立式钻床切削头部液压系统设计

立式钻床切削头部液压系统设计第1页共20页立式钻床切削头部液压系统设计作者：xxx指导老师：xxxxxxx大学工学院11级机械设计制造及其自动化专业下载须知：本文档是独立自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外：有需要电子档的同学可以加我2353118036，我保留着毕设的全套资料，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会。摘要：液压控制系统在组合机床中有着重要作用，日前，液压系统被广泛应用在机械、建筑等领域中，成为一种新的动力源。液压系统由于其高精度的制造，配合以自动信号的控制，可以实现自如的换向。油液的循环利用，使得在环保上也有着积极的意义。对液压控制系统的设计也是进行组合机床设计的重要组成部分。做好对液压控制系统的设计，有利于提升组合机床的总体性能，并使液压动力元件有效可靠的运行。液压系统设计是整个机械设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求、利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，在经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。本文以立式钻床液压控制系统为研究对象，通过对已有的目的参数进行计算。分析，设计出相应的液压系统原理图，再结合相应的流量载荷计算，查阅相应的手册，选定各种液压元件，设计完成，还需根据相应的公式进行校核，以完成液压系统的设计。关键词：液压传动，液压元件，回路分析立式钻床切削头部液压系统设计第2页共20页立式钻床切削头部液压系统设计第3页共20页1绪论当今世界，机械技术一日千里，为我们所处的时代加上了飞翔的翅膀，机械技术的产生和飞速发展改变了整个人类的生活和思维方式，为人类文明的进程作出了卓越的贡献，液压技术为机械行业做出了很大的贡献。随着机械行业的不断发展，社会经济的日新月异，特别是机械制造行业，汽车行业，建筑行业，电子行业等等，各个企业已普遍地使用到液压系统，所以研究液压控制系统和使液压控制系统的使用效率提高、节能环保，有重大意义。液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。自1795年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域，1906年开始应用于国防战备武器。第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要发应快和精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服系统。20世纪60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用。近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成化等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果。解放前，我国经济落后，液压工业完全是空白。解放后，我国经济获得迅速发展，液压工业也和其它工业一样，发展很快。20世纪50年代就开始生产各种通用液压元件。当前，我国已生产出许多新型和自行设计的系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其它新型液压元件等。但由于过去基础薄弱，所生产的液压元件，在品种与质量等方面和国外先进水平相比，还存在一定差距，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以预见，液压技术也将获得进一步发展，它立式钻床切削头部液压系统设计第4页共20页在各个工业部门中的用应，也将会越来越广泛。现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。2设计要求一台立式多轴钻孔专用机床，钻削头部件的上、下运动采用液压传动，其工作循环是：快速下降—工作进给—快速上升—原位停止。为防止钻削头部件因自重下滑，装有平衡重（设计时可不考虑重力的影响）。已知数据如下：最大钻削力Fmax=25000N；钻削头部件质量m=255kg；快速下降行程s1=200mm,工作进给行程s2=50mm,快速上升行程s3=250mm;快速下降速度v1=75mm/s,工作进给速度v2=1mm/s，快速上升速度v3=100mm/s，加、减速时间△t=0.2s；钻削头部件上下运动时，静摩擦力为Ffs=1000N；动摩擦力Ffd=500N；液压系统中的执行元件用液压缸，且活塞杆固定。液压缸采用V型密封圈密封，其机械效率ηcm=0.90。根据以上条件绘制出液压工作循环图，如下图2.1循环图3液压系统工况分析3.1负载分析由已知条件快速下降速度v1=75mm/s,工作进给速度v2=1mm/s，快速上升速度v3=100mm/s，加、减速时间=0.2s；钻削头部件上下运动时，静摩擦力为Ffs=1000N；动摩擦力Ffd=500N其中惯性力的计算启动时Fa1=2mtv1=2*255*2.010753=191.25N立式钻床切削头部液压系统设计第5页共20页减速时Fa2=2mtvv21=2*255*2.010)175(3=188.7N制动时Fa3=2mtv02=2*255*2.010)01(3=2.55N反向启动时Fa4=2mtv3=2*255*2.0101003=255N反向制动时Fa5=2mtv03=2*255*2.0101003=255N由此计算各阶段的负载启动时FL1=Ffs+Fa1=1000+191.25=1191.25N快速下降时FL2=Ffd=500N减速时FL3=Ffd-Fa2=500-188.7=311.3N工作进给时FL4=Ffd+Fmax=500+25000=25500N制动时FL5=Ffd-Fa3=500-2.55=497.45N反向启动时FL6=Ffs+Fa4=1000+255.5=1255.5N减速上升时FL7=Ffd=500N反向制动时FL8=Ffd-Fa5=500-255.5=244.5N其阶段负载计算结果如下表阶段负载启动1191.25N快速下降500N减速311.3N工作进给25500N制动497.45N反向启动1255.5N快速上升500N反向制动244.5N表3.1负载表立式钻床切削头部液压系统设计第6页共20页3.2运动分析由以上的速度图，联系物理学中的匀变速直线运动及匀速直线运动位移计算公式，容易计算出各个工作阶段的行程，具体计算结果如下表工况速度行程计算公式计算结果启动0——V121v1t7.5快速下降V1s1-v1t-21v2t184.9减速V1——V221v1t+21v2t7.6工作进给V2s2-21v2t49.9制动V2——021v2t0.1反向启动0——V321v3t10快速上升V3s3-v3t249.1反向制动V3——021v3t10表3.2行程表由以上的负载及运动分析，即可绘制组合工况图：图3.1速度—位移曲线图立式钻床切削头部液压系统设计第7页共20页图3.2负载循环图4执行元件参数确定4.1选定工作压力最大负载为25500N,查表初选液压缸工作压力p=3.5MPa4.2确定执行元件结构参数液压缸的有效工作面积A1=pF=9.0105.3102550064=8095*10-6m2=8095mm2有D=A4=14.380954=101.52mm，取标准值100mm由p=3.5MPa，查表得液压缸的内径和活塞杆径d之比取Dd=0.5，即D=2d，得d=50mm立式钻床切削头部液压系统设计第8页共20页故标准化后A1=24D=7854mm2A2=)(422dD=5890mm2流量计算快进时q1=A1*V1=7854*75mm3/s=589050mm3/s=35.343L/min工进时q2=A1*V2=7854*1mm3/s=7854mm3/s=0.471L/min快退时q3=A2*V3=5890*100mm3/s=589000mm3/s=35.34L/min4.3绘制液压工况图进油腔（工作腔）、回油腔的压力快速下降和快速上升时，回油腔的压力均为0，即P1=P3=0，工作进给时，由于回油路上的调速阀产生背压，查表选定工进时回油腔的压力为0.5MPa,即P2=0.05MPa计算工作腔的压力快速下降时，由P1’A1-P1A2=1F,其中负载F1=500N,带入上式计算得P1’=0.071MPa工作进给时，由P2’A1-P2A2=2F,其中负载F2=25500N,带入上式计算得P2’=3.61MPa快速上升时，由P3’A2-P3A1=3F,其中负载F3=500N,带入上式计算得P3’=0.094MPa计算输出功率立式钻床切削头部液压系统设计第9页共20页快速下降时，N1=P1’Q1=0.042kW工作进给时，N2=P2’Q2=0.028kW快速上升时，N3=P3’Q3=0.055kW将以上计算结果绘制成表，如下表工况负载（N）回油腔压力P（MPa）进油腔压力P’（MPa）输入流量Q（L/min）输入功率N（kW）快速下降50000.07135.3430.042工作进给255000.53.610.4710.028快速上升50000.09435.340.055表4.1液压缸工况表将以上计算结果绘制成图，即得液压缸的工况图，如下图4.1液压工况图5计算和选择液压元件5.1选择液压泵由以上的p-t线图可得最大的工作压力为3.61MPa，查表，取进油回路上的总压力损失为0.5MPa，则液压泵的最大工作压力Pp=3.61+0.5=4.11MPa由以上的Q-t线图可得最大的流量为35.343L/min，查表取K=1.1，则液压泵的额定流量立式钻床切削头部液压系统设计第10页共20页Q=1.1*35.343=38.877L/min计算公称工作压力，选择液压泵液压泵的公称工作压力Pr=Pp*1.25=5.13MPa查液压手册，选择YBN40-JB型限压式变量泵，40系列，调压范围为2-7MPa，驱动功率2.86kW。5.2电机的选择液压泵在实际工作过程中，其压力和流量往往大于额定的数值，我们只需计算出其最大值。一般液压系统中液压泵所需的功率最大值发生在最大的转速下，由此，P=PqPp*=60*8.087.38*11.4=3.25kW其中Pp为泵的最大工作压力Q为泵的流量P为泵的总效率由此，查相关电机样本，选择Y112-2电动机，其为Y系列，额定功率4kW。5.3其他液压元件的选择各类元件均根据其流量及工作压力选定滤油器的流量为35.343L/min，查液压手册，选择WU-H63*100SP型网式滤油器，通径为20mm，压力32MPa，流量63L/min。限压式变量叶片泵选择YBN40N-JB型，选择过程如上述。单向阀的流量为35.34L/min，查液压手册，选择S10P1型单向阀，其通径10mm，最大工作压力31.5MPa，连接形式为板式（代号P），阀的开启压力为0.05MPa（代号为1）。二位二通的流量为35.34L/min，查液压手册，选择22C—63BH型二位二通。三位四通的流量为35.343L/min,查液压手册，选择4WE10E2X型三位四通湿式电磁换向阀，通径为10mm，2X系列，A/B/P口的最大工作压力为32MPa，T口的最大工作压力为16MPa，最大流量100L/min。立式钻床切削头部液压系统设计第11页共20页调速阀的流量为0.471L/min，查液压手册，选