卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计

1/11《液压和气压传动》课程设计说明书题目：卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统设计院系：机械工程和自动化学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机设？班姓名：学号：指导教师：徐巧日期：2012年12月30日目录一、设计基本要求……………………………………………………-3-1.1基本结构和动作顺序…………………………………………-3-1.2主要性能参数…………………………………………………-3-二、负载分析……………………………………………………………-3-三、液压系统方案设计…………………………………………………-4-3.1确定液压泵类型及调速方式…………………………………-4-3.2选用执行元件…………………………………………………-4-3.3快速运动回路和速度换接回路………………………………-4-3.4换向回路的选择………………………………………………-4-3.5组成液压系统绘原理图………………………………………-5-四、液压系统的参数计算……………………………………………-5-4.1液压缸参数计算………………………………………………-5-1.初选液压缸的工作压力…………………………………………-5-2.确定液压缸的主要结构尺寸……………………………………-6-3.计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率……………-6-4.2液压泵的参数计算……………………………………………-7-4.3电动机的选择…………………………………………………-7-1.差动快进…………………………………………………………-8-2.工进………………………………………………………………-8-3.快退………………………………………………………………-8-五、液压元件的选择……………………………………………………-9-5.1液压阀及过滤器的选择………………………………………-9-2/115.2油管的选择……………………………………………………-9-5.3邮箱容积的确定………………………………………………-9-六、验算液压系统性能…………………………………………………-10-6.1压力损失的验算及泵压力的调整………………………………-10-1.工进时的压力损失验算及泵压力的调整………………………-10-2.快退时的压力损失验算及大流量泵卸载压力的调整…………-10-3.局部压力损失……………………………………………………-11-6.2液压系统的发热和温升验算……………………………………-11-七、个人总结……………………………………………………………-12-八、参考文献……………………………………………………………-12-一、设计基本要求：1.1、基本结构和动作顺序卧式单面多轴组合机床主要由工作台、床身、单面动力滑台、定位夹紧机构等组成，加工对象为铸铁变速箱体，能实现自动定位夹紧、加工等功能。工作循环如下：动力滑台快进工进快退原位停止1.2、主要性能参数1．轴向切削力Ft=30648N；2．滑台移动部件质量m=9800N；3．加减速时间∆t=0.2s；4．静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系数fd=0.1，采用平导轨；5．快进行程l1=100mm；工进行程l2=50mm，工进速度0.1～0.88mm/s，快进和快退速度均为0.1m/s；6．工作台要求运动平稳，但可以随时停止运动，直线往复运动由液压缸实现。二、负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为fsF，动摩擦力为fdF，则NNFfFNsfs196098002.0NNFfFNdfd98098001.0而惯性力NNtvgGtvmFm5002.08.91.010000如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率9.0m，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表1。表1液压缸各运动阶段负载表3/11运动阶段计算公式总机械负载NF/启动mfsFF/2178加速mmfdFFF/)(1644快进mfdFF/1098工进mfdtFFF/)(35142快退mfdFF/1098三液压系统方案设计3.1确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床,同时根据本题要求。选用双作用叶片泵双泵供油，同时这是调速阀进油调速的开式回路来满足快进、快退和工进的功能。快进或快退时双泵进行供油，工进时，小泵单独供油，同时利用节流阀调速保证工进速度。整个回路采用溢流阀作定压阀，起安全阀作用。为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值为MPapb8.0。3.2.选用执行元件因系统循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等。实现快进快退速度相等有以下几种方法：1）单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积1A等于有杆腔面积2A的两倍。2）采用双活塞杆液压缸，因两腔有效面积相等，即可满足快进、快退速度相等的要求。差动连接可降低整个系统工作压力，同时可选用更小规格的油泵。而且组合机床对工作压力要求的供油压力并不高，所以选择方案一3.3快速运动回路和速度换接回路根据题目运动方式和要求，采用方案一的快速回路系统，差动连接和双泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。采用二位二通电磁阀的速度回路，控制由快进转为工进。和采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大小也容易调整，另外采用液控顺序阀和单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程和压力联合控制形式。3.4换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以采用电磁换向阀的换向回路，采用三位五通阀。3.5组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图2所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点,并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表即能观测各点压力。4/11图2组合机床动力滑台液压系统原理图液压系统中各电磁铁的动作顺序如表2所示。表2电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y快进+--工进+-+快退-+-停止---四、液压系统的参数计算4.1液压缸参数计算1.初选同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为Pap511040。2.确定液压缸的主要结构尺寸要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固定的单杆式液压缸。快进差动时，并取无杆腔有效面积1A等于有杆腔有效面积2A的两倍，即212AA。为了防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，在油路上设置背压阀，按[1]表8-2，初,选背压值Papb5108。5/11由表1克制最大负载为工进阶段的负载NF35142，按此计算1A则23255111076.91082110403514221mmPPFAb液压缸直径cmcmAD15.116.97441由212AA可知活塞杆直径cmcmDd9.715.11707.0707.0按GB/T2348——1993将所计算得D和d值分别圆整打动相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得cmD12cmd8按标准直径算出22220.11312441cmcmDA2222228.62)812(4)(42cmcmdDA按最低工进速度演算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量min/05.0minLq，因工进速度min/006.0mv为最小速度，则由[1]式（8-11）2223minmin13.8310006.01005.0cmcmvqA上述计算中2213.830.113cmcmA，满足最低速度的要求。3.计算液压缸各工作阶段的工作压力、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中各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时按Papb5108代入，快退时背压按Papb5105代入计算公式和计算结果列于表3中。表3液压缸所需的实际流量、压力和功率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PNPaPaL/minkW6/11注：1.差动连接时，液压缸的回油口到进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。4.2液压泵的参数计算由表3可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失Pap5105，则液压泵最高工作压力可按[1]式（8-5）算出PaPapppP55103.3710)53.32(1因此泵的额定压力可取PaPapr55106.46103.3725.1。由表1-5可知，工进时所需流量最小是min/034.0L，设溢流阀最小溢流量为min/5.2L，则小流量泵的流量按[1]式（8-16）应为min/54.2min/)5.2034.01.1(1LLqp，快进快退时液压缸所需的最大流量是min/1.30L，则泵的总流量为min/11.33min/1.301.1LLqp。即大流量泵的流量min/57.30min/)54.211.33(12LLqqqppp。根据上面计算的压力和流量，查相关产品样本得，选用YB-4/16型双联叶片泵。该泵额定压力MPa3.6，额定转速min/960r。4.3电动机的选择系统为双泵供油系统，其中小泵1的电动机的选择流量smsmqp/100667.0/)60/104(33331,大泵2流量smsmqp/10267.0/)60/1016(33332。差动快进、快退时两个泵同时差动快进212AAPAFPj)(21AAvqqpPj108951042.851042.131.30253.0工进12AAPFPbjvAq1qpPj351425103.325108034.0110.0快退21AAPFPjjvAq2qpPj10985107.10510519.0203.07/11向系统供油；工进时，小泵1向系统供油，大泵2卸载。下面分别计算三个阶段所需要的电动机功率P。1.差动快进差动快进时，大泵2的出口压力油经单向阀后和小泵1汇合，然后经单向阀2，三位五通3，二位二通阀4进入液压缸无杆腔，无杆腔压力Pappj51042.81，查样本可知，小泵2的出口压力损失Pap51105.4，大泵2出口到小泵1出口的压力损失Pap52105.1。于是计算可得小泵出压力PapP51046.121（总效率5.01），大泵2出口压力PapP51096.132（总效率5.02）。电动机功率WWqPqPPPP912)5.010267.01096.135.0100667.01046.12(353522211112.工进考虑到调速阀所需要的最小压力差Pap51105。压力继电器可靠动作需要压力差Pap52105。因此工进时小泵1的出口压力PapppPP52111103.42。而大泵2的卸载压力取PaPP51102。（小泵1的总效率565.01，大泵2总效率3.02）。WWqPqPPPP632)3.0102.0102565.0100667.0103.42(353522211123.快退类似差动快进分析知：小泵1的出口压力PaPP51109.16（总效率5.01）：大泵2出口压力PapP52104.18（总效率51.02）。电动机功率WWqPqPPPP947)51.0102.0104.185.0100667.0109.16(35352221113