液压与气压传动三级项目报告

液压与气压传动课程三级项目20KN半自动液压专用钻镗机床液压系统的分析与设计研究报告组 员： 隋昊 王志远 贾瑞宁 荆雪松 卢鼎 指导教师： 刘劲军 2015-07-05燕山大学液压与气压传动课程三级项目任务书院（系）：机械工程学院 基层教学单位： 机控系 项目名称20KN半自动液压专用钻镗机床液压系统指导教师姓名刘劲军小组成员分工组员1：隋昊组员2：王志远组员3：贾瑞宁组员4：荆雪松组员5：卢鼎项目考察知识点本课程的三级项目针对典型液压系统工作原理的分析与设计，通过该项目的实施使学生加深对液压传动基础知识的理解，并初步具备运用所学知识进行实际液压系统分析与设计的能力，复杂系统的计算机辅助设计及计算能力，相关标准、手册的查阅能力等。项目设计参数该机床运动部件的重量为30000N，快进、快退速度为6m/min，工进的速度为20120mm/min可无级调速，工作台的最大行程为400mm，其中工进的总行程为150mm，工进时的最大轴向切削力为20000N，工作台的导轨采用平导轨支撑方式；夹紧缸和拔销缸的行程都为25mm，夹紧力为120008000N之间可调，夹紧时间不大于1秒钟。项目实施内容某工厂设计一台钻镗专用机床，要求孔的加工精度为TI6级。要求该机床液压系统要完成的工作循环是：工件定位、夹紧动力头快进工进终点停留动力头快退工件松开、拔销。要求液压缸工作过程中速度可调。液压泵站要求：1）液位、压力、温度有显示及报警；2）油温范围（3045）；3）滤油器精度15m，有堵塞显示及报警。项目结题须提交材料(1)液压传动系统原理图 A2；(2)液压系统参数计算说明书1份；(3)答辩汇报PPT。图纸研究报告提交纸质及电子版各1份，PPT上交电子文档。项目实施时间节点要求第一周 查阅资料，分析系统原理，了解系统性能及典型工艺过程，完成参数计算和原理图设计；第二周 编写项目研究报告及答辩汇报PPT。小组分工及贡献姓 名课题组分工自评分隋昊说明书编写、液压系统计算、液压系统原理图设计4王志远A2原理图绘制3.5贾瑞宁PPT制作3荆雪松A2图审核和与修改3卢鼎资料查询2.5摘 要作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍20KN半自动钻镗组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的设计的技术要求和设计参数、工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择和确定辅助装置、液压系统的性能验算以及液压装置的结构设计，绘制工作图及编制技术文件等。关键词液压系统 设计参数 系统原理图 目 录摘 要3第1章 绪论61.1 课题背景61.2 设计要求6第2章 液压系统设计与计算72.1 工况分析72.2 绘制液压缸速度图和负载图8第3章 拟定液压系统原理图83.1确定供油方式83.2夹紧回路的选择83.3定位液压缸与夹紧缸动作次序回路的选择93.4调速方式的选择93.5速度换接方式的选择93.6动作顺序表10第4章 确定执行元件主要参数104.1工作压力P1的确定104.2计算液压缸内径D和活塞杆直径d104.3计算在各工作阶段液压缸所需的流量11第5章 液压泵及电机参数计算125.1泵的工作压力的确定125.2泵的流量确定125.3选择液压泵的规格135.5液压元部件的选择145.6确定管道尺寸155.7液压油箱容积的确定15第6章 液压系统性能验算156.1工作进给时进油路压力损失166.2工作进给时回油路的压力损失166.3变量泵出口处的压力176.4快进时的压力损失176.5系统温升的验算18结论19心得121心得221心得321心得421心得522参考文献23第1章 绪论1.1 课题背景随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低的液压机船产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争和经济效益的重要环节。作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批，大量机械加工生产中应用广泛。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。1.2 设计要求1.设计时从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果能够用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性，并非越先进月好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑经济、简单。2.应独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴，不能完全照搬。3.液压与气压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。4.在此次课程设计中，要及时的复习各元件的工作原理，基本回路及典型系统的组成，积极思考。 第2章 液压系统设计与计算2.1 工况分析 计算各阶段的外负载，如下：液压缸所受外负载F包括三种类型，即F=F+F+F (2-1)式中F工作负载，对于金属钻镗专用机床，既为工进时的最大轴向切削力，为F=20000N；F运动部件速度变化时的惯性负载；F导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦力阻力，对于平导轨F可由下式求得：F= f ( G + F );G运动部件重力；F垂直于导轨的工作负载，本设计中为零；f导轨摩擦系数，在本设计中取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。则求得F= 0.2 30000N = 6000N （2-2）F=0.1 30000N = 3000N 上式中F为经摩擦阻力，F为东摩擦阻力。F=式中g重力加速度；加速或减速时间，一般 = 0.010.5s,取 =0.2s 时间内的速度变化量。在本设计中F=N = 1530N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表2-1）。工作循环外 负 载 F (N)工作循环外 负 载 F （N）启动、加速F=F+F7530N工进F=F+F23000N快进F=F3000N快退F=F3000N2-1 工作循环各阶段的外负载2.2 绘制液压缸速度图和负载图 根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图2-1所示，并画出如图2-2所示的负载循环图。 图2-1 速度循环图 图2-2 负载循环图 第3章 拟定液压系统原理图3.1确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或者变量泵供油。本设计采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。3.2夹紧回路的选择 采用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。为了实现夹紧力的大小可调和保持夹紧力的稳定，在该回路中装有减压阀。3.3定位液压缸与夹紧缸动作次序回路的选择定位液压缸和夹紧缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，在松开和拔销之间的动作次序采用二位四通电磁阀控制。3.4调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或者调速阀。根据钻镗类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定技术要求的特点，采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。3.5速度换接方式的选择本设计采用电磁阀的快慢速度换接回路，它的特点是结构简单、调节行程方便，阀的安装也容易。最后把所选择的液压回路组合起来，既可组成下图所示的液压系统原理图。3.6动作顺序表动作顺序1DT2DT3DT4DT5DT定位夹紧-动力头快进-+-工进-+-终点停留-+-动力头快退-+-工件松开、夹紧+-+表3-1 动作顺序表第4章 确定执行元件主要参数4.1工作压力P1的确定工作压力P可根据负载大小及其机器的类型来初步确定，参阅后取液压缸工作压力为4MPa。4.2计算液压缸内径D和活塞杆直径d由负载图知最大负载F为23000N，可取P为0.5MPa，为0.95，取d/D为0.7。将上述数据代入式 （4-1）可得 m = 9.1m将液压缸内径圆整为标准系列直径D = 100mm；活塞杆直径d，按d/D = 0.7，活塞杆直径系列取d = 70mm。按工作要求夹紧力由一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的工作压力，取油背压力为3.0MPa,回油背压力为零，为0.95，则按式（4-1）可得 Dm = 7.3m经查阅液压缸和活塞杆的尺寸系列，取加紧液压缸的D和d分别为80mm及56mm。按工作要求工作定位由一个进位缸提供，进位缸的工作压力应低于进给夹紧缸的工作压力，取油背压力为2.0MPa,回油背压力为零，为0.95，则按式（4-1）可得Dm = 4.2m经查阅液压缸和活塞杆的尺寸系列，取定位液压缸的D和d分别为50mm及35mm。本设计中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，既 A = = cm = 40 cm按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式（2-4）得最小有效面积： A = = cm= 25 cm因为满足A> A，故液压缸能达到所需低速。4.3计算在各工作阶段液压缸所需的流量q = d = = （差动）q = D = = （工进）q = = = （快退）=（夹紧速度）q = D = = （夹紧）第5章 液压泵及电机参数计算5.1泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进油路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为