液压回路课程设计

1目录目录……………………………………………………………………1技术要求………………………………………………………………2一.工况分析………………………………………………………………3二．主要参数的确定………………………………………………………7三．拟订液压系统原理图…………………………………………………10四．计算和选择液压元件…………………………………………………14五．液压缸的设计…………………………………………………………18六．液压系统主要性能的验算……………………………………………20七．设计小结………………………………………………………………26八．参考文献………………………………………………………………272专用卧式钻床的液压系统技术要求设计一台专用卧式钻床的液压系统，要求液压系统完成“快进—工进—快退—停止”的工作循环。已知：最大轴向钻削力为25000N，动力滑台自重为23000N，工作台快进行程为100mm，工进行程为50mm，快进、快退速度为6m/min，工进速度为50—990mm/min，加、减速时间为0.1s，动力滑台为平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。3一．工况分析工况分析就是要分析执行元件在整个工作过程中速度和负载的变化规律，求出工作循环中各动作阶段的速度和负载的大小，画出速度图和负载图（简单系统可不画）。从这两张图中可以方便地看出系统对液压执行元件作用的负载和速度的要求及它们的变化范围，还可方便地确定最大负载值、最大速度值，以及它们所在的工作阶段，这是确定液压系统方案、确定液压系统性能参数和执行元件结构参数的主要依据。1.负载分析与负载图负载分析就是对执行元件在整个工作循环中各阶段所要求克服的负载大小及其性质进行分析，负载图即是用图形将这种分析结果表示出来的图形。负载图一般用负载—时间（F—t）或负载—位移（F—l）曲线表示。1）阻力负载Ff阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。导轨的正压力等于动力部件的重力，则静摩擦阻力Ffs=0.2*23000=4600N动摩擦阻力Ffd=0.1*23000=2300N2）工作负载FL工作负载是在工作工程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，则FL=25000N3）惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知启动换向时间为0.1s:Fm=m*△v/△t=(23000/10)*6/(60*0.1)=2300N4）液压缸的负载分析液压缸在做直线往复运动时，要克服以下负载：工作负载、摩擦负载阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和背压力。前四种属于外负载，后两种属于内负载。在不同的动作阶段，负载的类型和大小是不同的。下面分别予以讨论。（1）启动阶段4启动阶段的液压缸活塞或缸体及其与它们相连的运动部件处于要动而未动状态，则F=Ffs=4600N(2)加速阶段加速阶段的液压缸活塞或缸体及其与它们相连的运动部件从速度为零到恒速（一般为非工作阶段的快速运动）阶段，则F=Ffd+Fm=2300+2300=4600N（3）快进阶段F=Ffd=2300N（4）工进阶段F=Ffd+FL=2300+25000=27300N(5)反向启动阶段F=Ffs=4600N（6）反向加速阶段F=Ffd+Fm=2300+2300=4600N（7）反向快退阶段F=Ffd=2300N重力阻力因工作部件是卧式放置，故重力阻力为零。密封阻力作为内负载阻力，考虑计入液压缸的机械效率，取液压缸的机械效率ηm=0.9。液压缸各动作阶段负载动作阶段液压缸外负载计算公式液压缸外负载F外（N）液压缸总负载F=F外/ηm（N）启动F=Ffs46005111加速F=Ffd+Fm46005111快速F=Ffd23002555工进F=FL+Ffd2730030333快退F=Ffd23002555根据上述各阶段得到负载及其所经历的移动行程（或时间），便可归纳绘出液压缸的负载图52.速度分析速度图已知快进和快退速度v1=v3=6m/min，快进行程L1=100mm，工进行程L2=50mm，快退行程L3=150mm，工进速度v2=50-990mm/min快进、工进和快退的时间可由下式分析求出快进t1=L1/v1=0.1/6*60=1工进t2=L2/v2=0.05/(50~990)*60=0.003~0.06s快退t3=L3/v1=0.15/6*60=1.5s速度分析就是对执行元件在整个工作循环中各阶段所要求的速度进行分析，速度图即是用图形将这种分析结果表示出来的图形。67二.主要参数的确定这里，液压系统的主要性能参数是指液压执行元件的工作压力p和最大流量Ｑ，它们均与执行元件的结构参数（即液压缸的有效工作面积或液压马达的排量）有关。液压执行元件的工作压力和最大流量是计算与选择液压元件、原动机（电机），进行液压系统设计的主要依据1.液压执行元件工作压力的确定液压执行元件的工作压力是指液压执行元件的输入压力。根据最大负载参考表1选取，根据设备的类型参考表2选取。表1不同负载条件下的工作压力负载F/N50005000~1000010000~2000020000~3000030000~5000050000液压缸工作压力/MPa0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5~7表2常用液压设备工作压力设备类型机床农业机械小型工程机械液压机挖掘机重型机械启重机械磨床车、铣、刨床组合机床拉床龙门刨床工作压力/MPa0．8~22~43~51010~1520~32因为最大负载F=273000N，设备为车床，所以选择好工作压力为5MPa的液压缸2.液压执行元件主要结构参数的确定要确定液压执行元件的最大流量，必须先确定执行元件的结构参数。这里主要指液压缸的有效工作面积A1、A2及活塞直径D、活塞杆直径d。液压执行元件的结构参数首先应满足所要克服的最大负载和速度的要求由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需要考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应该把液压缸设计成无杆腔工作面积A1是有杆腔工作面积A2两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。工进过程中，当加工完时，由于负载突然消失，液压缸体有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应该设置一定的背压，选取此背压值为p2=0.8MPa。8快进时液压缸虽然作差动连接，但连接管路中不可避免地存在着压降△p，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算取△p=0.5MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取背压值p2=0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为F/ηm=A1p1-A2p2=A1p1-(A1/2)p2根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为A1=(F/ηm)/(p1-p2/2)=（27300/0.9）x0.000001/（5-0.8/2）=0.006594m2液压缸缸筒直径为D=/14A=91.65mm由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直接之间关系，d=0.707D，因此活塞杆直接d=0.707x91.65=64.15mm，根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=100mm,d=70mm此时液压缸两腔的实际有效面积分别为A1=D2/4=0.007854m2A2=(D2-d2)/4=0.004006m2工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为q快进=(A1-A2)*v1=（0.007854-0.004006）x6=0.023L/min工作台在快退过程中所需要的流量为q快退=A2*v1=0.0024L/min工作台在工进过程中所需要的流量为q工进=A1*v2=0.007854x(50~990)x0.001=0.003927~0.00777546L/min根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表工况推力F/ηm/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q/（L/s）输入功率P/w公式快进启动511101.32p1=(F+A2△p)/(A1-A2)q=(A1-A2)v1P=p1q加速51112.351.859快进25551.681.180.000384454.1p2=p1+△pV=50工进V=990303330.824.276.54*10^-6129.59*10^-627.92553.34p1=(F+p2A2)/A1q=A1v2P=p1q快退启动511101.27p1=(F+p2A1)/A2q=A2v1P=p1q加速51110.52.25快退25550.51.610.00046643.绘制液压缸工况图三．拟订液压系统原理图拟订液压系统原理图是液压系统设计工作中关键的一步。它将影响到系统的性能与设计方案的经济性、合理性。一般方法是先根据主机工作部件的运动要求，确定液压执行元件的类型，然后是根据动作和性能要求，选择并拟订液压基本回路，最后将各个基本回路组合成一个完整的液压系统1．泵的选择10因为快进t1=L1/v1=0.1/6*60=1工进t2=L2/v2=0.05/(50~990)*60=0.003~0.06s快退t3=L3/v1=0.15/6*60=1.5st2/（t1+t3）=10，因此从提高系统效率、节省能量角度来看，确定选用双联液压泵供油方案，有利于降低能耗和生产成本，如图2.选用执行元件因系统运动循环要求正向快进和工进，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A1等于有杆腔面积A2的2倍3.速度换接回路的选择所设计车床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。为便于实现差动连接，选用三位五通电磁换向阀。为了调整方便和便于增设液压夹紧支路，应考虑选用Y型中位技能。由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进行液压缸的流量由6.839L/min降到0.2512L/min，可选二位二通电磁换向阀进行快速换接，以减少速度换接过程中的液压冲击，如图4所示。由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。114．选择快速运动和换向回路根据本设计的运动方式和要求，采用差动连接与双泵供油两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。本设计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。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电磁与压力联合控制形式。5.组成液压系统原理图12整理后的液压系统1—双联叶片泵2—过滤器3—先导性溢流阀4—单向阀5—溢流阀6—先导性溢流阀7—二位二通电磁阀8—单向阀9—油箱10—三位五通电液换向阀11—单向阀12—调速阀13—二位二通电磁阀14—液控单向阀15—液压缸16—压力继电器17—压力表131．快进如图所示，按下启动按钮，电磁铁Y1通电，且达到一定压力时，由泵输出的压力油经三位五通电液换向阀的左侧，这时的主油路为：进油路：泵→单向阀4→三位五通电液换向阀10（左侧）→二位二通电磁阀13→液压缸无杆腔。回油路：液压缸有杆腔→三位五通电液换向阀10（左侧）→单向阀8→三位五通电液换向阀10（左侧）→二位二通电磁阀13→液压缸无杆腔。由此形成液压缸两腔联通，实现差动快进，由于快进负载压力小，系统压力低，变量泵输出最大流量。2．工进当滑台快到预定位置时，感应器反应，使二位二通电磁阀7和二位二通电磁阀13电磁铁得电，换位，三位五通换向阀继续通电。这时，压力油只能经过调速阀12，进