学位论文-—液压传动课程设计说明书卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统.doc

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 液压传动课程设计 卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统 学生姓名： 罗文武 学 号： 201010601130 所在院(系)： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2010级机制4班 指 导 教 师： 杨光春 职称： 副教授 2013年 06 月 12 日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统1、课程设计的目的学生在完成液压传动与控制课程学习的基础上，运用所学的液压基本知识，根据液压元件、各种液压回路的基本原理，独立完成液压回路设计任务；从而使学生在完成液压回路设计的过程中，强化对液压元器件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用。能够对学生起到加深液压传动理论的掌握和强化实际运用能力的锻炼。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统，要求液压系统完成的工作循环是：快进工进快退停止；系统参数如下,动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为0.2、0.1，往复运动的加减速时间要求不大于0.2s。单面多轴钻孔组合机床，动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止。液压系统的主要性能参数要求如下，工件部件重量为G=9800N；最大行程为了300mm，工进行程为100mm，快进与快退速度相等，均为 7mmin，工进速度为v= 30-55mmmin。工作时要求运动平稳，且可随时停止运动。试设计该液压系统。完成设计计算书，拟定系统方案图，确定各液压元件的型号及尺寸，设计液压缸。3、主要参考文献1 王积伟.液压传动M.北京：机械工业出版社出版，2006.122 章宏甲.液压与气压传动M.北京：机械工业出版社出版，2007.1 3 雷天觉.液压工程手册M.北京：机械工业出版社，19904、课程设计工作进度计划 内容学时明确机床对液压系统的要求，进行工作过程分析4初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制14确定液压系统方案，拟订液压系统图4确定液压制造元件的类型并选择相应的液压元件，确定辅助装置4液压系统的性能验算2液压油箱的结构设计，制图及编制技术文件12合计1周指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年 月 日目录1 设计题目12 负载分析13 负载图和速度图的绘制33.1 绘制负载图33.2 绘制速度图34 液压缸主要参数的确定44.1 初选液压缸的工作压力44.2 液压缸面积计算44.3 计算各个工作阶段中的压力、流量和功率值55 液压系统图的拟定65.1 液压回路的选择65.2 液压回路的综合76 液压元件的选择96.1 液压泵96.2 阀类元件及辅助元件选择106.3 油管116.4 油箱137 液压系统性能验算137.1 验算系统压力损失并确定阀的调整值137.2 油液温升验算158 致谢169 参考文献161 设计题目1. 设计题目试设计一卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统，要求液压系统完成的工作循环是：快进工进快退停止；系统参数如下表,动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为0.2、0.1，往复运动的加减速时间要求不大于0.2s。 2. 设计内容完成系统设计计算，5000字左右的课程设计论文，包含动作循环图、负载图、速度图、系统原理图。绘制系统图，液压缸图纸。3. 设计数据卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统设计已知数据见表1-1：表1-1 卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统设计已知数据参数1主轴参数孔一直径(mm)13.8 个数12孔二直径(mm)8.5个数4快进、快退速度(m/min)7工进速度(mm/min)30-55最大行程(mm)300工进行程(mm)100材料硬度(HB)240工作部件重量(N)98002 负载分析负载与运动分析：工作负载：高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力（单位为N）与钻头直径D（单位为mm）、每转进给量s（单位为mm/r）和铸铁硬度HBW之间的经算式为： （2-1）钻孔时的主轴转速n和每转进给量s（参考组合机床设计手册）选取： 对13.8mm的孔，=360r/min，=0.147mm/r 对8.5的孔， =550r/min, =0.096mm/r代入式(1-1)求得：=27975N 惯性负载 m= kg=1000kg=1000=583N阻力负载 静摩擦阻力 动摩擦阻力由此得出液压缸在各工作阶段的负载如下表2-1所示： 表2-1 液压缸在各工作阶段的负载 （单位：N）工况负载组成负载值F推力=F/起动=19602178加速=[phone]快进=9801089工进=[phone]反向起动=19602178加速=[phone]快退=9801089注: 1. 液压缸的机械效率通常取0.9-0.95,此处取0.9。 2. 不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。 3 负载图和速度图的绘制3.1 绘制负载图负载图按表2-1中数值绘制,如图3-1: 图3-1负载图3.2 绘制速度图速度图按已知数值=7m/min, =200mm、=100mm、快退行程=+=300mm和工进速度等的绘制，如图3-2，其中由主轴转速及每转进给量求出，即=53 mm/min图3-2速度图4 液压缸主要参数的确定4.1 初选液压缸的工作压力 由参考文献1中表11-2和表11-3可知，卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统的最大负载为32172N时，宜取。4.2 液压缸面积计算鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里液压缸可选用单杆式的，并在快进时做差动连接。这种情况下液压缸无杆腔工作面积应为有杆腔工作面积的两倍，即活塞杆直径与缸筒直径呈的关系。在孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压，以防孔被钻通时突然消失而造成滑台突然前冲而设置的回油腔背压0.8MPa。快进时液压缸虽作差动连接，但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取MPa。快退时回油腔中是有背压的，这时可按0.6MPa估算。可以算出工作腔需要的工作面积。 由参考文献1中工进时的推力式（5-3）得： 故有 ； 根据将这些直径圆整成就近标准值时得:D=110mm,d=80mm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为： 经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。4.3 计算各个工作阶段中的压力、流量和功率值 根据以上D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表4-1所示：表4-1 液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值工况计算公式推力回油腔压力 进油腔压力输入流量输入功率快 进起动217800.434_加速17370.791_恒速10890.66235.180.388工进,321720.83.7620.50.031快 退起动217800.487加速17370.61.66恒速10891.51731.340.792并根据表4-1绘出工况图，如图4-1： 图4-1 组合机液压缸工况图5 液压系统图的拟定5.1 液压回路的选择1. 供油方案：参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油，调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀做定压阀。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回路上加背压阀，初定背压值Pb=0.8Mpa.2. 快速运动回路：和速度换接回路 根据运动方式和要求，采用差动连接和双泵供油二种快速运动回路来实现快速运动。即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。3. 速度换接回路：采用二位二通电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，且能实现自动化控制，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大小也容易调整，另外采用液压顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程阀与压力联合控制形式。4. 换向回路：本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换想阀的换向回路。为便于实现差动连接，所以选用三位五通电磁换向阀。为提高换向的位置精度，采用死挡铁铁和压力继电器的行程终点返程控制。5.2 液压回路的综合 将上述选出的液压基本回路组合在一起，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图5-1所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处，背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表即能观测各点压力。 图5-1 组合机床动力滑台液压系统原理图各电磁铁的动作顺序如表5-1所示：表5-1 电磁铁的动作顺序1Y2Y3Y快进+-工进+-+快退-+-停止-6 液压元件的选择6.1 液压泵由表4-1可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路压力损失P=0.8MPa，压力继电器可靠动作需要压力差为0.5MPa，则小流量液压泵最高工作压力可按式下式算出 = +P+0.5=(3.762+0.8+0.5)MPa=5.062MPa 大流量泵是在快速运动时才向液压缸输油的，由图4-1可知，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，若取进油路压力损失为0.5MPa，则大流量泵的最高压力为两个液压泵应向液压缸提供的最大流量是35.18L/min，若回路中的泄露按液压缸输入流量的10%估计，则两个泵的总流量为=1.135.18L/min=38.7L/min由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min,而工进时输入液压缸的流量为0.5L/min，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为3.5L/min。根据上面计算的压力和流量，并考虑液压泵存在容积损失，查液压元件及选用，选用PV2R12-6/26型的双联叶片泵，其中大流量泵和小流量泵的排量分别为26mL/r和6mL/r，若取液压泵的容积效率为0.9，则当泵的转速=,940r/min时，液压泵的实际输出流量为由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为2.017MPa,流量为27.1L/min。取泵的总效率，则液压泵驱动电动机所需的功率为根据此数值按JB/T9616-1999，查阅电动机产品样本选取Y100L-6型电动机，其额定功率，额定转速6.2 阀类元件及辅助元件选择 根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅助规格如下表6-1所示。表6-1中序号与系统原理图5-1的序号一致。表6-1 液压元件明细表序号元件名称估计通过流量/L.min-1额定流量/L.min-1额定压力/MPa额定压降/MPa型号、规格1双联叶片泵（5.1+22）16/14PV2R12-6/262单向阀2263160.2AF3-Ea10B3三位五通电磁阀5080160.535DYF3Y-E10B4二位二通电磁阀6063160.3AXQF-E10B5调速阀0.50.07-5016AXQF-E10B6压力继电器10HED1Ka/107单向阀2563160.2AF3-Ea10B8液控顺序阀2263160.2XF3-E10B9背压阀0.36316YF3-E10B10液控顺序阀（卸载用）2263160.2XF3-E10B11单向阀6063160.2AF3-Ea10B12溢流阀5.16316YF3-E10B13过滤器30630.02XU-6380J14压力表开关10KF3-E3B6.3 油管各元件间边接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管见分晓按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如下表6-2所示。表中的数值说明，液压缸快进、快退的速度与、与设计相近。这表明上边所选液压泵的型号、规格是合适的。表6-2 液压缸的进、出流量和运动速度流量、速度快进工进快退输入流量 =(95.0327.1/(95.03-44.77)=51.24=0.5 =27.1排出流量 = =24.14 =0.24 = = 57.52运动速度 =5.39 =0.053=6.05 根据表6-2中数值，当油液在压力管中流速取3m/s时，按参考文献1中式（7-9）算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为=mm=19.04mm = =13.85mm 这两根油管根据GB/T2351-2005选用外径为mm、内径mm的无缝钢管。6.4 油箱油箱容积按参考文献1式（78）估算，当取时，求得其容积为 按JB/T79381999规定，取标准值V=250L。7 液压系统性能验算7.1 验算系统压力损失并确定阀的调整值 由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能先按参考文献1式(3-46)估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。 7.1.1 快进 滑台快进时，液压缸差动连接，由表6-1和表6-2可知，进油路上油液通过单向阀2的流量是22,通过电流换向阀3的流量是27.1,然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量51.24通过电磁阀4并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为：此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀3和单向阀7的流量都是22.14然后与液压泵的供油合并，经电磁阀4流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力与无杆腔压力之差。此值小于原估值0.5，所以是偏安全的。7.1.2 工进工进时，油液在进油路上通过电液换向阀3的流量为0.5，在调速阀5处的压力损失为0.5MPa；油液在回油路上通过电液换向阀的流量是0.24，通过顺序阀8处的流量为（22+0.24）=22.24,在背压阀9处的压力损失为为0.5。因此这时液压缸回油腔的压力为 因为0.537MPa大于原估计值0.8，故可按照表4-1中公式重新计算工进时液压缸进腔压力，即：此值与表4-1中的数值3.762MPa相近。考虑到压力继电器可靠动作需要压差。故溢流阀12的调压为： 7.1.3 快退快退时，油液在进油路上通过单向阀2的流量为22L/min，通过电液换向阀3的流量为27.1L/min；油液在回油路上通过单向阀7、换向阀3和单向阀14的流量都是57.52L/min。因为进油路上总压降为：此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上的总压降为：故快退时液压泵的最大工作压力应为：=（1.66+0.082）=1.742因此大流量液压泵卸荷的顺序阀10的调压应大于1.742。7.2 油液温升验算 工进在整个工作循环中所占比： =95%因此，系统发热和油液温升可用工进时的情况来计算。 工进时液压缸的有效功率（即系统输出功率）为：这时大流量泵通过顺序阀10卸荷，小流量泵在高压下供油，所以两泵的总输出功率（即系统输入功率）为： 由此得液压系统的发热量为：按参考文献1式（11-2）求出油液温升近似值： =13.06温升没有超出允许范围，液压系统中不需设置冷却器。8 致谢在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先，我要感谢我的指导老师杨光春副教授在此次液压课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师让我明白了设计规范和标准，让我能把设计和绘图做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计难题。同时也感谢学院为我提供良好的做液压传动课程设计的环境。最后，再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。9 参考文献1 王积伟.液压传动M.北京：机械工业出版社出版，2006.122 章宏甲.液压与气压传动M.北京：机械工业出版社出版，2007.1 3 雷天觉.液压工程手册M.北京：机械工业出版社，1990 4 马振福.液压与气动传动M.北京：机械工业出版社，2004.15 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，20046 陈启松.液压传动与控制手册M.上海：上海科学技术出版社，200617