卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统

湖南农业大学工学院课程设计说明书课程名称：液压传动课程设计题目名称：卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统班级：2013级农机专业一班姓名：李亚军学号：20134065110指导教师：陈文凯评定成绩：教师评语：指导老师签名：20年月日引言..............................................................1一、液压系统的设计要求..............................................2二、负载与运动分析..................................................22.1、负载分析...................................................22.2、运动分析...................................................3三、确定执行元件主要参数............................................43.1、确定液压缸工作压力.........................................43.2、计算液压缸的结构尺寸.......................................43.3、绘制液压缸工况图...........................................6四、设计液压系统方案和拟定系统原理图................................64.1、液压系统方案...............................................64.1.1、调速回路及油源形式......................................64.1.2、选择基本回路............................................74.1.3、速度换接回路的选择......................................84.2、系统图的原理..............................................10五、液压元件的选择.................................................125.1、确定液压泵的规格和电动机功率..............................125.1.1、液压泵的规格...........................................125.1.2、电动机功率.............................................135.2、确定其他元件及辅件........................................135.2.1、阀类元件及辅件.........................................135.2.2、油管...................................................145.2.3、油箱...................................................15六、液压系统性能验算...............................................156.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值........................156.2油液温升验算................................................16七、设计小结.......................................................18八、参考文献.......................................................18引言液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。以传递动力和运动为主要功能。液压控制系统则要使液压系统输出满足特定的性能要求（特别是动态性能），通常所说的液压系统主要指液压传动系统。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。系统结构由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。而且液压系统易于获得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变速，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化、系列化等优点，使得在各个部门得到越来越广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系统的部门就越多。一、液压系统的设计要求设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。要求实现的动作顺序为：启动→加速→快进→减速→工进→快退→停止。液压系统的主要参数与性能要求如下：1、轴向切削力总和Fg=12700N，移动部件总重量G＝20000N；2、行程长度400mm（其中工进行程100mm）快进、快退的速度为7m/min，工进速度（20~1000）mm/min，其中20mm/min为粗加工，1000mm/min为精加工；3、启动换向时间△t≤0.15s；4、该动力滑台采用水平放置的平导轨；5、静摩擦系数fs＝0.2，动摩擦系数fd＝0.1。二、负载与运动分析2.1、负载分析（1）外负载外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外负载，即NF12700t（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。已知启动换向时间为0.15s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为7m/min，因此惯性负载可表示为NNtvF68.158515.060781.920000mm（3）阻力负载fF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。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为fF，则静摩擦阻力NFfs4000200002.0动摩擦阻力NFfd2000200001.0（4）重力阻力因工作部件是卧式安置，故重力阻力为零（5）密封阻力将密封阻力考虑在液压泵的机械效率中去，取液压泵机械效率w=0.9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1所示。表1液压缸总运动阶段负载表（单位：N）2.2、运动分析快进速度1v与快退速度3v相等，m/min731vv。行程分别为mm3001l、mm4003l；工进速度1000mm/min~202v，其中20mm/minmin2v为粗加工，1000mm/minmax2v为精加工，工进行程mm1002l。根据上述已知数据和表1中的数值绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图（F-l）如图1(a),速度图（v-l）如图1（b)所示。如图8.4P246工况负载组成负载值F/N推力F/w/N启动fsFF40004444.44加速mfdFFF3585.683984.09快进fdFF20002222.22工进tfdFFF1470016333.33快退fdFF20002222.22三、确定执行元件主要参数3.1、确定液压缸工作压力由表2和表3可知，组合机床液压系统在最大负载约为17000N时宜取p1=3MPa。表2按负载选择工作压力负载/KN55~1010~2020~3030~5050工作压力/MPa0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5表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/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~323.2、计算液压缸的结构尺寸鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式的，并在快进时作差动连接。这种情况下液压缸无杆腔的工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的两倍，即φ=A1/A2=2，而活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系。在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压p2，以防止孔钻通时滑台突然前冲。选取此背压值为p2=0.8MPa。快进时液压缸作差动连接，但连接管路中不可避免地存在着压降p，有杆腔的压力应略大于无杆腔，但其差值较小，估算时取p0.5MPa考虑。快退时回油腔中是有背压的，这时p2也可按0.6MPa估算。因此，根据已知参数，液压缸无杆腔A1的有效作用面积可计算为26211m006282.01028.0333.163332ppFAm液压缸缸筒直径为mmAD43.8941活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系，因此活塞杆直径为d=0.707×89.43=63.23mm根据GB/T2348—2001对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后成就近标准值得液压缸缸筒直径为D=10cm，活塞杆直径为d=7cm由此求得液压缸两腔的实际有效面积为无杆腔面积：A1=πD2/4=78.50cm2,有杆腔面积：A2=π(D2-d2)/4=40.04cm2。A=A1-A2=78.50-40.04=38.46cm2查得调速阀Q-10～Q-100(或Q-10B～Q-100B)的最小稳定流量为min/50min/005.03mincmLqv。检验液压缸的的有效工作面积，即22minmin212525078.50cm=Acmcmvqv所以流量控制阀无论放在进油路上，还是回油路上，有效面积A1，A2都能满足工作部件的最低速度要求。根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表4所示。表4各工况下的主要参数值工况推力F’/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式快进启动444401.15————212'1AApAFp121vAAqqpP1ppp12加速39842.061.56————恒速22221.601.1026.920.494工进163330.82.490.157~7.850.007~0.3261221'AApFp21vAqqpP1快退起动444401.10————2121'AApFP32vAqqpP1加速39840.62.17————恒速22220.61.7320.020.6073.3、绘制液压缸工况图并据表4可绘制出液压缸的工况图，如图2所示如图8.5P248四、设计液压系统方案和拟定系统原理图4.1、液压系统方案由于该机床是固定式机械，且不存在外负载对系统作功的工况，并所设计机床对调速范围、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。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。4.1.1、调速回路及油源形式由工况图可知，该机床液压系统功率（1KW），速度较低；钻镗加工为连续切削，切削力变化较小。故采用节流调速回路（开式回路）。为增加运动的平稳性，防止当工件钻通时滑台突然前冲的问题，采用调速阀的出口节流调速回路。由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。从工况图中也可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，液压缸要求油源交替地提供低压大流量和高压小流量的油液。其最大流量与最小流量之比：4.3~5.1717.85~0.15792.26minmaxqq而快进加快退所需的时间t1和工