多轴钻孔液压回路液压课程设计

液压课程设计题目：卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计学生姓名：野世鹏学号：03320080125所在院(系)：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机自0801指导教师：冯娜2011年6月29日前言本书是一台卧式单面多轴钻孔机床的液压系统设计说明，除了供学生参考资料外，也可供生产钻床的厂家使用。液压技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了，随着工业的迅猛发展，液压技术更日新月异。液压传动应用非常广泛，特别是金属加工钻床中得到充分的体现。本书共分为五章，主要内容包括：负载分析，执行原件主要参数，液压系统原理图和电磁铁动作循环表，液压元件及各类辅助件的选择，液压系统的验算，液压缸的结构设计等。由于水平有限，且编写时间有限，书中难免存在缺点和错误，敬请批评指正。第一章负载分析，绘制速度循环图、工作循环图、负载图1、启动阶段：F启=F静+F惯=2.45kN2、快进阶段：F快进=F动=0.95kN3、工进阶段：F进=F切+F动=32+0.95=32.95kN4、快退阶段：F退=F动=0.95kN加减速时间Δt=0.14s快进、快退速度3m/min快进、快退加速度a=vΔt=360×0.14=0.357m/s2位移S=12at2=0.5×0.357×（0.14）2=3.49×10-3m=3.5mm，远远小于快进与快退行程。根据上述计算结果和已知条件，列出图表如下：v/minnS(mm)速度循环图0123160180第二章确定执行原件（液压缸）主要参数一、初步确定液压缸的主要尺寸1.工作压力P的确定根据机床的类型（组合机床），由表2-1取液压缸工作压力4MP，=0.5MPηm=0.94，考虑快进、快退速度相等，则A1=A2dD=0.7根据液压缸的最大负荷=32.95×103，则液压缸内径D为F/kNS(mm)00.952.45180160负载图快进工进原地停留快退工作循环图D===109d=0.7D=77mm根据手册，圆整D，d到标准值，D=110mm，d=80mm2.液压缸长度L的确定为了稳定性的满足L取15d，即L=15d=1200mm按液压缸行程尺寸系列，L=1250mm3.缸盖壁厚δ一般工程机械液压缸采用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，壁厚的计算公式：δ≥pyD2[σ]p1=1.5p式中：δ—液压缸壁厚D—液压缸内径py—试验压力，一般取最大工作压力的1.25—1.5倍MPa[σ]—筒材料许用应力。当p10MPa时，可用铸铁，[σ]=60MPa当p20MPa时，可用钢材，[σ]=100～116MPaδ≥pyD2[σ]=1.3×4×106×110×1.52×60×106=7.15mm，取δ=10mm4.缸盖厚度确定无孔时t1≥0.433D2√py[σ]=0.433√1.3×1.5×4×10660×106×0.11=17.2mm有孔时t2≥0.433D2√pyD2[σ]（D2−d0）=0.433√1.3×1.5×4×106×11060×106（110−80）×0.11=32.9mm故取t1=18mm，t2=33mm5.最小导向长度的确定对一般的液压缸，最小导向长度H应满足：H≥L20+D2=125020+1102=117.5mm，取H=120mmB=（0.6～1.0）D=66～110mm，取B=90mmL1=（0.6～1.0）d=48～80mm，取L1=70mm隔套长度C=H-12(L1+B)=120-12（70+90）=40mm二、计算各阶段液压缸所需的压力、流量和功率通过估计，取差动快进、快退时压力损失Δp=0.5MPa工进时，P背=0.8×105MPa快退时，Δp=0.5MPa无杆腔有效工作面积A1=π4D2=π4×（0.11）2=94.99×10-4m2有杆腔有效工作面积A2=π4（D2-d2）=π4[（0.11）2-（0.08）2]=44.75×10-4m2活塞杆面积A3=A1-A2=π4d2=π4×（0.8）2=50.24×10-4m2各阶段所需压力、流量和功率，列表如下：工况计算公式负载F（kN）进油腔压力（MPa）回油腔压力（MPa）流量L/min功率N（kW）快进p1=FA3+Δp0.950.690.515.10.173Q=A3V1N=p1×Q工进p1=FA1+p22Q=A1V2N=p1×Q32.953.870.80.760.050快退p1=FA2+2p2Q=A2V1N=p1×Q0.951.210.513.40.266三、确定夹紧的主要参数（1）考虑夹紧缸的稳定，夹紧缸的压力低于进给缸的工作压力。取夹紧缸的工作压力3.5MP，=0.94，回油背压力为0。D===51.8mm按标准系列取值D=63mmd=45mm按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度：A==6.25由于调速阀是安装在进油路上的，故液压缸有效工作面积应选取无杆腔的实际面积，即A1=94.99cm2可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速度（2）计算夹紧缸的压力和流量进油腔压力p1=F夹A=7×1033.144×（0.063）2=2.34MPa输入流量Q=V夹×A=50×10−31×3.144×（0.063）2=0.156m3/s（取加紧时间为1S）四、确定定位缸的主要参数由于定位缸负载小，行程短，原始数据中未给出具体定位力，所以定位缸和油塞杆直径均取夹紧缸的0.8倍即可第三章拟定液压系统原理图和电磁铁动作循环表一、选择液压系统基本回路（一）设计选择缓冲回路根据前面计算的功率可知，此系统为小功率系统（N1.5kW），设计要求平稳，不受外载干扰，孔钻透时不前冲，则应在系统中设有缓冲装置，使液压缸活塞在行程中以及两端能平滑移动与停止，可用顺序阀做背压阀来实现，如下图：（二）设计调速回路（换接）根据要求，进给速度均匀换接要求平稳可靠，实现快进与工进、快退的换接，可选用调速阀进口节流调速，行程阀控制快进换接为工进的迅速换接装置。（三）设计选择快速回路和换向回路根据设计要求V快进=V快退=5m/min，采用较小规格的液压泵，可选择差动连接快速回路。运动部件在换向方面无特殊要求，可选择电磁换向阀控制回路。为方便差动连接，选择三位五通电磁换向阀。设计如下：（四）设计选择泵源和压力控制回路考虑到该机床在工作进给时负载较大、速度较低，在快进、快退时负载较小、速度较高。从节约能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。（五）选择定位、夹紧回路按位后夹紧的要求，可选择用单项顺序动作回路。夹紧缸的工作压力低于进给缸的工作压力，并由同一液压泵供油，所以在夹紧回路中应设减压阀。同时满足加紧时间可调，在进给供油瞬时下降能保持夹紧力；要接入节流调速阀和单向阀保压。（六）选择动作转换的控制方式为保证工件夹紧与进给的顺序动作，应采用压力继电器控制。当工作进给结束转换为快退时，由于加工零件是钻通孔，位置精度不高，转换控制方式可采用行程开关控制。二、液压基本回路的组合（一）绘制液压系统原理图（二）工作分析M1、定位夹紧油液经减压阀20、单向阀21和二位四通换向阀22右位后，油液分两路，一路直接进入定位缸下腔实现定位；另一路待油压升高，打开单向顺序阀23，经节流阀24后进入夹紧缸，完成夹紧。当压力超过25调定压力时，压力继电器25发出电信号使夹紧力不再升高2、快进电磁铁1Y得电，4左位工作，由于液压力低于液控顺序阀18的调整压力，阀18不打开，此时油路为：进油路：过滤器1→变量泵2→换向阀4左位→油路7→行程阀11→油路10→液压缸9左腔回油路：液压缸9右腔→油路8→换向阀4左位→油路6→单向阀17→阀11→油路10→液压缸9左腔3、工进在快进结束时，挡块压下行程阀11，使油路10与7断开，于是进油路须经调速阀14，系统压力升高，控制油路将顺序阀18打开，此时油路为：进油路：过滤器1→变量泵2→油路3→换向阀4左位→油路7→调速阀14→液压缸9左腔回油路：液压缸9右腔→油路8→换向阀4左位→顺序阀18→背压阀19→油箱4、死挡铁停留当工进结束后，碰到死挡铁，液压系统压力进一步升高，使压力继电器13发出信号给1Y及时间继电器，在未达到预定时间前，滑台因1Y断电，换向阀4中位连接而停留。5、快退在达到预定时间后，时间继电器使2Y通电，换向阀4右位工作，此时油路为：进油路：过滤器1→变量泵2→油路3→换向阀4右位→油路8→液压缸9右腔回油路：液压缸9左腔→油路10→单向阀12→换向阀4右位→油箱5此时，系统压力较低，泵输出流量大，滑台快速返回6、原位停止当滑台退回到原始位置时，挡块压下行程开关，此时1Y、2Y断电，换向阀4处于中位，停止运动，油液压力升高，泵的流量自动减到很小。7、松开、拔销电磁铁3Y得电，换向阀22左位工作，此时油路为：进油路：过滤器1→变量泵2→减压阀20→单向阀21→换向阀22左位→油路26→{液压缸28上腔—拔销液压缸29上腔—松开回油路：{液压缸28下腔→油路27→换向阀22左位→油箱液压缸29下腔→单向阀24→单向阀23→油路27→换向阀22左位→油箱（三）电磁铁、行程阀动作表（“+”表示电磁铁得电，行程阀压下；“-”表示电磁铁断电，行程阀未压下）元件工况1Y2Y3Y行程阀定位、夹紧----快进+---工进+---死挡块停留---+/-快退-+--原位停止----松开、拔销--+-系统组合后，合理安排几个测压点，这些测压点通过压力表开关与压力表相接，可分别观察个点的压力，安排见系统图第四章液压元件及各类辅助件的选择一、液压泵的计算与选择（一）计算液压泵的工作压力液压泵的工作压力应考虑液压缸最高有效工作压力和系统的压力损失。本系统是调速进口节流，出口加背压的调速方式，这类系统的压力损失=（5～15）×10MPa，取=10×105Pa=1MPa，则液压泵的工作压力：=+=4+1=5MPa上述是系统的静态压力，考虑到系统在各工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此，选泵的额定压力≥(1.25~1.6)，中低压系统取小值，=1.25=1.25×5=6.25Mpa（二）泵的流量确定。液压泵流量应考虑液压缸最大工作流量和回路的泄漏，常取泄漏系数K=1.1～1.3，如K=1.2，则Q泵=1.2Qmax=1.2×15.1=18.12L/min，为限压式变量泵流量调整值。（三）选择液压泵的规格根据以上算得和，查阅手册，现选用YBX-16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量=16ml/r额定压力pn=6.3MPa电动机转速nH=1450r/min容积效率ηv=0.85总效率η=0.7（四）与液压泵匹配的电动机的选定首先计算快进时的功率，快进时的外负载为0.95kN，进油路的压力损失为0.5MPa由前面计算可得=0.69MPa快进时所需电动机功率P=η=0.1730.7=0.25kW工进时所需电动机功率P=0.050.7=0.07kW查阅电动机样本，选用Y90S-4型电动机，额定功率为1.1KW，额定转速为1400r/min.根据样本可查得YBX-16流量压力特性曲线根据后面求的泵在工进时的出口压力为4.67MPa，流量为0.76L/min，可做出实际工作时的特性曲线。由图可知，拐点处的压力为1.2MPa，该工作点功率为2.2KW为使所选在经过泵的流量特性曲线时不致停转，需满足≤—所选电动机的额定功率—限压式变量泵的限定压力—压力为时，泵的输出流量二、液压阀的选择根据所拟定的液压系统原理图，计算分析通过各元件的最大流量和最高工作压力来选择液压元件的规格，如下表：Q(L/min)P/MPa01020123456序号元件名称通过流量（10-3m/s）调整压力（MPa）选用规格1滤油器0.30W4-25×180J2限压式变量叶片泵0.305YBX-164三位五通电磁换向阀0.066.335D-25*011二位二通机动换向行程阀0.066.322C-25BH12单向阀0.306.3I-2513压力继电器1～6.3DP1-6314调速阀0.0002～0.42