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1、中南林业科技大学交通运输与物流学院汽车液压与气压传动课程设计课题名称： 专用钻床的液压分析 专业班级： 12级交通运输3班 学生姓名： 宋宇 学 号： 20121009 指导教师： 周秦源 2014年5月10日设计任务书（一）设计课题和原始数据11、试设计一专用钻床的液压系统，要求完成“快进-工作-快退-停止（卸荷）” 的工作循环。已知：切削阻力为13412N，运动部件自重为5390N，快进行程为300mm，工进行程为100mm，快进，快退运动速度为4.5m/min,工进速度为60-1000mm/min，加速和减速时间为t=0.2s,机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=0.2,Fd=0.1（二）系
2、统设计要求1. 夹紧后在工作中如突然停电时，要保证安全可靠，当主油路压力瞬时下降时，夹紧缸保持夹紧力；2. 快进转工进时要平稳可靠；3. 钻削是速度平稳，不受外载干扰，孔钻透时不前冲。（三） 最后提交内容（电子稿和打印稿各一份）1.设计说明书一份2.液压系统原理图（A3）3.液压缸结构图（A3）目 录课程设计任务书 1一、液压与气压传动设计任务1.1设计题目及要求31.2设计目的31.3设计步骤和内容3二、工况分析 2.1动作要求分析3 2.2负载分析4 2.3负载图和速度图的绘制4 2.4液压缸主要参数确定5三、液压系统方案设计 3.1确定液压泵类型及调速方式8 3.2选用执行元件8 3.3
3、快速运动回路和速度换接回路83.4换向回路的选择8 3.5定位夹紧回路的选择83.6动作换接的控制方式选择8 3.7液压基本回路的组成93.8液压元件的选择 11四、验算性能完成设计12五 、小结 16参考书目 18一、液压与气压传动设计任务1.1设计题目及要求：试设计一专用钻床的液压系统，要求完成”快进-工作-快退-停止（卸荷）”的工作循环已知：切削阻力为13412N，运动部件自重为5390N，快进行程为300mm，工进行程为100mm，快进，快退运动速度为4.5m/min,工进速度为60-1000mm/min，加速和减速时间为t=0.2s,机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=0.2,Fd=0.
4、11.2设计目的液压系统的设计是整机设计的重要组成部分，主要任务是综合运用前面各章的基础知识，学习液压系统的设计步骤，内容和方法。通过学习，能根据工作要求确定液压系统的主要参数，系统原理图，能进行重要的设计。合理的选择和确定液压元件。对所设计的液压系统性能进行校验算。为进一步进行液压系统结构设计打下基础。1.3设计步骤和内容 1.明确设计要求，进行工况分析绘制负载和速度循环图； 2.确定液压系统的主要性能参数； 3.进行方案设计，拟定液压系统原理图； 4.设计和选择液压元件； 5.验算液压系统的性能； 6.液压缸的设计； 7.绘制工作图，编写技术文件，并提出电气控制系统的设计任务书。二、工况分
5、析2.1动作要求分析2.2负载分析（1）工作负载：工作负载与设备的工作情况有关，在机床上，与运动件的方向同轴的切削力的分量是工作负载。 FL=13412N（2）摩擦负载： 摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力，它与支承面的形状，放置情况，润滑条件以及运动状态有关。静摩擦负载 Ffs=fsG = (0.2*5390)=1078N动摩擦负载 Ffd=fdG = (0.1*5390)=539N（3） 惯性负载： 惯性负载是运动部件的速度变化是，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算。 加速 Fa1 = m*a1=(5390/9.81)*(0.075/0.2)=206.04N 减速 Fa2 =
6、m*a2=(5390/9.81)*(0.074/0.2)=203.29N2.3负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和已知的各个阶段的速度，由于行程是400mm，设定快进时的行程L1=300mm，工进时的行程L2=100mm。可绘出负载图（F-l）和速度图（v-l），见图1-2a、b。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸退回时的曲线。2.4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根据最大负载F=19412N, 初选液压缸的工作压力为3MPa（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
7、 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 = 90mm(壁厚5mm，单重11.17kg/m)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D2/(D2-d2) =1.3 d=43.23mm按标准取 d = 45mm则液压缸的有效作用面积为：无杆腔的面积 A1=1/4 *D2 = 1/4*92=63.59cm2有杆腔的面积 A2=1/4 *(D2-d2) = 1/4*(92-4.52) =47.69cm2（3）活塞杆稳定性校核 活塞杆的总行程为400 mm , 而活塞杆的直径为
8、45mm , l/d =400/45=8.8910 不用稳定性校核（4） 计算液压缸流量、压力和功率1流量计算2.压力计算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。图3 液压缸的工况图t(s)p(MPa)2.580.40.13q(L/min)21.47.153.1t(s)P(W)47.7t(s)46.4133.3快进工进快退三、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，由于快进、快退和工进速度相差比较大，为了减少功率损耗，采用限压式变量叶片泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。为防止钻孔钻
9、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Pb=0.8Mpa。3.2选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A1等于有杆腔面积A2的两倍。由于结构上的原因和为了有较大的有效工作面积，定位缸和夹紧缸也采用单杆活塞液压缸。3.3快速运动回路和速度换接回路根据运动方式和要求，采用差动连接快速运动回路来实现快速运动。根据设计要求，速度换接要平稳可靠，另外是专业设备，所以可采用行程阀的速度换接回路。若采用电磁阀的速度换接回路，调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，但速度换接的平稳性较差。3.4换向回路
10、的选择由速度图可知，快进时流量不大，运动部件的重量也较小，在换向方面无特殊要求，所以可选择电磁阀控制的换向回路。为方便连接，选择三位五通电磁换向阀。3.5定位夹紧回路的选择按先定位后夹紧的要求，可选择单向顺序阀的顺序动作回路。通常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，所以在夹紧回路中设减压阀减压，同时还需满足；夹紧时间可调，在进给回路压力下降时能保持夹紧力，所以要接入节流阀调速和单向阀保压。换向阀可连接成断电夹击方式，也可以采用带定位的电磁换向阀，以免工作时突然断电松开。3.6动作换接的控制方式选择为了确保夹紧后才能进行切削，夹紧与进给的顺序动作应采用压力继电器控制。当工作
11、进给结束转为快退时，由于加工零件是通孔，位置精度不高，转换控制方式可采用行程开关控制。3.7液压基本回路的组成将已选择的液压回路，组成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统原理图。此原理图除应用了回路原有的原件外，又增加了液控顺序阀6和单向阀等，其目的是防止回路间干扰及连锁反映。从原理图中进行简要分析：（1）工件定位夹紧：1.先定位 压力油减压阀8单向阀9电磁换向阀10定位缸18无杆腔定位缸18有杆腔电磁换向阀10油箱2再夹紧 工件定位后，压力油压力升高到单向顺序阀开启的压力，单向顺序阀开启。压力油单向顺序阀11单向调速阀12夹紧缸17无杆腔 夹紧缸17有杆腔电磁换向阀10油箱（2）快进：2YA
12、通电，电磁换向阀3左位工作，由于系统压力低，液控顺序阀6关闭，液压缸有杆腔的回油只能经换向阀3、单向阀5和泵流量合流经单向行程调速阀4中的行程阀进入无杆腔而实现差动快进，显然不增加阀6，那么液压缸回油通过阀7回油箱而不能实现差动。 叶片泵1单向阀2电磁换向阀3单向行程调速阀4主液压缸19（差动连接）（3）工进：4YA通电，切断差动油路。快进行程到位，挡铁压下行程开关，切断快进油路，4YA通电，切断差动油路，快进转工进，系统压力升高，液控顺序阀6被打开，回油腔油液经液控顺序阀6和背压阀7流回油箱，此时，单向阀5关闭，将进、回油路隔开，使液压缸实现工进。 叶片泵1单向阀2电磁换向阀3单向行程调速阀4主液压缸19无杆腔 主液压缸19有杆腔电磁换向阀3液控顺序阀6背压阀7油箱（4）快退：3YA通电，工进结束后，液压缸碰上死挡铁，压力升高到压力继电器调定压力，压力继电器发出信息，2YA断电，3YA、4YA通电。叶片泵单向阀4电磁换向阀3主液压缸有杆腔 主液压缸无杆腔单向行程阀4电磁换向阀3油箱主液压缸无杆腔快退到位碰行程开关，行程开关发信息，下步工件拔销松夹。（5）拔销松夹：1YA通电液压油减压阀8单向阀9电磁阀10定位缸18和夹紧缸17的有杆腔 定位缸18无杆腔电磁阀10油箱夹紧缸16无杆腔单向调速阀12的单向阀单向顺序阀11的单向阀电磁阀10油箱
