ZH1TZ16组合机床动力滑台液压系统设计Word格式文档下载.docx
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第三章液压缸主要参数的确定5
3.1初选液压缸的工作压力5
3.2计算液压缸的尺寸5
3.3绘制工况图7
第四章液压系统图的拟定9
4.1所用液压执行元件的类型9
4.2供油方式的选择9
4.3调速回路的选择10
4.4速度换接回路和快速回路的选择10
4.5换向回路的选择10
4.6绘制液压系统原理图11
4.7液压系统原理图的工作原理12
第五章液压元件的计算和选择14
5.1确定液压泵的型号及电动机功率14
5.1.1计算液压泵的最大工作压力14
5.1.2计算总流量14
5.1.3电机的选择15
5.2选择阀类元件及辅助元件15
5.2.1油管15
5.2.2油箱17
5.3活塞杆直径校核17
第六章液压系统性能的验算18
设计总结21
辞谢22
参考文献23
第一章前言
组合机床往往由一些通用和专用的部件组合而来,在操作上它比一般的机床效率高,而且操作上简单,在大批量的生产中得到了广泛的应用。
动力滑台是组合机床上的主要通用部件,进给方向上的运动主要是由动力滑台来实现的。
主轴上更换不同用途的主轴头,就可以实现很多的加工,比如钻、扩、铰、倒角和螺纹加工等。
液压动力滑台是使用液压泵提供的液压能转化成滑台运动的机械能来实现进给运动的。
液压动力滑台要求液压系统在速度上换接稳定,功率使用要合理,效率高,发热少。
本次毕业设计是以组合机床动力滑台液压系统为例,大致介绍了液压系统的设计方法和计算步骤。
第二章设计要求和工况分析
2.1设计要求
设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台,动力滑台的工作循环为:
快进-工进-快退-停止。
已知:
轴向切削力为21kN,移动部件总重为10kN。
快进行程为100mm,工作行程为20mm。
快进、快退速度为4.2m/min、工进速度为0.05m/min,加减速时间均为0.2s,工作台采用平导轨、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。
2.2工况分析
2.2.1运动分析
绘制动力滑台的工作循环图,如图2-1所示,动力滑台的工作循环为。
图2-1动力滑台的工作循环
2.2.2负载分析
(1)负载计算
1)工作负载
工作负载为已知(2-1)
2)摩擦阻力负载
取静摩擦系数=0.2,动摩擦系数=0.1。
则得出:
静摩擦阻力(2-2)
动摩擦阻力(2-3)
3)惯性负载
惯性负载是运动部件发生速度变化时,由其惯性而产生的负载,可用牛顿第二定律计算,已知启动换向时间为0.2s,工作台最大移动速度,即快进、快退速度为4.2m/min,因此惯性负载可表示为
(2-4)
4)动力滑台为卧式放置,因此不考虑重力负载。
5)设液压缸的机械效率为。
(2)液压缸各阶段工作负载计算:
1)启动(2-5)
2)加速(2-6)
3)快进(2-7)
4)工进(2-8)
5)快退(2-9)
2.2.3负载图和速度图的绘制
按照上面的负载计算结果以及设计要求中给的的速度和行程要求,绘制出负载图及速度图如图2-2所示。
(a)
(b)
图2-2液压缸的负载图及速度图
第三章液压缸主要参数的确定
3.1初选液压缸的工作压力
经过负载分析后,可知液压缸驱动的最大负载出现在工进阶段,即F=24444.4N。
按液压设备的类型属组合机床类,液压缸的工作压力可以根据最大负载和液压设备类型选取,所以根据表3-1和3-2可知,初选液压缸的工作压力为4MPa。
表3-1按负载选择执行元件的工作压力
负载F/kN
<
5
5~10
10~20
20~30
30~50
>
50
工作压力p/MPa
0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
5~7
表3-2各类液压设备常用工作压力
设备类型
粗加工机床
半精加工机床
粗加工或重型机床
农业机械、小型工程机械
液压压力机、起重运输机械
0.8~2.0
3.0~4.0
5.0~10.0
10.0~16.0
20.0~32.0
3.2计算液压缸的尺寸
由设计要求可知,动力滑台的工进速度要比快进和快退速度小很多,而且快进和快退速度一样,考虑到流量使用的合理性,故采用单杆式活塞缸的差动连接方式。
并且液压缸采用活塞杆固定式,缸体和动力滑台连接在一起。
由于要求快进和快退速度一样,所以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,即。
从而可以求出液压缸缸筒内径D和活塞杆外径d的关系是。
根据已知参数,液压缸进油腔的面积为
(3-1)
液压缸缸筒内径D为
(3-2)
活塞杆外径d为
(3-3)
根据对液压缸缸筒内径尺寸和活塞杆外径尺寸的规定,按标准取液压缸缸筒内径为D=90mm,活塞杆直径为d=63mm。
则液压缸实际的有效作用面积为:
无杆腔面积(3-4)
有杆腔面积(3-5)
工作台在快进过程中,液压缸采用差动连接,此时所需要的流量为
(3-6)
工作台在工进过程中所需要的流量为
(3-7)
工作台在快退过程中所需要的流量为
(3-8)
根据上述液压缸直径及流量运算结果,进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、功率。
快进过程中,液压缸做差动连接(即液压缸左右两腔同时通入压力油),油路中不可避免地存在着压降,取。
工进过程中,液压缸会发生前冲现象,因此液压缸的回油路上应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式),选取此背压值为。
快退过程中,回油路上也是有背压的,选取背压值为。
(1)快进
1)进油腔压力
(3-9)
2)所需输入功率
(3-10)
(2)工进
(3-11)
(3-12)
(3)快退
(3-13)
(3-14)
3.3绘制工况图
根据上述工作循环中各个阶段的液压缸压力、流量和功率,可绘制出液压缸的工况图,如图3-1所示。
图3-1液压缸的工况图
第四章液压系统图的拟定
根据对组合机床动力滑台液压系统的运动负载分析和工况图分析,可得出液压系统在速度换接、调速上有一定的要求,因此控制速度是该液压系统要解决的核心问题。
另外,与全部液压系统的设计要求一样,该液压系统应尽可能满足结构简单,节省能源、提高效率、成本低以及工作可靠性。
4.1所用液压执行元件的类型
该液压系统的工作循环是正向快进、工进和反向快退,且快进、快退速度相等,选用单活塞杆液压缸,快进时可以形成差动连接,无杆腔面积等于有杆腔面积的两倍。
4.2供油方式的选择
由工况图3-1可以清楚的看出,该液压系统的特点是快进和快退时低压、大流量、时间短,工进时高压、小流量、时间长。
若采用单个定量泵供油,显然系统的功率损失大、效率低。
在一个工作循环中,液压油源大部分时间都处于高压、小流量的供油状态,只有很小一部分时间工作在低压、大流量供油状态。
从提高系统效率、工作可靠性和节省能源角度来看,如果选用单个定量泵作为整个液压系统的油源,液压系统会长时间的处于大流量溢出状态,从而造成能量的大量的流量损失,这样的设计明显不合理。
如果采用双联叶片泵,该泵是由一个大流量泵和小流量泵组成的,当快速进给时,两个泵同时进行供油(此时压力比较低),当工作进给时,小流量泵供油(此时压力比较高),同时大流量泵卸荷,这比采用单个定量泵,节省能源,系统的效率也得到了提高。
除采用双联叶片泵做为油源外,也可选用限压式变量叶片泵做油源。
但限压式变量叶片泵结构复杂、成本高,且流量突变时液压冲击较大。
最后确定选用双联叶片泵做为供油方案,有利于降低能耗和成本。
如图4-1所示。
图4-1双联叶片泵
4.3调速回路的选择
由负载图及速度图2-2和工况图3-1可知,该液压系统在整个工作循环中所需要的功率较小,滑台运动速度低,工作负载变化不是太大,所以采用带调速阀的进油节流调速回路,并在回油路上加背压阀。
这种调速回路适合功率小的场合,而且结构简单、成本低。
4.4速度换接回路和快速回路的选择
由于快进到工进的过程中速度要进行换接,液压系统速度换接回路采用二位二通电磁阀,如图4-2所示。
另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动回路。
根据本设计的工作循环,在快进时采用差动连接与双联叶片泵供油一起实现快速运动。
4.5换向回路的选择
本次液压系统的设计对换向平稳性的要求不高,流量较小,压力较低,为便于实现差动连接,换向回路采用三位五通电磁换向阀,如图4-3所示。
为便于实现调整方便,选用Y型中位机能。
图4-2二位二通电磁阀图4-3三位五通电磁换向阀
4.6绘制液压系统原理图
选定了供油方式、液压回路后,再增加一些辅助性的回路,如控制回路、测压回路等,并对液压回路进行归并、整理,就可将液压回路综合为液压系统,即组成如图4-4所示的液压系统原理图。
在双联叶片泵的进口位置设置测压点,并设置压力表开关,方便观察调整压力。
液压系统的动作顺序为:
。
液压系统中各电磁铁的动作顺序如表4-1所示。
其中表里“+”号表示的是电磁铁通电或行程阀压下;
“—”号表示电磁铁断电或行程阀复位。
图4-4液压系统原理图
表4-1电磁铁和行程阀的动作表
4.7液压系统原理图的工作原理
1.快进
电磁铁1YA得电,由泵输出地压力油经三位五通电磁换向阀的左侧,使其左位进入系统,这时的主油路为:
进油路:
泵2→单向阀3→三位五通电磁换向阀7(左位)→行程阀12(下位)→液压缸左腔。
回油路:
液压缸右腔→三位五通电磁换向阀7(左位)→单向阀8→行程阀12(下位)→液压缸左腔。
形成差动连接。
2.减速
当滑台快速运动到需要减速的位置时,行程阀12动作,使通往这的油路中断,油液经过调速阀9进入液压缸左腔。
其主油路为:
进油路:
泵2→单向阀3→三位五通电磁换向阀7(左位)→调速阀9→二位二通换向阀14(右位)→液压缸左腔。
液压缸右腔→三位五通电磁换向阀7(左位)→顺序阀4→背压阀5→油箱。
3.工进
减速结束后,二位二通电磁换向阀14动作,使通往这的油路中断,这时油液必须经过调速阀9和10才能进入液压缸左腔,其主油路为:
泵2→单向阀3→三位五通电磁换向阀7(左位)→调速阀9→调速阀10→液压缸左腔。
4.快退
电磁铁2YA通电,1YA、3YA断电,其主油路为:
泵2→单向阀3→三位五通电磁换向阀7(右位)→液压缸右腔。
液压缸左腔→单向阀11→三位五通电磁换向阀7(右位)→油箱。
5.停止
电磁铁1YA、2YA、3YA都断电,三位五通电磁换向阀7处于中位状态。
压力油经换向阀
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