课程设计（论文）-单面多轴钻孔组合机床液压系统设计说明书.doc

仲恺农业工程学院课 程 设 计单面多轴钻孔组合机床液压系统设计姓 名 院（系） 机电工程学院专业班级 学 号 指导教师 目 录单面多轴钻孔组合机床液压系统设计说明书3课程设计题目3一、行工况分析，确定液压缸推力71、工况分析及液压缸的推力：7二、确定液压缸工作压力、结构尺寸、初定液压缸流量92、选取工作压力及背压力93、确定液压缸结构尺寸94、认证液压缸筒壁厚95、定液压缸筒的长度106、求最少活塞杆直径107、校核活塞杆的稳定性108、液压缸各截面积119、液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表12三、确定定位夹紧液压缸结构尺寸及流量121、定位夹紧力设计计算12四、设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台的液压系统图13五、液压元件设计计算与选择141、液压泵工作压力、流量、驱动功率计算142、确定液压缸的输入输出流量和移动速度173、根据工作压力和通流量选取液压元件184、油管尺寸185、油箱容积19六、液压系统稳定性论证191、液压泵工作压力稳定性校核192、液压泵工作压力的估算203、估算系统效率、发热和温升21七、参考文献22单面多轴钻孔组合机床液压系统设计说明书课程设计题目 单面多轴钻孔组合机床液压系统设计（指导老师：张日红） 某自动线上的一台单面多轴钻孔组合机床的动力滑台为卧式布置（导轨为水平导轨，其静、动摩擦系数j=0.2; d=0.1）拟采用杆固定的单杆液压缸驱动滑台，完成工件钻削加工时的进给运动；工件的定位、夹紧均采用液压控制方式，以保证自动化要求。由液压与电气配合实现的自动循环要求为：定位夹紧快进工进快退原位停止夹具松开拔定位销，动力滑台运动参数和动力参数见表1所示。 表1 动力滑台的运动参数和动力参数工况行程/mm速度/（m/s）时间/s运动部件重力 G/N钻削负载Fe/N启动、制动时间快进1500.19800_0.21.5工进10040000113.2快退2502.5_2.51、大泵，2、小泵，3、滤油器，4、外控顺序阀，5、15、单向阀， 6、溢流阀，7、电液换向阀，8、单向行程调速阀，9、压力继电器，10、主液压缸，11、二位三通电磁换向阀，12、背大压阀，13、二位二通换向阀，14、减压阀，16、带定位装置的二位四通电磁换向阀，17、单向顺序阀，18、定位液压缸，19、夹紧液压缸A、工件夹紧：5YA通电（1）、先定位：压力油减压阀14单向阀15电磁阀定位缸19无杆腔定位缸19有杆腔电磁阀油箱（2）、再夹紧工件定位后，压力油升高到单向顺序阀开启的压力，单向顺序阀开启，压力油单向顺序阀夹紧缸18无杆腔夹紧缸18有杆腔电磁阀油箱 工件夹紧到位，压力油压力升高到压力继电器调定压力，继电器发信，1YA通电，主系统快进。B、快进：1YA通电，电液换向阀左位工作， 大泵单向阀5电液换向阀7行程阀8主液压缸无杆腔小泵2 液压缸有杆腔电磁阀11电液换向阀7单向行程调速阀8主缸（差动换接）C：工进：3YA通电，切断差动油路，快进行程到位，挡铁压下行程阀8，切断快进油路，3YA通电，切断差动油路，快进转工进，液压系统工作压力升高到溢流阀5调定压力，进油路高压油切断单阀5供油路,打开外控顺序阀4，大泵卸荷，接通经背压阀12通油箱油路。大泵外控顺序阀5（卸荷阀）油箱（大泵卸荷）小泵2电液换向阀7单向行程调速阀8主液压缸无杆腔主液压缸有杆腔电磁阀11电液换向阀7背压阀12油箱D、快退：1YA断电，2YA、3YA、4YA通电工进结束，液压缸碰上死挡铁，压力升高到压力继电器调定压力，压力继电器发出信息，1YA断电，2YA、3YA、4YA通电大泵单向阀5电液换向阀7电磁阀11主液压缸有杆腔小泵2 主液压缸无杆腔单向行程调速阀8电液换向阀7电磁阀13油箱小泵2 主液压缸无杆腔快退到位碰行程开关，行程开关发信，6YA通电，下步工件松夹。E、工件松夹：6YA通电压力油减压阀14单向阀15电磁阀定位缸19和定位缸18的有杆腔定位缸19无杆腔电磁阀油箱夹紧缸18无杆腔单向顺序阀的单向阀电磁阀油箱工件松夹后发出信息，操作人员取出工件。一、行工况分析，确定液压缸推力1、工况分析及液压缸的推力：（1）、工况分析钻削推力： F切=40000N静摩擦力： Fj= j G=0.2*9800=1960N动摩擦力： Fd= d G=0.1*9800=980N启动惯性力： Fg=1000*0.5=500N (其中 m=G/g=9800/9.8=1000kg，a=v/t=0.5m/s2)（2）、液压缸的推力（液压缸效率）启动推力： F启= Fj/=1960/0.9=2177.8N 加速推力： F加=（Fd+Fg）/=(980+500)/0.9=1644.4N快进推力： F快= Fd/=980/0.9=1088.9N工进推力： F工=（F切+ Fd）/=（40000+980）/0.9=45533.3N反向启动过程作用力与F启、F加、F快大小相同，方向相反。 表1 动力滑台液压缸外负载计算结果工况外负载 F/N快进启动2178加速1644恒速1089工进45533快退启动2178加速1644恒速1089工况运行图如下： 图4-18：单面多轴钻孔组合机床液压缸工况图二、确定液压缸工作压力、结构尺寸、初定液压缸流量2、选取工作压力及背压力F工=45533N 查机械设计手册表（注1）,机床为低压设备类型，P1<7MPa，取P1=5 MPa，为防止加工结束动力头突然前冲, 设回油路有背压阀或调速阀，取背压P2=0.8 MPa。3、确定液压缸结构尺寸取液压缸无杆腔作工作腔列液压缸力的平衡方程：图2 单面多轴钻孔组合机床液压系统设计液压缸力的平衡图F=P1A1- P2A2= A1（P1- P2 A2/ A1） 快进速度V快=0.1m/s，工进速度V工进=,相差很大,应进行差动换接,取k= A2/ A1=0.5,则： =115.3mm 取液压缸筒标准值：D= 125mm d=0.707D=88.4mm 取活塞杆标准值： d=90mm 4、认证液压缸筒壁厚中低压液压系统,由其钻削加工性能确定液压缸筒壁厚，按薄壁圆筒计算壁厚： 额定工作压力： Pn=6.3 MPa<16MPa 试验压力为： Py=1.5Pn=1.5×6.3 =9.45MPa许用应力取： （ 取安全系数n=5） 0.0485、定液压缸筒的长度活塞杆工作行程：0-250mm活塞杆伸出长度不少于 250mm查活塞行程第一系列（GB/T 2349-1993）,取活塞杆长 l= 320mm 取液压缸筒长：L=320mm 6、求最少活塞杆直径取 24mm比d=70mm少2.92倍,稳定性足够安全可靠。7、校核活塞杆的稳定性（1）、求活塞杆的临界半径 22.5mm其中活塞杆横截面惯性矩：=活塞杆的横截面积：A=（2）、求活塞杆的临界负载 250/22.5=11.1选用45#钢，取其柔性系数液压缸的安装方式采用一端固定,一端自由,其末端系数活塞杆细长比： 42.5 取： 45#钢的弹性模量：取（其中a为材料组织缺陷系数，钢材一般取a1/12，b为活塞杆截面不均匀系数，一般取b1/13）活塞杆伸出长度:L=250mm求得,所以远远大于工作压力30000N，细长比11.1远远小于=42.5该液压缸活塞杆的稳定性能好,可靠性高。（3）、求活塞杆临界负载的安全系数其安全系数：nk=58、液压缸各截面积 9、液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表工况负 载F（N）液压缸计算公式油压力P1（MPa）回油压力P2（MPa）输入流量入功率P(W) 快速启动21780.806P1=(Fi+pA2)/ AP2= P1+pQ= A×v快；P=P1Q加速16440.7221.222恒速10890.6351.1350.637404.5工进455334.100.80.01145. 1 P1=(Fi+p2A2)/A1Q=v工A1P=p1Q工快退启动加速恒速21780.369P1=(Fi+p2A1)/A2Q= A×v快P= P1Q16441.7310.710891.637 0.70.591967.5其中，差动连接快进时，液压缸有杆腔压力必须大于无杆腔压力，其中差值估取，并注意到启动瞬间油缸尚未移动，此时=0；另外，取快退的回油压力损失为0.7MPa。三、确定定位夹紧液压缸结构尺寸及流量1、定位夹紧力设计计算K1安全系数K2加工系数K3刀具钝化系数K4断位切削系数根据实用经验，夹紧支撑系数f1=0.2，f2=0.7121421.3N根据实用经验，推荐夹紧工作压力P夹20×105Pa 0.2780m=278.0mm查（GB/T 2348-1993）得，取两个液压缸筒直径标准值：D=280mm设定活塞杆承受拉力，取活塞杆标准直径： d=0.707D=200mmQ夹=四、设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台的液压系统图电磁铁动作表动作1YA2YA3YA4YA5YA6YADP1DP2工件夹紧 快进 工进快退 工件松夹 五、液压元件设计计算与选择1、液压泵工作压力、流量、驱动功率计算（1）、高压小流量泵工作压力计算高压小流量泵工作循环过程中，由工况表得，最大工作压力出现在工进阶段，大小为4.10MPa，而压力继电器的调整压力应比液压缸最高工作压力大0.5MPa。此时刚的输入流量较少，且采用调速阀进口节流调速，故设定工进最大压力损失为0.8MPa，则4.10+0.5+0.8=5.4Mpa（2）、低压大流量泵工作压力计算低压大流量泵的快速进退工作表得知快退工作压力为1.731MPa，高于快进工作压力0.722MPa，取1.75MPa为快速进给工作压力, 设定快进最大压力损失为0.5MPa，则：1.75+0.5=2.25MPa（3）、液压泵的流量计算由工况表得知，最大输入流量出现在快退阶段，取漏油系数K=1.2，双泵的最小供油流量应为查工况表，工进最大流量，溢流阀最少稳定流量为，则小流量泵所需的最小流量为 大流量泵最小流量为（4）、确定液压泵的规格根据系统所需流量，拟选初选双联液压泵的转速为n=1000r/min，泵的容积效率，算得小流量泵的排量参考值为大流量泵的排量参考值为根据以上计算结果查阅机械设计手册，选用规格相近的型双联叶片泵，泵的额定压力为，小泵排量为；大泵排量为；泵的额定转速为,容积效率，倒退算得到小泵和大泵的额定流量分别为双泵的流量为与系统所需流量相符。（5）、电动机的驱动功率计算从液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表得知，液压缸最大输出功率出现在快退阶段。 快速进退最大工作压力：，双泵的流量=已知电机效率：，则电动机的驱动功率为（6）、电动机型号的选用查Y系列三相异步电动机参数表，选用规格相近的型三相异步电机，其额定功率3kW，转速960r/min。用此转速驱动液压泵时，小泵和大泵的实际输出流量分别为双泵总流量为工进时的溢流量为5.44-0.5=4.94L/min，仍能满足系统各工况对流量的要求。2、确定液压缸的输入输出流量和移动速度工况流量移动速度 m/s时间/s输入流量L/min输出流量L/min快进工进0.637快退3、根据工作压力和通流量选取液压元件序号名称通过流量（L/min）额定流量（L/min）额定压力（MPa）额定压降（MPa）型号1双联叶片泵 50/6.36.3YB1-50/6.32三位五通电液换向阀93.691006.30.335DY-100BY3行程阀93.691006.30.322C-100BH4调速阀166.3Q-6B5单向阀100.981256.30.2I-125B6单向阀45.12636.30.2I-63B7顺序阀43.20636.3XY-63B8背压阀1106.3B-10B9溢流阀4.94106.3Y-10B10单向阀43.20636.30.2I-63B11过滤阀48.64636.312压力表开关K-6B13单向阀100.981256.30.2I-125B14压力继电器6.315减压阀43.20636.3J-63B16单向阀43.20636.30.2I-63B17二位四通电磁换向阀43.20636.30.324D-63B18单向顺序阀43.20636.30.2I-63B19压力继电器6.320压力继电器6.34、油管尺寸按标准化元件计算液压油管内径尺寸如下：= 18mm 5、油箱容积本系统属于中压系统，但考虑到要将泵组的阀组安装在油箱顶盖上，故取系数，得油箱容量为六、液压系统稳定性论证1、液压泵工作压力稳定性校核（1）、系统快进液压泵工作压力稳定性校核A、进油路压力损失经计算油管内径d=18mm，液压装置未安装前，设置进、回油管长度L=2m, 因为工作循环中进回油管道中通过的最大流量Q=101.23L/min,由此算得雷诺数得小于临界雷诺数2300，所以各工况下的进油路中的液流均为层流。1）进回油路沿程阻力损失2）、进回油路局部阻力损失3）、进回油路液压阀阻力损失4）、进回油路总阻力损失5）、系统快进总压力损失6）、系统快进液压泵工作压力系统快进工作性能稳定可靠。管道压力损失/Pa工况计算公式快进工进快退进油管道1.30.00891.41=0.130.000890.1412.5135.6240.9864.2515.6402.112=+回油管道0.630.0040.677=0.0630.00040.06771.2456.3525.1162.2966.3617.021=+2、液压泵工作压力的估算 小流量泵在工进时的压力：其中为液压缸的工作夜里，为进油路上的压力损失，压力继电器比缸工作腔最高压力所大的值。此值为调整溢流阀9的主要参考依据。大流量泵在快退时的工作压力最高，则：此值为调整顺流阀7的调整压力是的主要参考依据。3、估算系统效率、发热和温升 本系统由于在其工作持续时间中，工进时间占了绝大部分的比例，所以系统效率，发热和温升可概略用工进是的数值来代表。计算系统效率 前已知去双联液压泵的总效率，现在取液压泵的总效率 ，则本液压系统的总效率： 计算系统的发热功率计算系统的散热功率前面已经算了油箱有效容积为1000L=1 ，按照式V=0.8abh球的油箱各边之积为：abh=V/0.8=1/0.8=1.25 取a=b=h，则a=b=h=1.08m所以，油箱的散热面积：A=1.8（a+b）h+1.5ab=1.8（1.08+1.08）1.08+1.5 1.08 1.08=5.95油箱的散热功率：取K=15W/（m），=25，得：=15×5.95×25=2231.25W=580.16W可见油箱散热能够买足液压系统的散热要求，不需要加其他冷却装置。七、参考文献1 刘军营、李素玲.液压传动系统设计与应用实例解析M.北京：机械工业出版社，20112 董伟亮 .液压设计手册(软件版V1.0)M. 北京：机械工业出版社，2005 3 周士昌.液压系统设计图集M.北京：机械工业出版社，20034 刘延俊.液压回路与系统M.北京：化学工业出版社，20095机械设计手册编委.机械设计手册:液压传动与控制M.北京：机械工业出版社，2007 6张利平. 液压站M.北京：化学工业出版社，2008 21