卧式双面铣削组合机床液压系统设计.docx
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卧式双面铣削组合机床液压系统设计
《液压与气压传动》
课程设计说明书
题目：
卧式双面洗削组合机床液压系统
院系：
国际教育
专业：
机电一体化
班级：
51301
姓名：
陈雪峰
指导教师：
徐巧
日期：
《液压与气压传动》课程设计任务书
一、设计目的
《液压与气压传动》课程设计是机械工程专业教学中重要的实践性教学环节，也是整个专业教学计划中的重要组成部分，是培养学生运用所学有关理论知识来解决一般工程实际问题能力的初步训练。
课程设计过程不仅要全面运用《液压与气压传动》课程有关知识，还要根据具体情况综合运用有关基础课、技术基础课和专业课的知识，深化和扩大知识领域，培养独立工作能力。
通过课程设计，使学生在系统设计方案的拟定、设计计算、工程语言的使用过程中熟悉和有效地使用各类有关技术手册、技术规范和技术资料，并得到设计构思、方案拟定、系统构成、元件选择、结构工艺、综合运算、编写技术文件等方面的综合训练，使之树立正确的设计思想，掌握基本设计方法。
二、设计内容
1．《液压与气压传动》系统图，包括以下内容：
1）《液压与气压传动》系统工作原理图；
2）系统工作特性曲线；
3）系统动作循环表；
4）元、器件规格明细表。
2．设计计算说明书
设计计算说明书用以论证设计方案的正确性，是整个设计的依据。
要求设计计算正确，论据充分，条理清晰。
运算过程应用三列式缮写，单位量纲统一，采用ISO制，并附上相应图表。
具体包括以下内容：
1）绘制工作循环周期图；
2）负载分析，作执行元件负载、速度图；
3）确定执行元件主参数：
确定系统最大工作压力，液压缸主要结构尺寸，计算各液压缸工作阶段流量，压力和功率，作工况图；
4）方案分析、拟定液压系统；
5）选择液压元件；
6）验算液压系统性能；
7）绘制液压系统工作原理图，阐述系统工作原理。
三、设计要求与方法步骤
1．认真阅读设计任务书，明确设计目的、内容、要求与方法步骤；
2．根据设计任务书要求，制定个人工作计划；
3．准备必要绘图工具、图纸，借阅有关技术资料、手册；
4．认真对待每一设计步骤，保证质量，在教师指导下独立完成设计任务。
（课程设计说明书封面格式与设计题目附后）
二、液压传动课程设计（大型作业）的内容和设计步骤
1．工况分析
在分析机器的工作情况（工况）的基础上，确定液动机（液压缸和液压马达）的负载、速度、调速范围、功率大小、动作循环、自动化程度等并绘制出工况图。
2．初定液动机的基本参数
液压系统的主要参数有两个压力和流量。
液压系统的压力和流量都由两部分组成：
一部分由液动机的工作需要确定，另一部分由油液流经系统所产生的压力损失和泄漏损失决定，前者是主要的，占有很大的比重，因此需要先初步确定液动机的这两个基本参数。
另外，因为当回路系统尚未拟订之前，其压力损失和泄漏损失也无法确定。
压力和流量的选定都是在工况图的基础上进行的。
3．拟订液压系统原理图
根据机器的技术性能要求，在工况图的基础上来拟订液压系统原理图。
在拟订液压系统原理图时应拟出几种方案进行分析对比。
调速回路是液压系统的核心，选择回路应从它开始，然后再去选择其它的基本回路，进行合成以满足工况图的要求和机器的其它性能要求。
4．选择标准液压元件，设计非标准液压元件
选择液压元件应尽量选择国产标准定型产品，除非不得已时才自行设计制造。
5．对液压系统进行必要的验算
对工作性能要求较高的液压系统，为使设计可靠在液压元件选定后再根据管路装配草图，然后即可对液压系统的压力损失、发热温升、液压冲击等进行验算，如果验算结果与初定参数相差很大或不能满足机器的工作性能要求时，则应对设计进行必要的修改，或重新拟订液压系统或重新选择元件等。
对于比较简单且性能要求—般的液压系统，可以不进行复杂的验算。
6．绘制正式的工作图
液压传动课程设计（大型作业）要求绘制出所设计的一个液压缸的结构装配图。
以上绘图工作必须严格遵照国家标准和有关部颁标准。
机械制图按GB4457—4460一84、GBl31—83I公差配合按GBl800—1804—79I形状和位置公差按GBll83一U84——80和GBl958—80；表面粗糙度按GB3505—83和GB1031—83，其它内容如螺纹、齿轮等均应贯彻国家现行的有关标准。
7．编写设计计算说明书
应当指出，上述设计步骤征设计中常常是互相穿插进行的，而且往往需经多次反复才能初步完成液压系统的设计，另外上述步骤也不一定是必不可少的。
三、要求及完成工作量
1．学生在课程设计（大型作业）进行中要系统复习课本上的理论知识，应当运用《液压传动》课本上的和其它的理论知识积极思考、独立工作，可收集参考同类资料进行类比分析、理解消化，但不许简单地抄袭。
2．要明确设计要求，仔细地读懂题意。
对你所要进行设计的液压机器的各种性能、工艺要求、工作循环、运动方式、动作颠序、调遣范围、负载变化以及总体布局等应当全面地了解，因为这一切都是设计工作的重要依据。
3．液压系统原理图一张
4．编写设计计算说明书一份。
要求:
原理图除了打印的外,还必须手绘一张.
一、设计要求：
设计一台液压专用组合铣床，机床加工对象为铸铁变速箱体。
要求一次可同时加工两件工件。
能实现工件自动定位、夹紧、加工等功能。
工件的上料、卸料由手工完成。
机床的工作循环为：
手工上料工件自动夹紧工作台快进
铣削进给（工进）工作台快退夹具松开手动卸料。
二、参数要求：
运动部件总重量
G=4000N
切削力
FW=12000N
快进行程
l1=150mm
工进行程
l2=200mm
快进、快退速度
v1=v2=4m/min
工进速度
v2=80～300mm/min
启动时间
t=
夹紧力
Fj=2800N
行程
lj=30m
夹紧时间
tj=2s
工作台采用平导轨，导轨间静摩擦系数fs=,动摩擦系数fd=，要求工作台运动平稳并能在任意位置上停留，夹紧力可调并能保压。
2工况分析
负载分析
负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。
因工作部件是卧式放置，重力的的水平分力为零，这样需要考虑的力有：
切削力，导轨摩擦力和惯性力。
导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为
，动摩擦力为
则
工作负载Fl=12000N
静摩擦阻力Ffs=*4000=800N
动摩擦阻力Ffd=*4000=400N
惯性力Fa=
=4000*4/（60**=272N
如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率
，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表2-1。
表2-1液压缸各运动阶段负载表
工况
负载组成
负载值F/N
推力
起动
800
888
加速
672
747
快进
400
444
工进
12400
13777
快退
400
444
根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载图（F-l）和速度图（F-2）
图2-1负载图和速度图
3液压系统方案设计
液压缸参数计算
组合机床液压系统的最大负载约为14000N，初选液压缸的设计压力P1=3MPa，为了满足工作台快速进退速度相等，并减小液压泵的流量，这里的液压缸课选用单杆式的，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的等效面积A1与A2应满足A1=2A2（即液压缸内径D和活塞杆直径d应满足：
d=。
为防止铣削后工件突然前冲，液压缸需保持一定的回油背压，暂取背压为，并取液压缸机械效率
=。
则液压缸上的平衡方程
故液压缸无杆腔的有效面积：
液压缸内径：
按GB/T2348-1980，取标准值D=80mm；因A1=2A，故活塞杆直径d==56mm（标准直径）
则液压缸有效面积为：
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，其差值估取P2－P1=，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时△P=0；另外取快退时的回油压力损失为。
根据假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力.流量和功率，并可绘出其工况图
表3—1液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值
工作阶段
计算公式
推力
F（N）
回油腔压力
P2（MPa）
工作腔压力
P1（MPa）
输入流量
q（L/min）
输入功率
P（KW）
快进启动
888
0
——
——
快进加速
746
——
——
快进恒速
444
工进
13777
~
~
快退启动
888
0
——
——
快退加速
746
——
——
快退恒速
444
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
.
2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为
，无杆腔回油，压力为
液压缸的工况图：
图3-1工况图
拟定液压系统原理图
该机床液压系统的功率小（<1kw）,速度较低；钻镗加工时连续切削，切削力变化小，故采用节流调速的开式回路是合适的，为了增加运动的平稳性，防止钻孔时工件突然前冲，系统采用调速阀的进油节流调速回路，并在回油路中加背压阀。
该系统由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，因此为了节能，考虑采用双联叶片泵油源供油。
由于系统要求快进与快退的速度相同，因此在双泵供油的基础上，快进时采用液压缸差动连接快速运动回路，快退时采用液压缸有杆腔进油，无杆腔回油的快速运动回路。
由工况图可以看出，当动力头部件从快进转为工进时滑台速度变化较大，可选用行程阀来控制快进转工进的速度换接，以减少液压冲击。
在泵出口并联一先导式溢流阀，实现系统的定压溢流，同时在该溢流阀的远程控制口连接一个二位二通电磁换向阀，以便一个工作循环结束后，等待装卸工件时，液压泵卸载，并便于液压泵空载下迅速启动。
这台机床用于钻、镗孔（通孔与不通孔）加工，因此要求行程终点的定位精度高因此在行程终点采用死挡铁停留的控制方式。
将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如下图1-3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1-3液压系统原理图
液压系统中各电磁铁的动作顺序如表3-2所示。
动作名称
1YA
2YA
工作台快进
+
-
工作台工进
+
-
工作台快退
-
+
液压泵卸载
-
-
3-2电磁铁动作顺序表
液压元件的选择
液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为,如取进油路上的压力损失为,压力继电器调整压力高出系统最大工作压力之值为，则小流量泵的最大工作压力应为
Pp1=++MPa=
大流量泵是在快速运动时才想液压缸输油的，由工况图可知，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为,则大流量泵的最高工作压力为
Pp2=+MPa=
由工况图可知，两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为min，若回路中的泄漏按液压缸输入流量的10%估计，则两个泵的总流量应为
Q
由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min,而工进时输入液压缸的流量为~min,由小流量也岩崩单独供油，所以小液压泵的流量规格最少为min。
根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取PV2R12-6/26型双联叶片泵，其小泵和大泵的排量分别为6mL/r和26mL/r，若取液压泵的容积效率
，则当泵的转速为940r/min时，液压泵的实际输出流量为
由于液压缸在快退时输入功率最大，这是液压泵工作压力为,流量为min,取泵的总效率为，则液压泵驱动电动机所需的功率为
根据此数值按JB/T10391-2002,，查阅电动机产品样本选取Y100L-6型电动机，其额定功率
，额定转速
。
根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可以选出这些液压元件的型号及规格见表3—3
表3—3元件的型号及规格
序号
元件名称
估计流量
L/MIN
额定流量
L/MIN
额定压力
额定压降
型号、符号
1
双联叶片泵
—
+22
16/14
——
PV2R12-6/26
2
三位五通阀
55
80
16
<
35DF3Y-E10B
3
行程阀
60
63
16
<
AXQE-Ea10B
4
调速阀
~
~50
16
—
AXQF-Ea10B
5
单向阀
60
63
16
AF3-Ea10B
6
单向阀
30
63
<
AF3-Ea10B
7
液控顺序阀
22
63
16
<
XF3-E10B
8
背压阀
~
63
16
—
YF3-E10B
9
溢流阀
63
16
——
YF3-E10B
10
单向阀
22
63
16
<
AF3-Ea10B
11
过滤器
30
63
—
<
XU-63*80J
12
压力表开关
——
——
16
——
KF3-Ea10B
13
单向阀
55
63
16
<
KF3-Ea10B
14
压力继电器
——
——
10
——
HED1KA/10
各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、输出的最大流量计算。
由于液压泵的具体选定之后液压缸在各阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如表3—4所示
表3—4液压缸的进、出流量和运动速度
流量、速度
快进
工进
快退
输入流量/（L/min）
排出流量/（L/min）
运动速度/（m/min）
由表中的数据可知所选液压泵的型号、规格适合。
由表3—4可知，该系统中最大压力小于3MPa，油管中的流速取3m/s。
所以按公式
可计算得液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：
查表JB827—66（5—2），同时考虑制作方便，选18
2（外径18mm,壁厚2mm）的10号冷拔无缝钢管（YB23_70）
确定油箱容积：
油箱容积按《液压传动》式（7-8）估算，当取
为7时，求得其容积
按JB/T7938-1999规定，取标准值V=250L。
4液压系统性能验算
验算系统压力损失并确定压力阀的调整值
（1）快进
滑台快进时，液压缸差动连接，进油路上油液通过单向阀10的流量是22L/MIN，通过电液换向阀2的流量是MIN，然后与液压缸的有杆腔的回油汇合，以流量min通过行程阀3并进入无杆腔。
因此进油路上的总压降为
此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。
回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀6的流量都是min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀3流入无杆腔。
由此可算出快进时有杆腔压力P2和无杆腔压力P1之差。
此值小于原估计值,所以是偏安全的。
（2）工进
工进时，油液在进油路上通过电液换向阀2的流量为~min，在调速阀4处的压力损失为;油液在回油路上通过换向阀2的流量为~min，在背压阀8处的压力损失为,通过顺序阀7的流量为~min，因此这时液压缸回油腔压力
为
此值大于原估计值,则重新计算工进时液压缸进油腔压力
与原计算数值相近。
考虑到压力继电器可靠动作需要压差
，故溢流阀9的调压
（3）快退
快退时，油液在进油路上通过单向阀5的流量为22L/min，通过换向阀2的流量为MIN；油液在回路上通过单向阀5、换向阀2和单向阀13的流量都是min。
一次进油路上的总压降为：
此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。
回油路上的总压降是
所以，快退时液压泵的最大工作压力：
，因此主泵卸荷的顺序阀7调压应大于.
油液温升计算
工进在整个工作循环中所占的时间比例达95%，所以系统发热和油液温升可用工进的情况来计算。
工进时液压缸的有效功率为：
此时主泵通过顺序阀7卸荷，辅助泵在高压下供油，所以两个泵的总输入功率为：
由此得液压系统的发热量为：
温升近似值如下：
温升没有超出范围，液压系统中不需设置冷却器。
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