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1、液 压 与 气 压 传 动 课 程 设 计武汉纺织大学院 系：机械工程与自动化指导老师：肖志权姓 名：刘月园班 级：机设 097学 号：0902051372完成日期：2012-12-251任务书一设计课题设计一台卧式单面多轴钻孔机床的液压传动系统，有三个液压缸，分别完成钻削（快进、工进、快退）、夹紧工件（夹紧、松开）、工件定位（定位、拔销）。其工作循环为：定位 夹紧 快进 工进 快退;拔销松开，如图 1 所示。 二、.原始数据1、主轴数及孔径：主轴 6 根，孔径 14mm；2、总轴向切削阻力：12400N；3、运动部件重量：9800N；4、快进、快退速度：5 m/min；5、工进速度：0.04
2、0.1m/min；6、行程长度：320mm；7、导轨形式及摩擦系数：平导轨， ；1.02.动静 ， F8、夹紧、减速时间：大于 0.2 秒；9、夹紧力：50006000N；10、夹紧时间：12 秒；11、夹紧液压缸行程长度：16mm；12、快进行程 230mm，工进行程 90mm。2三、系统设计要求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、钻削时速度平稳，不受外载干扰，孔钻透时不能向前冲。 四设计类容要求1. 根据设计要求以及附图，绘制液压系统原理图，并完成系统电磁铁动作顺序表。2、在附图的基础上，若系统油源改为双
3、泵供油（即一个大泵和一个小泵） ，重新设计并绘制系统原理图。3.对系统进行设计计算，给出液压元件的明细表，包含元件名称，主要参数，型号规格，包含步进电机选型，液压缸的缸径，行程等主要参数的计算。4.进行设计验算（发热验算，压力损失等） 。5.设计一个液压阀块（油路块，阀块） ，其上安装至少 3-4 个液压元件，可选阀块方案：附图上，元件 3，7, 8, 9附图上，元件 3，7, 4，5附图上，元件 8，10, 11，12附图上，元件 12，13, 14，15选取上述阀块中的一种，要求绘制阀块的二维设计工程图，表明加工所需要的信息（材料，公差，粗糙度，技术说明，加工工艺等） 。6.液压阀块的三维
4、建模，验证钻孔符合要求。有 ProE 或者 SolidWorks等软件，绘制其三维实体图。7.可选部分，在阀块三维实体的基础上，将安装在阀块上的液压阀，过滤器，液压附件三维建模并安装于阀块上。3附：液压原理图序号 元件名称最大流量/ L / . m i n型号1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 8单变量叶片泵过滤器三位五通电磁阀单向阀调速阀二位两通电磁阀单向阀液控顺序阀背压阀减压阀单向阀两位四通电磁阀直控单项顺序阀液控单向阀压力继电器单活塞液压缸单活塞液压缸单活塞液压缸2 44 84 82 41 . 0F C - 3 - 1 6 -H - 1 04 82 42
5、 42 42 42 44 82 42 42 42 42 42 4Y B X -A MX U -B 3 2 1 0 03 5 D 1 -6 3 B YC I T -0 3 - 5 02 2 D 1 -6 3 B HC I T -0 3 - 5 0X Y - 2 5 BB - 1 0 BJ D F -L 1 0 C I T -0 3 - 5 02 4 - D 1 -6 3 BX D 2 FC P Y -0 3 - - - 5 0H E D 1 K液压元件明细表M电磁铁动作顺序表定位加紧快进工进快退停止1 Y 2 Y 3 Y- - - - - - -+- - - - -+- - - - - - -
6、- - -1 Y2 Y3 Y定位拔销加紧松开1 665789121 91 11 01 231 51 41 51 81 71 9电动机Y 9 0 L - 4/图 2 卧室单面多轴钻孔机床液压系统原理图4一 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，重力的的水平分力为零，这样需要考虑的力有：夹紧力，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 ，动摩擦力为 ,则fsFfdFN4170.2985/6tvgGtmF9801.2惯 性 力 ： NfNdfs如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，
7、并设液压缸的机械效率 ，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表 1-1。95.0m表 1 液压缸各运动阶段负载表运动阶段 计算公式 总机械负载 N起动 mfsF/2063加速 fd)(1471快进 f/1032工进 md14084夹紧 fsj)F（ 73268378快退 fd/1032根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载图（F-l）和速度图（V-l） ，见图 2 a、b。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸活塞退回时的曲线。5L/min0.07 3202303602701809050-5a)速度图F/N02063901032140841032147132023
8、0180 3602702063L/minb）负载图二 液压系统方案设计1min/V62.1 确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。为了换速以及液压缸快退时运动的平稳性，回油路上设置背压阀，初定背压值 。a8.0PbM2.2 选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工进，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 等于有杆腔面积1A的两倍。2A2.3 快速运动回路和速度换接回路根据本设计的运动方式和要求，采用差动连接与单泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。本设计采用二位二通手动换
9、向阀换接回路，控制由快进转为工进。与采用行程阀相比，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与单向阀来吧切断差动油路。因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。2.4 换向回路的选择本系统对换向的平稳性有严格的要求，所以选用电液换向阀的换向回路。为便于实现差动连接，选用了三位五通换向阀。为提高换向的位置精度，采用死挡铁和压力继电器的行程终点返程控制。2.5 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 1-2 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、背压阀和液压缸无腔进口
10、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。液压系统中各电磁铁的动作顺序如表 1-2 所示。表 2 电磁铁动作顺序表1Y 2Y 3Y 行程阀定位 - - - -夹紧 - - -快进 + - - -工进 + - - -快退 - + - -停止 - - - +三 液压系统的参数计算3.1 液压缸参数计算7a.初选液压缸的工作压力参考同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为 。a10451pPb.确定液压缸的主要结构尺寸本设计要求液压缸的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固定的单杆式液压缸。快进时采用差动连接，并取无杆腔有效面积 等于有杆腔有效面积 的1A2A两倍，即 。为了
11、 运动的平稳性，在回路中装有背压阀，按表 8-2，初选21A背压 。pa085bP由表 1 可知最大负载为工进阶段的负载 ，按此计算 则：N408F122321 1.909.cmFb液压缸直径 cAD6.7.41由 可知活塞杆直径 21A cmDd9.406.7.0. 按 GB/T2348-1993 将所计算的 D 与 d 值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得: cm.5,8按标准直径算出 2222 6.3058(4)(4.021 ccdDAcm）按最低工进速度盐酸液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量，因工进速度为最小速度 ，则由式(8-11)in/05.qmin
12、L min/4.v223in1 5.104.cmvA本设计中 ，满足最低速度要求221.5c.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各阶段的压力、流量、功率，在计算工进时背压按 代入，pa1085bP快退时背压按 代入计算公式和计算结果列于表 1-3 中。510bP表 3 液压缸所需的实际流量、压力和功率工作 计算公式 负载 进油压力 回油压力 所需 输入8F jP510b510流量 功率循环N Pa Pa L/min KW差动快进 qpPAvjj)(211032 13.1 18.1 9.81 0.214工进 qpPvA
13、Fbjj1214084 32.9 80.2010.5020.0110.028夹紧 1Fj 7236837914.416.6 0 0 0快退 qpPvAjbj211032 11.6 5 15.31 0.296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.pjba而,5102.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 ，无杆腔回油，压力为 。jPbP3.2 液压泵的参数计算由表 1-3 可知工进阶段液压缸工作压力最大，因夹紧工况是在执行元件到系统终点时才出现最高工作压力，则 ，压力继电器可靠动作需要压力差 ，则液压泵0p 510最高工作压力可按式（8-5）计算 =p51p59.32ap1059
14、.37因此，泵的额定压力可取 ar p104.71由表 1-3 可知，工进时所需流量最小是 0.201 L/min，因为该系统单泵供能进快退时液压缸所需的最大流量是 15.31 L/min，则泵的总流量为，由于选用的是变量泵，V=qn mi/84.6in/31.5LLqp=11.23mLmin，据上面的计算的压力和流量，查产品样本，选用跟工作缸相同的泵为 YBX-AM 型变量叶片泵，压力调节范围是 （1.43.5） aMP9额定转速 1500rmin，驱动功率为 1.8kw，最大排量为 16mLr。3.3 电动机的选择a. 差动快进差动快进时，查样本可知， 取值范围为 64%81%。由于，所以
15、取 。该变量泵的出口min/84.16in/3.15LLqp min/.16Lqp压力损失为 ,于是计算可得泵的出口压力 （取Pa0.5 Pa106.75p总效率 ）电动机功率7.0WPp 6255.731 b. 工进考虑到调速阀所需要的最小压力差 = Pa。压力继电器可靠动力需1p50要压力差 = ，因此工进时的出口压力为 = = Pa2p510p21p5109.4(取总效率 )8.电动机功率 Wqp 148.0279.43512 c. 快退类似差动分析快进分析知:泵的出口压力 （总效率 ）Pa05p170.1） 。电动机功率 WqpP5797.0121533 综合比较，工进时所需功率最大。据此查样本选用 Y90L-4 异步电动机，电动机额定功率 1.5kw。额定转速 1400r/min。四 液压元件的选择4.1 液压阀及过滤器的选择根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。本例中所有阀的额定压力都为 ，额定流量根据各Pa10635阀通过的流量，确定为 三种规格，所有元件的规格L/min25/iL/in10和，型号列于表 1-4 中。过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。表中序号与原理图中的序号一致。10表 4 液压元件明
