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1、 液压与气压传动课程设计说明书学 院、 系： 机械工程学院 专 业： 学 生 姓 名 ： 班 级： 指导教师姓名： 李 硕 职称： 副教授最终评定成绩： 2017 年 12月 11日 至 2017 年 12月 15日1.设计任务书湖南工业大学课 程 设 计 任 务 书（14）2017 2018学年第一学期机械工程学院 学院（系、部） 专业 班级课程名称： 液 压 与 气 压 传 动 设计题目： 卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统设计 完成期限： 2017 年 12月 11 日 至 2017 年 12月 15 日 内 容 及 任 务一、 设计要求与主要技术参数工件的加紧与定位，所需加紧力不得超过
2、6000N。1）机床进给系统的循环为：快进工进快退停止。2）主要技术参数：机床快进快退速度为每分钟6米，工进速度为30120毫米每分钟，快进行程为200毫米，工进行程为50毫米，最大切削力为25000N，运动部件总重量为15000N，加速减速时间为0.1秒，采用平导轨。静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。二、设计任务1、按机床要求设计液压系统，绘出液压系统图；2、确定滑台液压缸的结构参数； 3、计算系统各参数，列出电磁铁动作顺序表；4、选择液压元件型号，列出元件明细表；5、验算液压系统性能； 6、设计说明书一份； 7、液压系统原理图一张；进 度 安 排起 止 日 期工 作 内 容2017.
3、12.112017.12.13进行相关计算并编辑设计计算说明书2017.12.142017.12.14绘制液压系统图2017.12.152017.12.15整理资料并打印，上交资料并答辩主要参考资料1、液压工程手册或新编液压工程手册 雷天觉2、液压设计手册3、机械设计手册 化学工业出版社 成大先4、液压元件及选用 化学工业出版社 王守城 段俊勇5、液压系统设计图集 机械工业出版社 周士昌 6、其他关于液压传动系统设计的资料指导教师（签章）： 年 月 日系（教研室）主任（签章）： 年 月 日 2.工况分析2.1确定执行元件金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动，因此液压系统的执行
4、元件确定为液压缸。2.2分析系统工况 在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。 1、工作负载FW工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即FW=25000N2、惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知加速减速时间为0.1s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为6m/min，因此惯性负载可表示为3、摩擦负载阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻
5、力和动摩擦阻力两部分。静摩擦阻力 Ffj = fjN=动摩擦阻力 Ffd= fdN =根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表1所示。表2-1 液压缸在各工作阶段的负载（单位：N）工况负载组成负载值F液压缸推力=F/起动=3000N3158N加速=+3031N3191N快进=1500N1579N工进=+26500N27895N反向起动=3000N3158N加速=+3031N3191N快退=1500N1579N注：m液压缸的机械效率，取m=0.952.2速度分析根据负载计算结果和已知的个阶段的速度，可绘制出工作循环图如图1（a）所示，所设计组合机床
6、动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度、快进行程L1=200mm、工进行程L2=50mm、快退行程L3=250mm，工进速度快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。快进 工进 快退 根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图（F-t）如图1(b),动力滑台速度循环图如图1（c)所示。图1 动力滑台速度负载循环图 a) 工作循环图 b）负载速度图 c)负载速度图2.3 负载循环图和速度循环图2.4 确定系统主要参数1表2按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa 0.811.522.53344551、选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进
7、时负载最大，其值为27895N，其它工况时的负载都相对较低，初选液压缸的工作压力p1=4.5MPa。2、确定液压缸主要尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积是有杆腔工作面积两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 0.707D的关系。工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应
8、设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为p2=0.8MPa。快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取0.6MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值=0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为，式中：F 负载力 hm液压缸机械效率 A1液压缸无杆腔的有效作用面积 A2液压缸有杆腔的有效作用面积 p1液压缸无杆腔压力 p2液压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为 液压缸缸筒直径为mm由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.70
9、7D，因此活塞杆直径为d=0.70786.58=61.21mm，根据GB/T23481993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=90mm，活塞杆直径为d=63mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：=D/4=6.3610-3 m2=（D2d2）/4=3.2410-3m23、计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为q快进 =（A1-A2）v1=18.72L/min工作台在快退过程中所需要的流量为q快退 =A2v2=19.44L/min工作台在工进过程中所需要的流量为q工进 =A1v1=
10、0.636L/min根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表2所示。表2-2 各工况下的主要参数值工况推力F/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式快进启动315801.635P1=q=(A1-A2)v1P=p1qp2=p1+p加速31912.2461.646恒速15791.7291.12918.720.35工进278950.84.790.6360.051P1=(F+p2A2)/A1q=A1v2P=p1q快退起动315800.60P1=(F+p2A1)/A2q=A2v3P=p1q加速3
11、1910.62.16恒速15790.61.6719.440.54把表2中计算结果绘制成工况图，如图4所示。3.拟定液压系统原理图 根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。3.1 速度控制回路的选择工况图4表明，所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低，但适合于小
12、功率场合，而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。钻镗加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可。但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间，存在负载突变的可能，因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回油路上设置背压阀。由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。3.2 换向和速度换接回路的选择所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的
13、要求不高，流量不大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。为便于实现差动连接，选用三位五通电磁换向阀。为了调整方便和便于增设液压夹紧支路，应考虑选用Y型中位机能。由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进入液压缸的流量由25.1 L/min降为0.95 L/min，可选二位二通行程换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击，如图5所示。由于工作压力较低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。 a.换向回路 b.速度换接回路图5 换向和速度切换回路的选择3.3 压力控制回路的选择 由于采用双泵供油回路
