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 I
1设计任务 2
2 液压回路的工况分析 3
3拟定液压系统原理图 4
3.1初选液压件及基本回路 4
3.2组成液压系统 4
4 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F＝17000N，动力头自重FG＝25000N，工作进给要求能在0.02～1.2m/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fs＝0.2，fd＝0.1；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 FG＝25000N
工作进给要求能在 0.02～1.2m/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fs＝0.2，动摩擦因数fd＝0.1
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

5000
5264
2500
19500
2500
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=0.02~1.2m/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=3～4MPa，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/KN
＜5
5～10
10～20
20～30
30～50
＞50
系统压力/MPa
＜0．8～1
1.6～2
2.5～3
3～4
4～5
＞5～7

2.3.2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
0.2～0.3
≤2
0.2～0.3
插床、拉床、刨床
0.5
>2～5
0.5～0.58
钻、镗、车、铣床
0.7
>5～7
0.62～0.70
——
——
>7
0.7

参照表3得d=0.7D
表4 液压缸内径尺寸系列（GB2348-1993）
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
(90)
100
(110)
125
(140)
160
(180)
200
(220)
250
320
400
500
630

表5 活塞杆直径系列（GB2348-1993）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400

参照表5和表6对D和d进行圆整后得D=100mm d=70mm
2.3.4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
5555
0
1.46
—
—

加速
5848
p1+Δp
△p=0.5
2.06
—
—
恒速

2777

p1+Δp

1.25

0.38

0.475
工进
19500
0.8
2.91
0.25*10-2～0.156
0.687*10-2～0.429

快退
启动
5555
0
1.38
—
—

加速
5848
0.5
2.43
—
—
恒速
2777
0.5
1.66
0.4
0.664
注：1. Δp为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取 Δp=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/mm
4.5
6.75
8.1
9.18
10.3
单根钢丝绳强度Pn/(N/根)
1400
33000
43000
55000
69000
粘着力τb/N·m-1
56000
86000
102000
116000
130000
(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
---
PV2R12
4
溢流阀
4
Y-10B
5
单向阀
35
I-25B
3
外控顺序阀
12
XY-25B
9
单向阀
21
I-25B
8
压力继电器
0.5
22D1-63BH
10
背压阀
0.8
B-10B
2
滤油器
30
XU-B32x100
6
三位四通电液换向阀
40
?
12
液压缸
36
?
7
单向行程调速阀
0.32
Q-10B
11
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=160L
4.3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
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[2] 作者．机械设计手册【M】．第3版．北京：机械工业出版社，2008．P56-P78
[3] 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。

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[2] 成大先 .机械设计手册[M].第一版.北京:化学工业出版社，2004
[3] 王守城，段俊勇.液压元件及选用[M].北京:化学工业出版社，2007
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[5] 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，1987

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