液压课程设计钻镗专用机床液压系统.docx

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液压课程设计钻镗专用机床液压系统

 

液压与气压传动课程设计

计算说明书

设计题目钻镗专用机床液压系统

 

2012年12月7日

机械动力工程学院

 

第一章绪论

液压系统是以电机提供动力基础,使用液压泵将机械能转为压力,推动液压油。

通过控制各种阀门改变液压油的流向,从而推动液压缸做出不同行程,不同方向的动作,完成各种设备不同的动作需要。

液压系统的设计是整机设计的一部分,它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外,还应当满足结构简单、工作安全可靠、效率高、寿命长、经济型好、使用维护方便等条件。

 

第二章设计要求及工况分析

2.1设计题目

设计钻镗专用机床液压系统,其工作循环为定位——夹紧——快进——工进——死档铁停留——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)

工件及夹具重量

(N)

行程(mm)

速度(m/min)

启动时间

(s)

静摩擦系数fs

动摩擦系数fd

快进

工进

快进

工进

快退

进给缸

4000

1000

500

200

55

7

0.5

5

0.2

0.2

0.1

夹紧缸

1000

2.2设计要求

(1)确定执行元件(液压缸)的主要结构尺寸D、d;

(2)绘制正式液压系统图;

(3)选择各类元件及辅件的形式和规格;

(4)确定系统的主要参数;

(5)进行必要的性能估算(系统发热计算和效率计算)。

2.3工况分析

(1)负载分析

主缸:

钻镗阻力

=4000N

工作台重量

=1000N

摩擦阻力

=G×fs=1000×0.2=200N

=G×fd=1000×0.1=100N

惯性阻力

F惯=ma=

×

=1000/10×7/0.2×60=58N

重力阻力

因工作部件是卧式安装,故重力阻力为零。

密封阻力

将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去,取液压缸机械效率

ηm=0.95

背压阻力

背压力pB由表2.3选取(待后)

根据上述分析可算出液压缸在各动作阶段中的负载如表1.1。

表2.1液压缸各动作阶段中的总负载

工况

计算公式

液压缸负载F(N)

液压缸推力F/ηm(N)

启动

F=F静

200

210

加速

F=F动+F惯

158

166

快进

F=F动

100

105

工进

F=F阻+F动

4100

4316

快退

F=F动

100

105

(2)负载图、速度图

快进速度V进=7m/min,快退速度V退=5m/min,行程分别为L进=200mm.L退=255mm;工进速度V工=0.5m/min,行程L工=55mm。

根据这些数据和表2.1中的数值绘制液压缸的F-L负载图和V-L速度图,如图1.1所示

(a)F-L负载图

(b)V-L速度图

图2.1液压缸的负载图和速度图

2.4初定液压缸的参数

主缸:

1.初选液压缸的工作压力p1

2.机床的最大负载F=4316N,根据下表2.2可得:

 

表2.2按负载选择液压执行元件的工作压力

载荷/kN

<5

5~10

10~20

20~30

30~50

>50

工作压力(MPa)

0.8~1

1.5~2

2.5~3

3~4

4~5

5~7

初选主缸工作压力p1=1Mpa

由表2.3暂取背压pB=p2=0.5MPa。

表2.3背压阻力

系统类型

背压阻力/MPa

中低压系统或请在节流调速系统

0.2~0.5

回油路带调速阀或背压阀的系统

0.5~1.5

采用辅助泵补油的闭式油路系统

1~1.5

采用多路阀的复杂的油路系统

1.2~3

2.确定液压缸的主要结构参数

由负载图看出,最大负载值为工进阶段的负载F=4316N,为实现快进与快退速度相等,采用差动连接,则活塞直径d=0.707D。

F=AP=

-

=

-

=

(p1–0.51p2)

D=

=

=0.0859m=8.59cm

查设计手册,按照液压缸内径系列将以上计算值圆整为标准值,取D=9cm

d=

=0.707D=0.707×9=6.363cm按标准取d=6.3cm

由此求得液压缸无杆腔有效工作面积A1=

=

=63.6cm2

液压缸有杆腔面积A1=

=

=32.4cm2

工进时采用调速阀调速,查设计手册,调速阀最小稳定流量为qmin=0.05L/min,工进速度V=0.5m/min,则

=

=10cm2

10cm2

副缸:

取副缸压强为p=0.63MPa

工作压力F’=1000N

D=

=

=4.49×10-2m=4.49cm查设计手册,按照液压缸内径系列将以上计算值圆整为标准值,取

D’=45mmd’=32mm

2.5计算液压缸各工况的流量、工作压力、流量、功率

(1)计算工作压力

由表2.2,本系统的被压估计值在0.5~1.5Mpa范围内选取,故暂定,工进时背压值Pb=0.8Mpa,快速运动时,工作压力损失

Δp=0.5Mpa

则液压缸在工作循环各阶段的工作压力:

1差动快进阶段

p2=p1+Δp

p1A1=(p1+Δp)A2+F

p1=

=

=0.55MPa

2工作进给阶段

p1A1=p2A2+F

p1=

=

=1.09MPa

3快速退回阶段

p2A2=p1A1+F

p2=

=

=1.01MPa

(2)计算液压缸的输入流量

4差动快进阶段

q=V(A1-A2)=

=218.4×10-4m3/s=21.84L/min

5工作进给阶段

q=A1V2=63.6×10-4×0.5=3.18L/min

6快速退回阶段

q=A2V3=

=16.2L/min

(3)计算液压缸的输入功率

①差动快进阶段

P=p1q=

=0.1998W=0.200KW

②工作进给阶段

P=p1q=1.09×106×0.053×10-3=58W=0.058KW

③快速退回阶段

P=p2q=1.01×106×0.27×10-3=272W=0.272KW

表2.4液压缸工作循环中的压力、流量和功率

工作阶段

工作压力(MPa)

输入流量(L/min)

输入功率(KW)

快进

0.55

21.84

0.200

工进

1.09

3.18

0.058

快退

1.01

16.2

0.272

第三章液压系统原理图的拟定

根据钻镗床的设计任务和工况分析,该机床对调整范围、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。

3.1速度控制回路的选择

本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,故采用调速阀调速。

有三种方案可供选择,即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的调速。

本系统为小功率系统,效率和发热问题并不突出;连续加工,切削力变化不大,而且是正负载,在其它条件相同的情况下,进口节流调速比出口节流调速能获得更低的稳定速度,故本机床液压系统采用调速阀式进口节流调速回路,为防止孔钻通时发生前冲,在回油路上应加背压阀。

由表2.4得知,液压系统的供油主要为低压大流量和高压小流量两个阶段,若采用单个定量泵,显然系统的功率损失大、效率低。

为了提高系统效率和节约能源,采用双泵供油回路。

由于选定了节流调速方案,所以油路采用开式循环回路。

3.2换向和速度换接回路的选择

本系统对换向平稳性的要求不是很高,所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路。

为便于差动连接,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,选用Y型中位机能。

由计算可知,当滑台从快进转为工进时,进入液压缸的流量由21.84L/min降为3.18L/min,可选二位二通行程换向阀来进行速度换接,以减少液压冲击。

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,采用死挡铁加压力继电器的行程终点。

3.3压力控制回路的选择

由于采用双泵供油回路,故用液控顺序阀实现低压大流量泵卸荷,用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。

3.4液压系统原理图

将上述所选定的液压基本回路组合成液压系统,并根据需要作必要的调整,最后画出液压系统原理图如图2.1所示。

图3.1液压系统原理图

 

 

第四章元件的计算与选择

4.1选择液压泵

(1)选定额定压力

由表2.4知,工进阶段液压缸压力最大,取进油路总的压力损失∑Δp=1Mpa,则液压泵的最高工作压力p1=p1+∑Δp=(1.09+1)MPa=2.09Mpa

液压泵的额定压力pr=1.25pp=1.25×2.09=2.61Mpa

(2)选定额定流量

由表2.4可知,液压缸需要的最大流量为21.84L/min,工进时的流量为3.18L/min,取泄露系数k=1.1,则:

快进、快退时泵的流量:

qp≥k1q1=1.1×21.84L/min=24.02L/min

工进时泵的流量:

qp≥k1q1=1.1×3.18L/min=3.498L/min

考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点,尚需加上溢流阀稳定工作的最小溢流量,一般取为3L/min,所以小流量泵的流量为

qp=3.498+3=6.498L/min

V2=25mL/r的YB-10/25型双联叶片泵,其额定转速n=960r/min,容积效率ηpv=0.95,则:

小泵的流量为:

qp1=v1nηpv=10×10-3×960×0.95L/min=9.12L/min

大泵的流量为:

qp2=qp-qp1=24.02-9.12L/min=14.9L/min

则大泵的额定流量为:

qp2=v2nηpv=25×10-3×960×0.95L/min=22.8L/min

由于qp1+qp=31.92L/min>24.02L/min

可以满足要求,故选用YB-10/25型双联叶片泵。

(3)选定电动机

由表2.4可知,快退阶段功率最大,故按快退阶段估算电动机的功率。

取快退时进油路的压力损失∑p1=0.5Mpa,则液压泵的总效率效率ηp=0.75,则电动机的功率:

pp=

=

=

=0.54KW

查设计手册,选用Y90L-6型异步电动机

P=1.1KWn=960r/min

4.2选择液压阀

根据所拟定的液压系统原理图,计算分析通过个液压阀的油液最高压力和最大流量,选择各液压阀的型号规格,列于下表4.1中。

4.3选择辅助元件

油管内径参照所选油口尺寸确定,也可按照管路允许流速进行计算。

本系统选Φ18×1.6无缝钢管。

油箱容量:

V=mqp=(5~7)×20=100~140L

其他辅助元件型号见表4.1。

表4.1液压元件一览表

序号

元件名称

通过流量q/(L/min)

型号规格

1

双联叶片泵

31.92

YB-6/25

2

溢流阀

9.12

Y1-10B

3

单向阀

22.80

I-25B

4

单向阀

9.12

I-10B

5

三位五通电磁换向阀

63.84

35E-40B

6

压力继电器

DP-63B

7

单向行程调速阀

63.84、31.92、3.498

QCI-40B

8

单向阀

15.96

I-10B

9

背压阀

0.48

B-10B

10

外控顺序阀

15.07

XY-25B

11

减压阀

J-10

12

单向阀

I-10B

13

二位四通电磁换向阀

34E-10B

14

单向阀

35E-40B

15

单向节流阀

LF3-E6B

16

压力继电器

DP25B

17

滤油器

31.92

WV-63×180

 

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