1、课程设计说明书题 目： 液压与气动技术 卧式钻镗组合机床液压系统设计姓 名： 郑义强 学 号: 1 5 0 6 2 4 0 1 3 0 系 别： 机电工程与自动化学院 专 业： 机械设计与制造 班 级： 15 机械 1 指导教师： 陈佳彬 黎明职业大学 2017 年 6 月 27 日目录1.设计任务 11.1 设计要求 11.2 设计参数 11.3 主要内容 12.工况分析 22.1 负载图及速度图 22.1.1 负载分析 .22.1.2 负载图、速度图 .32.2 工况分析图 43.方案确定 53.1 选择液压回路。 53.1.1 调速回路及油源形式 .53.1.2 快速回路及速度换接回路
2、.53.1.3 换向回路 .63.1.4 行程终点的控制方式 .64.计算和选择液压元件 64.1 确定液压泵的规格和电机功率 64.1.1 压泵工作压力的计算 .64.2 液压阀的选择 74.3 确定管道尺 84.3.1 压油管道 .84.3.3 回油管道 .94.4 确定邮箱容量 95.组成液压系统图 96.液压系统主要性能的估算 .106.1 液压缸的速度 .106.2 系统的效率 .116.2.1 回路中的压力损失 126.2.2 液压泵的工作压力 136.2.3 顺序阀的调整压力 136.3 液压回路和液压系统的效率 .14第 1 页 共 14 页1.设计任务设计一台卧式钻、镗组合机
3、床液压系统。该机床用于加工铸铁箱形零件的孔系，运动部件总重 G=10000N，液压缸机械效率为 0.9，加工时最大切削力为12000N，工作循环为：“快进工进死挡铁停留快退原位停止” 。快进行程长度为 0.4m，工进行程为 0.1 m。快进和快退速度为 0.1ms，工进速度范围为 310 510ms ，采用平导轨，启动时间为 0.2s。要求动力部43件可以手动调整，快进转工进平稳、可靠。1.1 设计要求设计一台卧式钻、镗组合机床液压系统。该机床用于加工铸铁箱形零件的孔系，运动部件总重 G=10000N，液压缸机械效率为 0.9，加工时最大切削力为 12000N，工作循环为：“快进工进死挡铁停留
4、快退原位停止” 。 ，1.2 设计参数快进行程长度为 0.4m， 工进行程为 0.1 m快进和快退速度为 0.1ms 工进速度范围为310 510 ms43第 2 页 共 14 页1.3 主要内容1、进行工况分析，绘制工况图。2、拟定液压系统原理图，绘制电磁铁动作表3、计算液压系统及有关元件参数，选择液压元件4、液压缸结构设计5、编写设计说明书第 3 页 共 14 页2.工况分析2.1 负载图及速度图2.1.1 负载分析a.切削力：=12000NLFb.摩擦阻力：=0.210000=2000NGsf=0.110000=1000NdfFc.惯性阻力= N=510NtgmaG2.018.9d.重力
5、阻力因工作部件是卧式安置，故重力阻力为零。e.密封阻力将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去，去液压缸机械效率 =0.9。mf.背压阻力背压力 查表选取。2p根据上述分析课算出液压缸在各动作阶段中的负载，见下表。工况 计算公式 液压缸负载 F/N 液压缸推力 NFm9.0/第 4 页 共 14 页启动 fsF2000 2222加速 mfd1510 1678快速 fdF1000 1111工进 fdL13000 14444快退 fdF1000 11112.1.2 负载图、速度图。快进速度 与快退速度 相等，即 = =0.1m/s。行程分别为1313=0.4m， =0.5m；工进速度 = m/s，行程
6、 =0.1m。负载图和1l3l24053l速度图如下。2-1 负载图第 5 页 共 14 页2-2 速度图2.2 工况分析图。液压缸工作循环中各动作阶段的压力、流量和功率的实际使用值，见下表。液压缸工况 负载 F/N 回油压力/MPa2p输入流量q/(L/min)进油腔压力/MPa1p输入功率P/kW计算公式启动 2222 0.788 加速 1678 1.100 快进恒速 1111= +2p1= +0.5 16.92 0.899 0.25421ApF)(qpP1第 6 页 共 14 页工进 14444 0.6 0.1021.701 2.849 0.0050.081121ApF2qpP1启动 2
7、222 0.780 加速 1678 1.584 快退恒速 11110.517.1 1.385 0.395211AF3qpP1根据上表可绘制液压缸的工况图，如下图所示。第 7 页 共 14 页2-3 工况图3.方案确定3.1 选择液压回路。3.1.1 调速回路及油源形式。由工况图可知，该机床液压系统功率小，速度较低；钻镗加工为连续切削，切削力变化小。故采用节流调速回路。为增加运动的平稳性，为防止当工件钻通时工作部件突然前冲，采用调速阀的出口节流调速回路。由工况图还可以看出，该系统由低压大流量和高压小流量两个阶段组成。其最大流量与最小流量之比为 =17.1/(0.1021.701)=10.0516
8、7.65，minax/q而相应的时间之比为 =(20333)/9=2.2237。此比值很大，为了节约资源，快工 t/采用双定量泵供油。 3.1.2 快速回路及速度换接回路。因系统要求快进，快退的速度相等，故快进时采用液压缸差动连接的方式，以保证快进、快退时的速度基本相等。由于快进、工进之间的速度相差较大，为减小速度换接时的液压冲击，采用行程阀控制的换接回路。3.1.3 换向回路。由工况图可看出，回路中流量较小，系统的工作压力也不高，故采用电磁换向阀的换向回路。第 8 页 共 14 页在双定量泵供油的油源形式确定后，卸荷和调压问题都已基本解决，即工进时，低压泵卸荷，高压泵工作并由溢流阀调定其出口
9、压力。当换向阀处于中位时，高压泵虽未卸荷，但功率损失不大，故不再采用卸荷回路，以便油路结构更加简单。3.1.4 行程终点的控制方式。在行程终点采用死挡铁停留的控制方式。上述选择的液压回路，如下图所示。3-1 双泵油源 3-2 调速及速度换接回路 3-3 换向回路4.计算和选择液压元件4.1 确定液压泵的规格和电机功率。4.1.1 压泵工作压力的计算。a.确定小流量泵的工作压力 。1Pp小流量泵在快进、快退和工进时都向系统供油。最大工作压力为=2.849MPa。在出口节流调速中，因进油路比较简单，故进油路压力损失取1p=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力为第 9 页 共 14 页= + =2
10、.849+0.5=3.349MPa1Pp1pb.确定大流量泵的工作压力 。2大流量泵只有在快进、快退中供油。由工况图可知，最大工作压力为=1.385MPa。若取此时进油路上的压力损失为 =0.5MPa，则大流量泵的1p 1p最高工作压力为= + =1.385+0.5=1.885MPa2Pp11p4.1.2 液压泵流量计算。由工况图知，液压缸所需最大流量为 17.1L/min，若取泄漏折算系数K=1.2，则两个泵的总流量为=17.11.2=20.52（L/min）Pq因工进时的最大流量为 1.701L/min，考虑到溢流阀的最小稳定流量（3L/min） ，故小流量泵的流量最少应为 4.701L/
11、min。4.1.3 液压泵规格的确定。按式 = 1+(2560)%=3.3491+(2560)%=4.1865.358MPa 及maxPp1=20.52（L/min）查设计手册，选取 型双联叶片泵，额定压力为Pq 12/0YB6.3MPa。4.1.4 电机功率的确定。由工况图得知，液压缸最大功率 =0.395kW，出现在压力为 1.385MPa、maxP流量为 17.1L/min 的快退阶段，这时泵站输出压力为 1.885MPa，流量为22L/min。若取泵的总效率为 =0.75，则电机所需功率为PP= = =0.92kWPpq75.06281查手册选用功率为 1.1kW、同步转速为 1000
12、r/min 的电动机。第 10 页 共 14 页4.2 液压阀的选择。根据系统的最高工作压力和通过各阀的最大实际流量，选出各阀的规格见下表。序号 液压元件名称通过的最大实际流量/(L/min)型号 规格 接口尺 寸 数量1 双联叶片泵 12/0YB10/12L/min6.3MPa12 溢流阀 10 Y-25B25L/min6.3MPa213 顺序阀 12 XY-25B25L/min6.3MPa14 单向阀 12 I-25B25L/min6.3MPa215 三位四通电磁换向 阀 44 34D-63B63L/min6.3MPa816 调速阀 3.4 Q-25B25L/min6.3MPa217、10
13、单向阀 22 I-25B25L/min6.3MPa28 二位三通机动换向 阀 22 23C-25B25L/min6.3MPa119 压力继电器 DP1-63B 调压范围16.3MPa 1第 11 页 共 14 页11 二位二通电磁换向 阀 22 22D-25B25L/min6.3MPa12112 滤油器 22 XU-4010040L/min100 m113 压力表开关 K-6B 6.3MPa 41选择液压元件时，在满足要求的条件下，应尽量选择使各元件的接口尺寸相一致，以便管道的选择和安装方便。4.3 确定管道尺寸4.3.1 压油管道由式（5-12）有d=23210/6.980.137()9.8
14、137()(.5)qmv 按已选定的标准元件的接口尺寸取 d=12mm4.3.2 吸油管道d=23210/6.170.36()17.306()(.5)qmv 取 d=25mm4.3.3 回油管道d=23210/6.1930.25()19.325()(.5)qmv 取 d=25mm第 12 页 共 14 页3 种管道皆为无缝钢管。4.4 确定邮箱容量按推荐公式 V=(57) ,取 V=622=132LPq5 组成液压系统图。液压系统图、动作循环图及电磁铁动作循环5-1 液压系统图5-2 动作循环图第 13 页 共 14 页5-3 电磁铁动作循环表6.液压系统主要性能的估算6.1 液压缸的速度在液
15、压系统各个组成元件确定之后，液压缸在实际快进、工进和快退时的输入、排出流量和移动速度，已与题目原来所要求的数值不尽相同，故需要重新估算。估算结果如表。输入流量/(L/min) 排出流量/(L/min) 移动速度/(m/min)快进（差动）12pq21pA8.524.36721pq=44.234-22=22.23412pqvA= 340(56.728)1=7.8第 14 页 共 14 页工进 =0.1021.7011q21Aq=8.5(02.7)67=0.0510.855=0.0180.32v快退 = =221qp12Aq= 56.78=43.77132qvA= 408.5=7.726.2 系统
16、的效率6.2.1 回路中的压力损失管道直径按选定元件的接口尺寸确定，即 d=12mm，回路中进、回油管道长度暂取 l=12m 估算。油液的运动粘度取 v=75 。6210/ms系统中有关元件的额定压力损失如表34D-63B 22D-25B 23C-25B I-25B Q-25B XY-25B5/(10)avnpP4 2 1.5 2 5 3a.快进时的回路压力损失快进时进油管中的流态为层流，即Re=vd/v=4 ,故3361/()4.210/(27510)43.520qdv进油管的沿程压力损失为第 15 页 共 14 页6665 55114 48080751.23102.6()lvqp Pad进
17、油管的局部压力损失估取为 5110260aLpPP进油路上，油液只经过 1 个三位四通电磁换向阀 5,参照表 8.11，该阀上的局部压力损失为 25255()40().481063vvnqp Pa由此得快进时油路上的压力损失为 5552.610.483.041()p Pa同理，可以判断出回油管道中也是层流。 521.90()lpa52.P此时，回油经过阀 11 和阀 8，回油量为 =22.234L/min。两阀局部压力损2q失为 518.710()vvpPa由此可得快进时回油路上的压力损失为 54.1890()pa将回油路上的压力损失折算到进油路上，得出差动快速时进油路上的压力损失为 51.4
18、0()pPa这个数值的精确值是阀 3 的调整压力的下限参考之一。第 16 页 共 14 页b.工进时的回路压力损失同理,计算工进时的进油路上的最大压力损失为 50.481()pPa回油路上的最大压力损失（取调速两端最小压差为 5 ）为10pa5.2610()pPa整个回路的压力损失为 513.20()pac.快退时的回路压力损失快退时整个回路压力损失为 514.360()pPa6.2.2 液压泵的工作压力。小流量泵在工进时的工作压力可按式（8-14）求出，但此时液压缸的工作压力 需要从新计算，即1p=28.5910 (Pa)511-4.+=+3120567pFpA5此值是溢流阀调整压力的主要参
19、考数据。6.2.3 顺序阀的调整压力顺序阀在快进、快退时关闭，工件时打开，其调整压力必须保证关得住，开得及时。由表 8.8 知，液压缸在快进、快退时的负载相同，但回路中的压力损失不同，快退时为 （快进时为 ） 。514.360()pPa51.40()pPa故快退时大流量泵的压力出现最高值，即第 17 页 共 14 页=18.2510 (Pa)5411 1036.05.28pP 5故阀 3 的调整压力 应为：28.5910 Pa 18.2510 PaV35V3p56.3 液压回路和液压系统的效率液压缸的工作压力为=28.1210 Pa4514./(56.710).2610(8./67)p5级阀
20、3 使大流量泵卸荷时的压力损失为=0.6910 Pa232)5(VPp5则回路效率 为c=0.00970.1626112cpppqq泵的效率取 =0.75，液压缸效率取 =0.9， （即设液压缸的容积效率为pm1）则系统效率 为=0.75(0.00970.1626)0.9=0.00650.1098pcm由此可见，定量泵系统在低速工作时效率是很低的。6.4 液压系统发热与温升的验算本题中，快进、工进和快退所占用的时间分别为快进：=3s31407.8/6ltv工进：第 18 页 共 14 页=20333s3210(.8.)/6ltv快进：=3.9s334017.2/6ltv在整个工作循环中，快进占 0.88% 11%，快退占 1.14% 14%，工进占 74% 98%，故温升应按工进工况进行验算。工进时，液压缸输出的有用功率为=13000(0.0180.3)/60=3.965W20FP泵的输入功率为=653.7W12ppiqP故得系统发热量为=653.7-(3.965)=588.7649.8W0PHii系统温升可按式（8-23）计算（设通风良好）=22.825.1()33210Vti此值小于表中所规定的允许温升值
