卧式钻镗组合机床液压系统设计.docx

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卧式钻镗组合机床液压系统设计

课程设计说明书

题目：

液压与气动技术

——卧式钻镗组合机床液压系统设计

姓名：

　郑义强

学号:

1506240130

系别：

机电工程与自动化学院

专业：

机械设计与制造

班级：

　　15机械1

指导教师：

陈佳彬

黎明职业大学

2017年6月27日

调速回路及油源形式

换向回路

8

00

1

2

334

1.设计任务

设计一台卧式钻、镗组合机床液压系统。

该机床用于加工铸铁箱形零件的孔系，运动部件总重G=10000N，液压缸机械效率为，加工时最大切削力为12000N，工作循环为：

“快进——工进——死挡铁停留——快退——原位停止”。

快进行程长度为，工进行程为m。

快进和快退速度为／s，工进速度范围为3×10～5×10m／s，采用平导轨，启动时间为。

要求动力部件可以手动调整，快进转工进平稳、可靠。

设计要求

设计一台卧式钻、镗组合机床液压系统。

该机床用于加工铸铁箱形零件的孔系，运动部件总重G=10000N，液压缸机械效率为，加工时最大切削力为12000N，工作循环为：

“快进——工进——死挡铁停留——快退——原位停止”。

，

设计参数

快进行程长度为，工进行程为m

快进和快退速度为／s工进速度范围为3×10～5×10m／s

主要内容

1、进行工况分析，绘制工况图。

2、拟定液压系统原理图，绘制电磁铁动作表

3、计算液压系统及有关元件参数，选择液压元件

4、液压缸结构设计

5、编写设计说明书

2.工况分析

负载图及速度图

负载分析

a.切削力：

=12000N

b.摩擦阻力：

=×10000=2000N

=×10000=1000N

c.惯性阻力

=N=510N

d.重力阻力

因工作部件是卧式安置，故重力阻力为零。

e.密封阻力

将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去，去液压缸机械效率=。

f.背压阻力

背压力查表选取。

根据上述分析课算出液压缸在各动作阶段中的负载，见下表。

工况

计算公式

液压缸负载F/N

液压缸推力

启动

2000

2222

加速

1510

1678

快速

1000

1111

工进

13000

14444

快退

1000

1111

负载图、速度图。

快进速度与快退速度相等，即==s。

行程分别为=，=；工进速度=m/s，行程=。

负载图和速度图如下。

2-1负载图

2-2速度图

工况分析图。

液压缸工作循环中各动作阶段的压力、流量和功率的实际使用值，见下表。

工况

负载F/N

液压缸

计算公式

回油压力/MPa

输入流量q/（L/min）

进油腔压力/MPa

输入功率P/kW

快进

启动

2222

—

—

—

加速

1678

=+=+

—

—

恒速

1111

工进

14444

~

~

快退

启动

2222

—

—

—

加速

1678

—

—

恒速

1111

根据上表可绘制液压缸的工况图，如下图所示。

2-3工况图

3.方案确定

选择液压回路。

调速回路及油源形式。

由工况图可知，该机床液压系统功率小，速度较低；钻镗加工为连续切削，切削力变化小。

故采用节流调速回路。

为增加运动的平稳性，为防止当工件钻通时工作部件突然前冲，采用调速阀的出口节流调速回路。

由工况图还可以看出，该系统由低压大流量和高压小流量两个阶段组成。

其最大流量与最小流量之比为=~=~，而相应的时间之比为=（20~333）/9=~37。

此比值很大，为了节约资源，采用双定量泵供油。

快速回路及速度换接回路。

因系统要求快进，快退的速度相等，故快进时采用液压缸差动连接的方式，以保证快进、快退时的速度基本相等。

由于快进、工进之间的速度相差较大，为减小速度换接时的液压冲击，采用行程阀控制的换接回路。

换向回路。

由工况图可看出，回路中流量较小，系统的工作压力也不高，故采用电磁换向阀的换向回路。

在双定量泵供油的油源形式确定后，卸荷和调压问题都已基本解决，即工进时，低压泵卸荷，高压泵工作并由溢流阀调定其出口压力。

当换向阀处于中位时，高压泵虽未卸荷，但功率损失不大，故不再采用卸荷回路，以便油路结构更加简单。

行程终点的控制方式。

在行程终点采用死挡铁停留的控制方式。

上述选择的液压回路，如下图所示。

3-1双泵油源3-2调速及速度换接回路3-3换向回路

4.计算和选择液压元件

确定液压泵的规格和电机功率。

压泵工作压力的计算。

a.确定小流量泵的工作压力。

小流量泵在快进、快退和工进时都向系统供油。

最大工作压力为=。

在出口节流调速中，因进油路比较简单，故进油路压力损失取=，则小流量泵的最高工作压力为

=+=+=

b.确定大流量泵的工作压力。

大流量泵只有在快进、快退中供油。

由工况图可知，最大工作压力为=。

若取此时进油路上的压力损失为=，则大流量泵的最高工作压力为

=+=+=

液压泵流量计算。

由工况图知，液压缸所需最大流量为min，若取泄漏折算系数K=，则两个泵的总流量为

=×=（L/min）

因工进时的最大流量为min，考虑到溢流阀的最小稳定流量（3L/min），故小流量泵的流量最少应为min。

液压泵规格的确定。

按式=×[1+（25~60）%]=×[1+（25~60）%]=~及=（L/min）查设计手册，选取型双联叶片泵，额定压力为。

电机功率的确定。

由工况图得知，液压缸最大功率=，出现在压力为、流量为min的快退阶段，这时泵站输出压力为，流量为22L/min。

若取泵的总效率为=，则电机所需功率为

P===

查手册选用功率为、同步转速为1000r/min的电动机。

液压阀的选择。

根据系统的最高工作压力和通过各阀的最大实际流量，选出各阀的规格见下表。

序号

液压元件名称

通过的最大实际流量/（L/min）

型号

规格

接口尺寸

数量

1

双联叶片泵

10/12L/min

1

2

溢流阀

10

Y-25B

25L/min

1

3

顺序阀

12

XY-25B

25L/min

1

4

单向阀

12

I-25B

25L/min

1

5

三位四通电磁换向阀

44

34D-63B

63L/min

1

6

调速阀

Q-25B

25L/min

1

7、10

单向阀

22

I-25B

25L/min

2

8

二位三通机动换向阀

22

23C-25B

25L/min

1

9

压力继电器

—

DP1-63B

调压范围1~

1

11

二位二通电磁换向阀

22

22D-25B

25L/min

1

12

滤油器

22

XU-40×100

40L/min

100

1

13

压力表开关

—

K-6B

1

选择液压元件时，在满足要求的条件下，应尽量选择使各元件的接口尺寸相一致，以便管道的选择和安装方便。

确定管道尺寸

压油管道

由式（5-12）有

d=2

按已选定的标准元件的接口尺寸取d=12mm

吸油管道

d=2

取d=25mm

回油管道

d=2

取d=25mm

3种管道皆为无缝钢管。

确定邮箱容量

按推荐公式V=（5～7）,取V=6×22=132L

5组成液压系统图。

液压系统图、动作循环图及电磁铁动作循环

5-1液压系统图

5-2动作循环图

5-3电磁铁动作循环表

6.液压系统主要性能的估算

液压缸的速度

在液压系统各个组成元件确定之后，液压缸在实际快进、工进和快退时的输入、排出流量和移动速度，已与题目原来所要求的数值不尽相同，故需要重新估算。

估算结果如表。

输入流量/（L/min）

排出流量/（L/min）

移动速度/（m/min）

快进（差动）

=

=

=

=

工进

=～

=

=～

=～

快退

==22

=

=

=

=

系统的效率

回路中的压力损失

管道直径按选定元件的接口尺寸确定，即d=12mm，回路中进、回油管道长度暂取l=12m估算。

油液的运动粘度取v=75。

系统中有关元件的额定压力损失如表

34D-63B

22D-25B

23C-25B

I-25B

Q-25B

XY-25B

4

2

2

5

3

a.快进时的回路压力损失

快进时进油管中的流态为层流，即

Re=vd/v=4,故进油管的沿程压力损失为

进油管的局部压力损失估取为

进油路上，油液只经过1个三位四通电磁换向阀5,参照表，该阀上的局部压力损失为

由此得快进时油路上的压力损失为

同理，可以判断出回油管道中也是层流。

此时，回油经过阀11和阀8，回油量为=min。

两阀局部压力损失为

由此可得快进时回油路上的压力损失为

将回油路上的压力损失折算到进油路上，得出差动快速时进油路上的压力损失为

这个数值的精确值是阀3的调整压力的下限参考之一。

b.工进时的回路压力损失

同理,计算工进时的进油路上的最大压力损失为

回油路上的最大压力损失（取调速两端最小压差为5）为

整个回路的压力损失为

c.快退时的回路压力损失

快退时整个回路压力损失为

液压泵的工作压力。

小流量泵在工进时的工作压力可按式（8-14）求出，但此时液压缸的工作压力需要从新计算，即

=×10（Pa）

此值是溢流阀调整压力的主要参考数据。

顺序阀的调整压力

顺序阀在快进、快退时关闭，工件时打开，其调整压力必须保证关得住，开得及时。

由表知，液压缸在快进、快退时的负载相同，但回路中的压力损失不同，快退时为（快进时为）。

故快退时大流量泵的压力出现最高值，即

=×10（Pa）

故阀3的调整压力应为：

×10Pa>>×10Pa

液压回路和液压系统的效率

液压缸的工作压力为

=×10Pa

级阀3使大流量泵卸荷时的压力损失为

=×10Pa

则回路效率为

=~

泵的效率取=，液压缸效率取=，（即设液压缸的容积效率为1）则系统效率为

=×~×=~

由此可见，定量泵系统在低速工作时效率是很低的。

液压系统发热与温升的验算

本题中，快进、工进和快退所占用的时间分别为

快进：

=3s

工进：

=20~333s

快进：

=

在整个工作循环中，快进占%11%，快退占%14%，工进占74%98%，故温升应按工进工况进行验算。

工进时，液压缸输出的有用功率为

=13000×~/60=~65W

泵的输入功率为

=

故得系统发热量为

=~65）=~

系统温升可按式（8-23）计算（设通风良好）

=~（℃）

此值小于表中所规定的允许温升值