专用钻床液压专业系统设计快进工进死档铁停留快退原位停止.doc
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1、蚌埠学院任务要求快进-工进-死档停留-快退-原位停止机电工程学院液压和气压传动课程设计说 明 书课题名称: 专用钻床液压系统设计 学生姓名: 学号: 0607208 专 业: 机械设计制造及其自动化 班级: 10机电2 成 绩: 指导老师签字: 6月20日目 录1 设计题目及其要求. 12工况分析 2.1动作要求分析.1 2.2负载分析.2 2.3负载图和速度图绘制.5 2.4液压缸关键参数确定.63 液压系统设计设计 3.1液压系统图确实定.10 3.2液压系统工作原理.12 3.3液压元件选择.134 验算性能完成设计 .165总结.20设计内容计算说明结论题目及要求动作要求分析一,设计题
2、目及要求:试设计一专用钻床液压系统,要求完成”快进-工作-快退-停止(卸荷)”工作循环静摩擦系数fs0.2动摩擦系数fd0.1快进、快退速度V(m/min)4.8往复运动加减速时间t(S)0.15工进速度V2(m/min)20工进行程s1(mm)138快进行程s2(mm)400切削阻力 N14000工作部件重量 N10000机械效率m0.95二,工况分析2.1动作要求分析依据主机动作要求画出动作循环图图1-1图1-1 动作循环图设计内容计算说明结论工作负载摩擦负载惯性负载2.2负载分析(1)工作负载:工作负载和设备工作情况相关,在机床上,和运动件方向同轴切削力分量是工作负载。 FL=13412
3、N(2)摩擦负载: 摩擦阻力是指运动部件和支撑面间摩擦力,它和支承面形状,放置情况,润滑条件和运动状态相关。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速度改变是,由其惯性而产生负载,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)=203.29NFL=13412NFfs=1078NFFfd=539NFa1 = 206.04N Fa2=
4、203.29N 设计内容计算说明结论 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假如忽略切削力引发颠覆力矩对导轨摩擦里影响,并设液压缸机械效率m=0.85,则液压缸在各工作阶段总机械负载能够算出,见表工况计算公式总负载 F/N缸推力 F/N开启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
5、.2516409.7反向加速-Ffd - Fa4745.04876.52快退-Ffd 539634.12制动-Ffd+ Fa5332.96391.72Fa3=2.75NFa4=206.04N设计内容计算说明结论负载图和速度图绘制液压缸关键参数确定初选液压缸工作压力液压缸尺寸活塞杆稳定性校核流量计算压力计算功率计算工况图2.3负载图和速度图绘制依据负载计算结果和已知各个阶段速度,因为行程是400mm,设定快进时行程L1=300mm,工进时行程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曲线,以下为液压缸退回时曲线。 1-2a,b2.4
6、、液压缸关键参数确定(1)、初选液压缸工作压力 按负载大小依据表2选择液压缸工作压力表2 按负载选择实施元件工作压力依据最大负载F=19412N, 初选液压缸工作压力为3MPa(2)、计算液压缸尺寸 按最大负载Fmax计算缸筒面积A得计算缸筒内径D得 按计算结果依据表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/T23481993) mm按标准取D = 90mm(壁厚5mm,单重11.17kg/m)依据快进和快退速度相等要求,确定液压系统在快进时采取差动连接。设活塞杆直径为d,于是有 D2/(D2-d2) =1.3 d=43.23mm按标准取 d = 45mm则液压缸有效作
7、用面积为:无杆腔面积 A1=1/4 *D2 = 1/4*92=63.59cm2有杆腔面积 A2=1/4 *(D2-d2) = 1/4*(92-4.52) =47.69cm2(3 )活塞杆稳定性校核 活塞杆总行程为400 mm , 而活塞杆直径为45mm , l/d =400/45=8.8910 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所表示。 由表绘制液压缸工况图图3所表示。图3 液压缸工况图t(s)p(MPa)2.580.40.13q(L/min)21.47.153.1t(s)P(W
8、)47.7t(s)46.4133.3快进工进快退3MPaD=83mmA1=63.59cm2A2=47.69cm2不用稳定性校核设计内容计算说明结论选择实施元件确定供油方法调速方法选择速度换接选择换向方法选择快进工进快退液压泵压力所需液压泵流量选择液压泵选择电动机标准件油管油箱压力损失验算沿程压力损失Pf回油沿程压力损失总沿程压力损失局部压力损失Pr总压力损失p调定压力确实定系统温升验算总结 三,液压系统设计 3.1、液压系统图确实定 1、选择实施元件 由系统动作循环图,选定单活塞杆液压缸做为实施元件。依据快进和快退速度相等要求,确定在快进时采取差动连接,所以应使无杆腔有效面积为有杆腔有效面积两
9、倍。 2、确定供油方法 由工况图分析可知,液压缸在快进、快退时所需流量较大,但连续时间较短;而在工进时所需流量较小,但连续时间较长。所以从提升系统效率,节省能源角度考虑,系统供油方法不宜采取单个定量泵,而宜采取双泵或变量泵。所以参考同类组合机床,选择双作用叶片泵双泵供油方法。 3、调速方法选择 由工况图可知,快进和快退时有速度要求,所以在有杆腔油口处统一采取调速阀调速。工进时速度低,考虑到系统负载改变小,所以采取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,为便于对换接位置进行合适调整,所以采取二位二通行程阀来实现速度换接。另外采取液控次序阀和单向阀来切断差动回路。所
10、以速度换接回路为行程和压力联合控制形式。 5、换向方法选择 采取三位五通电磁阀进行换向,以满足系统对换向多种要求。选择三位阀中位机能为M型,以实现能够随时在中途停止运动要求。为提升换向位置要求,拟采取止挡块和压力继电器行程终点返回控制。 6、其它选择 为便于观察调整压力,在液压泵出口处和液压缸两接口处 均设置测压点,并配置多点压力表开关,方便利用一个压力表即能观察各点压力。 完成以上各项选择后,作出确定液压系统原理图和各电磁铁动作次序表图4所表示。 3.2、液压系统工作原理 1、快进 按下起动按钮,电磁铁1YA通电,电磁换向阀8阀芯右移,换向阀工作在左位,实现快进,油路为: 进油路:泵2换向阀
11、8左位行程阀13下位液压缸左腔; 回油路:液压缸右腔 调速阀14 换向阀8左位单向阀9行程阀13下位液压缸左腔,形成差动连接。 2、工进 当滑台快速运动到给定位置时,滑台上撞块压下行程阀13阀芯,切断通道,使压力油经调速阀10进入液压缸左腔。因为油液流经调速阀,系统压力上升,打开液控次序阀7,此时单向阀9关闭,切断液压缸差动回路,实现工进,油路为: 进油路:泵2换向阀8左位调速阀10液压缸左腔; 回油路:液压缸右腔调速阀14 换向阀8左位次序阀7背压阀6 油箱。 3、快退 当滑台工进完成以后,停留在止挡块处,系统压力升高,直到压力继电器12调整值时,压力继电器动作,2YA通电,电磁换向阀8工作
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