卧式钻床液压系统.docx
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卧式钻床液压系统
课程设计任务书
1．设计目的：
液压传动课程设计是机械设计制造及其自动化专业的主要专业基础课和必修课，是在完成《液压与气压传动》课程理论教学以后所进行的重要实践教学环节。
学生通过课程设计对所学内容能够灵活掌握，融会贯通，并获得综合运用所学知识进行液压系统设计的基本能力。
通过课程设计，学生应达到以下目的：
1.巩固和深化已学的液压传动的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤；
2.锻炼机械制图、结构设计和工程运算的能力；
3.熟悉液压缸的结构设计以及液压元件的选择方法；
4.学会使用有关国家标准、液压手册及产品样本等有关技术资料。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
工作循环：
手工上料——自动夹紧——工作台快进——铣削进给——工作台快退——夹具松开——手工卸料。
工作台液压缸负载力（KN）：
FL＝2.0夹紧液压缸负载力（KN）：
Fc＝4.8
工作台液压缸移动件重力（KN）：
G＝3.5夹紧液压缸负移动件重力（N）：
Gc
＝45
工作台快进、快退速度（m/min）：
V1=V3＝6.5夹紧液压缸行程（mm）：
Lc＝
工作台工进速度（mm/min）：
V2＝48
夹紧液压缸运动时间（S）：
tc＝1
工作台液压缸快进行程（mm）：
L1＝450
导轨面静摩擦系数：
μs=0.2
工作台液压缸工进行程（mm）：
L2＝80
导轨面动摩擦系数：
μd=0.1
工作台启动时间（S）：
t=0.5
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
（1）液压系统原理图1张；
（2）设计计算说明书1份。
一.运动参数分析
二．计算液压缸尺寸和所需流量三．确定液压系统方案，拟定液压系统图四．选择液压元件和确定辅助装置五．确定电机功率六．液压系统的性能验算
序号
FL
FC
G
GC
V1
V2
L1
L2
LC
tC
8
2.0
4.8
3.5
45
6.5
48
450
80
10
1
一·运动参数分析
根据主机要求画出动作循环图，然后根据动作循环图和速度要求画出速度与路程的工况图。
夹紧
快进
工进
快退
松开
设计内容
1.负载与运动分析
1.1工作负载
1）夹紧缸
工作负载：
Fl=FC+GCμs=4800+45*0.2=4809N
F2=FC+GCμd=4800+45*0.1=4804.5N
夹紧缸最大夹紧力Fmax
Fmax=F1/0.9=5343N
夹紧缸最小夹紧力Fmin
Fmin=F2/0.9=5338N
由于夹紧缸的工作对于系统的整体操作的影响不是很高，所以在系统的设计计算中把夹紧缸的工作过程简化为全程的匀速直线运动，所以不考虑夹紧缸的惯性负载等一些其他的因素。
2）工作台液压缸
工作负载极为切削阻力FL=2.0KN。
1.2摩擦负载
摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：
（1）静摩擦阻力
Ffs=μs*G=0.2×3500=700N
（2）动摩擦阻力
Ffd=μd*G=0.1×3500=350N
1.3惯性负载
G△vG（v1-0）35006.5/60
Fi====77.38Ng△tg△t9.80.5
1.4负载图与速度图的绘制
快进
t1=L1=450=4.15s
V16.5×103∕60
工进
t2=L2=80=100s
V248⁄60
快退
t3=L1+L2=450+80=4.89s
V36.5×103∕60
因为液压缸的受力还有密封阻力，所以假设液压缸机械效率ηcm=0.9，
得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1.1所示。
表1.1液压缸在各工作阶段的负载和推力
工况
负载组成
液压缸负载F/N
液压缸推力
F0=F/ηcm/N
启动
F=Ffs
700
777.8
加速
F=Ffd+Fi
427.38
474.87
快进
F=Ffd
350
388.9
工进
F=Ffd+FL
2350
2611.1
反向启动
F=Ffs
700
777.8
加速
F=Ffd+Fi
427.38
474.87
快退
F=Ffd
350
388.9
表二
液压缸负载与工作压力之间的关系:
负载/
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
表三
液压缸内径尺寸系列：
（mm）
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
320
400
500
630
表四
活塞杆直径尺寸系列：
（mm）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
55
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
136
400
速度与路程的工况图：
二．计算液压缸尺寸和所需流量：
1.工作压力的确定，查表二，取工作压力P=1MPa
2.计算液压缸尺寸
（1）液压缸的有效工作面积A1
F
A1=P
2611.1
1000000
=2611（mm2）
液压缸内径：
D=（4A1/π）1/2=57.7（mm）
查表三，取标准值D=63mm
2）活塞杆直径：
要求快进与快退的速度相等，故用差动连接方式，所以，取d=0.7D=44.1mm,查表四，取标准值d=45mm。
3）缸径、杆径取标准值后的有效工作面积：
无杆腔有效工作面积：
A1=D2=X632=3116（mm2）
活塞杆面积：
ππ
A3=d2=X452=1590（mm2）
有杆腔有效工作面积：
A2=A1-A3=3116-1590=1526（mm2）
qgj=A1V2=3116X10-6X0.048≈0.15（L/min）
4.夹紧缸的有效面积、工作压力和流量的确定：
（1）确定夹紧缸的工作压力：
查表二，取工作压力Pj=2MPa
（2）计算夹紧缸有效面积、缸径、杆径：
夹紧缸有效面积Aj:
Aj==5343=2671.5（mm2）
jPj2
夹紧缸直径Dj:
Dj=（4Aj/π）1/2=58.3（mm）
取标准值为Dj=63mm
则夹紧缸的有效面积为:
Aj=Dj2=3115.67（mm2）
活塞杆直径dj:
dj=0.5Dj=32（mm）
夹紧缸在最小夹紧力时的工作压力为：
3）计算夹紧缸的流量qjqj=AjVj=3115.67×10-6×10×10-3×60≈1.87（L/min）三．确定液压系统方案，拟定液压系统图
1．确定执行元件的类型
（1）工作缸：
根据本设计的特点要求，选用无杆腔面积等于两倍有杆腔面积的差动液压缸。
（2）夹紧缸：
由于结构上的原因和为了有较大的有效工作面积，采用单杆液压缸。
2．换向方式确定
为了便于工作台在任意位置停止，使调整方便，所以采用三位换向阀。
为了便于组成差动连接，应采用三位五通换向阀。
考虑本设计机器工作位置的调整方便性和采用液压夹紧的具体情况，采用“Y”型机能的三位五通换向阀。
3.调整方式的选择
在组合机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。
根据钻、镗类专机工作时对对低速性能和速度负载都有一定要求的特点，采
用调速阀进行调速。
为了便于实现压力控制，采用进油节流调速。
同时为了
考虑低速进给时的平稳性，以及避免钻通孔终了时出现前冲现象，在回油路上设有背压阀。
4．快进转工进的控制方式的选择
为了保证转换平稳、可靠、精度高，采用行程控制阀。
5．终点转换控制方式的选择
根据镗削时停留和控制轴向尺寸的工艺要求，本机采用行程开关和压力继电器加死挡铁控制。
6．实现快速运动的供油部分设计
因为快进、快退和工进的速度相差很大，为了减少功率损耗，采用双联泵驱动（也可采用变量泵）。
工进时中压小流量泵供油，并控制液压卸荷阀，使低压大流量泵卸荷；快进时两泵同时供油。
7．夹紧回路的确定
由于夹紧回路所需压力低于进给系统压力，所以在供油路上串接一个尖压阀。
此外为了防止主系统压力下降时（如快进和快退）影响夹紧系统的压力，所以在减压阀后串接一个单向阀。
夹紧缸只有两种工作状态，故采用二位阀控制。
这里采用二位五通带钢球定位的电磁换向阀。
为了实现夹紧后才能让滑台开始快进的顺序动作，并保证进给系统工作时夹紧系统的压力始终不低于所需要的最小夹紧力，故在夹紧回路上安装一个压力继电器。
当压力继电器工作时，滑台进给；当夹紧力降到压力继电器复位时，换向阀回到中位，进给停止。
根据以上分析，绘出液压系统图如
1.2双联泵3.三位五通电磁阀4.减压阀5.安全阀6.背压阀7.顺序阀
8.9.10.12.15单向阀11.行程控制阀13.调速阀14.二位五通电磁换向阀
16.17压力继电器18.液压缸19.夹紧缸
1.夹紧：
3YA通电
进油：
（1-9、2-8）-4-15-14（右位）-19（上腔）-下移
回油：
19（下腔）-14（右位）-油箱
2.快进：
1YA通电
进油：
（1-9、2-8）-3（左位）-11-18（左腔）-右移
回油：
18（右腔）-3（左位）-8-11-18（左腔）-右移
3.工进：
11切断
进油：
2-10-3（左位）-13-18（左腔）-右移
回油：
18（右腔）-3（左位）-6-油箱
4.快退：
2YA通电
进油：
（1-9、2-10）-3（右位）-18-左移
回油：
18（左腔）-12-3（右位）-油箱
5.松开：
4YA通电
（1-9、2-10）-4-15-14（左位）-19（下腔）-上移
开关
动作
1YA
2YA
3YA
4YA
行
程
阀
压力
继电
器
夹紧
-
-
+
-
-
-
快进
+
-
+
-
-
-
工进
+
-
+
-
+
-
快退
-
+
+
-
+
-
松开
-
-
-
+
-
+
．选择液压元件和确定辅助装置：
1.选择液压泵：
（1）泵的工作压力的确定：
初算时可取∑△P=0.5MPa-1.2MPa,考虑背压，现取∑△P=1MPa。
泵的工作压力Pb初定为Pb=P+∑△P=1+1=2（MPa）。
式中P为液压缸的工作压力；∑△P为系统的压力损失。
执行元件背压力估计值
系统类型
背压力/MPa
中低压系统0
8MPa
简单系统和一般轻载节
流调速系统
0.2~0.5
回油路带调速阀的系统
0.5~0.8
回油路带背压阀
0.5~1.5
采用带补液泵的闭式回
路
0.8~1.5
（2）泵的流量的确定：
1.快速进退时泵的流量：
由于液压缸采用差动连接方式，而有杆腔有效面积A2小于活塞杆面积A3，故在速度相等的情况下，快退所需的流量小于快进的流量，故按快进考虑。
快进时缸所需的流量为：
qkt=A2Vk=8.745×10-3=9（L/min）快进时泵应供油量为：
qktb=Kqkt=1.1X9=9.9（L/min）
式中K为系统的泄漏系数，一般K=1.1-1.3，此处取K=1.1。
2.工进时泵的流量：
工进时缸所需的流量为：
qgj=A1Vg=3116X10-6X0.048=0.15（L/min）工进时泵应供流量为：
qgjb=Kqgj=1.1X0.15=0.165（L/min）
考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点，需加上溢流阀的最小溢流量（一般取3L/min）,所以
qgjb=0.17+3=3.17（L/min）根据组合机床的具体情况从产品样本中选用YB-4/6型双联叶片泵，此泵在快速进退时（低压状态下双泵供油）提供流量为：
qmax=4+6=10（L/min）=qktb在工进时（高压状态下小流量的泵供油）提供的流量为qmin=4（L/min）>qgjb
故所选泵符合系统要求。
（3）验算快进、快退的实际速度：
Vkj=qmax/A3=10X10-3/1590X10-6=6.3（m/min）Vkt=qmax/A2=10X10-3/1526X10-6=6.6（m/min）
2.选择阀类元件：
各类阀可按通过该阀的最大流量和实际工作压力选取，阀的调整压力值，必须在确定了管路的压力损失和阀的压力损失后才能确定。
3.确定油管尺寸：
1）油管内径的确定：
可按下式计算：
π4d2=q
泵的最大流量为10L/min,但在系统快进时，部分油管流量可达20L/min。
按20L/min计算，取V为4m/s,则
d=（4X0.020/3.14X4X60）1/2=10（mm）
（2）按标准选取油管：
可按标准选取内径d=10mm，壁厚为1mm的紫铜管，安装方便处可选用内径d=10mm，外径D=16mm的无缝钢管。
5.确定油箱容量：
本设计为中压系统，油箱有效容量可按泵每分钟内公称流量的5-7倍来确定。
V=5Xqb=5X10=50（L）
6.工进时所需的功率
根据p1A1=F+A2p2，工进时油路的流量仅为0.15L/min，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计。
这时进油路上只考虑调速阀的损失0.6MPa，回油路上只有被压阀损失，还有夹紧缸的压力2MPa，小流量泵的调整压力p=p1+2+0.6+0.8=4.3MPa
工进时泵1的调整压力为4.3MPa流量为4L/min.泵2卸荷时，其卸荷压力
可视为零取其效率η=0.75所以工进时所需电机功率为
Pb1液压泵的最大公最压力（Pa）
Qb1液压泵的输出流量（m3/s）
7.
pbqb
快进快退时所需的功率
序号
名称
通过流量
（L/min）
型号及规格
1.2
双联叶片泵
10
YB-4/6
3
三位五通电磁阀
9.9
34EF3Y-E10B
4
减压阀
1.87
Y-10B
5.
安全阀
3.375
YF3-10B
6
背压阀
<1
B-10B
7
顺序阀
11.57
AXF3-10B
8.9.10.12.15
单向阀
11.57
YAF3-Ea10B
11
行程阀
--
k-6B
p=
=0.3Kw
13
调速阀
<1
QF3-E6aB
14
二位五通电磁换
向阀
1.87
23D-10B
16.17
压力继电器
--
PF-D8L
五．确定电机功率由于快速运动所需电机功率大于工作进给所需电机功率，故可按快速所需的功率来选取电机，现按标准选取电机功率为1.1Kw。
具体型号可参考相关手册。
六．液压系统的性能验算1．油液温升验算
工作在整个工作循环过程中所占的时间比例达92%，所以系统发热和油液升温可按工进时的工况来计算。
工进时液压缸的有效功率为P=pq=Fv=2611.1×0.048÷60=2.1W，这时大流量液压泵经过溢流阀卸荷，小流量泵在高压下供油，所以两个泵的
总输出功率为P1==（4.3×106×0.00317）/（0.75×60）=302.9W,由此
求得液压系统的发热量为Hi=P1-Pe=（302.9-2.1）W=300.8W,
当油箱的高、宽、长比例在1：
1：
1到1：
2：
3范围内，且油面高度为油箱高度的80％时，油箱散热面积近似为：
A=6.663V2
式中V为油箱有效容积（m3）；A为散热面积（m2）取油箱有效容积V=0.25m3，散热系数K=15W/（m2C）按T=Hi计算，所以油液的温升为：
KA
查得《液压与气压传动》章宏甲主编P338表8-19可知，此温升值没有超过允许范围，所以该液压系统不必设置冷却器。
2．验算系统压力损失由于系统的具体管道布置尚未具体确定,整个系统的压力损失无法全面估算。
所以只能估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布置图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。
本设计镗床液压系统为小型液压系统，管路的压力损失很小，可以不考虑。
3.确定液压缸所需的流量：
快进流量qkj:
qkj=A3V1=8.745×103≈9（L/min）
快退流量qkt:
qkt=A2V3=8.39×10-3=8（L/min）
工进流量qj:
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