液压与气压传动课程设计剖析

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1、1,液压与气压传动 课程设计,2,设计任务布置,3,一、设计题目 设计题目：卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。 设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止，并且可以随时在中途停止运动。利用平导轨，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1。其余参数与性能要求如下： 1）轴向切削力Ft=21 kN； 2）移动部件总重力G=10 kN； 3）快进行程l1=100mm，快进速度v1=4.2m/min； 4）工进行程l2=20mm，工进速度v2= 0.05 m/min； 5）加速和减速时间t=0.2s； 6）快退速度v3=v1=4.2m/min

2、。,4,二、设计任务 1、完成液压系统的设计、计算，编写设计说明书一份； 2、在A3图纸上绘制完成液压系统原理图一张。 三、设计要求 1、设计的液压传动系统能正确完成规定的工作循环； 2、图纸绘制正确，符合国家标准，图面清晰整洁； 3、计算步骤完整，结果正确； 4、设计说明书内容完整，字体端正、编排符合规范。 四、设计进度安排 课程设计时间总共为五天，进度安排如下：,5,五、参考资料 1左健民.液压与气压传动.第4版.北京：机械工业出版社，2012. 2杨曙东等.液压传动与气压传动.第3版 武汉：华中科技大学出版社，2008. 3成大先.机械设计手册.第5版.北京：化学工业出版社，2008.

3、4雷天觉.新编液压工程手册.第1版.北京：北京理工大学出版社，1998. 5于英华.组合机床设计.第1版.北京：清华大学出版社，2012.,6,附： 参数数据分配表,7,第一阶段 工况分析,8,一、运动分析 1、作动作循环图如图1所示。,2、作一个工作循环的速度位移曲线如图2a）所示。,二、负载分析 1、负载计算 1）工作负载FL FL=Ft= 21kN 2）摩擦负载Ff 静摩擦负载 Ffs=fsG=0.210=2kN 动摩擦负载 Ffd=fdG=0.110=1kN,9,3）惯性负载Fa,4）各阶段总负载F 计算液压缸各阶段中的总负载F和液压缸推力F 。考虑密封等阻力，取m=0.9，则 F=F

4、/m 计算结果见表1所示。,10,表1 液压缸各中的负载,11,2、作一个工作循环的负载位移曲线如图2b）所示。,12,三、液压缸主要参数确定 1、初选液压缸的工作压力 按负载大小根据表2选择液压缸工作压力。,表2 按负载选择执行元件工作压力,由表2初定液压缸工作压力p=3.0MPa。 2、计算液压缸尺寸 按最大负载Fmax计算缸筒面积A得,计算缸筒内径D得,13,按计算结果根据表3选择缸筒内径标准值。,表3 液压缸内径和活塞杆直径标准系列（GB/T23481993） mm,按标准取：D=100mm。 根据快进和快退速度相等要求，拟定液压系统在快进时采用差动连接。设活塞杆直径为d，于是有,计算

5、得,按标准取：d=70mm。 计算液压缸有效作用面积为,14,3、各工作阶段的时间计算 1）快进阶段,15,3）快退阶段,2）工进阶段 工进阶段制动加速度很小，制动行程很短，可忽略不计。,16,4、计算液压缸流量、压力和功率 1）流量计算,2）压力计算,17,3）功率计算,4、绘制工况图 工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表4所示。 由表绘制液压缸的工况图如图3所示。,表4 液压缸各阶段压力、流量和功率,18,19,第二阶段 液压系统设计,20,一、液压系统图的拟定 1、选用执行元件 由系统动作循环图，选定单活塞杆液压缸做为执行元件。根据快进和快退速度相等的要求，拟定在快进时采用差动连接

6、，因此应使无杆腔有效面积为有杆腔有效面积的两倍。 2、确定供油方式 由工况图分析可知，液压缸在快进、快退时所需流量较大，但持续时间较短；而在工进时所需流量较小，但持续时间较长。因此从提高系统效率，节省能源的角度考虑，系统供油方式不宜采用单个定量泵，而宜采用双泵或变量泵。因此参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油方式。 3、调速方式选择 由工况图可知，快进和快退时有速度要求，因此在有杆腔油口处统一采用调速阀调速。工进时速度低，考虑到系统负载变化小，所以采用调速阀进油节流调速回路。,21,4、速度换接选择 快进和工进之间速度需要换接，为便于对换接的位置进行适当的调整，因此采用二位二通行程阀来实

7、现速度的换接。另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动回路。因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。 5、换向方式选择 采用三位五通电磁阀进行换向，以满足系统对换向的各种要求。选用三位阀的中位机能为M型，以实现可以随时在中途停止运动的要求。为提高换向的位置要求，拟采用止挡块和压力继电器的行程终点返回控制。 6、其它选择 为便于观察调整压力，在液压泵的出口处和液压缸的两接口处 均设置测压点，并配置多点压力表开关，以便利用一个压力表即能观测各点压力。 完成以上各项选择后，作出拟定的液压系统原理图和各电磁铁的动作顺序表如图4所示。,22,电磁铁动作表,23,二、液压系统的工作原理 1、快进 按下起动按

8、钮，电磁铁1YA通电，电磁换向阀8的阀芯右移，换向阀工作在左位，实现快进，油路为： 进油路：泵2换向阀8左位行程阀13下位液压缸左腔； 回油路：液压缸右腔 调速阀14 换向阀8左位单向阀9行程阀13下位液压缸左腔，形成差动连接。 2、工进 当滑台快速运动到给定位置时，滑台上的撞块压下行程阀13阀芯，切断通道，使压力油经调速阀10进入液压缸左腔。由于油液流经调速阀，系统压力上升，打开液控顺序阀7，此时单向阀9关闭，切断液压缸差动回路，实现工进，油路为： 进油路：泵2换向阀8左位调速阀10液压缸左腔； 回油路：液压缸右腔调速阀14 换向阀8左位顺序阀7背压阀6 油箱。,24,3、快退 当滑台工进完

9、毕之后，停留在止挡块处，系统压力升高，直到压力继电器12的调整值时，压力继电器动作，2YA通电，电磁换向阀8工作在右位，滑台快退返回。快退油路为： 进油路：泵2 调速阀14 换向阀8右位液压缸右腔； 回油路：液压缸左腔单向阀11换向阀8右位油箱。 三、液压元件的选择 1、确定液压泵的型号及电动机功率 1）计算液压泵压力 估算压力损失经验数据： 一般节流调速和管路简单的系统取pl=0.20.5MPa，有调速阀和管路较复杂的系统取pl=0.51.5MPa。 液压缸在整个工作循环中最大工作压力为3.11MPa，由于系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失pl=0.5MPa，计算液压泵的工作压力为 p

10、p=p+pl=3.11+0.5=3.61MPa,25,2）计算所需液压泵流量 考虑泄漏的修正系数K：K=1.11.3。 液压缸在整个工作循环中最大流量为16.8L/min。取回路泄漏修正系数K=1.1，计算得所需两个液压泵的总流量为 qp=1.116.8=18.48L/min 由于溢流阀最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸所需流量为0.4L/min，所以高压泵的流量不得少于3.4L/min。 3）选用液压泵 由3第5卷P158选用YB110/16型的双联叶片泵。 液压泵额定压力为6.3MPa，排量分别为10mL/r和16mL/r，取容积效率pV=0.85，总效率=0.8，额定转速分别为14

11、50r/min和960r/min. 4）选用电动机 拟选Y系列三相异步电动机，满载转速960r/min，按此计算液压泵实际输出流量为 qp=（10+16）103 960 0.85=21.22L/min,26,计算所需电动机功率为,由3第4卷P569选用Y132S-6电动机。 电动机额定功率为3KW，满载转速为960r/min。 2、选择阀类元件及辅助元件 1）标准件 根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，由产品目录确定这些元件的型号及规格如表5 所示。 2）非标件 a）油管 油管尺寸根据实际流量类比确定，采用内径为16mm，外径为20mm的紫铜管。 b）油箱 油箱容积计算如下

12、V=（57）qp=（57）21.22=106.1148.54L 取V=150L。,27,表5 液压元件型号及规格,28,第三阶段 验算性能完成设计,29,一、液压系统的性能验算 1、压力损失验算 按液压泵的实际输出流量估算压力损失。 1）油液在油管中的流速 进油管流速v,回油管流速v“,2）沿程压力损失Pf 设系统采用L-HM32液压油，室温为20时粘度为 =1.0104 m2/s a）进油沿程压力损失Pf1,层流状态： 1=75/Re1=75/552=0.14,30,b）回油沿程压力损失,层流状态： 2=75/Re2=75/281=0.27,取油液的密度为=890kg/m3，进、回油管长度均

13、为2m，得进油沿程压力损失为,c）总沿程压力损失,31,3）局部压力损失Pr 局部压力损失包括液压阀的压力损失及管道和管接头的压力损失。液压阀的损失很小，可以忽略不计。管道和管接头压力损失一般取沿程压力损失的10%计算，于是 pr=10% pf=0.10.48=0.05MPa 4）总压力损失p p=pf+ pr=0.48+0.05=0.53MPa 原设p=0.5MPa，与计算结果非常接近。 2、调定压力的确定 双联泵系统中卸荷阀的调定值为,取 p卸=4.1MPa 溢流阀的调定值应大于卸荷阀调定压力0.30.5MPa。取 p溢=4.5MPa,32,顺序阀的调定值应为 p顺=0.29+p=0.29

14、+0.95=1.24MPa 背压阀的调定值取为 p背=0.3MPa 3、系统温升验算 工进时间在整个工作循环中所占的时间比例达87%，所以系统温升可按工进计算。 工进时液压缸的有效功率为,工进时大流量泵卸荷，卸荷压力为0.3MPa，小流量泵在高压3.64MPa下供油，两个泵的总输出功率为,33,由此得液压系统单位时间的发热量为,设油箱的三个边长在1：1：11：2：3范围内，计算散热面积为,按通风良好取散热系数h=15103kW/（m2），计算油液温升为,设室温t1=20，得油液温度t2为,热平衡计算在允许范围内。,34,二、绘制系统原理图 图上除画出整个系统的回路之外，还应注明各元件的名称、型号、压力调整值，并作出液压缸的工作循环图，列出电磁铁的动作顺序表。 三、编写设计计算说明书 液压系统课程设计计算说明书编写应符合学校规定的统一格式。内容除了应有的计算和图表以外，还应包含目录、设计任务书、页码、课程设计小结以及参考文献等。,