液压与气压传动课程设计(钻唐专用机床)

《液压与气压传动》课程 学号 姓名 年级专业 指导教师： 2012年6月 内容：设计计算说明书 1份 页 液压系统原理图 1张 目录 第一章 课程设计任务书 1 一、课程设计题目 1 二、 课程设计的目的和要求 1 三、课程设计内容和教师参数（各人所取参数应有不同） 1 四、 设计参考资料 1 五、课程设计任务 2 六、工作进度 2 第二章 负载分析 3 一、工作负载 3 二、惯性负载 3 三、阻力负载、 3 四、液压缸各阶段负载 4 第三章 负载图和速度图的绘制 5 一、负载图 5 二、速度图 5 第四章 液压缸主要参数的确定 7 一、工作压力P1的确定 7 二、液压缸的选型 7 三、液压缸的主要尺寸确定 8 四、主液压缸参数图 10 第五章 液压系统图的拟定 12 一、液压回路的选择 12 二、液压回路的综合 17 第六章 液压元件的选择 19 一、液压泵 19 二、阀类元件及辅助元件 21 三、油管 23 四、油箱 24 第七章 液压系统性能的验算 25 一、验算系统压力损失 25 二、油液温升计算 27 第八章 设计参考资料 29 课程设计任务书 河海大学机电学院2011-2012学年第二学期 《 液压与气压传动》课程设计任务书6 授课班号138101/2 专业年级 2009机自 指导教师 学号姓名 课程设计题目6 设计一钻堂专用机床，加工的工作循环是工件定位、夹紧→动力头快进→工进→快退→工件松开、拔销。 2. 课程设计的目的和要求 通过设计液压传动系统，使学生获得独立设计能力，分析思考能力，全面了解液压系统的组成原理。 明确系统设计要求；分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。 3. 课程设计内容和教师参数（各人所取参数应有不同） 定位夹紧时需流量20L/min，压力1MPa，加工时最大切削力（轴向）为20*103N，动力头自重30*103N，工作进给要求能在20~120mm/min内进行无级调速，快进、快退的速度均为6m/min，动力头最大行程为400mm，工进行程100mm，为使工作方便希望动力头可以手动调整进退动力滑台采用平导轨。fj=0.2，fd=0.1。 4. 设计参考资料（包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等） 章宏甲 《液压传动》 机械工业出版社 2006.1 章宏甲《液压与气压传动》机械工业出版社 2005.4 黎启柏 《液压元件手册》冶金工业出版社 2002.8 榆次液压有限公司 《榆次液压产品》 2002.3 5.课程设计任务 明确系统设计要求；分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。 5.1设计说明书（或报告） 分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。 5.2技术附件（图纸、源程序、测量记录、硬件制作） 5.3图样、字数要求 系统图一张（3号图），设计说明书一份（2000~3000字）。 6. 工作进度计划 起止日期 工作安排 完成情况 1~2 分析工况确定主要参数 3~4 拟订液压系统草图 5~6 选择液压元件；验算系统性能 7 ，交卷 负载分析 一、工作负载 由设计任务书可知，钻镗专用机床工作负载为加工时最大切削力（轴向），为Ft=20000N。 二、惯性负载 公式： 代入数据得 三、阻力负载 由设计任务书可知，静摩擦系数为Fj=0.2，动摩擦系数为Fd=0.1. 所以可得 静摩擦力 动摩擦力 四、液压缸各阶段负载 工况 负载组成 负载值F 推力 起动 F=Ffs 6000 6666.7 加速 F=Ffd+Fm 4530.6 5034 快进 F=Ffd 3000 3333.3 工进 F=Ffd+Ft 23000 25555.6 快退 F=Ffd 3000 3333.3 注：1、液压缸机械效率取=0.9。. 2、不考虑动力滑台颠覆力矩的作用 负载图和速度图的绘制 一、负载图 负载图按上表数值绘制,如下图（1）所示。 图（1） 负载图 二、速度图 由设计任务书可知： 快进v1=6m/min，工进v2=20~120mm/min，快退v3=6m/min。 快进行程L1=300mm，工进行程L2=100mm，快退行程 L3=L1+L2=400mm。 按已知数值绘制速度图，如下图（2）所示。 图（2） 速度图 液压缸主要参数的确定 一、工作压力P1的确定 工作压力P1可以根据负载的大小以及主机的类型来初步确定。由表11-2和11-3可知，钻镗专用机床液压系统在最大负载为25555.6N时取P1=4MPa。 表11-1 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 表11-3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 二、液压缸的选型 鉴于动力头要求快进、快退速度相等，这里液压缸可以选用单杆式的，并在快进时作差动连接。 三、液压缸的主要尺寸确定 1、进给油缸 因为液压缸选用单杆式的，所以液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的两倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。 在工作时，液压缸回油路上必须具有背压P2，以防突然前冲。根据《现代机械设计手册》中推荐数值，可取P2=0.8MPa。快进时虽然作差动连接，但由于油管中有压降 存在，有杆无杆腔压力必须大于有杆腔，估算时可取 =0.5MPa。快退时回油腔中是有背压的，这时候P2按0.6MPa估算。 则 则活塞直径 按GB/T-2001取值得 。 由此求得液压缸两腔的实际有效面积： 无杆腔： 有杆腔： 实际工作压力为： ，即选取工作压力4MPa满足要求。 经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。 主液压缸参数图 根据上述D与d的值，可以估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，如下表所示： 工况 推力 回油腔压力 P2/MPa 进油腔压力 P1/MPa 输入流量 q/L/min 输入功率 P/kw 计算公式 快进 差动 起动 6666.7 0 1.73 / / EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 加速 5234 1.83 / / 恒速 3333.3 1.39 23.1 0.535 工进 25555.6 0.8 3.66 0.39 0.024 快退 起动 6666.7 0 1.67 / / 加速 5234 0.6 2.44 / / 恒速 3333.3 2.01 24 0.8 2、定位、夹紧油缸 由设计任务书可知，液压系统由一个定位油缸和夹紧油缸完成定位和夹紧动作，工作压力为1MPa，定位夹紧时流量20L/min。因为设计任务书未提供夹紧完成时间和行程等信息，所以根据经验取定位夹紧1S内完成且行程均为50mm。所以v夹=3m/min . 从安全角度考虑，取从有杆腔进油进行计算： 由公式 d=0.707D 可得 D=130.33mm d=92.14mm 当按GB/T2348-2001将这些直径圆整成就近标准值时得： D=125mm d=90mm 液压系统图的拟定 一、液压回路的选择 1、供油方式 从工况图可以清楚看出，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约为61；其相应的时间之比: 这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用双联叶片泵作为油源。如下图所示： 2.调速回路的选择： 由于钻镗类专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或者调速阀。根据专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高，发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负载切削力的能力。如下图所示： 3、夹紧回路的选择 采用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作。为实现夹紧时间可调节和当进油路压力瞬间下降时仍然保持夹紧力，接入节流阀调速和单向阀保压。为了达到定位、夹紧时的工作压力和保持夹紧力的稳定，在该回路中装有减压阀。 4、定位液压缸与夹紧缸的顺序动作回路选择 定位液压缸和夹紧液压缸之间的动作顺序采用顺序阀来完成，并采用压力继电器发出电信号启动主液压缸工作。如下图所示： 5、速度换接方式的选择 本设计采用电磁阀速度换接方式，他的特点是结构简单、调节行程方便，阀的安装也容易。 双泵的卸荷回路： 快速运动回路 采用差动连接和双泵供油方式。 二、液压回路的综合 最后将所选择的液压回路组合起来，既得液压系统原理图。 为了保证定位、夹紧油缸可靠的工作，在进油路上加一个减压阀7，保证可靠的夹紧。 为了防止主油路压力波动时，减压阀7后的油液倒流，在减压阀7前增加一个单向阀8。 为保证定位液压缸和夹紧液压缸之间的动作平稳可靠，所以在回油路上增加一个节流阀。 为了防止动力头将孔钻通后突然前冲，在进给液压缸的回油路上增加一单向阀，起被压作用。 将双泵的卸荷回路改为由先导溢流阀和电磁换向阀（电磁换向阀接先导溢流阀的远控口）组成的卸荷回路。 经过上述的完善、改进，整理后的液压系统如下： 液压元件的选择 一、液压泵 1、泵的工作压力的确定 Pp——液压泵最大工作压力； P1——执行元件最大工作压力； ——进油管路中 的压力损失，初算时简单系统可取0.2~0.5MPa，复杂系统取0.5~1.5MPa，本设计取0.5MPa。 液压缸在整个工作过程中最大工作压力为3.66MPa,进油路中压力损失为0.5MPa，压力继电器调整压力高出系统最高压力0.5MPa。则小流量泵的最大工作压力为 大流量泵是在快速运动时才向液压缸输油的，又因为快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取快进油路上的压力损失为0.5MPa，刚大流量泵的最高工作压力为 2、泵的流量确定 两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为24L/min（进给液压缸参数图），若回路中的泄漏按液压缸输入流量的10%估计，刚两个泵的总流量为 。 由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min，而工进时输入液压缸的流量为0.39L/min，由小流量泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为3.5L/min。 根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取PV2R12-6/26型的双联叶片泵，其小泵和大泵的排量分别为6ml/r和26mL/r，若取液压泵的容积效率为 ，刚当泵的转速 时，液压泵的实际输出流量为 由于液压缸在快退时输入的功率最大，这时液压泵工作压力为2.01MPa、流量为27.07L/min。取泵的总效率为 ，刚液压泵驱动电机所需的功率为 根据此数据按JB/T9616-1999,查阅电动机产品样本选取Y100L -6型电动机，其额定功率为 转速 。 二、阀类元件及辅助元件 根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可以选出这些液压元件及规格见下表。 序号 元件名称 额定流量L/min 额定压力MPa 额定压降/MPa 型号、规格 生产厂家 1 滤油器 63 16 <0.02 XU-63×80-J 无锡液压件厂 2 型双联叶片泵 (6+26) 16/14 __ PV2R12-6/26 3 先导溢流阀 63 16 YF3-E10B 上海高行液压件厂 4 单向阀 63 16 <0.2 AF3-E10B 上海高行液压件厂 5 先导溢流阀 63 16 YF3-E10B 上海高行液压件厂 6 电磁换向阀 63 16 <0.5 DSG-01-3C2A-D2450 榆次油研液压有限公司 7 减压阀 63 16 <0.2 DR10DP2-40/150 北京华德液压件厂 8 单向阀 63 16 <0.2 AF3-E10B 上海高行液压件厂 9 二位四通阀 63 16 <0.5 DSG-01-3C2A-D24-50 榆次油研液压有限公司 10 单向顺序阀 63 16 <0.2 AXF3-E10B 11 压力继电器 - 10 HED1kA/10 天津液压件厂 12 调速阀 40 16/14 QF3-E-6CB 南通液压件厂 13 单向阀 63 16 <0.2 AF3-E10B 生产厂家 14 二位五通电磁换向阀 63 16 <0.5 DSG-01-3C2A-D24-50 无锡液压件厂 15 二位三通电磁换向阀 63 16 <0.5 DSG-01-3C2A-D24-50 榆次油研液压有限公司 16 节流阀 25~100 16.5 <0.2 MK6G1.2 杭州精工液压有限公司 17 电磁换向阀 63 16 <0.5 DSG-01-3C2A-D2450 榆次油研液压有限公司 （三）油管 各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管刚按输入、排出的最大流量计算。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，所以要重新计算如下表所示。表中数值说明，液压缸快进、快退速度 与设计要求相近。这表明所选液压泵的型号、规格是适宜的。 表6液压缸的进、出流量和运动速度 流量、速度 快进 工进 快退 输入流量 排出流量 运动速度 根据上表数值，当油液在压力管中流速取3m/min时，算得与液压缸无杆腔和有杆腔的油管内径分别为 这两根油管都按GB/T2351-2005 选用外径ø18mm、内径ø15mm的无缝钢管。 四、油箱 液压油箱有效容量按泵的流量的5-7倍来确定。 当取7倍时，算的其容积为V=7*27.1L=189.7L。按GB/T7938-1999规定，取标准值容量为250L的油箱。 液压系统性能的验算 一、验算系统压力损失 由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面计算，故只能估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。 1、快进 滑台快进时，液压缸差动连接，进油路上油液通过单向阀4的流量是27.1L/min，通过换向阀14的流量为27.1L/min,然后与液压缸有杆腔回油汇合，以43.9L/min进入无杆腔。因此进油路上的总压降为： 回油路上，液压缸中有杆腔中的油液通过换向阀16的流量都是22.4 L/min，然后与液压泵的供油合并，流入无杆腔。由此可以计算出快进时有杆腔压力P2与无杆腔压力P1之差： 此值小于原估计值0.5MPa，所以是偏安全的。 2、工进 工进时油液在进油路上通过单向阀4和换向阀14的流量均为0.39 L/min；油液在回油路上通过换向阀16，调速阀17，单向阀19的流量都是0.25L/min；在调速阀17压力损失为0.5MPa。因此这是回油腔的压力P2为： 可见此值小于估计值0.8MPa。故重新计算工进时液压缸进油腔压力P1，即 此值与原数值3.66MPa较接近。 考虑到压力继电器可靠动作需要压差 ，故溢流阀3的调压 应为 3、快退 快退时，油液在进油路上通过单向阀4和换向阀14,16的流量均为27.1L/min，通过调速阀的流量也为27.1L/min；油液在回油路上通过换向阀14，单向阀19的流量都是53.2L/min。因此进油路上总压降为： 此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为: 与估计值相近，故不必重算。所以快退时液压缸的最大工作压力Pp应为： 二、油液温升计算 工进在整个工作循环中占主要时间，所以系统发热和油液温升可用工进时的情况来计算。 工进时液压缸的有效功率为： 这时泵的输出功率为： 由此得液压系统发热量为: 所以温升为： 温升没有超出允许范围，液压系统不需要设置冷却装置。 设计参考资料 章宏甲 《液压传动》 机械工业出版社 2006.1 章宏甲《液压与气压传动》机械工业出版社 2005.4 《机械设计手册》（液压卷）机械工业出版社 2004.8 黎启柏 冶金工业出版社 2002.8 榆次液压有限公司 《榆次液压产品》 2002.3 如需CAD图纸 可联系我百度hi 附：液压系统图 � EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT ��� _1234567921.unknown _1234567937.unknown _1234567945.unknown _1234567949.unknown _1234567953.unknown _1234567955.unknown _1234567957.unknown _1234567958.unknown _1234567956.unknown _1234567954.unknown _1234567951.unknown _1234567952.unknown _1234567950.unknown _1234567947.unknown _1234567948.unknown _1234567946.unknown _1234567941.unknown _1234567943.unknown _1234567944.unknown _1234567942.unknown _1234567939.unknown _1234567940.unknown _1234567938.unknown _1234567929.unknown _1234567933.unknown _1234567935.unknown _1234567936.unknown _1234567934.unknown _1234567931.unknown _1234567932.unknown _1234567930.unknown _1234567925.unknown _1234567927.unknown _1234567928.unknown _1234567926.unknown _1234567923.unknown _1234567924.unknown _1234567922.unknown _1234567905.unknown _1234567913.unknown _1234567917.unknown _1234567919.unknown _1234567920.unknown _1234567918.unknown _1234567915.unknown _1234567916.unknown _1234567914.unknown _1234567909.unknown _1234567911.unknown _1234567912.unknown _1234567910.unknown _1234567907.unknown _1234567908.unknown _1234567906.unknown _1234567897.unknown _1234567901.unknown _1234567903.unknown _1234567904.unknown _1234567902.unknown _1234567899.unknown _1234567900.unknown _1234567898.unknown _1234567893.unknown _1234567895.unknown _1234567896.unknown _1234567894.unknown _1234567891.unknown _1234567892.unknown _1234567890.unknown