液压课程设计――单面多轴钻孔组合机床液压系统设计.

1、仲恺农业工程学院课程设计单面多轴钻孔组合机床液压系统设计姓名院（系）机电工程学院专业班级机械091学号指导教师张日红日期：2012年01月04日目录一、课程设计任务书1、题目：单面多轴钻孔组合机床液压系统设计2、相关数据要求3、课程设计任务二、液压系统原理图三、选择液压系统的元件和辅件1、运动分析和动力分析 运动分析 动力分析2、液压系统主要参数计算和工况图的编制 预选系统设计压力 计算液压缸的主要结构尺寸 计算液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率3、液压元件的设计选型 液压泵及其电机计算与选定 液压控制阀和液压辅助元件的选定四、验算液压系统性能1、验算系统压力损失132、液压泵工作压力的

2、估算13五、参考文献15一、课程设计任务书1、题目：单面多轴钻孔组合机床液压系统设计2、相关数据要求某自动线上的一台单面多轴钻孔组合机床的动力滑台为卧式布置（导 轨为水平导轨，其静、动摩擦系数；）拟采用杆固定的单杆液压缸驱动滑台，完成工件钻削加工时的进给运动；工件的定位、夹 紧均采用液压控制方式，以保证自动化要求。由液压与电气配合实现 的自动循环要求为：定位 -夹紧-快进-工进-快退-原位停止-夹 具松开t拔定位销，动力滑台运动参数和动力参数见表 1所示。表1动力滑台的运动参数和动力参数工况行程/mm速度/（ m/s）时间运动部件重/s 力 G/N钻削负载Fe/N启动、制动时间Mis快进150

3、0.1r.98000.21.5工进100tiw 10 1c 35000113.2快退2500.1_2.53、课程设计任务（1）拟定液压系统原理图（用 CAXA电子图板或FLUIDSIM3.6完成 液压系统回路设计，并应用 FLUIDSIM3.6进行仿真）。（2）选择液压系统的元件和辅件。（3）验算液压系统性能。（4）设计液压系统的继电器控制回路或 PLC控制程序。（5）绘制下列图纸： 液压系统原理图A4幅面1张；继电器控制回路或PLC控制程序A4幅面；电器接线图A4幅面(6) 编写设计说明书二、液压系统原理图液压原理图1、油箱，2、过滤器，3、双联液压泵，4、10、压力表开关，5、11、压力表

4、，& 9、20、23、25、单向阀，7、26、溢流阀，8、减压阀，12、二位四通电磁换 向阀，13、单项顺序阀，14、16、21、压力继电器，15、夹紧缸，17、定位缸，18、进给缸，19、三位五通电磁动换向阀，22、二位二通机动换向阀，24、调速 阀，27、外控顺序阀 系统的电磁铁和行程阀动作顺序表工况电磁铁行程阀状况1YA2YA3YA行程阀夹紧- +快进+-下位工进+-上位快退-+-上位滑台原始停止-+下位松开-拔销三、选择液压系统的元件和辅件1、运动分析和动力分析运动分析由下表:工况行程/mm速度/（ m/s）时间/s快进1500.11.5工进100O.XHkIO 1113.2快

5、退2500.12.5分析其各工况可得L-t图和v-t图:L-t图v-t图动力分析动力滑台液压缸在快速进、退阶段，启动是的外力负载是导轨静摩擦阻力，加速时 的外负载是导轨动摩擦阻力和惯性力，恒速时是动摩擦阻力；在工进阶段，外负载 是工作负载及动摩擦阻力。工况外负载F/N计算公式结果快进启动加速F=Fd+ Fg恒速F= Fd工进F= Fe+ Fd快退启动加速F=Fd+ Fg恒速F= Fd动力滑台液压缸外负载计算结果所以，静摩擦负载：Fs= G=0.2*9800=1960N动摩擦负载：Fd= G=0.1*9800=980N惯性负载：Fg= =1000*0.5=500N（其中 m=G/g=9800/9

6、.8=1000kg, a=v/t=0.5m/sA2又由于钻削负载Fe=35000N,得下表：F= Fs1960148098035980F= Fs19601480根据上面的数据，其F-t图如下:2、液压系统主要参数计算和工况图的编制预选系统设计压力本钻孔组合机床属于半精加工机床，机床为低压设备类型，查机械设计手册，系统 工作压力P<7Mpa，所以，预选液压缸的设计压力 P1=4Mpa。计算液压缸的主要结构尺寸为了满足工作台快速进退速度相等，并减少液压泵的流量，将液压缸的无杆腔作为 主要工作腔，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积A1与A2应该满足A1=2A2 （即活塞杆直径

7、d和液压缸直径内径D之间应该满足 d=0.71D）。为了防止进工结束时发生前冲，液压缸需要保持一定回油背压。参照机械设计手 册，回油有路上背压或调速阀的系统，取背压 P2=0.51.5Mpa。所以，暂取 P2=0.6Mpa，并取液压缸效率。贝Vi1D11V2'FdlplpF=P1A1- P2A2= A1 (P1- P2 A2/ A1)=0.117m即：液压缸无杆腔有效面积：F.:=108x10 jn0.9x(4-lxlO'液压缸的内径:查机械设计手册，按 GB/T2348-1993,将液压缸内径圆整为：D=125mm=12.5cm。 因为A仁2A2，故活塞杆的直径为：d=0.7

8、1D=0.71 X25mm=88.75mm。查机械设计 手册，按GB/T2348-1993,将活塞杆的直径圆整为：d=90mm=9cm。则，液压缸的实际有效面积为：D .tx12.5:,ff()* 122.7cm*A1='=:岸()=59Jcm'A2=A=A2-A1=63.61差动连接快进是，液压缸有杆腔 P2必须大于无杆腔P1，其差值估取0沱理-擒匚再肿盗芯，并注意到启动瞬间油缸尚未移动，此时=0；另外，取快退的回油压力损失为0.7MPa。 计算液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率根据上述条件，得出下表:液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表（液压缸效率，）工况负载液计算

9、公压式（N）缸进油压力P1（MPa）回油压力P2（MPa）输入流量Q（/s入功率P（WI9600.342 P1=(Fi/ npA2/A启动P2= P1+A pQ= A2Xv 快；P=P1Q加速14800.7201.220 恒速9800.6341.134:-374.7工进359803.5470.61 .as> iu JjP1=( Fi/ nA1i+p2A2/38.3Q=v 工 A1P=p1Q 工快退启动加速19600.368 P1=( Fi/ n +P2A1/A2恒速Q= A2Xv 快P= P1Q14801.7310.79801.6380.7in 968.1则其工况图:3、液压元件的设计选

10、型液压泵及其电机计算与选定液压力泵的最高工作压力的计算。由上工况图可以得知液压缸的最大工作压力在工进阶段，即P1=3.547Mpa。而压力继电器的调整压力应该比液压缸最高工作压力大0.5Mpa。此时缸的输入流量较小，而且油路元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失值估取 P=0.8Mpa。则小流量泵的最高工作压力：Pp1=3.547+0.5+0.8=4.847Mpa大流量泵紧在快速进退时向液压缸供油，则取进油工作压力损失 P=0.4Mpa，有：Pp2=1.731+0.4=2.131Mpab、液压泵的流量计算双泵最供油的流量Qp按液压缸最大的输入流量1进行估算。取泄露系数K=1.2，则：Qp2 &#

11、176;门=k4i测=1.2 爲.9仆 1()'巾 * =0.7h 10 n/ ' s=42,6£ ' min工进最大流量，=曲】严斥，溢流阀最少稳定流量为:為违J，则小流量泵所需的最小流量为<2U = Kq , < A(/ = L2 x LO8 x 10 ' x 60 x 10' + 3 - 3+8£ min大流量泵最小流量为Qp:Q、= Qp- G广 42.6- 3.8 - JS,8£ ; minc、确定液压泵的规格n=1000r/mi n，泵的容积效率根据系统所需流量，拟选初选双联液压泵的转速为 听H，算得

12、小流量泵的排量参考值为1000(?,!100()K.vs-4.2ml r1000x0.9大流量泵的排量参考值为1000久43AmLI r1000x0,9根据以上计算结果查阅机械设计手册，选用规格相近的'型双联叶片泵，泵的额定压力为''，小泵排量为'"'''；大泵排量为« = 50mL'r ；泵的额定转速为n = %0r min，容积效率们上"史，倒退算得到小泵 和大泵的额定流量分别为心二】詡斤二 63x960x0.92= 5,56/. mmdpi =岂闻严 50x960x0*92 - 44.16

13、63; min双泵的流量；为(fp = g 門 + %、- 5.46+ 446 二 49.62【/min与系统所需流量很接近近，符合。d、确定液压泵驱动功率及电动机的规格从液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表得知，液压缸最大输出功率出现在快 退阶段。已知电机效率:幕芒，则电动机的驱动功率为%0.8 鶯 60 岸 10e、电动机型号的选用查丫系列三相异步电动机参数表，选用规格相近的1型三相异步电机，其额定功率2.2KW转速940r/min。用此转速驱动液压泵时，小泵和大泵的实际输出 流量分别为= 63x940x0.92 = 5.451/minQ ,. = V；/v = 50x940x0.92

14、= 43.24£/min双泵总流量为Q汀 Gm + Qm V兀/min工进时的溢流量为乞応聽訂用*，仍能满足系统各工况对流量的 要求。液压控制阀和液压辅助元件的选定液压缸的输入输出流量、运动速度和持续时间工步无杆腔L/mi n有杆腔L/min时间/s快AJ知.4h '' rL(_v进Zi4=1.15移动速度m/minA =0.13=93.93=45.24=0.648=113.6片=鱼=2 八 O.RSxlOj=0.31=48.691.79=101.09由选定的标准元件油口尺寸确定本系统属于中压系统，但考虑到将泵组和阀组安装再油顶盖上，故取经验值 =10,得油箱容量为：

15、V=10X 48.69=486.9L 500L根据上面的数据，查产品样本所选择的元件如下表：液压元件型号规格序元件名额定压力通过流量 号称(Mpa)(L/min)额定流量额定压降型号规格(L/min )(L/min)01油箱02 过滤器 6.348.6950XU-50X200K-6B03双联叶6.3-50/6.3片泵04压力表-05压力表 -06单向阀 6.343.24630.2I-63B07溢流阀6.34.80210Y-10B08减压阀6.343.2463J-63B09单向阀 6.343.24630.2J-63B10压力表-开关-K-6B11压力表-12二位四6.3通电磁 换向阀43.246

16、30.324D-63B13单项顺6.3序阀43.24630.2I-63B14压力继6.3电器-。片-S15夹紧液- 压缸-16压力继6.3电器-0片-3定位液- 压缸进给液-压缸三位五6.3通电液 动换向 阀93.931000.335DY-100BY单向阀 6.3101.091250.2I-125B压力继6.3电器-二位二 6.3通机动 换向阀（行程阀93.931000.322C-100BY单向阀 6.3101.091250.2I-125B调速阀 6.3<160.2Q-6B单向阀 6.345.24630.2I-63B溢流阀6.3（背压阀<1100.2B-10B夕卜空顺6.3 序阀4

17、3.2463XY-63B1718192021222324252627四、验算液压系统性能1、验算系统压力损失按选定的液压元件接口尺寸确定管道直径d=18m m,进、出油管长度均取为J_1l=2m ;取油液运动粘度 ，油液的密度o由上面的计算结果4x|0l.9xl0J可以得知工作循环中进油管道中通过的最大流量 q=101.09L/min发生在快退阶段, 由此计算得液体的雷诺系数：Re二四二亠二一一u 萊血 60HSxlOJxlx0-4因为Re故可得知个工况下的进油回路中的液体均为层流。所以，取沿程压力系数75_75jrdt?Re 4q管道中液体流速4q，则各工况下的进油回路管道的沿程、局部和阀类

18、元件的压力损失如下表:管道压力损失工况/Pa计算公式快进工进快退进油 管道1.580.014851.024g 4 a 75/flfll=沁0.1580.001490.102Vp =0.lVpVP.2.5135.6240.986V卩4.2515.6402.1121 二、+' +回油管道0.9550.008861.73250.0960.000890.1733Vp =O.lVpVPt1.2456.3525.116UnV卩2.2966.3617.021' I+'+ -2、液压泵工作压力的估算小流量泵在工进时的压力：PfLPi +Vp1 +Vp .=3.547 x 10s + 5

19、.64 x 10' + 5x I O'=4.61 lA/Pa其中 为液压缸的工作夜里，八为进油路上的压力损失，压力继电器比缸工 作腔最高压力所大的值。此值为调整溢流阀7的主要参考依据。大流量泵在快退时的工作压力最高，贝升尸173&1+ 21力101目42供1此值为调整顺流阀27的调整压力是的主要参考依据。3、估算系统效率、发热和温升本系统由于在其工作持续时间中，工进时间占了绝大部分的比例，所以系统效率， 发热和温升可概略用工进是的数值来代表。计算系统效率3.547x IQ'x I.ORx 10P,<liJc " ' y 0<07 1氏J 4.61ixlO6x5.45xiO 60+0.3xl0*x（