双头专用车床液压系统设计说明书(修改版)

1、乐孙杼成大学NORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY液压与气压传动课程设计说明书学院：机电工程学院设计题目：双头专用车床液压系统设计专业班级：机械电子工程2011-1学生：辛浩2013年12月目录一、设计任务31、课程设计题目32、课程设计任务错误！未定义书签。二、液压回路工况分析51、导程摩擦阻力52、惯性力53、工作负载64、液压缸密封摩擦阻力6三、液压系统主要参数计算91、预选系统设计压力92、计算液压缸主要结构尺寸93、单个液压缸需求的最大流量114、其他工作阶段的压力、流量和功率11四、制定方案，拟定液压系统图121、制定液压回路方案122、合成液压系统图133、选择液

2、压系统的元件和辅件15(1)液压泵的选择15(2)控制元件的选择16五、液压缸设计1、液压缸结构的拟定182、液压缸主要几何尺寸的计算193、液压缸的结构图20六、设计总结22七、参考文献设计任务1、课程设计题目某厂欲自行设计制造一台专用车床，用于压缩机连杆两端长轴颈的车削加工。根据加工工件尺寸较长的特点，拟采用的加工工艺方案为：工件固定，刀具旋转并进给。车床主要由床身布有相互平行的V形导轨和平导轨各一条（见图1-1）和左右两个车削动力头组成，其总体布局如图2-2所示。工件装夹于床身中部。两个独立的动力头，通过机械传动带动主轴及刀具旋转实现车床的主运动；进给运动要求采用液压缸实现，即在床身上安

3、装两个液压缸，使其活塞杆与各动力头下部相连，通过液压缸往复运动驱动动力头实现车床的进给运动。车床加工工件时，车削动力头的进给工作循环为：快进一工进一快退一停止。已知：移动部件重约是G=15kN;各车削动力头的最大切削进给抗力（轴向力）估值为Fe=10kN;主切削力（切向力）Fz=35kN。要求动力头的快速进、退速度相等，V1=Vmax=3m/min;错误！未找到引用源。工进速度无级调整范围为V2=错误！未找到引用源。.021m/min.导轨的静、动摩擦因数分别为错误！未找到引用源。s=0.2;错误！未找到引用源。d=0.1。（2）配置执行元件根据车床的总体布局及技术要求，选择缸筒固定的单杆活塞

4、缸作为驱动车削动力头实现进给运动的液压执行元件。（3）工况分析不必进行运动分析。故仅对液压缸作液压缸的受力简图如图1-2所由于动力头的快速进退及工作进给阶段的速度已给定，动力分析，即通过分析计算，确定液压缸总的最大外负载。示。12345678图1-1车床总体布局示意图1,8一车削动力头；2,7主轴；3,6一连杆轴颈;4一夹具；5一工件（连杆）；9一导轨；10一床身图1-2车床液压缸受力分析计算参数类别参数值参数类别参数值最大行程0.4m轴向载他Fe=10KN工进速度范围0.021.0m/min轴向载他Fz=35KN快进，快退速度3m/min动摩擦系数fd=0.1移动部件重G=15KN静摩擦系数

5、fs=0.2题目要求：1 .驱动装置：双作用单出杆活塞缸，头部用间隙式缓冲，尾部用可调缓冲。2 .安装方式：缸前，后盖采用法兰连接，用切向支座与机架固定，活塞杆移动。3 .控制方式：用行程阀快进与工进速度的换接。设计要求：1 .进行工况分析与计算，绘制工况图（包括速度图与负载图）。2 .拟定液压系统原理图，选择标准液压元件，绘制电磁铁动作循环表3 .进行液压缸设计计算，图纸绘制。上交材料：1 .设计说明书一份。2 .液压系统原理图一张。3 .液压缸装配图及部分零件图一套。液压回路工况分析1、导程摩擦阻力车床工进阶段的导轨受力见图2-2,取摩擦因数fd=1,可算得动摩擦阻力5刊1为Ffd产手fd

6、GFzfdxsin233(153910(1539100.I0.190=603脚sin-2车床空载快速进退阶段启动时，导轨受静摩擦阻力Ffs作用，区静摩擦因数fs=0.2，算得FfGfG3FfssQ：sin23=15103°.2T2=3621N加速阶段和恒速阶段的动摩擦阻力为GGFfd22d2dasin23315父10“.1+15/10父上sin45-=1811NO2、惯性力取速度变化量Av=1.2m/min=0.02m/s,启动时间At=0.2s。算得故惯性力3G-15100.02/匚二一二10=153NFigt9.810.2Fe,已知fe=10kN。3、工作负载液压缸拖动车削动力头

7、进给时的工作负载为切削抗力4、液压缸密封摩擦阻力作用于液压缸活塞上密封阻力匚，用下式估算Fm匚=(1_3)匚Fm'cm，Fe式中州-液压缸机械效率，外=0.900.95。cm,cm取。=0.90,算得启动时得静密封摩擦阻力cm,、,_3Fm=(1-ncm)Fe=(10.90)M1010=1000N恒速时的动密封摩擦阻力估取为静密封摩擦阻力的30%,即匚“=30%匚，即FmdFms)Fmd=30%Fms=300N。2-1和2-2,液压缸的将上述计算过程综合后得到的各工作阶段的液压缸外负载结果列于表负载循环图、速度循环图见图2。表2-1车削动力头液压缸外负载计算结果工况外负载F/N计算公式

8、结果快进启动F=Ffs+Fms4621加速GAvF=Ffd2+M4+Fmd11gAt12264恒速F=Ffd2+Fmd2111工进c=cFFeFfdiFmd16336表2-2车削动力头液压缸外负载计算结果工况外负载F/N计算公式结果快退启动F=Ffs+Fms4621加速,GAv,F=Ffd2+g%+Fmd2264恒速F=Ffd2+Fmd2111图2液压缸的负载循环图、速度循环图由表2-1和表2-2可以看出，最大负载出现在工进阶段，其最大值为匚=16336N.Fmax三、液压系统主要参数计算1、预选系统设计压力本车床属于半精加工机床，负载最大时为慢速工进阶段，其他工况时载荷都不大，参考表31表3

9、-1按主机类型选择设计压力主机类型设计压力/MPa说明机床精加工机床0.82当压力超过32MPa时，称为超高压压力半精加工机床35龙门刨床28拉床810农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构1016液压机、大中型挖掘机、重型机械、起重运输机械2022地址机械、冶金机械、铁道车辆维护机械、各类液压机具等25100预选液压缸的设计压力Pi=3MPa°2、计算液压缸主要结构尺寸为了满足动力头快速进退速度相等的要求并减小液压泵的流量，将缸的无杆腔作为主公作腔，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=2A2，即活塞杆直径d和液压缸内径D间应满足d=0.71D。为了提高动力头

10、的工作平稳性，给液压缸设置一定回油背压。表3-2液压执行元件的背压力系统类型背压力/MPa中低压系统简单系统和一般轻载节流调速系统0.20.5回油带背压阀调整压力一般为0.51.5回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时0.5设补油泵的闭式系统0.81.5高压系统初算时忽略不计参考表表32,暂取背压0.3MPa,上已取液压缸机械效率11cm=09，则可算得液压缸无杆腔的有效面积F16336_42A=pT=0T3=63.6910m2C-竽)0.9(3-)106224Ai463.6910一4从而得液压缸内径D=100mm=10cm。D=.A0.091m=91mm按GB/T2348-1993,将液压缸

11、内径圆整为因A1=2A2，故活塞杆直径为d=0.71D=0.71100=71mm按GB/T2348-1993,将活塞杆直径圆整为d=70mm=7cm.则液压缸有效实际面积为22102A=ID=U0=78.5cm二22二222A2=7(Dd)=z(107)=40.04cm2a=Ai-A2=38.46cm由于动力头的最低工进速度很低，故需按(式3-1)Aqmin-vmin对缸的结构尺寸进行检验：将调速阀的最小稳定流量qmin=50mL/min和活塞最小代入式31,算得进给速度min=0.02m/min=2cm/minqmin5022=25cmmin乙结果表明活塞面积可满足最低稳定速度的要求。差动连

12、接快进时，液压缸有杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1,其差值估取p=P2-p1=0.5MPa,并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时Ap=0;另外,取快退时的回油压力损失为0.6MPa。从而算得液压缸在工进阶段的实际工作压力1633664p2A20.340.046=2.4710Pa=2.47MPacm0.90I04I0p1一Ai.78.510工它正是系统工作循环中的最高压力。3、单个液压缸需求的最大流量液压缸最大流量发生在快退阶段，算得单个液压缸的最大流量q1为23q1max=A2'max=40.0431。=12012cm/min=12.012L/min4、其他工作阶段的压力、流量和功率

13、其他由下表可见，快退阶段工作时，输入功率最大，其值为P1max=594W.工作阶段计算公式负载F/N回油腔压力p/MPa工作腔压力p/MPa单缸输入流量q/(L/min输入功率R/W快进启动=+A2*pcmpAq=AV146211.32加速22641.671.17恒速21111.631.1311.53217Pi=Piq工进n*2A2P=mMAq=Ai"2Pi=Piqi63360.32.470.i577.856.35-3i8快退启动n+P2Acmc462ii.28加速PiAq=A?"iPi=Piq22640.6i.80恒速2iii0.6i.76i2.0i352四、制定方案，拟

14、定液压系统图1、制定液压回路方案a.调速方式与油源方案。考虑到切削进给传动功率不是很大，低速时稳定性要求较高；加工期间负载变化较大，故采用限压式变量阀供油和调速阀联合的容积节流调速方案，且快进时液压缸差动链接，以满足系统高压小流量和低压大流量的工况特点，从而提高系统效率，实现节能，调速阀设置在进油路上，通过调节通流面积实现液压缸及其拖动的车削动力头的车削进给调速度大小；通过分别调整两个调速阀可使两个车削动力头获得较高同步精度。b.方向控制方案。由于系统流量不是太大，故选用三位五通“O”形中位机能的电磁换向阀作主换向阀；本机床加工的轴颈长度尺寸无特殊精度要求，故采用行程控制即活动挡块压下电器行程

15、开关，控制换向阀电磁铁的通断电来实现自动换向和速度换接。通过两个电磁铁换向阀的通断组合，可实现两个车削动力头的独立调节。在调整一个时，另一个应停止。c.速度换接方案。快进和和工进的速度换接由二位二通行程阀和远控顺序阀实现，以简化油路，提高换接精度。工进时进右路和回油路的隔离采用单向阀实现。d.背压与安全保护。为了提高液压缸及其驱动的车削动力头的运动平稳性，在液压缸工进时的回油路上设置一溢流阀，以使液压缸在一定的背压下运行。为了保证整个系统的安全，在泵出口并联一溢流阀，用于防止过载。e.辅助回路方案。在液压泵入口设置吸油过滤器，以保证油液的清洁度；在液压泵出口设置压力表及多点压力表开关以便于个压

16、力阀调压时的压力观测。2、合成液压系统图将上述各液压回路方案进行综合即可组成专用车床的液压系统原理图，图中附表是电磁铁及行程阀的状态表。以左侧动力头及液压缸21为例说明其工作原理。a.快进按下启动按钮，电磁铁1YA通电使换向阀13切换至左位。由于快进时负荷较小，系统压力不高，故顺序阀9关闭，变量泵2输出最大流量。此时，液压缸21为差动连接，动力头快进。西戎的油液流动路线如下。进油路：变量泵2f换向阀13（左位）-行程阀19（下位）-液压缸21无杆腔。回油路：液压缸21有杆腔换向阀13（左位）单向阀11f行程阀19（下位）-液压缸21无杆腔。b.工进当动力头快速前进到预定位置时，动力头侧面的活动

17、挡块压下行程阀19,动力头开始车削工件。此时系统压力升高，在顺序阀9打开的同时，限压式变量泵2自动减小其输出流量，以便与调速阀17的开口相适应。系统中油液流动路线如下。进油路：变量泵2f换向阀13（左位）-调速阀17f液压缸21无杆腔。回油路：液压缸21有杆腔-换向阀13（右位）-顺序阀9f溢流阀（背压阀）-油箱。c.快退在动力头工作进给到预定位置触动行程开关SQ1时，给出动力头快退信号，电磁铁1YA断电，2YA通电，换向阀13切换至右位，此时系统压力下降；变量泵2的流量又自动增大，动力头实现快退。系统中油液的流动路线如下。进油路：变量泵2f换向阀13（右位）-液压缸21有杆腔。回油路：变量缸

18、21无杆腔-单向阀15f换向阀13（右位）-油箱。d.动力头原位停止当动力头快退回到原位时，活动挡块压下终点行程开关SQ3,是电磁铁1YA和2YA均断电，此时换向阀13操至中位，液压缸21两腔封闭，动力头停止运动，变量泵2实现高压小流量卸荷。待卸下加工好的工件，装好待加工工件后，系统开始下一工作循环。图4-1专用车床液压系统原理图1.过滤器.2.液压泵3.电动机4、7、8.溢流阀5.压力表开关6.压力表9、10顺序阀11、12、15、16.单向阀17、18.调速阀19、20行程阀21.液压缸22.油箱表41专用车床液压系统电磁铁和行程阀状态表工件电磁铁和行程阀状态1YA2YA3YA4YA行程阀

19、19行程阀20快进十一一十下位下位工进十一一十上位上位快退一十十一上位上位等待一一一一下位下位3选择液压系统的元件和辅件(1)液压泵的选择p1=2.47MPa,此时的输入流量较小，泵至缸间的进油路压力损失估取为=0.6MPa。则泵的最高工作压力Pp为由表可以查得液压缸的最高工作压力出现在工进阶段，即Pp=2.470.6=3.07MPa在两车削头同时快退时，需要的总流量为C=2父。=2x12.01L/min=24.02L/minq2maxqlmax取漏液系数k=1.1,则液压泵的流量为q=kq2max=1.12402=26.42L/min根据系统所需流量，拟初选限压式变量液压泵的转速为n=145

20、0r/min,泵的容积效率n=0.88,可算得泵的排量参考值为vVg1000qv100026.42c一=-=20.70mL/rn14500.88根据以上计算结果查手册，选用规格相近的YBX-B30M型限压式变量叶片泵，其额定压力为6.3MPa,排量为V=30mL/r,泵的额定转速为n=1500r/min,容积效率取”=0.88,倒推v算得泵的额定流量为q二Vn3015000.88=39.6L/min与系统所需流量基本符合。该系统选用变量泵，故应分别计算快速空载与工进速度最大时所需的功率，按两者中的较大值选取电机功率。最大工进速度所需流量为二2二2q=-n=一"八父1=7.85L/mi

21、nmax4Dvmax410选取泵的总、效率为0.8,则工进所需最大功率为Pw=2Ppqmax22.471067.8510“600.8=808W=0.808kW由表可知，快速空载时，液压缸的总负载F=2264N,此时，液压泵的工作压力为Pp4F42264=20.5=1.1MPa二70空载快速时，液压泵所需的驱动功率为6_3DpQp1.139.6/pp二1010-二907W=0.907kWPW1600.8v因为pw<pw1,故应按空载快退速度时所需功率选取电机。查设计手册，选用Y系列(IP44)中规格相近的Y90L-4-B5型立式三相异步电动机，其额定功率1.5kW,转速为1400r/min

22、。用此转速驱动液压泵时，变量泵的实际输出流量分别为q=Vnnv=30M1400M0.88=36.96L/min)26.24L/min=qp，仍能满足系统各工况对流量的要求。(2)控制元件的选择根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助元件的最大流量，查产品样本所选择的元件型号规格如表所列。表5-1专用车床液压系统主要元件的型号规格序号名称通过流量/(L/min)额定流量/(L/min)额定压力/MPa工作压力/MPa型号1过滤器36.963原始压力损失<0.02一XU-63X80J2限压式变量叶片泵36.949.36.33.07YBX-40B4先导式溢流阀36.9636.33.9YF3

23、-10B5六点压力表开关一一6.33.9K-6B6压力表一一测量范围0403.9Y-407、8直动式溢流阀4.8102.50.3P-B10B9、10远控顺序阀4.86.33.6XY-10B11、12单向阀16.22256.33.071-25B13、14三位五通电磁换向阀26256.33.0735D-25B15、16单向阀26636.31-63B17、18调速阀<10106.32.47Q-10B19、20行程阀19.461006.32.4722C-25BHf.液压辅件的计算与选择本系统属于中压系统，故取经验系数5,得油箱容量为V=：.qp=549.3=246.5L管件尺寸由选定的标准元件油

24、口尺寸确定。所选择的过滤器、压力表及压力表开关的型号规格见表5-1五.液压缸设计5.1 液压缸结构的拟定采用双作用单出活塞缸作为执行元件。选择碳钢作为缸筒材料缸前端与机架，底座与缸体，缸体与缸套，缸体与后盖均采用法兰连接。采用后端可调缓冲，前端间隙式缓冲。后端由一个单向阀与一个节流阀构成，端盖底座和法兰间采用螺栓连接，共采用8个螺栓。根据活塞中间支撑环大约10mm两边各向外扩展12mm安放一对Y型密封环,Y型密封环宽度12mm再两边各向外取5mm活塞轴向长度为以上长度之和。活塞与缸筒间采用Y型密封圈密封，端盖与活塞间采用Y型密封圈密封。5.2 液压缸主要几何尺寸的计算.活塞内径D的计算。根据上面的计算，取D=100mmd=0.7D=70mm。.缸筒材料的选择要求与端盖成法兰焊接的缸筒，所以选择35钢。.壁厚的选择选材料为碳钢二=150D=100Py=1.25P=1.252.47、二吗.1502,150-1.731.252.47-1)=7.65mm取6=8mmD1=D+2