液压与气压传动课程设计模版.docx

徐M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： 20姓名10143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：1、双联叶片泵12、7、11、16、单向阀 3、三位五通换向阀5.二位二通换向阀4、调速阀6、19、20压力继电器8、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，1Y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= 5xl05p ,压力继电器可靠动作需要压力差为5x105P% 则液压泵最高工作压力可按式算出?=+ZAP + 5xl()5 =(40.8 + 5 + 5)Pa = 50.8xK)5pa因此泵的额定压力可取p, > 1.25 x 50.8x 105Pa=63.5x 105Pao由表二可知，工进时所需要流量最小是0.32L/min,设溢流 阀最小溢流量为2.5L/min ,则小流量泵的流量应为 qp >(1.1x0.314 + 2.5)L / min = 2.85L / min，快进快退时液 压缸所需的最大流量是14L/min ,则泵的总流量为 %, =LlxlM/min = 15.4L/min。即大 流量泵的流量qp2 > qp -qpX = (15.4-2.85)£ / min = 12.55L/ 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960r/mino4.2电动机的选择系统为双泵供油系统，其中小泵1的流量 qp = (4x103/60)/ /s = 0.0667xl0-3m3/5 ,大泵流量= (12 x 10-3 / 60)m3 / 5 = 0.2 x 1 O-3m3 / 5 o 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。下面分别计算二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Pi = Pj =6.5义1。8Pa ,查样本可知，小泵的出口压力损 失APl =4.5xlO5Pa ,大泵出口到小泵出口的压力损失 Ap2=1.5xl05Pa o于是计算可得小泵的出口压力 Ppi =11x105P6Z (总效率=0.5 ),大泵出口压力 pp2=12.5x05Pa (总效率% =0.5)。电动机效率d Pp4/p2/ 41x105x0.0667x10-3 12.5x105x0.2x10-w _.w R = +二(+= 646.74W1 7%0,50.5b、工进考虑到调速阀所需最小压力差川=5x105P6Zo压力继电 器可靠动作需要压力差A2 =5xl05Pao因此工进时小泵的出 口压力=6+A4+Ag=50.8xl()5pa。而大泵的卸载压 力取“2= 2xl()5.。(小泵的总效率7=0.565,大泵的总效 率2=0.3)。电动机功率z50.8x105x0.0667xlO-3 2xl05 xO.2xW ”、口(1) = 733W0.5650.3c.快退类似差动快进分析知：小泵的出口压力ppX =14.5xlO5P6Z（总效率7=0.5）；大泵出口压力2 =16x105。（总效率2=0.5）。电动机功率P 尚z14.5x105x0.0667x10-3 16x105x0.2x10-TI7p.=+上 二+W/70.50.51二 821W综合比较，快退时所需功率最大。据此查样本选用Y90L-6 异步电动机。Y90L-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 9103.1573.525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63xl（）5&,额定流量根据各阀通过的流量，确定为10L/min, 25L/min和63L/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序一口元件名称最大通过流量/L.minT型号12双联叶片泵 过滤器 三位五通电16YB-4/12XU-B32*1003磁阀3235 D -63BY4调速阀 二位二通电0.32Q-10B5磁阀3222D-63BH6 压力继电器单向阀7 背压阀液控顺序阀8 减压阀单向阀9 单向阀溢流阀10 压力表开关液控顺序阀11 单向阀单向顺序阀二位四通电磁阀19 压力继电器160.160.162012123212202020 压力继电器D-63BL25BB-10BXY-25BJ-63BI-25BL25BY-10BK-6BXY-25BI-63BXI-63B24D-40BD P -63BD -63B4.3 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32L/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 = (7xl6)L = 112L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0.314L/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Aq =5x105P6Z,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Pi加上进油路压差Ap1并考虑压力继电器动作 需要，则Pp=P1+AP+5xlO5Pa =（40.8 + 5 + 5）xl05 pa = 5O.SPa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。已知：快退时进油管和回油管长度均为l=L8m,油管直径 d=15 xW3 m , 通过的流量为进油路 q、 =16L/min=0.267 xlO-3 m3 ,回 油 路q2 =32L/min=0.534 x 10-3m3 / s。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=1.5c/n2 Is ,油的密度P= 900依/机3,液压系统元件 采用集成块式的配置形式。、式中v平均流速（m/s）d油管内径（m）v油的运动粘度（cm2 / s ）q通过的流量（/ s ）则进油路中液流的雷诺数为c 1.2732x0.267xl0'3Re. =xlO4 151 <230015x10-3x1.5回油路中液流的雷诺数为x1o4o2<23oo215xl03xl.5由上可知，进回油路中的流动都是层流。（2）沿程压力损失2如九 由式（1-37）可算出进油路和 回油路的压力损失。在进油路上，流速4a4x0.267x10-3口v = t =；六1.51机/s则压力损失为乃。2S.UxlSlO-6如小更，心业半空昨0.52x旅 “ Re1 d 2151x15x10-3x2在回油路上，流速为进油路流速的两倍即v=3.02m/s,则压 力损失为64 1 pv2 64x1.8 x 900 x 3.022. _ .SAp；9 =；尸 = 1.04x10 Pa22 Rej d 2302x15x10-3x2（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- 书耳实际通过实际压力损流量额定压力损失失件 /I.T名 % mm q/Ap/（xlOP）Ap, /（xlO5P6Z）称单向251620.82阀2位五通6316/3240.26/1.03电磁 阀位通633241.03电磁阀单向251220.46阀若去集成块进油路的压力损失"川=0.3xl05&,回油路 压力损失为切/2 =05x105Rz ,则进油路和回油路总的压力损 失为工班、=2即八 +2 帆 + Ap .J = (0.52+0.82+0.26+0.46+0.3) x 1O" Pa=2.36x1 O' Pa2M2 =2幼+ 2阪+的2 = (1.04+1.03+1.03+0.5) x 10, = 3.6x10, P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 + Eaa,)/2 =(526+3.6x105 x78.5x10-4)0x10_4R =11.23xlO5Pa按式(8-5)可算出快退时泵的工作压力为 Pp=P+XP =(11.23xlO5+2.36xlO5)P6z = 13.59xlO5Pa因此，大流量泵卸载阀10的调整压力应大于13.59 x105 pa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=687W工进时液压缸的输出功率P2=Fu = (34444.4 x°O%o)W = 21.5W系统总的发热功率。为：0 = 6 舄=(687 28.7)W = 658.3W已知油箱容积V=112L=112x10'm3,则按式(8一12)油箱近似散热面积A为A = 0.065汴=0.0650? = 1.51m2假定通风良好，取油箱散热系数 Cr=15xlO-3kW/（m2-）,则利用式（8-11）可得油液温升 为AT = -= 6655： 1。"。294CtA 15x103x1 51设环境温度（=25。，则热平衡温度为T=T2+AT = 25 + 29.4 = 54.4 <7 = 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、设计总结六、设计总结七、参考文献1819设计内容计算说明结论一、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 5.5 m / 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15 kN,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O.lo题目5 切削力工作部快进速度滑台最大行程件总重29500N900kg5.5m/min400mm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)工作负载后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：K = 29500 N(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 E =0.2x15000 =3000 N动摩擦阻力 Ffd =0.1x15000 =1500N(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F/N a1666.7010020021666.750 / mm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.ls,工作台最大 移动速度，即快进、快退速度为5. 5ni/niin,因此惯性负 载可表示为厂Av 150005.5 2 一八。F = mx- =xN = 1403.06Nmt 9.860x0.1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77nl =0.9,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。表1液压缸总运动阶段负载表（单位：N）运动阶段计算公式总机械负载F/N起动F="仞m3333.3加速F=（O + Fm）/%3225.6快进F=Kd 仞 m1666.7工进F=（4 + 纬）/ m34444.4快退F= /m1666.7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2.134444. 4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v, = v3 = 5.5m/min、快进 行程Ll=200mm 工进行程L2=50mm、快退行程 L3=250mm,工进速度 v2 = 50mnVmin 快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。快进L 200x10-3二-A = 2s匕 A60工进L 50义10一3t.=i=60s-v2 0.05 "60"快退I. 250 xW3 - =s = 2.5s匕 A 60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.工进»停止 快退图2.2 (a)工作循环图5.5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Pi =40* 1()5 pa2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4的两倍，即A =2 4。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=8xl()5pa。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A =-7n2 = 9.57m2 = 95.7 cm240xl05-ix8xl052aa IdxQS 7液压缸直径 D - J-cm = J-cm - 11.04c/nV 71 V 71由A1=24 可知活塞杆直径d=0707D=0707* 11.04cm=7.81 cm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=10cm d=7cm按标准直径算出A = D2 = 102 cm2 = 78.5cm21 44A2=-(D2-J2) = -(102-72) cm2 = 40.0cm244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=0.05L/min ,因工进速度v=0.05m/min为最 小速度，则由式,如n 0.05 xio3D s 0A >=T cm2 =1 Ocnr% n0-05 X102本例4=78.5cn?10cm2,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 =8xlO5Pa代入，快退时背压按Pb =5 x 105 Pa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 循计算公式负载F进油压力回油压 力Pb所需流量输 入 功环率PNpapb L/min kW_f+pa2差 Pj 4-4动Z4 4 A 1666-.11.5X1050.14q = v(A1-A2)6.5 xlO513.5快.76进尸二P次_F + phA2二45好小40.8X10 8x105 0314 002进4.41P = PjQn _- + pAPj- 人快A2166614.0xl05 厂，八5 lz1 0.32退 q = A2v.77P = Pfl3.2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 A=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4等于有杆面积的两倍。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