磁阀11电液换向阀7单向行程调速阀8油箱（差动换接）B：工进：3YA通电，切断差动油路，快进行程到位，挡铁压下行程阀8，切断

7、快进油路，3YA通电，切断差动油路，快进转工进，液压系统工作压力升高到溢流阀5调定压力，进油路高压油切断单向阀5供油路,打开外控顺序阀4，大泵卸荷，接通经背压阀12通油箱油路。大泵外控顺序阀4（卸荷阀）油箱（大泵卸荷）小泵2电液换向阀7单向行程调速阀8主液压缸无杆腔液压缸有杆腔电磁阀11电液换向阀7背压阀12油箱C、快退：1YA断电，2YA、3YA、4YA通电工进结束，液压缸碰上死挡铁，压力升高到压力继电器调定压力，压力继电器发出信息，1YA断电，2YA、3YA、4YA通电大泵单向阀5电液换向阀7电磁阀11主液压缸有杆腔小泵2单向阀5电液换向阀7电磁阀11主液压缸有杆腔液压缸无杆腔单向行程调速

8、阀8电液换向阀7电磁阀13油箱小泵2单向行程调速阀8电液换向阀7电磁阀13油箱 主液压缸无杆腔快退到位碰行程开关，行程开关发信，6YA通电。 电磁铁动作顺序表如表2所示： 动 作1YA2YA3YA4YA快进工进快退停 止 表2 电磁铁动作顺序表四确定执行元件主要参数1工作压力的确定工作压力可根据负载大小及设备类型来初步确定，见表1，根据工进负载FI=14000N,选PI=4MPa。为防止加工结束动力头突然前冲, 设回油有背压阀或调速阀，取背压P2=0.8 MPa。2确定液压缸的内径D和活塞杆直径d取液压缸无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的2倍F=P1A1- P2A2= A1（P1- P2 A2

9、/ A1）快进速度V=0.1m/s，工进速度V=0.4x10m/s,相差很大,应进行差动换接,取k= A2/ A1=0.5,则：mm根据液压缸尺寸系列表，取液压缸筒标准值：D=90mm 根据液压缸快进快退速度相近，取d/D=0.7，则活塞杆直径d=0.790mm=63mm，按活塞杆系列表取d=63mm。根据已取缸径和活塞竿内径，计算出液压缸实际有效工作面积，无竿腔面积A1和有竿腔面积A2分别为液压缸的实际计算工作压力为：则实际选取的工作压力P=4MP满足要求按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度由于A,所以能满足最小稳定速度的要求3. 计算在各工作阶段液压缸所需的流量 4. 计算液压缸各运动阶

10、段的压力，流量和功率根据上述所确定的液压缸的内径D和活塞杆直径d，以及差动快进时的压力损失时 P=0.5MPa，工进时的背压力P=0.8MPa快退时P=0.5MPa，则可以计算出液压缸各工作阶段的压力，流量和功率。如表3所示：工作循环计算公式液压缸推力F进油压力Pj所需流量Q输入功率P差动快进Pj=(F+p A2)/（A1-A2）Q=v*（A1-A2）P= Pj*Q2222N1.23MPa18.7L/min0.38Kw工进Pj=(F+PA2)/A1Q=v* A1P= Pj*Q15556N2.85MPa0.153L/min7.63L/min快退Pj=(F+PA1)/ A2Q=v* A2P= Pj

11、*Q2222N1.23MPa19.5L/min0.4Kw表3 各工况下的主要参数值五. 确定液压泵的规格和电动机功率及型号1 计算液压泵的压力由于本设计采用双泵供油方式，根据液压系统的工况图，大流量液压泵只需在快进和快退阶段向液压缸供油，因此大流量泵工作压力较低。小流量液压泵在快速运动和工进时都向液压缸供油，而液压缸在工进时工作压力最大，因此对大流量液压泵和小流量液压泵的工作压力分别进行计算。根据液压泵的最大工作压力计算方法，液压泵的最大工作压力可表示为液压缸最大工作压力与液压泵到液压缸之间压力损失之和。对于调速阀进口节流调速回路，选取进油路上的总压力损失，同时考虑到压力继电器的可靠动作要求压

12、力继电器动作压力与最大工作压力的压差为0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力可估算为大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如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：2计算液压泵的流量 液压泵的最大流量q泵应为： QpKL(Q)max 式中：Qp-液压泵的最大流量； (Q)max-同时动作各液压缸所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作，尚需加1溢流阀的最小流量23L/min； KL-系统的泄露系数，一般取KL=1.11.3，现取KL=1.2 Qp-=KL(Q)max=1.219.5=23.4(L/min)3 选择液压泵规格 根据

13、P额、P泵值查阅有关手册，选取PV2R12-6/33型双联叶片泵，其中小泵的排量为6mL/r，大泵的排量为33mL/r，若取液压泵的容积效率=0.9，则当泵的转速=940r/min时，小泵的输出流量为Qp小=69400.9/1000=5.076 L/min该流量能够满足液压缸工进速度的需要。大泵的输出流量为Qp大=339400.9/1000=27.918 L/min双泵供油的实际输出流量为该流量能够满足液压缸快速动作的需要。4选定与液压泵匹配的电动机差动快进，快退时的两个泵同时向系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。快进时，小泵的出口压力损失0.45MPa，大泵出口损失0.15MPa。小

14、泵出口压力=4.6MPa大泵出口压力=1.88MPa电动机功率(=0.5)=Qp小/+Qp大/=0.89Kw快进时所需的功率最大。根据查样本选用Y90L-6异步电动机，电动机功率1.1Kw。额定转速910r/min5.阀类元件及辅助元件的选择（1）阀类元件的选择根据上述流量及压力计算结果，对图7初步拟定的液压系统原理图中各种阀类元件及辅助元件进行选择。元件名称规格额定流量型号外控顺序阀4.875XY-F10D-P/O(P1)-1单向阀4.875AF3-Ea10B溢流阀3.375YF3-10B电液换向阀80D(E)YF3单向行程调速阀9.75AQF3-E10B二位三通电磁换向阀2523EF3-E

15、10B背压阀25FBF3-6B二位二通换向阀8.2122EF3-E10B滤油器11.47XLX-06-80 表4 液压元件型号及规格（2）油管尺寸 油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可以按管路允许流速进行计算，流量q=40L/min，压油管的允许流速取v=4m/s则压油管内径d为：d=(4q/v) 1/2 =(4/3.144) 1/2 =1.2cm可选内径为d=11mm的油管。流量q=12 L/min，吸油管的允许流速取v=1.5m/s则吸油管内径d为：d=(4q/v) 1/2 =(412/3.141.5) 1/2 =1.02cm可选内径为d=12mm的油管。关于定位夹紧油路

16、的管径，可按元件接口尺寸选择。6油箱容量的确定该方案为中压系统，液压油箱的有效容量按泵的流量57倍来确定，油箱的容量V为:V=(57) Qp=(57) 32.994=(165231)L按GB2876-81规定，且考虑散热因素，取靠近的标准值V=250L。六 .验算液压系统性能1回路压力损失验算主要验算液压缸在各运动阶段中的压力损失。若验算后与原估算值相差较大，就要进行修改。压力算出后，可以确定液压泵各运动阶段的输出压力机某些元件调整压力的参考值。 具体计算可将液压系统按工作阶段进行，例如快进，工进，快退等，按这些阶段，将管路划分成各条油流进液压缸，而后液压油从液压缸流回油箱的路线的管路，则每条

17、管路的压力损失可由下式计算：式中：某工作阶段总的压力损失；液压油沿等径直管进入液压缸沿程压力损失值之和； 液压油沿等径直管从液压缸流回油箱的沿程压力损失值之和； 液压油进入液压缸所经过液压阀以外的各局部的压力损失值之总和，例如液压油流进弯头，变径等； 液压油从液压缸流回油箱所经过的除液压阀之外的各个局部压力损失之总和； 液压油进入液压缸时所经过各阀类元件的局部压力损失总和； 液压油从液压缸流回油箱所经过各阀类元件局部压力损失总和； 液压油进入液压缸时液压缸的面积； 液压油流回油箱时液压缸的面积。 和的计算方法是先用雷诺数判别流态，然后用相应的压力损失公式来计算，计算时必须事先知道管长L及管内径

18、d，由于管长要在液压配管设计好后才能确定。所以下面只能假设一个数值进行计算。 和是指管路弯管、变径接头等，局部压力损失可按下式：式中局部阻力系数（可由有关液压传动设计手册查得）； 液压油的密度 液压油的平均速度此项计算也要在配管装置设计好后才能进行。 及是各阀的局部压力损失，可按下列公式：式中液压阀产品样本上列出的额定流量时局部压力损失； q 通过液压阀的实际流量； 通过液压阀的额定流量。另外若用差动连接快进时，管路总的压力损失应按下式计算：式中AB段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失； BC段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失； BD段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失； 大腔液压缸面积； 小腔液压缸面积。现已知该液压系统的进、回油管长度均为1m，吸油管内径为，压油管内径为，局部压力损失按进行估算，选用L-HL32液压油，其油温为时的运动粘度，油的密度。液压泵在各阶段的输出压力，是限压变量叶片泵和顺序阀调压时的参考数据，在调压时应当符合下面要求：其中限定压力 快进时泵的压力 顺序阀调定压力 工进时泵的压力从上述验算表明，无须修改原设计。