液压课程设计-设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统毕业论文.docx
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1、机械工程学院 液压课程设计说明书5.设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统,动力滑台的工作循环是:快进工进快退停止。液压系统的主要参数与性能要求如下:轴向切削力为用21000N,移动部件总重力为10000N,快进行程为100mm,快进与快退速度均为4.2m/min,工进行程为20mm,工进速度为0.05m/min,加速、减速时间为0.2s,利用平导轨,静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1,动力滑台可以随时在中途停止运动。学生分组序号FGV1(m/min)V2(mm/min)201310601172200kN20kN320150201310601192300kN20kN4402502
2、01310601195200kN20kN520150201311101043300kN20kN640250201311101044200kN30kN320150201210601108300kN30kN440250201210601167200kN30kN520150201310601172300kN30kN640250200kN30kN620150课程设计装订顺序:1.封面(附件一)2.攀枝花学院本科学生课程设计任务书(附件二)3.课程设计(论文)指导教师成绩评定表(附件三)4.正文:液压系统的工况分析(做速度-位移曲线以便找出最大速度点;做负载-位移曲线以便找出最大负载点。液压缸在各阶段所
3、受的负载需要计算,为简单明了起见可列表计算);绘制负载和速度循环图;(液压缸工况图包括压力循环图p -s 、流量循环图q -s 和功率循环图P-s 绘制目的是为了方便地找出最大压力点、最大流量点和最大功率点。计算过程可列表计算。)进行方案设计和拟定液压系统原理图;(方案设计包括供油方式、调速回路、速度换接控制方式、系统安全可靠性 平衡、锁紧 及节约能量等性能的方案比较根据工况分析选择 出 合理的基本回路并将这些回路组合成液压系统 初步拟定液压系统原理图。)计算和选择液压元件;(计算液压泵的工作压力,计算液压泵的流量,选择液压泵的规格计算功率,选择原动机,选择控制阀,选择液压辅助元件)验算液压系
4、统性能;(验算液压系统的效率,验算液压系统的温升)绘制正式工作图 编制设计计算说明书。(编制课程设计计算说明书,液压传动系统原理图一张3号图纸,包括工作循环图和电磁铁动作顺序表,液压缸2号图纸1张)5.参考资料一、设计任务1.1工作循环快进工进快退停止。1.2工作参数工作参数轴向切削力30000N,移动部件总重20000N,快进行程 100mm,快进与快退速度 6mmin,工进行程 20mm,工进速度 40250mmmin,加、减速时间为0.2s,静摩擦系数0.2,动摩擦系数0.1,动力滑台可在中途停止。二、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
5、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:切削力,导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力,设导轨的静摩擦力为,动摩擦力为,则而惯性力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,则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出,见表1。表1 液压缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式总机械负载启动4210.5加速2857.2快进2105.3工进33684.211快退2105.3三、负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和已知的各阶段的速度,可绘制出负载图()和速度图(),见图1(a)、(b)。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线,以下为液压活塞
6、退回时的曲线。速度图按已知数据快进速度和快退速度v=v=6m/min,工进速度v=40-250mm/min,快进行程l=100mm,工进行程l=20mm,快退行程l=l+l=120mm,机床运动如图2所示。a)b)图1 组合机床液压缸的负载图和速度图a) 负载图 b)速度图图2 机床运动简图四、液压缸主要参数的确定根据液压传动表11-2和11-3可知,组合机床液压系统在最大负载为33684.211,p=4MPa。表11-2各种机械常用的系统工作压力机械类型机 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/MPa0.8235288
7、1010182032表11-3按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa 0.811.522.5334455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是有杆腔工作面积两倍的形式,即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 0.707D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
8、定的背压(通过设置背压阀的方式),选取此背压值为p2=0.8MPa。快进时液压缸虽然作差动连接,但由于油管中有存在,有杆腔的压力必须大于无杆腔,估算时可取0.5MPa。快退时回油腔中是有背压的,这时p可按0.6MPa估算。工进时液压缸的推力计算公式为,故液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为液压缸缸筒直径为由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系,d = 0.707D,因此活塞杆直径为d=0.70796.558238=68.26667441mm,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=100mm,活塞杆直径为d=70mm此时液
9、压缸两腔的实际有效面积分别为: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工作台在快退过程中所需要的流量为工作台在工进过程中根据共进速度40-250mm/min计算所需要的流量为q =Av=0.31415924-1.96349525L/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各个工作阶段中的压力、流量和功率值,如表4所示。表4 各工况下的主要参数值工况推力F/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min输入功率P/Kw计算公式快进启动4210.52.1141.208加速2857.21.7631.263快速2105.31.5671.06
10、723.0910.411工进33684.2110.84.6970.314-1.9630.025-0.154 快退起动421000.099 加速2857.20.61.890快退2105.30.61.70224.0330.682注:。五、液压系统图的拟定并据表4可绘制出液压缸的工况图,如图3所示。图3 组合机床液压缸工况图5.1液压回路的选择5.1.1 确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床,同时根据本题要求。选用双作用叶片泵双泵供油,同时这是调速阀进油调速的开式回路来满足快进、快退和工进的功能。快进或快退时双泵进行供油,工进时,小泵单独供油,同时利用节流阀调速保证工进速度。整个回路采用溢流阀作
11、定压阀,起安全阀作用。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,初定背压值为。5.1.2选用执行元件因系统循环要求正向快进和工作,反向快退,且快进、快退速度相等。实现快进快退速度相等有以下几种方法:1)单活塞杆液压缸,快进时差动连接,无杆腔面积等于有杆腔面积的两倍。2)采用双活塞杆液压缸,因两腔有效面积相等,即可满足快进、快退速度相等的要求。差动连接可降低整个系统工作压力,同时可选用更小规格的油泵。而且组合机床对工作压力要求的供油压力并不高,所以选择方案一5.1.3快速运动回路和速度换接回路根据题目运动方式和要求,采用方案一的快速回路系统,差动连接与双泵供油两种快速运动回路来
12、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。采用二位二通电磁阀的速度回路,控制由快进转为工进。 与采用行程阀相比,电磁阀可直接安装在液压站上,由工作台的行程开关控制,管路较简单,行程大小也容易调整,另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。5.1.4换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求,所以采用电磁换向阀的换向回路,采用三位五通阀。5.1.5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3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
13、,并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表即能观测各点压力。5.2液压回路的综合把上面选择的元件按照功能需要连接成系统原理图,如图3所示。液压系统的设计如下:1)为了解决工进时图中进油路、回油路相互贯通,系统无法建立压力的问题,必须在换向阀中串联一个单向阀,将工进时的进油路回油路隔断。2)为了解决滑台快进时回油路接通邮箱,无法实现油压缸差动连接的问题,必须在回油路串联一个液控顺序阀,以阻止油液快进阶段返回油箱。3)为了解决机床停止工作时系统中的油液流回油箱,导致空气进入系统,影响滑T台运动平稳性问题,必须在电磁换向阀出口处增设一个单向阀。4)为了便于系统自动发出快退信号起见,在调速阀输出端增设
14、一个压力继电器。液压系统原理图,如图4所示图4 组合机床动力滑台液压系统原理图1 叶片泵 3三位五通电磁阀 4二位二同电磁阀 5调速阀6压力继电器 2、7、11单向阀 8、10液控顺序阀 9背压阀 12溢流阀 13过滤器液压系统中各电磁铁的动作顺序如表5所示。表5 电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y快进+-工进+-+快退-+-停止-(三) 液压系统工作压力查阅GBT2346-2003确定系统公称压力等级为6.3Mpa六、液压元件的选择6.1液压泵液压泵在整个工作循环中的最大工作压力为4.697Mpa,如取进油压力损失为0.8Mpa,压力继电器调整压力高出系统最大工作压力值为0.5Mpa,则泵的最大工
15、作压力应为液压泵应向液压缸提供最大流量为24.033L/min,若向回路中的泄露按液压缸输入流量的10估计,总流量为q=1.124.033=26.436L/min。 由于溢流阀的最小稳定流量为3L/min,而工进时的输入液压缸的流量为0.5L/min,所以叶片流量泵的流量规格最少应为3.5L/min。根据以上压力和流量的数值查阅产品样本,根据机械设计手册最后确定选取PV2R1-26排量为26.6mL.r。根据机械设计课程设计电机选择Y112M-6,额定功率2.2kW,同步转速1000r.min ,满载转速940r.min。若取泵的容积效率=0.9,则当泵的转速n=940r/min时,液压泵的实
16、际流量为由于液压缸在工进时输入功率最大,这时液压泵的工作压力为5.197Mpa,此时液压泵的输出流量为取泵的总效率=0.75,则驱动电机所需要的功率为P=所选电机满足要求。6.2阀类元件及辅助元件根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量,参考系统压力等级6.3Mpa,查阅机械设计手册可选出这些液压元件的型号及规格见下表6。表中序号与图4的元件序号相同。表6 元件的型号及规格序号元件名称估计通过流量/L.min额定流量/Lmin额定压力/Mpa额定压降/Mpa型号、规格1叶片泵24.03327.0214-PV2R1-262单向阀24.03330250.35CIT-0
17、3-503三位五通电液阀23.09140211DSHG-01-2N*-*-1*4行程阀23.09130210.1ZCT-03-225调速阀1.9633210.092FRM-5-20/36压力继电器16XU-6380-J7单向阀47.12485250.5CIT-06-508液控顺序阀24.03350210.5H-G-03-B-3-229背压阀24.03325100.5FBF3-6B10液控顺序阀24.4450210.5H-G-03-B-3-2211单向阀21.99685250.35CIT-03-5012溢流阀24.03312521-BUCG-06-C-2013过滤器24.033160WU-100
18、18014背压阀47.09163100.5FBF-D10B此为电动机额定同步转速为1000r/min时液压泵输出的实际流量6.3油管各元件连接按管道的规格按元件接口处尺寸决定,液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的快进、出流量已经与原来数值不同,所以要重新计算如表7所示。表中数值说明,液压缸快进、快退速度、与设计要求相近。这表明所选液压泵的型号、规格是适宜的。表7 液压缸的进、出流量和运动速度流量、速度快进工进快退输入流量/L.min = = 排出流量/L.min = = =运动速度/m.min = = =根据表6中的数值,当油液在压力管中流速取
19、3m/min,计算液压缸无杆腔和有杆腔与油管相连的油管的内径分别为这两根油管都根据机械设计手册表23.9-2选用外径和内径尺寸表23.9-2 钢管共称通径、外径、壁厚、连接螺纹和推荐流量表共称通径DN钢管外径/mm钢管接头连接螺纹/mm共称压力 p/Mpa推荐管路通过流量/mm2.58162531.5/cm.sLmin管子壁厚 /mm3611111.410.50.63481111.41.441.72.55;610M1011111.61.61056.3814M141.5111.6224172510;1218M181.511.61.622.5668401522M221.51.61.622.5310
20、50632028M2721.622.53.5410701002534M3322234.5526701603242M42222.545641702504050M4822.534.55.5766804005063M60233.556.58.51050063065753.54681016700100080904571012208801250100120568.5417002500注:压力管道推荐用15、20号冷拔无缝钢管,在p=831.5Mpa时,选用15号钢;对卡套式管接头用管,采用高级精度冷拔钢管;焊接式管接头用管,采用普通级精度的钢管查表23.9-2得两管外径14mm、内径8mm,壁厚1.6m
21、m,钢管接头用M141.5钢管螺纹连接。(四)油箱油箱容积计算当取=5时,求得其容积为按JB/T 79381999规定,由于散热需求最终油箱容积选择250L。七、液压系统的性能验算7.1验算液压系统压力损失并确定压力阀的调整值由于系统的管道布置尚未具体确定,整个系统的压力损失复发全面估算, 故只能先按式估算阀类元件的压力损失,待计算好管路布局图后,加上管路的沿程压力损失和局部压力损失即可。但对于中小型液压系统,管路的压力损失甚微,可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。7.1.1 快进滑台快进是,液压缸差动连接,由表5和表6可知,进油路上油液通过单向阀11的流量是23.
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