目前液压技术发展迅猛，在各行各业中均有大量应用，在许多机床中都有体现，组合机床是大批量生产中的主要机械加工设备，因此通过本次毕业设计，培养学生综合运用液压传动、机械设计、工程系统等课程中所学理论知识的能力；强调设计的独创性和实用性，培养和提高设计者独立分析问题和解决实际问题的能力，为今后适应工作岗位和创造性地开展工作打下坚实基础。

技术要求与主要内容：

技术要求：

加工对象为变速箱箱体孔，材料为铸铁（硬度HB = 240），该钻孔机床主轴箱上有16根主轴，加工14个?13.9的孔和两个?8.5的孔；刀具为高速钢钻头，工件重400千克，加工动作顺序如下

动力滑台快速趋近工件→I工进→II工进→加工结束快退→原位停止。

工作负载：工作切削阻力，I工进时轴向阻力FtI = 1400（N），II工进时轴向阻力FtⅡ = 8000（N）；滑台移动质量m = 510kg；

工作速度：快进v快 = 3.5m/min ≈ 0.06m/s；v快退 = v快进

I工进vⅠ = （80～100）mm/min = （1.33～1.67）×10-3 m/s

II工进vⅡ = （30～50）mm/min = （5～8.33）×10-4 m/s

加减速时间：Δt＝0.2 s。

滑台移动行程：快进S = 200mm，I工进SI = 100mm，II工进SII = 50mm

滑台导轨型式：平导轨。静摩擦系数fs = 0.2，动摩擦系数：fd = 0.1.

工作性能要求：运动速度要平稳，滑台往复次数不大于30次/分，液压缸效率η = 0.9

主要内容：

对现有的卧式组合钻孔机床液压系统进行调研和分析，明确组合钻床液压系统的工作机理和分类，设计组合钻床液压系统中的相关部分，并对其进行总结。其中包括：

1. 分析现有液压油源的组成和工作原理；

2. 设计组合钻床液压油源系统原理图；

3. 设计组合钻床液压油源；

4. 设计液压缸的装配图；

5. 设计液压缸的部分零件图；

6. 设计系统所需的阀块装配图；

7. 设计阀块的零件图；

摘要

面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的液压系统的地位越来越重要。本毕业设计（论文）主要阐述了组合机床动力滑台液压系统，能实现的工作循环是：快速前进→ 工作进给 →快速退回 →原位停止。

综上所述，完成整个设计过程需要进行一系列的工作。设计者首先应树立正确的设计思想，努力掌握先进的科学技术知识和科学的辩证的思想方法。同时，还要坚持理论联系实际，并在实践中不断总结和积累设计经验，向有关领域的科技工作者和从事生产实践的工作者学习，不断发展和创新，才能较好地完成机械设计任务。

关键词组合机床；液压系统；液压缸；液压泵；换向阀

Abstract

Boring machine hydraulic system design, in addition to the host in action and meet the performance requirements of the provisions, but also must meet the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation, convenient use and maintenance of a number of generally recognized design principles. The design of the hydraulic system is the basis of known conditions to determine the work program of hydraulic, hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other components of the design. To sum up, the need to complete the entire design process to conduct a series of hard work.

Enter here Abstract In this paper, focused on the combination of dual-use horizontal boring drilling machine hydraulic system, to achieve the duty cycle is: work fast forward feed situ rapid return to stop, hydraulic technology is mechanical equipment in the fastest growing technologies.

Key words :modular machine；tool hydraulic system；pump hydraulic；cylinder

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 研究意义1

1.1.1 液压技术及其应用2

1.1.2 组合机床液压系统2

1.2 液压传动的工作原理及其组成部分3

1.2.1液压传动的工作原理3

1.2.2 液压传动的组成4

1.3 液压传动的优缺点5

1.3.1 液压传动的优点5

1.3.2 液压传动的缺点6

1.4 液压技术的国内外研究现状分析6

1.5 课题的来源及研究的目的和意义7

1.6 课题的研究内容9

第2章组合钻孔机床液压系统分析10

2.1YT4543型动力滑台液压系统分析10

2.1.1 YT4543型动力滑台液压系统图10

2.1.2 YT4543型动力滑台液压系统工作过程11

2.1.3 YT4543型动力滑台液压系统分析12

2.2 双泵动力滑台供油液压系统12

2.2.1 双泵供油动力滑台液压系统图12

2.2.2 双泵供油液压系统工作过程13

2.2.3 双泵供油液压系统分析14

2.3带蓄能器的动力滑台液压系统15

2.3.1带蓄能器的动力滑台液压系统图15

2.3.2带蓄能器的动力滑台液压系统工作过程15

2.3.3 带蓄能器的动力滑台液压系统分析17

第3章卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计18

3.1 明确系统要求18

3.2 负载与运动分析18

3.2.1 工作负载18

3.2.2 惯性负载19

3.2.3 阻力负载19

3.2.4 负载图和速度图的绘制20

3.3 液压缸主要参数的确定21

3.4 液压系统设计23

3.4.1 选用执行元件24

3.4.2 速度控制回路的选择24

3.4.3 选择快速运动和换向回路24

3.4.4 拟定液压系统原理图24

3.4.5 液压系统工作过程26

3.4.6 液压系统工作过程27

3.5 液压元件的选择28

3.5.1 确定液压泵的规格和电动机功率28

3.5.1.1 选择液压泵28

3.5.1.2 选择电动机28

3.5.2 选其它元件及辅助元件29

第4章组合钻孔机床液压系统结构设计32

4.1 动力滑台液压站结构图32

4.2 阀块总装结构图33

4.3 阀块结构图33

4.4 液压缸结构图35

4.4.1缸筒与缸盖的连接形式35

4.4.2缸筒材料选择35

4.4.3液压缸壁厚的确定35

4.4.4缸筒底部厚度35

4.4.5缸筒头部法兰厚度35

4.4.6缸筒与缸盖的连接计算36

4.4.7螺钉连接计算36

第5章液压缸的有限元分析38

5.1 液压缸三维模型的建立38

5.2 有限元分析基本理论38

5.2.1 有限元法的发展概况39

5.2.2 有限元分析的基本思想40

5.2.3 有限元法分析过程42

5.2.4 ADINA软件简介43

5.3 静力分析43

5.4 结果总结与分析46

第6章组合钻孔机床液压站成本估算47

6.1 元件明细47

6.2 液压站报价明细48

结论49

致谢50

参考文献51

附录152

附录255

第1章绪论

1.1 研究意义

组合机床（如图1-1所示）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，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、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。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，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。

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阀装.gif

油箱装配图.gif

内容简介：: 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- I -摘摘要要面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的液压系统的地位越来越重要。本毕业设计（论文）主要阐述了组合机床动力滑台液压系统，能实现的工作循环是：快速前进工作进给快速退回原位停止。综上所述，完成整个设计过程需要进行一系列的工作。设计者首先应树立正确的设计思想，努力掌握先进的科学技术知识和科学的辩证的思想方法。同时，还要坚持理论联系实际，并在实践中不断总结和积累设计经验，向有关领域的科技工作者和从事生产实践的工作者学习，不断发展和创新，才能较好地完成机械设计任务。关键词组合机床；液压系统；液压缸；液压泵；换向阀哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- II -AbstractBoring machine hydraulic system design, in addition to the host in action and meet the performance requirements of the provisions, but also must meet the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation, convenient use and maintenance of a number of generally recognized design principles. The design of the hydraulic system is the basis of known conditions to determine the work program of hydraulic, hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other components of the design. To sum up, the need to complete the entire design process to conduct a series of hard work.Enter here Abstract In this paper, focused on the combination of dual-use horizontal boring drilling machine hydraulic system, to achieve the duty cycle is: work fast forward feed situ rapid return to stop, hydraulic technology is mechanical equipment in the fastest growing technologies.Key words :modular machine；tool hydraulic system；pump hydraulic；cylinder 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- III -目目录录摘要.IAbstract.II第 1 章绪论.11.1 研究意义.11.1.1 液压技术及其应用.21.1.2 组合机床液压系统.21.2 液压传动的工作原理及其组成部分.31.2.1 液压传动的工作原理.31.2.2 液压传动的组成.41.3 液压传动的优缺点.51.3.1 液压传动的优点.51.3.2 液压传动的缺点.61.4 液压技术的国内外研究现状分析.61.5 课题的来源及研究的目的和意义.71.6 课题的研究内容.9第 2 章组合钻孔机床液压系统分析.102.1YT4543 型动力滑台液压系统分析.102.1.1 YT4543 型动力滑台液压系统图.102.1.2 YT4543 型动力滑台液压系统工作过程.112.1.3 YT4543 型动力滑台液压系统分析.122.2 双泵动力滑台供油液压系统.122.2.1 双泵供油动力滑台液压系统图.122.2.2 双泵供油液压系统工作过程.132.2.3 双泵供油液压系统分析.142.3 带蓄能器的动力滑台液压系统.152.3.1 带蓄能器的动力滑台液压系统图.152.3.2 带蓄能器的动力滑台液压系统工作过程.152.3.3 带蓄能器的动力滑台液压系统分析.17哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- IV -第 3 章卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计.183.1 明确系统要求.183.2 负载与运动分析.183.2.1 工作负载.183.2.2 惯性负载.193.2.3 阻力负载.193.2.4 负载图和速度图的绘制.203.3 液压缸主要参数的确定.213.4 液压系统设计.233.4.1 选用执行元件.243.4.2 速度控制回路的选择.243.4.3 选择快速运动和换向回路.243.4.4 拟定液压系统原理图.243.4.5 液压系统工作过程.263.4.6 液压系统工作过程.273.5 液压元件的选择.283.5.1 确定液压泵的规格和电动机功率.283.5.1.1 选择液压泵.283.5.1.2 选择电动机.283.5.2 选其它元件及辅助元件.29第 4 章组合钻孔机床液压系统结构设计.324.1 动力滑台液压站结构图.324.2 阀块总装结构图.334.3 阀块结构图.334.4 液压缸结构图.354.4.1 缸筒与缸盖的连接形式.354.4.2 缸筒材料选择.354.4.3 液压缸壁厚的确定.354.4.4 缸筒底部厚度.354.4.5 缸筒头部法兰厚度.354.4.6 缸筒与缸盖的连接计算.364.4.7 螺钉连接计算.36哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- V -第 5 章液压缸的有限元分析.385.1 液压缸三维模型的建立.385.2 有限元分析基本理论.385.2.1 有限元法的发展概况.395.2.2 有限元分析的基本思想.405.2.3 有限元法分析过程.425.2.4 ADINA 软件简介.435.3 静力分析.435.4 结果总结与分析.46第 6 章组合钻孔机床液压站成本估算.476.1 元件明细.476.2 液压站报价明细.48结论.49致谢.50参考文献.51附录 1.52附录 2.55哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 1 -第第 1 1 章章绪绪论论1.11.1 研究意义研究意义组合机床（如图 1-1 所示）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，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、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。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，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。图 1-1 组合机床实物图组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件（如飞轮、汽车后桥半轴等）的外圆和端面加工。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 2 -专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。组合机床的研制和推广，是加速机械工业技术革命的有效途径之一。它是机械工业，特别是汽车、拖拉机、电动机、仪表以及军工等生产部门进行机床革新、推动生产发展的重要设备。1.1.11.1.1 液压技术及其应用液压技术及其应用液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之一，已成为工业机械、工程建设机械及国际尖端产品不可缺少的重要技术基础。是它们向自动化、高精度、高效率、高速度、小型化、轻量化方向发展的关键技术。世界工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业，其发展速度远高于机械工业的发展速度。液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术。机械制造是为国民经济各部门和自身技术改造提供先进技术装备的工业部门。铸造、锻压、焊接、热处理、及切削等是机械制造工业获取毛坯、成形产品及提高零件机械性能的重要生产方法，在众多金属冷、热加工机器设备中普遍使用液压技术，其中压力机和金属切削机床是应用液压技术较早较广的领域1。在车、铣、刨、磨、钻各类液压机床中，主要利用液压技术可在较宽范围内进行无级调速，具有良好的换向及换接性能，易于实现工作循环等优点，完成工件及刀具的夹紧、控制进给速度和驱动主轴作业，尽管现代数控机床、加工中心等先进制造设备中采用电伺服系统，但采用液压传动与控制仍然是现代金属切削机床自动化的重要途径。在锻造机、液压机、折弯机、剪切机等压力加工设备中，主要利用液压传动传递力较大、便于压力调节控制和过载保护的特点，进行下料、成形加工等作业。铸造、锻压、焊接、热处理等机器设备的生产作业环境极为恶劣，温度高、粉尘多、湿度大、有腐蚀性气体、振动噪声大。因此要求机器要有良好的适应性、可靠性和维护性。在造型机及浇铸机、焊接机、淬火机等铸造、焊接及热处理机器设备中，主要利用液压技术便于无级调速和远距离遥控作业等特点，进行造型及铸型输送与浇铸、高温零件抓取等作业，以减轻劳动者劳动强度、避免和减少热辐射和有害气体对人身的侵袭并提高生产率。1.1.21.1.2 组合机床液压系统组合机床液压系统组合机床液压系统主要由通用滑台和辅助部分（如定位、夹紧）组成。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 3 -液压动力滑台是组合机床上的一种通用部件，可根据加工需要安装不同用途的主轴箱，以完成钻、扩、铰、镗、刮端面、铣削及攻丝等工序2。1.21.2 液压传动的工作原理及其组成部分液压传动的工作原理及其组成部分液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等3。1.2.11.2.1 液压传动的工作原理液压传动的工作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（液压缸或马达）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。图 1-2 是组合钻床动力滑台的液压系统原理图2。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 4 -9 91 11 1死死挡挡铁铁停停留留3 34 45 56 61 12 2P P2 2P P3 3快快进进一一工工进进二二工工进进快快退退原原位位P P1 1P P2 2P P3 3P P1 11 12 27 72YA1YA4YA3YA8 81 10 01-过滤器；2-限压式变量泵；3，6-单向阀；4-背压阀；5-顺序阀；7-电液磁换向阀；8，10-单向调速阀；9，11-电磁阀；12-压力继电器1-2 组合钻床动力滑台液压传动系统原理图1.2.21.2.2 液压传动的组成液压传动的组成液压传动系统主要由下列 5 部分组成：（1）动力元件，即液压泵，其职能是将原动机的机械能转换为液体的压力动能（表现为压力、流量），其作用是为液压系统提供压力油，是系统的动力源5。（2）执行元件，指液压缸或液压马达，其职能是将液压能转换为机械能而对外做功，液压缸可驱动工作机构实现往复直线运动（或摆动），液压马达可完成回转运动。（3）控制调节元件，指各种阀利用这些元件可以控制和调节液压系统中液体的压力、流量和方向等，以保证执行元件能按照人们预期的要求进行工作。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 5 -（4）辅助元件，包括油箱、过滤器、管路及接头、冷却器、压力表等。它们的作用是提供必要的条件使系统正常工作并便于监测控制。（5）工作介质，即传动液体，通常称液压油。液压系统就是通过工作介质实现运动和动力传递的，另外液压油还可以对液压元件中相互运动的零件起润滑作用。1.31.3 液压传动的优缺点液压传动的优缺点1.3.11.3.1 液压传动的优点液压传动的优点（1）传动平稳在液压传动装置中，由于液压油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，因此不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。（2）质量轻/体积小液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的 1m3挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了 1t5。（3）承载能力大液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。（4）容易实现无级调速在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速，并且凋速范围很大，可达 2000:1，很容易获得极低的速度。（5）易于实现过载保护液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。（6）液压元件能够自动润滑由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。（7）容易实现复杂的动作哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 6 -采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。（8）简化机构采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目。（9）便于实现自动化液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。1.3.21.3.2 液压传动的缺点液压传动的缺点（1）液压元件制造精度要求高由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较格。（2）实现定比传动困难液压传动是以液压油液为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。（3）液压油液受温度的影响由于液压油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。（4）不适宜远距离输送动力由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。（5）油液中混入空气易影响工作性能油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。（6）油液容易污染油液污染后，会影响系统工作的可靠性。（7）发生故障不易检查和排除。1.41.4 液压技术的国内外研究现状分析液压技术的国内外研究现状分析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。第一个使用液压原理的是 1795 年英国约瑟夫布拉曼（Joseph Braman，1749-1814），在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 7 -于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905 年他又将工作介质由水改为油，使其性能得到了进一步的到改善6。在流体产品领域内，目前世界上最大的流体产品（主要是液压件、密封件及液压附件等）制造企业，美国的派克（Parket）公司，成立于 1918 年，也有近 100 年历史，可以提供品种齐全的、高技术水平的液压件、密封件及所有的液压附件。目前世界上最大的用于静液压系统的变量液压元件制造企业，德国的博士力士乐公司，已有 200 多年的历史，从 1953 年开始全面制造液压元件，也有 50 年以上历史。其最具特色的产品是用于静液压传动的变量系统液压元件，无论是斜盘式或斜轴式，闭式（泵控）或开式（阀控）系统液压元件品种都非常齐全，能为各种需要静液压系统元件的工程机械整个系统成套配套。还有世界上最大的传动部件制造企业，德国的 ZF 公司，成立于 1915 年，也有近 100 年历史，能为各种工程机械提供品种齐全的传动部件。在电气配套件方面，世界最大的德国西门子电气公司，以及日本的东芝公司、川崎公司、德国的博士（Bose）公司等，都有 50 年以上，甚至 100 年以上的悠久历史，能满足工程机械各种高技术水平的电气系统和电气元件的要求。第一次世界大战（1914-1918）后液压传动广泛应用，特别是 1920 年以后,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯（F. Vikers）发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克（G. Constantimsco）对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910 年对液力传动（液力联轴节、液力变矩器等）方面的贡献，使这两方面领域得到了展。我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60 年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 8 -合理调整产品结构，对一些性能差，而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。近些年来国外工程机械有一种发展趋势，主机制造企业逐步向组装企业方向发展，配套件逐步由供应商来提供。比如世界上实力最强的主机制造企业美国的卡特彼勒（Caterpillar）、凯斯（Case）、日本的小松（Komatsu）、瑞典的沃尔沃（Volvo）等世界上这些大型的工程机械主机制造企业，其配套件的配套能力也是非常强的，它们的配套件外配的数量也是在逐年大幅度地增长，一些中小工程机械企业就更是如此，配套件逐步主要由零部件制造企业来提供。这样做有几大好处，主机企业可集中精力把自己的主机产品作好，减少配套件完全由主机企业自己来承担的风险，而配套件企业作得更强更大，有能力迅速提高配套件的质量、技术水平，同时能为主机企业提供更多的新产品，这样更容易促进主机产品的发展。国外工程机械主机企业从1988 年达 850 亿美元的销售额以来，基本上没有多大变化，而相反这些年来配套件从 150 亿美元，增长到 1000 亿美元，增幅是相当大的。因此，国外工程机械配套件这些年来得到了快速发展。国外工程机械配套件生产历史悠久、技术成熟、品种齐全，完全能满足各种工程机械的配套需求国外许多工程机械主要配套件企业都有 50 年，甚至 100 年以上的发展历史，企业的规模都相对较大，技术十分成熟，品种也非常齐全，几乎应有尽有。比如目前世界上生产密封件及减振器最大的企业，德国的弗罗伊登贝（Freudenberg）公司，成立于 1849 年，生产密封件及减振器已有 100 多年历史，其品种应有尽有，从技术上、品种上完全能满足液压行业对密封件及密封技术的要求。同时还不断推出新的密封材料及新的密封结构，推动液压密封技术不断向更高技术水平发展。目前世界上最大的中大型发动机制造企业，美国的康明斯（Cummins）发动机制造公司，成立于 1919 年，也几乎有近 100 年的历史。37.3kW（50 马力）以上的柴油机可以全方位为各种工程机械，甚至所有需要柴油机动力的各种机械配套，在技术上可以完全满足最苛刻的欧 II、欧 III 排放标准，甚至可以达到欧 IV、欧 V 排放标准8。在科学技术迅猛发展的今天，计算机技术、网络技术、通信技术等现代化信息技术正对人类的生产生活产生着前所未有的影响。这些信息技术的进步，为今后制造业的发展，设计方法与制造技术模式的改变指明了方向，为数字化设计资源与制造资源的远程共享，进一步提高产品开发效率奠定了基础。这一点已经引起了学术界的广泛关注，并且有很多科研学者已经投入哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 9 -到了这方面的研究。目前在液压领域中，特别是中小企业在进行液压传动系统的设计时，存在着零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难，而远程设计服务可以解决这些问题。为减轻液压设计人员的工作负担，实现现代化设计模式的转变以及设计资源、技术资源和产品信息的共享。1.51.5 课题的来源及研究的目的和意义课题的来源及研究的目的和意义课题来源于哈尔滨通用液压机械制造有限公司。研究的目的：通过本次毕业设计主要学习掌握综合运用液压传动、机械设计、工程系统等课程中所学理论知识的能力；着重突出液压系统设计的独立性和实用性，培养和提高独立分析问题和解决实际问题的能力，为今后适应工作岗位和创造性地开展工作打下坚实基础。研究的意义：组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床。它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。其中液压系统是组合机床必不可少的部分，由于液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置，而且重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快，还可自动实现过载保护。1.61.6 课题的研究内容课题的研究内容对现有的卧式组合钻孔机床液压系统进行调研和分析，明确组合钻床液压系统的工作机理和分类，设计组合钻床液压系统中的相关部分，并对其进行总结。其中包括：（1）分析现有组合钻床的组成和工作原理；（2）设计组合钻床液压油源系统原理图；（3）设计组合钻床液压油源；（4）设计液压缸的装配图；（5）设计液压缸的部分零件图；（6）设计系统所需的阀块装配图；（7）设计阀块的零件图；（8）撰写毕业设计论文。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 10 -第第 2 2 章章组合钻孔机床液压系统分析组合钻孔机床液压系统分析2.12.1 YT4543YT4543 型动力滑台液压系统型动力滑台液压系统分析分析2.1.12.1.1 YT4543YT4543 型动力滑台液压系统图型动力滑台液压系统图图 2-1 为 YT4543 型动力滑台液压系统图，下面以实现二次工作进给的自动循环为例，说明其工作原理3。8 81 12 2死死挡挡铁铁停停留留3 34 45 56 61 13 3P P2 2P P3 3快快进进一一工工进进二二工工进进快快退退原原位位P P1 1P P2 2P P3 3P P1 11 12 27 72YA1YA3YA1 10 01 11 19 91-过滤器；2-限压式变量泵；3，6，10-单向阀；4-背压阀；5-顺序阀；7-电液磁换向阀；8,9-调速阀；11-下行程阀；12-电磁阀；13-压力继电器图 2-1 YT4543 型动力滑台液压系统图2.1.22.1.2 YT4543YT4543 型动力滑台液压系统工作过程型动力滑台液压系统工作过程1快进哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 11 -按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电，电磁换向阀 7 的先导阀左位，液动换向阀在控制压力油作用下将作为接入系统。进油路油箱过滤器 1泵 2单向阀 3阀 7阀 11液压缸左腔回油路液压缸右腔阀 7单向阀 6阀 11液压缸左腔2第一次工进当滑台快进到预定位置时，压下行程阀 11，切断快进通道，这时压力油经调速阀 8、电磁阀 12 进入液压缸左腔。由于液压泵供油压力高，顺序阀 5 已被打开。进油路油箱-过滤器 1泵 2单向阀 3阀 7调速阀 8阀 12液压缸左腔回油路液压缸右腔阀 7顺序阀 5背压阀 4油箱3第二次工进一工进结束时，挡块压下行程阀开关使电磁铁 3YA 通电，这时压力油经调速阀 8 和 9 进入液压缸的左腔液压缸右腔的回油路线与一工进时相同。此时，变量泵输出的流量自动与二工进调速阀 9 的开口相适应。4死挡铁停留当滑台以二工进速度进行碰到死档铁时，滑台即停留在死挡铁处，此时液压缸左腔压力升高，使压力继电器 13 动作，发出电信号给时间继电器。停留时间由时间电器调定。5快退停留结束后，时间继电器发出信号，使电磁铁 1YA、3YA 断电，2YA通电，电液磁换向阀 7 的先导阀右位工作，液动换向阀在控制压力油作用下将右位接入系统。进油路泵 2单向阀 3阀 7液压缸右腔回油路液压缸左腔阀 10阀 7油箱6原位停止当滑快退到原位时，挡块压下终点行程开关，使电磁铁 2YA 断电，电磁先导阀和液动换向阀都处于中位液压缸两腔油路封闭，滑台停止运动。这哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 12 -时泵输出的油液经阀 3 和阀 7 进入油箱，泵在低压卸荷。2.1.32.1.3 YT4543YT4543 型动力滑台液压系统分析型动力滑台液压系统分析（1）采用容积节流调速回路，无溢流功率损失，系统效率较高，且能保证稳定的低速运动，较好的速度刚性和较大的调速范围。（2）限压式变量泵加上差动连接的快速回路，即解决了快慢速度相差悬殊的难题，又使能量利用经济合理。（3）采用行程阀实现快慢速换接，使动作的可靠性、转换精度和平稳性都较高。一工进和二工进之间的转换，由于通过调速阀 8 的流量很小，采用电磁阀式换接已能保证所需的转换精度。（4）限压式变量泵本身就能按预先调定的压力限制其最大工作压力，故在采用限压式变量泵的系统中，一般不需要另外设置安全阀。（5）采用换向阀式低压卸荷回路，可以减少能量损耗，结构也比较简单。（6）采用三位五通电液换向阀，具有换向性能好，滑台可在任意位置停止，快进时构成差动连接等优点。2.22.2 双泵动力滑台供油液压系统双泵动力滑台供油液压系统2.2.12.2.1 双泵供油动力滑台液压系统图双泵供油动力滑台液压系统图图 2-2 为双泵供油动力滑台液压系统图，下面以实现一次工作进给的自动循环为例，说明其工作原理。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 13 -8 82 21 10 09 96 6P P2 2P P3 3快快进进工工进进快快退退原原位位P P1 1P P2 2P P3 31 13 31 12YA1YA7 7P P1 14 43 35 51112死挡铁停留1-双联叶片泵；2-溢流阀；3，4，8-单向阀；5-三位五通电磁换向阀；6-压力继电器；7-单向行程调速阀；9-背压阀；10-外控顺序阀；11-压力表；12-压力表开关；13-压力继电器图 2-2 双泵供油液压系统图2.2.22.2.2 双泵供油液压系统工作过程双泵供油液压系统工作过程1快进快进如图 2-2 所示，按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电，由泵 1 输出地压力油经三位五通换向阀 5 的左侧，这时的主油路为：进油路：泵单向阀 3、4三位五通换向阀 2（1YA 得电）单向行程调速阀 7液压缸左腔。回油路：液压缸右腔三位五通换向阀 5（1YA 得电）单向阀 8单向行程调速阀 7液压缸左腔。由此形成液压缸两腔连通，实现差动快进，由于快进负载压力小，系统压力低，变量泵输出最大流量。2工进哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 14 -当滑台快到预定位置时，此时要工进。挡块压下单向行程调速阀 7 内的行程阀，切断了该通路，这时，压力油只能经过单向行程调速阀 7 的调速阀进入液压缸的左腔。由于减速时系统压力升高，变量泵的输出油量便自动减小，且与调速阀开口向适应，此时液控顺序阀 10 打开，单向阀 8 关闭，切断了液压缸的差动连接油路，由于阀 3 压力升高，背压阀 9 被打开，液压缸右腔的回油经背压阀 9 流回油箱，这样经过调速阀就实现了液压油的速度下降，从而实现减速，其主油路为：进油路：泵单向阀 3三位五通换向阀 5（1YA 得电）单向行程调速阀 7液压缸左腔。回油路：液压缸右腔三位五通换向阀 5背压阀 9液控顺序阀 10油箱。 3死挡铁停留当滑台完成工进进给碰到死铁时，滑台即停留在死挡铁处，此时液压缸左腔的压力升高，使压力继电器 6 发出信号给时间继电器，滑台停留时间由时间继电器调定。4快退滑台停留时间结束后，时间继电器发出信号，使电磁铁 1YA 断电，2YA 通电，这时三位五通换向阀 5 接通右位，因滑台返回时的负载小，系统压力下降，变量泵输出流量又自动恢复到最大，滑快速退回，其主油路为：进油路：泵单向阀 3、4三位五通换向阀 5（2YA 得电）液压缸右腔。回油路：液压缸左腔单向行程调速阀 7三位五通换向阀 5（右位）油箱。5原位停止当滑台退回到原位时，挡块压下单向行程调速阀 7 的原位行程开关，发出信号，使 2YA 断电，换向阀处于中位，液压两腔油路封闭，滑台停止运动。2.2.32.2.3 双泵供油液压系统分析双泵供油液压系统分析哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 15 -该液压系统采用双泵供油，系统的功率损失小、效率高、节约能源。再回路上设有背压阀，提高了滑台运动的平稳性。把调速阀设在进油路上，具有启动冲击小、便于压力继电器发讯控制、容易获得较低速度。2.32.3 带蓄能器的动力滑台液压系统带蓄能器的动力滑台液压系统2.3.12.3.1 带蓄能器的动力滑台液压系统图带蓄能器的动力滑台液压系统图图 2-3 为带蓄能器动力滑台液压系统图，下面以实现一次工作进给的自动循环为例，说明其工作原理10。死死挡挡铁铁停停留留快快进进一一工工进进二二工工进进快快退退原原位位P P1 1P P2 2P P3 3P P2 2P P3 3P P1 1123486571YA2YA910111213141516171-蓄能器；2-截止阀；4，6，11，14-单向阀；5，17-压力继电器；7-限压式变量叶片泵；8，12，15-调速阀；9-三位四通电磁换向阀；10-顺序背压阀；13，16-行程阀图 2-3 带蓄能器的动力滑台液压系统图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 16 -2.3.22.3.2 带蓄能器的动力滑台液压系统工作过程带蓄能器的动力滑台液压系统工作过程1快进快进如图所示，按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电，三位四通电磁换向阀左位，截止阀 2 打开，顺序背压阀无背压，因此处于左位。进油路分两个方向进入油路。液压泵 7单向阀 6节流阀 8电磁换向阀 9行程阀 13行程阀16液压缸左腔；蓄能器 1截止阀 2节流阀 3单向阀 4电磁换向阀 9油箱；回油路：液压缸右腔顺序背压阀 10电磁换向阀 9油箱。2一工进当滑台快进结束，液压缸处于工进开始位置，此时液压缸挡块把行程阀13 的推杆压下，行程阀 13 关闭，截止阀 2 关闭，顺序背压阀有背压，因此处于右位。进油路：液压泵 7单向阀 6节流阀 8电磁换向阀 9调速阀 12行程阀 16液压缸左腔；回油路：液压缸右腔顺序背压阀 10电磁换向阀 9油箱。3二工进当滑台完成一工进后，液压缸处于二工进开始位置，此时液压缸上的挡块把行程阀 16 的推杆压下，行程阀 16 关闭，回路中仍有背压，顺序阀处于右位，工作平稳。进油路：液压泵 7单向阀 6节流阀 8电磁换向阀 9调速阀 12调速阀 15液压缸左腔；回油路：液压缸右腔顺序背压阀 10电磁换向阀 9油箱。4死挡铁停留当滑台以二工进速度进行碰到死档铁时，滑台即停留在死挡铁处，此时液压缸左腔压力升高，使压力继电器 17 动作，发出电信号给时间继电器。停留时间由时间电器调定。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 17 -5快退停留结束后，时间继电器发出信号，压力继电器 17 控制电磁铁 1YA 断电、2YA 通电，电磁换向阀 9 右位，液压缸有杆腔进油，无杆腔回油，截止阀 2 打开蓄能器向油路供油，由于回油路压力低，因此顺序背压阀回复到原位。进油路分两个方向进入油路。液压泵 7单向阀 6节流阀 8电磁换向阀 9顺序背压阀 10液压缸右腔；蓄能器 1截止阀 2节流阀 3单向阀 4电磁换向阀 9顺序背压阀 10油箱；回油路：液压缸左腔单向阀 14单向阀 11电磁换向阀 9油箱。6原为停止当滑台完成一个动作循环后，电磁铁 1YA 和 2YA 都断电，电磁换向阀9 处于中位，此时单向阀 4 出口压力升高，单向阀关闭，蓄能器停止供油，由于电磁换向阀 9 采用了 O 型中位机能，液压泵不能够通过换向阀的中位实现卸荷，系统停止工作。2.3.32.3.3 带蓄能器的动力滑台液压系统分析带蓄能器的动力滑台液压系统分析（1）系统采用了“限压是变量叶片泵调速阀背压阀”调速回路，采用容积节流调速回路并在回油上设有背压阀，能保证系统调速范围宽、低速稳定性好的要求。（2）节流阀串联实现二次进给，两次工进速度的换接采用由电磁阀切换的调速阀串联的回路，保证了换接精度，避免换接时滑台前冲，且油路的布局简单、灵活。（3）系统回路中的单向阀作用不同，子系统中与节流阀和行程阀并联的单向阀是为了防止油液倒流，而蓄能器与系统连接的单向阀是为了防止回路之间的动作干涉。由于单向阀的存在，工进和快进系统互不干涉11。（4）节流阀同时起到调速、防止子系统之间油路相互干涉、增加阻尼和防止冲击的作用。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 18 -第第 3 3 章章卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计3.13.1 明确系统要求明确系统要求加工对象为变速箱箱体孔，材料为铸铁（硬度 HB = 240），该钻孔机床主轴箱上有 16 根主轴，加工 14 个 13.9 的孔和两 8.5 的孔；并对这 16 个孔进行扩孔加工；刀具为高速钢组合钻头，工件重 400kg，加工动作顺序如下动力滑台快速趋近工件一工进（钻孔加工）二工进（扩孔加工）加工结束快退原位停止。工作负载：工作切削阻力，一工进时轴向阻力 Ft2 = 1400（N），二工进时轴向阻力 Ft2 = 8000（N）；滑台移动质量 m = 510kg；工作速度：快进 v快 = 3.5m/min 0.06m/s；v快退 = v快进一工进 v1 = （80100）mm/min = （1.331.67）10-3 m/s二工进 v2 = （3050）mm/min = （58.33）10-4 m/s加减速时间：t0.2 s。滑台移动行程：快进 s = 200mm，一工进 s1 = 100mm，二工进 s2 = 50mm滑台导轨型式：平导轨。静摩擦系数 fs = 0.2，动摩擦系数：fd = 0.1.工作性能要求：运动速度要平稳，滑台往复次数不大于 30 次/分，液压缸效率 = 0.9。3.23.2 负载与运动分析负载与运动分析3.2.13.2.1 工作负载工作负载由于切削原理可知，高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力与钻头直tF径 D(mm)、每转进给量 s(mm/r)和铸件硬度 HB 之间的经验计算式为6.08.0)(5.25HBDsFt根据组合钻床加工的特点，钻孔时的主轴转速 n 和每转进给量 s 可选用下列数值。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 19 -对 13.9mm 的孔来说，r/min，mm/r。3601n147.01s对 8.5mm 的孔来说， r/min，mm/r。5502n096.02s利用上式，求得N=30468.06.08.0096.05.85.252240147.09.135.2514tF8N3.2.23.2.2 惯性负载惯性负载NmF()273=20060400+510=.tvm式中 Fm惯性负载(N)； m滑台和工件的总质量(kg)；单位是时间速度变化量(m/s)。v3.2.33.2.3 阻力负载阻力负载静摩擦阻力 N61783=8991020=.mgfFsfs动摩擦阻力 N8891=8991010=.mgfFdfd式中 fs静摩擦系数； fd动摩擦系数； g重力加速度(m/s2)。液压缸的机械效率取，由此得出液压缸在各工作阶段的负载9.0m如表 3-1 所示13。表 3-1 液压缸在各工作阶段的负载值工况负载组成负载值 F/N推力/NmF启动sFF1783.61982加速mfdFFF1164.81294哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 20 -快进fdFF891.8991一工进+=tfdFFFFtI32759.836400二工进+=tfdFFFFt39359.843733快退fdFF891.89913.2.43.2.4 负载图和速度图的绘制负载图和速度图的绘制已知滑台移动行程快进 s=200mm、一工进mm，二工进100=1smm，快退mm。负载图按上面计算的数据50=2s350=+=21ssssT绘制，如图 3-1（a）所示。速度图则按已知数据3.5m/min、0.1m/min、=0.05m/min 如图 3-1（b）所示。41vv2v3v 50100150200250300350s/mmF/N198294136400437330-1982-941(a) 负载图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 21 -50100150200250300350s/mmv/m/min3.50.10.053.5（b）速度图图 3-1 组合机床液压缸的负载图和速度图3.33.3 液压缸主要参数的确定液压缸主要参数的确定液压缸内径 D 和工作压力选择及况图绘制根据快进与快退速度相等要求，液压缸可选择为差动结构形式，即(为大腔面积，为小腔面积)，活塞上力平衡方程（稳态）为：212AA1A2A14。FpApAm=2211)-(组合机床为半精加工设备，取工作压力MPa；背压可取4=1pp=0.5MPa 同时考虑到钻孔结束时可能发生前冲现象，取=0.8MPa；最2p2p大负载=43733N。maxF哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 22 -m =0.012m).-()-(max621110280443733=2=ppFA22m ， d=0.0874m1236.041AD式中 d活塞杆直径(m)。按 GB/T2348-199315将这些直径圆整成标准值，为D=125mm，d=90mm。由此求得液压缸两腔实际有效面积为cm ，cm7122=4=21.DA2663=4=222.）-(dDA2根据上述 D 与 d 的值可估算液压缸在个各工作阶段中的压力、流量和功率，如表 3-2 所示，并据此绘出工况图如图 3-2 所示。表 3-2 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载F/N回油腔压力/MPa2p进油腔压力/MPa1p输入流量/Lmiqn1输入功率P/kW计算式启动198200.31)-()(2121+=AApAFp,11)(2vAAqqpP1=加速12941.170.67)-()(2121+=AApAFp,11)(2vAAqqpP1=恒速9911.120.6222.260.23)-()(2121+=AApAFp,11)(2vAAqqpP1=一工进364000.83.351.230.071221+=ApAFp)(,21vAqqpP1=二工进437330.83.950.610.041221+=ApAFp)(,21vAqqpP1=哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 23 -启动1982P=00.34pAApFp2121+=/)(,22vAqqpP1=加速12940.51.262121+=AApFp/)(,22vAqqpP1=恒速9910.51.2120.690.422121+=AApFp/)(,22vAqqpP1=p/ MPaq/L/ minP/ kM0.310.670.623.353.951.21pP0.230.070.040.42q22 . 261.230.6120.69s/mm0.341.26图 3-2 组合机床液压缸工况图3.43.4 液压系统设计液压系统设计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，与所有液压系统哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 24 -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16。3.4.13.4.1 选用执行元件选用执行元件因系统运动循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进，快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积等于有杆腔1A面积的两倍。2A3.4.23.4.2 速度控制回路的选择速度控制回路的选择图 3-2 表明，所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速16。钻镗加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过程中负载变化不大，但要求泵输出不同的流量，所以采用容积节流调速回路。由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间，存在负载突变的可能，因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回油路上设置背压阀。由于选定了容积节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。3.4.33.4.3 选择快速运动和换向回路选择快速运动和换向回路根据本设计的运动方式和要求，采用差动连接快速运动回路来实现快速运动。即快进时，由限压式变量泵供油，液压缸实现差动连接。本设计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，另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路与压力控制形式。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 25 -3.4.43.4.4 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图选定调速方案和液压基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些辅助性油路，如控制油路、润滑油路、测压油路等，并对回路进行归并和整理，可将液压回路合成为液压系统，即组成如图 3-3 所示的液压系统图。9 91 11 1死死挡挡铁铁停停留留3 34 45 56 61 12 2P P2 2P P3 3快快进进一一工工进进二二工工进进快快退退原原位位P P1 1P P2 2P P3 3P P1 11 12 27 72YA1YA4YA3YA8 81 10 01-过滤器；2-限压式变量泵；3，6-单向阀；4-背压阀；5-顺序阀；7-电液磁换向阀；8，10-单向调速阀；9，11-电磁阀；12-压力继电器3-3 组合钻床动力滑台液压传动系统原理图为便于观察调整压力，在液压泵的进口处，顺序阀和液压腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关，这样只需一个压力表即能观察各压力。要实现系统的动作，即要求实现的动作顺序为：启动加速快进减速一工进二工进快退停止。则可得出液压系统中各电磁铁的动作顺序如表3-3 所示。表中“+”号表示电磁铁通电或行程阀压下；“-”号表示电磁铁断电或行程阀复位。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 26 -表 3-3 电磁铁动作表电磁铁工况1YA2YA3YA4YA快进+-一工进+-+-二工进+-+快退-+-停止-3.4.53.4.5 液压系统工作过程液压系统工作过程1快进按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电，电磁换向阀 7 的先导阀左位，液动换向阀在控制压力油作用下将作为接入系统。进油路油箱过滤器 1泵 2单向阀 3阀 7阀 9阀 11液压缸左腔回油路液压缸右腔阀 7单向阀 6阀 9阀 11液压缸左腔2第一次工进当滑台快进到预定位置时，电磁铁 3YA 通电。进油路油箱过滤器 1泵 2单向阀 3阀 7调速阀 8阀 10液压缸左腔回油路液压缸右腔阀 7顺序阀 5背压阀 4油箱3第二次工进一工进结束时，电磁铁 4YA 通电。进油路油箱-过滤器 1泵 2单向阀 3阀 7调速阀 8调速阀10液压缸左腔回油路液压缸右腔阀 7顺序阀 5背压阀 4油箱哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 27 -4死挡铁停留当滑台以二工进速度进行碰到死档铁时，滑台即停留在死挡铁处，此时液压缸左腔压力升高，使压力继电器 12 动作，发出电信号给时间继电器。停留时间由时间电器调定。5快退停留结束后，时间继电器发出信号，使电磁铁 1YA 断电，2YA 通电，电液磁换向阀 7 的先导阀右位工作，液动换向阀在控制压力油作用下将右位接入系统。进油路泵 2单向阀 3阀 7液压缸右腔；回油路液压缸左腔阀 10阀 8阀 7油箱。6原位停止当滑快退到原位时，使电磁铁 3YA、4YA 断电，再使电磁铁 2YA 断电，电磁先导阀和液动换向阀都处于中位液压缸两腔油路封闭，滑台停止运动。这时泵输出的油液经阀 3 和阀 7 进入油箱。3.4.63.4.6 液压系统工作过程液压系统工作过程（1）节流阀串联实现二次进给，两次工进速度的换接采用由电磁阀切换的调速阀串联的回路，保证了换接精度，避免换接时滑台前冲，且油路的布局简单、灵活。（2）采用容积节流调速回路，无溢流功率损失，系统效率较高，且能保证稳定的低速运动，较好的速度刚性和较大的调速范围。（3）限压式变量泵加上差动连接的快速回路，即解决了快慢速度相差悬殊的难题，又使能量利用经济合理。（4）采用换向阀式低压卸荷回路，可以减少能量损耗，结构也比较简单。（5）采用三位五通电液换向阀，具有换向性能好，滑台可在任意位置停止，快进时构成差动连接等优点。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 28 -3.53.5 液压元件的选择液压元件的选择3.5.13.5.1 确定液压泵的规格和电动机功率确定液压泵的规格和电动机功率本设计所使用液压元件均为标准液压元件，因此只需确定各液压元件的主要参数和规格，然后根据现有的液压元件产品进行选择即可。3.5.1.13.5.1.1 选择液压泵选择液压泵（1）压力确定（3.95+0.5）=4.45MPa（进油管上压力损失取=+=1ppppp0.5MPa）=5.56MPappp251=.max式中最大工作压力(MPa)；1p 油管的最大工作压力（MPa）；pp 泵的最大工作压力（MPa）。maxp（2）流量的确定L/min=24.5L/min26.221.1)(maxqKqLp指同时是动作的液压缸所需流量的最大值，指泄漏系数取max)(qLK1.2。（3）液压泵的校验根据为 5.56MPa，为 24.5L/min，查手册是 YBX-25。pppq该泵技术参数：mL/r，=6.3MPa，r/min，25qNp1450n，9.0v哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 29 -，L/min。78.06.32109.01450253pq3.5.1.23.5.1.2 选择电动机选择电动机由于工况液压最大输入功率再快进阶段，可按此阶段估算电动机功率，由于工况图中压力值不包括由泵到液压缸这段管路的压力损失，再快退时这段路的压力损失若取MPa，则电动机功率为20=.pkW840=10607806321020+21=36.).(ppqpp选用 Y90S-4 型电动机，其额定功率为 1.1kW。3.5.23.5.2 选其它元件及辅助元件选其它元件及辅助元件（1）确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表 3-4 所示。表 3-4 液压元件规格及型号序号元件名称流量（L/min）型号1过滤器32.6Wu-161802变量泵32.6YBX-253单向阀32.6S20P1B4背压阀1.227DBDS6P102.55顺序阀1.227DZC1023021XY6单向阀22.26S10P1B7电液换向阀65.235D-25B8调速阀1.227AQF3-E6B9电磁阀1.22722D2-10BH10调速阀20.69AQF3-E10B11电磁阀0.61422D2-10BH12压力继电器22.26HEDI0A40B1013压力表YN-60（2）确定管道尺寸哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 30 -本设计按主油路差动时流量 65.2L/min，压油管允许流量为 4m/s，则内径mm=18.6mm42.656.46.4vqd吸油流量 q 为 32.6L/min，v 取 1.5m/s，mm=21.44mm5.16.326.46.4vqd回油流量 q 为 32.6L/min，v 取 1.5m/s，与吸油管尺寸相同，d 取圆整值，内径 d 为 20mm，外径 D 为 28mm。（3）油箱选择L2285.327V由于考虑到散热取大值，按 GB2876-1981 规定去接近的标准值 V 为250L。（4）系统油液温升验算系统在工作中绝大部分时间处于工作阶段，所以可按工作状态来计算温升。液压泵工作状态压力 p 为 4.5MPa，此时效率 0.1。cm =0.98L/min6981=87122=4=11121.vAvDq3cm =0.37L/min1368=37122=212.vAq3kW，kW7350=1060=11.输入pqp2780=1060=22.输入pqp kW =0.049kW331111010608036400=输出vFp kW =0.022kW332221010603036400=输出vFpkW=0.686kW）.-.（p-输出输入04907350=111ppkW=0.256kW）.-.（p-输出输入02202780=222pp式中一工进泵的流量（L/min）；1q哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 31 - 二工进泵的流量（L/min）；2q 一工进泵的输入功率（kW）；输入1p 二工进泵的输入功率（kW）；输入2p一工进泵的输出功率（kW）；输出1p 二工进泵的输出功率（kW）；输出2p 一工进泵的输入功率（kW）；输入1p 液压缸一工进推力（N）；1F 液压缸二工进推力（N）；2F 一工进泵的功率损失（kW）；1p 二工进泵的功率损失（kW）。2p当油箱的高、宽、长比例在 1:1:1 到 1:2:3 范围内，且油面高度为油箱高度的 80时，油箱散热面积近似为m =2.58 m3232250065.0065.0VA33假定系统的散热情况一般，kW/(cm ),系统温升为31010K2=26.658210106860=31.KApt温升没有超出允许范围，所以液压系统中不需要设置冷却器。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 32 -第第 4 4 章章组合钻孔机床液压系统结构设计组合钻孔机床液压系统结构设计4.14.1 动力滑台液压站结构图动力滑台液压站结构图液压站是由驱动电动机、液压泵、油箱、节流阀、溢流阀等构件在一起的液压装置，按驱动要求流向、压力和流量供油，适用于各个驱动装置机械上，这种液压系统可实现各种规定的工作。它是在工业革命时代发明的，现在广泛用于各个工业领域及汽车制动上。本系统中液压站的主要作用是为动力滑台液压系统提供和收集液压油，同时控制液压油的流向、压力和流量，从而实现液压缸的各个运动形式。动力滑台液压站装配如图 4-1 所示。图 4-1 动力滑台液压站装配图4.24.2 阀块总装结构图阀块总装结构图阀块总装的阀块采用的是液压集成块的形式，阀块总装配图是由阀块、哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 33 -阀、阀块底座等组成，其作用是控制液压油的流向。阀块总装配图如图 4-2所示。图 4-2 阀块总装配图4.34.3 阀块结构图阀块结构图阀块就是一个小型的回路，把各部分用得到的阀，通过阀块上油孔集合到一起。ZHZ-01-02-02 阀块如图 4-3，ZHZ-01-02-03 阀块如图 4-4。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 34 -图 4-3 ZHZ-01-02-02 阀块零件图图 4-4 ZHZ-01-02-03 阀块零件图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 35 -4.44.4 液压缸结构图液压缸结构图本毕业设计的液压缸主要作用是驱动动力滑台的运动。4.4.14.4.1 缸筒与缸盖的连接形式缸筒与缸盖的连接形式缸筒与缸盖的连接形式为法兰连接形式，结构简单，易加工，易装卸。4.4.24.4.2 缸筒材料选择缸筒材料选择由于缸盖或法兰焊接的缸筒，使用 35 号钢，机械粗加工后再调质。4.4.34.4.3 液压缸壁厚的确定液压缸壁厚的确定MPa=120MPa，=3mm5600=ssnmax2=DP式中屈服强度（MPa）；s 安全系数，通常取=5；snsn 许用应力（MPa）；液压缸壁厚（mm）。通过上述计算，可得液压缸缸筒外径为1D125+6=131mm，圆整为 152mm1。=2+=1DD1D4.4.44.4.4 缸筒底部厚度缸筒底部厚度mm9=120635954330=4330=.pdh式中 d缸底止口内径（mm）； P最大工作压力（MPa）。h 取 32mm。4.4.54.4.5 缸筒头部法兰厚度缸筒头部法兰厚度螺钉连接法兰，其法兰厚度 h 为哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 36 -N648898=6351054143=4=22.pdFmm611=1201151431151556488983=3=0.)-(.)-(cpcpddDFh式中 F法兰受力总和（N）； D0螺钉孔分布圆直径（m）； dcp密封环平均直径（m）。h 取 18mm。4.4.64.4.6 缸筒与缸盖的连接计算缸筒与缸盖的连接计算焊接强度计算，缸筒与缸盖采用对接焊缝时，焊缝应力为N569055=6351254143=4=22.pDFMPa，20=701301521435690554=4=222221.)-(.)-(DDFMPa120=式中 F液压缸最大推力（N）； D2焊缝底经（m）；焊缝效率，通常取=0.7。4.4.74.4.7 螺钉连接计算螺钉连接计算缸筒与缸盖采用螺钉连接时，螺纹处拉应力为MPa109=8928143437332514=4=221.ZdKF螺纹处切应力为MPa1=892820104373325152=20=2221201.ZdKFdK合应力为MPa，MPa109=13+109=3+=2222n120=n式中螺纹处拉应力（Pa）；哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 37 - K螺纹拧紧系数，静载时 K=1.251.5，动载时，取 K=2.54； K1螺纹内摩擦系数，一般 K1=0.12； d0螺纹内径(m)； d1螺纹外径(m)，采用普通螺纹时，d1= d0-1.0825t； t螺纹螺距(m)；螺栓数量。n液压缸结构如图 4-5 所示。图 4-5 液压缸装配图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 38 -第第 5 5 章章液压缸的有限元分析液压缸的有限元分析5.15.1 液压缸三维模型的建立液压缸三维模型的建立通过 solidworks 软件对液压缸进行三维模型的建立。在 solidworks 软件下，液压缸三维模型图 5-1 所示。图 5-1 液压缸三维模型5.25.2 有限元分析基本理论有限元分析基本理论随着现代科学技术的发展，人们正在建造更为快捷的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切都要求工程师在设计阶段就能够精确地预测出产品或工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 39 -行分析计算。例如分析高楼大厦和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率等。此时传统的解决方法往往不可行，需要寻求新的计算方法，为此一大批国内外科技工作者致力于这方面的研究。近年来，在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA,Finite Element Analysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。5.2.15.2.1 有限元法的发展概况有限元法的发展概况有限元法的起源可以追溯到 20 世纪初，当时有一些研究人员利用等价弹性杆来近似模拟连续的弹性体。然而，人们公认 Courant（1943）是有限元法的奠基人。在 20 世纪 40 年代，Courant 发表了一篇论文，他第一次尝试用定义在三角形区域上的分片连续函数和最小位能原理想结合的方法来研究扭转问题。在 20 世纪 50 年代，Boeing 及后来学者采用了三角形应力单元来建立飞机机翼的模型，极大地推动了有限元法的发展。之后，一些应用数学家、物理学家和工程师由于各种原因都涉足过有限元的概念。然而，直到 1960年美国的飞机结构工程师 Clough RW 才在一篇名为“平面应力分析的有限元法”的论文中首先使用“有限元法”。它是结构分析的一种数值计算方法，是矩阵方法在结构力学和弹性力学等领域中的发展和应用。由于当时理论尚处于初级阶段，计算机的硬件及软件也无法满足需求，有限元法和有限元程序无法在工程上普及。直到 1963 年 Melosh RJ 在论文中提出有限元法的基础是变分基础，它是基于变分原理的一种新型 Ritz 法（采用分区插值方案的新型 Ritz 法）。这样就使数学界与工程界得到了沟通，获得了共识，从而使有限元法被公认为既有严密论基础又有普通应用价值的一种数值方法。到20 世纪 60 年代末 70 年代初，出现了大型通用有限元程序，它们以功能强、用户使用方便、计算结果可靠和效率高而逐渐形成新的技术商品，成为结构工程强有里的分析工具。40 多年来，有限元法的应用已经由弹性力学平面问题拓展到空间问题、板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和波动问题，分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料等，从固体力学扩展到流体力学、传热学、电磁学等领域。迄今为止，有限元法除了发展其自身的理论和发放外，还外延到其他领域，如随即有限元哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 40 -法等。由于计算机的飞速发展，使得有限元法在工程中得到了广泛的应用。目前，有限元法在国外已广泛应用于铁道、石油化工、航空航天、机械制造、汽车交通、造船、轻工、日用家电等工业和科学领域。在汽车设计行业，国外著名汽车公司在豪华轿车的设计中，以前通过经验设计，需要制造200 多辆样车才能完成汽车的安全碰撞设计，现在有 80 多辆就足够了，大部分的设计内容都是通过有限元分析软件在电脑中模拟实现的，这样可以节约 2/3 的资金和大量研制时间。在飞机制造行业，以前通过做风洞试验检验飞机的各项性能，如今许多试验都是通过电脑仿真实现的。在国外的日用消费品设计中，此类软件应用也很广泛，著名体育用品厂商耐克公司，在高级旅游鞋的受力结构研究设计中，也采用了有限元分析技术，在保证鞋体受力均衡的前提下，取得了鞋的最理想重量，成为体育用品设计的典范。有限元法应用前景十分广阔，它不仅在工业界各个领域的产品设计中占有重要的地位，近来在日用消费品设计方面的优势也已显著。2000 年 11 月中国科学院数学系统科学研究所和北京飞箭软件有限公司联合成功开发了世界上第一个可通过互联网使用的有限元软件，使我国在有限元法及应用研究方面获得了突破性进展，该系统突破了国内外的通用有限元只适用于特定领域和特定有限元问题的限制，把广大工程师和科学家从繁琐、重复的编程工作中彻底解放出来，采用这一系统可以在数天甚至数小时内完成人们需要数月才能完成的编程工作。最可贵的是该系统已放到了互联网络上，世界各地的用户可以在任何时候，任何地方，采用一台计算机使用这一软件。用户只需给出他所要求解的有限元问题，就可得到全部的有限元程序，并且在其计算机上自动编译运行，直至获得他所要的计算结果。该系统已为美国、德国、加拿大等国家和地区及国内 40 多个单位应用，并取得了巨大成果。5.2.25.2.2 有限元分析的基本思想有限元分析的基本思想有限元法是数学、力学及计算机科学相互渗透、综合利用的边缘科学，是现代科学和工程计算方面最令人鼓舞的重大成就之一。其基本思想是将一个连续的实际结构（弹性连续体）划分为一组有限个、且按一定的方式相互连接在一起的单元的组合体进行研究。这些单元仅在节点处连接，单元之间的载荷也仅由节点传送。这个把连续体划分为离散结构的过程成为有限元的离散化，也叫单元划分。有限个的单元称为有限单元，简称单元。利用离散而成的有限元集合体代替原来的弹性连续体，建立近似的力学模型，对该模型进行数值计算，通过对这些单元分别进行分析，建立其位移与内力之间的哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 41 -关系，以变分原理为工具，将微分方程化为代数方程，再将单元组装成结构，形成整体结构的刚度方程。离散后单元节点的设置、性质和数目应根据问题的性质、描述变形形态的需要和计算精度而定（一般情况下，单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量也越大）。所以有限元法中分析的结构已经不是原有的物体或结构物，而是同样材料的众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样做的结果造成用有限元分析计算所获得的结果只能是近似的。离散化是有限元法的基础，必须依据结构的实际情况，决定单元的类型、数目、形状、大小以及排列方式，这样做的目的是：将结构分割成足够小的单元，使得简单位移模型能足够近似地表示精确解，同时又不能太小，否则计算量很大。分析过程中首先从单元分析入手，确定单元内的位移、应变、应力模式，并确定单元节点力与单元节点位移的关系，建立单元刚度矩阵。根据离散化结构的连接方式，将各个单元刚度矩阵进行组集，得到反应整体结构位移与载荷关系的总体刚度方程。通过求解该刚度方程可以得出各个单元的位移，再利用单元分析得到的关系可以求出单元应力及其应变。可见，有限元分析的主要内容是：单元离散化、单元分析、整体分析。有限元法与传统的力学方法有很大差别，正是这种差别，使得它能够把许多难以求解的问题变的容易处理：（1）由于可任选单元体的形状和尺寸，故可以：“组拼”出形状复杂的机械零件。在做应力分析时，无需对零件的几何形状作过多的简化，从而提高了解题精度，扩大了可解的范围；（2）对于应力集中区可以减小单元体尺寸来细加考虑；（3）对于各种复杂类型的外载荷都可以采取适当的方法将其分配至节点处来计算；（4）易于解决有初应力、热应力的问题；（5）易于处理材料的不均匀性，对各向异性材料也可求解；（6）可以解决材料的非线性和结构的非线性问题；（7）采用大型的通用有限元程序，可一次计算大型复杂结构的应力、位移、振动和稳定性。由于计算机求解方程组的能力非常强大，构造模型又非常准确，因而有限元法在计算机上使用极为普遍。有限元方法计算精度高，速度快，可缩短设计试制周期和降低成本。目前，优秀的绘图系统软件都配有有限元哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 42 -分析程序窗口。当图形绘制完毕，可立即进行网络划分，并进行强度计算。通过不断修改图形和反复计算，能够使设计质量大幅度提高。有限元法可用于各种模拟和分析方法中，在固体力学、流体力学、机械工程、土木工程、电器工程等领域得到了广泛应用。由于其所涉及问题和算法基本上都是来源于工程实际，应用于工程中，其解决工程实际问题的能力愈来愈强。在汽车领域，有限元法可用于建立汽车结构系统的震动模型，还可以用于设计的刚度与变形分析、设计的应力与疲劳分析、碰撞模拟和塑性变形分析等。5.2.35.2.3 有限元法分析过程有限元法分析过程应用有限元法求解弹塑性问题的分析过程，概括起来可以分为以下几个步骤：（1）结构离散化结构离散化就是将结构分成有限个小的单位体，单元与单元、单元与边界之间通过节点联接。结构的离散化关系到计算精度与计算效率，结构离散化处理主要包括 3 个方面内容：单元类型选择、单元划分、节点编码。（2）单元特性分析分析得到单元节点力与节点位移之间的力学关系，建立计算单元刚度矩阵。实体单元的刚度矩阵需要先假设单元内部的位移差值模式，由变分原理(最小势能原理)导出。（3）结构分析有限元法的基本原则之一就是满足相邻单元在公共节点上的位移协调条件，于是，相邻单元在公共节点对应位移自由度上的刚度系数被叠加到一起，共同抵抗公共节点的变位。其具体处理形式为：在一个机构总体刚度矩阵中单元刚度矩阵元素之间的分块叠加。与之相应的，所有节点载荷也按照结构中的节点编号次序组成结构的节点载荷列向量，建立起整个机构的所有节点载荷与节点位移之间的关系，即结构的总体刚度方程，其系数矩阵即结构总体的刚度矩阵。（4）引入边界条件在总体刚度方程中引入边界条件，通过边界约束条件的施加，排除了系统发生整体刚性位移的可能性，使得在一定载荷作用下结构位移可以唯一的确定。（5）求解线性方程组哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 43 -通过各种线性代数方程组的求解方法求得方程组的解，即得到结构各个节点的位移。方程组的解法主要有两种：直接解法和迭代解法。在世界应用中，直接解法是目前最有效的解法。目前所用的最有效的直接求解法基本上属于高斯除去法的应用。单元内部任一点的位移通过节点位移插值得到，而应变、应力等量可通过位移导出。（6）后处理与计算结果的评价得到节点位移后，可进一步得到应变、应力等量，并进行结果的可视化后处理，进行各种物理量的图形及动画显示等实用操作。5.2.45.2.4 ADINAADINA 软件简介软件简介ADINA 是全球功能最为强大、技术最为领先的非线性及多物理场耦合求解商业程序系统，其分析类型包括结构、T 分析、F 分析、TMC 分析、FSI 分析，其中 FSI（流固耦合）分析是全球功能最强大的。ADINA 分析过程包括 3 个主要的步骤：1.创建有限元模型（1）创建或输入有限元模型。（2）定义材料属性。（3）划分网格（产生节点及单元）。（4）定义单元节点属性。2.施加荷载并求解（1）施加荷载。（2）设定约束条件。（3）求解。3.查看结果（1）查看分析结果。（2）检验结果。5.35.3 静力分析静力分析首先，创建缸筒和缸杆的有限元模型，定义缸筒和缸杆的材料属性，划分缸筒和缸杆的网格如图 5-2 和图 5-3 所示。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 44 -图 5-2 缸杆网格图 5-3 缸筒网格然后，对缸筒和缸杆施加荷载，设定约束条件，计算。分析缸筒和缸杆可以承受的最大载荷，如图 5-4 和图 5-5 所示。图 5-4 缸杆的静力分析哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 45 -图 5-5 缸筒的静力分析因为缸筒和缸杆在不同的工作环境下受到不同类型的力作用从而产生许多符合变形，本毕业设计只讨论液压缸的应变和弹性能下的变形状态如图5-6 和图 5-7 所示。图 5-6 缸杆应力变形图 5-7 缸筒应力变形哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 46 -5.45.4 结果总结与分析结果总结与分析由图 5-4 和图 5-3 得出的静力分析可以看出缸杆可以承受的最大应力为547364N，缸筒可以承受的最大应力为 9.2109N。由图 5-6 和图 5-7 得出的应力云图可以看出，缸杆的最大变形量为 1.04110-7m，缸筒的最大变形量为 8.6110-4m，没有超过材料的屈服极限，本毕业设计的缸筒及缸杆完全符合工作条件。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 47 -第第 6 6 章章组合钻孔机床液压站成本估算组合钻孔机床液压站成本估算6.16.1 元件明细元件明细名称规格数量单价合计备注过滤器Wu-161801450450新乡市利菲尔特滤器有限公司变量泵YBX-25111001100永嘉县泰杰优液压机泵单向阀S20P1B2130260北京华德液压工业集团有限公司背压阀DBDS6P102.51500500聊城易恒液压制造有限公司顺序阀DZC1023021XY1480480北京华德液压工业集团有限公司电液换向阀35D-25B1220220北京华德液压工业集团有限公司调速阀AQF3-E6B2260520北京华德液压工业集团有限公司电磁阀22D2-10BH2155310广州上治阀门机电设备有限公司压力继电器HEDI0A40B101380380北京华德液压工业集团有限公司压力表YN-601270270北京华德液压工业集团有限公司空气滤清器EF3-401200200中国黎明液压有限公司油标YWZ-1601150150中国黎明液压有限公司联轴器LX51150150乐清市乐特机械工程有限公司总计4990哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 48 -6.26.2 液压站报价明细液压站报价明细序号报价项目价格备注1元件费49902材料费1000油箱，集成块，集成块底座等3加工费800油箱，集成块，集成块底座等4管路内外处理费5005管路及接头4006组装实验费10007调试及服务费5008设计费10009 管理费100010税费100011利润1000总计13190哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 49 -结结论论本毕业设计主要研究了卧式组合钻孔机床液压系统。对三种动力滑台液压系统进行了分析，最终采用的调速回路为容积节流调速回路，其中，为了减少冲击将两个调速阀串联。在对油源设计时，采用了电动机通过联轴器驱动叶片泵将油箱中的油输入到油路中。为了清洗方便将油箱的清洗盖设计成两个，在进行阀块设计时采用两个阀块叠加的形式将系统中的阀安装在阀块上，通过四个螺栓将两个阀块连接在阀块底座上，再将阀块底座连接在油箱盖上。这样设计的目的是节省安装空间。在对液压缸设计时，将缸杆固定在机床的床身上，缸筒固定在动力滑台上，这样设计的目的是让缸筒承受更大的负载，使动力滑台在工作中更加稳定。本毕业设计对液压缸的缸筒和缸杆进行了应力变形分析和静力分析，其结果是液压缸的缸筒和缸杆满足工作条件。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 50 -致致谢谢本研究及学位论文是在姜继海教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。在一学期多的生活、学习中，导师渊博的学识、严肃的科学态度、严谨的治学精神、精益求精的工作作风，平易近人的品质及独到的见解，并深深地感染和激励着我，也让我学到了很多很多。从论文选题、资料搜集、联系企业完成毕业设计、液压油源的设计、液压缸的设计和论文的结构安排，都得到了姜老师的独到指导和不倦的教诲。并将继续的激励这我在日后的生活中不断进取。在此致以最崇高的敬意和衷心的感谢！本课题承蒙哈尔滨通用液压机械制造有限公司的帮助，得到总经理田建平及其他前辈的帮忙，特此致谢。感谢实验室全体老师和同窗们的热情帮助和支持，感谢沈伟师兄、张健师兄等各位师兄的不吝其烦的指导与悉心的帮助！通过这次本科毕业设计，我熟悉了组合机床动力滑台液压系统设计，在设计中不断实践，学到了许多书本里学不到的东西。例如如何迅速查阅相关文献资料了解某一领域现状，如何进行论文的格式编排，如何快速选型设计并作图，如何协调可利用的资源，如何进行人际关系的沟通等等。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 51 -参考文献参考文献1 姜继海. 液压传动M. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社（第 4 版）, 20102 刘延俊, 关浩, 周德繁. 液压与气压传动M. 北京: 高等教育出版社, 20073 侯波, 基于插装阀的单面多轴钻孔机床液压系统研究J. 安徽理工大学学报(自然科学版),2006,26(01):p.19-224 徐建方, 多轴钻孔机床液压系统设计和插装阀的应用研究J.液压与气动., 2011,(01):p.51-535 王守城, 段俊勇, 液压元件及选用M. 北京: 化学工业出版社, 20076 毛平淮, 侯波, 基于插装阀的钻、镗组合机床液压系统J. 液压与气动, 2005,( 12):p.47-497 毕龙, 钻孔组合机床液压系统可靠性分析J.液压与气动, 2011,(08):p.60-63 4 左建民, 液压与气压传动M. 北京: 机械工业出版社, 20078 姜继海, 宋锦春, 高常识. 液压与气压传动M，北京：高等教育出版社，20099 李松晶, 王清岩. 液压系统经典设计实例M, 北京: 化学工业出版社, 201210 张利平, 液压传动设计指南M. 北京: 化学工业出版社, 200911 中国机械工程学会职工高等教育专业学会. 液压传动M. 北京: 北京科学技术出版社, 198812 李松晶, 丛大成, 姜洪州. 液压系统原理图分析技巧M, 北京: 化学工业出版社, 200913 李松晶, 向东, 张玮. 液压气动系统原理图M. 北京: 化学工业出版社, 201314 陈嵩. 液控单向阀在液压系统中的应用 J.鄂钢科技., 2009,(01):p.87-8915 胡臻, 聂松林, 刘卫, 胡志, 威阮俊, 基于大中取小遗憾判据的液压系统过滤器优化配置的研究J.液压与气动 2011,(02):p.104-10816 许贤良，韦文术.液压缸及其设计 M.北京:国防工业出版社 2011,(08):p.130-194哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 52 -附录附录 1 1故障诊断故障诊断液压传动系统由于其独特的优点，即具有广泛的工艺适应性、优良的控制性能和较低廉的成本，在各个领域中获得愈来愈广泛的应用。但由于客观上元、辅件质量不稳定和主观上使用、维护不当，且系统中各元件和工作液体都是在封闭油路内工作，不象机械设备那样直观，也不象电气设备那样可利用各种检测仪器方便地测量各种参数,液压设备中，仅靠有限几个压力表、流量计等来指示系统某些部位的工作参数，其他参数难以测量，而且一般故障根源有许多种可能，这给液压系统故障诊断带来一定困难。在生产现场，由于受生产计划和技术条件的制约，要求故障诊断人员准确、简便和高效地诊断出液压设备的故障；要求维修人员利用现有的信息和现场的技术条件，尽可能减少拆装工作量，节省维修工时和费用，用最简便的技术手段，在尽可能短的时间内，准确地找出故障部位和发生故障的原因并加以修理，使系统恢复正常运行，并力求今后不再发生同样故障。液压系统故障诊断的一般原则正确分析故障是排除故障的前提，系统故障大部分并非突然发生，发生前总有预兆，当预兆发展到一定程度即产生故障。引起故障的原因是多种多样的，并无固定规律可寻。统计表明，液压系统发生的故障约90%是由于使用管理不善所致为了快速、准确、方便地诊断故障，必须充分认识液压故障的特征和规律，这是故障诊断的基础。以下原则在故障诊断中值得遵循（1）首先判明液压系统的工作条件和外围环境是否正常需首先搞清是设备机械部分或电器控制部分故障，还是液压系统本身的故障，同时查清液压系统的各种条件是否符合正常运行的要求。（2）区域判断根据故障现象和特征确定与该故障有关的区域，逐步缩小发生故障的范围，检测此区域内的元件情况，分析发生原因，最终找出故障的具体所在。（3）掌握故障种类进行综合分析根据故障最终的现象，逐步深入找出多种直接的或间接的可能原因，为避免盲目性，必须根据系统基本原理，进行综合分析、逻辑判断，减少怀疑对象逐步逼近,最终找出故障部位。（4）验证可能故障原因时，一般从最可能的故障原因或最易检验的地哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 53 -方开始，这样可减少装拆工作量，提高诊断速度。（5）故障诊断是建立在运行记录及某些系统参数基础之上的。建立系统运行记录，这是预防、发现和处理故障的科学依据；建立设备运行故障分析表，它是使用经验的高度概括总结，有助于对故障现象迅速做出判断；具备一定检测手段，可对故障做出准确的定量分析。故障诊断方法日常查找液压系统故障的传统方法是逻辑分析逐步逼近断。基本思路是综合分析、条件判断。即维修人员通过观察、听、触摸和简单的测试以及对液压系统的理解，凭经验来判断故障发生的原因。当液压系统出现故障时，故障根源有许多种可能。采用逻辑代数方法，将可能故障原因列表，然后根据先易后难原则逐一进行逻辑判断，逐项逼近，最终找出故障原因和引起故障的具体条件。故障诊断过程中要求维修人员具有液压系统基础知识和较强的分析能力，方可保证诊断的效率和准确性。但诊断过程较繁琐，须经过大量的检查，验证工作，而且只能是定性地分析，诊断的故障原因不够准确。为减少系统故障检测的盲目性和经验性以及拆装工作量，传统的故障诊断方法已远不能满足现代液压系统的要求。随着液压系统向大型化、连续生产、自动控制方向发展，又出现了多种现代故障诊断方法。如铁谱技断，可从油液中分离出来的各种磨粒的数量、形状、尺寸、成分以及分布规律等情况，及时、准确地判断出系统中元件的磨损部位、形式、程度等。而且可对液压油进行定量的污染分析和评价，做到在线检测和故障预防。基于人工智能的专家诊断系断，它通过计算机模仿在某一领域内有经验专家解决问题的方法。将故障现象通过人机接口输入计算机，计算机根据输入的现象以及知识库中的知识，可推算出引起故障的原因，然后通过人机接口输出该原因，并提出维修方案或预防措施。这些方法给液压系统故障诊断带来广阔的前景，给液压系统故障诊断自动化奠定了基础。但这些方法大都需要昂贵的检测设备和复杂的传感控制系统和计算机处理系统，有些方法研究起来有一定困难，一般情况下不适应于现场推广使用。下面介绍一种简单、实用的液压系统故障诊断方法。基于参数测量的故障诊断系统一个液压系统工作是否正常，关键取决于两个主要工作参数即压力和流量是否处于正常的工作状态，以及系统温度和执行器速度等参数的正常与否。液压系统的故障现象是各种各样的，故障原因也是多种因素的综合。同一因哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 54 -素可能造成不同的故障现象，而同一故障又可能对应着多种不同原因。例如：油液的污染可能造成液压系统压力、流量或方向等各方面的故障，这给液压系统故障诊断带来极大困难。参数测量法诊断故障的思路是这样的，任何液压系统工作正常时，系统参数都工作在设计和设定值附近，工作中如果这些参数偏离了预定值，则系统就会出现故障或有可能出现故障。即液压系统产生故障的实质就是系统工作参数的异常变化。因此当液压系统发生故障时，必然是系统中某个元件或某些元件有故障，进一步可断定回路中某一点或某几点的参数已偏离了预定值。这说明如果液压回路中某点的工作参数不正常，则系统已发生了故障或可能发生了故障，需维修人员马上进行处理。这样在参数测量的基础上，再结合逻辑分析法，即可快速、准确地找出故障所在。参数测量法不仅可以诊断系统故障，而且还能预报可能发生的故障，并且这种预报和诊断都是定量的，大大提高了诊断的速度和准确性。这种检测为直接测量，检测速度快，误差小，检测设备简单，便于在生产现场推广使用。适合于任何液压系统的检测。测量时，既不需停机，又不损坏液压系统，几乎可以对系统中任何部位进行检测，不但可诊断已有故障，而且可进行在线监测、预报潜在故障。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 55 -附录附录 2 2Fault diagnosisHydraulic driving system because of its unique advantages, that is, has wide adaptability, good process control performance and relatively low cost, get more and more widely used in various fields. But because objectively yuan, auxiliary parts quality is not stable, and the subjective improper use, maintenance, and the components and working fluid in the system are within the closed oil circuit work, not as intuitive as machinery and equipment, also dont like electric equipment, can use various instrumentation easily measure various parameters, hydraulic equipment, only by a few to indicate that the system pressure gauge, such as some parts of the working parameters, other parameters are difficult to measure, and generally there are many possible fault source, which brings certain difficulty for the hydraulic system fault diagnosis.At the scene of the production, due to the restriction of the production plan and technical conditions, the required fault diagnosis is accurate, simple and efficient fault diagnosis of hydraulic equipment; For maintenance personnel use of existing information and the scene of the technical conditions, as far as possible reduce the mounting workload, save time and cost of maintenance, with the most simple technology, in the shortest possible time, accurately find out the cause of the failure positions and failure and repair, make the system back to normal operation, and strive to the same failure will not happen in the future.The general principles of the hydraulic system fault diagnosisCorrect analysis of the fault is the precondition of troubleshooting, most system failure, not sudden, before always have omen, when developing to a certain extent the failure omen. The cause of failure is various, there is no fixed rule can be found. Statistics show that the fault of hydraulic system of about 90% is caused due to poor management in order to conveniently, quickly and accurately diagnose faults, must fully recognize the characteristics and law of hydraulic fault, which is the basis of fault diagnosis.The following principles in the fault diagnosis is worth following(1) the first identifies the working conditions of the hydraulic system and the 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 56 -peripheral environment is normal need to first find out the mechanical parts of the equipment or the electric controlling part failure, or the fault of hydraulic system itself, at the same time find out whether the various conditions of hydraulic system in line with the requirements of normal operation.(2) the judgment according to the fault phenomenon and the characteristics of certain areas related to the fault zone, gradually narrowing the scope of the failure detection element in this area, analysis of the causes, finally find out the specific fault.(3) master fault types according to the phenomenon of failure in the end, make a comprehensive analysis step by step further to find the possible causes of a variety of directly or indirectly, to avoid blindness, must be based on the basic principle of the system, carries on the comprehensive analysis, logic, reduce suspicion gradually approaching, finally find out the fault position.(4) validation may be the cause of the problem, from the most likely the cause of the problem or the most easily inspection place, so can reduce the workload, installation to improve diagnostic rate.(5) fault diagnosis is based on the operation records and some system parameters. Set up a system running records, this is the scientific basis for the prevention, detection and troubleshooting; Set up equipment operation fault analysis table, it is the use of the height of the experience summarization, helps to quickly judge the problem; Have a certain detection means, can make a accurate quantitative analysis of the fault.Fault diagnosis methodsDaily for hydraulic system fault is the traditional way of logic analysis approach.The basic idea is comprehensive analysis, the condition judgment. The maintenance personnel by watching, listening, touching, and simple test and the understanding of the hydraulic system, from experience to determine the cause of the failure. When the hydraulic system failure, there are many possible fault source. Using logic algebra method, may be the cause of the problem list, and then one by one according to after the first difficult logic, item by item, approximation, finally find out the cause of the problem and cause of failure of the specific conditions.哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 57 -For maintenance

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