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1、- 1 - 西安广播电视大学机械设计制造及其自动化专业（本科）液压气动技术课程设计题目拉床的液压动力滑台的液压系统姓名学号指导教师办学单位西安电大直属三分校日 期 2012年4 月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 2 - 机械设计制造及其自动化专业课程设计任务书编号：课程名称：液压气动技术课程设计办学单位：设计题目拉床的液压动力滑台的液压系统设计学生姓名一、课程设计目的与要求：课程设计目的：为了将所学的液压气
2、动技术应用到实际生产过程中。本设计主要围绕拉床的液压动力滑台的液压系统设计，以加强对液压控制系统的深入了解。最终，用所学的液压气动技术来解决实际问题。本课程的学习目的在于使我们综合运用液压与气压传动课程及其它先修课程的理论知识和生产实际知识，进行液压传动的设计实践，使理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。通过设计实际训练，为后续专业课的学习、毕业设计及解决工程问题打下良好的基础。课 程 设 计 要 求 ： 设 计 一 台 拉 床 的 液 压 动 力 滑 台 的 液 压 系 统 。 已 知 参 数 ： 切 削 负 载FL=30000N，机床工作部件总质量
3、m=2000kg，快进、快退速度均为5m/min，工进速度在50 200mm/min范 围 内 可 无 级 调 节 。 滑 台 最 大 行 程6000mm， 其 中 工 进 的 行 程 是2000mm，往复运动加减速时间0.2s ，滑台采用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系数fd=0.1，滑台要求完成“快进工进快退停止”的工作循环。二、课程设计内容：(1) 明确设计要求进行工况分析；(2) 确定液压系统主要参数；(3) 拟定液压系统原理图；(4) 计算和选择液压件；(5) 验算液压系统性能；(6) 设计液压系统原理图1 张；(7)设计油箱工作图和液压缸工作图各1张(8) 编制设计计算说
4、明书1 份三、课程设计进度安排2012-3-18 2012-3-28：选设计题目；2012-3-28 2012-4-03：收集所选设计题目的资料；2012-4-03 2012-4-15：绘制图纸；2012-4-15 2012-4-28：编写课程设计正文；2012-4-28：提交课程设计。指导教师签字办学单位意见教学班负责人签字、分校盖章_年月日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 3 - 拉床的液压动力滑台的液压
5、系统设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 4 - 目录一、液压系统的设计要求 ,5 二、工况分析,5 1、负载分析,52、确定液压缸的主要参数 ,7三、拟定基本回路,91、选择各基本回路 ,92、绘制液压系统原理图,10四、选择液压元件,101、液压泵和驱动电机,102、阀类元件,123、辅助元件,134、油管,145、油箱,14五、液压系统性能验算,141、液压系统压力损失估算,142、温升验算,16六、绘
6、制工作图,16参考文献,17名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 5 - 一、液压系统的设计要求设计一台拉床的液压动力滑台的液压系统。已知参数：切削负载FL=30000N，机床工作部件总质量m=2000kg，快进、快退速度均为5m/min，工进速度在50 200mm/min范围内可无级调节。滑台最大行程6000mm，其中工进的行程是2000mm，往复运动加减速时间0.2s ，滑台采用平导轨，其静摩擦系数fs=0.
7、2,动摩擦系数fd=0.1，滑台要求完成“快进工进快退停止”的工作循环对拉床液压动力滑台的液压系统的基本要求是：1、为完成拉削工件的任务，要求液压缸缸驱动动力滑台实现“ 快速进给 工作进给 快退 原位停止 ” 的工作循环。2、液压系统功率大，空行程和加压行程的速度差异大，因此要求功率利用合理。3、拉床的液压动力滑台液压系统对工作平稳性和安全性要求较高。二、工况分析1、负载分析：计算液压缸工作过程各阶段的负载：(1) 切削负载FL=30000N (2) 摩擦负载 Ff：拉床的工作部件对动力滑台的压力Fn=mg=20009.81=19620N 静摩擦负载Ffs=Fnfs=19620 0.2=392
8、4N 动摩擦负载Ffd=Fnfd=196200.1=1962N (3) 惯性负载 Fm重力 G=mg=20009.81=19620N 重力加速度 g=9.81m/s22.081.960/519620tgGmaFm833.3 N 根据以上计算，可得各工作阶段的液压缸负载如下表1 所示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 6 - 表 1 液压缸各工作阶段的负载工况负载组成负载值（ N）启动F= Fnfs3924 加速
9、F= Fnfd+mv/t 1962+833.3=2795.3 快进F= Fnfd1962 工进F=Fnfd+FL1962+30000=31962 快退F= Fnfd1962 按表 1 数据画出负载循环图 1 负载图根据给定的快进、快退速度及工进时的速度范围，画出速度循环图2 如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 7 - 图 2 速度图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -
10、- - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 8 - 2、确定液压缸的主要参数：参考书上（第145 页）表9-3 各类液压设备常用的工作压力，选液压系统工作压力P1=3MPa，动力滑台要求快进、快退速度相等，选用单活塞杆液压缸，快进时采用差动连接。取液压缸无杆腔面积A1与有杆腔面积A2之比为 2：1，即活塞杆直径d 与液压缸缸体内径直径（活塞直径） D 有：d=0.707D，为防止铣削完后，滑台产生前冲现象，液压缸回油路上应有背压 P2，取 P2=0.6MPa 从负载图上可知，工进时有最大负载
11、，按此最大负载求液压缸尺寸：P1A1=mFAP22A1=2 A2液压缸效率 m=0.95 A1=)2/(21PPFm=)2/6.03(95.03196210-6m2=124.610-4 m2D=14A=4106.1244=0.126m 活塞杆直径 d=0.707D=0.7070.126m=0.089m 按 GB2348-80 圆整就近取标准值： D=130 mm d= 90 mm 确定了液压缸结构尺寸，就可以计算在各工作阶段中压力、流量和功率，列于表2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -
12、 - - - 第 8 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 9 - 表 2 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率工况负载F(N) 进油腔压力P1(MPa) 回油腔压力P2(MPa) 输入流量Q (m3 S-110-3) 输入功率P(kw) 计算式快进（差动）启动3924 0.65 0 P1=(F/ m+A2P)/(A1-A2) Q=(A1-A2)v1P=P1Q 加速2795.3 0.94 P1+P 恒速1962 0.8 (P=0.03) 0.00053 0.43 工进31962 6.86 0.6 0.00034 2.33 P1=(F/m+A2P2)/A1Q=A1v2P=P
13、1Q 快退启动3924 0.60 0 P1=(F/m+A1P2)/A2Q=A2v3P=P1Q 加速2795.3 1.57 0.6 恒速1962 1.43 0.6 0.00058 0.83 依据表 2 的计算结果，画工况图3 如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 10 - 图 3 液压缸工况图三、拟定基本回路从已知条件可知，液压系统应该具有快速运动、换向、速度换接和调压、卸荷等回路。为了提高液压系统的效率，可
14、选择变量液压泵或双泵供油回路，此处选用双泵供油。1、选择各基本回路：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 11 - （1） 双泵供油回路：有低压大流量泵和高压小流量泵。液压缸快速运动时，双泵供油；工作进给时，高压小流量泵供油，低压大流量泵卸荷，由溢流阀调定系统工作压力。（2） 快速运动和换向回路：采用液压缸差动连接实现快速运动，用三位五通电液阀实现换向，并实现快进时，液压缸的差动连接。（3） 速度换接回路：为提
15、高换接的位置精度，减小液压冲击，采用行程阀与调速阀并联的转换回路。同时，电液换向阀的换向时间可调，保证换向过程平稳。（4） 卸荷回路：在双泵供油回路中，用卸荷阀（外控顺序阀）实现低压大流量泵在工进和停止时卸荷。（5） 滑台工进时，液压缸的进、回油路互通，不能实现工进，应在换向回路中串联单向阀 a，将进、回油路隔断。（6） 为了实现液压缸差动连接，应在回油路上串接一个液控顺序阀b，阻止油液流回油箱。（7） 滑台工进后应能自动转为快退，应在调速阀出口处接压力继电器d （8） 为防止空气进入液压系统，在回油箱的油路上接一个单向阀c 2、绘制液压系统原理图液压系统原理图如图4 所示，见附页四、选择液压
16、元件1、液压泵和驱动电机：（1）双泵供油的两个液压泵的最大工作压力不同，应分别计算：液压缸的最高工作压力为6.86MPa，取进油路压力损失为0.8MPa，压力继电器的动作压力比系统最大工作压力高0.5MPa。据此，高压小流量泵的最大工作压力Pp=6.86+0.8+0.5=8.16MPa 从工况图中可知：液压缸快进、快退时的最大压力为1.57MPa，取进油路压力损失为0.5MPa，则低压大流量泵的最大压力PP1=1.57+0.5= 2.07MPa （2）两泵同时供油的最大流量为0.6760L/min，取泄漏系数KL=1.05，则两泵合流时的实际流量 Qp=1.050.6760= 42.21L/m
17、in （ 3） 溢 流 阀 的 最 小 稳 定 流 量 为 3L/min ， 工 进 时 液 压 缸 的 流 量 为 0.00034 60 1000L/min=20.4L/min ，高压小流量泵的流量 =3+0.5=3.5L/min 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 12 - 根据以上压力、流量查产品样本，选定双联叶片泵型号为：PV2R12-6/26，排量分别为6mL/r 和 41mL/r，生产厂家：上海日
18、颖液压成套设备有限公司PV2R12 -59 +12 R -F -R R X 型号说明大泵排量小泵排量旋转方向（从轴端看）安装方式吸油口方向大泵出口方向（从轴端看）小泵出口方向（从轴端看）双联定量叶片泵（高压型）参照规格表参照规格表R:顺时针方向（标准）L: 逆时针方向F：法兰式L：脚座式无标记：向上（标准）D ：向下R ：向右L：向左无标记：向上（标准）D ：向下R ：向右L：向左无标记：左上 45（标准）X：右上 45 Y：右下 45 Z：左下 45 规格表型号最高使用压力 MPa大泵排量m?/rev小泵排量m?/rev配管尺寸（ PT）转数 rpm重量 kg最高 额定入口出口（小）出口（大
19、）最大最小法兰型脚座式PV2R1221 *1617.5 *1641,47 53,59 656,8,10 12,14 17,19 23,25 *3121/23/41800 750 2530PV2R1321 *1617.5 *1676,94 11631/211/41800 750 4656当液压泵转速 n=940r/min 时，液压泵的理论流量 =(6+41)940/1000=44.18L/min取液压泵的容积效率 =0.9，则液压泵的实际输出流量为Qp=44.180.9=39.76L/min 查液压缸工况图，可知，液压缸快退时，所需功率最大。液压泵工作压力为1.43MPa ，流量为 34.8L/
20、min ，取液压泵的总效率 p=0.75，则驱动电机的功率P=pppQP=75.0608.3443.1=1.11kw查电机样本，选 Y100L-6 型三相异步电动机，功率为1.5kw，转速 940r/min 2、阀类元件按阀类元件在工作中的最大工作压力和通过该阀的实际流量，选择该阀的规格型号。（1） 溢流阀的选择：直动式溢流阀响应快，宜作安全阀。先导式溢流阀启闭特性好，调压偏差小，常用作调压名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 21 页 - - - - - -
21、 - - - - 13 - 阀、背压阀。先导式溢流阀的最低调定压力在0.51MPa 范围内。溢流阀的流量应按液压泵的最大流量选取，其最小稳定流量为额定流量的15%以上。PV2R12-6/26 型双联叶片泵的额定流量=（6+41） 9400.9/1000=39.76L/min ，所以，溢流阀可能的最大溢流量 =39.76L/min ，选用广州市明欣液压元件有限公司的RV-04T-3 型先导式溢流阀，该阀的额定流量为50L/min（2） 流量阀的选择：中、低压流量阀的最小稳定流量为50100mL/min，高压流量阀为2.520L/min，此数值应满足执行元件最小运动速度的要求。最小工进速度要求是5
22、0mm/min，液压缸活塞面积=（130/2）2=13266.5mm2，最小流量 =5013266.5=663325mm3/min=0.663325L/min ，最大工进速度要求是200mm/min，最大流量 =20013266.5=2653300mm3/min=2.6533L/min ，选用广州市明欣液压元件有限公司的FKC-G02 型调速阀，规格型式号码最高使用压力(bar)最大流量(L/min)流量调整范围(L/min)重量(kg)FKC-G02 70 20 2:0.05-2 4:0.05-4 1.2 FKC-G03 30 2.0 FKC-G02 20 1.2 FKC-G03 30 2.
23、0 使用说明 铭版上 10 等到份的刻度，每格的流量皆相同。FKC推杆型之转子接于机械的推杆上可移动的往返，达到二次调整及开闭的功能。FNC 平面型及F(C)S 电磁式只能一次调整速。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 14 - 外型尺寸图FKC -02 FNC -02 FKC -03 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整
24、理 - - - - - - - 第 14 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 15 - FKC -03-L FNC -03-R 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 16 - 该阀的流量调节范围是0.0520L/min，能够工作满足要求。（3） 换向阀的选择：按通过换向阀的实际流量选定阀的规格。中、小流量时，可用电磁换向阀，流量较大时，应选用电液换向阀或插装式锥阀，根据系统需要选择三位换向
25、阀的中位机能。快进时，由于是差动连接，所以，通过换向阀的最大流量=39.762=79.52L/min，故选择35DYFY-E10B 型三位五通电液阀，该阀的额定流量=80L/min，额定压力 =16MPa，额定压降 0.5MPa。3、辅助元件按辅助元件在油路中的最大压力和实际流量，选出元件的规格型号，如表3：表 3 元件的型号及规格序号元件名称估计通过流量L/min 额定流量L/min 额定压力MPa 额定压降MPa 型号、规格名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页
26、，共 21 页 - - - - - - - - - - 17 - 1 双联叶片泵5.1+22 17.5 PV2R12-6/26 2 三位五通电液阀54.2 80 16 0.5 35DYF3Y-E10B 3 行程阀50 63 16 0.3 FKC-G02 单向行程调速阀Qmax=100L/min 4 调速阀0.5 0.0520 16 5 单向阀60 63 16 1.2 6 单向阀25 63 16 0.2 AF3-Ea10B Qmax=80L/min 7 液控顺序阀25 63 16 0.3 XF3-E10B 8 背压阀0.5 63 16 YF3-E10B 9 溢流阀5 50 16 RV-04T-3
27、 10 单向阀25 63 16 0.2 AF3-Ea10B Qmax=80L/min 11 滤油器30 63 16 0.02 XU-J63X80 12 压力表开关16 KF3-E3B 3 测点13 单向阀60 63 16 P1+P1+Pe=3.75+0.5(805.0)2+0.5+0.5=4.75MPa （3） 快退：快退时，进油路通过单向阀10 的流量为 22L/min，通过换向阀 2 的流量为 27.1L/min；回油路上通过单向阀5，换向阀 2 和单向阀 3 的流量相同，均为57.51L/min，进油路上总压力损失为 Pv1 =0.2(6322)2+0.5(801 .27)2=0.082
28、MPa名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 20 - 回油路总压力 Pv2 =0.2(8051.57)2+0.5(8051.57)2+0.2(6351.57)2=0.592MPa则快退时，液压泵的工作压力Pp=P1+Pv1=1.5+0.082=1.582MPa 此值为卸荷顺序阀的压力调定值。2、温升验算：以工进时消耗的功率计算温升。工进时液压缸的有效功率Pe=Fv2=6010200319626=0.11kw 工
29、进时，双泵供油的输出功率应分别计算。低压大流量泵输出功率P1=Pp2QP2此 时 低 压 大 流 量 泵 的 压 力 为 卸 荷 阀 的 调 定 压 力 ， 其 值 为 P= Pn(noQQ)2=0.3(6322)2=0.037Mpa，则 Pp2=P 高压小流量泵工作压力Pp1=4.75Mpa，流量 Q1=5.1L/min，因此总输入功率 PpPp=pppQQP211=336361075. 010602210037.10601. 51075.4=0.556kw 则发热功率 P= Pp -Pe=0.556-0.11= 0.446 kw 油箱散热面积 A=6.532V=6.523)1000300(
30、=2.91m2取散热系数 K=9W/m2温升T=KAP=91.29446.0103=17温升在允许范围，可不设冷却装置。六、绘制工作图油箱图和液压缸图等见附页。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 21 - 参考文献1.齐小杰主编汽车液压、液力与气压传动技术北京：化学工业出版社， 2004.12 2.姜佩东主编，液压与气压技术。北京：高等教育出版社，2000 3.薛祖德主编，液压传动，北京：中央广播电视大学出版设，1998 4.陈家瑞主编。汽车构造。北京：人民交通出版社，2002 5.成大先主编。机械设计手册。北京：化学工业出版社，2002 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 21 页 - - - - - - - - -