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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：宋宇学 号：20121009指导教师：周源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）系统设计要求1. 夹紧
2、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）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设计步骤和容3二、工况分析2.1动作要求分析32.2负载分析42.3负载图和速度图的绘制42.4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83.2选用执行元件83.3快速运动回路和速度换接回路83.4换向回
3、路的选择83.5定位夹紧回路的选择83.6动作换接的控制方式选择83.7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=0.11.2设计目的液压系统的设计是整
4、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，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、工况分析2.1动作要求分析2.2负载
5、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。F=13412NL(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 Ff 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 F1 二 m*a1=(5390/9.81)*(0.075/0.2)=206.04N减速 F2 = m*a2=(5390/9.81)*(0.
6、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。加 bi)is：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(2)计算液压缸尺寸按最大负载Fmax计算缸筒面积A得A = ma = 16412 .94 = 54.71 x 10-4m2 p 3 x 106计算缸筒径D得-4A：4 x 54.71
7、X 10 -4D = ： =，= 0.083m = 83mm、3.14159按计算结果根据表3选择缸筒径标准值。表3液压缸径和活塞杆直径标准系列(GB/T23481993) mm断如内御板 50.63,80. (90), IM. (11Q), 125,(啊,160.治耕F直御.,诲 36, 40.45、50、56,63, 70.凯 90、100.110 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4q _ 4q冗 d2冗(D2 - d2)D2/(D2-d2) =1.3d=43.23mm按标准取
8、d = 45mm则液压缸的有效作用面积为：无杆腔的面积 A =1/4 *n*D2 = 1/4*n*92=63.59cm21有杆腔的面积 A =1/4 *n*(D2-d2)= 1/4*n*(92-4.52)=47.69cm22(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4.5q快进=(A1 - A2)v1 = (63.59 - 47.69) x 10-4 x 好=1.19 x 10-4m3 /s - 7.155L/minq 进-A v - 63.59 x 10
9、-4 x 0 - 5.3x 10-5m3 /s 3.1L/min4.5q快退-A v - 47.59 x 10-4 x _ - 3.5x 10-4m3 /s 21.4L/min2. 压力计算p - Z快 -6342快进 A - A (63.59 - 47.69) x 10-4-0.40 x 106Pi - 0.4MPap -工讲-16412.94 - 2.58 x 10-6Pa - 2.58MPa工进A63.59 x 10 - 4p - 退-634.12 - 0.13 x 10-6Pa - 0.13MPa快退 A47.69 x 10 - 427.155 x 10-33P功率计算 q = 0.4
10、x 106 x= 47.7W 快进 快进快进6031x10-3P工进=p工进q工进=2.58 x 106 x _60_ = 133 .3WP = p q = 0.13 x 106 x 21.4 x10-3 = 46.4W 快退 快退快退604. 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。1:祝、JMjp (M&)流成1 (L/min)功率F (WJ快进9A7J5547.71 进2.58快退IM 32M46.4图3液压缸的工况图三、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
11、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P尸0.8Mpa。b3.2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。
12、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
13、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f减压阀8f单向阀9f电磁换向阀10f定位缸18无杆腔定位缸18有杆腔f电磁换向阀10f油箱2. 再夹紧工件定位后，压力油压力升高到
14、单向顺序阀开启的压力，单向顺 序阀开启。压力油f单向顺序阀11f单向调速阀12f夹紧缸17无杆腔夹紧缸17有杆腔f电磁换向阀10f油箱(2) 快进：2YA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1f单向阀2f电磁换向阀3f单向行程调速阀4f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
15、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1f单向阀2f电磁换向阀3f单向行程调速阀4f主液压缸19无杆 腔主液压缸19有杆腔1电磁换向阀3f液控顺序阀6f背压阀7f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。叶片泵一单向阀4一电磁换向阀3主液压缸有杆腔 主液压缸无杆腔一单 向行程阀4一电磁换向阀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通电液压油一减压阀8单向阀9一电磁阀10定位缸18和夹紧缸17的有杆腔定位缸18无杆腔一电磁阀10油
