立式钻床切削头部液压系统设计

立式钻床切削头部液压系统设计

作者：xxx 指导老师：xxx

xxxx大学工学院 11级机械设计制造及其自动化专业

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摘要：液压控制系统在组合机床中有着重要作用，日前，液压系统被广泛应用在机械、建筑等领域中，成为一种新的动力源。液压系统由于其高精度的制造，配合以自动信号的控制，可以实现自如的换向。油液的循环利用，使得在环保上也有着积极的意义。

对液压控制系统的设计也是进行组合机床设计的重要组成部分。做好对液压控制系统的设计，有利于提升组合机床的总体性能，并使液压动力元件有效可靠的运行。液压系统设计是整个机械设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求、利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，在经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。

本文以立式钻床液压控制系统为研究对象，通过对已有的目的参数进行计算。分析，设计出相应的液压系统原理图，再结合相应的流量载荷计算，查阅相应的手册，选定各种液压元件，设计完成，还需根据相应的公式进行校核，以完成液压系统的设计。

关键词：液压传动，液压元件，回路分析

1 绪论

当今世界，机械技术一日千里，为我们所处的时代加上了飞翔的翅膀，机械技术的产生和飞速发展改变了整个人类的生活和思维方式，为人类文明的进程作出了卓越的贡献，液压技术为机械行业做出了很大的贡献。随着机械行业的不断发展，社会经济的日新月异，特别是机械制造行业，汽车行业，建筑行业，电子行业等等，各个企业已普遍地使用到液压系统，所以研究液压控制系统和使液压控制系统的使用效率提高、节能环保，有重大意义。

液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。

液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。自1795年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域，1906年开始应用于国防战备武器。第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要发应快和精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服系统。20世纪60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用。近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成化等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果。解放前，我国经济落后，液压工业完全是空白。解放后，我国经济获得迅速发展，液压工业也和其它工业一样，发展很快。20世纪50年代就开始生产各种通用液压元件。当前，我国已生产出许多新型和自行设计的系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其它新型液压元件等。但由于过去基础薄弱，所生产的液压元件，在品种与质量等方面和国外先进水平相比，还存在一定差距，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以预见，液压技术也将获得进一步发展，它

在各个工业部门中的用应，也将会越来越广泛。现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。

2 设计要求

一台立式多轴钻孔专用机床，钻削头部件的上、下运动采用液压传动，其工作循环是：快速下降—工作进给—快速上升—原位停止。为防止钻削头部件因自重下滑，装有平衡重（设计时可不考虑重力的影响）。已知数据如下：最大钻削力Fmax=25000N ；钻削头部件质量m=255kg ；快速下降行程s1=200mm,工作进给行程s2=50mm,快速上升行程s3=250mm;快速下降速度v1=75mm/s,工作进给速度v2<=1mm/s ，快速上升速度v3=100mm/s ，加、减速时间△t<=0.2s ；钻削头部件上下运动时，静摩擦力为Ffs=1000N ；动摩擦力Ffd=500N ；液压系统中的执行元件用液压缸，且活塞杆固定。液压缸采用V 型密封圈密封，其机械效率ηcm=0.90。

根据以上条件绘制出液压工作循环图，如下

图2.1 循环图

3 液压系统工况分析

3.1 负载分析

由已知条件快速下降速度v1=75mm/s,工作进给速度v2=1mm/s ，快速上升速度v3=100mm/s ，加、减速时间=0.2s ；钻削头部件上下运动时，静摩擦力为Ffs=1000N ；动摩擦力Ffd=500N

其中惯性力的计算

启动时 Fa 1=2m t v ∆1=2*255*2

.010753

-⨯=191.25N

减速时 Fa 2=2m t v v ∆-21=2*255*2.010)175(3

-⨯-=188.7N

制动时 Fa 3=2m t v ∆-02=2*255*2

.010)01(3

-⨯-=2.55N

反向启动时 Fa 4=2m t v ∆3=2*255*2.0101003

-⨯=255N

反向制动时 Fa 5=2m t v ∆-03=2*255*2

.0101003

-⨯=255N

由此计算各阶段的负载

启动时 FL 1=Ffs+Fa 1=1000+191.25=1191.25N 快速下降时 FL 2=Ffd=500N

减速时 FL 3= Ffd- Fa 2=500-188.7=311.3N 工作进给时 FL 4= Ffd+Fmax=500+25000=25500N 制动时 FL 5= Ffd- Fa 3=500-2.55=497.45N 反向启动时 FL 6= Ffs+Fa 4=1000+255.5=1255.5N 减速上升时 FL 7=Ffd=500N

反向制动时 FL 8= Ffd- Fa5=500-255.5=244.5N

其阶段负载计算结果如下表

阶段 负载 启动 1191.25N 快速下降 500N 减速 311.3N 工作进给 25500N 制动 497.45N 反向启动 1255.5N 快速上升 500N 反向制动

244.5N

表3.1 负载表