汽车液压与气压传动课程设计.pdf
中中南南林林业业科科技技大大学学交通运输与物流学院汽车液压与气压传动汽车液压与气压传动课程设计课程设计课题名称：专用钻床的液压分析专业班级：12 级交通运输 3 班学生姓名：宋宇学号：指导教师：周秦源2014 年5 月日10设计任务书设计任务书（一）设计课题和原始数据（一）设计课题和原始数据11、试设计一专用钻床的液压系统，要求完成“快进-工作-快退-停止（卸荷）”的工作循环。已知：切削阻力为13412N，运动部件自重为5390N，快进行程为300mm，工进行程为100mm，快进，快退运动速度为4.5m/min,工进速度为60-1000mm/min，加速和减速时间为t=,机床采用平导轨，摩擦系数为 Fs=,Fd=（二）系统设计要求（二）系统设计要求1.夹紧后在工作中如突然停电时，要保证安全可靠，当主油路压力瞬时下降时，夹紧缸保持夹紧力；2.快进转工进时要平稳可靠；3.钻削是速度平稳，不受外载干扰，孔钻透时不前冲。（三）（三）最后提交内容最后提交内容（电子稿和打印稿各一份）1.设计说明书一份2.液压系统原理图（A3）3.液压缸结构图（A3）目目录录课程设计任务书 1一、液压与气压传动设计任务设计题目及要求3设计目的3设计步骤和内容3快速运动回路和速度换接回路8换向回路的选择8定位夹紧回路的选择8动作换接的控制方式选择8液压基本回路的组成9液压元件的选择 11参考书目 18一、液压与气压传动设计任务一、液压与气压传动设计任务设计题目及要求：设计题目及要求：试设计一专用钻床的液压系统，要求完成”快进-工作-快退-停止（卸荷）”的工作循环 已知：切削阻力为 13412N，运动部件自重为 5390N，快进行程为 300mm，工进行程为 100mm，快进，快退运动速度为 4.5m/min,工进速度为 60-1000mm/min，加速和减速时间为t=,机床采用平导轨，摩擦系数为 Fs=,Fd=设计目的设计目的液压系统的设计是整机设计的重要组成部分，主要任务是综合运用前面各章的基础知识，学习液压系统的设计步骤，内容和方法。通过学习，能根据工作要求确定液压系统的主要参数，系统原理图，能进行重要的设计。合理的选择和确定液压元件。对所设计的液压系统性能进行校验算。为进一步进行液压系统结构设计打下基础。设计步骤和内容设计步骤和内容 1.明确设计要求，进行工况分析绘制负载和速度循环图；2.确定液压系统的主要性能参数；3.进行方案设计，拟定液压系统原理图；4.设计和选择液压元件；5.验算液压系统的性能；6.液压缸的设计；7.绘制工作图，编写技术文件，并提出电气控制系统的设计任务书。二、工况分析二、工况分析动作要求分析动作要求分析负载分析负载分析（1）工作负载：工作负载与设备的工作情况有关，在机床上，与运动件的方向同轴的切削力的分量是工作负载。FL=13412N（2）摩擦负载：摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力，它与支承面的形状，放置情况，润滑条件以及运动状态有关。静摩擦负载 Ffs=fsG=*5390)=1078N动摩擦负载 Ffd=fdG=*5390)=539N（3）惯性负载：惯性负载是运动部件的速度变化是，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算。加速 Fa1=m*a1=(5390/*=减速 Fa2=m*a2=(5390/*=负载图和速度图的绘制负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和已知的各个阶段的速度，由于行程是 400mm，设定快进时的行程 L1=300mm，工进时的行程 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的曲线，以下为液压缸退回时的曲线。液压缸主要参数确定液压缸主要参数确定（1）初选液压缸的工作压力按负载大小根据表 2 选择液压缸工作压力表 2按负载选择执行元件工作压力根据最大负载 F=19412N,初选液压缸的工作压力为 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 得按计算结果根据表 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/T23481993）mm按标准取 D=90mm(壁厚 5mm，单重 11.17kg/m)根据快进和快退速度相等要求，拟定液压系统在快进时采用差动连接。设活塞杆直径为 d，于是有D2/(D2-d2)=d=43.23mm按标准取 d=45mm则液压缸的有效作用面积为：无杆腔的面积 A1=1/4*D2=1/4*92=63.59cm2有杆腔的面积 A2=1/4*(D2-d2)=1/4*=47.69cm24.54q(A A)v (63.59 47.69)101快进（3）活塞杆稳定性校核2160431.1910m/而活塞杆的直径为s 7.155L/min45mm,l/d=400/45=10活塞杆的总行程为 400 mm,0.5q工进 A1v2 63.59104 5.3105m3/s 3.1L/min不用稳定性校核604.5443q A v 47.5910 3.510m/s 21.4L/min23快退（4）计算液压缸流量、压力和功率601流量计算634.12p快进A1 A2(63.59 47.69)1042.压力计算 0.40106Pa 0.4MPaF工进16412.946p工进 2.5810Pa 2.58MPa4A163.5910p快退F快退A2634.126 0.1310Pa 0.13MPa447.6910F快进3功率计算37.155 106P快进 pq 0.410 47.7W4绘制工况图快进快进603工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表 4 所示。3.110P工进 p工进q工进 2.58 106 133.3W60由表绘制液压缸的工况图如图 3 所示。21.41036P快退 p快退q快退 0.1310 46.4W60三、液压系统方案设计三、液压系统方案设计确定液压泵类型及调速方式确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，由于快进、快退和工进速度相差比较大，为了减少功率损耗，采用限压式变量叶片泵供油、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 Pb=。选用执行元件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p(MPa)此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积 A1 等于有杆腔面积 A2 的t(s)两倍。由于结构上的原因和为了有较大的有效工作面积，定位缸和夹紧缸也采用q(L/min单杆活塞液压缸。快速运动回路和速度换接回路快速运动回路和速度换接回路t(s)P(W根据运动方式和要求，采用差动连接快速运动回路来实现快速运动。根据设计要求，速度换接要平稳可靠，另外是专业设备，所以可采用行程阀的速度换接回t(s)路。若采用电磁阀的速度换接回路，调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，快进工进快退但速度换接的平稳性较差。图 3液压缸的工况换向回路的选择换向回路的选择由速度图可知，快进时流量不大，运动部件的重量也较小，在换向方面无特殊要求，所以可选择电磁阀控制的换向回路。为方便连接，选择三位五通电磁换向阀。定位夹紧回路的选择定位夹紧回路的选择按先定位后夹紧的要求，可选择单向顺序阀的顺序动作回路。通常夹紧缸的工作压力低于进给缸的工作压力，并由同一液压泵供油，所以在夹紧回路中设减压阀减压，同时还需满足；夹紧时间可调，在进给回路压力下降时能保持夹紧力，所以要接入节流阀调速和单向阀保压。换向阀可连接成断电夹击方式，也可以采用带定位的电磁换向阀，以免工作时突然断电松开。动作换接的控制方式选择动作换接的控制方式选择为了确保夹紧后才能进行切削，夹紧与进给的顺序动作应采用压力继电器控制。当工作进给结束转为快退时，由于加工零件是通孔，位置精度不高，转换控制方式可采用行程开关控制。液压基本回路的组成液压基本回路的组成将已选择的液压回路，组成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统原理图。此原理图除应用了回路原有的原件外，又增加了液控顺序阀 6 和单向阀等，其目的是防止回路间干扰及连锁反映。从原理图中进行简要分析：（1）工件定位夹紧：1.先定位压力油减压阀 8单向阀 9电磁换向阀 10定位缸 18 无杆腔定位缸 18 有杆腔电磁换向阀 10油箱2再夹紧 工件定位后，压力油压力升高到单向顺序阀开启的压力，单向顺序阀开启。压力油单向顺序阀 11单向调速阀 12夹紧缸 17 无杆腔夹紧缸 17 有杆腔电磁换向阀 10油箱（2）快进：2YA 通电，电磁换向阀 3 左位工作，由于系统压力低，液控顺序阀 6关闭，液压缸有杆腔的回油只能经换向阀 3、单向阀 5 和泵流量合流经单向行程调速阀 4 中的行程阀进入无杆腔而实现差动快进，显然不增加阀 6，那么液压缸回油通过阀 7 回油箱而不能实现差动。叶片泵 1单向阀 2电磁换向阀 3单向行程调速阀 4主液压缸 19（差动连接）（3）工进：4YA 通电，切断差动油路。快进行程到位，挡铁压下行程开关，切断快进油路，4YA 通电，切断差动油路，快进转工进，系统压力升高，液控顺序阀6 被打开，回油腔油液经液控顺序阀 6 和背压阀 7 流回油箱，此时，单向阀 5 关闭，将进、回油路隔开，使液压缸实现工进。叶片泵 1单向阀 2电磁换向阀 3单向行程调速阀 4主液压缸 19 无杆腔主液压缸 19 有杆腔电磁换向阀 3液控顺序阀 6背压阀 7油箱（4）快退：3YA 通电，工进结束后，液压缸碰上死挡铁，压力升高到压力继电器调定压力，压力继电器发出信息，2YA 断电，3YA、4YA 通电。叶片泵单向阀4电磁换向阀3主液压缸有杆腔主液压缸无杆腔单向行程阀 4电磁换向阀 3油箱主液压缸无杆腔快退到位碰行程开关，行程开关发信息，下步工件拔销松夹。（5）拔销松夹：1YA 通电液压油减压阀 8 单向阀 9电磁阀 10定位缸 18 和夹紧缸 17 的有杆腔定位缸 18 无杆腔电磁阀 10油箱夹紧缸 16 无杆腔单向调速阀 12 的单向阀单向顺序阀 11 的单向阀电磁阀 10油箱工件松夹后发出信息，操作人员取出工件。（6）系统组成后，应合理安排几个测压点，这些测压点通过压力表开关与压力表相接，可分别观察各点的压力，用于检查和调试液压系统。系统原理图如下表表 2-12-1电磁电磁铁动铁动作顺作顺序表序表定位夹紧快进工进快退拔销松开液压元件的选择液压元件的选择1Y-+2Y-+-3Y-+-4Y-+-（1）确定液压泵的型号及电动机功率 1计算液压泵压力估算压力损失经验数据：一般节流调速和管路简单的系统取pl=，有调速阀和管路较复杂的系统取pl=。液压缸在整个工作循环中最大工作压力为，由于系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失pl=，计算液压泵的工作压力为 pp=p+pl=+=2计算所需液压泵流量考虑泄漏的修正系数 K：K=。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=，计算得所需两个液压泵的总流量为 qp=23.54L/min由于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，所以高压泵的流量不得少于 3.4L/min。3.选用液压泵单泵 Single pump型号YB14排量4压力转速容积效率驱动功率9609608590重量59YB12525双泵：Double PumpL255L1L2L3BB1H106381444520145S110D190dcD2d12820dd1CtbZ1115225Z1Z2Z3/”Z3Z1/4由3第 5 卷 P158 选用 YB110/16 型的双联叶片泵。液压泵额定压力为，排量分别为 10mL/r 和 16mL/r，取容积效率pV=，总效率=，额定转速分别为 1450r/min 和 960r/min.4.选用电动机拟选 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）103 960=21.22L/min计算所需电动机功率为由3第 4 卷 P569 选用 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标准件根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，由产品目录确定这些元件的型号及规格如表 5 所示。2非标件a）油管油管尺寸根据实际流量类比确定，采用内径为 16mm，外径为 20mm 的紫铜管。b）油箱油箱容积计算如下 V=（57）qp=（57）=148.54L取 V=150L。四、验算性能完成设计四、验算性能完成设计液压系统的性能验算液压系统的性能验算（1）压力损失验算按液压泵的实际输出流量估算压力损失。1油液在油管中的流速进油管流速 v回油管流速 v2沿程压力损失Pf2 22 2l l v v 2 2890890 5 5.5252设系统采用液压油，室温为 20时粘度为 p pf1f1 L-HM32 1 1 0 0.1414 d d2 21010 1010 3 32 2=104 m2/s5 5 3 3.8 8 1010 PaPa 0 0.3838MMPaPaa）进油沿程压力损失Pf1 层流状态：1=75/Re1=75/552=取油液的密度为=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：2=75/Re2=75/281=3.总沿程压力损失4局部压力损失Pr局部压力损失包括液压阀的压力损失及管道和管接头的压力损失。液压阀的损失很小，可以忽略不计。管道和管接头压力损失一般取沿程压力损失的 10%计算，于是pr=10%pf=5总压力损失pp=pf+pr=+=原设p=，与计算结果非常接近。（2 2）调定压力的确定）调定压力的确定双联泵系统中卸荷阀的调定值为取 p 卸=溢流阀的调定值应大于卸荷阀调定压力。取 p 溢=顺序阀的调定值应为 p 顺=+p=+=背压阀的调定值取为 p 背=（3 3）系统温升验算）系统温升验算工进时间在整个工作循环中所占的时间比例达 87%，所以系统温升可按工进0 0.0505p p p p q q FvFv 2444424444.4444 2020.3737WWo o2 22 22 2计算。6060工进时液压缸的有效功率为工进时液压缸的有效功率为工进时大流量泵卸荷，卸荷压力为，小流量泵在高压下供油，两个泵的总输出功率为由此得液压系统单位时间的发热量为设油箱的三个边长在 1：1：11：2：3 范围内，计算散热面积为按通风良好取散热系数 h=15103kW/（m2），计算油液温升为设室温 t1=20，得油液温度 t2 为热平衡计算在允许范围内。五、小结五、小结通过这段时间的设计，我认识到自己很多的不足，自己认识的很多盲点和漏洞，知识和实践的差距，所以说通过这次设计我深刻认识到理论联系实际的能力还需要提高，液压是一门机械专业十分重要的专业基础课。同时液压在实际生产的应用上也发挥了契机巨大的作用。在工业生产的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，常常采用液压传动，因为其结构简单，体积小，重量轻，输出力大；机床上采用液压传动是取其能在工作过程中方便的实现无级调速，易于实现频繁的换向，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主要是取其操作方便，无油，无污染。由此可见，液压的应用很广泛，发挥的作用也十分巨大。液压课程设计是是对液压课程所学理论知识的一次具体的应用和实践，增强学生所学知识以及具体方法的实际应用有很大的帮助。通过这次课程设计，使我对于液压系统设计有了一个更加形象和直观的认识与掌握。这个过程中锻炼了我分析解决问题，应用和查阅相关机械资料进行设计的能力。由于这次课程设计是在教学的过程中进行的，刚刚学过的理论知识印象还很深刻，但要在在短短的几周时间做好液压课程是不是一件容易的事，做课程设计又需要很多的相关的知识，这次课程设计又相当于让自己再次温固了一遍课程。真正做到理论与实践的相统一。做好一个设计首要的是理清思路，把具体要做的工作细分，循序渐进，走一步再走一步，这也有助于使自己不会遇到大的任务，繁杂的事情而手慌脚忙，不知所措。查找资料是在整个设计过程中也是一项至关重要的事情，因为我们都没有经验，要想在短短的时间里完成一套设计，有用的资料是必不可少的。设计实例可以快速给我们设计思路，设计过程中要包括哪几个方面的内容也一目了然，于是大概是怎么样的一个过程就有了；液压设计工程手册提供了我们需要选取的元件，这些都是标准件，比如电磁换向阀，液压泵等等有了充足的资料之后就要开始做自己的设计了。设计分为几个模块：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的东西，而是要根据前人的经验和一些经典回路，再加入自己所需的一些功能，最终设计完成的。设计的过程我们小组遇到了不少问题和疑点，通过和同学的讨论交流，最终使问题得以解决。自己也在这个过程中学到了很多实战知识。通过小组队员的一起努力，终于完成了液压课程设计。整个课程设计过程是在教学的同时进行的，理论与实践相结合的效果特别好。自己也收获了不少的东西。全盘规划，具体分析，付诸实施，合理调整，以及团队协作等等科学的做事方法都得到了很好的体现。我会以这次课程设计为契机，更好的学习专研机械知识。在今后学校的学习生活中更加严格的要求自己，我会继续努力，朝着二工大“知识型”“高技能”“创新型”人才的培养标准而不断奋斗。参考书目参考书目1.液压与气压传动教材2.机械零件设计手册（液压与气动部分）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
