液压课程设计doc.docx
- 文档编号:10504436
- 上传时间:2023-02-17
- 格式:DOCX
- 页数:33
- 大小:32.22KB
液压课程设计doc.docx
《液压课程设计doc.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《液压课程设计doc.docx(33页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
液压课程设计doc
机械工程学院
液压与气动技术
课程设计
题
目:
卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计
专
业:
机械设计制造与自动化
班
级:
1301
班
姓
名:
王鹏飞
学
号:
33
指导教师:
蔺国民
《液压与气动技术》课程设计任务书
一、主要任务与目标
任务:
设计一个卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统
目标:
设计要求滑台实现“快进→工进→快退→停止”工作循环。
已知:
机床有主轴11个,其中7个用于钻φ的孔,4个用于钻φ的孔。
刀具材料为高速钢,工件材料为铸铁,硬度为240HBW,机床工作部件总质量为m=1000Kg;快进速
度v1、快退速度v2均为S,快进行程长度L1=100mm,工进行程长度为L2=50mm,
往复运动的加速、减速时间不大于,动力滑台采用平导轨,静摩擦系数fs=,动摩擦系数fd=;液压系统的执行元件为液压缸。
二、主要内容
(1)熟悉设计任务,明确设计及目标。
(2)根据设计要求和已学过的设计流程,拟定系统工作原理图。
(3)计算各元件的参数并验算。
(4)元件选型。
(5)编制文件,绘制速度、负载图谱。
三、工作量要求
完成规定的任务,总字数3000~4000字。
四、时间要求
本课程设计于前完成
目
录
1
与运分析
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
1
2
和速度的制
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
1
3确定液缸的主要参数
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
2
初液缸工作力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
2
算液缸主要尺寸⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
2
各段力、流量、功率的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
3
4
液系的定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
4
液回路的
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
4
液回路的合
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
6
5
液元件的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
8
液的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
8
元件及助元件的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
9
油管的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
9
油箱的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
10
6
液系性能的算
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10
算系力失并确定力的整⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
10
快⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
10
工⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
11
快退⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
11
油液温升算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
11
7油箱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
12
壁厚、箱及箱元件的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
12
箱壁、清洗孔、吊耳、液位⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
13
箱底、放油塞及支架
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
13
油箱内隔板及除气网置
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
13
1.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.切削负载FW
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。
切削负载(确定切削负载应具备机械切削加工方面的知识
)用高速钢钻头(单个)钻铸铁
孔时的轴向切削力Ft(单位为N)为
Ft25.5Ds0.8(HBW)0.6
(8—1)
式中:
D——钻头直径,单位为mm;
s——每转进给量,单位为mm/r;
HBW——铸件硬度,HBW=240。
n和每转进给量
s按“组合机床设计手册”取:
根据组合机床加工特点,钻孔时主轴转速
对φ的孔:
n1=360r/min,sl=/r;
对φ的孔:
n2=550r/min,s2=/r;
所以,系统总的切削负载
Ft为:
Ft=令Ft=Fg=17907N
2.惯性负载
,所以取t
往复运动的加速,减速时间不希望超过
为
Fm=m△
v/△t=N=583N
3.阻力负载
机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为:
Fn=mg=9810N
静摩擦阻力:
F=fF==1962N
tf
sn
动摩擦阻力:
F=fF==981N
fd
dn
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
由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表
81所列。
表8—1
液压缸在各工作阶段的负载R
工况
负载组成
负载值F
工况
启动
F
Fnfs
1962
工进
加速
F
Fnfd+m△v/△t
1564
快退
快进
F
Fnfd
981
负载组成
负载值F
F
Fnfd+Fg
18888
F
Ffd
981
注:
在负载分析中,没有考虑动力滑台上倾翻力矩的作用
按表8-1数值绘制的动力滑台负载图如图8-1(a)所示。
2负载图和速度图的绘制
根据工作循环(总行程L1+L2=150mm工进速度V2=n1s1=n2s2=53mm/min,绘制动力滑台速度图,负载图(如图所示)。
3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
32000N时宜取4MPa。
表2按负载选择工作压力
负载/KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作压力/MPa
<~1
~2
~3
3~4
4~5
≥5
表3
各种机械常用的系统工作压力
机床
农业机械
液压机
机械类型
小型工程机械
大中型挖掘机
建筑机械
重型机械
磨床
组合
龙门
拉床
机床
刨床
液压凿岩机
起重运输机械
工作压力/Mpa~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
计算液压缸主要尺寸
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
A1是有杆
腔工作面积A2两倍的形式,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,这时选取被压值
p2=。
工进时液压缸的推力计算公式为
F/
m
A1p1
A2p2
A1p1
(A1
/2)p2
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
A2=
F
=
18888
-42
m(p1
20.6)
6=×10m
p2)0.96(4
10
A
A
2A
53.18
104m2
A1=1
2
2
D
4A1
0.082
m
由于有前述差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/T2348—2001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=90mm,活塞杆直径为d=63mm。
此时液压缸两腔的实际有效面积分别为:
A1
D2
63.61104m2
4
A2
(D2
d2)
32.44104m2
4
各阶段压力、流量、功率的计算
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8-2
液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值
输入理
输入功
回油腔
进油腔
论流量
工况
负载
率
计算式
压力
压力
q
FL/N
P/kW
P2/MPa
1
/(L/s)
P/MPa
快进启动
1962
0
-
-
p1
FL/
mA2p/A1
A2
(差加速
1564
p1p
-
-
q
A1A2
v1
动)恒速
981
P
p1q
p1
FL/
工进
18888
q
A1v2
P
p1q
启动
1962
0
-
-
p1
FL/
快
1564
q
A2v3
加速
-
-
退
981
P
p1q
恒速
mp2A2/A1
mp2A1/A2
并据表4可绘制出液压缸的工况图,如图2所示。
图2组合机床液压缸工况图
4液压系统图的拟定
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。
液压回路的选择
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t1和工进所需的时间t2
t2
有t1
=20
因此从提高系统效率、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。
本设计采用二位二通电磁阀的速度换接回路,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。
速度换接回路的选择
所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的要求不高,流量不大,压力不高,所以选用
价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。
为便于实现差动连接,选用三位五通电磁换向
阀。
为了调整方便和便于增设液压夹紧支路,应考虑选用Y型中位机能。
由前述计算可知,当工作台从快进转为工进时,进入液压缸的流量由L/S降
选二位二通行程换向阀来进行速度换接,以减少速度换接过程中的液压冲击,如图
L/S,可
4所示。
由于工作压力较低,控制阀均用普通滑阀式结构即可。
由工进转为快退时,在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。
为了控制轴向加工尺寸,提高换向位置精度,采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。
a.换向回路b.速度换接回路
图4换向和速度切换回路的选择
参考同类组合机床,选用双作用叶片泵双泵供油,调速阀进油节流阀调速的开式回路,
溢流阀做定压阀。
为了换速以及液压缸快退时运动的平稳性,回油路上设置背压阀,初定
背压值Pb=。
液压回路的综合
选定调速方案和液压基本回路后,再增添一些必要的元件和配置一些辅助性油路,如
控制油路、润滑油路、测压油路等,并对回路进行归并和整理,就可将液压回路合成为液
压系统,即组成如图5所示的液压系统图。
1—双联叶片液压泵;2—三位五通电液阔;3—行程阀;4—调速阀;5—单向阀;
6—单向阀;7—顺序阀;8—背压阀;9—溢流阀;10—单向阀;ll—过滤器;
12—压力表接点;13—单向阀;l4—压力继电器。
系统图的原理
1.快进
快进如图所示,按下启动按钮,电磁铁1YA通电,由泵输出地压力油经2三位五通
换向阀的左侧,这时的主油路为:
进油路:
泵→向阀10→三位五通换向阀2(1YA得电)→行程阀3→液压缸左腔。
回油路:
液压缸右腔→三位五通换向阀2(1YA得电)→单向阀6→行程阀3→液压
缸左腔。
由此形成液压缸两腔连通,实现差动快进,由于快进负载压力小,系统压力低,变量泵输出最大流量。
2.工进
减速终了时,挡块还是压下,行程开关使3YA通电,二位二通换向阀将通路切断,这时油必须经调速阀4和15才能进入液压缸左腔,回油路和减速回油完全相同,此时变量
泵输出地流量自动与工进调速阀15的开口相适应,故进给量大小由调速阀15调节,其主油路为:
进油路:
泵
→向阀
10→三位五通换向阀
2(1YA得电)→调速阀
4→调速阀
15→液
压缸左腔。
回油路:
液压缸右腔→三位五通换向阀2→背压阀8→液控顺序阀7→油箱。
3.快退
滑台停留时间结束后,时间继电器发出信号,使电磁铁1YA、3YA断电,2YA通电,这时三位五通换向阀2接通右位,,因滑台返回时的负载小,系统压力下降,变量泵输出流
量又自动恢复到最大,滑快速退回,其主油路为:
进油路:
泵→向阀10→三位五通换向阀2(2YA得电)→液压缸右腔。
回油路:
液压缸左腔→单向阀5→三位五通换向阀2(右位)→油箱。
4.原位停止
当滑台退回到原位时,挡块压下原位行程开关,发出信号,使2YA断电,换向阀处于
中位,液压两腔油路封闭,滑台停止运动。
这时液压泵输出的油液经换向2直接回油箱,
泵在低压下卸荷。
5液压元件的选择
确定液压泵的规格和电动机功率
(1)计算液压泵的最大工作压力
由于本设计采用双泵供油方式,根据液压系统的工况图,大流量液压泵只需在快进和
快退阶段向液压缸供油,因此大流量泵工作压力较低。
小流量液压泵在快速运动和工进时都向液压缸供油,而液压缸在工进时工作压力最大,因此对大流量液压泵和小流量液压泵的工作压力分别进行计算。
根据液压泵的最大工作压力计算方法,液压泵的最大工作压力可表示为液压缸最大工作压力与液压泵到液压缸之间压力损失之和。
对于调速阀进口节流调速回路,
选取进油路上的总压力损失
p
0.8MPa,同时
考虑到压力继电器的可靠动作要求压力继电器动作压力与最大工作压力的压差为,
则小流量
泵的最高工作压力可估算为
pp1(3.50.80.5)MPa
4.8MPa
大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油,
图4表明,快退时液压缸中的工作压力比快
进时大,如取进油路上的压力损失为,则大流量泵的最高工作压力为:
pp2(0.3190.5)MPa
0.819MPa
(2)计算总流量
表3表明,在整个工作循环过程中,液压油源应向液压缸提供的最大流量出现在快进工
作阶段,为L/min,若整个回路中总的泄漏系数
KL=,则液压油源所需提供的总流量为:
qp1.05
17.04L/min17.892L/min
工作进给时,液压缸所需流量约为
s,但由于要考虑溢流阀的最小稳定溢流量
L/s,故
小流量泵的供油量最少应为
s。
据据以上液压油源最大工作压力和总流量的计算数值,因此选取
PV2R12
6/26型双联
叶片泵,其中小泵的排量为
6mL/r,大泵的排量为
26mL/r,若取液压泵的容积效率
nv=,则
当泵的转速np=940r/min时,液压泵的实际输出流量为
qp[(6
26)940
0.9/1000]L/min27.1L/min
由于液压缸在快退时输入功率最大,这时液压泵工作压力为、流量为min。
取泵的总
效率p0.75,则液压泵驱动电动机所需的功率为:
ppqp
0.81927.1
P
0.8kW
p600.75
根据上述功率计算数据,此系统选取
Y100L-6型电动机,其额定功率
Pn
1.5kW
,额
定转速
nn
960rmin。
确定阀类元件及辅件
根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量,查阅产品样本,选出
的阀类元件和辅件规格如表
6所列。
表6
液压元件规格及型号
通过的最
规格
序号
元件名称
大流量
型号
额定流量
额定压力
额定压降
q/L/min
qn/L/min
Pn/MPa?
Pn/MPa
1
双联叶片泵
—
PV2R12-12/32
37
16/14
—
2
三位五通电
50
35DYF3Y—E10B
80
16
<
液换向阀
3
行程阀
60
AXQF—E10B
63
16
<
4
调速阀
<1
AXQF—E10B
6
16
—
5
单向阀
60
AXQF—E10B
63
16
6
单向阀
25
AF3-Ea10B
63
16
7
液控顺序阀
22
XF3—E10B
63
16
8
背压阀
YF3—E10B
63
16
—
9
溢流阀
YF3—E10B
63
16
—
10
单向阀
22
AF3-Ea10B
63
16
<
11
滤油器
30
XU—63×80-J
63
—
<
12
压力表开关
—
KF3-E3B3测点
—
16
—
13
单向阀
60
AF3-Fa10B
100
14
压力继电器
—
PF—B8L
—
0
—
*注:
此为电动机额定转速为940r/min时的流量。
确定油管
在选定了液压泵后,液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及
进入和流出液压缸的流量,与原定数值不同,重新计算的结果如表7所列。
流量、速度
快进
工进
快退
输入流量
A1qp
q1
A2
A1
q1qp
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 液压 课程设计 doc