单面多孔钻床液压系统课程设计.docx
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单面多孔钻床液压系统课程设计
液压课程设计任务书
(一)设计课题
设计一台卧式单面多轴钻孔机床的液压传动系统,有三个液压缸,分别完成钻削(快进、工进、快退)、夹紧工件(夹紧、松开)、工件定位(定位、拔销)。
其工作循环为:
定位夹紧快进工进快退拔销松开,如1图所示:
(二)原始数据
1.主轴数及孔径:
主轴6根,孔径Ø14mm;
2.总轴向切削阻力:
12400N
3.运动部件重量:
9800N
4.快进、快退速度:
5m/min;
5.工进速度:
0.04~~0.1m/min
6.行程长度:
320mm
7.导轨形式及摩擦系数:
平导轨,
8.加速、减速时间:
大于0.2秒
9.夹紧力:
5000~~6000N
10.夹紧时间:
1~2秒
11.夹紧液压缸行程长度:
16mm
(三)系统设计要求
1.夹紧后在工作中如突然停电时,要保证安全可靠,当主油路压力瞬时下降时,夹紧缸保持夹紧力;
2.快进转工进时要平稳可靠
3.钻削是速度平稳,不受外载干扰,孔钻透时不前冲
(四)最后提交内容(电子稿和打印稿各一份)
1.设计说明书各一份
2.系统原理图一份,含电磁铁动作顺序表,主要元件明细表
3.液压阀块二维CAD零件图(A3,比例1:
1或者1:
2)
4.液压阀块三位实体图
5.可选部分,包含液压阀块,阀块安装件的三维实体图
目录
液压课程设计任务书···················································································I
1工况分析································································································1
1.1动作要求分析··················································································1
1.2设计要求及工况分析··············································································1
1.3负载图和速度图的绘制·········································································1
2液压系统方案设计····················································································2
2.1确定液压泵类型及调速方式·····································································2
2.2选用执行元件······················································································2
2.3快速运动回路和速度换接回路··································································2
2.4换向回路的选择···················································································2
2.5定位夹紧回路的选择·············································································2
2.6动作换接的控制方式选择·······································································2
2.7液压基本回路的组成·············································································3
3液压系统的参数计算···············································································4
3.1液压缸参数计算···················································································4
3.1.1初选液压缸的工作压力······································································4
3.1.2计算液压缸主要尺寸·········································································4
3.1.3确定夹紧缸的内径和活塞直径······························································6
3.1.4计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率·········································6
3.2确定液压泵的规格和电动机功率及型号························································7
3.2.1计算液压泵的压力············································································7
3.2.2.计算液压泵的流量···········································································7
3.2.3.选用液压泵规格和型号······································································7
4液压原件的选择·······················································································8
4.1液压阀及过滤器的选择·········································································8
4.2油管的选择·······················································································8
4.3油箱容积的确定···················································································8
5验算液压系统性能····················································································9
5.1压力损失的验算及泵压力的调整·······························································9
5.1.1工进时的压力损失验算和泵的压力调整···················································9
5.1.2快退时的压力损失验算······································································9
5.2液压系统的热和温升验算·····································································11
5.2.1系统发热量的计算··········································································11
5.2.2系统温升的验算·············································································11
6总结································································································12
7参考文献·····························································································12
1、工况分析
1.1动作要求分析
根据主机动作要求画出动作循环图如图1-1
图1-1动作循环图
1.2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,设导轨的静压力为Ffs,动摩擦力为Ffd,则
Ffs=fsFN=0.2×9800N=1960N
Ffd=fdFN=0.1×9800N=980N
而惯性力Fm=
N=417N
如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦里的影响,并设液压缸的机械效率ηm=0.95,则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出,见表1-1
表1-1液压缸各运动阶段负载表
运动阶段
计算公式
总机械负载F/N
定位夹紧
━
5000
快
进
启动
F=Ffs/ηm
2063
加速
F=(Ffd+Fm)/ηm
1471
快进
F=Ffd/ηm
1032
工进
F=(Ft+Ffd)/ηm
14084
快退
F=Ffd/ηm
1032
1.3负载图和速度图的绘制
根据负载计算结果和已知的各个阶段的速度,由于行程是320mm,设定快进时的行程L1=250mm,工进时的行程L2=70mm。
可绘出负载图(F-l)和速度图(v-l),见图1-2a、b。
横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线,以下为液压缸退回时的曲线。
a)负载图图1-2负载速度图b)速度图
2、液压系统方案设计
2.1确定液压泵类型及调速方式
参考同类组合机床,由于快进、快退和工进速度相差比较大,为了减少功率损耗,采用限压式变量叶片泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路,溢流阀作定压阀。
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Pb=0.8Mpa。
2.2选用执行元件
因系统动作循环要求正向快进和工作,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。
由于结构上的原因和为了有较大的有效工作面积,定位缸和夹紧缸也采用单杆活塞液压缸。
2.3快速运动回路和速度换接回路
根据运动方式和要求,采用差动连接快速运动回路来实现快速运动。
根据设计要求,速度换接要平稳可靠,另外是专业设备,所以可采用行程阀的速度换接回路。
若采用电磁阀的速度换接回路,调节行程比较方便,阀的安装也比较容易,但速度换接的平稳性较差。
2.4换向回路的选择
由速度图可知,快进时流量不大,运动部件的重量也较小,在换向方面无特殊要求,所以可选择电磁阀控制的换向回路。
为方便连接,选择三位五通电磁换向阀。
2.5定位夹紧回路的选择
按先定位后夹紧的要求,可选择单向顺序阀的顺序动作回路。
通常夹紧缸的工作压力低于进给缸的工作压力,并由同一液压泵供油,所以在夹紧回路中设减压阀减压,同时还需满足;夹紧时间可调,在进给回路压力下降时能保持夹紧力,所以要接入节流阀调速和单向阀保压。
换向阀可连接成断电夹击方式,也可以采用带定位的电磁换向阀,以免工作时突然断电松开。
2.6动作换接的控制方式选择
为了确保夹紧后才能进行切削,夹紧与进给的顺序动作应采用压力继电器控制。
当工作进给结束转为快退时,由于加工零件是通孔,位置精度不高,转换控制方式可采用行程开关控制。
2.7液压基本回路的组成
将已选择的液压回路,组成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统原理图。
此原理图除应用了回路原有的原件外,又增加了液控顺序阀6和单向阀等,其目的是防止回路间干扰及连锁反映。
从原理图中进行简要分析:
1)工件定位夹紧:
(1)先定位
压力油→减压阀8→单向阀9→电磁换向阀10→定位缸18无杆腔
定位缸18有杆腔→电磁换向阀10→油箱
(2)再夹紧工件定位后,压力油压力升高到单向顺序阀开启的压力,单向顺序阀开启。
压力油→单向顺序阀11→单向调速阀12→夹紧缸17无杆腔
夹紧缸17有杆腔→电磁换向阀10→油箱
2)快进:
2YA通电,电磁换向阀3左位工作,由于系统压力低,液控顺序阀6关闭,液压缸有杆腔的回油只能经换向阀3、单向阀5和泵流量合流经单向行程调速阀4中的行程阀进入无杆腔而实现差动快进,显然不增加阀6,那么液压缸回油通过阀7回油箱而不能实现差动。
叶片泵1→单向阀2→电磁换向阀3→单向行程调速阀4→主液压缸19(差动连接)
3)工进:
4YA通电,切断差动油路。
快进行程到位,挡铁压下行程开关,切断快进油路,4YA通电,切断差动油路,快进转工进,系统压力升高,液控顺序阀6被打开,回油腔油液经液控顺序阀6和背压阀7流回油箱,此时,单向阀5关闭,将进、回油路隔开,使液压缸实现工进。
叶片泵1→单向阀2→电磁换向阀3→单向行程调速阀4→主液压缸19无杆腔
主液压缸19有杆腔→电磁换向阀3→液控顺序阀6→背压阀7→油箱
4)快退:
3YA通电,工进结束后,液压缸碰上死挡铁,压力升高到压力继电器调定压力,压力继电器发出信息,2YA断电,3YA、4YA通电。
叶片泵→单向阀4→电磁换向阀3→主液压缸有杆腔主液压缸无杆腔→单向行程阀4→电磁换向阀3→油箱
主液压缸无杆腔快退到位碰行程开关,行程开关发信息,下步工件拔销松夹。
5)拔销松夹:
1YA通电
液压油→减压阀8单向阀9→电磁阀10→定位缸18和夹紧缸17的有杆腔
定位缸18无杆腔→电磁阀10→油箱
夹紧缸16无杆腔→单向调速阀12的单向阀→单向顺序阀11的单向阀→电磁阀10→油箱工件松夹后发出信息,操作人员取出工件。
6)系统组成后,应合理安排几个测压点,这些测压点通过压力表开关与压力表相接,可分别观察各点的压力,用于检查和调试液压系统。
系统原理图如下
图2-1卧式单面多轴钻孔机床液压系统原理图
表2-1电磁铁动作顺序表
1Y
2Y
3Y
4Y
定位夹紧
-
-
-
-
快进
-
+
-
-
工进
-
+
-
+
快退
-
-
+
+
拔销松开
+
-
-
-
3、液压系统的参数计算
3.1液压缸参数计算
3.1.1初选液压缸的工作压力
所设计的动力滑台在工进时负载最大,在其它工况负载都不太高,参考表3-1和表3-2,根据F=14084N初选液压缸的工作压力p1=3MPa。
3.1.2计算液压缸主要尺寸
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接。
工进时为防止钻透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3-3选此背压为p2=0.6Mpa。
表3-1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
<0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
表3-2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/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
表3-3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
0.2~0.5
回油路带调速阀的系统
0.4~0.6
回油路设置有背压阀的系统
0.5~1.5
用补油泵的闭式回路
0.8~1.5
回油路较复杂的工程机械
1.2~3
回油路较短且直接回油
可忽略不计
由表1-1可知最大负载为工进阶段的负载F=14084N,按此计算A1则
A1=
=
=54.2cm2
液压缸直径D=
由A1=2A2可知活塞杆直径d=0.707D=0.707×8.31cm=5.87cm
按GB/T2348-1993将所计算的D与d值分别圆整到相近的标准直径,以便采用标准的密封装置。
圆整后得D=9cmd=6.3cm
按标准直径算出
A1=
则液压缸的实际计算工作压力为:
则实际选取的工作压力P=3MPa满足要求。
按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度。
若验算后不能获得最小的稳定速度是,还需要响应加大液压缸的直径,直至满足稳定速度为止。
查产品样本,调速阀最小稳定流量
,因工进速度v=0.1m/min由课本式(8-11)
本例A1=63.6cm2>12.5cm2,满足最低速度要求。
3.1.3确定夹紧缸的内径和活塞直径
根据夹紧缸的夹紧力
=5000N,选夹紧缸工作压力
=1.5MPa可以认为回油压力为零,则夹紧缸的直径
根据表3-4取d/D=0.5则活塞杆直径
按GB/T2348-1993将所计算的D与d值分别圆整到相近的标准直径,以便采用标准的密封装置。
圆整后得
D夹=7cmd夹=3.6cm
表3-4按工作压力选取d/D
工作压力/MPa
≤5.0
5.0~7.0
≥7.0
d/D
0.5~0.55
0.62~0.70
0.7
3.1.4计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率
根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积,可以算出液压缸的工作过程各阶段的压力、流量和功率,在计算工进时的背压按
代人,快退时的背压按pb=5×105Pa代入计算公式和计算结果列于表3-5中
表3-5液压缸所需要的实际流量、压力和功率
工作循环
计算公式
负载F
进油压力
回油压力
Pb
所需流量
输入功率
N
Pa
Pa
KW
定位夹紧
5000
0
1.85
0.040
差动快进
1032
15.6
0.221
工作循环
计算公式
负载F
进油压力
回油压力
Pb
所需流量
输入功率
N
Pa
Pa
KW
工进
14084
0.32
0.014
快退
1032
16.2
0.351
注:
1.差动连接时,液压缸的回油口到进油口之间的压力损失
,而
2.快退时,液压缸有杆腔进油,压力为
,无杆腔回油,液压为
3.2确定液压泵的规格和电动机功率及型号
3.2.1.计算液压泵的压力
由表3-5可知工进阶段液压缸的工作压缸工作压力最大,若取进油路总压力损
,压力继电器可靠动作需要压力差为
,则液压泵最高工作压力可按课本式(8-5)算出
因此泵的额定压力可取
3.2.2.计算液压泵的流量
液压泵的最大流量q泵应为
q泵>K(∑q)max
式中:
(∑q)max----同时动作各液压缸所需流量之和的最大值
K----系统的泄露系数,一般取K=1.1~1.3,现取K=1.2。
由表2-6可知快退时液压缸所需的最大流量是16.2L/min由于各阶段为分时工作,所以
(∑q)max=16.2L/min
q泵=K(∑q)max=1.2×16.2L/min=19.44L/min
3.2.3.选用液压泵规格和型号
根据P额、q泵值查阅有关手册,选用YBX-20型限压式变量叶片泵。
该泵的基本参数为:
排量0-20L/min,额定压力P额=6.3MPa,电动机转速范围0-1450r/min,容积效率ηc=0.9,总效率η=0.7
3.2.4.确定电动机功率及型号
由表2-6可知,液压缸最大输入功率在快退阶段,可按此阶段估算电动机功率,由于表中压力值不包括由泵到液压缸这段管路的压力损失,在快退时这段管路的压力损失若取△P=0.5MPa,液压泵总效率η=0.7,则电机功率P电为:
查阅电动机样本,选用Y90S-4电动机,其额定功率为1.1KW,额定转速为1500r/min.
4、液压原件的选择
4.1液压阀及过滤器的选择
根据液压阀在液压系统中的最高工作压力与通过该阀的最高流量,可选出这些元件的型号及规格,本题中所有阀的额定压力都为
,额定流量根据各阀通过的流量,确定为
三种规格,所有元件的规格型号列于表4中,过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器,表中序号与系统原理图中的序号一致。
表4-1液压元件明细表
序号
元件名称
最大通过流量/
型号
1
限压式变量叶片泵
20
YBX-20
2
单向阀
20
I-25B
3
三位五通电磁阀
40
35D1-63BY
4
单向行程调速阀
40
UCF1G-03
5
单向阀
20
I-25B
6
液控顺序阀
0.16
XY-25B
7
背压阀
0.16
B-10B
8
减压阀
20
JF3-C10B
9
单向阀
20
I-10B
10
二位四通电磁换向阀
20
24D1-63BH
11
单向顺序阀阀
20
AXF3-C-B
12
单向调速阀
20
MK-10G
13
压力继电器
DP1-63B
14
溢流阀
20
Y-25B
15
过滤器
40
XU-B40×100
16
压力开关表
K-6B
20
电机
Y90S-4
4.2油管的选择
根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。
液压缸的进出油管按输入、输出的最大流量来计算。
由于本系统液压缸差动连接快件快退时,油管内通油量最大,其实际流量为泵的额定流量的两倍达32L/min,则液压缸进、出油管直径d按产品样本,选用内径为15mm,外径为19mm的10号冷拔钢管。
4.3油箱容积的确定
中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的5~7倍,本题取7本倍,故油箱容积为
5验算液压系统性能
5.1压力损失的验算及泵压力的调整
由于定位、夹紧回路在夹紧后的流量几乎为零,所以管路系统的压力损失主要应在工作台液压缸回路中进行计算。
5.1.1工进时的压力损失验算和泵的压力调整
工进时管路中的流量仅为
因此流速很小,所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小,可以忽略不计,这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失
回油路上只有背压阀的压力损失,小流量泵的调整压力
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