液压课程设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台液压系统

PAGEPAGE15成绩液压课程设计说明书题目：卧式钻镗组合机床的液压动力滑台液压系统学院：机电工程学院班级：学号：设计者：指导老师：目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、课程设计技术要 2二、工况分析 31、工况分析及液压缸的推力： 32、确定液压缸工作压力、结构尺寸、初定液压缸流量 43、确定液压缸结构尺寸 44、认证液压缸筒壁厚 55、定液压缸筒的长度 56、求最少活塞杆直径 57、校核活塞杆的稳定性 58、液压缸各截面积3 69、初定液压缸流量 610、液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表 611、确定定位夹紧液压缸结构尺寸及流量 7三、设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台的液压系统图 8四、液压元件设计计算与选择 91、液压泵工作压力、流量、驱动功率计算 92、确定液压缸的输入输出流量和移动速度 103、根据工作压力和通流量选取液压元件 104、油管尺寸 115、油箱容积 11五、液压系统稳定性论证 111、液压泵工作压力稳定性校核 112、校核系统驱动电机功率 123、系统热能工况的稳定性校核 12六、利用FluidSIM进行液压仿真 14七、液压系统的PLC控制程序与接线图 151、PLC接线图 15八、课程设计简单小结 15九、参考文献 15一、课程设计技术要快进→工进→快退→停止；切削推力30000N，快进行程400mm,工进行程50mm，V快=5m/min、V工进=0.04-0.10m/min,运动部件重G=9800N,试确定液压缸结构尺寸。静摩擦系数：fj=0.2，动摩擦系数：fd=0.1，液压缸机械效率：

原理图1、大泵，2、小泵，3、滤油器，4、外控顺序阀，5、15、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，14、减压阀，16、带定位装置的二位四通电磁换向阀，17、单向顺序阀，18、定位液压缸，19、夹紧液压缸二、工况分析1、工况分析及液压缸的推力：（1）、工况分析切削推力：F切=30000N静摩擦力：Fj=fjG=1960N动摩擦力：Fd=fdG=980N启动惯性力：Fg==(9800/9.8)*[5/(0.2*60)]=417N（2）、液压缸的推力（液压缸效率）启动推力：F启=Fj/η=2178N加速推力：F加=（Fd+Fg）/η=1552N快进推力：F快=Fd/η=1089N工进推力：F工=（F切+Fd）/η=(30000+980)/0.9=34422N反向启动过程作用力与F启、F加、F快大小相同，方向相反。工况运行图如下：图4-18：卧式钻镗组合机床液压缸工况图2、确定液压缸工作压力、结构尺寸、初定液压缸流量（1）、选取工作压力及背压力F工==34422N在30000-40000N之间,P1=4-5MPa选取,P1=4.2MPa，为防止加工结束动力头突然前冲,设回油路有背压阀或调速阀，取背压P2=0.8MPa。表2-2按负载选择工作压力负载/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作压力/MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5表2-3各种机械常用的系统工作压力机械类型机床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~32表2-4执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统回油路带调速阀的系统回油路设置有背压阀的系统用补油泵的闭式回路0.2~0.5简单系统或轻载节流调速系统0.4~0.6回油路带调速阀的系统0.5~1.5回油路设置有背压阀的系统0.8~1.5用补油泵的闭式回路回油路较复杂的工程机械1.2~3回油路较复杂的工程机械回油路较短且直接回油可忽略不计回油路较短且直接回油3、确定液压缸结构尺寸取液压缸无杆腔作工作腔列液压缸力的平衡方程：图4-19：卧式钻镗组合机床液压缸力的平衡图F=P1A1-P2A2=A1（P1-P2A2快进速度V快=5m/min，工进速度V工进=0.05×m/min,相差很大,应进行差动换接,取k=A2/A1=0.5取液压缸筒标准值：D=110d=0.7D=77取活塞杆标准值：d=804、认证液压缸筒壁厚中低压液压系统,由其切削加工性能确定液压缸筒壁厚，按薄壁圆筒计算壁厚：额定工作压力：Pn=4.3MPa<16MPa试验压力为：Py=1.5Pn=1.5×4.2=6.3MPa许用应力取：（取安全系数n=5）=235、定液压缸筒的长度活塞杆工作行程：450mm活塞杆伸出长度不少于：1100mm取活塞杆长：2000mm取液压缸筒长：L=1600mm6、求最少活塞杆直径取21比90少4.28倍,稳定性足够安全可靠。7、校核活塞杆的稳定性（1）、求活塞杆的临界半径（2）、求活塞杆的临界负载2000/20=100选用45#钢，取其柔性系数液压缸的安装方式采用一端固定,一端自由,其末端系数活塞杆细长比：取：25510345#钢的弹性模量：取活塞杆横截面惯性矩：活塞杆伸出长度：L=2000该液压缸活塞杆的稳定性能好,可靠性高。（3）、求活塞杆临界负载的安全系数其安全系数：nk=255103/34422=7.48、液压缸各截面积3＝＝＝9、初定液压缸流量快进：=500.95=47.5L/min==工进=：10、液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表工况负载（N）液压缸计算公式油压力P1(MPa)回油压力P2(MPa)输入流量Q(L/min)入功率P(kw)快进差动启动21780.440P1=(Fi+pA2)/A3Q=(A1-A2)×v快P=p1Q加速15500.760.5恒速10900.67250.28工进3442240.80.48-0.950.032-0.063P1=(Fi+p2A2)/AQ=v工A1P=p1Q工快退启动加速恒速21780.480P1=(Fi+p2A1)/AQ=A2×v快P=p2Q15501.400.510901.3022.50.49液压工况图11、确定定位夹紧液压缸结构尺寸及流量1、定位夹紧力设计计算K1—安全系数K2—加工系数K3—刀具钝化系数K4—断位切削系数根据实用经验，夹紧支撑系数f1=0.2，f2=0.7根据实用经验，推荐夹紧工作压力P夹＝20×105Pam取两个液压缸筒直径标准值：D=110设定活塞杆承受拉力，取活塞杆标准直径：d=63 Q夹=L/min三、设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台的液压系统图电磁铁动作表动作1YA2YA3YA4YA5YA6YADP1DP2工件夹紧＋＋快进＋工进＋＋＋快退＋+工件松夹+＋A、工件夹紧：5YA通电（1）、先定位：压力油→减压阀14→单向阀15→电磁阀→定位缸19无杆腔定位缸19有杆腔→电磁阀→油箱（2）、再夹紧工件定位后，压力油升高到单向顺序阀开启的压力，单向顺序阀开启，压力油→单向顺序阀→夹紧缸18无杆腔夹紧缸18有杆腔→电磁阀→油箱工件夹紧到位，压力油压力升高到压力继电器调定压力，继电器发信，1YA通电，主系统快进。B、快进：1YA通电，a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→↑液压缸有杆腔→电磁阀11→电液换向阀7→单向行程调速阀8→主缸（差动换接）C：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5（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→主液压缸无杆腔主液压缸有杆腔→电磁阀11→电液换向阀7→背压阀12→油箱D、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→↑主液压缸无杆腔→单向行程调速阀8→电液换向阀7→电磁阀13→油箱小泵2→↑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，下步工件松夹。E、工件松夹：6YA通电压力油→减压阀14→单向阀15→电磁阀→定位缸19和定位缸18的有杆腔定位缸19无杆腔→电磁阀→油箱夹紧缸18无杆腔→单向顺序阀的单向阀→电磁阀→油箱工件松夹后发出信息，操作人员取出工件。四、液压元件设计计算与选择1、液压泵工作压力、流量、驱动功率计算（1）、高压小流量泵工作压力计算高压小流量泵工作循环过程中，最大工作压力，采用调速阀进口节流调速，设定工进最大压力损失为0，则

（2）、低压大流量泵工作压力计算低压大流量泵的快速进退工作表得知快退工作压力为，高于快进工作压力取为快速进给工作压力,设定快进最大压力损失为，则：＝（3）、液压泵的流量及规格由工况表得知快速进给流量为25L工进最大流量，溢流阀最少稳定流量为，即高压小流量泵的流量最少要，选YB-D32～50/4～10,额定压力，转速,选YB-D36/6（4）、电动机的驱动功率从液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表得知，液压缸最大输出功率为：=快速进退最大工作压力：＝取电机效率：，则电动机的驱动功率为=选型交流异步电动机。额定电流4.8，转速2840r/min2、确定液压缸的输入输出流量和移动速度工步输入流量L/min输出流量L/min移动速度m/min快进=工进0.95快退3、根据工作压力和通流量选取液压元件序号元件名称实际通流量元件规格数量备注01双联叶片泵36/6L/minYB-D36/5102滤油器42L/minWU-63×F103油箱252L/min（容积）1自制（300L/min）04外控顺序阀36L/minX4F-B20D-Y1105单向阀36L/minDF-B20H2106先导式溢流阀6L/minYF-B6B107电液换向阀79.8L/min34EYOB25H-T108单向程行调速阀≤1L/min1QCA3-D16109压力继电DP-63型210液压缸（主缸）111电磁换向阀79.8L/min23E1B25C112P型背压阀≤1L/minP-D6B113电磁阀79.8L/min22E1B25C114减压阀19L/minJF3-C10B115单向阀19L/minDF-B10H2116电磁换向阀19L/min24EB10H-ZZ117单向顺序阀19L/minXD2F-B10E-Y1118夹紧液压缸119定位液压缸120压力表开关YK2-614、油管尺寸按标准化元件计算液压油管内径尺寸如下：取液压油管内径标准值d=20（外径d=25）5、油箱容积V==6*42=252L五、液压系统稳定性论证1、液压泵工作压力稳定性校核（1）、系统快进液压泵工作压力稳定性校核A、进油路压力损失经计算油管内径d=25，液压装置未安装前，设置进、回油管长度L=2.5m,选取L-AN32号机油1）、进油路流态判别＝＝<为层流2）、进油路沿程阻力损失3）、进油路局部阻力损失＝4）、进油路液压阀阻力损失＝5）、进油路总阻力损失＝B、回油路压力损失1）、回油路流态判别＝＝<为层流2）、回油路沿程阻力损失3）、回油路局部阻力损失＝4）、回油路液压阀阻力损失＝5）、回油路总阻力损失＝C、系统快进总压力损失＝D、系统快进液压泵工作压力＝系统快进工作性能稳定可靠。（2）、系统工进液压泵工作压力稳定性校核A、系统工进液压泵压力损失工进流量，其沿程、局部压力损失可略去不计，只有调速阀、背压阀的压力损失纳入计算如下：B、系统工进高压小流量液压泵工作压力＝系统工进工作性能稳定可靠。2、校核系统驱动电机功率选型交流异步电动机，系统可靠性稳定。3、系统热能工况的稳定性校核（1）、系统效率1）、快进、工进、快退时间由设计依据，主液压缸快进行程40cm,工进行程5快进时间：s工进时间：快退时间：2）、快进、工进、快退所占的时间效率快进时间效率：工进时间效率：快退时间效率：快进快退占进给决时间的16%，系统热能稳定性校核主要校核工进时区。3）、系统工进效率系统输出功率：系统输入功率：406.3+58.8=465.1W系统工进效率：（2）、系统热能工况的稳定性校核工进时间30.00s，占总进给时间35.87s的83.64%，是系统热能工况的稳定性校核区域。液压缸工进负载：F工=（F切+Fd）/η=(30000+980)/0.9=34422大进给速度：0.01/60=0.0017m/s系统输出功率：34422*0.0017=58.5W系统输入功率：620.1W系统能耗功率：=620.1-58.5=561.5W系统工质升高的温度：通过校核，该液压系统在夏季具有良好的工作稳定性，符合可靠性设计。六、利用FluidSIM进行液压仿真仿真图七、液压系统的PLC控制程序与接线图1、PLC接线图输入元件符号输出元件符号开关X01YAY1DP1X12YAY2DP2X23YAY3行程开关8X34YAY4无杆腔行程开关X45YAY56YAY6八、课程设计简单小结通过这次的课程设计，加深了我对液压各个元件的了解和对各工作原理的理解，也加深了我对液压各个元件的设计计算和选择，让我明白了液压系统的工作原理，在设计过程中，让我明白到查阅相关的设计手册的重要性，最后让我再次熟悉相关软件的操作，如CAD，FluidSIM,Solidworks。九、参考文献［1］张利平.液压站［M］.