液压与气动课程设计--卧式钻镗组合机床液压动力滑台的液压系统的设计.doc

液压传动课程设计说明书青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：液压传动课程设计学 院：机电工程系专业班级：机械设计制造及其自动化14-3学 号：学 生：指导老师： 青岛理工大学琴岛学院教务处 2016 年 11 月 20 日液压传动课程设计评阅书题目液压与气动课程设计学生姓名杜凤华学号20140251072指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日摘 要本文是关于卧式钻镗组合机床液压动力滑台的液压系统的设计过程的主要阐述。主要包括系统方案的确定、液压系统原理图的设计和总体布局的设计几个方面的内容。 液压传动是利用液体压力势能的液体传动，它以液体作为工作介质进行能量转换、传递和控制。相对于机械传动来说，它是一门新技术，液压及流体技术已经有二三百年的历史了，而近代液压传动在工业上的真正推广使用是随着微电子技术的迅速发展而展开的，并且渗透到液压技术中并与之密切结合，使其应用领域遍及到各个工业部门，已成为实现生产过程自动化、提高劳动生产率等必不可少的重要手段之一。通过液压传动的课堂学习，初步掌握了基本理论知识。本课程设计即为了给学生创造一个运用课堂理论知识，解决较复杂的问题的平台，锻炼学生综合利用所学知识的能力，用自己所学的知识去设计液压系统的回路，达到学以致用的目的。I目 录一级标题用加黑四号宋体二级标题用小四宋体请重新生成页码摘 要I1设计任务22 液压回路的工况分析33拟定液压系统原理图43.1初选液压件及基本回路43.2组成液压系统44 计算和选择液压件及验算液压系统性能5总 结6参考文献7（目录自动生成，插入引用索引和目录，目录，级别改完2级，然后按一级标题用加黑四号宋体，二级标题用小四宋体调整格式1设计任务1. 1题目 一卧式钻镗组合机床动力头要完成快进工进快退原位停止的工作循环，最大切削力为F17000N，动力头自重FG25000N，工作进给要求能在0.021.2m/min范围内无级调速，快进、快退速度为6.5m/min，工进行程为100mm，快进行程为300mm，导轨型式为平导轨，其摩擦系数取fs0.2，fd0.1；往复运动的加速减速实践要求不大于0.3s。试设设计要求1.2要求要求设计的卧式钻镗组合机床动力头要完成快进工进快退原位停止主要性能参数与性能要求如下：最大切削力 F=17000N动力头自重 FG25000N工作进给要求能在 0.021.2m/min 范围内无极调速快进、快退速度为 6.5m/min工进行程为 100mm 快进行程为 300mm导轨型式为平导轨，其摩擦系数取静摩擦因数fs0.2，动摩擦因数fd0.1往复运动的加速减速实践要求不大于0.3s。液压缸机械效率为0.9.计该液压系统。2 液压回路的工况分析2.1工况分析 切削推力 静摩擦力 动摩擦力 启动惯性力（惯性负载）2.2液压缸的推力启动推力 加速推力 快进推力 工进推力 反向启动过程作用力与F启、F加、F快 大小相同，方向相反表1 液压缸各阶段的负载和推力工况负载组成液压缸负载液压缸推力启 动加 速快 进工 进快 退500052642500195002500 5555 5848 2777 21666 2777根据液压缸上述各阶段的负载可绘制如图（1）所示的负载循环图速度图按已知数值V1 =V3=6m/min，快进行程长度L1=300mm，工进行程长度为L2=100mm，快退行程L3=L1+L2=400mm和工进速度V2等绘制，如图（2）选V2=0.021.2m/min进给循环图如图（3）2.3主要参数的确定2.3.1选取工作压力及背压力 F工=21666N，在20000-30000N之间，参考表2，P1=34MPa，初选P1=3MPa,防止加工结束动力头突然前冲，设回路有背压阀， P2按0.8MPa估算。 表2 按负载选择系统工作压力负载/KN551010202030305050系统压力/MPa0811.622.533445572.3.2确定液压缸的结构尺寸由工进时的推力计算液压缸的面积所以 表3 液压缸内径D与活塞杆直径d的关系按机床类型选取 d/D按液压缸工作压力选取 d/D机床类别 d/D工作压力p/（MPa） d/D磨床、珩磨及研磨机床0.20.320.20.3插床、拉床、刨床0.5250.50.58钻、镗、车、铣床0.7570.620.7070.7参照表3得d=0.7D 表4 液压缸内径尺寸系列（GB2348-1993）810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630表5 活塞杆直径系列（GB2348-1993）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400参照表5和表6对D和d进行圆整后得D=100mm d=70mm2.3.4液压缸的活塞面积2.3.5液压缸在各阶段的压力、流量和功率值表6 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力F0/N回油腔压力p2/MP进油腔压力p1/MPa输入流量q/10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动555501.46加速5848p1+pp=0.52.06恒速2777p1+p1.250.380.475工进19500 0.82.910.25*10-20.1560.687*10-20.429快退启动555501.38加速58480.52.43恒速27770.51.660.40.664注：1. p为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取 p=0.5MPa。2 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为P1，无杆腔回油，压力为P2。下面为图、表、公式排版示例：图2-1 手机充电座（图号与图题文字置一字空格置于图的正下方，5号宋体，图号编码和章序号）表2.1 钢丝绳强度与粘着力（表题和表号空2字，表上方居中，5号宋体）钢丝绳直径/mm4.56.758.19.1810.3单根钢丝绳强度Pn/(N/根)140033000430005500069000粘着力b/Nm-15600086000102000116000130000 (2-1) (2-2) (2-3)(正文中引用的公式、算式或方程式等按章序号用阿拉伯数字编号，如上例。公式单行居中排版与上下文分开，式号与公式同行居右排版。公式用公式编辑器编写)3拟定液压系统原理图3.1初选液压件及基本回路拟定液压系统原理图3.1.1拟定液压系统原理图一般应考虑以下几个问题：（1） 采用何种结构的执行元件；（2） 确定供油方式；（3） 调速方式的选择；（4） 快速回路和速度换接方式的选择；（5） 如何完成执行机构的自动循环和顺序动作；（6） 系统的调压、卸荷及执行机构的换向和安全互锁等要求；（7） 压力测量点的合理选择。 根据上述要求选择基本回路，然后将各基本回路归并、整理，在增加一些必要的元件或辅助油路，使之成为完整的液压系统，进行这项工作时还必须注意一下几点：（1） 尽可能省去不必要的元件，以简化系统结构；（2） 最终综合出来的液压系统应保证其工作循环中的每个动作都安全可靠，互相无干扰；（3） 尽可能采用标准件，减少自行设计的专用件；（4） 尽可能使系统经济合理，便于维修检测。3.1.2选择调速回路 由图（4）中的曲线得知，这台机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流的调速形式。为了解决进口节流调速回路前冲现象，回油路上要设置背压阀。初定背压值Pb=0.8MPa.由于液压系统选用了节流调速的方式，系统中的液压油的循环必须是开式的。从工况图来看，这个系统的工作循环内，液压缸交替地要求油源提供低压大流量和压小流量的液压油，最大流量和最小之比约为160，而快进，快退所需时间t1和工进所需时间t2分别是 从提高系统效率、节省能源来看，采用定量泵作为油源是不合适的。所以采用双联式定量叶片泵。如图（5） 图5 双联式定量叶片泵3.1.3选择快速运动和换向回路 采用节流调速回路后，不管采用什么油源形式，都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。此系统中单杆液压缸要作差动连接。3.1.4选择速度换接回路 由图4中的流量值得知，当滑台从快进转为工进时，输入流量由25L/min降到9.42L/min，滑台的速度变化较大，宜采用行程阀来控制速度的换接，以减小冲击。当滑台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大，为了保证换向阀式换接回路。3.1.5组成液压系统 将上面选出的液压基本回路组合在一起，就得到完整的液压系统原理图。如A3图纸（1） 3.2组成液压系统原理图4计算和选择液压件及验算液压系统性能4.1确定液压泵的规格 液压整个工作循环中的最高工作压力为2.91MPa，如果进油路上压力损失为0.8MPa，压力继电器调整压力高于系统最高工作压力0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力应为2.91+0.8+0.5=4.21MPa。 大流量泵是在快速运动时才向液压缸供油的，由图（4）可知，快退时液压缸中的工作压力要比快进时大，如果取进油路上的压力损失为0.5MPa，则大流量泵的最高工作压力为2.43+0.5=2.93MPa。 两个液压泵液压缸提高的最大流量为26L/min，如图（4），若回路中的泄露按液压缸输入的10%来估算的话，则两泵总流量应为而溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时输入液压缸的流量为9.42L/min,所以小流量泵的流量规格最小为3.5L/min。根据以上压力和流量的数值查，最后确定选取 PV2R12 型双联式叶片泵。4.2电动机的驱动功率由于液压缸在快退时输入功率最大，这相当于液压泵输出压力4.21MPa、流量29L/min时的情况。若取双联叶片泵的总效率，则液压泵的驱动原动机的功率为根据此数据查电机产品样本，最后选定了Y系列型（Y100L-4）电动机，其额定功率为 3KW。4.2其他元件及辅件4.2.1确定控制元件和辅助元件 根据液压系统的工作压力和通过各个控制阀类元件和辅助元件的实际流量，可选出这些元件的规格和型号，表（6）为选用的元件型号和规格。表6 液压元件明细表序号元件名称最大通过流量（L/min）型号1双联叶片泵-PV2R124溢流阀4Y-10B5单向阀35I-25B3 外控顺序阀12 XY-25B9单向阀21I-25B8压力继电器0.522D1-63BH10背压阀0.8B-10B2滤油器30XU-B32x1006三位四通电液换向阀40?12液压缸36?7单向行程调速阀0.32Q-10B11 二位三通电磁阀23?4.2.2确定油管 各元件间管道的规格按元件接口的尺寸确定，液压缸进、出油管按输入、输出的最大流量计算。由于液压泵具体选定后液压缸在各个阶段的进出流量已经与原定数值不同，所以要重新计算得到表（7）所示的数据。当液压油的流速取4m/min时，可得到液压缸有杆腔和无杆腔相连的油管内径分别为 为统一规格，按产品样本选取所有的油管均为内径20mm，外径28mm的10号冷拔钢管。表7 液压缸的进、出流量工步输入流量L/min输出流量L/min移动速度 m/min快进工进0.5快退4.2.3油箱 油箱的容量V按式估算，当经验系数取6时，。按GB 2876-81规定，取最靠近的标准值V=160L4.3液压系统的性能验算4.3.1回路压力损失验算由于系统的具体管路布置没有确定，整个回路的压力损失无法估算，所以此处省略。4.3.2 油液温升验算工进在整个工作循环中所占的时间比例达95%，所以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）为这是大流量泵通过顺序阀卸荷，小流量泵在高压下供油，所以两个泵的总输入功率（即系统输入功率）为由此得液压系统的发热量为按式（11-2）求出油液温升近似值温升没有超出允许范围，液压系统中不需设置冷却器。总 结正文小四概括说明本设计的情况和价值，分析其优点、特色、有何创新、性能，达到何等水平、经济性分析、适用性分析。同时，应指出其中存在的问题和今后改进的方向，特别对设计中遇到的重要问题要重点指出并加以研究。参考文献1 机械工程手册编辑委员会编机械设计手册【M】第3版北京：机械工业出版社，20082 作者机械设计手册【M】第3版北京：机械工业出版社，2008P56-P783 作者论文名称【J】期刊名称，年度，卷（期）：起止页码在文章中相应的位置标注出引用的序号，右上角的位置。序号按文中引用出现的位置标出。1 刘忠伟，刘少军.液压与气压传动M.第三版.北京：化学工业出版社，20132 成大先 .机械设计手册M.第一版.北京:化学工业出版社，20043 王守城，段俊勇.液压元件及选用M.北京:化学工业出版社，20074 周士昌.液压系统设计图集M.北京：机械工业出版社，20045 张世伟，朱福元.液压系统的计算与结构设计M.宁夏：宁夏人民出版社，198714