立式多轴组合钻床液压进给系统设计.doc

山东广播电视大学

课程设计任务书

地 市 山东莱芜市
教学班 莱钢电大
姓 名
学 号

山东广播电视大学教学出编印

课程设计须知

一、课程设计是围绕一门重要技术基础课或专业课结合工程设计而进行的一次综合性训练，通过对具体课题的方案分析、比较、设计计算、元件选取、安装调试环节，初步掌握简朴的工程分析方法和工程设计方法。
二、电大工科各专业的学生必须在教学计划中规定的时间内完毕课程设计。
三、课程设计的选题应符合教学规定，题目应符合工程实际，每个学生设计题目内容要有所区别。
四、电大学生应以严厉认真，实事求是的态度完毕课程设计，课程设计论文写作要做到论点明确、论据充足、书面整洁、笔迹工整。图纸应清楚、工整，符合设计规定，符合国家有关标准和部颁标准。
五、填报有关表格时，应按项目规定逐项填实、填全、填清。

姓 名

学 号

专 业
机电
一体化
年 级

教学班
莱钢电大
教学班负责人

设计题目
立式多轴钻孔专用组合机床液压系统设计
指导教师姓名
王奉德
职 称
高级
指导教师（含答辩）评语：

成绩： 指导教师署名： 工作单位： 月 日
地市电大复审意见：

成绩： 复审人署名： 职称： 月 日
省电大终审意见：

成绩： 终审人署名： 月 日
课程设计的任务和具体规定
《液压气动技术》课程设计任务书
一台立式多轴钻孔专用组合机床，钻削动力部件的上下运动采用液压传动。工作循环是：快速下降--工作进给—快速上升—原位停止。（为防止钻削头部由于重力下滑，装有平衡重，设计不考虑重力影响）已知数据如下：最大钻削进给抗力FL=28000N，动力滑台质量m=270Kg，快速下降行程S1=250mm，工进行程S2=50mm，快速上升行程S3=300mm；快速下降速度v1=75mm/s，工进速度v2不大于1mm/S，快速上升速度110mm/s，升速和减速时间在0.2S之内；滑台运动的静摩擦力Ffs=1000N，动摩擦力F=500N。执行元件用液压缸，活塞杆固定。液压缸机械效率取0.90。试设计液压系统。

课程设计说明书应包含的内容
1、 按格式写出设计计算说明书，使用说明书，另部件明细表，调试维护说明书。
2、 画出液压系统原理图。

课程设计应完毕的图纸
1、 循环图
2、 液压缸工况图
3、 液压系统图
其他规定
课程设计的期限

自 年 月 日至 年 月 日
课程设计进度计划
起 至 日 期
工 作 内 容
备 注

参考文献、资料索引
文献、资料名称
编著者
出版单位

课程设计目录
1、负载分析
2、运动分析
3、绘制负载、速度循环图
4、拟定液压缸尺寸
5、绘制液压缸工况图
6、选择液压基本回路
1）、调速回路
2）、换向回路和速度切换回路
3）、节约能量
4）组合基本回路
7、选择液压泵
1）、计算液压泵的工作压力
2）、计算液压泵的流量
3）、选择液压泵的规格
4）、计算功率选择电动机
8、选择控制阀
9、选择油管及油箱
10、液压系统性能验算
1）、系统压力损失估算
2）、温升验算
附图：多孔钻机液压系统图

一、 负载分析
由于系统采用平衡重，因此钻削头部件重量产生的向下作用力不再计入。钻削头部件启动、减速和制动过程中的惯性力为
启动时： Fa1=2m=2m=2270=202.5N
减速时：Fa2=2m=2m=2270=199.8N
制动时：Fa3=2m=2m=2270=2.7N
反向启动时：Fa4=2m=2m=2270=270N
反向制动时：Fa5=2m=2m=2270=270N
由此可得液压缸在各阶段的负载（见表1）。
表1
各工作阶段
计算公式
计算结果（N）
启 动
FL1=Ffs+Fa1
1202
快速下降
FL2=Ffd
500
减 速
FL3= Ffd- Fa2
300
工作进给
FL4= Ffd+Fmax
28500
制 动
FL5= Ffd- Fa3
497
反向启动
FL6= Ffs+Fa4
1297
快速上升
FL7=Ffd
500
反向制动
FL8= Ffd- Fa5
203

二、 运动分析
根据匀加速位移公式s=v0t+at2、加速度公式a=和已知条件，列出个阶段的速度和行程（见表2）。
表2
工 况
速度
行程
公式
结果（mm）
启 动
0~v1
v1
7.5
快速下降
v1
s1- v1-v2
234.9
减 速
v1~v2
v1+v2
7.6
工作进给
v2
s2-v2
49.9
制 动
v2~0
v2
0.1
反向启动
0~v3
v3
11.0
快速上升
v3
s3- v3
280
反向制动
v2~0
v3
11.0
三、绘制负载、速度循环图

负载循环图（见图1）。
图1 负载循环图
速度循环图（见图2）。

图2 速度循环图
四、拟定液压缸尺寸
参照各类机械厂用压力，取液压缸负载压力为3.5MPa。根据最大负载规定，液压缸有效工作面积A
A===90.476cm2
液压缸直径D
D===107mm
根据快速下降与上升的速比求活塞杆直径d
=≈1.333
所以 d=53.5mm
参照GB2348—80，选择符合标准的活塞和活塞杆直径。
D=125mm d=70mm
液压缸实际有效面积分别为
A1==122.66cm2
A2==84.19cm2
五、绘制液压缸工况图
根据以上计算结果，可求出专用机床在各个工作阶段内的压力、流量和功率值（见表3）。由于加、减速时间很短，对系统参数选择的影响不大，可忽略。

表3
工 况
负载FL
(N)
回油腔压力p2(MPa)
工作腔压力p2(MPa)
输入流量Q(L/min)
输入功率N(kW)
快速下降
500
p2=0
p1==0.045
Q1=A1v1= 55.197
N=p1Q1= 0.0414
工作给进
28500
p2=0.5
p2=+=2.92
Q1=A1v2= 0.736
N=p2Q1= 0.0358
快速上升
500
p2=0
p3==0.066
Q1=A1v3= 80.995
N=p3Q1= 0.0891
根据表3中的参数绘制液压缸工况图。

图3 液压缸工况图
六、选择液压基本回路
1、 调速回路
由于这台专用机床液压系统功率较小，钻削头部件运动速度较低，故选择节流调速回路。又由于工作进给时会油路上必须有背压，因此采用回油路调速阀调速回路。
图4 回油路调速单元
2、 换向回路和速度切换回路
由于该系统流量比较小，采用三位四通电磁换向阀换向即可。换向阀中位机能选M型，是为了停机时泵能实现压力卸荷。从Q—t曲线可知钻削头部件有快速下降转为工作进给时，速度相差很大，宜采用行程阀，以避免速度切换时产生液压冲击。

图5 换向回路和速度切换单元
3、 节约能量
从p—t和Q—t曲线可知，系统工作重要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，故采用限压式变量泵自动改变流量，以减少流量损失。
4、组合基本回路
把以上所选各种回路组合画在一起，初步形成一个完整的液压系统（见图6），然后再增长一些元件，如单向阀3、单向阀5、滤油器1。他们的作用分别是：
单向阀3：防止油液向液压泵倒灌；
单向阀5：使液压缸上升时，一开始可得到快速；
滤油器1：过滤油液，保持油液清洁度。

图6 多孔钻机液压系统图
表4
电磁铁
动作顺序
1DT
2DT
行程阀
快速下降
+
-
+
工作给进
+
-
-
快速上升
-
+
-
停 止
-
-
+
七、选择液压泵
1、计算液压泵的工作压力
由图的p—t曲线中查出pmax=2.92MPa，取∑Δp=0.5MPa。
ps=p+∑Δp
ps=2.92+0.5=3.42MPa
2、计算液压泵的流量
QP≥K(∑Q)max
从图Q—t曲线中查得Qmax=80.995L/min，取K=1.1。
QP=1.180.995=89.1 L/min
3、选择液压泵的规格
pr=ps1.25=5.603 MPa
从有关样本中查出：YBN—40N型限压式变量泵，Q=40L/min， pmax=6.3 MPa，p=0.80, pv=0.90。
4、计算功率选择电动机
按表3，使用时最大功率为0.0891Kw(没考虑阀和管道压力损失以及泵的效率)。但应考虑限压式变量泵所需最大功率，根据样本参数先画出泵的流量—压力特性曲线ABC（见图7），并根据快速上升和工进时的工作特点，可画出实际工作时泵应有的流量—压力特性曲线A`B`C`。图中B`点功率最大，其值为N`=1573W。
考虑到泵的效率，则电动机应有功率
==1966W
查相关材料，选用Y112M-6电动机，其额定功率为2.2Kw。

图7：泵的流量—压力特性曲线
八、选择控制阀
根据液压泵的工作压力和通过各阀的实际流量选用得液压元件见表5。
表5
序号
元件 名称
通过阀的实际流量（L/min）
额定流量（L/min）
额定压力MPa
额定压降MPa
型号及规格
数量
1
滤油器
38.87
63
16
<0.2
TLW—50
1
2
限压式变量泵
38.87
25
6.3
0.5
YBN—40N
1
3
单向阀
38.87
63
16
1.2
S10P1
2
4
三位四通电磁阀
51.83
160
16
<0.5
4WE10E—20B
1
5
二位二通行程阀
35.34
63
16
<0.3
22C—63BH
1
6
调速阀
<1
0.07~50
16

2FRM6B—10B/1.5M
1
7
液压缸

自行设计
1
九、选择油管及油箱
1、 油管
元件之间的连接管道按元件接口尺寸决定。液压泵选定之后，需重新计算液压缸工作各阶段的进、回油流量。见表6。
表6

快进
工进
快退
输入流量(L/min)
Q1== =175.99
Q1=2.347
Q1=Qp=55.197
排出流量(L/min)
Q2= ==55.59
Q2= = =1.549
Q2= =80.42
运动速度/（m/min）
V1== =2.105
V2= =0.0191
V1== =6.6

2、 油箱
油箱容量按液压泵的流量计算，取ζ=7。
V=ζQp=7×80.995=566.96
按国标规定，就近选标准值，V=700L。
3、滤油器的选择
选择滤油器的依据有以下几点：
(1)承载能力：按系统管路工作压力拟定。
(2)过滤精度：按被保护元件的精度规定拟定，选择时可参阅表7。
(3)通流能力：按通过最大流量拟定。
(4)阻力压降：应满足过滤材料强度与系数规定。
表7
系统
过滤精度(μm)
元件
过滤精度(μm)
低 压 系 统
100～150
滑 阀
1/3最小间隙
70×105Pa系统
50
节 流 孔
1/7孔径(孔径小于1.8mm)
100×105Pa系统
25
流量控制阀
2.5～30
140×105Pa系统
10～15
安全阀溢流阀
15～25
电液伺服系统
5

高精度伺服系统
2.5

十、液压系统性能验算
1、系统压力损失估算
由于管路布置未拟定，沿程损失暂无法计算。仅对阀类元件进行估算。
常用中、低压各类阀的压力损失(Δpn)如表8。
表8
阀名
Δpn(×105Pa)
阀名
Δpn(×105Pa)
单向阀
0.3～0.5
背压阀
3～8
换向阀
1.5～3
节流阀
2～3
行程阀
1.5～2
转阀
1.5～2
顺序阀
1.5～3
调速阀
3
常

（1）快进
由图可知。进油路上有单向阀3，电磁换向阀4的流量均为38.87 L/min。行程阀的流量为155.4L/min。其进油路总压力损失为
∑Δpv=0.2ⅹ()2+0.5ⅹ()2+0.3ⅹ()2=0.4261 MPa
回油路上液压缸单向阀3，电磁换向阀4的流量均为51.8 3 L/min，计算出有杆腔与无杆腔压力之差
Δp=p2-p1=0.5ⅹ()2+0.2ⅹ()2+0.3ⅹ()2=0.135+0.077 +0.254=0.466MPa
（2）工进
工进时，进油路上进油路上有单向阀3，电磁换向阀4的流量均为1.88 L/min。行程阀的流量为0.93L/min。顺序阀的流量为0.93+22=22.93 L/min。进油路的总损失为
∑Δpv=0.5ⅹ()2+0.5+[0.5ⅹ()2+0.6+0.3ⅹ()2] ⅹ=0.62 MPa
液压缸回油腔的压力p2为
p2=0.5ⅹ()2+0.6+0.3ⅹ()2=0.6358 MPa
（3）快退
快退时，进油路上进油路上有单向阀3的流量均为22L/min，电磁换向阀4的流量为38.37 L/min。行程阀的流量为51.83L/min。进油路的总损失为
∑Δpv1=0.5ⅹ()2+0.2ⅹ()2=0.1122 MPa
回油路总压力损失为
∑Δpv2=0.2ⅹ()2+0.5ⅹ()2+0.2ⅹ()2 =0.2642 MPa
所以，快退阶段，液压泵的工作压力Pp为
Pp=P1+∑Δpv1=1.5+0.1122=1.6122 MPa
此值为卸荷顺序阀的压力调定值。
2、温升验算
以工进时的消耗功率计算温升。
工进时液压缸的有效功率为
Pe=Fv2==0.0136kw
液压泵输入功率Pp
Pp==PⅹQ=0.5ⅹ1.88=0.94 kw
发热功率
Δp= Pp- Pe=0.94-0.0136=0.9247 kw
油箱散热面积
A=6.5=6.5==51244cm2=5.12m2
温升
ΔT===ⅹ103=20.07˚C
系统温升为超过允许的40˚C，可不设计冷却装置。