23专用钻床液压系统设计

目录1设计题目及其要求................................错误!未定义书签。2工况分析2.1动作要求分析...............................12.2负载分析...................................22.3负载图和速度图的绘制.......................52.4液压缸主要参数确定.........................63液压系统设计设计3.1液压系统图的拟定..........................错误!未定义书签。03.2液压系统的工作原理........................错误!未定义书签。23.3液压元件的选择...........................134验算性能完成设计..............................错误!未定义书签。65总结............................................错误!未定义书签。01一，设计题目及要求：试设计一专用钻床的液压系统，要求完成”快进-工进-快退-停止（卸荷）”的工作循环．已知：切削阻力为13412N，运动部件自重为5390N，快进行程为300mm，工进行程为100mm，快进，快退运动速度为4.5m/min,工进速度为60-1000mm/min，加速和减速时间为△t=0.2sec,机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=0.2,Fd=0.1二，工况分析2.1动作要求分析根据主机动作要求画出动作循环图如图1-1图1-1动作循环图22.2负载分析（1）工作负载：工作负载与设备的工作情况有关，在机床上，与运动件的方向同轴的切削力的分量是工作负载。FL=13412N（2）摩擦负载：摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力，它与支承面的形状，放置情况，润滑条件以及运动状态有关。静摩擦负载Ffs=fsG=(0.2*5390)=1078N动摩擦负载Ffd=fdG=(0.1*5390)=539N（3）惯性负载：惯性负载是运动部件的速度变化是，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算。加速Fa1=m*a1=(5390/9.81)*(0.075/0.2)=206.04N减速Fa2=m*a2=(5390/9.81)*(0.074/0.2)=203.29N3制动Fa3=m*a3=(5390/9.81)*(0.001/0.2)=2.75N反向加速Fa4=Fa1=206.04N反向制动Fa5=Fa4=206.04N如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦里的影响，并设液压缸的机械效率ηm=0.85，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表工况计算公式总负载F/N缸推力F/N启动Ffs10781268.23加速Ffd+Fa1745846.47快进Ffd539634.12减速Ffd-Fa2336395.29工进FL+Ffd1395116412.94制动FL+Ffd–Fa313948.2516409.7反向加速-Ffd-Fa4745.04876.52快退-Ffd539634.12制动-Ffd+Fa5332.96391.7242.3负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和已知的各个阶段的速度，由于行程是400mm，设定快进时的行程L1=300mm，工进时的行程L2=100mm。可绘出负载图（F-l）和速度图（v-l），见图1-2a、b。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸退回时的曲线。1-2a,b52.4、液压缸主要参数确定（1）、初选液压缸的工作压力按负载大小根据表2选择液压缸工作压力表2按负载选择执行元件工作压力根据最大负载F=19412N,初选液压缸的工作压力为3MPa（2）、计算液压缸尺寸按最大负载Fmax计算缸筒面积A得246max1071.5410394.16412AmpF6计算缸筒内径D得按计算结果根据表3选择缸筒内径标准值。表3液压缸内径和活塞杆直径标准系列（GB/T2348—1993）mm按标准取D=90mm(壁厚5mm，单重11.17kg/m)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d，于是有D2/(D2-d2)=1.3d=43.23mm按标准取d=45mm则液压缸的有效作用面积为：无杆腔的面积A1=1/4*π*D2=1/4*π*92=63.59cm2有杆腔的面积A2=1/4*π*(D2-d2)=1/4*π*(92-4.52)=47.69cm2（3）活塞杆稳定性校核活塞杆的总行程为400mm,而活塞杆的直径为45mm,l/d=400/45=8.8910mmmA83083.014159.31071.5444D4)dD(q4dq42227∴不用稳定性校核（4）计算液压缸流量、压力和功率1）流量计算2）压力计算3）功率计算4、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4所示。由表绘制液压缸的工况图如图3所示。MPaFMPaFMPaaAF13.0Pa1013.01069.4712.634Ap58.2Pa1058.21059.6394.16412Ap4.0P1040.010)69.4759.63(12.634Ap6426416421快退快退工进工进快进快进快退快退快退工进工进工进快进快进快进min/4.21/m105.3605.41059.47vAqmin/1.3/m103.5605.01059.63vAqmin/155.7/m1019.1605.410)69.4759.63(v)A(q3443235421344121LsLsLsA快退工进快进8图3液压缸的工况t(s)p(MPa)2.580.40.13q(L/min)21.47.153.1t(s)P(W)47.7t(s)46.4133.3快进工进快退9三，液压系统设计3.1、液压系统图的拟定1、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、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。3、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。4、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，因此采用二位二通阀来实现速度的换接。另外采用液控顺10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。5、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控制。6、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。(见A3图纸)3.2、液压元件的选择1、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=0.2~0.5MPa，有调速阀和管路较复杂的系统取∑△pl=0.5~1.5MPa。液压缸在整个工作循环中最大工作压力为2.58MPa，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11pp=p+∑△pl=2.58+0.5=2.63MPa2）计算所需液压泵流量考虑泄漏的修正系数K：K=1.1~1.3。液压缸在整个工作循环中最大流量为21.4L/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qp=1.1×21.4=23.54L/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1、单泵型号排量压力转速容积效率驱动功率重量YB1～446.3960≧851.15YB1～25256.3960≧903.392、双泵LL1L2L3BB1HSD1D2dd1CtbZ1Z2Z325510638144452014511090dc12820d115225Z1”Z3/4”Z1/4”选用YB1—10/16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ηpV=0.85，总效率η=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12压泵实际输出流量qp=（10+16）×10﹣3×960×0.85=21.22L/min计算所需电动机功率为选用Y132S-6电动机。电动机额定功率为3KW，满载转速为960r/min。2、选择阀类元件及辅助元件1）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。b）油箱油箱容积计算如下V=（5~7）qp=（5~7）×21.22=106.1~148.54L取V=150L。WqpPpppp3361016.18.0601022.211063.213表5液压元件型号及规格序号名称最大通过流量(L/min)型号1双联叶片泵23YB1—10/162单向阀16I-25B3三位五通换向阀3235D1-63BY4二位二通行程阀3222D-25B5调速阀0.32Q-10B6压力继电器DP163B7单向阀16I-25B8液压顺序阀0.16XY-25B9背压阀0.16B-10B10液压顺序阀12XY-25B11单向阀12I-25B12溢流阀4Y-10B13过滤器32XU-B32*10014压力开关K6B四，验算性能完成设计4.1、液压系统的性能验算1、压力损失验算按液压泵的实际输出流量估算压力损失。1）油液在油管中的流速进油管流速v'回油管流速vs/m52.510166041022.21Aqv'623ps/m81.252.554.7806.40'vAAv12142）沿程压力损失△Pf设系统采用L-HM32液压油，室温为20℃时粘度为ν=1.0×10﹣4m2/sa）进油沿程压力损失△Pf1层流状态：λ1=75/Re1=75/552=0.14取油液的密度为ρ=890kg/m3，进、回油管长度均为2m，得进油沿程压力损失为b）回油沿程压力损失层流状态：λ2=75/Re2=75/281=0.27c）总沿程压力损失2300552100.1101052.5'Re431dvMPa38.0Pa108.3252.58901010214.02'vdlp52321f12300281100.1101081.2dvRe432MPa19.0Pa109.1281.28901010227.02vdlp52322f2MPa48.019.054.7806.4038.0pAAppf212f1f153）局部压力损失△Pr局部压力损