液压与气动技术课程设计

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1、设计一台双面钻通孔卧式组合机床的液压系统和液压缸。机床的工作循环为：工件夹紧 一左右动力部件快进一右动力部件工进一右动力快退一右动力部继续工进一左动力部件停 止、右动力部件快退一左右动力部件皆停止、工件松开。已知工件的夹紧力为8000N,两侧 加工切削负载皆为17000N,工作部件的重量皆为9800N，快进、快退的速度为5m/min,X 进速度为0.040.14m/min，快进行程为100mm、左动力部件工进行程为50mm，右动力部 件工作行程为80mm。往复运动的加速、减速时间为0.2s，滑台为平导轨，静、动摩擦系数 分别为0.2和0.1。按上述设计步骤计算如下：1. 工况分析首先根据已知条

2、件，绘制运动部件的速度循环图，如图1.5所示，然后计算各阶段的外 负载并绘制负载图。液压缸所受外负载F包括三种类型，即F = F + Ff + FFw为工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本例中为 20000N；F。一运动部件速度变化时的惯性负载；F导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨可由下 式求得七=f（G + Fr ）G运动部件重力；Fr一垂直于导轨的工作负载，事例中为零；f导轨摩擦系数，本例中取静摩擦系数0.2,动摩擦系数为0.1。求得：%=0.2*9800N=1960N七=0.1*9800n=980N上式中Ffs为静摩擦阻力，F

3、fa为动摩擦阻力。日G AvF =a g Atg一重力加速度；t一加速度或减速度，一般 t=0.010.5sAvAt时间内的速度变化量。在本例中F =竺叩 x 一5一 = 416.67 N9.80.2 x 60根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表1.4），并画出如图1.5所示的 负载 循环图。启动、加速时外负载：F=Ffs+Fa=1960+416.67=2376.67N快进时外负载：F=Ffa=980N工进时外负载：F=Ffa+Fw=980+17000=17980N快退时外负载：F=Ffa=980N2. 拟定液压系统原理图(1) 确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度

4、较低。而在快进、快退时负载较小，速度较 高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反 馈的限压式变量叶片泵。(2) 调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削 类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵 和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并 且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。(3) 速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的 安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要

5、提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切 换的速度换接回路。(4) 夹紧回路的选择用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开， 应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力， 所以接入节流阀调速和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保 持夹紧力的稳定。最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成图1.6所示的液压系统原理图。10cdlil4YA图1.6液压系统原理图3. 液压系统的计算和选择液压元件(1)液压缸主要尺寸的确定1) 工作压力p的确定。工作压力p可根据负载大小及机器的类型来初步确定，表1.1取 液压缸

6、工作压力为3MPa。2) 计算液压缸内径D和活塞杆直径d。由负载图知最大负载F为20980N,按表1.2可 取P2为0.5Mpa, n cm为0.95,考虑到快进、快退速度相等，取d/D为0.7。将上述数据代 入式(1-3)可得Cm=93.4mm-(0.7 _4x17980：3.14x30x 105 x0.95xJ1 -5.I 30根据表2.1,将液压缸内径圆整为标准系列直径D=100mm；活塞杆直径d,按d / D= 0.7 及表2.2活塞杆直径系列取d=70mm。4 x 4000按工作要求夹紧力由两个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低 于进给液压缸的工作压力，现取夹紧缸的

7、工作压力为2.5MPa， 回油背压力为零，n cm为 0.95，则按式(1-3)可得Cm=46.3mmD = 3.14 x 25 x 105 x 0.95按表2.1及表2.2液压缸和活塞杆的尺系列，取夹紧液压缸的D和d分别为50mm及 32mm。3) 计算在各工作阶段液压缸所需的流量q = d2v =_xGx 10-2) x5 = 19.2x 10-3m3 / min = 19.2L/min快进 4 快进 4兀兀q工进=D2v 进=x 0.12 x 0.14 = 1.10x 10-3m3 / min = 1.10L/minq快退兀D2 -d2 V= x C).12 -0.072) x5 = 2

8、0x 10-3m3 / min = 20L/min4快退 4q = D2 v = x 0.12 x 20x 10-3 x 60 = 9.42x 10-3m3 / min = 9.42L/m in夹 4 夹夹 4(2)确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格1)泵的工作压力的确定。考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工 作压力为(1-13)pp液压泵最大工作压力；p执行元件最大工作压力；EA p进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5MPa，复杂系统取 0.51.5MPa，本例取 0.5MPa。p = p +Ap =(3 + 0.5)= 3.5 MPa上述计算所得的pp是系

9、统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态 压力往往超过静态压力：另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定 压力pn应满足pnN(1.251.6) pp。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本例中pn =1.25 p =4.4MPa。2)泵的流量确定。液压泵的最大流量应为(1-14)qp kQ q)mmqp一液压泵的最大流量；(Eq)min-同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作， 尚须加溢流阀的最小溢流量23L / min；Kl系统泄漏系数，一般取KL=1.11.3，现取KL=1.2。q 七 区q) = 1.2 x 20L/min =

10、 24L/min3) 选择液压泵的规格。根据以上算得的pp和qp，再查阅有关手册，现选用YBX-16限 压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量16mL / r，泵的额定压力6. 3MPa，电动 机转速1450r/min，容积效率0.85，总效率0.7。为了使4) 与液压泵匹配的电动机的选定。首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取 两者较大值作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降 低，一般当流量在0.21L/min范围内时，可取n =0.03-0.14。同时还应注意到， 所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即(1-15

11、)Pn-所选电动机额定功率；p：-限压式变量泵的限定压力；qp压力为pB时，泵的输出流量。3Mpa,首先计算快进时的功率，快进时的外负载为2500N，进油路的压力损失定为0.由式可得MPa = 0.35MPa一980一 x 10-6 + 0.3 兀-x 0.0824快进时所需电动机功率为P = ppqp = 0.35 * 20 = 0.11kW 门 60 x 0.7工进时所需电动机功率P为3.5 x 1.09660 x 0.7=0.091kW查阅电动机产品样本，选用Y90S-4型电动机，其额定功率为l.lkW,额定转速为1400r / min。根据产品样本可查得YBX-16的流量压力特性曲线。

12、再由已知的快进时流量为24L / min, 工进时的流量为11L/min，压力为3.5MPa,作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线，如图1.7所示，查得该曲线拐点处的流量为24L/min，压力为2.6MPa，该工作点对应的功率为P = 3.6 x 24 = 1.48kW60 x 0.7图1.7 YBX-16液压泵特性曲线图1-额定流量、压力下的特性曲线；2-实际所选电动机功率满足式(1-15)，拐点处 能正常工作。(3)液压阀的选择工作时间的特性曲线本液压系统可采用力士乐系统或GE系列的阀。方案一：控制液压缸部分选用力士乐系列的阀，其夹紧部分选用叠加阀。方案二：均选用GE系列阀。根据所拟定的液

13、压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表1.5所示。序 号元件名称通过流量/L-min-1型 号1双联叶片泵16YB-4/122溢流阀4Y-18B3单向阀4I-25B4单向阀12I-25B5三位五通电磁阀3235D63BY6单向行程调速阀0.07 25QC11-25B7压力继电器DP63B8单向阀16I-25B9背压阀0.16B-10B10液控顺序阀12XY-25B11压力表Y-63B12过滤器32XU-B32X100表1.5液压元件明细表(4)确定管道尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计 算。本系统主油路流量为差动时流

14、量q=40L / min，压油管的允许流速取u=4m/s，则内径 d为d = 4.6 . = 4.6丝=14.5mm v 4若系统主油路流量按快退时取q=20L / min，则可算得油管内径d=10.3mm。综合诸因素，现取油管的内径d为12mm。吸油管同样可按上式计算(q=24L/min、 v=1.5m/s)，现参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为25mm。(5)液压油箱容积的确定本例为中压液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的57倍来确定，现选用容量为 160L的油箱。4. 液压系统的验算已知该液压系统中进、回油管的内径均为12mm，各段管道的长度分别为：AB=0.3m，

15、 AC=1.7m，AD=1.7m，DE=2m。选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15C，查得 15C时该液压油的运动粘度v =150cst=1.5cm2/s，油的密度p =920kg/m3。(1)压力损失的验算4 X 1.10 X 1033.14 x 1.221)工作进给时进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度为0.14m/min，进 给时的最大流量为1.10L / min，则液压油在管内流速v1为=973.10cm /min = 16.2cm / s管道流动雷诺数Rel为R = Vd =心 x 技=13闵 V 1.575 75Rel2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数人1 = r5 =苔=5.76 e1进油管道BC的沿程压力损失pl-