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机械设计制造及其自动化专业课程设计任务书编号课程名称液压与气动技术办学单位阎良学习中心设计题目卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统设计学生姓名卜建锋
一、课程设计目的与要求目的使学生综合运用《液压与气动》课程及其它先修课程的理论知识和生产实际知识,进行液压传动的设计实践,使理论知识和生产实际知识紧密结合起来,从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展要求一台卧式单面多轴钻孔组合机床,动力滑台的工作循环是快进一工进一快退一停止液压系统的主要性能参数要求如下,轴向切削力为滑台移动部件总质量为24000N;510kg;力口、减速时间为采用平导轨,静摩擦系数为动摩擦系数为快进行程为
0.2s;
0.2,
0.1,;200mm,工进行程为快进与快退速度相等,均为工进速度为工作时lOOmm,
3.5m/min,30〜40mm/min要求运动平稳,且可随时停止运动试设计动力滑台的液压系统二,课程设计内容卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统设计三课程设计进度安排宣布设计任务,明确课题任务及要求,收集阅读有关设计资料天
1.
0.5液压与气压系统的设计与计算天
2.
1.详细细设计天
32.5)液压系统原理图设计1)液压缸装配图设计及零件图设计2撰写设计、计算说明书天
4.
0.5指导教师签字办学单位意见教学班负责人签字、分校盖章由前面的表格知最大负载为工进阶段的负载F二25800N,按此计算A-则A=---=--------------------竿------------=
71.7x10-3m2液压缸直径P--P40xl05--x8xl051h由A1二2A2,可知活塞杆直径D=国,d=
0.707D=
0.707X
95.5mm=
67.55mm按GB/T2348-1993将所计算的D与d值分别圆整到相近的标准直径,以便采用标准的密封装置圆整后得D=100mm d=70mm按标准直径算出A=-D2=-102cm2=
78.54c/44A=D2-J2^102-702cm2=
40.05cm22按最低工进速度验算液压缸尺寸,查产品样本,调速阀最小稳定流量q=0-05//min,因工进速度V=
0.03m/min为最小速度,则有min
0.05x103冬427cm-=
16.67%~O.O3xlO2□minA1=
78.54cm
216.67cm2,满足最低速度的要求3计算液压缸各阶段的工作压力,流量和功率根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积,可以算出液压缸工作过程各阶段的压力,流量和功率,在计算工进时背压按Pb=8Xl5pa代入,快退时背压按P=5X105Pa代人计算公式和计算结果于下表中b工负进油压力Pj回油压力所需流量输入功率p作载F Pbq循N PaPa L/min kw环厂…F+APAkQ=V A-AP=PjqPb=PJ I2差P尸P=
6.65X105PaX
13.475+AP
536.8N+
0.5Mpa动536q=
3.5m/L/min=
11.65Xx
40.05c疝快.8minX=
0.149kw=
6.65X105Pa105进
78.54c/-
40.05c//2=
13.475L/minq=VAi P=PjqD__+外4厂AP=
36.9X1015pa XO.314P=8Xb工258R二105Pa q=
0.03m/L/min25800+
0.8Mpa x进00minX=
0.0193kw
40.05cM
78.5W
78.54cm2=
36.9X105Pa=
0.314L/minD-—+PMq=VA2厂4P=PjqP尸q=
3.5m/m P=
11.2X105Pa X
14.
0536.8N+
0.5Mpx在
53678.54cm2inX L/minP=5X
40.05cm2b追.8105Pa
40.05c病=
0.2613kw=
14.0=
11.2X105PaL/min表3-1液压缸所需的实际流量,压力和功率注
1.差动连接时,液压缸的回油口到进油口之间的压力损失△P=5Xl5pa,而与二+APoPj2快退时,液压缸有杆腔进油,压力为弓,无杆腔回油,压力为
4.退时回油腔中有背压,这时与也可按5xl5pa估算.p/iPat一型
0.665loo200300L/mm
1.12各阶段压力图q/L/iin
13.
4750.314°10020030L/mm
14.0各阶段流量图P/KW,
0.
1490.0193°10020030L/mm
0.2613液压缸的工况图二液压泵的参数计算由表3-1可知工进阶段液压缸工作压力最大,若取进油路总压力损失EaP=5X105Pa,压力继电器可靠动作需要压力差为5X105pa,则液压泵最高工作压力可按式下式算出、+£AP+5X105=
36.9+5+5X105Pa=
46.9X105PaPp=P因此泵的额定压力可取P l.25X
46.9X105Pa=
58.625X105Par由表3-1可知,工进时所需流量最小是
0.314/min,设溢流阀最小溢流为
2.5L/mino取泄露系数K=l.1,则小流量泵的流量应为
1.1X
0.314+
2.5L/min=
2.8454L/minq p[快进快退时液压缸所需的最大流量是
14.OL/min,则泵的总流量为夕〃二
1.1X
14.0L/min=
15.4L/min即大流量泵的流量外22卷-9〃1=
15.4-
2.8454=
12.5546L/mino根据上面计算的压力和流量,并考虑液压泵存在容积损失,查《液压元件及选用》,选用YB1-10/
2.5型的双联叶片泵,该泵额定压力为
6.3MPa.额定转速为1450r/min.三电动机的选择系统为双泵供油系统,其中小泵1的流量q=
3.625x10-3/60m3/5=
0.060x10-3m3/s,大泵流量pi=
14.5x10-3/60机3/SR.242x10-33八差动快进,快退时两个泵同时向系1Tl统供油;工进时,小泵向系统供油,大泵卸载下面分别计算三个阶段所需的电动机功率P1:差动连接差动快进时,大泵2的出口压力经单向阀11与小泵1汇合,然后经单向阀2,三位五通阀3,二位二通阀4进入液压缸大腔,大腔的压力5pi=P,=
6.65x1由样本可知,小泵的出口压力损失AP]=
4.5X10Ta,大泵出口到小泵的压力损失^=A.55«于是计算得小泵的出口压力与八=
11.15x15尸,总效率〃=
0.5,大泵出口I XIOP O压力=
12.65x15p.总效率%=
0.
5.电动机功率n Pq
1.115X106X
0.060xl O-
31.265xl06x
0.242xW3r…P227%
0.
50.52:工进考虑到调速阀所需最小压力差A片压力继电器可靠动作需要压=5xlO5pa=召+广A+4户pl
2.而大泵的卸载压力取P〃2=2Xl5pa.
46.9x10$Pa力差△舄=5xl5尸口因此工进时小泵的出口压力小泵的总效率7二
0.565,大泵总效率〃2=.3电动机功率n PpxQxPp.q.
46.5xio5x
0.06x IO-32xl05x
0.242x IO-3……P=1=1=
655.3VVy%
0.
5650.33快退类似差动快进分析知小泵的出口压力以=Pp】=
15.7X105pa总效率〃产
0.5,大泵出口压力Pp2=
17.2X l5pa总效率%=
0.
51.电动机功率_PpM Pq_
15.7x105x
0.060x IO-3P22i=I~~~=7i%0-
517.2x105x
0.242xlO3…”=
1004.5WH
0.51综合比较,快退时所需功率最大据此查样本选用Y90s-4异步电动机,电动机功率
1.IKWo额定转速1400r/mino
四、元件选择1确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件的实际流量,查阅产品样本,选出的阀类元件和辅助规格如下表所示其中溢流阀12按小流量泵的额定流量选取过滤器按液压泵额定流量的2倍选取吸油用线隙式过滤器表中序号与系统原理图的序号一致表五液压元件明细表序号元件名称最大通型号备注价格厂家过流量/L.min11双联叶片泵19YB1-10/
2.5查《液压元件及选用》CLAIR昌林表2-58生产厂家900元2单向阀19I-25B查《液压元件及选用》CLAIR昌林表4-146生产厂家50元338查《液压元件及选用》三位五通电磁阀35Z,-63BY CCLAIR昌林表4-170生产厂家630元43822D-63BH查《机械设计手册单行}二位二通电磁阀本》表20-7-1645调速阀
3.82Q-10H8查《机械设计手册单行本》表20-7-1246压力继电器DP-63B查《液压元件及选用》表4-967单向阀19I-25B查《液压元件及选用》表4-1468液控顺序阀
0.16XY-25B查《液压元件及选用》表4-819背压阀
0.16B-10B查《机械设计手册单行本》表20-7-8410液控顺序阀(卸12XY-25B查《液压元件及选用》载用)表4-8111单向阀12I-25B查《液压元件及选用》表4-14612溢流阀4Y10B查《液压元件及选用》CLAIR昌林表4-14生产厂家110元13过滤器XU-B32X查《液压元件及选用》38100表5-1714压力表开关K-6B2油管的选择根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算由于本系统液压缸差动连接快进快退时,油管内通油量最大,其实际流量为泵的额定流量的两倍达38L/min,液压缸进、出油管直径由下表可知为统一规格,按产品样本选取所有油管均为内径15mm,外径19mm的10号冷拔管3油箱容积的确定中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的57倍,现取7倍,故油箱容积为〜V=7X19L=133L
五、液压系统性能验算-压力损失的验算及泵压力的调整1工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整工进时管路中的流量仅为
0.314L/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仅考虑调速阀的压力损失,M=5xl5尸“回油路上只有背压阀的压力损失,小流量泵的调整压力应等于工进时的液压缸的工作压力耳加上进油路压差△耳,并考虑压力继电器动作需要,则P+5x\O5Pa=
36.9+5+5X105Pa=
46.9X105Pap即小流量泵的溢流阀12应按此压力调整2快退时的压力损失验算和大流量泵卸载压力的调整因快退时,液压缸无杆腔的回油量是进油量的2倍,其压力损失比快进时的要大,因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失,以便确定大流量泵的卸载压力由于系统管路布局尚未确定,所以只能估算系统压力损失估算时,首先确定管道内液体的流动状态现取进,回油路管道长为l=L8m,油管直径d=15X10-3m,通过的流量为进油路q]=19L/min=
0.317X103m3/s,回油路q=38L/min=
0.633X10-3m3/s,油的运动粘度取v=l.5cm2/s,油的密度P=900kg/m3,液压系统元件采用集成块式的配置形式1确定油流的流动状态按式2-19经单位换算为Re=—xlO4=1,2732^xl04v dv式中v——平均流速m/s;D——油管内径m;V------油的运动粘度cY/sq通过的流量m3/s则进油路中的液流雷诺数为
1.2732x
0.317xlO-xlO4x1792300~~15xl0-3xl.5回油路中的液流雷诺数为
1.
27320.633x x10-3xlO4x
3581.515x10-3*2300由上可知,进油路中的流动都是层流2沿程压力损失EAR由式2-33可算出进油路和回油路的压力损失4r444x
0.317x10”、#乜口々、大、土在进油路上,流速v=—=--------------;------7~1・79m/s成
3.1415210-6X X2则压力损失为64I夕廿_64x
1.8x900x
1.792=
0.62105P^X业R d2-179x15x10-3x2在回油路上,流速为进油路流速的2倍即V=
3.58m/s则压力损失为64I pv22in5nf=-------------------=^
1.24x10Pa氏八d2358x15x10-3x23局部压力损失由于采用集成块式的液压装置,所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失,通过各阀的局部压力损失按式1-39计算,结果于表五中表六阀类元件局部压力损失兀件名称额定流量实际通过的流额定压力损实际压力损失量失q n/L.min q/L.min-1△%X105△p/xlO5Pa尸°-i单向阀
2251620.82三位五通电磁6316/
320.26/
1.034阀3单向阀
11251241.03二位二通电磁
63321.034阀4注快退时经过三位五通阀的两油道流量不同,压力损失也不同若取集成块进油路的压力损失“厂
0.3X105Pa,回油路压力损失为切,广65X105Pa,则进油路和回油路总的压力损失为=Z3勾+Z37+/]=
0.62+082+
0.26+046+03X105Pa=
2.46X・・・105Pa个广2广
1.24+
1.03+
1.03+
0.5X105Pa=
3.26X105PaZM=2MZ前面已算出快退时液压缸负载F=
536.8N;则快退时液压缸的工作压力为P.
536.8+E22Al/二[
536.8+
3.26X105X
78.54X10-4/
40.05X10-4]Pa=
7.733X105Pa可算出快退时泵的工作压力为=PjEAp/
7.733+
2.46X105Pa=
10.193X105PaPp因此,大流量泵卸载阀10的调整压力应大于
10.193X105Pao从以上验算结果可以看出,各个工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值,说明液压系统的油路结构,元件的参数是合理的,满足要求二液压系统的发热和升温验算西安广播电视大学机械设计制造及其自动化专业(本科)《液压与气动技术》课程设计题目卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统设计姓名卜建锋学号专业机械设计及其制造层次______________________年级秋13学校阎良学习中心工作单位___________________指导老师___________________完成时间在整个工作循环中工进阶段所占用的时间最长,所以系统的发热主要是工进阶段造成的,故按工进工况验算系统升温工进时液压泵的输入功率如前面计算P尸
655.3W工进时液压缸的输出功率P=FV=25800X
0.03/60W=
12.9W2系统总的发热功率
①为
①=P1-=
655.3-
12.9W=
642.4W已知邮箱容积V=133L=133X10-33,则邮箱近似散热面积A为nlA=
0.065Vv7=
0.065V1332m2=
1.6913m2假定通风良好,取邮箱散热系数=15x10-3%^/根
2.,则可得油液升温为AT=-^―=x
25.
34642.410C A1510-
31.69X XT设环境温度心=25°C,则热平衡温度为=7;+AT=25°C+
25.34°C=
50.34°C[;]=70°CTx所以油箱散热基本可达到要求
六、小结为期一周的液压课程设计是结束了,虽然经历的时间不多,也感觉时间不够用,学到的东西还是蛮多的液压我们是上学期学的,课程设计拉到这个学期,还是起到一个蛮好的复习作用自己刚开始做的时候,发现自己都忘得差不多了,也是参考着前辈们做的课程设计才略微的捡起一些液压知识其次,理论终究是归理论,液压课本知识学得再好,当然自己也没学好,做起设计起来还是蛮吃力的又要考虑理论部分,还得结合现实的实际情况我想这就是为什么很多公司比较重视工作经验的原因吧以后还是得劲量珍惜这为数不少的设计环节最后,因为自己是走读生住在外面,这课程设计是一个人闷着搞啊好多东西都没弄清,去公寓走了一趟,顿然开朗啊这或许就是集体的智慧还是更伟大些,这也说明自己的那种合作理念不行啊总之这次课程设计受益匪浅,希望学校还多增加一些实践环节
七、参考文献
[1]王守城段俊勇.《液压元件及选用》.
[2]胡竞湘《液压与气压传动》
[3]成大先《机械设计手册单行本液压与气压传动》3Y目录
一、负载分析
11.1负载与运动分析
11.2负载图和速度图的绘制2
二、设计方案拟定3
三、参数计算
53.1液压缸参数计算
53.2液压泵的参数计算
103.3电动机的选择11
四、元件选择
124.1确定阀类元件及辅件
124.2油管的选择
144.3油箱容积的确定14
五、液压系统性能验算
145.1验算系统压力损失
145.2验算系统发热与温升16
六、小结18
七、参考文献18
一、负载分析
1.1负载与运动分析
1.工作负载工作负载即为轴向切削力Ff=
240002.摩擦负载摩擦负载即为导轨的摩擦阻力静摩擦阻力Ffs=
0.2X5100=
1020.动摩擦阻力Ffd=01X5100=
5103.惯性负载取重力加速度=10m/s2,则有移动部件质量为m=510kg❷Fm=MXAv^At=510X
3.5+60+
0.2=
148.75N=149N启动F=F『i020N Ft=F/n=1020/
0.95=
1073.7N加速F=Ffd+F=1020+149=1169N Ft=F/n=1169/
0.95=
1230.5Nm快进F=Ffa=510N Ft=F/n=510/
0.
95536.8N工进F=F+F尸()20+25800=245100N Ft=F/n=245100/
0.95=25800NM I快退F=Ffi=510N Ft=F/n=510/
0.95=
536.8N表1液压缸各阶段的负载和推力(液压缸的机械效率取n=
0.95)取n=
0.95o工况负载组成液压缸推力液压缸负载F/NFtF/n启动F=Ffs
10201073.7加速
11691230.5F=F«+Pm快进
510536.8F=Pfd工进F=%+F.24510025800快退
510536.8P=Ffd
2.2负载图和速度图的绘制负载图按表1中所示数据绘制,如下图1所示25800F/N
1230.
51073.
7536.80100200303L/mm-
536.8-
1230.5图1负载循环图速度图按如下已知数值绘制快进速度内与快退速度也分别为vl=v2=
3.5/min快进行程Ll=200mm工进行程L2=100mm快退行程L3=Ll+L2=300mm工进速度v2=
0.
030.04m/min速度图如下图2所示图2速度循环图
二、设计方案拟定1确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床,选用双作用叶片泵双泵供油,调速阀进油节流调速的开式回路,溢流阀做定压阀为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲,在回路上加背压阀,初定背压值Pb=O.8Mpa.2选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工作,反向快退,且快进快退速度相等,因此选用单活塞杆液压缸,快进时差动连接,无杆腔面积人等于有杆腔面积A2的二倍3快速运动回路和速度换接回路根据运动方式和要求,采用差动连接和双泵供油二种快速运动回路来实现快速运动即快进时,由大小泵同时供油,液压缸实现差动连接采用二位二通电磁阀的速度换接回路,控制由快进转为工进与采用行程阀相比,电磁阀可直接安装在液压站上,且能实现自动化控制,由工作台的行程开关控制,管路较简单,行程大小也容易调整,另外采用液压顺序阀与单向阀来切断差动油路因此速度换接回路为行程阀与压力联合控制形式4换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求,所以选用电磁换想阀的换向回路为便于实现差动连接,所以选用三位五通电磁换向阀为提高换向的位置精度,采用死挡铁铁和压力继电器的行程终点返程控制5组成液压系统绘原理图将上述选出的液压基本回路组合在一起,并根据要求作必要的修改补充,即组成如图4-1所示的液压系统图为便于观察调整压力,在液压泵的进口处,背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点,并设置多点压力表开关这样只需一个压力表即能观测各点压力图2-1组合机床动力滑台液压系统原理图液压系统中各电磁铁的动作顺序如表2-2所示1Y2Y3Y快进+——工进+—+快退—+—停止———表2-2电磁铁动作顺序表
三、参数计算
(一)液压缸参数计算1:初选液压缸的工作压力,所设计的动力滑台在工进时负载最大,在其他工况负载都不太高,参考表2和表3初定液压缸的工作压力PtMOXlOWo表2按负载选择工作压力、负载/KN551010-2030305050〜〜〜工作压力p/MPa
0.8-1L
522.5,~33445N5〜〜〜表3液压常用设备的工作压力设备类型机床农业机械液压机、重或磨床组合机龙门拉床型机械、起重中型工程床刨床运输机械机械工作压力p/MPa
0.8-2352881010182032〜〜〜〜〜2确定液压缸的主要结构尺寸要求动力滑台的快进,快退速度相等,现采用活塞杆固定的单杆式液压缸快进时采用差动连接,并取无杆腔有效面积4等于有杆腔有效面积A2的二倍即%=2A为了防止在钻孔钻通时滑台突然前冲,在回油路中装有背压阀,按表8-2,初选背压阀外=8X105Pa快进时液压缸虽然作差动连接,但是由于油管中有压降AP存在,有杆腔o的压力必须大于无杆腔,估算时可取△尸5x105p快退时回油腔中有背压,这时鸟也可按5xl5pa估算表4执行元件背压的估计值系统类型背压力Pa/MPa简单系统和一般轻载的节流调速系
0.
20.5〜统中、低压系统0〜回油路带调速阀的调速系统
0.
50.8〜8MPa回油路带背压阀
0.5~
1.5采用带补液压泵的闭式回路
0.8~
1.5中高压系统>8〜同上比中低压系统高16MPa50%100%〜高压系统〉16如锻压机械等〜初算时背压可忽略不32MPa计。