液压传动课程设计
说明书
题目：卧式双面多轴钻孔组合机床液压系统的设计
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2012年12月31日
目录
一、设计任务书 (1)
二、液压系统性能和参数的初步确定 (1)
1. 运动分析 (1)
2. 液压缸的负载分析 (3)
3. 初步确定液压缸的参数 (4)
1) 滑台液压缸 (4)
2) 工况图 (7)
三、液压系统方案的选择和拟定 (8)
1. 选择液压基本回路 (8)
1) 调速回路 (8)
2) 快速运动回路与速度换接回路 (8)
3) 压力控制回路 (10)
4) 行程终点的控制方式 (11)
2. 拟定液压系统图 (12)
四、各液压元件的计算和选择 (13)
1. 确定液压泵规格和电动机的功率 (13)
1) 液压泵工作压力的计算 (13)
2) 液压泵流量的计算 (13)
3) 液压泵规格的确定 (14)
4) 液压泵电动机功率的确定 (14)
2. 控制阀的选择 (15)
3. 管道尺寸 (16)
4. 油箱容量 (16)
五、液压系统性能的验算 (16)
1. 静态特性的验算 (16)
1) 回路中的压力损失 (16)
2) 液压泵的工作压力 (25)
3) 液压回路和液压系统的效率 (25)
2. 液压系统发热验算 (27)
六、液压集成块装置设计 (27)
七、参考文献 (27)
一、设计任务书
设计一台卧式双面多轴钻孔组合机床的液压系统。要求两面钻削头同时工作，能实现快进、工进、死挡块停留、快退、停止的自动工作循环，其快进和快退速度v1 = 3.5 m/min，工进速度v2 = 40 mm/min，工作部件重量估计为9800 N，轴向切削力F = 30000 N，快进行程长度为200 mm，工进行程长度为100 mm，动力滑合采用平导轨，其摩擦系数f s = 0.2，f d = 0.1，往复运动的加速和减速时间要求不大于0.2 s。
二、液压系统性能和参数的初步确定
首先，我们对液压系统进行工况分析。工况分析是分析一部机器工作过程中的具体情况，其内容包括对负载、速度和功率的变化规律的分析或确定这些参数的最大值，即分析负载的性质和编制负载图。在液压系统的工作循环中，各个阶段的负载是由各种不同负载组成的。而各个阶段都具有不同的速度，已知各阶段的负载和速度，即可求出各阶段功率的变化规律。本次课程设计以采用液压缸型式为主，因此以下进行液压缸式的设计计算。
1.运动分析
根据设计任务的要求，确定本液压系统的工作循环为：
快进→工进→死挡块停留→快退→原位停止卸荷，工作循环图如下图所示：
图 2-1 工作循环图
一个工作循环内快进行程的时间：
工进行程的时间：
快退行程的时间：
画出一个工作循环中的速度循环图如下图所示：
图 2-2 速度循环图
快退
死挡块停留
工进
快进
原
位 停 止 卸
荷
2.液压缸的负载分析
滑台采用的是平导轨和90°的V型导轨。选择静导轨系数为
__D_
1)液压缸在工作过程各阶段的负载为:
加速阶段：
；快进阶段：；
工进阶段：总负载=工作负载+切削力，所以；快退阶段：。
2)重力FG，因工作部件是卧式安装所以。
根据以上分析，可算出液压缸在各动作阶段的负载。计算时考虑液压缸的机械效率，对滑台液压缸，取，阶段数值如下表所示：
工况
左滑台液压缸右滑台液压缸
负载
推力负载
推力
启动1960 2178 1960 2178 加速1272 1413 1272 1413 快进980 1089 980 1089 工进30980 34422 30980 34422
快退980 1089 980 1089
表2-1负载表
图2-3 液压缸负载图
3.初步确定液压缸的参数
1)滑台液压缸
为了确保快进、快退速度相等，液压缸采用差动连接，为了使运动平稳、液压系统采用调速阀式回油节流调速。因此，选取工进时背压力为8bar，快进时为6 bar，快退时为6 bar。
A.初步确定工作压力
查表选工作压力为45 bar。
B.确定液压缸的主要结构尺寸
要求滑台快进、快退速度相等，先采用活塞杆固定的单杆式液压缸，快进时
采用差动连接，并取无杆端腔有效面积。为了防止在钻孔钻通时滑台突然向前冲，在回路中采用背压阀。查表，初选背压
又工进阶段推力载荷，则
液压缸直径：；
由于，可知活塞杆直径；取整后。
按标准直径算出；
；
验证动力滑台是否能满足最小稳定速度的要求。取调速阀的最小稳定流量为
，考虑保险系数1.5，。
因工进速度v2 = 40 mm/min；
；
。
C.计算液压缸各工作阶段的工作压力流量功率
根据液压缸各阶段的运动速度v和，计算出液压缸各阶段所需流量如图所
示，工进时背压以_〖〗^ 。
液压缸在工作循环各阶段的工作压力：
差动快进阶段：+；
+
工进进给阶段：
+=
；
快进退回阶段：p=+=+0.6×=0.95MPa=9.5bar
计算液压缸的输出功率：
快进阶段：P=pq==0.204kW；
工进阶段：P=pq==0.025kW；
快退阶段：P=pq==0.222kW。
工作阶段工作压力（bar）输入流量（l/min）输入功率（kW）快进9.1 13.475 0.204
工进47.9 0.314 0.025
快退9.5 14 0.222 2)工况图
图2-4 液压缸的工况图
三、液压系统方案的选择和拟定
1.选择液压基本回路
1)调速回路
这台机床的液压滑台工作进给速度低，传递功率也较小，很适宜选用节流调速方式，由于钻孔时切削力变化小，而且是正负载，同时为了保证切削过程速度稳定，采用调速阀进口节流调速，为了增加液压缸运行的稳定性，在回油路设置背压阀，分析液压缸的V-L曲线可知，滑台由快进转工进时，速度变化较大，选用单向行程调速阀换接速度，以减小压力冲击。如下图所示：
图3-1 调速回路
2)快速运动回路与速度换接回路
此机床快进时采用液压缸差动连接方式，使其快速往返运动，即快进、快退
速度基本相等。查找相应的资料1后得知，随着液压技术的发展，电磁换向阀的换向精度和平稳性逐步提高，加上电磁换向阀控制方式十分方便，其有取代电液换向阀的趋势。采用电磁换向阀的换向回路，由于液压缸采用了差动连接，电磁换向阀宜采用三位五通阀，为了保证机床调整时可停在任意位置上，现采用中位机能O型。
快进时，液压缸的油路差动连接，进油路与回油路串通，且不能经背压阀流回油箱，因而在回路中使用先导式顺序阀，快进时回路的压力低，先导式液控顺序阀不打开，回油路的油只有经单向阀与进油路汇合。转为工进后进油路与回油路则要隔开，回油则经背压阀流回油箱，因而增加一个单向阀，转工进后（行程阀断路），由于调速阀的作用，系统压力升高，先导式液控顺序阀打开，液压缸的回油可经背压阀回油箱，与此同时，单向阀将回油路切断，确保液压系统形成高压，以便液压缸正常工作。该部分回路图如下图所示：
1李松晶,梁慧敏,刘茂恺等.新型节能电磁换向阀的动态分析[J].哈尔滨工业大学学报,2000,32(1):1-4
图3-2 快速运动回路与速度换接回路
3)压力控制回路
考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低，而在快进、快退时负载较
小，速度较高，从节省能量，减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油回路或变
量泵供油回路。
限压式变量泵双联叶片泵
1 系统较简单须配有溢流阀，卸荷阀组，系统较复杂。
2 无溢流损失，系统效率较高，温升小有溢流损失，系统效率较低，温升较大
流量突变时，液压冲击取决于溢流阀的性3 流量突变时，定子反应滞后，液压冲击大
能，一般冲击较小
4 内部径向力不平衡，轴承负载较大，压力内部径向力平衡，压力平稳，噪声小，工
波动及噪声较大，工作平稳性差作性能好
表3-1双联叶片泵与限压式变量泵的比较
根据上表的比较，又由于左右滑台在工作时要采用互不干扰回路，所以只能选用双泵供油回路。小流量泵提供高压油，供两滑台工作进给用，低压大流量泵以实现两滑台快速运动。为使两系统（左滑台系统与右滑台系统）工作互不干扰，小泵高压油分别经一节流阀进入各自系统，大泵低压油分别经一单向阀进入各自系统。
高压小流量泵分别设一溢流阀调压后进入两边的回路，工进时只有小流量泵供油，大流量泵则可卸荷，而小流量泵只是在工件加工完毕，输送带即将装入第二个工件之瞬刻，才处于不工作状态，其间断时间甚短，故不必让其卸荷，绘出双泵油源及压力控制回路图。如下图所示：
图3-3 压力控制回路
4)行程终点的控制方式
由于机床需加工不通孔，工作部件对终点的位置精度有一定的要求，因此采
用死挡铁停留，并可通过压力继电器发出换向信号。
2.拟定液压系统图
图3-4 液压系统图
四、各液压元件的计算和选择
1.确定液压泵规格和电动机的功率
1)液压泵工作压力的计算
各阶段的液压缸进油压力P1已在前面计算，如工况图所示。而各阶段进油路上的压力损失∑P1可根据系统图的繁简情况进行估计。由于本液压系统较简单，因比快进时的∑ΔP=6bar，工进时流量更小，取∑ΔP1=8bar，快退时的∑ΔP1=6bar，则液压泵各阶段的工作压力为：
快进时Pp19.1+6=15.1bar；
工进时Pp2≥47.9+8=55.9bar；
快退时Pp3≥9.5+6=15.5bar。
2)液压泵流量的计算
根据公式；
本系统共2个液压缸，左右滑台工作压力相同时，液压泵供给到各液压缸的油量相等，单边液压缸最大输入流量（快退时）为14L/min，取回路漏油系数K=1.1，则
；
工进时
；
快退时。
3)液压泵规格的确定
根据以上计算的数据
,,查阅产品目录，高压低流量定量泵选用5MCY-14-1B，其额定压力分别为，额定流量为15L/min，低压高流量定量泵选用PFB20，其额定压力为，额定流量为42.8L/min，完全能满足系统要求。
4)液压泵电动机功率的确定
==2.05kW；
==1.99kW；
电机平均功率：
==2.05kW 选取驱动泵的电动机时，按平均功率选取。
因为工况变化大，所以取P p=2.05kW。查表选取Y100L1-4型异步电机，额定功率为2.2kW。转速为1500r/min。
2.控制阀的选择
根据液压泵的工作压力和通过各阀的实际流量来选择各控制阀。其中吸油口的滤油器的流量规格应比泵的流量大一倍左右。
选出各阀的规格如下表所示。
序号元件名称型号数量
1 限隙式滤油器XU-B80×10 1
2 高压低流量定量柱塞泵5MCY-14-1B 1
3 低压高流量定量柱塞泵PFB20 1
4 二位二通电磁阀22D-63B 1
5 溢流阀Y-63B 2
6 节流阀L-63B 2
7 单向阀I-63B 4
8 外控顺序阀X3F-B20H4-S 2
9 背压阀B-63B 2
10 三位五通电磁阀35E-63B 2
11 单向行程调速阀QCI-63B 2
12 压力继电器DP-63B 2
13 压力表K-6B 1
14 压力表开关Y-60（0-100） 1
表4-1 液压元件明细表
3.管道尺寸
管道内径d：d=4.6=9.2mm；
管壁厚度==3.67mm；
选用他的标准规格，d=10mm，=4mm。
4.油箱容量
按经验公式计算：V=（5~7）Q p=748.2=337.4L
查表2-12选用Y2系列350升的液压泵站。
五、液压系统性能的验算
1.静态特性的验算
1)回路中的压力损失
计算回路中的压力损失时，必须知道管道的直径和长度。取d=10mm;管道长度则在具体液压装置未设计好之前尚不知道。这里暂按进油管、回油管管长2m来估计计算，选20#机械油油液的运动粘度，取v=15cm/s（按15℃时的v 计算）：