卧式钻镗两用组合机床的液压系统设计方案.doc

卧式钻镗两用组合机床的液压系统设计方案1绪论1.1设计的目的、范围和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、价格廉的液压机床产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。产品的设计包括液压系统的功能分析、工作原理方案设计和液压传动方案设计等。这些设计内容可作为液压传动课程设计的内容。很明显，液压系统设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成液压机床的灾难性的失误。因此我们必须重视对学生进行液压传动设计能力的培养。1.2液压传动的发展历程及特点1.2.1液压传动的发展历程液压传动相对机械传动来说，是一门比较新的学科，它具有结构紧凑、传动平稳、输出功率大、易于实现无级调速及自动控制等特点，因此发展很快。从1795年英国制造出世界上第一台水压机至今，液压传动已有二三百年的历史，但广泛的应用和推广仅有六七十年。19世纪末，德国制造出液压龙门刨床，美国制成液压六角车床和液压磨床，但因当时没有成熟的液压元件以及机械制造工艺水平的限制，液压传动技术的应用仍不普遍。第二次世界大战期间，一些兵器采用精度高、功率大的液压传动装置，大大提高了兵器的性能，同时推动了液压技术的发展。战后，其迅速转向民用，在机床、工程机械、农业机械、汽车、船舶等行业中逐步推广。20世纪60年代后，随着原子能、空间技术、计算机技术的发展，液压技术的应用更加广泛。目前，正在向高压、高速、高效、大流量、大功率、低噪声、长寿命、高度集成化和模块化、提高可靠性技术及污染控制技术的方向发展。同时，液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等，又使液压技术的发展进入到了一个新的阶段。1.2.2我国的液压技术发展 我国的液压工业始于20世纪50年代，最初只是应用于机床和锻压设备，后来发展到拖拉机和工程机械上。自1964年开始引进国外液压元件生产技术，并自行设计液压产品以来，我国的液压元件生产从低压刀高压形成了系列。几十年来，随着我国工业水平的不断提高，液压传动技术被广泛应用在机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、航空航海、轻工、农机、渔业、林业等各个方面，也被应用在宇宙航行、海洋开发、核能建设、地震预测等新的技术领域中。1.2.3 液压技术的发展趋势 液压技术中的重大进展是微电子技术和计算机技术在液压系统中的应用。微电子技术与液压技术相结合，创造出了很多高可能性、低成本的微型节能元件，为液压技术在工业中的应用开辟了更为广阔的前景。计算机控制是必然趋势，电液比例阀和伺服阀只能接受连续变化的电压或电流信号，而计算机要求数字开关量，使用电液比例阀和伺服阀与计算机接口必须经过D/A转换和A/D转换，极不方便。而数字液压泵、数字控制阀、数字液压缸等，即用数字量进行控制并具有数字量输出响应特性的液压元件。由于是可以直接与计算机接口，不需D/A数模转换器，是今后液压技术发展的重要趋向之一。计算机与液压技术的结合包括：计算机实时控制技术、计算机辅助设计（液压元件CAD和液压系统CAD）、液压产品的计算机辅助试验（CAT）及计算机仿真和优化设计。利用计算机闭环控制、最优控制和自适应控制以及灵活的多余度控制等。计算机辅助设计的基本特点是利用计算机的图形功能，由设计者通过人机对话控制设计过程以得到最优设计结果，并能通过动态仿真对设计结果进行检测。计算机辅助试验则可运用计算机技术对液压元件及液压系统的静、动态性能进行测试，对液压设备故障进行诊断和对液压元件和系统的数学模型辨识等。此外，高压大流量小型化与液压集成技术、液压节能与能量回收技术也成为近年研究的重要课题。总之，随着科学技术的进步，液压技术也随之发展，拓宽范围，以适应各行各业新技术的发展需求。1.3 液压传动的组成及特点1.3.1液压传动的组成(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；是液压传动的动力部分。(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。(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。(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、管件及油箱等，它们同样十分重要。(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，它经过油泵和液动机实现能量转换。 1.3.2液压传动的特点液压传动与机械传动、电气传动、气压传动相比较有以下优点：（1） 在相同功率的情况下，体积小、重量轻、结构紧凑，从而惯性小，可快速启动和频繁换向，且能传递较大的力和转矩。（2） 能方便地实现无级调速，且调速范围大，可达100：1至2000：1。而最低稳定转速可低至每分钟几转，即可实现低速强力或低速大扭矩转动，不需减速器。（3） 传递运动均匀平衡、方便可靠，负载变化时速度较稳定。（4） 控制调节比较方便、省力，易于实现自动化，当与电气控制或气动控制配合使用时，能实现各种复杂的自动工作循环，还可远程控制。（5） 易于实现过载保护。同时液压元件可自行润滑，使用寿命较长。（6） 液压元件易于实现标准化、通用化、系列化，便于设计制造和推广使用。元件之间用管路连接时，在系统中的排列布置有较大的机动性。（7） 用液压传动实现直线运动一般比机械传动简单。液压传动同时存在的缺点如下：（1） 由于采用液体传递压力，系统不可避免地存在泄漏，因而传动效率较低，不宜于作远距离传动。（2） 液压装置对油温变化比较敏感，运动件的速度不易保持稳定，同时对油液的清洁程度要求较高。（3） 为减少泄漏，液压元件制造精度要求高，加工工艺复杂，因而成本较高。（4） 系统发生故障时，不易查找原因，维修难度较大。（5） 系统或元件的噪声较大。总的来说，液压传动的优点是主要的，随着科学技术和设计、制造工艺水平的发展，其缺点正逐步得到改善，因此，液压传动有着广阔的发展前景。1.4理论依据、实验基础和研究方法液压传动系统的设计是整个机器设计的一部分，它与主机的设计是密切相关的。当经过全面方案论证，确定一部机器或机器的一部分的传动方式采用液压传动后，则考虑液压传动系统设计的基本内容和一般流程如下： 明确对液压系统的要求； 分析主机工况，确定液压系统的主要参数； 进行方案设计，初拟液压系统原理图； 计算和选择液压元件； 验算液压系统的性能； 绘制正式系统工作图，编织技术文件。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。1.5预期的结果及其地位、作用和意义本次设计主要针对液压泵站的结构设计以及对液压系统的设计和电气控制系统的设计。液压系统设计包括拟定液压系统原理图，液压元件的选择，液压系统参数的计算与校核以及液压缸主要参数的确定；控制系统的设计主要包括电气控制原理图的拟定，电气元件的选型等。本文共分为6部分：1.绪论 简述本课题研究的主要目的和意义，介绍液压传动的发展历程及特点，以及液压泵站在国内外的发展概况，提并出本文的主要研究工作和内容。2.液压系统设计 通过所给数据进行计算，并设计出合理的液压系统。3.液压缸的设计 根据所得数据和液压缸工况的分析，对液压缸进行结构设计。4.验算液压系统性能 对液压系统在不同工况下的损失进行计算，以及对油箱温升的计算来确定是否需要冷却装置。5.液压泵站的设计 对回路换接和调速方式进行选择，以及油源的选择和能耗的控制，最终组成原理图。6.控制系统设计 设计电气控制原理图，并选择相关的电气元件。1.6本章小结本部分主要内容包括：针对卧式钻镗两用组合机床的液压系统设计，说明了本次设计课题的作用和意义，并对本论文所涉及的内容进行了概括性的讲述。542液压系统设计2.1组合机床工作情况分析，确定液压系统主要参数2.1.1负载分析工作负载 摩擦负载静摩擦负载 动摩擦负载 惯性负载 根据以上计算，得出液压缸在各工作阶段的负载如表2-1所示。表2-1 液压缸在各工作阶段的负载/N工况负载组成F系统负载时间启动5556加速7026快速进、退27782.9；5.3工进2277890制动-1470注：1.取工进时的最大速度mm/s； 2.； 3.取液压缸的机械效率。由表2-1数值绘制负载循环图如图2-1所示。图2-1 负载循环图 图2-2 速度循环图2.1.2运动分析根据，取，绘制出速度循环图如图2-2所示。2.1.3确定液压缸的主要结构参数执行元件的工作压力可以根据伏在循环图中的最大负载来选取，也可以根据主机的类型了确定（见表2-2和表2-3）。表2-2 按负载选择执行元件的工作压力负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表2-3 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为22778N，其它工况时的负载都相对较低，参考表2-2和表2-3按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=3MPa。为了节省能源宜选用较小流量的油源。利用单活塞缸差动连接满足快进速度的要求，且往复快速运动速度相等，这样就给液压缸内径D和活塞杆直径d规定了的关系。在钻孔加工时，为了防止孔被钻通时负载突然消失而产生的钻头前冲，液压缸回油腔应有一定的背压，查液压工程手册（回油路带调速阀的调速系统/回油路带背压阀）取背压为。由此求得液压缸无杆腔面积为由GB/T2348-1980查得标准值为D=10cm，d=8cm。由此计算出液压缸的实际有效面积为按工作进给速度检验液压缸结构尺寸。查产品样本，Q型调速阀的最小稳定流量为，则本例，能满足工作进给速度要求。快速进给时液压缸做差动连接。由于管路中有压力损失，去此项损失为，同时假定快退时回油压力损失为0.5MPa。根据以上数据，可以计算出液压缸在一个工作循环各阶段的压力、流量和功率，如表2-4所示，并根据此绘制出其工况图如图2-3所示。表2-4 液压缸在不同阶段所需压力、流量和功率工作阶段系统负载/N回油腔压力/MPa工作腔压力/MPa输入流量q/)输入功率P/kW快速前进2778工作进给227780.6快速退回27780.5注：取液压缸机械效率。（a）p-t （b）q-t（c）P-t图2-3 液压缸工况图2.2设计方案，初拟液压系统原理图根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。2.2.1调速方式的选择由于机床液压系统调速是关键问题，因此首选调速回路。有工况图可知：所设计的机床液压系统功率小，为了防止孔被钻通时负载突然消失而产生的钻头前冲，液压缸回油腔应有一定的背压，故可采用回油路调速阀调速回路。2.2.2快速回路和速度换接方式的选择本系统已选定差动连接回路作为快速回路。所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。为便于实现系统保压，选用三位四通电磁换向阀。为便于实现系统保压，应考虑选用O型中位机能。由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进入液压缸的流量由22.62 L/min降为0.942 L/min，可选二位二通电磁换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击，如图2-4所示。由于工作压力较低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用行程开关做终点转换控制。 图2-4 速度换接回路2.2.3 油源的选择和能耗控制从工况图上可以清楚地看到：整个工作循环过程中，液压缸要求交替提供快行程的低压大流量和慢行程的高压小流量油液。最大流量与最小流量之比约为24。而快进、快退所需时间为工进时间为即从降低成本的角度出发，不宜选用双联泵，只需用单个定量泵就可以。现确定定量泵方案如图2-5所示。图2-5 泵供油油源2.2.4组成液压系统原理图根据上面选定的基本回路，在综合考虑设计要求，便可组成完整的液压系统原理图，如图2-6所示。2.3本章小结通过调速方式的选择，和液压换接回路的选择，以及油源和能耗的控制，最后初步拟定液压系统原理图，从而初步确定设计方案。图2-6 原理图3 液压缸的设计液压缸是液压传动系统中的执行元件，用来实现工作机构直线往复运动或小于360摆动运动的能量转换装置。活塞缸结构简单、工作可靠，因此在液压系统中得到了广泛的使用。在完成了液压系统的设计后，还必须对主要参数进行计算与校核，确定液压缸的材料，并对液压缸各部分的结构进行了设计。3.1 液压缸的主要零件确定及其技术要求3.1.1 缸体液压缸缸体的常用材料一般为20、35、45号无缝钢管，铸铁可采用HT200HT350间的几个牌号或球墨铸铁。由于球墨铸铁具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳强度，也具有良好的塑性和韧性，其屈服度比钢高。因此，球墨铸铁制造承受静载荷的构件比铸钢节省材料，重量也轻。所以本设计的液压缸采用Q235。铸件需进行正火消除内应力处理。 1.缸体的内径因为须与活塞配合，防止漏油，所以要尽量减少表面粗糙度，可采用H8、H9配合。当活塞采用橡胶密封圈时，Ra为0.10.4m，当活塞用活塞环密封时，Ra为0.20.4m，且均需研磨。 2缸体内径的圆度公差值可按9、10、11级精度选取，圆柱度公差应按8级精度选取。3缸体端面的垂直度公差可按7级精度选取。4缸体与缸头采用螺纹连接时，螺纹应用6级精度的米制螺纹。5当缸体带有耳环或轴销时，孔径或轴径的中心线对缸体内孔轴线垂直公差值按9级精度选取。此液压缸体的外径需要与机架配合，应进行加工，且与中心线同轴度的要求。装卸时需把吊环螺栓吊起。所以缸体端部选用螺纹连接，螺纹连接径向尺寸小，质量轻，使用广泛。装卸需用专用工具，安装时应防止密封圈扭曲。3.1.2 缸盖本液压缸采用在缸盖中压入导向套，缸盖选用HT200铸铁，导向套选用铸铁HT200，以使导向套更加耐用。3.1.3 活塞液压缸活塞常用的材料为耐磨铸铁，灰铸铁，钢及铝合金等。本设计液压缸活塞材料选用45号钢，需要经过调质处理。1活塞外径D对内孔d的径向跳动公差值，按7、8级精度选取。2端面T对内径d轴线的垂直度公差值，应按7级精度选取。3外径D的圆柱度公差值，按9、10、11级精度选取。4活塞与缸体的密封结构由前可以选用O型密封圈。3.2液压缸主要尺寸的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。所以设计时，可用类比法来确定。液压缸的工作压力MPa，缸筒内径 D=80mm，活塞杆外径d=50mm。3.2.1 液压缸壁厚和外径的计算1. 液压缸壁厚计算 （31)式中,液压缸壁厚（m）； D液压缸内径（m）； 试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍(Mpa)； 缸筒材料的许用压,灰铸铁：=25Mpa。由式（3-1)得： 2. 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径为： 式中D1值应按无缝钢管标准，或按标准圆整为标准值。故取D1=100mm。3.2.2 缸筒结构设计缸筒两端分别和缸盖和缸底相连，构成密封的压力腔，因而它的结构形式往往和缸盖及缸底密切相关。因此，在设计缸筒结构时，应根据实际情况，选用结构便于装配、拆卸和维修的连接形式，缸筒内外径应根据标准进行圆整。3.2.3 液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，按系列尺寸来选取标准值。现选取GB2349-80系列中液压缸工作行程为400mm。3.2.4 缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时 （3-2）有孔时 （3-3）式中， 缸盖有效厚度（m）； 缸盖止口内径（m）； 缸盖孔的直径（m）。在此次设计中，利用式（3-3）计算可取t=40mm。 3.2.5 最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求 （3-4）式中，液压缸的最大行程； 液压缸的内径。活塞的宽度B一般取，即 =48mm 缸盖滑动支撑面的长度，根据液压缸内径D而定；当D80mm时，取当D80mm时，取本设计 D=80mm，所以。为保证最小导向长度H，若过分增大和B都是不适宜的，必要时可以在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由最小导向长度H决定，即 （3-5）由公式（3-5）得 3.2.6 缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞宽度与活塞行程之和。缸体外形长度还要考虑到两端的端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于内径的2030倍，即选取液压缸缸体长度为460mm。3.2.7活塞杆的强度校核由于本设计为低压系统，活塞杆稳定性须校核。活塞杆的强度校核如下： （3-6）式中 d-活塞杆直径； F-液压缸的最大推力（或拉力）； -缸筒屈服安全系数，为23.5； -缸筒材料的屈服极限( 本次设计采用35钢，取）。由式（3-6）得 因活塞杆的直径，故强度足够。3.3 液压缸的结构设计3.3.1缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。本设计选用螺纹连接。螺纹连接的优缺点如下：优点：（1）外形尺寸小；（2）重量较轻。缺点：（1）端部结构复杂；（2）装拆时需用装用工具；（3）拧端盖时易损坏密封圈。端盖与钢体的连接考虑到法兰盘的安装，采用螺钉连接（GB/T68-1985 M1030）。3.3.2 活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞有几种常用的连接形式。分整体结构和组合结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。本设计中选用半环连接，半环连接的特点有：结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多用在压力高、负荷大，有振动的场合。3.3.3 活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和所紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。导向套的位置安装在密封圈的内侧，也可安装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑：而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。活塞杆处的密封有O 形、Y形、V形、密封圈。为了清除活塞杆处外露部分粘附的灰尘，保证油液清洁以及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈，也可用毛毡圈防尘。3.3.4 法兰盘与钢体连接法兰盘与缸体连接采用焊接方式，其特点有：不易松动结构简单，且比较经济实惠，但缺点是不能拆卸。3.3.5 活塞杆与工作台的连接本次设计考虑到工作时拉力较大，采用螺纹连接，其特点有优点是：结构简单易拆卸；缺点是：螺纹不易加工。3.4 本章小结本章内容主要介绍了液压缸的结构设计，其中包括了：缸体、缸盖、活塞杆的设计，液压缸内径D和活塞杆直径d的确定以及液压缸工作行程的确定，缸盖厚度的确定等。4验算液压系统性能4.1验算系统压力损失由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态，然后计算各种工况下总的压力损失。现取进、回油管道长为l=2m，油液的运动粘度取 =110-4m2/s，油液的密度取r=0.9174103kg/m3。4.1.1判断流动状态在快进、工进和快退三种工况下，进、回油管路中所通过的流量以快进时回油流量q1=22.62L/min为最大，此时，油液流动的雷诺数也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺数（2000），故可推出：各工况下的进、回油路中的油液的流动状态全为层流。4.1.2计算系统压力损失将层流流动状态沿程阻力系数和油液在管道内流速同时代入沿程压力损失计算公式，并将已知数据代入后，得可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是由层流流动所决定的。在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失p常按下式作经验计算各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算其中的Dpn由产品样本查出，qn和q数值由表4-2和表4-5列出。滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算如下：1快进滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。由表8和表9可知，进油路上油液通过单向阀10的流量是22L/min，通过电液换向阀2的流量是27.1L/min，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量51.24L/min通过行程阀3并进入无杆腔。由此进油路上的总压降为：此值不大，不会使压力阀开启，帮能确保两个泵的流量全部进入液压缸。在回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀6的流量都是24.14L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀3流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力与无杆腔压力之差。此值小于原估计值0.5MPa，所以是安全的。2工进滑台工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀2、调速阀4进入液压缸无杆腔，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa。在回油路上，油液通过电液换向阀2、背压阀8和大流量泵的卸荷油液一起经液控顺序阀7返回油箱，在背压阀8处的压力损失为0.5MPa。通过顺序阀7的流量为（0.25+22）=22.25L/min，因此这时液压缸回油腔的压力为：可见，此值略小于原估计值0.8MPa。故可按表2-5中公式重新计算工进时液压缸进油腔压力，即 考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，故溢流阀9的调压应为：3快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀10为22L/min电液换向阀2为27.1L/min进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液通过单向阀5、电液换向阀2和单向阀13返回油箱，流量都为57.52L/min在进油路上总的压降为此值远小于估计值，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路上总的压降为此值与表2-5的数值基本相符，故不必重算。所以，快退时液压泵的最大工作压力pp应为此值是调整液控顺序阀7的调整压力的主要参考数据。4.2验算系统发热与温升由于工进在整个工作循环中占95%，所以系统的发热与温升可按工进工况来计算。液压系统的总输入功率即为液压泵的输入功率由此可计算出系统的发热功率为按式计算工进时系统中的油液温升，即 油温在允许范围内，油箱散热面积符合要求，不必设置冷却器。4.3本章小结通过验算系统压力损失再次确认液压系统个性能是否达到所要求的的指标，从而确定方案的可行性。通过计算温升来检验所设计的油箱容积是否满总要求，是否需要冷却装置，为整个方案做反馈调节。5 液压站的设计液压站是现代液压技术中应用最为广泛的结构形态,既是各类液压系统设计过程的归宿,又是保证主机完成其工艺目的和长期可靠工作的重要装置。正确合理地设计和使用液压站，对于提高液压系统乃至整个液压设备的工作品质和技术经济性能，具有重要意义。其基本设计框图如图5-1。 液压站油箱油管电动机过滤器液压泵联轴器图5-1 液压站设计框图5.1 液压站的结构设计液压站结构设计时应该注意的是，液压装置中各部件、元件布置要均匀、便于装配、调整、维修和使用，并且要适当的注意外观的整齐和美观。液压泵与电动机可装在液压油箱的盖上，也可装在液压油箱之外，主要考虑液压油箱的大小与刚度。在阀类元件的布置中，行程阀的安放位置必须靠近运动部件。手动换向阀的位置必须靠近操作部位。换向阀之间应留有一定的轴向距离，以便进行手动调整或装拆电磁铁，压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方。液压泵与机床相联的管道一般都先集中接到机床的中间接头上，然后再分别通向不同部件的各执行机构中去，这样做有利于搬运、装拆和维修。硬管应贴地或沿着机床外形壁面敷设。相互平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管或弹性管。软管安装时应避免发生扭转，以免影响使用寿命。5.1.1 液压泵组的安装方式液压泵组是指液压泵及驱动泵（电动机）和联轴器及传动底座组件等。（1）轴间的连接方式其在确定液压泵与原动机的轴间连接和安装方式时，首先要考虑液压泵轴的径向和轴向负载的消除或防止问题。 直接驱动型连接 直接驱动型连接可采用联轴器或花键实现。由于液压泵的传动轴在结构上一般不能承受额外的径向和轴向载荷，因此液压泵最好由原动机经联轴器直接驱动，并且使泵轴与驱动轴之间严格对中，轴线的同轴度误差不大于0.08mm。原动机与液压泵之间的联轴器宜采用带非金属弹性元件的挠性联轴器。 间接驱动型连接 如果液压泵不能经联轴器由原动机直接驱动，而需要通过齿轮传动、链传动或带传动间接驱动时，液压泵的传动轴所受的径向载荷不得超过泵制造厂的规定值，否则带动泵轴的齿轮、链轮或带轮应架在另外设置的轴承上。此种连接方式也应满足规定的同轴度要求。基于此，在本次设计中原动机与液压泵之间的联轴器我们选用LX7弹性柱销联轴器。（2）轴间的安装方式安装方式分为卧式和立式两种。卧式安装 常见的卧式安装有角形支架卧式安装、脚架钟形罩卧式安装以及支架钟形罩卧式，这几种安装液压泵及管道都安装在液压油箱外面，散热条件好，适合于管路连接的油路，且便于安装和拆卸。立式安装 立式安装为钟罩形立式安装，通过液压泵上的轴端法兰实现泵与钟形罩的连接，钟形罩再与带法兰的立式电动机连接，依靠钟形罩的止口保证液压泵与电动机的同轴度。这种结构型式紧凑、美观，同时电动机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并节省占地面积。综上所述，为了保证电动机与液压泵的同轴度，便于安装和拆卸，节省占地面积，本设计中选用卧式角行架安装安装。5.1.2 油箱的设计液压油箱的作用是贮存液压油，分离液压油中的杂质和空气，同时还起到散热的作用。（1）液压油箱有效容积的确定液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量v可概略的确定为：已知该系统为中压系统（p=3MP）取：V=(57)=150L230L取V=200L式中，V 液压油箱的有效容积 液压泵的额定流量（2）液压油箱的外形尺寸液压油箱的有效容积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸为（长：宽：高）1：1：11：2：3，为提高冷却效率，在安装位置不受限制时，可将液压油箱的容量予以增大。(3) 液压油箱的结构设计 液压油箱简称油箱，它往往是一个功能组件，在液压系统中的主要功能是存储液压油液、散发油液热量、溢出空气及消除泡沫和安装元件等。油箱的制造一般采用焊接和铸造两种方式之一，多数油箱采用焊接技术获得。在一般设计中，液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱，很少采用机床床身底座作为液压油箱。因此，在此设计中采用了焊接的方式获得油箱。油箱的工作图样是油箱加工和安装的依据。通常油箱应包括箱顶、箱壁、隔板、放油螺塞、吊耳、支脚等零件。(4)油箱的制造工艺a.材料 通常油箱的箱顶、箱壁、箱底和隔板的常用材料为Q235A钢板，伺服系统的油箱宜采用不锈钢板，箱壁和箱顶所采用板材的平直度应符合GB/T11841996中的12级，且应无严重锈蚀。清洗孔法兰盖板可采用HT200经切削加工后用螺钉联接在油箱侧壁上，吊耳常用材料为25钢。箱顶和箱壁常用可拆连接。b.焊接前后的注意事项 油箱焊接前，板边要加工出坡口。焊接时，板间应留有适量的缝隙。焊接前，必须清楚板材焊接部位及周围的氧化层和铁锈。如果是分层焊接，没焊完一层，必须用钢丝刷刷净焊层，进行检查，有无夹渣、气孔、咬边等现象。如果有，可用气动工具等挖去后补焊，然后再焊另一层。箱体焊接时应尽量用夹具将板材定位、固定并检查其几何尺寸与形位公差。c.焊接后的油箱须彻底清理以便清除所有泥土、切削、毛刺和氧化皮。轻度锈蚀可用钢丝刷或砂轮机清理，严重锈蚀和氧化的表面应喷丸处理。（5）油箱各零件的作用1）隔板作用 增长液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质，分离、清除水和杂质，调节温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动。安装型式 把隔板设置成低于液压油面，其高度为最低油面的2/3，使液压油从隔板的上方流过。2）吸油管与回油管 回油管出口 回油管出口型式，有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种形式，斜口应用的较多，一般为斜口。为了防止液面波动，可将回油管出口设计为斜口。回油管必须放置在液面以下，一般距离液压油箱底面的距离大于300mm，回油管出口绝对不允许放在液面以上。 吸油管 吸油管前设置了滤油器，其精度为100200目的线隙式滤油器。滤油器应有足够的容量，避免阻力太大。滤油器与箱底间的距离应不小于20mm。吸油管应插入液压油面以下，防止吸油时卷入空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。 吸油管与回油管的方向 为了使油液流动具有方向性，要综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油管用隔板隔开。为了不使回油管的压力波动波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向应一致，而不是相对着。3）防止杂质进入为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全密封性的。在结构上应注意以下几点：不要将配置管简单的插入液压油箱，这样空气、杂质和水分等便会从其周围的间隙浸入。同时应尽量避免将液压泵直接装在液压油箱顶盖上。在结合面上需衬入密封填料、密封胶和液态密封胶，以保证可靠的密封性。如在液压油箱的上盖可直接焊上。为保证液压油箱通大气并净化抽吸空气，需配置空气滤清器。空气滤清器通常设计成既能过滤空气又能加油的结构。4）顶盖及清洗孔 顶盖 在液压油箱顶盖上装设电动机、阀组、空气滤清器时，必须十分牢固。液压油箱同它们的结合面要平整光滑。同时，不允许有阀和管道泄露在油箱盖上的液压油流回油箱内。 清洗孔 液压油箱的清洗孔，应最大限度的易于清扫液压油箱内的各个角落和取出油箱内的元件。5）液面指示为观察液压油箱内的液面情况，应在油箱的侧面安装液面指示计，液位计通常带有温度计且刻有上、下液面限位线。液位计的下刻线至少应比吸油过滤器或吸油管口上缘高出75mm，以防吸入空气。液位计的上刻线对应着油液的容量。液位计与油箱的连接处有密封措施。6）箱底、放油塞、支脚应在油箱底部最低点设置放油塞，以便油箱清洗和油箱更换。为此，箱底应朝向清洗孔和放油塞倾斜，倾斜坡度通常为1/251/20这样可以促使沉积物聚集到油箱中的最低点。为了便于搬迁、放油和散热，应将油箱架起来。油箱应设有支脚。5.2确定液压泵和电机的规格由工况图可知，整个工作循环过程中液压缸的最大工作压力为3.12MPa。选取油路总压力损失为0.8MPa。则泵的最大工作压力为其次确定液压泵的最大供油量，由工况图可知，液压缸所需的最大流量为22.62L/min，若取系统泄漏系数K=1.05，则泵的流量为最后根据以上计算数据查阅产品样本，确定选择YB-25型叶片泵，当液压泵转速为n=960r/min时，液压泵的输出流量为25L/min。由于液压缸在快退时输入功率最大，如果取泵的效率为，这时驱动液压泵所需电动机功率为根据此数据查阅电动机产品目录，选择Y132S-6型电动机，其额定功率，额定转速。5.3阀类元件和辅助元件的选择图2-6液压系统原理图中包括调速阀、换向阀、单项阀等阀类元件以及滤油器、空气滤清器等辅助元件。5.3.1阀类元件的选择根据上述流量及压力计算结果，对图2-6初步拟定的液压系统原理图中各种阀类元件及辅助元件进行选择。其中调速阀的选择应考虑使调速阀的最小稳定流量应小于液压缸工进所需流量。图2-6中溢流阀、单向阀、调速阀和电磁换向阀的选择可根据调定压力和流经阀的额定流量来选择阀的型式和规格，其中溢流阀的作用是调定工作进给过程中液压泵的供油压力，因此该阀应选择电磁式溢流阀。连接在液压泵出口处的单向阀用于保护液压泵。调速阀的作用是控制回油路流量，进而控制工进速度。两位两通电磁换向阀的作用是快进转工进和工进转快退。三位四通电磁换向阀的作用是控制整个系统中快进、工进和快退之间的转换。还有最后本设计所选择方案如表5-1所示，表中给出了各种液压阀的型号及技术参数。5.4其它元件的选择5.4.1过滤器的选择在液压系统中，由于工作油液中的杂质（包括从系统外部进入的脏物颗粒和系统中液压元件的磨损微粒）进入液压系统，容易引起液压元件工作表面的损坏，而使液压元件的寿命大大缩短，为了保证液压系统的正常工作，提高液压元件的正常寿命进入液压系统中的工作液体必须经滤油器过滤。本系统选用线隙式滤油器。滤油器在液压系统中，滤除外部混入或者系统运转中内部产生的液压油中的固体杂质，使液压油保持清洁，延长液压元件使用寿命，保证系统工作的稳定性。滤油器的过滤精度用过滤掉的杂质的颗粒大小表示，一般可分粗滤油器、普通滤油器、精滤油器和特精滤油器四种。它们分别能滤掉的颗粒公称尺寸为：100m为粗滤油器、10100m为普通滤油器、510m为精滤油器、15m为特精滤油器。滤油器的结构大同小异，主要有滤芯和壳体，油液从滤芯外部流入，穿过滤芯从内部流出，滤芯起过滤作用。按滤芯的过滤机理，可分为表面型滤油器、深度型滤油器和磁性过滤器。按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的2.5倍。由于所设计组合机床液压系统为普通的液压传动系统，对油液的过滤精度要求不高，故有因此系统选取通用型WU系列网式吸油过滤器，参数如表5-2所示。（1）滤油器安装本系统滤油器安装在油泵的吸油管上。这种安装能直接防止大颗粒杂质进入液压泵内，保证了液压系统中所有设备不受杂质的影响，但增长了油泵的吸油阻力，而且当滤油器堵塞时，使油泵工作条件恶化。为了避免油泵的损坏，通常在油泵的吸入口安装过滤精度低的线隙式过滤器。（2）排油孔螺塞为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱座底部油池低处设有排油孔，平时排油孔用螺塞及封油垫封住。排油孔螺塞材料一般用Q235，封油垫材料可用石棉橡胶纸，排油孔螺塞的直径可按箱座壁厚的34倍选取，M=24X1.5。表5-1 阀类元件的选择序号元件名称通过的最大流量规格型号额定流量额定压力/MPa额定压降/MPa1叶片泵YB1-2530.086.32三位四通电磁换向阀5034D0-B10H-T*256.30.33两位两通电磁换向阀30.0822D-25256.30.34调速阀1Q-10B106.30.55单向阀71.83I-63B636.30.26两位两通电磁换向阀30.0822D-25256.30.37溢流阀3.5Y-63B636.38空气滤清器QUQ29滤油器WU-6580-J10压力表开关K-6B注：此为电动机额定转速时液压泵输出的实际流量。表5-2 通用型WU系列网式吸油中过滤器参数型号通径mm公称流量过滤精度尺寸M（d）HDWU6580-J3263631205.4.2 空气滤清器的选择参照参考文献1中第6章表6-68及表6-69，QUQ型空气滤清器结构简单，空气过滤精度较高。其结构及外形尺寸如图5-2所示。图5-2 空气滤清器5.4.3 压力表及压力表开关的选择液压泵的出口、安装压力控制元件处、与主油路压力不同的支路及控制油路、蓄能器的进油口等处，均应设置测压点，以便用压力表对压力调节或系统工作中的压力数值及其变化情况进行观测。压力表测量范围应大于系统的工作压力的上线，即压力表量程约为系统最高压力的1.5倍左右。在本次设计中，经计算压力表量程约为MPa。根据使用要求，选用K-1型的压力表开关，压力表的精度等级选2.5级。系统常用的压力表形式为一般弹簧管压力表，即选用电接点式压力表，以便在观测系统压力的同时，在系统压力变化时通过微动开关内设的高压和低压触点发信，控制电动机或电磁阀等元件的动作。压力表应安装在调整系统压力时能直接观察到的部位，压力表接入压力管道时，应通过阻尼小孔以及压力表开关，以防止系统压力突变或压力脉动而使压力表损坏。 5.4.4 液位计的选择油箱的侧壁为了便于观察，应安装能目视的透明液位计，以便注油时观察液面。液位计通常带有温度计且刻有上、下液面限位线。液位计的下刻线至少应比吸油过滤器或吸油管口上缘高出75mm，以防吸入空气。液位计的上刻线对应着油液的容量。液位计与油箱的连接处油密封措施。对于油温有严格要求的液压装置，可采用传感式液位温度计，其温度计是利用灵敏度较高的双金属片的热胀冷缩原理来测油温的。在本次设计中，液位计选取YWZ-80型。5.4.5油管的选择油管的内径可按照所连接元件的接口尺寸确定，也可以按照管路中允许的流速来计算。本例中，由表5-3推荐取油液在压油管的流速v=3m/s,按式4.1算得液压缸无杆强及有杆腔相连的油管的内径为 （5.1）式中 q通过油管的流量； v推荐管道中油液的流速，可按表5-3数值选取。取d=15mm。取d=15mm。最后，参照计算由选定的液压元件连接油口尺寸确定油管内经。液压泵的吸油管路d=1525mm0.61.2d32mm1.5压油管路d=1550mm3.0d50mm4.0流经控制阀等短管路6.0溢流阀15安全阀30表5-3 液压油流经不同元件时的推荐流速5.5 液压控制装置的集成方式液压控制装置集成方式分，为管式集成和块式集成。管式集成是液压系统最早使用的集成方式，它用管件（管子和管接头）将各管式连接液压控制阀集成在一起。其主要有点是连接方便简单，不需要设计制造油路块或油路板。缺点是当组成系统的控制元件较多时，要求要有较多的管子和管接头，上下交错较多，占用空间大，从而使系统布置相当不变，且系统压力损失大，此种方式仅适用与较简单的液压系统中。块式的特点是，直接做在液压辅助元件或液压阀上，省去了大量的管件，结构简单，组装方便，位置灵活，适合用于系统比较复杂的液控系统中。本设计由于液控系统比较简单，所以选用管式集成的方式控制。管式集成主要有三个三接头管和一个四接头管，和外径为27的管路，这些管接头连接管路并且平铺于油箱之上。1）管道的选用紫铜管承受的压力较低（P6.310MPa）,经过加热冷却处理后，紫铜管软化，装配时可按需要进行弯曲，但价贵且抗振能力较弱。查简明手册表4-