卧式钻镗动力头液压系统课程设计

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液压与气压传动课程设计

课程设计说明书

课程名称：液压与气压传动设计题目：卧式钻镗组合机床动力头工作循环液压系统专业：机械设计制造及其自动化班级：机设1204 学生姓名: 学号: 指导教师: 刘忠伟

湖南工业大学科技学院教务部制

2015年 1月 5日

液压与气压传动课程设计

设计的目的和要求： ................................... 1 1. 工况分析 .......................................... 2

1.1. 负载分析 .................................... 2 1.2. 液压缸的推力 ................................ 2 2. 液压缸计算 ........................................ 4

2.1. 选取工作压力及背压力 ........................ 4 2.2. 液压缸各截面积 .............................. 4 2.3. 计算液压缸各工作阶段压力、流量和功率 ........ 5 3. 设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台电磁铁动作表 .... 6 4. 液压元件设计计算与选择 ............................ 7

4.1. 液压泵工作压力、流量、驱动功率计算 .......... 7 4.2. 电动机的驱动功率 ............................ 7 4.3. 油管尺寸 .................................... 8 4.4. 油箱容积 .................................... 8 5. 液压系统稳定性论证 ................................ 9

5.1. 工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整 .... 9 5.2. 局部压力损失 ............................... 10 5.3. 系统热能工况的稳定性校核 ................... 10 总结 ................................................ 12 参考文献 ............................................ 12

液压与气压传动课程设计

设计的目的和要求：

(1）工作循环：“快进→工进→快退→原位停止”。

(2)一卧式钻镗组合机床动力头要完成工进→快进→快退→原位停止的工作循环，最大切削力为F＝12000N，动力头自重FG＝20000N，工作进给要求能在0.02～1.2m/min范围内无级调速，快进、快退速度为6m/min，工进行程为100mm，快进行程为300mm，导轨型式为平导轨，其摩擦系数取fs＝0.2，fd＝0.1；往复运动的加速减速实践要求不大于0.5s。试设计该液压系统。

液压与气压传动课程设计

1. 工况分析

1.1. 负载分析

切削推力： Ft=12000N

静摩擦力： Fa=faG=0.2×20000=4000N 动摩擦力： Fd=fdG=0.1×20000=2000N

?vG?v?启动惯性力： Fm?m =680.27N ?tg?t1.2. 液压缸的推力

启动推力： F启= Fa/η= 4444.44N

加速推力： F加=（Fd+Fm）/η=2978.08N 快进推力： F快= Fd/η=2222.22N

工进推力： F工=（Ft+ Fd）/η=15555.55N

反向启动过程作用力与F启、F加、F快大小相同，方向相反。液压缸在各工作阶段的负载（单位：N）

总机械负载工况负载组成负载值F F'=F/?m 4444.44N 2978.08N 2222.22 N 15555.55N 4444.44 N 2978.08N 2222.22N 起动加速快进工进反向起动加速快退 F=Ffs F=Ffd+Fm F=Ffd 4000N 2680.27N 2000N 14000N 4000N 2680.27 N 2000 N F=Ffd+Ft F=Ffs F=Ffd+Fm F=Ffd

液压与气压传动课程设计

工况运行图如下：

1大流量泵 2小流量泵 3单向阀 4顺序阀 5溢流阀 6三位四通电磁换向阀 7单向阀 8调速阀 9液控单向阀 10行程阀 11压力继电器 12液压缸 13行程开关 14溢流阀

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2. 液压缸计算

2.1. 选取工作压力及背压力

F工=15555.55N,选取P1=4MPa，为防止加工结束动力头突然前冲,

设回油有背压阀或调速阀，取背压P2=0.8MPa。

取液压缸无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的2倍 F/?m?A1p1?A2p2?A1p1?(A1/2)p2 式中：F ——负载力

?m——液压缸机械效率

A1——液压缸无杆腔的有效作用面积 A2——液压缸有杆腔的有效作用面积 p1——液压缸无杆腔压力 p2——液压有无杆腔压力

快进和快退速度V1=V2=6m/min，工进速度V2=0.5m/min，相差很大,应进行差动换接,因此,根据已知参数,液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为

FA1??mP1?1Pb2?15555.5?4.32?10?3m23600000液压缸缸筒直径为

D?4A1??4?43.20?=7.42mm

由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D，因此活塞杆直径为d=0.707×7.42 =5.25mm，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=80mm，活塞杆直径为d=50mm。

2.2. 液压缸各截面积

此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：

A1??D2/4?50.27cm2

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A2??(D2?d2)/4?30.63cm2

按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量q=0.05L/min因工进速度为0.05m/min为最小速度，则有A1≥q/v=50/5cm2=10cm2

因为A1=50.27cm2≥10cm2，满足最低速度的要求。 2.3. 计算液压缸各工作阶段压力、流量和功率

根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力，流量和功率，在计算工进时背压力Pb=0.8MPa，快退时背压力按Pb=0.5MPa。

工作循环计算公式负载F 进油压力Pj 回油压力Pb 量Q N 差动快进 MPa 1.91 MPa 2.41 L/min 11.78 率P kW 0.375 所需流输入功Pj=(F+△p A2)/（A1-A2） Q=v×（A1-A2） P=Pj×Q 2222.22 工进 Pj=(F+PbA2)/A1 Q=v?A1 P= Pj×Q 15555.55 3.36 0.8 0.30 0.0168 快退 Pj=(F+PbA1)/ A2 Q=v?A2 P= Pj×Q 2222.22 1.68 0.5 18.78 0.526 注：1.差动连接时，液压缸的回油口之间的压力损失?p?5?105Pa，而

pb?pj??p。

2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为Pj，无杆腔回油，压力为Pb。

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3. 设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台电磁铁动作表

电磁铁动作表动作工件夹紧快进工进快退工件松夹 1YA — ＋＋ — — 2YA — — — ＋ —

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4. 液压元件设计计算与选择

4.1. 液压泵工作压力、流量、驱动功率计算

工进阶段液压缸工作压力最大，取进油总压力损失??p=0.5MPa,压力继电器可靠动作需要压力差0.5MPa,则液压泵最高工作压力

Pp=p1+??p+0.5MPa=4.36MPa

因此泵的额定压力pr≥1.25×4360000Pa=5.45MPa

工进时所需要流量最小是0.30L/min,设溢流阀最小流量为3.0L/min,则小流量泵的流量