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1、湖北文理学院理工学院湖北文理学院理工学院 液压与气压传动课程设计 说 明 书 课题名称： 专用钻床的液压传动 学生姓名： 殷红进 学号： 11316149 专 业： 机械设计制造及其自动化 班级： 机械 1111 成 绩： 指导教师签字： 2014 年5 月30 日 1 目 录 1 设计题目及其要求 1 2 工况分析 2.1 动作要求分析.1 2.2 负载分析.2 2.3 负载图和速度图的绘制.5 2.4 液压缸主要参数确定.6 3 液压系统设计设计 3.1 液压系统图的拟定10 3.2 液压系统的工作原理12 3.3 液压元件的选择. 13 4 验算性能完成设计 16 5 总结20 2 0
2、设计内容计算说明结论 题目及要求 动作要求 分析 一，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 15000N，运动部件自重为 5000N，快进行程为 220mm，工进行程为 80mm，快进，快退运动速度为 5m/min,工进速度为 60-1000mm/min，加速和减速时间 为t=0.2sec,机床采用平导轨，摩擦系数为 Fs=0.2,Fd=0.1 二，工况分析二，工况分析 2.12.1 动作要求分析动作要求分析 根据主机动作要求画出动作循环图如图 1-1 图 1-1 动作循环图 设计内容计算说明结论 1 工作负载
3、 摩擦负载 惯性负载 2.22.2 负载分析负载分析 （1）工作负载：）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=15000N （2 2）摩擦负载：）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*5000) =1000N 动摩擦负载 Ffd=fdG = (0.1*5000) =500N （3 3） 惯性负载：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=
4、(5000/10)*(0.075/0.2)=187.5N 减速 Fa2 = m*a2=(5000/10)*(0.074/0.2) =185N FL=15000N Ffs=1000N Ffd=500N Fa1 = 187.5N Fa2=185N 2 设计内容计算说明结论 3 制动 Fa3 = m*a3 =(5000/10) *(0.001/0.2)=2.5N 反向加速 Fa4 = Fa1 = 187.5N 反向制动 Fa5 = Fa4 =185N 如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦里 的影响，并设液压缸的机械效率 m=0.85，则 液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出， 见表 工况 计算公
5、 式 总负载 F/N 缸推力 F/N 启动 Ffs10001176.47 加速 Ffd + Fa1687.5808.82 快进 Ffd500588.24 减速 Ffd - Fa2315370.59 工进 FL + Ffd1550018235.29 制动 FL+Ffd Fa3 15597.518350 反向 加速 Ffd - Fa4312.5367.65 快退 Ffd 500588.24 制动 Ffd+ Fa5685805.88 Fa3=2.5 N Fa4=187. 5N Fa5=185 N 4 5 负载图 和速度 图的绘 制 2.32.3 负载图和速度图的绘制负载图和速度图的绘制 根据负载计算
6、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。 1-2a,b 6 液压缸主 要参数确 定 初选液压 缸的工作 压力 液压缸尺 寸 2.4、液压缸主要参数确定、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
7、载 Fmax 计算缸筒面积 A 得 3MPa 24 6 max 1071.54 103 94.16412 Am p F 7 计算缸筒内径 D 得 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=63.5
8、9cm2 有杆腔的面积 A2=1/4 *(D2-d2) = 1/4*(92-4.52) =47.69cm2 D=83mm A1=63. 59cm2 mmm A 83083. 0 14159 . 3 1071.5444 D 4 )dD( q4 d q4 222 8 活塞杆稳 定性校核 流量计算 压力计算 功率计算 （3 3 ）活塞杆稳定性校核）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 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）流量计算流量计算 2）压力计算 3）功率计算 A2=47. 69cm2
9、不用稳 定性校 核 MPa F MPa F MPaa A F 13 . 0 Pa1013 . 0 1069.47 12.634 A p 58 . 2 Pa1058 . 2 1059.63 94.16412 A p 4 . 0P1040 . 0 10)69.4759.63( 12.634 A p 6 4 2 6 4 1 6 4 21 快退 快退 工进 工进 快进 快进 W W W 4 . 46 60 104 .21 1013 . 0 qpP 3 .133 60 101 . 3 1058. 2qpP 7 . 47 60 10155 . 7 104 . 0qpP 3 6 3 6 3 6 快退快退快退
10、 工进工进工进 快进快进快进 min/4 .21/m105 . 3 60 5 . 4 1059.47vAq min/1 . 3/m103 . 5 60 5 . 0 1059.63vAq min/155. 7/m1019 . 1 60 5 . 4 10)69.4759.63(v)A(q 344 32 354 21 34 4 121 Ls Ls Ls A 快退 工进 快进 9 工况图 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 ) 2.5 8 0.40.1 3 q(L/min) 2
11、1. 4 7.1 5 3.1 t(s) P( W) 47.7 t(s) 46.4 133. 3 快进工进快退 10 设计内容计算说明结论 选用执行 元件 确定供油 方式 调速方式 选择 三三，液压系统设计液压系统设计 3.13.1、液压系统图的拟定、液压系统图的拟定 1 1、选用执行元件、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，因此应使无 杆腔有效面积为有杆腔有效面积的两倍。 2 2、确定供油方式、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
12、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 3、调速方式选择、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 采用差 动连接 双作用 叶片泵 双泵供 油 调速阀 进油节 流调速 11 速度换接 选择 换向方式 选择 用调速阀进油节流调速回路。 4 4、速度换接选择、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 通行程阀来实现速度的换
13、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 5、换向方式选择、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 6、其它选择、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。 回路。 行程与 压力
14、联 合控制 形式 挡块和 压力继 电器的 行程终 点返回 控制 12 快进 工进 3.23.2、液压系统的工作原理、液压系统的工作原理 1 1、快进、快进 按下起动按钮，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 2、工进、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
15、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。 13 快退 液压泵压 力 3 3、快退、快退 当滑台工进完毕之后，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。 3.33.3、液压元件的选择、液压元件的选择 1 1、确定液压泵的型号及电动机功率、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 2.58MPa，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 2.63MP a 14 所需液压 泵流量 选用液压 泵 pp=p
