液压传动课程设计

1、工业大学课程设计资料袋机械工程学院学院（系、部）2015 2016 学年第 一 学期课程名称液压传动指导教师义庄 职称 教授学生xx专业班级xx学号_xx题 目组合机床切削的液压系统成 绩 起止日期 2015年12月_22_日2015年12月30日目 录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸1456OTHUNAN UNIVERSITY OFTECHNOLOGY液压与气压传动课程设计设计说明书题目名称：组合机床切削的液压系统学院（部）：机械工程学院专业：机械工程学生姓名：xx班级：严学号x指导教师：XX评定成绩：目录0.设计任务书 21. 设计要求及工况分

2、析 32. 主要参数的确定63. 液压系统图的拟定 94. 液压元件的计算与选择 105. 液压系统的性能验算 136. 参考资料 15167. 设计总结课程设计任务书2015 2016学年第1学期机械工程学院（系、部）机械工程专业 xx 班级课程名称：液压与气压传动设计题目：组合机床切削的液压系统完成期限：自 2015年12月22 日至2015 年_12月 30日共 1 周一、设计的任务与主要技术参数设计一组合机的液压系统。组合机床切削过程要现：快进T工进T快退T停止，由动力滑台驱动工作台。最大切削力F-30000N，移动部件总重量G 3000N ;行程长度容400mm （工进和快进行程均为

3、 200mm）,快进、快退的速度均为4m/min，工作台的工及进速度可调（501000） mm/min ;启动、减速、制动时间t-0.5s;该动力滑台米用水平放置的平导轨。静摩擦系数fs = 0.2;动摩擦系数fd = 0.1。任二、设计工作量务1）明确设计要求，进行工况分析；2）主要参数的确定；3）拟定液压系统图；4）计算与选择液压原件5）液压系统的性能验算；6）绘制工作图、编写技术文件。进起止日期工作容度12.22明确设计要求，进行工况分析安12.23-液压传动设计排绘制工作原理图，整理说明书主要:1忠伟.液压传动与气动.：化学工业，2014.参考:2利平.液压控制系统及设计.：化学工业，

4、2006.资料:3丁树模.液压传动.第二版.:机械工业，1999.指导教师：xx2015年12月10 日系（教研室）主任： 2015年12月10 日1. 设计要求及工况分析1.1设计要求要求设计的机床动力滑台液压系统实现的工作循环是“快进一工进一快退-停止”。主要性能参数与性能要求如下：最大切削力 F=30000N移动部件总重 量G= 3000N行程长度400mm（工进和快进行程均为200mm,快进、快退的速 度均为4m/min,工作台的工进速度可调(501000) mm/mir;启动、减速、制动 时间 t=0.5s;该动力滑台采用水平放置的平导轨。静摩擦系数 fs = 0.2 ;动摩 擦系数

5、fd = 0.1 ;液压系统中的执行元件是液压缸。1.2负载与运动分析(1) 工作负载由设计要求可知最大工作的负载 F=30000N(2) 惯性负载(3) 摩擦负载 因为采用的动力滑台式是水平导轨，因此作用在上面的正压力 N=G=3000N静摩擦阻力恥=fs - N - 02 « 3000 = 6OO7V动摩擦阻力 4 =俺-” =' u =號农取液压缸的机械效率得出的液压缸在各工作阶段的负载如表所 示。工况负载组成负载值F/N推力f/WNF =吃启动600667加速F =Ffd + %341379快进F =甩300333工进3030033667快退F二+ FF =甩3003

6、33表液压缸在各工作阶段的负载值根据液压缸上述各阶段的负载可绘制如图1.2.1 （另附）所示的推力循环图F-I速度图中，快进、快退引=巾=伽/皿，快进行程1丄=200】晰，工进行程长度12 = 20Crrmi，快退l3 = 1L + 2 = 400imi，工进速度取可调最小（大）速度v2 = 50 （1000） nm/min2. 主要参数的确定2.1初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其他工况负载都不高，参考液 压与气压传动中的表9-2和9-3初选液压缸的工作压力忸=o2.2计算液压缸的主要尺寸鉴于动力滑台要求快进、快退的速度相等，液压缸可选用单杆式的并在快 进时作差动连接。

7、此时液压缸无杆腔的工作面 A1积应该是有杆腔A?的两倍，即活 塞外径d与液压缸的径D有d= D的关系。在切削加工时，液压缸回油路上必须有背压 ，以防止切削完毕后因负载 变小而濡染往前冲。可取'''o快进时液压缸虽然作差动连接，但是由于油管中有压降舛存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取如约为0.5MP&快退时回油腔有背压，这时也可按0, 5Mpa古算。由工进时的推力计算液压缸的面积F/% = 4】卩1 -月护2 = A-（佝/2加（/卜-分33667/（斗哥。歸=94屛D = J4久加=10.94cmd=0.707D=7.73cm当按GB 2348-198

8、0将这些直径圆整成接近标准值得 D=11cm d=8cm由此求得液压缸两腔的实际有效面积冷=疋於“ =95.03cm2. A2 = ff（E2 - dZ）/4 = 44.77cm2«经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。根据上述D和d的值，可以估算液压缸在不同阶段的压力、 流量和功率，如表2.2.1 0并据此画出如图所示的液压缸工况图（另附），其中红笔所画、黑笔所画和铅笔所画线分别表示 P、q、po工况负载F/N回油 腔压 力进油腔 压力输入流量q/L* min _ 1输入 功率P/Kw计算式快 进（差 动）启 动66700.578-Pt = (F + A2)/(Ay-A加 速33

9、791.0210.521-(1恒速3331.0120.51220.1040.17工进336670.83.920.0310.621Pl =:"碇临快退启 动66700.149-Pl =+儿曲”吗加 速3490.51.146-V二血珂卩=阳恒速3331.13617.9080.339表液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值3. 液压系统图的拟定3.1选择基本回路(1) 选择调速回路 由图中的曲线得知，这台机床液压系统的功率 小，滑台的速度低，工作负载变化小，采用进口节流阀的调速形式，为了防止切 削时滑台突然前冲的现象，回油路上应设置背压阀。由图可知，液压缸交替地要求油泵提供低压大流量和高

10、压小流量的 液压油。最大流量和最小流量之比约为 42,而快进、快退所需要的时间r丄和工进 时间：分别为匸1 = (1/叫)+ (勺他)=9f2 = h/v2 = (12240)(5)即s/r严。因此，为了提高效率、节省能量，选用如图所示（另附）的双联式叶片泵（2）选择快速运动和换向回路快进回路选用差动连接，选用如图所示（另附）的形式。回油腔采用单向阀来实现差动。（3）选择速度换接回路滑台快进到工件时，输入液压缸的流量由20.096L/min下降到0.48（9.5）L/min，滑台速度变化很大，所以选用行程阀来 控制速度的换接，以减少液压冲击，初步如图所示（另附）。（4）选择调压回路和卸荷回路液

11、压系统调压可由双联叶片泵实现，卸荷可通过中卫机能解决。3.2组成液压系统方案一：将上面选出的液压基本回路组合，可得初步的液压基本回来，如 图所示（另附），但是回路中还存在许多问题需要更正。在图中，改进（1）：在液控单向阀下方需要加一个背压阀，实现工 进背压，同时还需要并联一个单向阀以便于实现快退功能。改进（2）：在回油路 中，背压阀的存在会导致差动连接中的单向阀被顶开无法使油液回流到油箱，所以将差动连接中的单向阀更换成顺序阀，并且该顺序阀的顶开压力必须大于背压 阀的压力。改进（3）:将液控单向阀的外控k 口必须接在调速阀和液压缸之间， 否则在刚开始的差动连接油路无法实现其功能。改进（4）：在快

12、退回路的回油路中，电磁阀可能有一部分时间处于左位，回油路只能经过调速阀，无法快退，所 以应该在调速阀旁边并联一个单向阀。改进（5）：在液压缸的无杆腔的接口处还需要加一个压力继电器已便于控制三位四通换向阀换向。如图所示（另附）。其电磁阀和电磁阀动作顺序如表所示动作名称电磁铁电磁阀1YA2 YA快进+一一工进+一+死档铁停留+一+快退一+士原位停止-表321方案一电磁铁和电磁阀动作顺序液压系统工作原理及动态（1）快进 按下启动按钮，1YA通电，电磁阀5左位接入系统。主油路接通。此时处于空载，系统压力低，顺序阀 3处于关闭状态，两泵同时供油，液压 缸快进。此时液压油由电磁阀10右位进入液压缸左位，液

13、控单向阀 8关闭，顺 序阀11接通，液压缸差动连接。主油路的油液流动路线：进油路：双联叶片泵2换向阀（左位）5电磁阀（右位）10 液压缸（无杆腔）14回油路：液压缸（有杆腔）14顺序阀11 液压缸（无杆腔）14（2）工进 当滑台到达预定位置，触碰到电磁阀开关 13以此控制电磁阀10接通左位，1YA继续通电，换向阀5左位接通，液压油由调速阀9进入液压缸 14左腔，此时由于负载变大，系统压力升高，液控单向阀8打开，顺序阀3打开，低压大流量泵2A经顺序阀3回油箱，系统只由高压小流量泵2B供油，液压 缸工进。回油时由于背压阀6的压力小于顺序阀11的压力，所以油液不会经过 顺序阀11回到进油路。（由计算

14、数据可调顺序阀11的压力为1.0MPa,背压阀6 的压力为0.5MPa）进油路：高压小流量泵2B换向阀5（左位）调速阀9液压缸14 （无杆腔）回油路：液压缸14 （有杆腔）t耳液控单向阀8背压阀6 换向阀5（左位）油箱（3）死挡铁停留 工进到达预定位置后，碰上死挡铁，滑台停止运动，实现死挡铁停留（4）快退 滑台碰上死挡铁，运动停止，系统压力继续升高，当压力达 到压力继电器12调定压力时，换向阀2的右位接通控制右路。此时因为空载， 回油无背压，系统压力很低，双联叶片泵 2两泵同时供油，滑台实现快退。这时 的主油路路线：进油路：双联叶片泵2换向阀（右位）川单向阀7-1液控单向阀8 液压缸（有 杆腔

15、）14回油路：液压缸（无杆腔）14单向阀15 换向阀（右位）5油箱（5）原位停止 快到原位时，行程挡铁压下终点行程开关，所有电磁铁 断电，换向阀处于中位，系统处于卸荷状态。此时的主油路的流油路线：双联叶片泵2换向阀5 （中位）-油箱方案二：在方案一中速度换接被放置在液压缸的无杆腔一侧支路， 在方案二 中将速度换接回路放置在有杆腔一侧支路，如图 所示（另附）。其电磁阀 和电磁阀动作顺序如表所示。动作名称电磁铁行程阀1YA2 YA快进+一一工进+一+死档铁停留+一+快退一+|±原位停止-表方案二电磁铁和行程阀动作顺序液压系统工作原理及动态（1）快进按下启动按钮，1YA得电，电磁阀6左位接

16、入系统，主油路接通。此时处于空载，系统压力低，顺序阀 3处于关闭状态，两泵同时供油，液压 缸快进。由于系统压力低无法打开液控单向阀 10，顺序阀11接通，液压缸差动 连接。主油路的油液流动路线：进油路：双联叶片泵2 换向阀（左位）6液压缸（无杆腔）13回油路：液压缸（有杆腔）13顺序阀11 液压缸（无杆腔）13 工进 当滑台到达预定位置，触碰到行程阀 12时，行程阀12被压下， 上位接入系统，此时由于负载变大，系统压力升高，液控顺序阀3和液控单向阀 10打开，低压大流量泵2A经过顺序阀3回油箱，系统只由高压小流量泵 2B供 油，液压缸工进。回油时由于行程阀接上位，调速阀 9接入系统。并且，由于

17、背 压阀7的调定压力小于顺序阀11的压力，所以油液不会经过顺序阀11回到进油 路。（顺序阀11的调定压力位1.0MPa,背压阀7的调定压力位0.5MPa）进油路：高压小流量泵2B换向阀（左位）6司液压缸（无杆腔）13回油路：液压缸13（有杆腔）t液控顺序阀1°T调速阀9 '背压阀7 换向阀（左位）6、油箱（3）死挡铁停留 工件到达预定位置后，碰上死挡铁，滑台停止运动，实现 死挡铁停留。（4）快退 滑台碰上死挡铁后，运动停止，系统压力继续升高，当压力达到 压力继电器14调定的压力时，换向阀6的右位接入系统右路。此时因为空载，回油路没有背压，系统压力很低，双联叶片泵同时供油，滑台

18、实现快退。这时的 主油路路线：进油路：双联叶片泵2 '换向阀6-单向阀8单向阀11液控顺序阀10液压缸（有杆腔）13回油路：液压缸（无杆腔）13油箱（5）原位停止快到原位时，行程挡铁压下终点所有行程开关，所有电磁铁断电，换向阀处于中位，系统处于卸荷状态。此时的主油路的流油路线：双联叶片泵2胡换向阀6 （中位）丨油箱综上所述：行程阀的阀口是逐渐关闭（或开启）的，速度换接比较平稳， 速度换接的平稳性、可靠性以及精度都比方案一好，适合用于组合机床切削的液 压系统中，所以最终确定采用方案二。4. 液压元件的计算及选择4.1确定液压泵的规格和电动机功率液压缸整个工作循环中的最高压力为 3.92M

19、PQ如果进油路上的压力损失 为0.8MPa,压力继电器调整压力高出系统最高压力位 0.5MPQ则小流量泵的最 高工作压力压力为：卩电=3.92 + 0.8 + 0.5 = 5.22 MPa大流量泵在快进运动时才向液压缸 14供油的，由图可知，快退时液 压缸中的工作压力比快进时候大，若取进油路上的压力损失为0.5MPa,则大流量泵的最高工作压力为：Ppi = 1426 + 0.5 = 1.636MPa两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为 20.096L/min ,如图可知, 若回油路中的泄露按输入流量的10%估算，则两泵的总流量 U =V = TLWW 而溢流阀最小闻流为 3L/min，工进时最

20、小输入流量为0.48L/min ,所以小流量泵的流量规格最小应为 3.48L/min。由以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取PV2R12型双联叶片泵。由于液压缸在快退时输入功率最大，即泵输出压力位1.636MPa,流量25L/min时的情况，如果取双联叶片泵的总效率 =0.75，则液压泵的驱动原动 机所需的功率为P = Pp- = (1,636 *25 申 10'3-r 60)/(0.75) 0.91Kw根据此数值查阅电机产品样本，最后选定Y90S-4型电动机，其额定功率为1.1Kw。4.2确定其他元件及辅件(1)确定控制元件和辅助元件根据液压系统的工作压力和通过各个控制阀类

21、元件和辅助元件的实际流量，可以选出这些元件的规格和型号，表为选用的型号和规格。序号元件名称估计通过流量/L 1 inin - 1型号规格1滤油器25YYL-105-1021MPa,90L/min2双联叶片泵-PV2R1214MPa,35.5 和4.5L/min3液控顺序阀20XF3-E10B4单向阀25AXQF-E10B5溢流阀4.5YF3-E10B16MPa,10 通径6三位四通电磁阀457背压阀<1XF3-E10B8单向阀25AF3-Ea10B9调速阀<1AXQF-E10B31. 5MPa 10通径10液控单向阀25DFY-L10H30.35MPa, 10 通径11单向阀25X

22、3F-B10H31.5MPa, 10 通径12单向阀25AF3-E10B16MPa 10 通径13液压缸-14压力继电器-PF-L8C14MPa,8 通径表421选用元件型号和规格(2) 确定油管 各元件管道的规格按元件接口处的尺寸确定，液压缸进、出油管按输入、输出的最大流量计算。由于液压泵具体选定后液压缸在各个阶段的进、出流量已经与原定数值不同，所以要重新计算得到表422所示的数据项目快进工进快退输/L1入流量* min _147.270.4825输/L1出流量* min _ 122.270.2353.07运动速度/m"饥"4.980.0515.58表422液压缸的进、出

23、流量当液压油的速度取3m/min时，可得到液压缸有杆腔和无杆腔相连的油管分别为：d - 2, 47.27 * 10% * 3 * 1 於 * 60 = 173mmI = 2j25 * 106/?r* 3 * 心* 60 = 1为统一规格，按产品样本选取油管径15mm外径20mm勺10号冷拔钢管。(3) 油箱 油箱的容积V按V=a计算。当经验系数取6的时候，油箱的容积V=150L按GB 2876-1981规定，取标准值250L。5. 液压系统的性能验算5.1回路压力损失验算1选定管道径15mm进、回油管道的长度估计为2m取液压油粘度v=i*10T|m/油密度P = 900kg/n3。取最大速度（

24、流量）估算：VTTdv4 * 47.27 * 10"3=668.93 < 2300114 * 60 « 15 *10"4所以，各工况流动都为层流层流沿程阻力系数力损失为：人=75偎=75扛山/如，管道油液流速4的。贝U沿程阻1 pi/ 4* 75 * 900 * 1* 10*272(20* 10 _3)4气"厂亍二局部压力损失:由上式计算各工况进、回油路压力损失，如表油路各工况下的压力损失/MPa快进工进快退进油0.04250.00040.0225%0.004300.00230.04680.00040.0248回油0.02050.00020.04780.002000.0048%0.02250.00020.526表各工况下的压力损失An由上表计算可是，各个