液压与气压传动课程设计说明书.docx

1、青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：液压与气压传动课程设计学院：机电工程系专业班级：学号：学生：指导老师：青岛理工大学琴岛学院教务处2011年12月23日机械设计课程设计评阅书题目液压与气压传动课程设计学生姓名学号指导教师评语及成绩指导教师签名：年月日辩论评语及成绩辩论教师签名：年月日教研室意见总成绩：室主任签名：年月日摘要本次为一台立式双头钻床液压系统设计，钻孔行程相同，要求同步完成加工，可以实现双钻头同时快进f工进f死党铁停留一快退f停止的半自动循环，采用平导轨。而且快进和快退速度不相等。快进采用差动连接加带补正措施的串联同步回路。在快进工程中使用一个二位二通的电磁换向阀短接调速阀

2、这样可以用较大的流量实现快进动作，在工进过程中使这个二位二通的电磁换向阀的电磁铁得电使油液经过调速阀以减小流量实现工进的慢速。在快退时用是向有杆腔进油，这样可以实现较大的快退速度。关键字：差动连接补正措施串联同步回路快进快退。目录摘要IH一、设计任务1二、液压回路的工况分析2三、拟定液压系统原理图51、初选液压件及根本回路52、组成液压系统5四、计算和选择液压件及验算液压系统性能61、确定液压泵的规格62、确定油管及压力63、验算液压系统74、验算系统发热温升9参考文献1设计任务学生通过液压与气压传动课的课堂学习，初步掌握了根本理论知识。本课程设计即为了给学生创造一个运用课堂理论知识，解决较

3、复杂的问题的平台，锻炼学生综合利用所学知识的能力。液压系统设计计算是液压传动课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。本次设计的是一台立式双轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进一工进f死挡铁停留一快退一停止。主要性能参数与性能要求如下：切削阻&=17986N;运动部件所受重力G=13520N;快进、快退速度匕=匕=6mmin=0.1ms,工进速度乙=0mmin=0.00117加/s；快进行程L1=200恤，工进行程4=80/mz；往复运动的加速时间r1=0.15,t2=

4、0.255；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数4=0.2,动摩擦系数d=O0液压系统执行元件选为液压缸。2液压回路的工况分析(1)工作负载工作负载即为切削阻力Fl=17986No(2)摩擦负载摩擦负载即为导轨的摩擦阻力静摩擦阻力Ffs=sG=0.213520=2704N(2-1)动摩擦阻力Fds=dG=0.113520=1352N(2-2)(3)惯性负载= 551.84N(23)Gv135200.1gAf-9.80.254 4)运动时间快进Ll 2(X)l(3丁 -6j-Is80x10 30.00117=68.38S快退T=Fj设液压缸的机械效率7,=0.9,得出液压缸在各阶段的负载和推力如表2.

5、1所示:表2.1液压缸各阶段的负载和推力工况负载组成液压缸负载FN液压缸推力FO=FmCm/N启动F=Ffs27043005加速F=F用+K19042116快进F=FM13521503工进f=FW+F11933821487反向启动F=Ffs27043005加速F=F用+K19042116快退F=FM13521503所设计的动力滑台在工作时负S!2.3,初选液压缸的工作压力p=3朋t最大，在其他工况下负载都不高，参考表2.2和表PaO鉴于动力滑台快进和快退速度相差不大，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸，快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背

6、压，参考表2.4选此背压为p2=0.6MPa。表2.2按负载选择工作压力负载/KN50工作压力/MPal31.151.251.331.461.611d/D0.30.40.50.550.620.71由式：plAP2A2=得那么活塞直径：D =m = 0.101/?7 = 0mm参考表2.5及表2.6,得d乏0.71E=71.71%,圆整后取标准数值得I=100mm,J=70mmo由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：A1=-=-01-m2=78.5IO-4/Z2(2-4),44A2=(D2-J2)=(0.12-0.0722=40.1lO4nr(2-5)根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作

7、循环中各阶段的压力、流量和功率，如表2.7所列，由此绘制的液压缸工况图如图2所示。表2.7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力Fo/N回油腔压力pMPa进油腔压力pMPa输入流量q10-3m3s输入功率P/KW计算公式快进启动30050.78PI=Ad9=(4A2)V1P=PIq加速2116p+p1.07恒速1503p+p0.910.3840.15工进214870.62.730.92XIO-20.025_)+-22“一A4=A产2P=Plq启动30050.75Pi-”4匕A2快退加速21160.51.5恒速15030.51.350.40.54P=PIq注：L为液压缸差动连接时，回油口到进

8、油M之间的压力损失，取=0.5MPa。2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为“，无杆腔回油，压力为P2。3拟定液压系统原理图5 .1初选液压件及根本回路(1)选择调速回路由于这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。(2)选择油源形式在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比mami11=0.4/(0.92IO-2)43.5；其相应的时间之比&+%)2=。明

9、这说明在一个工作循环中的大局部时间都处于高压小流量工作。系统在快进和快退时流量不相同使用变量泵。(3)选择快速运动和换向回路本系统已选定液压缸差动连接和两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，应选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位四通电液换向阀。3. 2组成液压系统将上面选出的液压根本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，详情见图3-1。4计算和选择液压件及验算液压系统性能3.1 确定液压泵的规格和电动机功率(1)计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表2

10、7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p=2.73MRz,如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失ZAp=0.6MPm考虑到压力继电器的可靠动作要求压差凡=().5MP4,那么小流量泵的最高工作压力估算为：计算液压泵的流量由表2.7可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.4x10-3rn3s,假设取回路泄漏系数三l.l,那么两个泵的总流量为考虑到溢流阀的最小稳定流量为3Lmin,工进时的流量为Q56Lmin泵的流量最少应为3.56Lmin。确定液压泵的规格和电动机功率根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定泵的型号为YBX-25,额定压为

11、6.3M2,转数为100o/Vmin4.2确定油管及压力表4.1各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退q、=54.Lnnq、-0.56Lm/nqx=26.4Lnn%=27.6L/mmq2=0.29L/z三q2=51.7Lnvnvl=0.115m/sv2=1.19103m/sv3=0.11m/sti=1.74Stl=67.2Stx=2.55s表4.2允许流速推荐值管道推荐流速/(m/s)吸油管道O.5L5,一般取1以下压油管道36,压力高，管道短，粘度小取大值回油管道1.5-3由表4.1可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据表4.1数值，按表4.2推荐的管道内允许速度取二4

12、小八，由式d=旧计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径20mm、外径28m的10号冷拔钢管。确定油箱：油箱的容量按式V=%估算，其中。为经验系数，低压系统，。二24；中压系统,。二57；高压系统，。=612。现取。=6,得4. 3验算液压系统性能1 .验算压力损失由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态，然后计算各种工况下总的压力损失。现取进、回油管道长为=2ni,油液的运动粘度取心1x107s,油液的密度取p=0.9174103kgm3o(1)判断流动状态在快进、工进和快退三种工况下，进、回

13、油管路中所通过的流量以快退时回油流量42=51.7Lmin为最大，此时，油液流动的雷诺数因为最大的雷诺数小于临界雷诺数(2000),故可推出：各工况下的进、回油路中的油液的流动状态全为层流。(2)计算系统压力损失将层流流动状态沿程阻力系数和油液在管道内流速同时代入沿程压力损失计算公式APl=义，匚p,并将数据代入后，得d2可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是由层流流动所决定的。在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失八2常按下式作经验计算各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算其中的AA由产品样本查出，滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算如下：滑台快进时，液压缸通过电液

14、换向阀差动连接。在进油路上，油液通过单向阀、电液换向阀，然后与液压缸有杆腔的回油集合通过行程阀入无杆腔。在进油路上，压力损失分别为在回油路上，压力损失分别为将回油路上的压力损失折算到进油路上去，便得出差动快速运动时的总的压力损失：2 .工进滑台工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀、调速阀进入液压缸无杆腔，在调速阀处的压力损失为0.5MPa.在回油路上，油液通过电液换向阀、背压阀的卸荷油液一起返回油箱，在背压阀处的压力损失为0.6MPa.假设忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失，那么在进油路上总的压力损失为此值略小于估计值。在回油路上总的压力损失为该值即为液压缸的回油腔压力A=0.6856MP

15、a,可见此值与初算时选取的背压值根本相符。重新计算液压缸的工作压力为考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Ar=O.5MPa,那么小流量泵的工作压力为此值与估算值根本相符，是调整溢流阀的调整压力的主要参考数据。3 .快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀、电液换向阀进入液压缸杆腔。在回油路上，油液通过单向阀、电液换向阀和单向阀返回油箱。在进油路上总的压力损失为此值远小于估计值，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路上总的压力损失为数值根本相符，故不必重算。4.4验算系统发热与温升由于工进在整个工作循环中占96乐所以系统的发热与温升可按工进工况来计算。在工进时，经液控顺序阀卸荷，其出口压

16、力即为油液通过液控顺序阀的压力损失液压系统的总输入功率即为液压泵的输入功率液压系统输出的有效功率即为液压缸输出的有效功率由此可计算出系统的发热功率为按式AT=曳计算工进时系统中的油液温升，即KA其中传热系数K=15W/(m2oC)o设环境温12=25冤，那么热平衡温度为油温在允许范围内，油箱散热面积符合要求，不必设置冷却器。总结本次为立式双头钻床液压系统设计，可以实现两个钻头同时快速进给同时工进和同时快退的动作，而且快进和快退速度不相等。动作过程为同时快进一工进一死党铁停留一快退一停止的动作，在设计过程中根据所要实现的功能，我选择了变量泵，电磁换向阀，调速阀，单向阀，行程开关，压力继电器，电液

17、控制单向阀等等，在快进过程中，我们要求是采用差动连接，从无杆腔进油，而且要求的流量较大，这时候在油路中的调速阀被一个二位二通的换向阀短接直接进入有杆腔，从无杆腔出来的油通过油路到无杆腔，这样两个流量加起来就实现较大流量的差动联接，工进的时候短接调速阀的换向阀换向将油路断开，这样油液只能经过调速阀到达无杆腔，实现小流量的慢速工进，在工进为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀，这里的背压阀用的是溢流阀以实现背压。快退时是有杆腔，因为有杆腔的面积较小，当同样的流量进入时可以得到较大的速度，实现快进，工进，快退功能的是一个三位四通的电磁换向阀，切换不同的方向可以得到不同的功能。参考文献1左建民.液压与气压传动M.第4版.北京：机械工业出版社，20072杨培元.液压系统设计简明手册M,第1版.北京：机械工业出版社，2011