设计一台卧式钻镗专用组合机床的动力滑台及夹具液压系统

设计一台卧式钻镗专用组合机床的动力滑台及夹具液压系统 湖 北 工 业 大 学 液压与气压传动课程设计 课 程 名 称 液压与气压传动 考 试 方 式 课 程 设 计 姓 名 邓凯 学 号 1110100322 专 业 11机设1班 指 导 教 师 陈 水 胜 2014 年 6 月 24 日 1 目录 目录................................................................2 1 设计 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目.........................................................3 2 液压系统的负载分析...............................................4 2.1负载分析..................................................... 5 2.2负载图和速度图绘制........................................... 6 3 确定液压缸工作压力、结构尺寸、初定液压缸流量...................6 3.1初选液压缸的工作压力.........................................7 3.2计算液压缸的尺寸.............................................7 3.3校核活塞杆的稳定性...........................................8 3.4液压缸的最大流量..............................................9 3.5绘制工况图...................................................10 4 确定定位夹紧液压缸结构尺寸及流量...........................11 4.1定位夹紧力设计计算.......................................... 11 5 设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台的液压系统图............... 11 5.1 制定液压回路 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ........................................... 11 5.2 液压系统图工作原理......................................... 14 6 液压元件设计计算与选择................................... 16 6.1液压泵工作压力、流量、驱动功率计算..........................16 6.2根据工作压力和通流量选取液压元件............................18 6.3油管尺寸....................................................19 6.4油箱容积....................................................20 7 液压系统稳定性论证.......................................21 7.1 液压泵工作压力稳定性校核................................... 21 7.2 系统热能工况的稳定性校核....................................23 8 设计总结........................................................25 参考文献...........................................................26 2 一、设计题目 设计一台卧式钻镗专用组合机床的动力滑台及夹具液压系统。其动作循环 ?快进?工进1?工进2?死档快停留?快退?原位停止?松开为:定位?夹紧 ?拔销。动力滑台快进、快退速度为1.5m/min工进1速度为0.05m/min，工进2速度为0.025m/min，为适应工艺变化，要求工进时能在15~150mm/min范围内无极调速，为保证加工精度，要求速度转换平稳，滑台全行程400mm(快进为342mm，工进1为50mm，工进2为8mm)。工进1最大切削力为20000N，工进最大切削力为5000N，动力滑台质量2000kg，采用平导轨，静摩擦系数0.2，动摩擦系数0.1， ，夹紧力为2000N启动、制动时间为0.05s，夹紧时间为0.5s，夹紧行程为40mm并要求可调，工作环境温度为25?。 设计内容 1、液压传动系统方案的对比、选择与工况分析，液压传动系统原理图的拟定、完善。 2、液压元件(包括液压辅助装置。 3、液压系统性能验算。 4、液压系统工作原理图的绘制)的计算或设计。 5、设计 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 书的编写。 设计要求 要求每个学生完成如下工作量: 1、图形符号符合GB786.1-93的液压系统原理图一张。(幅面A3~A2，应包括动作循环图、电磁铁动作顺序表以及各元件明细表) 2、设计说明书一份。(编写顺序为:设计题目、目录、序言、设计计算的主要内容，分章节编写、系统调试说明、总结、谢辞、参考文献) 3 工 况 公 式 总负载(N) 缸推力(N) 二、负载分析 液压缸所受负载包括三种类型，即 F,F，F，FLfa注:式中——工作负载 FL F——导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力 f ——运动部件速度变化时的惯性负载 Fa (1)工作负载 F,20000NL1 FL2,5000N 2)摩擦负载 ( 静摩擦负载:Ffs,2000，g，0.2,4000N 动摩擦负载:Ffd,2000，g，0.1,2000N (3)惯性负载 ,v加速:F,，m,1000Na1,t ,v工进1减速:F,m，,966.7Na2,t ,v工进2减速:F,m，,950Na3,t ,v制动:F,m，,1.67Na4,t ,v反向加速:F,m，,1000Na5,t ,v反向制动:Fa6,m，,1000N,t 根据已知的快进、工进、快退的行程和速度，配合相应负载的数值， 卧室动力滑台外负载计算见表1。 4 F,Ffs 4000 4444 启动 F,Ffd，Fa1 加速 3000 3333 F,Ffd 快进 2000 2222 F,Ffd,Fa2 减速 1033.3 1148.1 F,FL1，Ffd ?工进 22000 24444 F,Ffd,Fa3 减速 1050 1166.7 F,FL2，Ffd ?工进 8000 8888 F,Ffd,Fa4 制动 1998.3 2220.4 F,Ffd，Fa5 反向加速 3000 3333 F,Ffd 快退 2000 2222 F,Ffd,Fa6 反向制动 1000 1111 表1 2.负载图和速度图的绘制 根据负载分析结果及已知的速度要求、行程限制等，绘制出的负载速度如图一所示: 图1 5 图2 三、确定液压缸工作压力、结构尺寸、初定液压缸流量 为了满足工作台快进快退速度相等，并减少液压泵的流量，采用差动链接，则液压缸无杆腔A1与有杆腔的有效面积A2应该满足A1=2A2(即液压缸的内径D和活塞杆直径d之间应满足D=d)。为了防止工进结束时发生前冲，液压缸需2 保持一定的回油背压，暂取背压P2=0.8MP。 表2 表3 6 1.初选液压缸的工作压力 根据设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选液压缸的工作压力为4.0MP。 2、计算液压缸的尺寸 按制动时计算: F24444-32 A,,,6.11，10m无杆6P4，10 4A,22D,,8.82，10m , 2,D2A,,50.27cm查手册 取D=80mm 则 无杆4 Dd,,5.05cm 2 查手册 取d=50mm 则 2d,22A,,19.63cmA,A,A,30.64cm 活塞有杆无杆活塞4 差动连接快进时，液压缸有杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1，其差值 ,P,0估取,并注意到启动瞬间液压缸尚未启动。另外，取,P,P,P,0.5MPa21 快退时的回油压力损失为0.7MPa。 取液压缸无杆腔作工作腔列液压缸力的平衡方程: 图3 P1A1,PbA2,F/,m由 ， PbP1 、—分别为缸的工作压力、回油路背压 7 、—分别为缸的无杆腔工作面积、有杆腔工作面积 AA12 F—缸的工作负载 —液压缸的机械效率，取 ,,,0.9mm F,32再根据 ， 得 AA,2A,,6.79，10m121bP,0.5P1 4A1,D由 得， , 40.0069，3Dmm,，,1093.8工作油缸活塞直径， 3.14 d 0.707D,d93.80.70766.3,，,mm由 得，。 GBT/23481993,参考《机械设计手册》单行本-液压传动，圆整后取 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 数值， Dmm,100d70,mm得，， 222Dd,,，，D,A,由，求得液压缸两腔的实际有效面积为 A,1244 ,42,42工作缸两腔的实际有效面积为Am,，78.510， Am,，401021 3、校核活塞杆的稳定性 因为活塞杆总行程为400mm，而活塞杆直径为70mm，L/d=400/70=5.7<10, 即不需要进行稳定性校核，活塞杆稳定。 4、求液压缸的最大流量 根据上述要求计算各阶段立式滑台液压缸所需的流量 )Q快进,(A1,A2V0,5.7L/min Q工进1,A1,V1,0.39L/min Q工进2,A1,V2,0.19L/min Q快退,A2,V0,6L/min 8 5、绘制工况图 工作循环中各个工作阶段的液压缸压力、流量和功率如表4所示 负载 进油压力回油压力所需流量输入功率 55 工作循环 计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 F(N) L/min W Pj/10PaPb/10Pa 2F，,PA p,j12A,A 012Q,V(A,A) P,pjQ差动快进 2222 10.9 15.9 5.7 103 F，pA2b p,jA1 Q,V1A1 P,pjQ工进1 24444 35.2 8 0.39 22.88 F，pA2b p,jA1 Q,V2A1 P,pjQ工进2 8888 15.4 8 0.19 4.87 1F，pAb p,j2A 02Q,VA P,pjQ快退 2222 15.4 5 6 153.8 表4 由表4可绘制出液压缸的工况图，如图所示 9 图4 四、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 F,2000N夹 根据课程设计题目要求， p,1MPa夹 按照表1的按照负载确定执行元件的压力，取 10 F44，2000夹D,,,50.5mm6,p3.14，1，10 d,0.707D,0.707，50.5,35.7所以有mm 取两个液压缸筒直径标准值: D=50mm d=36mm 夹紧缸和定位缸两腔的实际有效面积为: 223.14，0.05,D,32,,,1.9625，10mA144 2222，，,3.14，0.05,0.036，，,Dd,4,,,9.45，10A244 根据题目要求，夹紧行程为40mm,夹紧时间0.5s，夹紧运动速度为 S0.04,,,,0.08ms夹t0.5 -32Q,,A,0.08，60，1.9625，10,0.00942mmin,9.42Lmin夹夹1 五、设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台的液压系统图 1.制定液压回路方案 1)供油方式:根据上面的计算结果，机床的功率小，滑台速度较低。快进时，系统的流量Q1=5.7L/min，而工进1时，流量变为0.39L/min，所以选择双联式定量叶片泵。如图5所示。 图5 11 2)定位夹紧:设计要求中，要求先定位再夹紧，然后滑台运动，所以采用顺序阀来使定位缸比夹紧缸先运动。只有工进夹紧后，工作台才能移动，所以用压力继电器调定压力。夹紧力要求可调，所以油路中加上一个减压阀，来调节夹紧力。如图6所示: 图6 3)工进回路:设计要求快进快退速度相等，故采用差动连接，又要求有两种工进速度，故在进油口上设置两个调速阀，只通过一个调速阀时为工进1的速度，同时通过两个调速阀时为工进2的速度。如图7所示: 12 图7 综合上方三种油路，即可得到总的油路，电磁铁动作如图8所示，总的油路如图9所示: 图8 13 图9 2.液压系统工作原理 实现工作循环的工作原理如下: (1)定位 油液通过过滤器——单向阀2——减压阀14——单向阀15——换向阀16——定位缸22下腔。 (2)夹紧 当定位缸定位好了后，油路压力增大，使顺序阀17导通，使夹紧缸动作。 油液通过过滤器——单向阀2——减压阀14——单向阀15——换向阀16——顺序阀17——节流阀19——夹紧缸23下腔。 (3)快进 14 当夹紧缸夹紧工件后，油路压力进一步增大，使压力继电器21得电，从而使电液换向阀6的1YA得电，油路为: 进油路:液压泵——单向阀2——电液换向阀6左位——行程阀11——工进缸13左腔。 回油路:工进缸13右腔——电液换向阀6左位——单向阀5——行程阀11——工进缸13左腔。 形成差动连接。 (4)工进1 当工作台快进到一定位置时，会压下行程阀11，切断快进油路，油液只有通过调速阀7才能进油缸，油路压力升高使顺序阀4导通，不形成差动连接。 进油路:液压泵——单向阀2——电液换向阀6左位——调速阀7——电磁换向阀12——工进缸13左腔。 回油路:工进缸13右腔——顺序阀4——溢流阀3——油箱。 (5)工进2 当工作台完成工进1的位移，行程挡块压下行程开关使3YA得电，二位二通换向阀将通路切断，进油阀必须经过调速阀7、8才能进入液压缸，此时调速阀8的开口小于阀7，所以进给速度再次降低。 进油路:液压泵——单向阀2——电液换向阀6左位——调速阀7——调速阀8——工进缸13左腔。 回油路:工进缸13右腔——顺序阀4——溢流阀3——油箱。 (6)止挡块停留 15 当滑台工作进给完毕后，碰上止挡块的滑台不再前进停留在止挡块处，同时系统压力升高，当升高到压力继电器的调整值时，压力继电器动作，经过继电器的延时，再发出信号使滑块返回，停留时间可由继电器调节。 (7)快退 时间继电器延时发出信号，2YA通电，1YA、3YA断电，则油路为: 进油路:液压泵——单向阀2——换向阀6右位——工进缸右腔: 回油路:工进缸左腔——单向阀10——换向阀6右位——油箱。 (8)原位停止 当动力滑台退回到原始位置时，挡块压下行程开关，这时电磁铁2YA失电，电液换向阀6处于中位，动力滑台停止运动，泵输出的油液经过溢流阀直接到油箱。 (9)松开拔销 使4YA得电，二位二通电磁阀16变为左位，定位缸22，夹紧缸23下腔直接与油箱相连，卸荷。 六、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 p1(1)、高压小流量泵工作压力计算 表5进油路总压力损失经验值 ,p总压力损失 系统结构情况 Mpa 一般节流调速即管路简单的系统 0.2~0.5 进油路有调速阀及管路复杂的系统 0.5~1.5 液压泵的流量必须等于或超过几个同时工作的液压执行元件总流量的最大 16 值以及回路中泄油量这10%~30%估计。两者之和。回路中的泄油量可按总流量最大值的 3.52MPa因为高压小流量泵工作循环过程中，最大工作压力，采用调速阀 ,p,进口节流调速，由表5查得工进最大压力损失为0.8Mpa，压力继电器调整压力高出系统最大工作压力之值为0.5Mpa，则小流量泵的最大工作压力应为 pp1,(3.52，0.8，0.5)MPa,4.82MPa p2(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1.54MPa，高于快进工作压力1.09MPa取1.54MPa为快速进给工作压力, 设定快进最大压力损失为 5,p,5，10Pa，则: pp2,(1.54，0.5)MPa,2.04MPa (3)、液压泵的流量及规格 两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为6L/min(由工况表得知)，若回路中的泄漏按液压缸输入流量20%估计，则两个泵的总流量应为: Q,1.2Qmax,1.2，6,7.2L/min 3L/min工进最大流量0.39L/min，溢流阀最少稳定流量为，即高压小流量 qp1,(1.1，0.39，3),3.429L/min，根据以上压力和流量的数值泵的流量最少要 查阅产品样本，最后选取YB1-2.5/6型双级叶片泵，额定转速为1450r/min,驱动功率最大为1.5KW，其小泵和大泵的排量分别为2.5mL/r和6mL/r，若取液压 np,1450r/min泵的容积效率为，则当泵的转速时，液压泵的实际输出,v,0.9 流量为 qp,(2.5，6)，0.9，1.45,11.09L/min能满足系统要求流量。 17 (4)、电动机的驱动功率 由于液压缸在快退时输入功率最大，已知泵的驱动功率为1.5kw，由此，查阅电动机产品样本选中规格相近的Y90L-4型三相异步电动机，其同步转速为1500r/min，额定功率为1.5kw，额定转速为1400r/min，能满足泵的驱动和各工况对陆良的需求。 2、根据工作压力和通流量选取液压元件 序号 名称 额定流量 型号 (L/min) 1 双联叶片泵 11.9 YB1-2.5/6 2 单向阀 25 I-25B 3 背压阀 25 FBF3-6B 4 顺序阀 20 X※F-L10※E 5 单向阀 25 I-25B 6 三位五通电液换向阀 - - 7 调速阀 0.01~6.3 QF3-6※B，a 8 调速阀 0.01~6.3 QF3-6※B，a 9 继电器 - HED1K 10 单向阀 25 I-25B 11 行程阀 - 12 二位二电磁通换向阀 - - 13 工进缸 - - 14 减压阀 - - 18 15 单向阀 25 I-25B 16 二位四通电磁换向阀 - - 17 顺序阀 20 X※F-L10※D 18 单向阀 25 I-25B 19 节流阀 20 单向阀 25 I-25B 21 继电器 - HED1K 22 定位缸 - - 23 夹紧缸 - - 24 溢流阀 63 YF-310L-a 25 过滤器 25 XU-25×200B 3、油管尺寸 各元件间连接管道的规格按元件接口处的尺寸决定，液压缸进、出油管按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如表1-4所示。表中数值说明，液压缸快进、快退速度与设计速度相近。这表明所选的液压泵的型号、规格是适宜的。 表1-4液压缸的进、出流量和运动速度 工步 输入流量L/min 输出流量L/min 移动速度 m/min Aqp1q2,12.1 q,1V0,快 3.1 A1,A2 ,23.8 进 19 q1,0.39q2,0.195 V1,0.05 工进 1 q1,0.19q2,0.095 V2,0.025 工进 2 q1,11.9q2,23.4 V0,2.975 快 退 根据以上表中数字，当油液在压力管中的速度取3m/min时， 按标准化元件计算与液压缸无杆腔和有杆腔相连的液压油管内径尺寸如下: d,2q/(,v),13mm d,2q/(,v),9.2mm 这两根油管都按GB/T3251—2005选用外径取18mm油管内径标准值 d=15mm。 4、油箱容积 油箱的容量，即油面高度为油箱高度的80%时的邮箱有效面积，应根据液压系统的发热、散热平衡的原则来计算。对于一般情况而言，油箱的容量可按液压泵的额定流量估算出来。如对于机床或其他的一些固定的装置，油箱的容量为V(单位L)可依下式估算。 V= ,qp q式中——液压泵的额定流量，单位L/min p ,,, ——也压力有关的经验数据。低压系统=2~4，中压系统=5~7，高压 ,系统=10~12。 20 所以油箱容量为 V==71.4L，根据机械设计手册取V=75L。 ,qp 七、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 按选定的液压元件接口尺寸确定管道内径为15mm，进、回油管道长度均为 0l=3.5m;选取L-AN32号机油40C的运动粘度,油液密度为,,32ST 33。由此可以计算出液流雷诺数 ,,0.9，10kg/m ,dq4R ,,ev,dv ,P,在管道具体结构尚未确定的情况下，管道局部压力损失常按以下经验公 ,P,,0.1,P,式计算 各工况下的阀类元件的局部压力损失按以下公式计算，即 2 ,Pv,,Pn(q/qn) 1)、进油路流态判别 2v,4Q,d ,2.25m/s vd,,Re,1132,< 为层流 2320 2)、进油路沿程压力损失 22Lv75Lv ,p,,,,,,0.035MPa沿d2Rd2e 3)、进油路局部阻力损失 ,p局,,p，0.1,0.0035MPa 21 4)、进油路总阻力损失 ,p,,p，,p,0.0385MPa沿局进 B、回油路压力损失 1)、回油路流态判别 4qv,,1.14m/s 2,d vd,,Re2000,530< 为层流。 2)、回油路沿程阻力损失 275Lv,,p,,,0.014MPa R2de 3)、回油路局部阻力损失 ,p局,,p,，0.1,0.0014MPa 4)、回油路总阻力损失 ,p,,p，,p,0.0154MPa回沿局 C、系统快进总压力损失 A20.0463MPa ,,,，,,ppp回进总A1 D、系统快进液压泵工作压力 p,p，,p大,1.1363MPa 系统快进工作性能稳定可靠。 (2)、系统工进液压泵工作压力稳定性校核 A、系统工进液压泵压力损失 Q工max,0.39L/min 工进流量，其沿程、局部压力损失可略去不计，只有调 速阀、背压阀的压力损失纳入计算如下: 22 A2ppp,,,，,工调背A1 ,1MPa B、系统工进高压小流量液压泵工作压力 P,P，,p1小,3.52+1=4.52MPa 系统工进工作性能稳定可靠。 2、系统热能工况的稳定性校核 (1)、系统效率 1)、快进、工进、快退时间 由设计依据，主液压缸快进行程342mm,工进1行程50mm，工进2行程8mm 则 快L342，60 快进时间:t1,,,13.68s快进V1000，1.5 50，60工进1时间: t2,,60s1000，0.05 8，60工进2时间: t3,,19.2s1000，0.025 400，60快退时间: t4,,16s1000，1.5 2)、快进、工进、快退所占的时间效率 1t快进时间效率: ,12.6,1234t，t，t，t 2t工进1时间效率: ,55.1,1234t，t，t，t 3t工进2时间效率: ,17.6,1234t，t，t，t 4t快退时间效率: ,14.7,1234t，t，t，t 快进快退占进给决时间的24.8%，系统热能稳定性校核主要校核工进时区。 3)、系统工进效率 系统输出功率:,0.029KW Ppq,o工小 23 Pi,P电机,1.5KW系统输入功率: ,,P/Poi系统工进效率:,1.9, (2)、系统热能工况的稳定性校核 工进1时间60s，工进2时间19.2，占总进给时间,108.88的72.7%，是系统 热能工况的稳定性校核区域。 液压缸工进负载: F=(F+ F)/η=24444N 工切11d F=(F+ F)/η=8889N 工切21d v1,0.05m/min大进给速度: 系统输出功率: 24444，0.05 P0,,0.02KW60 系统输入功率: Pi=333.98W 系统能耗功率: ,P,P,Pi0=313.98W 已知油箱容积V=75L, 322A,0.065V,1.15m则油箱的散热面积A为 -32假定通风良好，取油箱散热系数C=15×10KW/(m?) T可得油温上升: ,T,15? T,T1，,T,40? 通过校核，该液压系统在夏季具有良好的工作稳定性，符合可靠性设计。 24 八、设计总结 为期一个星期的课程设计算是告一段落，我有很多感触，明白了液压课程设计的不易，更明白做一个好的课程设计的不简单，同时也学到了许多课堂上学不到的东西。 这这段时间里，我们小组经过激烈的讨论，相互指导，相互帮助，最终完成这个艰巨的任务。刚刚拿到题目时，我们十分茫然，都不知道从哪里开始设计。在老师的讲解下，我们有了最初的理解，并且开始参照书本上的步骤开始一步一步计算数据，但题目要求不一样，导致设计也不一样。在整个设计过程中最难的就是回路设计和各种液压阀的选用和校对，而我们因为经验缺乏，加之知识掌握不够，设计套路缺乏，所以花了很长一段时间，后来经过同组同学之间的讨论以及老师的指导，终于把液压原理图设计出来。几天的数据计算，再接着是元件选取，系统验算，列表，画图，一步一步解决问题，一步一步完善，终于完成了任务。 课程设计不仅考查学生的理论知识，还体现出学生搜集知识的能力和互帮互助精神。总之，这一周的课程设计，不仅让我更了解书本上的知识，而且也同时了解了很多课外知识，然后动手动脑能力创新意识都得到了很大提高，让我获益匪浅。 25 参考文献: [1]左键民. 液压与气压传送[M].4版. 北京:机械工业出版社，2008。 [2]机械设计手册(软件版)V3.0。 [3]马恩，李素敏，高佩川. 液压与气压传动[M]. 北京:清华大学出版社，2013。 [4]唐增宝，常建娥. 机械设计课程设计[M]. 武汉:华中科技大学出版社，2012。 [5]赵冬梅，郑万年. 液压气动图形符号及其识别[M].北京:化学工业出版社，2009。 [6]王世清. 深孔加工技术[M]. 西安:西北工业大学出版社，2003。 [7]周金枝，姜久红. 材料力学[M].武汉:武汉理工大学出版社，2013。 26 27