液压课程设计

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1、设计一台卧式钻、镗组合机床液压系统1. 液压系统用途（包括工作环境和工作条件）及主要参数：1） 工作循环：“快进一工进一死挡铁停留一快退一原位停止”工进快退快进死挡铁停留组合机床动力滑台工作循环2）工作参数轴向切削力12000N,移动部件总重10000N,工作循环为：“快 进一工进一死挡铁停留一决退一原位停止”行程长度为0.4m,工进行 程为0.1,快进和快退速度为01 m/s,工过速度范围为0. 00030005,采用平导 轨，启动时间为02s。要求动力部件可以手动调整，快进转工进平稳、可靠。 2执行元件类型：液压油缸设计内容1. 拟订液压系统原理图；2. 选择系统所选用的液压元件及辅件;3

2、. 验算液压系统性能；4. 编写计算说明书。序言：51设计的技术要求和设计参数62工况分析62.1确定执行元件62.2分析系统工况62.3负载循环图和速度循环图的绘制 82.4确定系统主要参数2.4.1初选液压缸工作压力 92.4.2确定液压缸主要尺寸92.4.3计算最大流量需求112.5拟定液压系统原理图2.5.1速度控制回路的选择 122.5.2换向和速度换接回路的选择122.5.3油源的选择和能耗控制 132.5.4压力控制回路的选择142.6液压元件的选择2.6.1确定液压泵和电机规格162.6.2阀类元件和辅助元件的选择172.6.3油管的选择192.6.4油箱的设计202.7液压系

3、统性能的验算2.7.1回路压力损失验算222.7.2油液温升验算22序言作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应 用广泛。本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机 床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况 分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验 算等。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的 专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、 多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。 组合机床兼有低成本和高效率的优点

4、，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可 用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的 方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铳、磨削及其他精加工工序，生产 效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作 方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。液压系统在组合机床上主要是用于实现工作台的直线运动和回转运动， 如图1所示，如果动力滑台要实现二次进给，则动力滑台要完成的动作循环通常 包括：原位停止快进I工进II工进死挡铁停留快退原位停止。1.设计的技术要求和设计参数工作循环：快进T工进T快退T停止；系统设计参数如表1.1

5、所示，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分 别为 f 二 0.2、f = 0.1。sd表1.1设计参数参数数值切削阻力(N)12000滑台自重(N)10000快进、快退速度(m/min)4.2快进行程(mm)200工进速度(mm/min)50工进行程(mm)30力口、减速时间(s)0.2液压缸机械效率0.92.工况分析2.1确定执行元件金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动，因此液压系 统的执行元件确定为液压缸。2.2分析系统工况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) 工作负载FW工

6、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，即F =12000N W(2) 惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知加、减速时间为0.2s,工作台最大移动速度，即快进、快退速度为5m/min，因此惯性负载可表示为9.8 x 0.2F 二 m 乞二 G 乞二 1 x 4.2 60 二 357.14N mAtg At(2-1)(3) 阻力负载阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。静摩擦阻 力F=fF = 2 x

7、 1 二 200Nfss N(2-2)动摩擦阻力F=f F = .1x 1 二 1Nfdd N(2-3)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，如表2.1所示。表2 .1液压缸在各工作阶段的负载(单位：N)工况负载组成负载值F总机械负载F =F/nm起动F = Ffs2000N2222.2N加速F = F + Ffdm1357.14N1507.9N快进F = Ffd1000N1111.1 N工进F = F + F fd t13000 N14444.4N反向起动F = Ffs2000N2222.2 N加速F = F + Ffdm1357.14 N15

8、07.9N快退F = Ffd1000 N1111.1N注：此处未考虑滑台上的颠覆力矩的影响。2.3.负载循环图和速度循环图的绘制根据表2.1中计算结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图2-1所示。图2-1组合机床动力滑台液压系统负载循环图图2-1表明，当组合机床动力滑台处于工作进给状态时，负载力最大为 14444.4N，其他工况下负载力相对较小。所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度v = v = 4.2m/min、快进行程l = 200mm，工进行1 2 1程l二30mm、快退行程l = 230mm，工进速度v =50mm/mi

9、n。根据上述已知数据 232绘制组合机床动力滑台液压系统的速度循环图如图2-2所示。图2-2组合机床液压系统速度循环图2.4确定系统主要参数2.4.1.初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为14444.4N,其它工况时的负 载都相对较低，按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法， 初选液压缸的工作压力P=4MPa。242确定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

10、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A是有杆腔工作面积A两倍的形式，即活塞杆直径1 2d与缸筒直径D呈d = 0.707D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P =0.8MPa。2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Ap，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估 算时取Ap沁0.5MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取背压值P =0.6MPa。2工进时液压缸的推力计

11、算公式为F / 耳=A p 一 A p = A p 一 (A / 2) pm11221112(2-4)式中：F负载力耳液压缸机械效率mAl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pl液压缸无杆腔压力p2液压有无杆腔压力(F 2x q = 2x 16L/min = 32L/minp(2-20)选用EF系列液压空气滤清器，其主要参数如表2.5所示。表2.5液压空气滤清器参数型号注油 流量L/min空气 流量L/min油过 滤面 积 L/minAmmBmmammbmmcmm四只 螺钉 均布mm空气 过滤 精度mmEF - 3221410512010050 47 59 70M4 x 1

12、00.279注：液压油过滤精度可以根据用户的要求进行调节。263 油管的选择图2-5中各元件间连接管道的规格可根据元件接口处尺寸来决定，液压缸 进、出油管的规格可按照输入、排出油液的最大流量进行计算。由于液压泵具体 选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以应对液压缸进油和出油连接管路重新进行计算，如表2.6所示。表2.6液压缸的进、出油流量和运动速度流量、速度快进工进快退输入流量L /min_1q 二 v（A - A ）+ q112p二 22.9q = 0.251q = q = 14.61p排出流量L /min_1q =（A - q ）/ A2 2 1 1二 13.9q =（

13、A - q ）/ A2 2 1 1二 0.15q =（A - q ）/ A2 1 1 2=24运动速度m /min _1v = q / A = 4.51 1 1v = q / A = 0.052 1 1v = q / A = 4.8312根据表2.6中数值，当油液在压力管中流速取3m/s时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为:d 二 2 二 2 x二 13mm，取标准值 13mm。兀v兀 x 3 x103 x 60d 二 2 ：二 2 xX二 10mm，取标准值 10mm。兀v兀 x 3 x103 x 60因此与液压缸相连的两根油管可以按照标准选用公称通径为*13和机0的无 缝钢

14、管或高压软管。如果液压缸采用缸筒固定式，则两根连接管采用无缝钢管连 接在液压缸缸筒上即可。如果液压缸采用活塞杆固定式，则与液压缸相连的两根 油管可以采用无缝钢管连接在液压缸活塞杆上或采用高压软管连接在缸筒上。264 油箱的设计1.油箱长宽高的确定油箱的主要用途是贮存油液，同时也起到散热的作用，参考相关文献及设计 资料，油箱的设计可先根据液压泵的额定流量按照经验计算方法计算油箱的体 积，然后再根据散热要求对油箱的容积进行校核。中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的57倍，本例取7倍，故油 箱容积为V xq 二 7x 16L 二 112Lp(2-21)按JB/T7938 1999规定，取标准值V

15、=120L。V = =120 = 150L = 0.15m31 0.8 0.8(2-22)如果取油箱内长11、宽w1、高h1比例为3： 2： 1,可得长为：=877mm, 宽 w 1=585mm，高为 h=292mm。对于分离式油箱采用普通钢板焊接即可，钢板的厚度分别为：油箱箱壁厚 3mm，箱底厚度5mm，因为箱盖上需要安装其他液压元件，因此箱盖厚度取为10mm。 为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地的距离为160mm。 因此，油箱基体的总长总宽总咼为：长为：l = l + 2t = 877 + 2 x 3 = 883mm1宽为：w = w + 2t = 585 + 2x 3

16、 = 591mm1高为：h - (10 + h + 5 + 160)mm = 467mm1为了更好的清洗油箱，取油箱底面倾斜角度为0.5。O2. 隔板尺寸的确定为起到消除气泡和使油液中杂质有效沉淀的作用，油箱中应采用隔板把油箱分成两部分。根据经验，隔板高度取为箱内油面高度的34，根据上述计算结果,隔板的高度应为:0.120.877 x 0.585x 3 二 0.175m4隔板的厚度与箱壁厚度相同，取为3mm。3各种油管的尺寸油箱上回油管直径可根据前述液压缸进、出油管直径进行选取，上述油管的 最大内径为13mm，外径取为17mm。泄漏油管的尺寸远小于回油管尺寸，可按照 各顺序阀或液压泵等元件上泄

17、漏油口的尺寸进行选取。油箱上吸油管的尺寸可根 据液压泵流量和管中允许的最大流速进行计算。二 L / min 二 16 L / min0.9(2-23)取吸油管中油液的流速为lm/s。可得:| q114 6 X10 _3d 二 2 幺 二 2 x -二 8.9 X10-3 m 二 8.9mm(2-24)兀v.兀 xlx60液压泵的吸油管径应尽可能选择较大的尺寸，以防止液压泵内气穴的发生。因此根据上述数据，按照标准取公称直径为d=10mm，外径为16mm。2.7液压系统性能的验算本例所设计系统属压力不高的中低压系统，无迅速起动、制动需求，而且设 计中已考虑了防冲击可调节环节及相关防冲击措施，因此不

18、必进行冲击验算。这 里仅验算系统的压力损失，并对系统油液的温升进行验算。271回路压力损失验算由于系统的具体管路布置尚未确定，整个回路的压力损失无法估算，仅只阀 类元件对压力损失所造成的影响可以看得出来，供调定系统中某些压力值时参 考。272 油液温升验算液压传动系统在工作时，有压力损失、容积损失和机械损失，这些损失所消 耗的能量多数转化为热能，使油温升高，导致油的粘度下降、油液变质、机器零 件变形等，影响正常工作。为此，必须控制温升AT在允许的范围内，如一般机 床 =25 30 C；数控机床 25 C；粗加工机械、工程机械和机车车 辆 二 35 40 C。液压系统的功率损失使系统发热，单位时

19、间的发热量（kW）可表示为0 = P 一 P1 2（2-25）式中P 系统的输入功率（即泵的输入功率）（kW）；1P系统的输出功率（即液压缸的输出功率）（kW）。2若在一个工作循环中有几个工作阶段，则可根据各阶段的发热量求出系 统的平均发热量对于本次设计的组合机床液压系统，其工进过程在整个工作循环中所占时间比例为a= 0.925 二92.5%t +136 + 2.91 2（2-26）因此系统发热和油液温升可用工进时的发热情况来计算。工进时液压缸的有效功率（即系统输出功率）为P = Fv = 14444.4 x 005 = 12.037W 0 60（2-27）这时大流量泵通过顺序阀8卸荷，小流量泵在高压下供油，所以两泵的总输出功率（即系统输入功率）为：P q P qP1 1 + P 2 21 2(13.5 + 4.5) x 105 x 0.0667 x 10-3 十(18 +1.5) x 105 x0.2x10-30.50.5=1020.12W由此得液压系统的发热量为H 二 P - P 二 1008.083W 二 1KWi i 0(2-28)即可得油液温升近似值:2AT 二 /(C A)二 1 /(15 x 10-3 x 0.065 x 1203)二 42.2CT(2-29)所以油箱散热基本可达到要求。