液压课程设计钻镗专用机床液压系统.docx
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液压课程设计钻镗专用机床液压系统
液压与气压传动课程设计
计算说明书
设计题目钻镗专用机床液压系统
2012年12月7日
机械动力工程学院
第一章绪论
液压系统是以电机提供动力基础,使用液压泵将机械能转为压力,推动液压油。
通过控制各种阀门改变液压油的流向,从而推动液压缸做出不同行程,不同方向的动作,完成各种设备不同的动作需要。
液压系统的设计是整机设计的一部分,它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外,还应当满足结构简单、工作安全可靠、效率高、寿命长、经济型好、使用维护方便等条件。
第二章设计要求及工况分析
2.1设计题目
设计钻镗专用机床液压系统,其工作循环为定位——夹紧——快进——工进——死档铁停留——快退——停止——拔销松开等自动循环,采用平导轨,主要性能参数见下表。
液压缸
负载力
(N)
工作台重量
(N)
工件及夹具重量
(N)
行程(mm)
速度(m/min)
启动时间
(s)
静摩擦系数fs
动摩擦系数fd
快进
工进
快进
工进
快退
进给缸
4000
1000
500
200
55
7
0.5
5
0.2
0.2
0.1
夹紧缸
1000
2.2设计要求
(1)确定执行元件(液压缸)的主要结构尺寸D、d;
(2)绘制正式液压系统图;
(3)选择各类元件及辅件的形式和规格;
(4)确定系统的主要参数;
(5)进行必要的性能估算(系统发热计算和效率计算)。
2.3工况分析
(1)负载分析
主缸:
钻镗阻力
=4000N
工作台重量
=1000N
摩擦阻力
=G×fs=1000×0.2=200N
=G×fd=1000×0.1=100N
惯性阻力
F惯=ma=
×
=1000/10×7/0.2×60=58N
重力阻力
因工作部件是卧式安装,故重力阻力为零。
密封阻力
将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去,取液压缸机械效率
ηm=0.95
背压阻力
背压力pB由表2.3选取(待后)
根据上述分析可算出液压缸在各动作阶段中的负载如表1.1。
表2.1液压缸各动作阶段中的总负载
工况
计算公式
液压缸负载F(N)
液压缸推力F/ηm(N)
启动
F=F静
200
210
加速
F=F动+F惯
158
166
快进
F=F动
100
105
工进
F=F阻+F动
4100
4316
快退
F=F动
100
105
(2)负载图、速度图
快进速度V进=7m/min,快退速度V退=5m/min,行程分别为L进=200mm.L退=255mm;工进速度V工=0.5m/min,行程L工=55mm。
根据这些数据和表2.1中的数值绘制液压缸的F-L负载图和V-L速度图,如图1.1所示
(a)F-L负载图
(b)V-L速度图
图2.1液压缸的负载图和速度图
2.4初定液压缸的参数
主缸:
1.初选液压缸的工作压力p1
2.机床的最大负载F=4316N,根据下表2.2可得:
表2.2按负载选择液压执行元件的工作压力
载荷/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
5~7
初选主缸工作压力p1=1Mpa
由表2.3暂取背压pB=p2=0.5MPa。
表2.3背压阻力
系统类型
背压阻力/MPa
中低压系统或请在节流调速系统
0.2~0.5
回油路带调速阀或背压阀的系统
0.5~1.5
采用辅助泵补油的闭式油路系统
1~1.5
采用多路阀的复杂的油路系统
1.2~3
2.确定液压缸的主要结构参数
由负载图看出,最大负载值为工进阶段的负载F=4316N,为实现快进与快退速度相等,采用差动连接,则活塞直径d=0.707D。
F=AP=
-
=
-
=
(p1–0.51p2)
D=
=
=0.0859m=8.59cm
查设计手册,按照液压缸内径系列将以上计算值圆整为标准值,取D=9cm
d=
=0.707D=0.707×9=6.363cm按标准取d=6.3cm
由此求得液压缸无杆腔有效工作面积A1=
=
=63.6cm2
液压缸有杆腔面积A1=
=
=32.4cm2
工进时采用调速阀调速,查设计手册,调速阀最小稳定流量为qmin=0.05L/min,工进速度V=0.5m/min,则
=
=10cm2
10cm2 副缸: 取副缸压强为p=0.63MPa 工作压力F’=1000N D= = =4.49×10-2m=4.49cm查设计手册,按照液压缸内径系列将以上计算值圆整为标准值,取 D’=45mmd’=32mm 2.5计算液压缸各工况的流量、工作压力、流量、功率 (1)计算工作压力 由表2.2,本系统的被压估计值在0.5~1.5Mpa范围内选取,故暂定,工进时背压值Pb=0.8Mpa,快速运动时,工作压力损失 Δp=0.5Mpa 则液压缸在工作循环各阶段的工作压力: 1差动快进阶段 p2=p1+Δp p1A1=(p1+Δp)A2+F p1= = =0.55MPa 2工作进给阶段 p1A1=p2A2+F p1= = =1.09MPa 3快速退回阶段 p2A2=p1A1+F p2= = =1.01MPa (2)计算液压缸的输入流量 4差动快进阶段 q=V(A1-A2)= =218.4×10-4m3/s=21.84L/min 5工作进给阶段 q=A1V2=63.6×10-4×0.5=3.18L/min 6快速退回阶段 q=A2V3= =16.2L/min (3)计算液压缸的输入功率 ①差动快进阶段 P=p1q= =0.1998W=0.200KW ②工作进给阶段 P=p1q=1.09×106×0.053×10-3=58W=0.058KW ③快速退回阶段 P=p2q=1.01×106×0.27×10-3=272W=0.272KW 表2.4液压缸工作循环中的压力、流量和功率 工作阶段 工作压力(MPa) 输入流量(L/min) 输入功率(KW) 快进 0.55 21.84 0.200 工进 1.09 3.18 0.058 快退 1.01 16.2 0.272 第三章液压系统原理图的拟定 根据钻镗床的设计任务和工况分析,该机床对调整范围、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。 3.1速度控制回路的选择 本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,故采用调速阀调速。 有三种方案可供选择,即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的调速。 本系统为小功率系统,效率和发热问题并不突出;连续加工,切削力变化不大,而且是正负载,在其它条件相同的情况下,进口节流调速比出口节流调速能获得更低的稳定速度,故本机床液压系统采用调速阀式进口节流调速回路,为防止孔钻通时发生前冲,在回油路上应加背压阀。 由表2.4得知,液压系统的供油主要为低压大流量和高压小流量两个阶段,若采用单个定量泵,显然系统的功率损失大、效率低。 为了提高系统效率和节约能源,采用双泵供油回路。 由于选定了节流调速方案,所以油路采用开式循环回路。 3.2换向和速度换接回路的选择 本系统对换向平稳性的要求不是很高,所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路。 为便于差动连接,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,选用Y型中位机能。 由计算可知,当滑台从快进转为工进时,进入液压缸的流量由21.84L/min降为3.18L/min,可选二位二通行程换向阀来进行速度换接,以减少液压冲击。 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,采用死挡铁加压力继电器的行程终点。 3.3压力控制回路的选择 由于采用双泵供油回路,故用液控顺序阀实现低压大流量泵卸荷,用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。 3.4液压系统原理图 将上述所选定的液压基本回路组合成液压系统,并根据需要作必要的调整,最后画出液压系统原理图如图2.1所示。 图3.1液压系统原理图 第四章元件的计算与选择 4.1选择液压泵 (1)选定额定压力 由表2.4知,工进阶段液压缸压力最大,取进油路总的压力损失∑Δp=1Mpa,则液压泵的最高工作压力p1=p1+∑Δp=(1.09+1)MPa=2.09Mpa 液压泵的额定压力pr=1.25pp=1.25×2.09=2.61Mpa (2)选定额定流量 由表2.4可知,液压缸需要的最大流量为21.84L/min,工进时的流量为3.18L/min,取泄露系数k=1.1,则: 快进、快退时泵的流量: qp≥k1q1=1.1×21.84L/min=24.02L/min 工进时泵的流量: qp≥k1q1=1.1×3.18L/min=3.498L/min 考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点,尚需加上溢流阀稳定工作的最小溢流量,一般取为3L/min,所以小流量泵的流量为 qp=3.498+3=6.498L/min V2=25mL/r的YB-10/25型双联叶片泵,其额定转速n=960r/min,容积效率ηpv=0.95,则: 小泵的流量为: qp1=v1nηpv=10×10-3×960×0.95L/min=9.12L/min 大泵的流量为: qp2=qp-qp1=24.02-9.12L/min=14.9L/min 则大泵的额定流量为: qp2=v2nηpv=25×10-3×960×0.95L/min=22.8L/min 由于qp1+qp=31.92L/min>24.02L/min 可以满足要求,故选用YB-10/25型双联叶片泵。 (3)选定电动机 由表2.4可知,快退阶段功率最大,故按快退阶段估算电动机的功率。 取快退时进油路的压力损失∑p1=0.5Mpa,则液压泵的总效率效率ηp=0.75,则电动机的功率: pp= = = =0.54KW 查设计手册,选用Y90L-6型异步电动机 P=1.1KWn=960r/min 4.2选择液压阀 根据所拟定的液压系统原理图,计算分析通过个液压阀的油液最高压力和最大流量,选择各液压阀的型号规格,列于下表4.1中。 4.3选择辅助元件 油管内径参照所选油口尺寸确定,也可按照管路允许流速进行计算。 本系统选Φ18×1.6无缝钢管。 油箱容量: V=mqp=(5~7)×20=100~140L 其他辅助元件型号见表4.1。 表4.1液压元件一览表 序号 元件名称 通过流量q/(L/min) 型号规格 1 双联叶片泵 31.92 YB-6/25 2 溢流阀 9.12 Y1-10B 3 单向阀 22.80 I-25B 4 单向阀 9.12 I-10B 5 三位五通电磁换向阀 63.84 35E-40B 6 压力继电器 DP-63B 7 单向行程调速阀 63.84、31.92、3.498 QCI-40B 8 单向阀 15.96 I-10B 9 背压阀 0.48 B-10B 10 外控顺序阀 15.07 XY-25B 11 减压阀 J-10 12 单向阀 I-10B 13 二位四通电磁换向阀 34E-10B 14 单向阀 35E-40B 15 单向节流阀 LF3-E6B 16 压力继电器 DP25B 17 滤油器 31.92 WV-63×180
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