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+Fa11202快速下降FL2=Ffd500减 速FL3= Ffd- Fa2300工作进给FL4= Ffd+Fmax28500制 动FL5= Ffd- Fa3497反向启动FL6= Ffs+Fa41297快速上升FL7=Ffd500反向制动FL8= Ffd- Fa5203二、 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0v1v17.5快速下降v1s1- v1-v2234.9减 速v1v2v1+v27.6工作进给v2s2-v249.9制 动v20v20.1反向启动0v3v311.0快速上升v3s3- v3280反向制动v20v311.0三、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AA=90.476cm2液压缸直径DD=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GB234880，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=122.66cm2A2=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500p2=0p1=0.045Q1=A1v1= 55.197N=p1Q1= 0.0414工作给进28500p2=0.5p2=+=2.92Q1=A1v2= 0.736N=p2Q1= 0.0358快速上升500p2=0p3=0.066Q1=A1v3= 80.995N=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Qt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pt和Qt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1DT2DT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pt曲线中查出pmax=2.92MPa，取p=0.5MPa。ps=p+pps=2.92+0.5=3.42MPa2、计算液压泵的流量QPK(Q)max从图Qt曲线中查得Qmax=80.995L/min，取K=1.1。QP=1.180.995=89.1 L/min3、选择液压泵的规格pr=ps1.25=5.603 MPa从有关样本中查出：YBN40N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ABC。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38.8763160.2TLW5012限压式变量泵38.87256.30.5YBN40N13单向阀38.8763161.2S10P124三位四通电磁阀51.83160160.54WE10E20B15二位二通行程阀35.3463160.322C63BH16调速阀10.0750162FRM6B10B/1.5M17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= =175.99Q1=2.347Q1=Qp=55.197排出流量(L/min)Q2= =55.59Q2= = =1.549Q2= =80.42运动速度/（m/min）V1= =2.105V2= =0.0191V1= =6.62、 油箱油箱容量按液压泵的流量计算，取=7。V=Qp=780.995=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(m)元件过滤精度(m)低 压 系 统100150滑 阀1/3最小间隙70105Pa系统50节 流 孔1/7孔径(孔径小于1.8mm)100105Pa系统25流量控制阀2.530140105Pa系统1015安全阀溢流阀1525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(pn)如表8。表8 阀名pn(105Pa)阀名pn(105Pa)单向阀0.30.5背压阀38换向阀1.53节流阀23行程阀1.52转阀1.52顺序阀1.53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pv=0.2()2+0.5()2+0.3()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p=p2-p1=0.5()2+0.2()2+0.3()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pv=0.5()2+0.5+0.5()2+0.6+0.3()2 =0.62 MPa液压缸回油腔的压力p2为p2=0.5()2+0.6+0.3()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pv1=0.5()2+0.2()2=0.1122 MPa回油路总压力损失为pv2=0.2()2+0.5()2+0.2()2 =0.2642 MPa所以，快退阶段，液压泵的工作压力Pp为Pp=P1+pv1=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PpPp=PQ=0.51.88=0.94 kw发热功率p= 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T=103=20.07C系统温升为超过允许的40C，可不设计冷却装置。