卧式钻镗动力头液压系统课程设计

液压与气压传动课程设计课程设计说明书课程名称：液压与气压传动设计题目：卧式钻镗组合机床动力头工作循环液压系统专业：机械设计制造及其自动化班级：机设1204学生姓名:学号:指导教师:刘忠伟湖南工业大学科技学院教务部制2015年1月5日液压与气压传动课程设计I目录设计的目的和要求：...................................11.工况分析..........................................21.1.负载分析....................................21.2.液压缸的推力................................22.液压缸计算........................................42.1.选取工作压力及背压力........................42.2.液压缸各截面积..............................42.3.计算液压缸各工作阶段压力、流量和功率........53.设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台电磁铁动作表....64.液压元件设计计算与选择............................74.1.液压泵工作压力、流量、驱动功率计算..........74.2.电动机的驱动功率............................74.3.油管尺寸....................................84.4.油箱容积....................................85.液压系统稳定性论证................................95.1.工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整....95.2.局部压力损失...............................105.3.系统热能工况的稳定性校核...................10总结................................................12参考文献............................................12液压与气压传动课程设计1设计的目的和要求：(1）工作循环：“快进→工进→快退→原位停止”。(2)一卧式钻镗组合机床动力头要完成工进→快进→快退→原位停止的工作循环，最大切削力为F＝12000N，动力头自重FG＝20000N，工作进给要求能在0.02～1.2m/min范围内无级调速，快进、快退速度为6m/min，工进行程为100mm，快进行程为300mm，导轨型式为平导轨，其摩擦系数取fs＝0.2，fd＝0.1；往复运动的加速减速实践要求不大于0.5s。试设计该液压系统。液压与气压传动课程设计21.工况分析1.1.负载分析切削推力：tF=12000N静摩擦力：aF=afG=0.2×20000=4000N动摩擦力：dF=dfG=0.1×20000=2000N启动惯性力：tvgGtvmFm=680.27N1.2.液压缸的推力启动推力：启F=aF/η=4444.44N加速推力：加F=（dF+mF）/η=2978.08N快进推力：快F=dF/η=2222.22N工进推力：工F=（tF+dF）/η=15555.55N反向启动过程作用力与F启、F加、F快大小相同，方向相反。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/m起动F=fsF4000N4444.44N加速F=fdF+mF2680.27N2978.08N快进F=fdF2000N2222.22N工进F=fdF+tF14000N15555.55N反向起动F=fsF4000N4444.44N加速F=fdF+mF2680.27N2978.08N快退F=fdF2000N2222.22N液压与气压传动课程设计3工况运行图如下：1大流量泵2小流量泵3单向阀4顺序阀5溢流阀6三位四通电磁换向阀7单向阀8调速阀9液控单向阀10行程阀11压力继电器12液压缸13行程开关14溢流阀液压与气压传动课程设计42.液压缸计算2.1.选取工作压力及背压力工F=15555.55N,选取1P=4MPa，为防止加工结束动力头突然前冲,设回油有背压阀或调速阀，取背压2P=0.8MPa。取液压缸无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的2倍11221112/(/2)mFApApApAp式中：F——负载力m——液压缸机械效率1A——液压缸无杆腔的有效作用面积2A——液压缸有杆腔的有效作用面积p1——液压缸无杆腔压力p2——液压有无杆腔压力快进和快退速度V1=V2=6m/min，工进速度V2=0.5m/min，相差很大,应进行差动换接,因此,根据已知参数,液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为2311104.3236000005.1555521mPPFAbm液压缸缸筒直径为20.43441AD=7.42mm由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d=0.707D，因此活塞杆直径为d=0.707×7.42=5.25mm，根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=80mm，活塞杆直径为d=50mm。2.2.液压缸各截面积此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：22127.504/cmDA液压与气压传动课程设计5222263.304/)(cmdDA按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量q=0.05L/min因工进速度为0.05m/min为最小速度，则有1A≥q/v=50/52cm=102cm因为1A=50.272cm≥102cm，满足最低速度的要求。2.3.计算液压缸各工作阶段压力、流量和功率根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力，流量和功率，在计算工进时背压力bP=0.8MPa，快退时背压力按bP=0.5MPa。注：1.差动连接时，液压缸的回油口之间的压力损失Pap5105，而pppjb。2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为jP，无杆腔回油，压力为bP。工作循环计算公式负载F进油压力jP回油压力bP所需流量Q输入功率PNMPaMPaL/minkW差动快进jP=(F+△pA2)/（1A-2A）Q=v×（1A-2A）P=jP×Q2222.221.912.4111.780.375工进jP=(F+2APb)/1AQ=1AvP=jP×Q15555.553.360.80.300.0168快退jP=(F+1APb)/2AQ=2AvP=jP×Q2222.221.680.518.780.526液压与气压传动课程设计63.设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台电磁铁动作表电磁铁动作表动作1YA2YA工件夹紧——快进＋—工进＋—快退—＋工件松夹——液压与气压传动课程设计74.液压元件设计计算与选择4.1.液压泵工作压力、流量、驱动功率计算工进阶段液压缸工作压力最大，取进油总压力损失p=0.5MPa,压力继电器可靠动作需要压力差0.5MPa,则液压泵最高工作压力pP=1p+p+0.5MPa=4.36MPa因此泵的额定压力rp≥1.25×4360000Pa=5.45MPa工进时所需要流量最小是0.30L/min,设溢流阀最小流量为3.0L/min,则小流量泵的流量1pq≥（1.1×0.30+3.0）L/min=3.33L/min快进快退时液压缸所需的最大流量为18.78L/min,则泵总流量pq=1.1×18.78L/min=20.66L/min。即大流量泵的流量2pq≥pq-1pq=（14.2-2.775）L/min=17.33L/min根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用YB-4/12型的双联叶片泵，该泵额定压力6.3MPa，额定转速960r/min4.2.电动机的驱动功率系统为双泵共有系统，其中小泵的流量1pq=（3104/60）3m/s=0.00006673m/s大泵流量2q=（0.012/60）3m/s=0.00023m/s差动快进，快退时的两个泵同时向系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。差动快进时小泵的出口压力损失0.45MPa，大泵出口损失0.15MPa。小泵出口压力1pp=1.3MPa(总功率1=0.5)大泵出口压力2pp=1.45MPa（总功率2=0.5)电动机功率1P=1pp1q/1+2pp2q/2=0.753Kw液压与气压传动课程设计8工进时调速阀所需要最小压力差为0.5MPa。压力继电器可靠需要动力差0.5MPa。因此工进时小泵的出口压力1pp=1p+0.5+0.5=4.36Pa.大泵的卸载压力取2pp=0.2MPa小泵的总功率1=0.565；大泵总功率2=0.3电动机功率2P=1pp1q/1+2pp2q/2=0.648Kw快退时小泵出口压力1pp=1.65MPa(总功率1=0.5)大泵出口压力2pp=1.8MPa(总功率2=0.51)电动机功率3p=1pp1q/1+2pp2q/2=0.926Kw快退时所需的功率最大。根据查样本选用Y90L-6异步电动机，电动机功率1.1Kw。额定转速910r/min。4.3.油管尺寸根据选定的液压阀的链接油口尺寸确定油管。快进快退时油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍32L/min，则液压缸进出油管直径d按产品样本，选用内径为15mm，外径为19mm的10号冷拔钢管。4.4.油箱容积油箱容积按公式计算，当取K为6时，求得其容积为V=7×16=112L，按矩形油箱规定，取最靠近的标准值V=135L液压与气压传动课程设计95.液压系统稳定性论证5.1.工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整工进时的压力损失的验算及泵压力的调整工进时管路的流量仅为0.25L/min,因此流速很小，所以沿程压力损失和局部损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的损失0.5MPa，回油路上只有背压阀损失，小流量泵的调整压力PP=1p+0.5+0.5=4.36MPa即小流量泵的溢流阀6应按此压力调整。快退时的压力损失的验算及泵压力的调整快退时进油管和回油管长度为1.8m，有油管直径d=0.015m，通过的流量为进油路1q=16L/min=sm/10267.033，回油路2q=32L/min=sm/10534.033。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为15℃，有手册查出此时油的运黏度V=1.5st=1.5scm/2，油的密度P=900kg/3m，液压系统元件采用集成块式的配置形式dvqvdRe/1273210000则进油路中的液流雷诺数为R=10000vd/r=1512300回油路中液流的雷诺数为R=3022300由上可知，进回油路的流动都是层流进油路上，流速smdQv/5.142则压力损失为1p=64lp2v/2Rd=0.052MPa在回油路上，流速为进油路速的两倍即V=3.02m/s，则压力损失为2p=1.04MPa液压与气压传动课程设计105.2.局部压力损失元件名称额定流量实际流量额定压力损失实际压力损失单向阀7251620.046三位四通电磁阀6631640.026行程阀10631640.103顺序阀631640.026取集成块进油路的压力损失0.03MPa，回油路压力损失为0.05MPa，则进油路和回油路总的压力损失为1p=0.052+0.046+0.026+0.103+0.03=0.257MPa2p=0.104+0.082+0.026+0.082+0.026+0.05=0.348MPa快退负载时液压缸负载F=1111.11N，则快退时液压缸的工作压力1p=（F+12Ap）/2A=0.934MPa快退时工作总压力为11pppp=1.19MPa大