钻镗专用机床液压系统课程设计.pdf
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1、 液压传动课程设计 机械与车辆工程系 二一四年六月六日 题目名称 钻镗专用机床液压系统设计 专业班级 15 级机械设计制造及其自动化(升本)学生姓名 刘备 学 号 xxxxxxxxxxx 指导教师 诸葛亮 目 录 一、任务书 3 二、指导教师评阅表 4 三、设计内容 5 (一)5 (二)5 (三)5 (四)6(五)6 四、设计小结 14 五、参考资料 14 蚌埠学院机械与车辆工程系 液压传动课程设计任务书 班级 2015 机械设计制造及自动化升本 姓名 刘备 学号 指导教师:诸葛亮 一、设计题目:设计一台卧式多轴镗孔专用机床的液压传动系统,要完成的工作循环是“快进工进快退原位停止”,液压系统的
2、主要参数与性能要求如下:加工时轴向最大切削力为 120000N,移动部件总重力 G=22000N;导轨形式为矩形,静摩擦系数 fs;动摩擦系数 fd,快进行程为 100mm,快进与快退的速度均为 6m/min,工进行程为 60mm,工进速度为 50mm/min,加速和减速时间要求不大于,机床加工时,要求快进转工进平稳可靠,请设计该组合机床的液压传动系统。二、设计要求:液压系统图拟定时需要提供 2 种以上的设计方案的选择比较。从中选择你认为更好的一种进行系统元件选择计算。三、工作量要求 1液压系统图 1 张(A1)2液压缸装配图 1 张 3设计计算说明书 1 份 四、设计时间 2016 年 6
3、月 6 日-2016 年 6 月 10 日 蚌埠学院本科课程设计评阅表 机械与车辆工程系 2015 级 机械设计制造及自动化升本专 业 学生姓名 刘备 学 号 XXXXXXX 课题名称 钻镗专用机床液压系统设计 指导教师评语:指导教师(签名):2016 年 6 月 16 日 评定成绩 引 言 液压系统已经在各个部门得到越来越广泛的应用,而且越先进的设备,其应用液压系统的部门就越多。液压传动是用液体作为来传递能量的,液压传动有以下优点:易于获得较大的力或力矩,功率重量比大,易于实现往复运动,易于实现较大范围的无级变速,传递运动平稳,可实现快速而且无冲击,与机械传动相比易于布局和操纵,易于防止过载
4、事故,自动润滑、元件寿命较长,易于实现标准化、系列化。液压传动的基本目的就是用液压介质来传递能量,而液压介质的能量是由其所具有的压力及力流量来表现的。而所有的基本回路的作用就是控制液压介质的压力和流量,因此液压基本回路的作用就是三个方面:控制压力、控制流量的大小、控制流动的方向。所以基本回路可以按照这三方面的作用而分成三大类:压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。第一章 明确液压系统的设计要求 设计一台卧式多轴镗孔专用机床的液压传动系统,要完成的工作循环是“快进工进快退原位停止”,液压系统的主要参数与性能要求如下:加工时轴向最大切削力为 120000N,移动部件总重力 G=22000N;导
5、轨形式为矩形,静摩擦系数 fs;动摩擦系数 fd,快进行程为 100mm,快进与快退的速度均为 6m/min,工进行程为 60mm,工进速度为 50mm/min,加速和减速时间要求不大于,机床加工时,要求快进转工进平稳可靠,请设计该组合机床的液压传动系统。第二章 负载与运动分析 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FW
6、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 Ft=120000N (2)阻力负载fF 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fF,则 静摩擦阻力NFfs4400220002.0 动摩擦阻力 NFfd2200220001.0 (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,工作台最大移动速度,即快进、快退速度为min,因此惯性负载可表示为
7、NNtvF420.9342.060581.922000mm 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w=,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 表 1 液压缸总运动阶段负载表(单位:N)工况 负载组成 液压缸负载 F/N 液压缸推力mF/启动 fsFF 4400 4889 加速 mFFFfd 3134 3482 快进 fdFF 2200 2444 工进 tFFFfd 24200 26889 快退 fdFF 2200 2444 第三章 负载图和速度图的绘制 负 载 图 按 上 面 数 值 绘 制,如 下 图a
8、所 示。速 度 图 按 已 知 数 值mmlllmmlmmlmvv16060100min/62132131、快退行程、和工进速度min/05.02mv 绘制,如下图 b 所示 l/mm 图 a 负载图 反向启动 fsFF 4400 4889 加速 mfdFFF 3134 3482 快退 fdFF 2200 2444 制动 mfdFFF 图 b 速度图 第四章 确定液压系统主要参数 确定液压缸工作压力 由表 2 和表 3 可知,组合机床液压系统在最大负载约为 12000 N 时宜取 3MP。表 2 按负载选择工作压力 负载/KN 50 工作压力/MPa 1 2 3 34 45 5 表 3 各种机
9、械常用的系统工作压力 表 4 执行元件背压力 系统类型 背压力/MPa 简单系统或轻载节流调速系统 回油路带调速阀的系统 回油路设置有背压阀的系统 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 3 回油路较短且直接回油 可忽略不计 表 5 按工作压力选取 d/D 机械类型 机 床 农业机械 小 型 工 程 机械 建筑机械 液压凿岩机 液压机 大 中 型 挖 掘机 重型机械 起 重 运 输 机械 磨床 组 合 机床 龙 门 刨床 拉床 工作压力/MPa 2 35 28 810 1018 2032 工作压力/MPa d/D 表 6 按速比要求确定 d/D 2/1 2 d/D 注:1无杆腔进油时活塞运
10、动速度;2有杆腔进油时活塞运动速度。计算液压缸主要结构参数 由于工作进给速度与快速运动速度差别较大,且快进、快退速度要求相等,从降低总流量需求考虑,应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件,最好采用活塞杆固定,而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下,应把液压缸设计成无杆腔工作面积1A是有杆腔工作面积2A两倍的形式,即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=的关系。工进过程中,当孔被钻通时,由于负载突然消失,液压缸有可能会发生前冲的现象,因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式),选取此背压值为p2=。快进时液
11、压缸虽然作差动连接(即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接),但连接管路中不可避免地存在着压降p,且有杆腔的压力必须大于无杆腔,估算时取p。快退时回油腔中也是有背压的,这时选取背压值=2p。工进时液压缸的推力计算公式为 11221112/(/2)mFA pA pA pAp,式中:F 负载力 m液压缸机械效率 A1液压缸无杆腔的有效作用面积 A2液压缸有杆腔的有效作用面积 p1液压缸无杆腔压力 p2液压有无杆腔压力 因此,根据已知参数,液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为 221185.995826.039.0242002mmppFAm 液压缸缸筒直径为 mmAD63.11241 mm 由于有前述差
12、动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系,d=,因此活塞杆直径为 d=,根据 GB/T23481993 对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定,圆整后取液压缸缸筒直径为D=115mm,活塞杆直径为d=80mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为:221103824mmDA 222253604-mmdDA)(工作台在快进过程中,液压缸采用差动连接,此时系统所需要的流量为 min13.30v-121LAAq快进 工作台在快退过程中所需要的流量为 min16.32vq32LA快退 工作台在工进过程中所需要的流量为 q工进=A1v2=L/min 根据上述液压缸直径及流量计算结果,进一步计算液压缸在
13、各个工作阶段中的压力、流量和功率值如下 计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率 设快进、快退时,回油腔压力p=,工进回油腔背压 p2=。1快进(差动)(1)进油腔压力 p1=(F0+pA2)/(A1-A2)p1=(2444+10610-4)/)10-4=(2)所需流量 q=(A1-A2)V1 q=()10-46/min=10-2 m3/min=min(3)输入功率 P=P1q P=10610-2/60(w)=2.工进(1)进油腔压力 p1=(F0+p2A2)/A1 p1=(26889+10610-4)/10-4(Pa)=104=;(2)所需流量 q=A1V2 q=10-4=10-4 m3/
14、min=L/min;(3)输入功率 P=p1q P=10610-3/60 (w)=3快退(1)进油腔压力 p1=(F0+pA1)/A2 取p=作为快进时的油管中压降p,快退时回油腔中有背压 p2也可按估算;因此,p1=(2444+10610-4)/10-4 (Pa)=;(2)所需流量 q=A2V3 q=10-46(m3/min)=min;(3)输入功率 P=p1q P=10610-3/60 (w)=如表 4 所示。工况 推力F/N 回 油 腔压力P2/MPa 进 油 腔压力P1/MPa 输 入 流 量q/输入功率P/Kw 计算公式 快 进 启动 4889 0 2121AApAFp 121vAA
15、q qpP1 ppp12 加速 2482 快速 2444 工进 26889 1221AApFp 21vAq qpP1 快退 起动 4889 0 2121AApFP 32vAq P=p1q 加速 3482 快退 2444 制动 表 4 各工况下的主要参数值 表 3 各工况下的主要参数值 注:m/FF。第五章 液压系统方案设计 根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析,所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求,因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外,与所有液压系统的设计要求一样,该组合机床液压系统应尽可能结构简单,成本低,节约能源,工作可靠
16、。选用执行元件 因系统运动循环要求正向快进和工进,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 A1等于有杆腔面积 A2的两倍。速度控制回路的选择 工况图表明,所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小,系统的效率和发热问题并不突出,因此考虑采用节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低,但适合于小功率场合,而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性,因此有三种速度控制方案可以选择,即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。钻镗加工属于连续切削加工,加工过程中切削力变化不大,因此钻削过
17、程中负载变化不大,采用节流阀的节流调速回路即可。但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间,存在负载突变的可能,因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式,且在回油路上设置背压阀。由于选定了节流调速方案,所以油路采用开式循环回路,以提高散热效率,防止油液温升过高。从工况图中可以清楚地看到,在这个液压系统的工作循环内,液压要求油源交替地提供低压大流量和高压小流量的油液。而快进快退所需的时间1t和工进所需的时间2t分别为 60s*(0.16)/6)(0.1)/(6)/()/(33111vlvlt=ssvlt7260*)50/()60(/222 亦即是12tt=因此从提高系统效率
18、、节省能量角度来看,如果选用单个定量泵作为整个系统的油源,液压系统会长时间处于大流量溢流状态,从而造成能量的大量损失,这样的设计显然是不合理的。如果采用一个大流量定量泵和一个小流量定量泵双泵串联的供油方式,由双联泵组成的油源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的,此时液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估大,除采用双联泵作为油源外,也可选用限压式变量泵作油源。但限压式变量泵结构复杂、成本高,且流量突变时液压冲击较大,工作平稳性差,最后确定选用双联液压泵供油方案,有利于降低能耗和生产成本,如图 3 所示。图 3 双泵供油油源 选择快速运动和换向回路 根据本设计的运动方式和要求,采用差动连
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- 专用 机床 液压 系统 课程设计
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