液压与气压传动课程设计模版.docx

徐州工程f院机电工程学院液压与气压传动课程设计说明书课题名称：卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统学生姓名：沈汝男学号：20100610143专业：机械制造及其自动化班级:10机制一班成绩：指导教师签字：2013年6月26日目录一、液压系统的题目及其设计要求3二、工况分析42.1 负载分析42.2 运动分析6三、液压系统的参数设计73.1 液压缸的计算73.2 液压系统图的确定9四、液压元件的选择114.1 液压泵的参数计算114.2 电动机的选择124.3 液压阀及过滤器的选择134.4 油管的选择14五、液压系统性能的验算145.1 压力损失的验算及泵压力的调整145.2 液压系统的发热和温升验算17六、设计总结18七、参考文献19结论设计内容计算说明一、液压系统的题目及其设计要求设计题目：设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统，要求完成工件的定位与夹紧,所需夹紧力不得超过6000No该系统工作循环为：快进工进快退停止。机床工作部件总质量m=900kg,机床快进快退速度约为5.5m/min,工进速度可在30120mm/min范围内无级调速，快进行程为200mm,工进行程为50mm,最大切削力为29.5kN,运动部件总重量为15kN,加速（减速）时间为0.1s,采用平导轨，静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1。题目5切削力工作部快进速度滑台最大行程件总重29500N900kg5.5mmin400mm设计要求：1 .液压系统的工况分析时，要作出负载循环图和速度循环图；2 .拟订液压系统原理图，采用合理的执行机构，确定正确的调速方案和速度换接方法，完善系统的调压、卸荷及执行元件的换向和安全互锁等要求；3 .正确计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量；正确计算液压泵的工作压力、流量和传动功率；合理选择液压泵和电动机的类型和规格；合理选择阀类元件和辅助元件的规格；4 .采用AUtoCAD绘图，图纸应符合国家标准。液压系统原理图中应附有液压元件明细表、各执行元件的动作顺序工作循环图和电器元件动作顺序表；5、编写液压课程设计说明书。二、工况分析2.1 负载分析：负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力。在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。(1)工作负载打工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即：F=29500N(2)阻力负载耳阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为耳，则静摩擦阻力Ffs=0.2×15000=3000动摩擦阻力Ffd=0.1×15000=1500(3)惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知启动换向时间为O.1S,工作台最大移动速度，即快进、快退速度为5.5mmin,因此惯性负载可表示为Fmmv150005.5=m×=Xr9.860×0.1N=1403.06N如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率49,根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表1所示。运动阶段计算公式总机械负载F/N起动F=FfJ%3333.3加速F=（，+，）/%3225.6快进F=1666.7工进F=（冗+，）/%34444.4快退F=1666.7表1液压缸总运动阶段负载表（单位：N）根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载循环图2.1F/N34444.43333.3225.61666.70100200250Umm1666.7图2.1负载循环图2.2 速度分析：根据负载计算结果和已知的个阶段的速度，可绘制出工作循环图如图2.2(a)所示，所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度v1=V3=5.5mmin、快进行程1.1.=200mm工进行程1.2=50mm、快退行程1.3=250mm,工进速度为=5OmVmin。快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。H、什1.1.200×103C快进Z1=7=2s匕色60*1.>50×103/八工进“广飞鱼=6°S60.、日Z3250×W3快退=7S=2.5SV360根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制速度循环图2.2(b)o快进停止快退图2.2(a)工作循环图图2.2(b)速度循环图三、液压系统的参数设计3.1 液压缸的参数计算1初选液压缸工作压力参考同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为P1=40*IO5Pa2确定液压缸的主要结构尺寸本例要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固定的单杠式液压缸。快进时采用差动联接，并取无杆腔有效面积A等于有杆腔有效面积A2的两倍，即为了防止在钻孔钻通时滑台突然向前冲，在回油路中装有背压阀，按表8-1,初选背压Pb=8XIO5Pa。由表1-1可知最大负载为工进阶段的负载F=34444.4N,按此计算A则A1=nr=9.57w2=95.7cm240×1.O5×8×1052液压缸直径。=cm= IiMcm由A=2A2可知活塞杆直径d=0.707D=0.707*11.04cm=7.81Cm按GB/T23481993将所计算的D与d值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得D=IOcmd=7cm按标准直径算出A=-D2=-IO2cm2=78.5cw2“44A2=-(D2-J2)=(102-72)cm2=40.0cm2按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量qmin=°°51.min,因工进速度v=0.05mmin为最小速度，则由式A-=Vmin0.05× IO30.05 ×102cm2=10cm2本例A=78.5cm?IOcm2,满足最低速度的要求。3计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时背压按pb=8×105Pa代入，快退时背压按pb=5×105Pa代入计算公式和计算结果列于下表中。表二液压缸所需的实际流量、压力和功率工作；计算公式循环负载进油压力回油压FPJ 力 Pb输所需 入 流量 功率PNPapb1./minkWF+PA差PJ=ITI1.(Ar)封6,5×1115×1°51357进P=PjqJA5344440.8×IO5CK八,内4,48×1°°314p=Pjq快4退 = A2VP=Pjq1666.7140×1°55x105140.3273.2 液压系统图的确定1 .确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值"=0.8MPa2 .选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A等于有杆面积A2的两倍。3 .快速运动回路和速度换接回路根据本例的运动方式和要求，采用差动连接与双泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。4换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向器的换向回路。为便于实现差动连接，选用了三位五通换向阀。为提高换向的位置精度，采用死档板和压力继电器的行程终点返程控制。5.组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表。这样只需一个压力表即能观测各点压力。液压系统中各电磁铁的动作顺序如下表：15、液压顺序阀8、背压阀13、溢流阀2、过滤阀六、压力表开关10、减压阀18、二位四通换向阀17、单向顺序阀定位：二位四通换向阀左接，液压油由1、液压泵出油，流经10、减压阀，16单向阀，进入定位缸无杆腔；夹紧：液压油从定位缸的有杆腔出来，进入夹紧缸的有杆腔，经17、单向顺序阀回油；快进：当液压油的压力满足19、压力继电器的压力时，继电器发出信号，IY通电，液压油经11、12、单向阀，3、三位五通换向阀，5、二位二通换向阀进油；工进：当压力油满足6、压力继电器要求时，使3Y通电，油液只能由4、调速阀进入液压缸；快退：关闭3、5、18换向阀，使油液回流；停止：接通2Y,利用3、三位五通换向阀的机能使之停止液压系统中各电磁铁的动作顺序如下表。电磁铁动作顺序IY2Y3Y快进+-工进+-+快退-停止-+-四、液压元件的选择4.1 液压泵的参数计算由表二可知工进阶段液压缸压力最大，若取进油路总压力损失Ap=5X10$Rz,压力继电器可靠动作需要压力差为5x10$Rz,则液压泵最高工作压力可按式算出=+P+5×105=(40.8+5÷5)Pa=50.8×105pt/因此泵的额定压力可取pr1.25×50.8×IO5Pa=63.5×IO5Pao由表二可知，工进时所需要流量最小是0.321.min,设溢流阀最小溢流量为2.51.min,则小流量泵的流量应为qp1.(1.1×0.314+2.5)1./min=2.851./min,快进快退时液压缸所需的最大流量是141.min,则泵的总流量为=1.1.×141.min=15.41.min即大流量泵的流量qp2qp-qfA=(15.4-2.85)1./min=12.551./min。根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用YB-4/12型的双联叶片泵，该泵额定压力为6.3MPa,额定转速960rmin4.2 电动机的选择系统为双泵供油系统，其中小泵1的流量qp=(4×1O3/60)a3/5=0.0667×103n3/5,大泵流量=(12×103/60)w3/5=0.2×10-3/so差动快进、快退时两个泵同时向系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。下面分别计算三个阶段所需要的电动机功率P。a.差动快进差动快进时，大泵2的出口压力油经单向阀11后与小泵1汇合，然后经单向阀2,三位五通阀4进入液压缸大腔，大腔的压力P1.=Pj=6.5x1.08Pa,查样本可知，小泵的出口压力损失=4.5x105尸。，大泵出口到小泵出口的压力损失p2=1.5×105o于是计算可得小泵的出口压力PP1.=IIX1.o5Pa(总效率%=0.5),大泵出口压力pp2=12.5×105Pa(总效率%=0.5)。电动机效率PMr.11×105x0.0667x10-12,5×105×0,2×10-v_K=+=(+)W=o4o.741.v1 %20.50.5b、工进考虑到调速阀所需最小压力差=5x1051%。压力继电器可靠动作需要压力差A，？=5x1.()5Pa。因此工进时小泵的出口压力/%=<+6=50.8×IO5Pao而大泵的卸载压力取Pp2=2x1.()5尸4°(小泵的总效率%=0.565,大泵的总效率%=0.3)。电动机功率P_PpM+?2%_7%z50.8×1O5×0.0667×1032×105×0.2×1.0',(H)=/33W0.5650.3c.快退类似差动快进分析知：小泵的出口压力川=14.5XIO5Rz（总效率7=0.5）；大泵出口压力42=161.05Q（总效率2=0.5）o电动机功率P2二P尚IPp2%=145x1050.0667x1.(3+16x1Q5xO.2×1Q-31.20.50.51二82IW综合比较，快退时所需功率最大。据此查样本选用Y901.-6异步电动机。Y901.-6异步电动机主要参数表功率KW额定转速r/min电流A效率净重kg1.1 9103.1573.5254.3 液压阀及过滤器的选择根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。本例中所有阀的额定压力都为631.（）5尸。，额定流量根据各阀通过的流量，确定为101.min,251.min和631.min三种规格，所有元件的规格型号列于表三中，过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。表三液压元件明细表号1元件名称双联叶片泵最大通过流量1.min-16型号YB-4/122过漉器XU-B32*IOO3三位五通电磁阀3235D1-63BY4调速阀0.32Q-IOB5二位二通电磁阀3222D-63BH6压力继电器D63B7单向阀16I-25B8背压阀0.16B-IOB9液控顺序阀0.16XY-25B10减压阀20J-63B11单向阀12I-25B12单向阀12I-25B13溢流阀32Y-IOB14压力表开关K-6B15液控顺序阀12XY-25B16单向阀20I-63B17单向顺序阀XI-63B18二位四通电磁阀2024D-40B19压力继电器DPi-63B20压力继电器D63B4.4 油管的选择根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达321.min,则液压缸进、出油管直径d按产品样本，选用内径为15mm,外径为19mm的10号冷拔钢管。5、油箱容积的确定中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的57倍，本设计取6倍，故油箱容积为V=(7×16)1.=1121.五、验算液压系统性能5.1 压力损失的验算及泵压力的调整1 .压力损失的验算及泵压力的调整工进时管路中的流量仅为0.3141.min,因此流速很小，所以沿程压力损失和局部损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失A8=5x1.()5p,回油路上只有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力应等于工进时液压缸的工作压力P1.加上进油路压差Ap,并考虑压力继电器动作需要，则V=÷+5×105Pa=（40.8+5+5）×105p=50.8Pa即小流量泵的溢流阀12应按此压力调整。2快退时的压力损失验算及大流量泵卸载压力的调整因快退时，液压缸无杆腔的回游量是进油量的两倍，其压力损失比快进时要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。己知：快退时进油管和回油管长度均为1.=1.8m,油管直径d=15x1."n,通过的流量为进油路qx=161.min=0.267×IO3W3,回油路2=321.min=0.534×103zw3/5o液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为15摄氏度，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5st=1.5cn2/5,油的密度夕=900口/机3,液压系统元件采用集成块式的配置形式八式中V平均流速（ms）d油管内径（m）V油的运动粘度（C而IS）q通过的流量（AS）则进油路中液流的雷诺数为D1.2732×0.267×10-3n4<”八CRe1=×10151<230015×103×1.5回油路中液流的雷诺数为1.2732x°W。2<23。由上可知，进回油路中的流动都是层流。（2）沿程压力损失ApzI由式（137）可算出进油路和回油路的压力损失。在进油路上，流速4×0,267x1033.14x152×10664/ pv264x1.8x900xl.512151×15x10"3×2Pa= O.52x IO5 Pa在回油路上，流速为进油路流速的两倍即v=3.02ms,则压力损失为64/ pv264×1.8×900 x 3.022302x15×10-3×2*1.04x10»«(3)局部压力损失由于采用了集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部损失按式(1-39)计算，结果列于下表部分阀类元件局部压力损失实际通过实际压力损兀额定流量件流量额定压力损失失石1.min,ApJ(XioSpq)ApJ(X1.O5Ptz)称单T25阀1620.822三位五通6316/3240.26/1.03电磁阀二位二通633241.03电磁阀单向251220.46阀若去集成块进油路的压力损失夕力=OJx1.O5Pf/,回油路压力损失为,=05IO5Rz，则进油路和回油路总的压力损失为p1=¾+p,+Vj1.=(0.52+0.82+0.26÷0.46+0.3)×105P«=2,36×105PdZAp2=,+Ap.2=(1.(M+1.,O3+1.O3+O.5)x1.O5P«=3.6x1.O5P«查表一得快退时液压缸负载F=526N;则快退时液压缸的工作压力为=(F+A1)/=(526÷3.6×105×78.5×10'4)Zx1.z/40x10_P=11.23×105Pa按式(8-5)可算出快退时泵的工作压力为/=+=(11.23×105+2.36x105)P6/=13.59×IO5Pcz因此大流量泵卸载阀10的调整压力应大于13.59×IO5pa从以上验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。5.2液压系统的发热和温升验算在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，故按工进工况验算系统温升。工进时液压泵的输入功率如前面计算P1=687W工进时液压缸的输出功率P2=Fu=(34444.4×°°%()W=2i.5W系统总的发热功率。为：=p-P2=(687-28.7)IV=658.3W己知油箱容积V=1121.=112x10-3n3,则按式油箱近似散热面积A为A=0.065游=0.065V2r=1.5Im2假定通风良好，取油箱散热系数C7=15x1.0-3kW(m2.oC),则利用式(8-11)可得油液温升为_ 665.5 × W3CA15×10-3×1.5129.4设环境温度4=25。，则热平衡温度为=÷T=25+29.4oC=54.4oC7J=55所以油箱散热基本可达要求。六、个人总结经过近一周的努力，终于有了成果，完成了此次课程设计,再一次系统性的学习了有关液压方面的知识，此次课程设计，感触良多，收获颇丰。通过这次课程设计，让我们每个人都再一次切身体验了课程设计的基本模式和相关流程。在这次课程设计中，我学会了怎样根据老师所给的题目去构思，收集和整理设计中所需要的资料。在这些日子里，我们都夜以继日的演算相关数据，在参考书上寻找参考资料，使我们真正地尝试到了作为一名设计者的辛酸与喜悦。通过本次课程设计，我们将理论知识与实际设计相结合，真正做到了理论联系实际，并且学会了如何综合去运用所学的知识，使我们对所学的知识有了更加深刻的认识和了解，让我们受益匪浅。从设计过程中，我复习了以前学过的知识，AUTOCAD的画图水平有所提高，Word输入、排版的技巧也有所掌握，这些应该是我最大的收获。设计是一个系统性的工程，越做到后面，越发现自己知识的局限性，在今后的学习中，还得加紧学习。七、参考文献1 .明仁雄，万会雄.液压与气压传动，国防工业出版社，20032 .液压气压技术速查手册.张利平.化学工业出版社，20073 .雷天觉.液压工程手册.北京机械工业出版社，19904 .李登万.液压与气压传动.江苏东南大学出版社，20045 .张利平.液压站设计与使用.北京海洋出版社，20046 .李胜海.液压机构及其组合.北京清华大学出版社，19927 .许福玲，陈尧明.液压与气压传动，机械工业出版社，2002