专用钻床液压专业系统设计快进工进死档铁停留快退原位停止.doc

蚌埠学院
任务要求
快进-工进-死档停留-快退-原位停止

机电工程学院

《液压和气压传动课程设计》
说 明 书

课题名称： 专用钻床液压系统设计
学生姓名： 学号： 0607208
专 业： 机械设计制造及其自动化 班级： 10机电2
成 绩： 指导老师签字：

6月
20日

目 录

1 设计题目及其要求................................ 1
2工况分析
2.1动作要求分析...............................1
2.2负载分析...................................2
2.3负载图和速度图绘制.......................5
2.4液压缸关键参数确定.........................6
3 液压系统设计设计
3.1液压系统图确实定..........................10
3.2液压系统工作原理........................12
3.3液压元件选择...........................13
4 验算性能完成设计 ..............................16
5总结............................................20

设计内容
计算说明
结论

题目及要求

动作要求分析

一，设计题目及要求：
试设计一专用钻床液压系统，要求完成”快进-工作-快退-停止（卸荷）”工作循环．
静摩擦系数fs
0.2
动摩擦系数fd
0.1
快进、快退速度V（m/min）
4.8
往复运动加减速时间t（S）
0.15
工进速度V2(m/min)
20
工进行程s1（mm）
138
快进行程s2（mm）
400
切削阻力 N
14000
工作部件重量 N
10000
机械效率m
0.95

二，工况分析
2.1动作要求分析
依据主机动作要求画出动作循环图图1-1

图1-1 动作循环图

设计内容
计算说明
结论

工作负载

摩擦负载

惯性负载
2.2负载分析
（1）工作负载：
工作负载和设备工作情况相关，在机床上，和运动件方向同轴切削力分量是工作负载。
FL=13412N
（2）摩擦负载：
摩擦阻力是指运动部件和支撑面间摩擦力，它和支承面形状，放置情况，润滑条件和运动状态相关。
静摩擦负载 Ffs=fsG = (0.2*5390)=1078N
动摩擦负载 Ffd=fdG = (0.1*5390)=539N
（3） 惯性负载：
惯性负载是运动部件速度改变是，由其惯性而产生负载，可用牛顿第二定律计算。
加速 Fa1 = m*a1=(5390/9.81)*(0.075/0.2)=206.04N
减速 Fa2 = m*a2=(5390/9.81)*(0.074/0.2)=203.29N

FL=13412N

Ffs=1078N
FFfd=539N

Fa1 = 206.04N

Fa2=203.29N

设计内容
计算说明
结论

制动 Fa3 = m*a3 =(5390/9.81)*(0.001/0.2)=2.75N
反向加速 Fa4 = Fa1 = 206.04N
反向制动 Fa5 = Fa4 =206.04N
假如忽略切削力引发颠覆力矩对导轨摩擦里影响，并设液压缸机械效率ηm=0.85，则液压缸在各工作阶段总机械负载能够算出，见表
工况
计算公式
总负载 F/N
缸推力 F/N
开启
Ffs
1078
1268.23
加速
Ffd + Fa1
745
846.47
快进
Ffd
539
634.12
减速
Ffd - Fa2
336
395.29
工进
FL + Ffd
13951
16412.94
制动
FL+Ffd – Fa3
13948.25
16409.7
反向加速
-Ffd - Fa4
745.04
876.52
快退
-Ffd
539
634.12
制动
-Ffd+ Fa5
332.96
391.72

Fa3=2.75N

Fa4=206.04N

设计内容
计算说明
结论

负载图和速度图绘制

液压缸关键参数确定

初选液压缸工作压力

液压缸尺寸

活塞杆稳定性校核

流量计算

压力计算

功率计算

工况图

2.3负载图和速度图绘制
依据负载计算结果和已知各个阶段速度，因为行程是400mm，设定快进时行程L1=300mm，工进时行程L2=100mm。可绘出负载图（F-l）和速度图（v-l），见图1-2a、b。横坐标以上为液压缸活塞前进时曲线，以下为液压缸退回时曲线。

1-2a,b

2.4、液压缸关键参数确定
（1）、初选液压缸工作压力
按负载大小依据表2选择液压缸工作压力
表2 按负载选择实施元件工作压力

依据最大负载F=19412N, 初选液压缸工作压力为3MPa
（2）、计算液压缸尺寸
按最大负载Fmax计算缸筒面积A得

计算缸筒内径D得

按计算结果依据表3选择缸筒内径标准值。
表3 液压缸内径和活塞杆直径标准系列（GB/T2348—1993） mm

按标准取D = 90mm(壁厚5mm，单重11.17kg/m)
依据快进和快退速度相等要求，确定液压系统在快进时采取差动连接。设活塞杆直径为d，于是有

D2/(D2-d2) =1.3 d=43.23mm
按标准取 d = 45mm
则液压缸有效作用面积为：
无杆腔面积 A1=1/4 *π*D2 = 1/4*π*92=63.59cm2
有杆腔面积 A2=1/4 *π*(D2-d2) = 1/4*π*(92-4.52) =47.69cm2

（3 ）活塞杆稳定性校核
活塞杆总行程为400 mm , 而活塞杆直径为45mm , l/d =400/45=8.89<10
∴不用稳定性校核
（4） 、计算液压缸流量、压力和功率
1） 流量计算

2）压力计算

3）功率计算

4、绘制工况图
工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表4所表示。
由表绘制液压缸工况图图3所表示。

图3 液压缸工况图
t(s)
p(MPa)
2.58
0.4
0.13
q(L/min)
21.4
7.15
3.1
t(s)
P(W)
47.7
t(s)
46.4
133.3
快进
工进
快退

3MPa

D=83mm

A1=63.59cm2
A2=47.69cm2

不用稳定性校核
设计内容
计算说明
结论

选择实施元件

确定供油方法

调速方法选择

速度换接选择

换向方法选择

快进

工进

快退

液压泵压力

所需液压泵流量

选择液压泵

选择电动机

标准件

油管

油箱

压力损失验算

沿程压力损失△Pf

回油沿程压力损失

总沿程压力损失

局部压力损失△Pr

总压力损失∑△p

调定压力确实定

系统温升验算

总结

三，液压系统设计

3.1、液压系统图确实定
1、选择实施元件
由系统动作循环图，选定单活塞杆液压缸做为实施元件。依据快进和快退速度相等要求，确定在快进时采取差动连接，所以应使无杆腔有效面积为有杆腔有效面积两倍。
2、确定供油方法
由工况图分析可知，液压缸在快进、快退时所需流量较大，但连续时间较短；而在工进时所需流量较小，但连续时间较长。所以从提升系统效率，节省能源角度考虑，系统供油方法不宜采取单个定量泵，而宜采取双泵或变量泵。所以参考同类组合机床，选择双作用叶片泵双泵供油方法。
3、调速方法选择
由工况图可知，快进和快退时有速度要求，所以在有杆腔油口处统一采取调速阀调速。工进时速度低，考虑到系统负载改变小，所以采取调速阀进油节流调速回路。

4、速度换接选择
快进和工进之间速度需要换接，为便于对换接位置进行合适调整，所以采取二位二通行程阀来实现速度换接。另外采取液控次序阀和单向阀来切断差动回路。所以速度换接回路为行程和压力联合控制形式。
5、换向方法选择
采取三位五通电磁阀进行换向，以满足系统对换向多种要求。选择三位阀中位机能为M型，以实现能够随时在中途停止运动要求。为提升换向位置要求，拟采取止挡块和压力继电器行程终点返回控制。
6、其它选择
为便于观察调整压力，在液压泵出口处和液压缸两接口处 均设置测压点，并配置多点压力表开关，方便利用一个压力表即能观察各点压力。
完成以上各项选择后，作出确定液压系统原理图和各电磁铁动作次序表图4所表示。

3.2、液压系统工作原理
1、快进
按下起动按钮，电磁铁1YA通电，电磁换向阀8阀芯右移，换向阀工作在左位，实现快进，油路为：
进油路：泵2→换向阀8左位→行程阀13下位→液压缸左腔；
回油路：液压缸右腔 →调速阀14 →换向阀8左位→单向阀9→行程阀13下位→液压缸左腔，形成差动连接。
2、工进
当滑台快速运动到给定位置时，滑台上撞块压下行程阀13阀芯，切断通道，使压力油经调速阀10进入液压缸左腔。因为油液流经调速阀，系统压力上升，打开液控次序阀7，此时单向阀9关闭，切断液压缸差动回路，实现工进，油路为：
进油路：泵2→换向阀8左位→调速阀10→液压缸左腔；
回油路：液压缸右腔→调速阀14 →换向阀8左位→次序阀7→背压阀6 →油箱。

3、快退
当滑台工进完成以后，停留在止挡块处，系统压力升高，直到压力继电器12调整值时，压力继电器动作，2YA通电，电磁换向阀8工作在右位，滑台快退返回。快退油路为：
进油路：泵2 →调速阀14 →换向阀8右位→液压缸右腔；
回油路：液压缸左腔→单向阀11→换向阀8右位→油箱。
3.3、液压元件选择
1、确定液压泵型号及电动机功率
1）计算液压泵压力
估算压力损失经验数据：
通常节流调速和管路简单系统取∑△pl=0.2~0.5MPa，有调速阀和管路较复杂系统取∑△pl=0.5~1.5MPa。
液压缸在整个工作循环中最大工作压力为2.58MPa，因为系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失∑△pl=0.5MPa，计算液压泵工作压力为
pp=p+∑△pl=2.58+0.5=2.63MPa

2）计算所需液压泵流量
考虑泄漏修正系数K：K=1.1~1.3。
液压缸在整个工作循环中最大流量为21.4L/min。取回路泄漏修正系数K=1.1，计算得所需两个液压泵总流量为
qp=1.1×21.4=23.54L/min
因为溢流阀最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸所需流量为0.4L/min，所以高压泵流量不得少于3.4L/min。
3）选择液压泵
1、 单泵Single pump

型号
排量
压力
转速
容积效率
驱动功率
重量
YB1～4
4
6.3
960
≧85
1.1
5
YB1～25
25
6.3
960
≧90
3.3
9

2、 双泵：Double Pump

L
L1
L2
L3
B
B1
H
S
D1
D2
d
d1
C
t
b
Z1
Z2
Z3
255
106
38
144
45
20
145
110
90dc
128
20d
11
5
22
5
Z1”
Z3/4”
Z1/4”

由[3]第5卷P158选择YB1—10/16型双联叶片泵。
液压泵额定压力为6.3MPa，排量分别为10mL/r和16mL/r，取容积效率ηpV=0.85，总效率η=0.8，额定转速分别为1450r/min和960r/min.
4）选择电动机
拟选Y系列三相异步电动机，满载转速960r/min，按此计算液压泵实际输出流 qp=（10+16）×10﹣3 ×960 ×0.85=21.22L/min
计算所需电动机功率为

由[3]第4卷P569选择Y132S-6电动机。
电动机额定功率为3KW，满载转速为960r/min。
2、选择阀类元件及辅助元件
1）标准件
依据系统工作压力和经过各个阀类元件和辅助元件流量，由产品目录确定这些元件型号及规格如表5 所表示。
2）非标件
a）油管
油管尺寸依据实际流量类比确定，采取内径为16mm，外径为20mm紫铜管。
b）油箱
油箱容积计算以下
V=（5~7）qp=（5~7）×21.22=106.1~148.54L
取V=150L。
表5 液压元件型号及规格
序 号 名 称 经过流量qmax(L/min) 型号及规格
1 滤油器 24.96 XU-C32×100B
2 双联叶片泵 21.22 YB1—10/16
3 溢流阀 8.11 Y-10B
4 单向阀 13.61 I-25B
5 次序阀 13.61 X-B25B
6 溢流阀 8.37 Y-10B
7 次序阀 8.37 XB-25B
8 三位五通电磁换向阀 21.22 35D-25BM
9 单向阀 8.37 I-25B
10 调速阀 16.20 Q-25B
11 单向阀 16.80 I-25B
12 压力继电器 DP-25B
13 二位二通行程阀 24.57 22D-25B
14 调速阀 21.22 Q-25B
15 压力表开关 K-3B
16 压力表 Y-100T
17 电动机 Y132S-6

四， 验算性能完成设计
4.1、液压系统性能验算
1、压力损失验算
按液压泵实际输出流量估算压力损失。
1）油液在油管中流速
进油管流速v'

回油管流速v"

层流状态： λ1=75/Re1=75/552=0.14

2）沿程压力损失△Pf
设系统采取L-HM32液压油，室温为20℃时粘度为
ν=1.0×10﹣4 m2/s
a）进油沿程压力损失△Pf1

层流状态： λ1=75/Re1=75/552=0.14
取油液密度为ρ=890kg/m3，进、回油管长度均为2m，得进油沿程压力损失为

b）回油沿程压力损失

层流状态： λ2=75/Re2=75/281=0.27

c）总沿程压力损失

3）局部压力损失△Pr
局部压力损失包含液压阀压力损失及管道和管接头压力损失。液压阀损失很小，能够忽略不计。管道和管接头压力损失通常取沿程压力损失10%计算，于是
△pr=10% △pf=0.1×0.48=0.05MPa
4）总压力损失∑△p
∑△p=∑△pf+ ∑△pr=0.48+0.05=0.53MPa
原设∑△p=0.5MPa，和计算结果很靠近。
2、调定压力确实定
双联泵系统中卸荷阀调定值为

取 p卸=4.1MPa
溢流阀调定值应大于卸荷阀调定压力0.3~0.5MPa。取
p溢=4.5MPa
次序阀调定值应为
p顺=0.29+∑△p=0.29+0.95=1.24MPa
背压阀调定值取为 p背=0.3MPa

3、系统温升验算
工进时间在整个工作循环中所占时间百分比达87%，所以系统温升可按工进计算。
工进时液压缸有效功率为

工进时大流量泵卸荷，卸荷压力为0.3MPa，，小流量泵在高压3.64MPa下供油，两个泵总输出功率为

由此得液压系统单位时间发烧量为

设油箱三个边长在1：1：1~1：2：3范围内，计算散热面积为

按通风良好取散热系数h=15×10﹣3kW/（m2℃），计算油液温升为

设室温t1=20℃，得油液温度t2为

热平衡计算在许可范围内。

五，总结
液压是一们机械专业十分关键专业基础课。同时液压在实际生产应用上也发挥了契机巨大作用。在工业生产各个部门应用液压传动技术。工程机械，矿上机械，压力机械和航天工业中，常常采取液压传动，因为其结构简单，体积小，重量轻，输出力大；机床上采取液压传动是取其能在工作过程中方便实现无级调速，易于实现频繁换向，易于实现自动化；在电子工业，包装机械，印染机械，食品机械等方面应用气压传动关键是取其操作方便，无油，无污染。由此可见，液压应用很广泛，发挥作用也十分巨大。
液压课程设计是是对液压课程所学理论知识一次具体应用和实践，增强学生所学知识和具体方法实际应用有很大帮助。经过这次课程设计，使我对于液压系统设计有了一个愈加形象和直观认识和掌握。这个过程中锻炼了我分析处理问题，应用和查阅相关机械资料进行设计能力。
因为这次课程设计是在教学过程中进行，刚刚学过理论知识印象还很深刻，但要在在短短几周时间做好液压课程是不是一件轻易事，做课程设计又需要很多相关知识，这次课程设计又相当于让自己再次温固了一遍课程。真正做到理论和实践相统一。做好一个设计首要是理清思绪，把具体要做工作细分，循序渐进，走一步再走一步，这也有利于使自己不会碰到大任务，繁杂事情而手慌脚忙，不知所措。
查找资料是在整个设计过程中也是一项至关关键事情，因为我们全部没有经验，要想在短短时间里完成一套设计，有用资料是必不可少。图书馆中找到了部分和我们题目相近设计实例，老师给了我们一套相关液压设计工程手册。设计实例能够快速给我们设计思绪，设计过程中要包含哪多个方面内容也一目了然，于是大约是怎么样一个过程就有了；液压设计工程手册提供了我们需要选择元件，这些全部是标准件，比如电磁换向阀，液压泵等等
有了充足资料以后就要开始做自己设计了。设计分为多个模块：设计计算及元件选择，验算，图纸（溢流阀零件图、三位四通换向阀、集成块零件图等等）设计并不是照搬照抄书上原有东西，而是要依据前人经验和部分经典回路，再加入自己所需部分功效，最终设计完成。设计过程我们小组碰到了不少问题和疑点，经过和同学讨论交流，和请教王老师，最终使问题得以处理。自己也在这个过程中学到了很多实战知识。
经过小组队员一起努力，最终完成了液压课程设计。
整个课程设计过程是在教学同时进行，理论和实践相结合效果尤其好。自己也收获了不少东西。全盘计划，具体分析，付诸实施，合理调整，和团体协作等等科学做事方法全部得到了很好表现。
感谢这次王孝聪老师精心指点和教导。
我会以这次课程设计为契机，愈加好学习专研机械知识。在以后学校学习生活中愈加严格要求自己，我会继续努力，朝着二工大“知识型”“高技能”“创新型”人才培养标准而不停奋斗。

参考文件
1.《液压和气压传动》教材
2.《机械零件设计手册》（液压和气动部分） 冶金出版社
3.《组合机床设计》（液压传动部分） 机械出版社
4.《液压工程手册》 机械工业出版社
5.《液压系统设计简明手册》 杨培元主编，机械工业出版社
6.《液压元件手册》 黎启柏主编，冶金/机械工业出版社
7. 机械设计手册《液压传动》PDF版 化学工业出版社

采取差动连接

双作用叶片泵双泵供油

调速阀进油节流调速回路。

行程和压力联合控制形式

挡块和压力继电器行程终点返回控制

2.63MPa

23.54L/min

YB1—10/16型双联叶片泵。

Y132S-6电动机

内径为16mm，外径为20mm

V=150L

热平衡计算在许可范围内。