设计液压专用钻床的液压系统机械制造机械仪表工业_机械制造-机械、仪表工业.pdf

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1、 湖南农业大学工学院 课程设计说明书 课程名称：液压与气压传动 题目名称：设计液压专用钻床的液压系统 班 级：20 级 专业 班 姓 名：学 号：指导教师：评定成绩：教师评语：2011-4-30 目录 一、设计要求及设计参数 3 1、设计要求 3 2、设计参数 3 二、负载与运动分析 3 1、负载分析 3 A)夹紧缸 3 B)工作台液压缸 4 2、运动分析 4 3、负载图 F-t和速度图 v-t图的绘制 5 三、确定液压系统主要参数 5 1、液压缸的选定 5 A)夹紧缸 5 B)工作台液压缸 5 2、活塞杆稳定性校核 7 3、液压缸各运动阶段的压力，流量和功率 7 A）夹紧缸 7 B）工作台液

2、压缸 8 4、液压缸的工况图 9 四、拟定液压系统原理图 10 五、液压元件的选择 11 1、确定液压泵的规格和电动机的功率 11 2、选择阀类元件及辅助元件 11 六、液压系统发热与升温的验算 12 班姓名学号指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹

3、紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动 一、设计要求及设计参数 1设计要求 设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：手工上料自动夹紧工作台快进铣削进给工作台快退夹具松开手工卸料。2设计参数 设计参数如下：工作台液压缸负载力（KN）：FL=9.8KN 工作台液压缸移动件重力（KN）：G=2.5 KN 工作台快进、快退速度（m/min）：V1=V3=5.5m/min 工作台工进速度（mm/min）：V2=

4、48mm/min 工作台液压缸快进行程（mm）：L1=280mm 工作台液压缸工进行程（mm）：L2=80mm 工作台启动时间（S）：t=0.5 s 夹紧液压缸负载力（KN）：FC=4.8KN 夹紧液压缸负移动件重力（N）：GC=60N 夹紧液压缸行程（mm）：LC=10mm 夹紧液压缸运动时间（S）：tC=1s 导轨面静摩擦系数：C=0.2 导轨面动摩擦系数：d=0.1 FL Fc G Gc V1 V2 L1 L2 Lc tc 9.8 4.8 2.5 60 5.5 48 280 80 10 1 二、负载与运动分析 1、负载分析 A)夹紧缸 工作负载：NGFFdCCl48061.0604800

5、 由于夹紧缸的工作对于系统的整体操作的影响不是很高，所以在系统的设计计算中把夹紧缸的工作过程简化为全程的匀速直线运动，所以不考虑夹紧缸的惯性负载等一些其他的因素。B)工作台液压缸 1、工作负载 工作负载极为切削阻力 FL=9.8KN。2、摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：(1)静摩擦阻力 NGFcfs50025002.0 班姓名学号指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件六液

6、压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动 (2)动摩擦阻力 NGFdfd25025001.0 3、惯性负载 NDvgGtvgGFti77.465.060/5.58.92500)0(1 4、运动时间 快进 svLt0545.360/105.52803111 工进 svLt667.10660/4580222

7、快退 svLLt927.360/105.58028033213 假设液压缸的机械效率9.0cm，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表 1 所示。表 1 液压缸各阶段的负载和推力 工况 负载组成 液压缸负载 F/N 液压缸推力NFFcm0 启动 fsFF 500 555.56 加速 ifdFFF 296.77 329.74 快进 fdFF 250 277.8 工进 LfdFFF 10050 11166.67 反向启动 fsFF 500 555.56 加速 ifdFFF 296.77 329.74 快退 fdFF 250 277.8 2、运动分析 手工上料按按钮加紧缸自动加紧按按钮工作台快进工

8、作台切削进给工作台快退按按钮松开夹具卸料 班姓名学号指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动

9、时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动 3、负载图 F-t和速度图 v-t图的绘制 三、确定液压系统主要参数 1、液压缸的选定 A)夹紧缸 根据负载选择液压缸的执行压力 p=1MPa。2361081.41014806mpFA 班姓名学号指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的

10、液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动 mmAD3.781081.4443 根据 GBT2348-1993 规定,D 取 80mm。根据稳定性校核 LC/d10 时，液压缸能满足稳定性条件，LC=10mm,这里取 d=40mm。液压缸的有效作用面积：有杆腔：232211077.34/)(mdDA 无杆腔：23221003.54/mDA 此时实际工作压力为：MPaMPaAFp1955.02，所以

11、选取工作压力 1MPa 满足要求。B)工作台液压缸 所设计的动力滑台在工进时负载最大，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p1=2.5MPa.表 2 按负载选择工作压力 负载/KN 50 工作压力/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 5 表 3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/MPa 0.82 35 28 810 1018 2032 鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A1=2A2），快进时液压缸差动连

12、接。工进时为防止车铣时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表 4 选定背压为MPap8.02，而液压缸快退时背压取0.5Mpa 由式02211FApAp得 23621011032.510)28.02(67.111662mppFA 则活塞直径 mmmAD3.821023.81415926.31032.544231 班姓名学号指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件

13、六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动参考表5及表6，mmDd4.563.8271.071.0，取标准值得mmdmmD56,80。由此求得液压缸两腔的实际有效面积：无杆腔：232211003.5408.04mDA 有杆腔：23222221056.2056.008.044mdDA 实际工作压力为：MP

14、aMPaAFp5.22.210，即选取工作压力 2.5MPa 满足要求。工进时采用调速阀调速，其稳定流量min/24.0minLq，设计要求最低工进速度min/482mmv，经验算1232min105Amvq合格。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 0.20.5 回油路带调速阀的系统 0.40.6 回油路设置有背压阀的系统 0.51.5 用补油泵的闭式回路 0.81.5 回油路较复杂的工程机械 1.23 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 工作压力/MPa 5.0 5.07.0 7.0 d/D 0.50.55 0.620.

15、70 0.7 表 6 按速比要求确定 d/D 12/vv 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：1无杆腔进油时活塞运动速度；2有杆腔进油时活塞运动速度。2、活塞杆稳定性校核 A)夹紧缸 由于夹紧缸的活塞杆直径是利用稳定性校核来计算的，所以不需要进行校核。B)工作台缸 因为活塞杆的总行程为 360mm，活塞杆的直径是 56mm，所以 L/d=6.4510，所以满足 稳定性要求。3、液压缸各运动阶段的压力，流量和功率 A)夹紧缸 （2322311003.5,1077.3mAmA）回油路背压为 0.5Mpa 班姓名学号

16、指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动 夹

17、紧时：smLvAqc/3.50110101003.53322 MPaAFpl95.022，WqpP8.47222 放松时：smLvAqc/7.37110101077.33311 MPaAApGpcd67.01077.32515631221，WqpP3.25112 B)工作台液压缸 分析可知，快进时，液压缸无杆腔进油，压力为 p1；有杆腔回油，压力为 p2。快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 p1；无杆腔回油，压力为 p2。由于液压缸是差动连接，回油口到进油口之间的压力损失取MPap5.0。快退时，回油路的背压取 0.5MPa，即MPap5.02。表 7 液压缸各工作阶段的压力、流量和功率 工作循

18、环 计算公式 负载F/N 回油背压Mpap/2 进油压力Mpap/1 输入流量 3110/q13 sm 输入功率 P/W 快 进 起 动加速 恒速 211221AAppAFp1211vAAq 11qpP 329.7 277.8 5.012pp 0.65 0.63 0.226 142.4 工 进 1221ApAFp211vAq 11qpP 11166.7 0.8 2.63 3104 10.5 班姓名学号指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压

19、元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动快 退 起 动加速 恒速 2211ApAFp 321vAq 11qpP 329.7 277.8 0.5 0.5 1.11 1.09 0.235 256.2 4、液压缸的工况图 班姓名学号指导教师评定成

20、绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动 四、拟定液压系统

21、原理图 1、供油方式 从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大 流 量 和 工 进 行 程 的 高 压 小 流 量 的 油 液。最 大 流 量 与 最 小 流 量 之 比 75.584235minmaxqq；其相应的时间之比065.0667.106927.30545.3231ttt。这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵 1 作为工作液压缸油源，同时选用一定量泵作为夹紧缸油源。2、调速回路 由工况图可知，这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载

22、为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为有较好的低速平稳性和速度负载特性，可选用调速阀调速，并在液压缸回路上设置背压。3、速度换接回路 由工况图中的可知，当滑台从快进转为工进时，滑台的速度变化较大，可选用行程阀来控制速度的换接，以减小液压冲击。当滑台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大进油路中通过，回油路中通过。为了保证换向平稳其见，宜采用换向时间可调的电液换向阀换接回路。由于这一回路换要实现液压缸的差动连接，所以换向阀选择五通的。4、差动回路 为实现工作台缸的快进的效果，在系统中设置一个差动回路。5、锁紧回路 夹紧回路中采用电磁换向阀，并在进油路上安装气体蓄能器。当液压缸处于

23、夹紧状态时，不会因为泄漏或外力的作用而移动。液压系统原理图详见附图 此图中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀。班姓名学号指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快

24、进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动表 8 元件动作顺序表 电磁铁 行程阀 液压缸工作循环 夹紧缸夹紧 快进 工进 快退 夹紧缸放松 1YA+2YA +3YA +4YA +行程阀 下位 下位 上位 上位 下位 五、液压元件的选择 1、确定液压泵的规格和电动机的功率 (1)计算工作液压缸的泵 1）计算液压泵的最大工作压力 由表 7 可知，工作台液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力 p1=2.63MPa。如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失 p=1MPa，则限

25、压式变量泵的最高工作压力估算为：MPappp63.3163.21max 2)计算液压泵的流量 由表 7 可知，油源向液压缸输入的最大流量为 q=235 mL/s，按 10%的泄露来计算那么泵的总流量为：min/94.14/249/605.5106.253.501.134max21maxLsmLsmvAAKq 而工进时调速阀的稳定流量是 4mL/s，所以泵的稳定输出流量不得小于工进时的流量。3)确定液压泵的规格 根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取 YBX-16 型限压式变量泵，额定转速 1450m/min，最大流量为 23.2L/min,液压泵总效率72.0p,调压范围在MPa3.

26、62，满足要求。（2）计算夹紧液压缸的泵 1）计算液压泵的最大工作压力 由以上计算可知，夹紧液压缸在夹紧时工作压力最大，夹紧缸最大压力 p2=0.95MPa。选取进油路上的总压力损失 p=0.4MPa，则限压式变量泵的最高工作压力估算为：MPappp99.04.095.02max 2)计算液压泵的流量 由以上计算可知，油源向液压缸输入的最大流量为smLq/3.502，按 10%的泄露来计算那么泵的总流量为：班姓名学号指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作

27、台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动 min/32.3/3.5513.501.12maxLsmLTVKq 3)确定液压泵的规格 根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取41YB型叶片泵，额定转速1450r/min

28、,容积效率8.0V，额定流量为 4.64L/min，满足要求。（3）电动机功率的确定 把上述两液压泵双联由电动机一起带动，则工作液压缸在快退时输入功率最大，取进油路上的压力损失为 0.5Mpa，则液压泵输出压力为 1.59Mpa，又工作液压泵总效率72.0p，这是液压泵的驱动电动机的功率为：KWqpPp55.072.024959.1maxmax 根据此数值查阅产品样本，选用电动机 Y802-4型异步电动机，其额定功率为 0.75kW，额定转速为 1390r/min，41YB型叶片泵输出流量为 4.45 L/min，仍能满足系统要求。2、选择阀类元件及辅助元件 根据实际工作压力以及流量大小即可选

29、择液压元辅件（详见附图）。油箱容积取液压泵流量的 6 倍，管道由元件连接尺寸确定。在系统管路布置确定以前，回路上压力损失无法计算，以下仅对系统油液温升进行验算。六、液压系统发热与升温的验算 工进在整个工作循环过程中所占的时间比例达 96%以上，所以系统发热和油液温升可按工进时的工况来计算。变量泵的工作压力状态压力为 3.63Mpa，输出流量为 4.4mL/s，经计算其输入功率为 WP2.2272.04.463.33 定量泵经溢流阀卸荷，其工作压力等于溢流阀的背压。阀型号为 YF3-10L,额定流量为63L/min，额定压力损失为 0.3Mpa,定量泵流量为 4.45L/min，设定背压为 0.

30、5Mpa，则输入功率为WP8.5962.06044505.04 工作液压缸的有效功率为WFvP84.960048.0250098000 系统单位时间的发热量为WPPHii16.7284.98.592.220 当油箱的高、宽、长比例在 1：1：1 到 1：2：3 范围内，且油面高度为油箱高度的 80时，油箱散热面积近似为：3266.6VA 班姓名学号指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及

31、辅助元件六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动式中 V 为油箱有效容积（3m）；A 为散热面积2m 取油箱有效容积312.0mV，散热系数CmWK2/15 按KAHTi计算，所以油液的温升为：CKAHTi97.212.066.61516.7232 在温升许可范围内。班姓名学号指导教师评定成绩教师评语目录一设计要求及设计参数设计要求设计参数二负载与运动分析负载分析夹紧缸工作台液压缸运动分析负载图和速度图图的绘制三确定液压系统主要参数液压缸的选定夹紧缸工作台液压缸活塞液压元件的选择确定液压泵的规格和电动机的功率选择阀类元件及辅助元件六液压系统发热与升温的验算一设计要求及设计参数设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床工作循环手工上料自动夹紧工作力工作台快进快退速度工作台工进速度工作台液压缸快进行程工作台液压缸工进行程工作台启动时间夹紧液压缸负载力夹紧液压缸负移动件重力夹紧液压缸行程夹紧液压缸运动时间导轨面静摩擦系数导轨面动摩擦系数二负载与运动