《基于卧式钻镗组合动力头的液压气动系统毕业设计（论文）WORD版.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于卧式钻镗组合动力头的液压气动系统毕业设计（论文）WORD版.doc（23页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、液压气动课程设计论文题目： 卧式钻镗组合动力头的液压系统 作者姓名 指导教师 所在院系 班 级 提交日期 摘 要随着科技步伐的加快，液压技术在各个领域中得到了广泛应用，液压系统已成为主机设备中最关键的部分之一。本文主要以双面铣削组合机床液压系统为例主要分为四部分。第一部分主要介绍液压传动技术的历史、发展过程、特点以及发展趋势。第二部分主要是对液压系统的工况的分析、负载图和速度图的绘制、液压缸主要参数的确定以及液压回路的选择。第三部分主要介绍液压泵、阀类元件及辅助元件、油管以及油箱。第四部分主要介绍油液温升的验算。关键字：工作介质，辅助元件，控制元件目录摘 要1第1章 绪论51.1 概述51.2
2、 液压传动的发展历程和趋势51.3 液压传动的基本原理61.4 液压传动系统的组成61.4.1 动力元件（油泵）61.4.2 执行元件（油缸、液压马达）71.4.3 控制元件71.4.4 辅助元件71.4.5 工作介质71.5 液压传动的特点71.5.1 液压传动的优点71.5.2 液压传动的缺点81.6 液压传动的应用8第2章 液压系统的设计计算92.1 负载分析92.2 液压系统的参数计算112.2.1 确定液压缸的主要结构尺寸112.2.2 计算液压缸各种工作阶段的工作压力、流量和功率122.3 液压泵的参数计算132.4电动机的选择132.4.1 差动快进142.4.3快退142.5
3、液压系统方按设计152.5.1 确定液压泵类型及调速方式152.5.2选用执行元件152.5.3 快速运动回路和速度换接回路152.5.4 换向回路的选择162.5.5 组成液压系统绘原理图16第3章 液压元件的选择173.1 液压阀及过滤器的选择173.2 阀类元件及辅助元件173.2.1 油管183.2.2 油箱18第4章 液压系统的验算214.1 压力损失的验算及泵压力的调整214.1.1 工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整214.12 快退时的压力损失及大流量泵卸载压力的调整21413 液压系统的发热和温升验算23附录1 总结25附录2 致谢26附录3参考文献27第1章 绪论1.
4、1 概述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。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转
5、换和控制。液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。1.2 液压传动的发展历程和趋势液压传动从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生，已有200多年的历史, 但由于没有成熟的 液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下发展缓慢，几乎停滞 气压传动早在公元前，埃及人就开始采用风箱产生压缩空气助燃。从18世纪的产业革命开始逐渐应用于各类行业中。上世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压元
6、件，并首先应用于机床。上世纪50、60、70年代，工艺水平很大提高，液压与气压传动技术也迅速发展，国民经济各个领域，从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有液压与气压传动术，且其水平高低已成为一个国家工业发展水平的标志。（火炮跟踪、飞机和导弹的动、炮塔稳定、海底石油探测平台固定、煤矿矿井支承、 矿山用的风钻、火车的刹车装置、液压装载、起重、挖掘、轧钢机组、数控机床、多工位组合机床、全自动液压车床、液压机械手）等等。我国液压与气压传动技术从60年代开始发展较快，但其发展速度远远落后于同期发展的日本,主要由于工艺制造水平跟不上，新产品研制开发和发达国家不差上下，但制造比较困难,还须要
7、进一步的研究和开发。发展趋势： 向高压、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪声、低能耗、经久耐用、高度集成化方向发展，向用计算机控制的机电一体化方向发展。1.3 液压传动的基本原理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。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动
8、的基本原理。1.4 液压传动系统的组成液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。1.4.1 动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。1.4.2 执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。1.4.3 控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。1.4.4 辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管
9、件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。1.4.5 工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液压机实现能量转换。无论是前四项液压元件还是工作介质，都是保证系统正常工作必不可少的组成部分1.5 液压传动的特点1.5.1 液压传动的优点(1)体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的1020%。因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；(2)能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1：2000(一般为1：100）。(3)换向容易，在不改变电机旋转
10、方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；(4)液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；(5)由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；(6)操纵控制简便，自动化程度高；(7)容易实现过载保护。(8)液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。1.5.2 液压传动的缺点(1)使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；(2)对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；(3)液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；(4)液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。因此液压传动不宜在很高或很
11、低的温度下工作，一般工作温度在-1560范围内较合适。(5)液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统效率较低。总的来说，液压传动的优点是最为突出的，它的有一些缺点现已大为改善，如泄露问题等；有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服，相信液压传动技术将会在越来越光阔的领域得到应用。1.6 液压传动的应用液压传动由于优点较多，所以在国民经济各部门都得到了广泛的应用，但各部门应用液压传动的出发点不同。工程机械、压力机械采用液压传动的原因是结构简单，输出力量大。航空工业采用的原因是质量轻，体积小。机床中采用液压传动的主要原因是可实现无级变速，易于实现自动化，能实
12、现换向频繁的往复运动。为此，液压传动常用在机床的进给运动传动装置、往复主运动传动装置、回转主运动传动装置、仿形装置、辅助装置、步进传动装置以及静压支承。第2章 液压系统的设计计算设计一卧式双面铣削组合机床滑台的液压系统。动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止。液压系统的主要参数与性能要求如下：切削力Ft=12400N；移动部件总重力G=4200N；快进行程L1=115mm；工进行程L2=200mm；快进速度为V1=3.6m/min；快退速度为V3=8m/min；工进速度V2=0.08m/min；加速、减速的时间=0.2s；静摩擦因数fs=0.2；动摩擦因数fd=0.15。该动力滑台可在任意位置
13、停止。2.1 负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的水平分为零，这样需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为Ffd，则：Ffs=fs*FN=0.2*4200N=840N;Ffd=fd*FN=0.15*4200N=630N;而惯性力为Fm1=m*=G/g*4200/9.8*3.6/60/0.2N=129NFm2=m*=4200/9.8*8/60/0.2N=286N如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率m=0.95,则液压缸在各工
14、作阶段的总机械负载可以算，见表2-1。 表 液压缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式总机械负载F/N起动FFfs/m884加速F=（Ffd+Fm）/m799快进F=Ffd/m663工进F=(Ft+Ffd)/m13715快退F=Ffd/m663 根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘出负载图(F-L)和速度图（V-L），则图2-1.横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸活塞退回时的曲线。 图2-1负载图图2-2速度图2.2 液压系统的参数计算2.2.1 确定液压缸的主要结构尺寸本例要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固定的单杆式液压缸。快进时采用差动连接，并取无杆腔有效面积
15、等于有杆腔有效面积的两倍，即=2，则d=0.707D.为了防止在钻孔钻通时滑台突然前冲，在回油路中装有背压阀，按前表中可查初选背压=8*10。由表2-1可知最大负载为工进阶段的负载F=13715N，按此计算，则 =F/（-1/2*）=13715/（40*-1/2*8*）=3.81*=38.1液压缸直径D=cm=6.96cmd=0.707D=0.707*6.96=4.92cm按2348-1993将所计算的D与d直分为圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得D=7cm,d=5cm.=38.5cA=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，因工进速度为0.08m/m
16、in为最小速度，则由式因为，满足最低速度的要求。2.2.2 计算液压缸各种工作阶段的工作压力、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夜力、流量和功率，在计算工进时背压力代入，快退时背压力按代入计算公式和计算结果列于表2-2中。表2-2液压缸所需的实际流量、压力和效率工作循环计算公式负载F进油压力P回油压力所需流量q输入功率pNL/minkw差动快进6638.1*109.8*107.10.1工进137158.1*108*100.310.02快退66313.8*105*10153.45 注：1、差动连接时，液压缸的回油口到进油之间的压力损失，而。
17、2、快退时，液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为。2.3 液压泵的参数计算由表2-3可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油总压力损失，压力继电器可靠动作需要压力差为5*10，则液压泵最高工作压力可按式（8-5）算出 因此泵的额定压力。由表2-3可知，工进时所需要流量最小是0.31L/min，设溢流阀最小流量为2.5L/min，则小流量泵的流量按式（8-16）应为，快进快退时液压缸所需的最大流量15L/min，则泵总流量为。即大流量泵的流量.根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用YB-4/12型的双联叶片泵，该泵额定压力6.3M，额定转速960r/min.2.4电动机的选择系统为双
18、泵供油系统，其中小泵1的流量， 大泵流量。差动快进、快退时的两个泵同时向系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。下面分别计算三个阶段所需要的电动机功率P。2.4.1 差动快进差动快进时，大泵2的出口压力油经单向阀11后与小泵1汇合，然后经单向阀2，三位五通阀3，二位三通阀4进入液压缸大腔，大腔压力，查样本可知，小泵的出口压力损失，大泵出口的压力损失。于是计算可得小泵的出口压力，大泵出口压力。电动机功率 2.4.2 工进考虑到调速阀所需要最小压力差。压力继电器可靠动需要力差。因此工进时小泵的出口压力。而大泵的卸载压力取。（小泵的总功率=0.565，大泵总功率=0.3）。 电动机功率 2.4.
19、3快退类似差动快进分析知：小泵的出口压力（总功率；大泵出口压力。电动机功率 退时所需功率最大。根据查样本选用Y90L-6异步电动机，电动机功率1.1kw。额定转速910r/min.2.5 液压系统方按设计2.5.1 确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值。2.5.2选用执行元件用系统动作循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连杆，无杆腔面积。2.5.3 快速运动回路和速度换接回路根据本例的运动方式和
20、要求，采用差动连接与双泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。即快进时，由大小泵同时供油，液压泵实现差动连接。 本例采用二位二通电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，管路较简单，形程大小也容易调整，另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。25.4 换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。为便于实现差动连接，选用了三位五通换向阀，为提高换向的位置精度，采用死挡铁和压力继电器的行程终点返程控制。2.5.5 组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压
21、回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图1-3所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关。这样只需要一个压力表即能观测各点压力。液压系统中各电磁铁的动作顺序如表2-3所示表2-3电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y4Y快进+-工进+-快退+-+停止-图2-3 组合机床动力滑台液压系统原理图第3章 液压元件的选择3.1 液压阀及过滤器的选择 根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。本例中所有阀的额定压力都为63*10，额定流量根据各阀通过的流量，确定为10L/min,25L/mi
22、n和63L/min三种规格。3.2 阀类元件及辅助元件 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的实际流量，可选出这些元件的型号及规格。表3-1所示为选出的一种方案。表3-1元件的型号及规格序号元件名称最大通过流量/L.min型号1双联叶片泵16YB-4/122单向阀16I-25B3三位五通电磁阀3235D-63BY4二位二通电磁阀3222D-63BH5调速阀0.32Q-10B6压力继电器DP-63B7单向阀16I-25B8液控顺序阀0.16XY-25B9背压阀0.16B-10B序号元件名称最大通过流量/L.min型号10液控顺序阀（卸载用）12XY-25B11单向阀12I-25B1
23、2溢流阀4Y-10B13过滤器32XU-B32*10014压力表开关K-6B表3-1元件的型号及规格3.2.1 油管根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达32L/min，则液压缸进、出油管直径 d按产品样本，选用内径为15，外径为19的10号冷拔钢管。3.2.2 油箱油箱容积按公式估算，当取为6时，求得其容积为V=640=240L，按GB287681规定，取最靠近的标准值V=250L。表1 液压缸的进、出流量快 进工 进 快 退输入流量（L/min） 排出流量（L/
24、min） 运动速度（L/min）第4章 液压系统的验算4.1 压力损失的验算及泵压力的调整4.1.1 工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整 工进时管路的流量仅为0.31L/min，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失，回油路上只有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力应等于工进时液压缸的工作压力加上进油压差，并考虑压力继电器动作需要，则 既小流量泵的溢流阀12应按此压力调整。 4.12 快退时的压力损失及大流量泵卸载压力的调整 因快退时，液压缸无杆腔的回油量的两倍，其压力损失比快进时要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压
25、力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。 已知：快退时进油管和回油管长度为l=1.8m,油管直径m，通过的流量为进油路，回油路。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为，由手册查出此时油的运动黏度V=1.5st=,油的密度P=，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （1）.确定油流的流动状态 按式(4-1) 经单位换算为 式中 v- 平均流速（m/s） d-油管内径(m) -油的运动粘度(cm/s) q-通过的流量(m/s)则进油路中液流的雷诺数为2300回油路中液流的雷诺数为：2300由上可知，进回油路中的流动都是层流。（2）.沿程压力损失在进油路上，流速：则压力损失为：在回油路上，流速为
26、进油路流速的两倍即，则压力损失为：（3）.局部压力损失由于采用集成块式的液式装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路当然压力损失，如表4-1所示。表4-1各阀的局部压力损失列元件名称额定流量实际流量额定压力损失实际压力损失单向阀2251620.82三位五通电磁阀36316/3240.26/1.03二位三通电磁阀4633241.03单向阀11251220.46若取集成块进油路的压力损失，回油路压力损失为，则进油路和回油路总的压力损失为： 已知快退时液压缸负载F=663N，则快退时液压缸的工作压力为： 快退时泵的工作压力为： 因此，大流量泵卸载阀 的调整压力应大于。 从以上验算结果可以看出，各种工况下 实际压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。413 液压系统的发热和温升验算 在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工件阶段造成的，故按工进工况验算系统温升。工进时的输入功率：工进时液压缸的输出功率：系统总的发热功率 已知油箱容积， 则油箱近似散热面积A为 假定通风良好，取油箱散热系数则可得油液温升为： 设环境温度则热平衡温度为所以油箱散热可达到要求。附录
