钻镗专用机床液压系统设计说明.docx
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钻镗专用机床液压系统设计说明
目录
一液压课程设计任务书2
二液压系统的设计与计算3
1．进行工况分析3
2．绘制液压缸的负载图和速度图3
三拟订液压系统原理图5
1．调速回路的选择5
2．快速回路的选择5
3．速度换接回路的选择5
4．换向回路的选择5
5．油源方式的选择5
6．定位夹紧回路的选择5
7．动作转换的控制方式选择5
8．液压基本回路的组成5
四确定执行元件主要参数7
1．工作压力的确定7
2．确定液压缸的内径D和活塞竿直径d7
3.确定夹紧缸的内径和活塞杆直径7
4.计算液压缸各运动阶段的压力，流量和功率7
5.计算夹紧缸的压力9
五确定液压泵的规格和电动机功率及型号10
1．计算液压泵的压力10
2．计算液压泵的流量10
3．选用液压泵规格和型号10
4．确定电动机功率及型号11
5.液压元件及辅助元件的选择11
6．油箱容量的确定12
六验算液压系统性能13
1．回路压力损失验算13
2．液压系统的温升验算15
七参考书目16
一液压课程设计任务书
（一）设计题目
设计钻镗专用机床液压系统，其工作循环定位－夹紧－快进－工进－死挡铁停留－快退－停止－拔销松开等自动循环，采用平导轨主要性能参数见下表。
液压缸
负载力
（N）
工作台
重量
（N）
工作台及夹具重量
（N）
行程（mm）
速度（m/min）
启动时间（s）
静摩擦系数fs
动摩擦系数ft
快进
工进
快进
工进
快退
进给缸
夹紧缸
25000
1900
1500
600
150
70
3.5
0.2
5
0.3
0.21
0.11
（二）设计内容
1）液压传动方案的分析。
2）液压原理图的拟定
3）主要液压元件的设计计算（例油缸）和液压元件，辅助装置的选择。
4）液压系统的验算。
5）绘制液压系统图（包括电磁铁动作顺序表，动作循环表，液压元件名称）；绘制集成块液压原理图；绘制集成块零件图
6）编写设计计算说明书一分（5000字左右）。
二液压系统的设计与计算
1．进行工况分析
液压缸负载主要包括：
切削阻力，惯性阻力，重力，密封阻力和背压阀阻力等
（1）切削阻力F切
F切=25000N
（2），摩擦阻力F静，F动
F静=F法×f静=1500×0.21=315N
F动=F法×f动=1500×0.11=165N
式中:
F法－运动部件作用在导轨上的法向力
f静－静摩擦系数
f动－动摩擦系数
（3）惯性阻力
F惯=G·Δv/（g·Δt）=1500×5/（9.8×0.5×60）=25.5N
式中:
g－重力加速度
G－运动部件重力
Δv－在t时间内变化值
Δt－启动加速度或减速制动时间
（4）重力F：
因运动部件是水平位置，故重力在水平方向的分力为零。
（5）密封阻力F阻
一般按经验取F阻=0.1F总（F为总负载）。
（6）背压阻力
这是液压缸回油路上的阻力，初算时，其数值待系统确定以后才可以定下来。
根据以上分析，可以计算出液压缸各动作中的负载表如下：
工况
计算公式
液压缸的负载N
启动
F启=F静＋F密
F启=315/0.9=350
加速
F加=F动＋F贯＋F密
F加=（165+25.5）/0.9=0.9
快进
F快=F动＋F密
F快=165/0.9=183
工进
F工=F切＋F动＋F密
F工=（25000+165）/0.9=27961
快退
F快=F动＋F密
F快=165/0.9=183
2．绘制液压缸的负载图和速度图
根据上表数值，绘制出液压缸的负载图和转速图，这样便于计算几分析液压系统。
液压缸的负载图及转速图如下：
三拟订液压系统原理图
1．调速回路的选择
根据液压系统要求是进给速度平稳，孔钻透时不前冲，可选用调速阀的进口节流调速回路，出口加背压。
2．快速回路的选择
根据设计要求v快进=3.55m/min,v快退=5m/min,而尽量采用较小规格的液压泵，可以选择差动连接回路。
3．速度换接回路的选择
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。
若采用电磁阀的速度换接回路，调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。
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，在换向方面又无特殊要求，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。
5．油源方式的选择
由设计要求可知，工进时负载大速度较低，而快进、快退时负载较小，速度较高。
为节约能源减少发热。
油源宜采用双泵供油或变量泵供油。
选用双泵供油方式，在快进、快退时，双泵同时向系统供油，当转为共进时，大流量泵通过顺序阀卸荷，小流量泵单独向系统供油，小泵的供油压力由溢流阀来调定。
若采用限压变量泵叶片泵油源，此油源无溢流损失，一般可不装溢流阀，但有时为了保证液压安全，仍可在泵的出口处并联一个溢流阀起安全作用。
6．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，并由同一液压泵供油，所以在夹紧回路中应设减压阀减压，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紧方式，也可以采用带定位的电磁换向阀，以免工作时突然断电而松开。
7．动作转换的控制方式选择
为了确保夹紧后才进行切削，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。
8．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元件外，又增加了液压顺序阀5和单向阀等，其目的是防止回路间干扰及连锁反应。
从原理图中进行简要分析：
1）快进时，阀2左位工作，由于系统压力低，液控顺序阀5关闭，液压缸有杆腔的回油只能经换向阀2、单向阀4和泵流量合流经单向行程调速阀3中的行程阀进入无杆腔而实现差动快进，显然不增加阀5，那么液压缸回油通过阀6回油箱而不能实现差动。
2）工进时，系统压力升高，液控顺序阀5被打开，回油腔油液经液控顺序阀5和背压阀6流回油箱，此时，单向阀4关闭，将进、回油路隔开，使液压缸实现工进。
3）系统组合后，应合理安排几个测压点，这些测压点通过压力表开关与压力表相接，可分别观察各点的压力，用于检查和调试液压系统。
液压系统原理图如下：
四确定执行元件主要参数
1．工作压力的确定
，工作压力可根据负载大小及设备类型来初步确定，现参阅表2－1，根据F工=27961N,选P工=4MPa。
2．确定液压缸的内径D和活塞竿直径d
按P2=0，油缸的机械效率η=1，将数据代入下式：
D=（4F工/πP工）1/2=（4×27961/（π×106））1/2=0.094m
根据液压缸尺寸系列表2－5，将直径圆整成标准直径D=100mm
根据液压缸快进快退速度相近，取d/D=0.7，则活塞杆直径d=0.7×100mm=70mm。
按活塞杆系列表2－6，取d=70mm。
根据已取缸径和活塞竿内径，计算出液压缸实际有效工作面积，无竿腔面积A1和有竿腔面积A2分别为
A1=πD2/4=3.14×0.12/4=78.5×10-4㎡
A2=π（D2-d2）/4=3.14×（0.12-0.72）/4=40×10-4㎡
则液压缸的实际计算工作压力为：
P=4F/πD=4×27961/（π×0.12）=3.6MPa
则实际选取的工作压力P=4MP满足要求
按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度。
若验算后不能获得最小的稳定速度是，还需要响应加大液压缸的直径，直至满足稳定速度为止。
q/v=（50/5）×10-4=10×10-4㎡
由于A>q/v,所以能满足最小稳定速度的要求。
3.确定夹紧缸的内径和活塞杆直径
根据夹紧缸的夹紧力=1900N，选夹紧缸工作压力=1.0MPa可以认为回油压力为零，夹紧缸的机械效率η=1，按式2－1可得：
D=（4F夹/πP夹）1/2=（4×1900/（π×106））1/2=0.049m
根据表2－5取D=50mm
根据活塞杆工作受压，活塞杆直径适当取大时，活塞杆直径d为：
D=0.5D=0.5×50=25mm
根据表2－6取D=25mm
4.计算液压缸各运动阶段的压力，流量和功率
根据上述所确定的液压缸的内径D和活塞竿直径d，以及差动快进时的压力损失时ΔP=0.5MPa，工进时的背压力P=0.8MPa，快进快退时是P=0.5MPa，则可以计算出液压缸各工作阶段的压力，流量和功率。
如下表：
工况
负载
F（N）
回油腔压力
P2（MPa）
进油腔压力
P1（MPa）
输入流量
q×10-4（m3/s）
输出流量
p（Kw）
计算公式
快进启动
350
—
0.61
—
—
P1=（F＋A2△P）/（A1-A2）
q=（A1-A2）v快
P=p1q
快进加速
212
1.07
0.57
变化值
变化值
快进恒速
183
1.067
0.567
2.25
0.128
工进
27961
0.8
4.0
0.26
0.104
p1=（F＋A2P2）/A1；；q=A1vI；p=p1q
快退启动
350
—
0.088
—
—
p1=（F＋A1P2）/A2
q=A2v快
P=P1q
快退加速
212
0.5
1.034
变化值
变化值
快退恒速
183
0.5
1.027
2.3
0.24
根据上表可以用坐标法绘制出“液压工况图”，此图可以直观看出液压缸各运动阶段的主要参数变化情况。
液压工况图如下：
液压缸结构如下：
5.计算夹紧缸的压力
进油腔压力p1为
=F夹/A1=1900/0.00785Pa
=0.24MPa
五确定液压泵的规格和电动机功率及型号
1．计算液压泵的压力
液压泵的工作压力应当考虑液压缸最高有效工作压力和管路系统的压力损失。
所以泵的工作压力为：
P泵=P1+ΣΔP
式中：
P泵----液压泵最大工作压力
P1----液压缸最大有效工作压力
ΣΔP----管路系统的压力损失，由于进口节流，出口加背压阀的调速方式，取ΣΔP=1MPa。
P泵=P1+ΣΔP=F1/A1+1MPa
=27961N/0.00785m2+1MPa
=4.6MPa。
上述计算所得的P泵是系统的静态压力，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储蓄量，提高泵的寿命，所以选泵的额定压力应满足P额=1.25～1.6P泵。
本系统为中低压系统应去小值，故取P额=1.25P泵=5.75MPa
2．计算液压泵的流量
液压泵的最大流量q泵应为
q泵>K（∑q）max
式中：
（∑q）max----同时动作各液压缸所需流量之和的最大值
K----系统的泄露系数，一般取K=1.1～1.3，现取K=1.2。
q泵=K（∑q）max=1.2×2.3=2.8×10-4m3/s
3．选用液压泵规格和型号
根据P额、P泵值查阅有关手册，选用YB-16型单级叶片泵。
该泵的基本参数为：
排量16L/min,额定压力P额=6.3MPa,电动机转速960r/min,容积效率ηc=0.
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