液压技术与气动技术课程设计

1、液压气压传动课程设计题目:卧式多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统 学 校:江宁广播电视大学 姓 名:张祥 班 级:16机械(本) 学 号:1632101200336 专 业:机械设计及制造自动化 教学单位: 江宁电大 指导教师:李东君2016年5月28日 1.液压系统的主要参数设计一卧式多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。 动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止。该系统的主要参数与性能要求如下：切削力Ft=20kN，移动部件总重力G=10kN，快进行程L1=100mm，工进行程L2=50mm，快进、快退的速度为4m/min，工进速度为0.25m/min，加速减速时间t=0.2s，静摩擦系数fs=0

2、.2，动摩擦系数fd=0.1，该动力滑台采用水平放置的平导轨，动力滑台可任意停止。2.对液压系统的工作要求卧式多轴钻孔组合机床要求液压系统完成的主要是直线运动，动力滑台要完成的动作循环通常包括：原位停止快进工进死挡铁停留快退原位停止。因此，液压系统的执行元件确定为液压缸。液压系统设计主要参数表明所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，且要求机床的进给运动有较好的低速稳定性和速度-负载特性，钻削加工属于连续切削加工，加工过程中钻削力变化不大，因此考虑采用变量泵加调速阀的容积节流调速回路。由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间，存在负载突变的可能

3、，因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回油路上设置背压阀。由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。为了实现液压系统的工作循环，选用行程开关和电磁换向阀控制换向回路。3.拟定液压系统工作原理图为了保证快进、快退速度相等，并减小液压泵的流量规格，选用差动连接回路。为便于实现差动连接，选用三位五通电磁换向阀。在行程控制中，当工作台从快进转为工进时，选用二位二通行程换向阀，使速度转换平稳；由工进转为快退时，压下电器行程开关返回；快退到终点时，压下电器行程开关，运动停止。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死挡块加压力继

4、电器的行程终点转换控制。 图1 液压系统原理图4.计算和选择液压元件 （1）液压缸的计算1）工作负载。工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于多轴钻孔机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即Fw=20000N移动部件总重力 G=10000N 2）惯性负载。最大惯性力取决于移动部件的质量和最大加速度。已知速度最大变化量V=V快=4m/min0.067m/s,加速、减速时间为t=0.2s，则惯性力为（2）阻力的计算 1）密封阻力的计算。液压缸的密封阻力通常折算为克服密封阻力所需的等效压力乘以进油腔的有效作用面积。根据负载选取中压液压缸，且密封结构为Y型密封，

5、等效压力取peq=0.2MPa，液压缸的内径初取D=100mm，则则密封力为：启动时：Fs=peqA1=0.2×7900=1580N运动时：Fs=peqA1/2=0.2×7900×50%=790N2） 导轨摩擦阻力的计算导轨摩擦阻力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分。根据机床切削原理，一般情况下，Fx：Fy:Fz=1：0.4:0.3，已知Fx=Fw=20000N,则由于切削力产生的与重力方向相一致的分力Fz=20000×0.3=6000N,已知静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1。所以静摩擦阻力 Ffs=fs×

6、;（G+Fz）=0.2×(10000+6000)N=3200N动摩擦阻力 Ffd=fd×（G+Fz）=0.1×(10000+6000)N=1600N（3） 回油背压造成的阻力计算工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，取回油背压pb=0.4MPa，考虑差动比为2，且已知液压缸进油腔的活塞面积A1=7900mm2，有杆腔活塞面积A2=3950mm2，代入公式得：Fb=pbA2=0.4×3950=1580N根据上述负载力计算结果，可得出液压缸各工作阶段的受力情况如表

7、1所示。表1 压缸在各工作阶段的负载工作阶段负载组成负载值F/N起动F=Ffs+Fs4780加速F=Ffd+Fa+Fs2732快进F=Ffd+Fs2390工进F=Fw+Ffd+Fs+Fb23970反向起动F=Ffs+Fs4780分析液压缸各工作阶段的受力情况，得知在工进阶段受力最大，作用在活塞上的总载荷F=Fw+Ffd+Fs+Fb=23970N。5.确定液压缸的结构尺寸及工作压力根据经验确定系统工作压力p=3MPa，则工作腔的有效工作面积和活塞直径分别为：因为液压缸的差动比是2，所以活塞杆直径为查技术手册选取标准直径D=100mm，d=70mm。则液压缸的实际计算工作压力为实际选取工作压力为p

8、=3MPa按最低工作速度验算油缸尺寸，应满足式中qmin为流量阀最小稳定流量，此处取为5×104mm3/min，活塞最低进给速度vmin=250mm/min。根据上面确定的液压缸直径，油缸有效工作面积为 验算说明活塞面积满足最小稳定速度要求。6.油泵的计算 （1）确定油泵的实际工作压力 取管路的局部压力损失为pl=1MPa，在系统结构布局未定前，以局部压力损失代替总压力损失，则泵的实际计算工作压力快进时，所需的最大流量为 按照常规选取液压系统的泄露系数kl=1.1，则液压泵的流量为qp=klqmax=1.1×15.417L/min根据求得的液压泵的流量和压力，选取YBN-2

9、0M型变量叶片泵。（2） 确定液压泵电机的功率因为选用变量泵，所以应该算出最大工进和快进加速时所需的功率，按两者最大值选取电机的功率。最大工进：此时所需的最大流量为：选取液压泵的总效率为=0.8，则工进时所需的液压泵的最大功率为：快进加速时，液压缸承受的载荷如表1所示，F=Ffd+Fa+Fs=2732N。选取快进加速时系统压力损失为pel=0.5MPa，则快进加速时液压泵的输出压力为:快进加速时液压泵所需的最大功率为：故按快进加速时的功率选取电机。7.选择控制元件控制元件的选取应根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量在标准元件中选取。方向阀：按p=4MPa，q=7.7L/mim选35D-10

10、B单向阀：按p=3MPa，q=15.4L/min选I-20B调速阀：按工进最大流量q=2.0L/min，工作压力p=3MPa选Q-5B背压阀：调至p=3MPa，流量为q=2.0L/min，选B-60B顺序阀：调至大于p=3MPa，保证快进时不打开，q=2.0L/min，选X-B5B行程阀：按p=1.21MPa，q=7.7L/min选22C-5B8.油管及其它辅助装置的选择查钢管公称通径，外径、壁厚、连接螺纹及流量推荐表。在液压泵的出口，按流量17L/min，查表取管路通径为8；在液压泵的入口，选取较粗的管道，选取管径为10；其余油管流量为7.7L/min,查表取6。油箱的容量取为泵流量的4倍，其有效容积：Vt=4qp=4×17=68L9.液压系统性能的验算组合机床动力滑台液压系统属于中低压系统，无迅速起动、制动需求，而且设计中已考虑了防冲击措施，因此不必进行冲击验算。由于系统的具体管路布置尚未确定，整个回路的压力损失无法估算，仅只阀类元件对压力损失所造成的影响可以看得出来，由于该液压系