组合机床动力滑台液压系统设计.doc
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1、-_1.液压传动的工作原理和组成.1 1.1 工作原理.1 1.2 液压系统的基本组成.1 2.设计要求.2 2.2 机床的其他工作参数如下:.2 3.液压系统工况分析.3 3.1 运动分析.3 3.2 负载分析.3 3.2.1 工作阻力.3 3.2.2 摩擦阻力.3 3.2.3 惯性力.3 4.液压系统方案设计.4 4.1 选择调速回路.4 4.2 选择油源形式.4 4.3 选择快速运动和换向回路.5 4.4 选择速度换接回路.5 4.5 选择调压和卸荷回路.5 6.组成液压系统.5 5.确定液压系统主要参数.6 5.1 初选液压缸工作压力.6 5.2 计算液压缸主要尺寸.6 5.3 液压泵
2、的参数计算.9 5.3.1 计算液压泵的流量.9 5.3.2 确定液压泵的规格和电动机功率.9 6.液压元件的选择.10 6.1 液压阀及过滤器的选择.10 6.2 油管的选择.11 6.2.1 确定油管.11 6.3 油箱的选择.12 7.验算液压系统性能.13 7.1 验算系统压力损失.13 7.1.1 判断流动状态.13 7.1.2 计算系统压力损失.13 7.1.3 快进.14 7.1.4 工进.15 7.1.5 快退.15 7.2 验算系统发热与温升.16-_液压与气压传动课程设计说明书学 院、 系: 机械工程学院 专 业: 机械工程 学 生 姓 名 : 班 级: 指导教师姓名: 职
3、称: 教 授 最终评定成绩: 2017 年 12 月 11 日 至 2017 年 12 月 15 日-_1.液压传动的工作原理和组成液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液 压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能,通过液体压力能 的变化来传递能量,经过各种控制阀和管路的传递,借助于液压执行元件 (缸或马达)把液体压力能转换为机械能,从而驱动工作机构,实现直线往 复运动和回转运动。驱动机床工作台的液压系统是由邮箱、过滤器、液压泵、 溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头 等组成。1.1 工作原理(1) 电动机驱动液压泵经滤油器从邮箱中
4、吸油,油液被加压后,从泵的输出 口输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸,推动活塞而 使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回邮箱。(2) 工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时,进入液压 缸的油量增多,工作台的移动速度增大;当节流阀关小时,进入液压缸 的油量减少,工作台的移动速度减少。由此可见,速度是油量决定的。1.2 液压系统的基本组成(1) 能源装置液压泵。它将动力部分所输出的机械能转换成液压能, 给系统提供压力油液。 (2) 执行装置液压机。通过它将液压能转换成机械能,推动负载做功。(3) 控制装置液压阀。通过它们的控制调节,使液流的压力、流速和 方
5、向得以改变,从而改变执行元件的力、速度和方向。 (4) 辅助装置邮箱、管路、储能器、滤油器、管接头、压力表开关等。 通过这些元件把系统联接起来,以实现各种工作循环。 (5) 工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油,系统用它来传递 能量和信息。-_2.设计要求设计一台组合机床动力滑台液压系统。2.1 机床要求的工作循环是:要求实现工件快进、工进、快退等过程,最后自动停止;动力滑台采用平导轨,往复运动的加速、减速时间为 0.2s。t2.2 机床的其他工作参数如下: 参数三运动部件总重力G=30000N切削力Ft=20000N快进、快退速度v1=v3=6m/min行程l=400mm工进速度v2=6
6、0100mm/min静摩擦系数fs=0.2动摩擦系数fd=0.12.3 机床自动化要求:要求系统采用电液结合,实现自动循环,速度换接无冲击,且速度要稳定,能承受一定量的反向负荷。由设计要求取工进速度为 80mm/min,快进行程为 300mm,工进行程为 100mm1l2l3.液压系统工况分析3.1 运动分析绘制动力滑台的工作循环图-_3.2 负载分析3.2.1 工作阻力工作阻力为已知NFt200003.2.2 摩擦阻力已知采用平导轨,且静摩擦系数,动摩擦系数,正压力2 . 0sf1 . 0df,则:NFN30000静摩擦阻力 NFfs6000300002 . 0动摩擦阻力 NFfd30003
7、00001 . 03.2.3 惯性力 Ntv gGFm15302 . 08 . 9 60/6300003.3 液压缸各运动阶段负载 如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响,并设定液压缸的机械效率 ,则液压缸在各个工作阶段的总接卸负载可以算出,见下表:95. 0运动阶段计算公式总接卸负载 F/N 起动/fsFF 6316加速/ )(mfdFFF4868-_快进/fdFF 3158工进/ )(fdtFFF24211快退/fdFF 31584.液压系统方案设计4.1 选择调速回路这台机床液压系统功率较小,滑台运动速度低,工作负载为阻力负载且 工作中变化小,故可选用进口节流调速回路。为防止负载
8、突变,在回油路上 加背压阀。由于系统选用节流调速方式,系统必然为开式循环系统。4.2 选择油源形式 在工作循环内,液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工 进行程的高压小流量的油液。在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小 流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看,选用单定量泵油源显然是 不合理的,为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。考虑到前者流 量突变时液压冲击较大,工作平稳性差,且后者可双泵同时向液压缸供油实 现快速运动,最后确定选用双联叶片泵方案,如下图所示。4.3 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运 动。考虑到从工进
9、转快退时回油路流量较大,故选用换向时间可调的电液换 向阀式换向回路,以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接,所以选用 三位五通电液换向阀,如下图所示。-_4.4 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时,速度变化大,为减少速度换接时的 液压冲击,选用行程阀控制的换接回路,如图下图所示。4.5 选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后,调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台 工进时,高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定,无需另设调压回 路。在滑台工进和停止时,低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷,高压小流量 泵在滑台停止时虽未卸荷,但功率损失较小,故可不需再设卸荷回路。6.组成液压系
10、统将上面选出的液压基本回路组合 在一起,并经修改和完善,就可得到 完整的液压系统工作原理图,如右图 所示。为了解决滑台工进时进、回油 路串通使系统压力无法建立的问题, 增设了单向阀 6。为了避免机床停止 工作时回路中的油液流回油箱,导致 空气进入系统,影响滑台运动的平稳 性,图中添置了一个单向阀 13。考虑-_到这台机床用于钻孔(通孔与不通孔)加工,对位置定位精度要求较高,图中 增设了一个压力继电器 14。当滑台碰上死挡块后,系统压力升高,它发出快退 信号,操纵电液换向阀换向。5.确定液压系统主要参数5.1 初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大,在其它工况负载都不太高,参考表 1
11、 和表 2,初选液压缸的工作压力 p1=4MPa。5.2 计算液压缸主要尺寸鉴于动力滑台快进和快退速度相等,这里的液压缸可选用单活塞杆式差动 液压缸(A1=2A2) ,快进时液压缸差动连接。工进时为防止负载突变采用背压, 参考表 4 选此背压为 pb=0.8MPa。表 1 按负载选择工作压力 负载/ KN50 工作压力 /MPa0.8 11.522.5334455表 2 各种机械常用的系统工作压力 机 床机械类型磨床组合机 床龙门刨 床拉 床农业机械 小型工程 机械 建筑机械 液压凿岩 机液压机 大中型挖 掘机 重型机械 起重运输 机械 工作压力 /MPa0.8 2352881 0101820
12、32表 3 执行元件背压力 系统类型背压力/MPa 简单系统或轻载节流调速系 统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6 回油路设置有背压阀的系统0.51.5 用补油泵的闭式回路0.81.5-_回油路较复杂的工程机械1.23 回油路较短且直接回油可忽略不计表 4 按工作压力选取 d/D 工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7 表 5 按速比要求确定 d/D 2/11.151.251.331.461.612 d/D0.30.40.50.550.620.71注:1无杆腔进油时活塞运动速度;2有杆腔进油时活塞运动速度。液压缸活塞杆外径尺寸系列 摘自 G
13、B/T23481993(mm) 42056160 52263180 62570200 82880220 103290250 1236100280 1440110320 1645125360 1850140由公式可得:/2211FApAp23266 2111054. 6106 . 0211042421121mm ppFA 则活塞直径 mmAD911054. 6443 1参考表 4 及表 5,得 d0.71D =64mm,圆整后取标准数值得 D=90mm, d=63mm。 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为-_2215 .634mmDA22224 .324)(mmdDA根据计算出的液压缸的尺寸,可
14、估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、 流量和功率,如下表所列。 表 6 液压缸所需的实际流量、压力和功率 负载 F进油压力回油压力所需流 量输入功 率 P工作 循环计算公式NpjpbL/minKW 差动 快进212 AApAFPj121)(AAqqpPj31585104 .155104 .2018.660.48工进12 AApFPb j21Aq qpPj242115102 .4251080.510.036快退21 AApFPb j32Aq qpPj31585105 .19510519.440.631.p 为液压缸差动连接时,回油口到进油口之间的压力损失,取 p=0.5MPa。 2.快退时,液
15、压缸有杆腔进油,压力为 pj,无杆腔回油,压力为 pb=pj+p。 3.计算工进是背压按 pb=0.8Mpa 代入。 4.快退时背压按 pb=0.5Mpa 代入。-_5.3 液压泵的参数计算小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油,由表 6 可知,液压缸在工进时 工作压力最大,最大工作压力为 p1=4.22MPa,如在调速阀进口节流调速回路中, 选取进油路上的总压力损失p=0.6MPa,考虑到压力继电器的可靠动作要求压 差 p=0.5MPa,则小流量泵的最高工作压力估算为MpappPPp32. 55 . 06 . 022. 41大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油,由表 6 可见,快退时液压缸的
16、工作压力为 p1=1.95MPa,比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀,故其 进油路压力损失比前者小,现取进油路上的总压力损失p=0.3MPa,则大流量泵的最高工作压力估算为MpapPPp25. 23 . 095. 111因此泵的额定压力可取MPaMPaPr65. 632. 525. 15.3.1 计算液压泵的流量由表 6 可知,油源向液压缸输入的最大流量为 19.44L/min ,若取回路泄漏 系数 K=1.1,则两个泵的总流量为min/384.21min/44.191 . 11LLKqqp考虑到溢流阀的最小稳定流量为 2.5L/min,工进时的流量为 0.51L/min 则小流量泵的流
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