1、液压与气压传动课程设计液压与气压传动课程设计湖南工程学院液压与气压传动 设计任务布置设计任务布置湖南工程学院液压与气压传动 一、设计题目一、设计题目 设计题目设计题目：卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统设计。液压系统设计。设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统设计。动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止，并且可以随时在中途停止运动。利用平导轨，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1。其余参数与性能要求如下：1）轴向切削力Ft=21 kN；2）移动部件总重力G=10 kN；3）快进行程l1=100mm，快进速度v1=4.2m/min；4）工
2、进行程l2=20mm，工进速度v2=0.05 m/min；5）加速和减速时间t=0.2s；6）快退速度v3=v1=4.2m/min。湖南工程学院液压与气压传动 二、设计任务及要求二、设计任务及要求 1、液压系统原理图（图中应附有液压元件明细表，各执行元件的动作顺序工作循环图和电器元件动作顺序表）；2、液压缸装配图1张（A1）；3、液压缸相应零件图1张（A3）；4、设计计算说明书一份。湖南工程学院液压与气压传动 （1）工程图中的标题栏，应遵守GB/T 10609.1-2008中的有关规定。（2）每张工程图均应配置标题栏，并应配置在图框的右下角。图纸中标题栏、明细栏按国标要求填写：（3）标题栏一般
3、由更改区、签字区、其他区、名称及代号区组成，工程图中标题栏的格式见下图。湖南工程学院液压与气压传动（4）工程图中的明细栏应遵守GB/T 10609.2-1989中的有关规定，工程图中的装配图上应配置明细栏。湖南工程学院液压与气压传动封面封面设计任务书设计任务书目录目录说明书正文说明书正文心得体会心得体会参参考文献考文献1）设计说明书装订顺序）设计说明书装订顺序2）设计说明书封面（见附页）设计说明书封面（见附页）湖南工程学院液压与气压传动三、设计进度安排三、设计进度安排 课程设计时间总共为3周。四、参考资料四、参考资料1、机械设计手册 单行本 液压传动与控制机械设计手册编委会，机械工业出版社，2
4、007.32、液压气动密封与泄漏防治黄迷梅，机械工业出版社，2003年3、机械设计手册:单行本,密封件、密封与润滑机械设计手册编委会，机械工业出版社，2007年4、机械设计手册:单行本.第1516篇,减(变)速器电机与电器机械设计手册编委会，机械工业出版社，20075、机械设计手册:单行本,连接与紧固机械设计手册编委会，机械工业出版社，2007湖南工程学院液压与气压传动6、液压元件及选用王守城等，化学工业出版社，20077、液压站设计与使用张利平，海洋出版社，20048、液压系统设计图集周士昌，机械工业出版社，20039、液压元件林建亚等，机械工业出版社，1989.1010、液压元件与系统李壮
5、云等，机械工业出版社，199911、液压元件与系统设计李玉琳，北京航空学院出版社，1991.12湖南工程学院液压与气压传动湖南工程学院液压与气压传动 设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统设计。动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止，并且可以随时在中途停止运动。利用平导轨，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1。其余参数与性能要求如下：1）轴向切削力Ft=21 kN；2）移动部件总重力G=10 kN；3）快进行程l1=100mm，快进速度v1=4.2m/min；4）工进行程l2=20mm，工进速度v2=0.05 m/min；5）加速和减速时间t=0.2s；6）快退速度v3=v
6、1=4.2m/min。湖南工程学院液压与气压传动 组合机床是由通用部件和部分专用部件组成的高效、专用、自动化程度较高的机床。动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，配置动力头和主轴箱对工件完成各种孔等的加工等工序。根据加工要求，钻头旋转由动力头带到多轴箱来实现，动力头由电动机驱动；主轴头沿导轨中心线方向的“快进一工进快退停止”工作循环拟采用液压传动方式来实现。故拟选定液压缸作执行机构。为了自动实现上述工作循环，并保证零件一定的加工长度，拟采用行程开关及电磁换向阀实现顺序动作。湖南工程学院液压与气压传动作动作循环图如图1所示。图图1 动力滑台动作循环图动力滑台动作循环图快进快进快退快退工进
7、工进原原位位停停止止KP12ST1ST湖南工程学院液压与气压传动2.1.2 负载分析负载分析2.1.2.1 负载计算负载计算1）工作负载FL FL=Ft=21kN 2）摩擦负载Ff 静摩擦负载 Ffs=fsG=0.210=2kN 动摩擦负载 Ffd=fdG=0.110=1kN 3）惯性负载Fa kNtvgGkNtvgGkNtvgG004.02.06005.08.910F 353.02.06005.02.48.910F 357.02.0602.48.910F a3a2a1制动减速加速湖南工程学院液压与气压传动kNkNtvgG357.0FF 357.02.0602.48.910F a4a5a4反向
8、制动反向加速 4）各阶段总负载F 计算液压缸各阶段中的总负载F和液压缸推力F。考虑密封等阻力，取m=0.9，则 F=F/m 计算结果见表1所示。湖南工程学院液压与气压传动 工况工况 计算公式计算公式 总负载总负载F（N）缸推力缸推力F（N）启动启动 F=Ffs 2000 2222.22加速加速 F=Ffd+Fa1 1357 1507.78快进快进 F=Ffd 1000 1111.11减速减速 F=FfdFa2 647 718.89工进工进 F=Ffd+FL 22000 24444.44制动制动 F=Ffd+FLFa3 21996 24440.00反向加速反向加速 F=FfdFa4 1357 1
9、507.78快退快退 F=Ffd 1000 1111.11制动制动 F=Ffd+Fa5 643 714.44表表1 液压缸各中的负载液压缸各中的负载湖南工程学院液压与气压传动2.1.2.2 作一个工作循环的负载作一个工作循环的负载位移曲线如图位移曲线如图2b）所示。）所示。F(N)s(mm)b）2222.221507.781111.11718.8924444.44 24440.001507.781111.11714.44图图2 液压缸的速度图及负载图液压缸的速度图及负载图v(m/min)s(mm)1004.2-4.21200.05a）湖南工程学院液压与气压传动2.2 确定液压缸主要参数确定液压
10、缸主要参数2.2.1 初选液压缸的工作压力初选液压缸的工作压力 按负载大小根据表按负载大小根据表2选择液压缸工作压力。选择液压缸工作压力。负载负载F（kN）50压力压力p（MPa）5.07.0表表2 按负载选择执行元件工作压力按负载选择执行元件工作压力 由表由表2初定液压缸工作压力初定液压缸工作压力p=3.0MPa。2.2.2 计算液压缸主要参数计算液压缸主要参数 按最大负载按最大负载Fmax计算缸筒面积计算缸筒面积A得得246maxm1048.8110344.24444pFA 湖南工程学院液压与气压传动 计算缸筒内径计算缸筒内径D得得mm102m102.014159.31048.814A4D
11、4 按计算结果根据表按计算结果根据表3选择缸筒内径标准值。选择缸筒内径标准值。液压缸内径液压缸内径D40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160 活塞杆直径活塞杆直径d32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110 表表3 液压缸内径和活塞杆直径标准系列（液压缸内径和活塞杆直径标准系列（GB/T23481993）mm 按标准取：按标准取：D=100mm。根据快进和快退速度相等要求，拟定液压系统在快进时采根据快进和快退速度相等要求，拟定液压系统在快进时采用差动连接。设活塞杆直径为用差动连接。设活塞杆直径为d，于是有，于是有)dD(q
12、4dq4222 湖南工程学院液压与气压传动 按计算结果根据表按计算结果根据表3选择缸筒内径标准值。选择缸筒内径标准值。计算得计算得mm71.7014159.31048.814A421002Dd4 按标准取：按标准取：d=70mm。计算液压缸有效作用面积为计算液压缸有效作用面积为2222222221cm06.407104dD41 Acm54.78104D41 A ）（）（有杆腔面积有杆腔面积无杆腔面积无杆腔面积2.2.3 各工作阶段的时间计算各工作阶段的时间计算 1）快进阶段）快进阶段湖南工程学院液压与气压传动s63.12.0260/2.4)007.0007.0(1.0 t2v)ll(ltm00
13、7.02.035.0212.0602.4 ta21tvls/m35.02.0602.405.0tv-vam007.02.035.021ta21ls/m35.02.0602.4tva1112212122221 减速减速加速加速减速减速减速减速减速减速加速加速加速加速加速加速）（湖南工程学院液压与气压传动 3）快退阶段）快退阶段s91.12.0260/2.4)007.0007.0(12.0 t2v)ll(ltm007.0llls/m35.0aaa3332 反反向向制制动动反反向向加加速速加加速速反反向向制制动动反反向向加加速速加加速速反反向向制制动动反反向向加加速速 2）工进阶段）工进阶段 工进阶
14、段制动加速度很小，制动行程很短，可忽略不计。工进阶段制动加速度很小，制动行程很短，可忽略不计。s2460/05.002.0vlt222 湖南工程学院液压与气压传动2.2.4 计算液压缸流量、压力和功率计算液压缸流量、压力和功率1）流量计算）流量计算min/L8.16s/m108.2602.41006.40vAqmin/L4.0s/m105.66005.01054.78vAqmin/L2.16s/m107.2 602.410)06.4054.78(v)AA(q3443236421344121 快退快退工进工进快进快进2）压力计算）压力计算MPa28.0Pa1028.01006.4011.1111
15、AFpMPa11.3Pa1011.31054.7844.24444AFpMPa29.0aP1029.0 10)06.4054.78(11.1111AAFp6426416421 快退快退快退快退工进工进工进工进快进快进快进快进湖南工程学院液压与气压传动 3）功率计算）功率计算W40.7860108.161028.0qpPW73.2060104.01011.3qpPW30.7860102.161029.0qpP363636 快退快退快退快退快退快退工进工进工进工进工进工进快进快进快进快进快进快进2.2.5 绘制工况图绘制工况图 工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表工作循环中液压缸各阶段压力、
16、流量和功率如表4所示。所示。由表绘制液压缸的工况图如图由表绘制液压缸的工况图如图3所示。所示。工工 况况时间时间t（s）压力压力p（MPa）流量流量q（L/min）功率功率P（W）快快 进进1.630.2916.278.30工工 进进 24.003.11 0.420.73快快 退退1.910.2816.878.40表表4 液压缸各阶段压力、流量和功率液压缸各阶段压力、流量和功率湖南工程学院液压与气压传动图图3 液压缸的工况图液压缸的工况图t(s)p(MPa)3.110.290.28q(L/min)16.816.20.4t(s)P(W)78.30t(s)78.4020.73快进快进工进工进快退快
17、退湖南工程学院液压与气压传动2.3 液压系统图的拟定液压系统图的拟定2.3.1 选用执行元件选用执行元件 由系统动作循环图，选定单活塞杆液压缸做为执行元件。根据快进和快退速度相等的要求，拟定在快进时采用差动连接，因此应使无杆腔有效面积为有杆腔有效面积的两倍。2.3.2 确定供油方式确定供油方式 由工况图分析可知，液压缸在快进、快退时所需流量较大，但持续时间较短；而在工进时所需流量较小，但持续时间较长。因此从提高系统效率，节省能源的角度考虑，系统供油方式不宜采用单个定量泵，而宜采用双泵或变量泵。因此参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油方式。湖南工程学院液压与气压传动2.3.3 调速方式选择
18、调速方式选择 由工况图可知，快进和快退时有速度要求，因此在有杆腔油口处统一采用调速阀调速。工进时速度低，考虑到系统负载变化小，所以采用调速阀进油节流调速回路。2.3.4 速度换接选择速度换接选择 快进和工进之间速度需要换接，为便于对换接的位置进行适当的调整，因此采用二位二通行程阀来实现速度的换接。另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动回路。因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。2.3.5 换向方式选择换向方式选择 采用三位五通电磁阀进行换向，以满足系统对换向的各种要求。选用三位阀的中位机能为M型，以实现可以随时在中途停止运动的要求。为提高换向的位置要求，拟采用止挡块和压力继电器的行程终点返回
19、控制。湖南工程学院液压与气压传动2.3.6 其它选择其它选择 为便于观察调整压力，在液压泵的出口处和液压缸的两接口处 均设置测压点，并配置多点压力表开关，以便利用一个压力表即能观测各点压力。完成以上各项选择后，作出拟定的液压系统原理图和各电磁铁的动作顺序表如图4所示。湖南工程学院液压与气压传动图图4 液压系统原理图液压系统原理图湖南工程学院液压与气压传动2.4 计算与选择液压元件计算与选择液压元件2.4.1 确定液压泵的型号及电动机功率确定液压泵的型号及电动机功率1）计算液压泵压力 估算压力损失经验数据：一般节流调速和管路简单的系统取pl=0.20.5MPa，有调速阀和管路较复杂的系统取pl=
20、0.51.5MPa。液压缸在整个工作循环中最大工作压力为3.11MPa，由于系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失pl=0.5MPa，计算液压泵的工作压力为 pp=p+pl=3.11+0.5=3.61MPa2）计算所需液压泵流量 考虑泄漏的修正系数K：K=1.11.3。液压缸在整个工作循环中最大流量为16.8L/min。取回路泄漏修正系数K=1.1，计算得所需两个液压泵的总流量为 湖南工程学院液压与气压传动 qp=1.116.8=18.48L/min 由于溢流阀最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸所需流量为0.4L/min，所以高压泵的流量不得少于3.4L/min。3）选用液压泵 由3第
21、5卷P158选用YB110/16型的双联叶片泵。液压泵额定压力为6.3MPa，排量分别为10mL/r和16mL/r，取容积效率pV=0.85，总效率=0.8，额定转速分别为1450r/min和960r/min.4）选用电动机 拟选Y系列三相异步电动机，满载转速960r/min，按此计算液压泵实际输出流量为 qp=（10+16）103 960 0.85=21.22L/min湖南工程学院液压与气压传动 计算所需电动机功率为W1060.18.0601022.211061.3qpP336pppp 由3第4卷P569选用Y132S-6电动机。电动机额定功率为3KW，满载转速为960r/min。2.4.2
22、 选择阀类元件及辅助元件选择阀类元件及辅助元件 1）标准件）标准件 根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，由产品目录确定这些元件的型号及规格如表5 所示。2）非标件）非标件 a）油管 油管尺寸根据实际流量类比确定，采用内径为16mm，外径为20mm的紫铜管。湖南工程学院液压与气压传动序序 号号名名 称称通过流量通过流量qmax(L/min)型号及规格型号及规格1滤油器滤油器24.96XU-C32100B2双联叶片泵双联叶片泵21.22YB110/163溢流阀溢流阀 8.11Y-10B4单向阀单向阀13.61I-25B5顺序阀顺序阀13.61X-B25B6溢流阀溢流阀 8.37Y
23、-10B7顺序阀顺序阀 8.37XB-25B8三位五通电磁换向阀三位五通电磁换向阀21.2235D-25BM9单向阀单向阀 8.37I-25B10调速阀调速阀16.20Q-25B11单向阀单向阀16.80I-25B12压力继电器压力继电器DP-25B13二位二通行程阀二位二通行程阀24.5722D-25B14调速阀调速阀21.22Q-25B15压力表开关压力表开关K-3B16压力表压力表Y-100T17电动机电动机Y132S-6表表5 液压元件型号及规格液压元件型号及规格湖南工程学院液压与气压传动b）油箱 油箱容积计算如下 V=（57）qp=（57）21.22=106.1148.54L 取V=150L。2.5 验算液压系统的主要性能验算液压系统的主要性能 由于该液压系统比较简单，所以压力损失验算可以忽略。该系统采用双泵供油方式，在工进阶段，大流量泵卸荷，功率使用合理，同时油箱容量可以取较大值，系统发热温升不大，故省略了系统温升验算。
