组合机床动力滑台液压系统

1、液压与气压传动课程设计说明书设计题目：组合机床动力滑台液压系统专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：姓名：指导老师：完成日期：2011年1月13日目录一、课程设计任务2二、负载分析42.1负载计算2.2负载速度图5三、液压系统方案设计63.1 方案的分析73.2 组合机床动力滑台液压系统原理图8四、液压系统参数计算81 液压缸参数计算81 液压泵的参数计算101 电动机的选择11五、液压元件的选择12液压附件12液压主元件15六、验算液压系统性能15液压损失的验算及泵压力的调整15液压系统的发热和温升验算18七、心得体会19八、参考文献19、课程设计任务书课程名称：液压与气压传动课程设计设计

2、题目：组合机床动力滑台液压系统内容及任务设计的主要技术参数运动部件总动力：G=4000N切削力：Fw=9000N;快进、快退速度：v1=v3=4.5m/s;工进速度：v2=601000m/sMi:l=400mm;启动时间：At=0.5s;静摩擦系数：fs=0.2;动摩擦系数：fd=0.1设计任务设计一台组合机床动力滑台液压系统。1）机床要求的工作循环是：要求实现工件快进、工进、快退等过程，最后自动停止；动力滑台采用平导轨。02）机床自动化要求：要求系统采用电液结合，实现自动循环，速度换接无冲击，且速度要稳定，能承受f量的反向负荷。设计工作量按机床要求设计液压系统，绘出液压系统图。确定滑台液压缸

3、的结构参数。计算系统各参数，列出电磁铁动作顺序表。选择液压元件型号，列出元件明细表。验算液压系统性能。进度安排起止日期工作内容2011.1.8老师讲授设计的一般步骤和方法和要求、布置设计题目2011.1.912按任务要求进行设计2011.1.1314教师检查验收，学生撰写、打印设计报告主要参考资料1徐激主编机械设计手册第5卷机械工业出版社19922金清肃主编机械设计课程设计手册华中科技大学出版社20073许福玲陈尧明主编液压与气压传动第三版机械工业出版社20073张利平主编液压气动技术速查手册化学工业出版社2007指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日二、负载分析组合机床是由

4、通用部件和部分专用部件组成的高效、专用、自动化程度较主的机床。它能完成钻、扩、较、链、铳、攻螺纹等加工工序。动力滑台是组合机床的通用部件，它上面安装着各种旋转刀具，常用液压或机械装置驱动滑台按一定的动作循环完成进给运动。组合机床要求动力滑台空载时速度快、推力小；工进时速度慢、推力大，速度稳定；速度换接平稳；功率利用合理、效率高、发热少。根据课程设计任务书，要求设计一台组合机床动力滑台液压系统。机床要求的工作和循环是：要求实现工作快进、工进、快退过程，最后自动停止；动力滑台采用平导轨。机床自动化要求：要求系统采用电液结合，实现自动循环，速度换接无冲击，且速度要稳定，能承受一定量的反向负载。液压系

5、统的工作条件和环境条件,经济性与成本等方面的要求。负载特性分析和运动参数分析两部分。通过计算确定液压执行元件的负载大小和方向，并分析执行元件在工作过程中可能产和的冲击、振动及过载等情况。负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因是平导轨，重力的水平力为零，需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。负载计算工作负载导轨的正压力等于有动力部件的重力运动部件总重力G=4000N切削力Fw=9000N摩擦负载静摩擦力Ffs=fsFn=0.29000N=1800N动摩擦力Ffd=fdFN=0.19000N=900N惯性负载惯性力GvFm=ma=gt400

6、04.59.80.560=61.2N各工况负载若忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率1=0.95,则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，如下:启动F=Ffs/m=1800/0.95=1894.7N加速F=(FfdFm)/m=(90061.2)/0.95=1011.8N快进F=Ffd/m=900/0.95=947.4N工进F=(FwFfd)/m=(9000900)/0.95=10421N快退F=Ffd/m=900/0.95=947.4N表2.1液压缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式总机械负裁F（N）启动Ffs/m1894.7加速F=(Ffd+Fm)川m1011.8

7、快进F=Ffd川m947.4工进F=(Fw+Ffd)/“m10421快退F=Ffd/'947.4快进、工进和快退时间和速度并绘制负载一一时间图和速度一一时间图研究主机依据工艺要求应对何种运动规律完成一个工作循环，即研究运动形式（是平移、回转或摆动）、运动的速度大小和变化范围、运动行程长短，运动变化规律（循环过程与周期）等。负载速度图根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载（F-1）和速度图（v1）,见图1（a）、（b）0横坐标以上为液压缸前进时的曲线，以下为液压缸活塞缸退回时的曲线。F/N104211三、液压系统方案设计液压系统方案设计是根据主机的工作情况、主机对液压系统的技

8、术要求、液压系统的工作条件和环境条件以及成本，经济性、供货情况等诸多因素，进行全面、综合的设计，从而拟定出一个各方面比较合理的、可实现的液压系统的方案来。其内容包括：油路循环方式的分析与选择，油源形式的分析与选择，液压回路的分析、选择与合成，液压系统原理图的拟定、设计与分析。选择基本回路(1)液压泵种类的确定参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。为防止钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀(定压式)，初定背阀值Fb=lMPa.因系统动作循环要求正向快进和工作，方向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单杆活塞液压缸，快进时差动连接，无

9、杆腔面积Ai等于有杆腔面积A2的两倍。工作台要完成单向进给运动，先采用固定的单活塞杆液压缸。具动作如上图所小。(2)快速、换向和速度换接回路确定根据该设计的运动方式和要求，采用差动连接与双泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。该系统对换向要求平稳较高，选用电液换向阀的换向回路。为便于实现差动，选用三位五通阀。为提高换向的位置精度，采用死挡铁和压力继电器的行程终点往返控制。(3)调速回路与油路循环方式的确定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，就可将液压回路

10、合成为液压系统。a.快进按下启动按钮，电磁铁1Y得电，电磁换向阀7处于左位，在控制油咱的驱动下，液动换向阀6切换至左位。主油路的进油路：小泵1一单向阀2一顺序阀5(预控压力阀)一液动阀6左位一行程阀11一液压缸右腔。由于快进时动力滑台负载小，泵的出口压力较低，液控顺序阀9关闭。所以液压缸左腔回油一液动阀6左位一单向阀8一行程11一液压缸右腔。液压缸实现差动连接，且此时两泵同时供量流量最大，滑台右向快进。b.工进快进到预定位置，滑台上的行程挡块压下行程阀11,切断了原来进入液压缸右腔的油路。此时，从电磁换向阀6左位来的油液一调速阀12一液压缸右腔。由于调速阀的接入使系统的压力升高，达到或超过卸载

11、阀3的调定压力，大流量泵通过卸载阀3卸载，单向阀2自动关闭，只有小流量泵向系统供油，滑台慢速向右工进。c.快退当滑台碰到死挡铁后停止运动。这时，泵的压力升高，流量减小，直至输出流量仅能补偿系统内部泄漏为止。此时，液压缸右腔压力随之升高，压力继电器动作并发出快退信号，1Y失电，2Y得电，电磁先导阀7、液动换向阀6处于右位。主油路的进油路：泵1一顺序阀5一液动阀6右位一液压缸左腔。回油路：液压缸右腔一行程阀11-流动阀6右位一油箱。由于此时空载，泵的供油压力低，输出流量大，滑台快速退回。d.原位停止当滑台快退到远位时，挡块压下行程阀开关，使电磁铁1Y,2Y失电，液动阀6、电磁先导阀7处于中位，滑台

12、停止运动，泵1通过液动阀6处于中位卸载。为了使卸载状态下控制油路保持一定预控压力，泵1和液动阀6之间装有参院控压力阀5组合机床动力滑台液压系统原理图组成液压系统原理图、电磁铁动作顺序表表3.1为该滑台的电磁铁动作顺序表1Y2Y压力继电器15行程阀11快进+-通工进+-断快退1-+断一通原位停止-通四、液压系统的参数的计算液压系统的主要参数设计是指确定液压执行元件的工作压力和最大流量。液压执行元件的工况图是选择系统中其它液压元件和液压基本回路的依据，也是拟定液压系统方案的依据。液压执行元件的类型，根据主机所要实现的运动形式（移动、转动或摆动）和性质（速度和负载的大小）而定。4.1液压缸参数计算1

13、.初选液压缸的工作压力按课本中表8-1即表2,初定液压缸的工作压力为P,=30M105Pa表4.1液压缸参考背压系统类型背压p2/(1M105Pa)回油路上有节流阀的调速系统25回油路上有调速阀的调速系统58回油路上装有背压阀515带补油泵的闭式回路8152.计算液压缸的主要尺寸该设计要求动力滑台的快进、快退速度相等，故采用活塞杆固定的单杆式液压缸。快进时采用差动边接，并取无杆腔有效面积A1等于有杆腔有效面积A2的两倍，即A1=2A2为了防止在钻孔钻通时滑台突然前冲，在回油路中安装有FPi-2Pb背压阀，按课本中表8-2,初选背压R=0.8MPa。负载分析得最大负载为工进阶段的负载F=1042

14、1N按此计算A1,则=2.910，2104212m30105-281052=29cm液压缸直径D=*二芹=6.08cm由A1=2A2可知活塞杆直径D=0.707D=0.707X6.08=4.30cm按GB/T2348-1993将所计算的D与d值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得：D=6.3cmd=4.5cm按标准直径算出A1=D2=31.2cm24：'：.222A2=-(D-d)-15.3cm4按最低工进速度验算液压缸尺寸查机械设计手册，调速阀最小流定量qmin=0.05L/min,因工进速度V=0.06m/min为最小速度,则有式A=qmin/Vmin的:A一

15、皿vmin2=8.33cm0.0510322cm0.06102故满足最低速度的要求3.计算液压缸在工作循环中各工作阶段的工作压力了、流量和功率。根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时背压按Pb=0.8Mpa代入公式,快退市背压按Pb=0.5Mpa代入计算公式，如下:Pj=一%;947.10*15.犷10'-叱泮(31.2-15.3)10乂快进q=v(A-A2)=45x15.9M102L/min=7.15L/min57.1510P=Pjq=10.710127.5W=0.128KW60Pj=F1pA10421810515

16、.310"A)31.210"一5=37.3105Pa工进Amin=AVmin=31.210-0.6L/min=0.187L/minqmax=Avmax=31.210210L/min=3.12L/min53.1210，P二PjAmax=37.310A=194W=0.194KWj60Pj=F1PAA2947.4510515.310415.310"11.2MPa快退q=v4=4515.310/L/min=6.88L/min3P=Rq=11.210568%0=128W=0.128KW计算结果列于表3中表4.2液压缸所需的实际流量、压力和功率工作循环F(N)进油压力Pj(b

17、ar)回油压力Fb(bar)所需流量q(L/min)输入功率p(Kvy差动快进947.410.715.77.150.128工进1042137.380.1870.194快退947.411.256.880.128注：1、差动连接时，液压缸的回路口到进油口之间的压力损失P=0.5Mpa,而F>=Pj+APo2、快退时，液压缸有杆腔进油，压力为R,无杆腔回油压力为Pb0液压能源装置时是液压系统的重要组成部分。通常有两种形式：一种是液压装置与主机分离的液压泵站；一种是液压装置与主机合为一体的液压泵组(包括单个液压泵)。4.2液压泵的参数计算1.选择液压泵(1)液压泵工作压力的计算由以上计算的相关数

18、据可知，工进阶段液压缸的工作压力最大，若取进油力损失”尸=0.5MPa,压力继电器可靠动作需要压力0.5MPa,则液压泵最高工作压力可按PP=P+£AP+0.5MPa=(37.3+5+5)父105Pa=4.73MPa故泵的额定压力可取Pr=1.25X4.73MPa=5.9MPa(2)液压泵流量的计算工进时所需最小流量是0.187L/min,设溢流阀最小溢流量为2.5L/min，小泵流量按qpi>(1.1x0.187+2.50)L/min=2.7L/min,快进快退时液压所需要的最大流量是7.15L/min,则泵的总流量为qp=1.1x7.15=7.865L/min大泵流量qp2

19、jqp-qp1=7.865-2.7=5.165L/min(3)液压泵的确定根据计算的压力和流量差表，选用YB1型叶片泵，给泵的额定压力为6.3MPa,转速为960-1450r/min,公称排量为2.5-100mL/r。大泵取6L/min,转速为960r/min。电动机的选择系统为双叶泵供油系统，其中小泵1的流量34103_33qp1=m3/s=0.06710m3/sp60大泵流量q2610，0.110，m3/s60差动快进是，快退时两泵同时向系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。下面分别计算三个阶段所需要的电动机功率P。4.3电动机的选择1、快进快退差动快进时，大泵的出口压力油经单向阀2

20、后于小泵回汇合，然后经顺序阀5三位五通电液换向阀6、7及行程阀11进入液压缸的大腔，大腔的压力r=pj=10.7M105Pa,差样本可知，小泵的出口压力损失Pl=4.5M105Pa,大泵的出口压力损失AR=1.5M105Pa。于是计算可得小泵的出口压力为15.2"05Pa(总效率为0.5),大泵出口压力为16.7M105Pa(总效率为0.5)。电动机功率P二PpiQiPP2=15.21050.06710716.71050.1104W1120.50.5=538w2.工进考虑到调速阀所需最小压力差AP=5x105Pa。压力继电器可靠动作需要压力差巳=5x105Pa。因此工进时小泵的出口压

21、力PP1=P.：巳=(37.355)105=47.5105Pa而大泵的卸载压力取PP1=0.2MPa(小泵的总效率为0.565,大泵的总效率为0.3)电动机的功率cPp1。PP2151050.06710*16.51050.110.P=-=VV120.50.5=628W3、快进类似差动快进分析知：小泵的出口压力PP1=1.5MPa,(总效率为0.5);出口压力位16.5MPa电动机效率PpqPp2151050.06710416.51050.110、八/P=十一=十W120.50.51=524W由以上结果，快进时的功率最大。据此可以选择相应的电动机为Y90S1-6型，额定功率为0.75KW满载转速

22、960r/min,同步转速1000r/min。五、液压元件的选择5.1液压附件(1)各元件和辅件列表1）过滤器的选择为了保证液压系统的正常工作和可靠性，必须对液压油液污染进行控制，因此就需要过滤油液。过滤的功用就是过滤掉油液中的杂质，维护油液的清洁，防止油液污染，保证油液系统正常工作。选用的过滤器的精度应满足系统要求，要有做够的通路能力，结合过滤装置在液压系统中的安装位置，根据相关资料来选取。按表5所示，可知道系统的过滤精度，因此课程机械设计手册得到合适的过滤器，差得过滤器的型号为XU-C63X100表5.1各种液压系统的过滤精度要求系统类型润滑系统传动系统伺服系统特殊要求系统压力0-2.5w

23、7>7W35M21E35颗粒度/mmM0.1M0.05m0.025w0.005M0.05M0.001该设计中，过滤器安装在泵的吸油口，防止大颗粒杂质进入泵内，同时有较大的通流能力，防止空穴现象。2）热交换的选用热交换器是泠却器和加热器的总称。液压系统油液温度一般控制在正常工作温度范围（2065）内。因此在过泠或过热的环境中就需要加热或领泠却，以控制油温在合理范围内。a.泠却器对泠却器基本要求是在保证散热面积足够大，散热功率和压力损失大小的前提下，要求结构紧凑、坚固、体积小和重量轻，有自动控温装置以保证油温控制的准确性。此处，采用最简单常用的方法是多管水冷式冷却器。b.加热器该设计选用电加

24、热器。电加热器使用方便，易于自动控制温度，故采用电加热器。发热部分全部浸在油液流动处，便于热量交换，电加热器表面温度功率密度不得超过3W/cm2,以免油液局部温度过高而变质。3)压力表辅件压力表辅件主要包括压力表及压力表开关。a.压力表液压系统各工作点的压力一般都用压力表来观测，以调整到要求的工作压力。该设计采用最常用的弹簧管式压力表，在选用压力表时，其量程比液压系统压力要高，应为系统最高工作压力的1.5倍左右。选用精度等级2.5的压力表。b.压力表开关压力表开关用于切断忽然接通压力表与油的通道，压力表相当于一个小型截止阀。该设计采用六点压力表开关，型号为K-6,其中四点四个测点油路相通，测得

25、相应的油液压力。(2)管路尺寸a.油管的选择根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进出油管按输入、排出的最大流量来计算。由于该系统液压缸差动连接快进快退时油管内流量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达20L/min,液压缸进出油管直径d,按机械设计手册查得，选用内径为8mm外彳全为14mm钢管接头螺纹为M14M1.5,管子壁厚为2mmc.管接头的选择管接头用于管道与管道式管道与液压元件之间的连接，必须在强度足够的前提下，安装、拆卸方便，抗振动、冲击，密封性能好，外形尺寸小、加工工艺性好。该液压系统为不超过8MPa勺中低压系统，可采用结构简单，性能良好、体积小、加工方便、成本低和

26、重复使用性好的扩口式管接头。(3)油箱容量油箱在液压系统中主要功能是储存液压系统所需要的足够油液，散发油液的热量，分离油液中气体及沉淀物。采用分离式油箱，它是一个单独的与主机分开的装置，布置灵活，维修保养方便，减少油箱发热和油液振动对工作精度的影响，便于采用通用化、系列化的产品，得到广泛的应用。a,油箱容量的确定油箱容积的确定，是油箱设计的关键。主要根据热平衡来确定。通常油箱的容量去液压泵额定流量57倍进行估算，此处取7倍。此外，还要考虑到液压系统回油到油箱不至于溢出来，油面高度一般不超过油箱高度的80%油箱的容积V=7q=7X10=70Lb.油箱中设有吸油过滤器，要有足够的通流能力。考虑到要

27、经常清洗过滤器，油箱结构要便于拆卸。c.油箱底部做成适当斜度，并设有放油塞。油箱箱盖上设有通气孔，其大小在最大吸油量和回油量时能保证在正常气压下供油。在较脏的工作环境中。则加设空气过滤器，其通气量不小于泵流量的1.5倍，以保证具有良好的抗污能力。d.油箱侧壁安装油位指示器，用来指示最低、最高油位。主油器应带有滤网。油箱上装设有温度计。并在新油箱内壁经喷丸、酸洗和表面清洗后涂一层与工作油液相溶的塑料薄膜或耐油清漆，以防锈、防凝水。e.吸油管和回油管要尽量离远些，增加油液循环的距离，使油液有足够的时间分离气泡、沉淀杂质。吸油管理油箱底面距离H>2D（D吸油管内径），距离箱壁不小于3D,以利于

28、吸油畅通。回油管插入最低油面以下，防止回油时带入空气，距离油箱底面h>2d（d回油管内径），回油管排油口应面向箱壁，管端切成450,以增大通流面积。吸油侧和回油侧用隔板分开，用来分离回油带来的气泡和脏物。隔板高度不低于油面到箱底高度的3/4。5.2液压主元件根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选在这些元件的型号及规格。该设坟中所有的阀的额定压力都为63kg/cm2,额定流量根据各阀通过的流量，确定为10L/min,25L/min和63L/min三种规格，所有元件的规格型号列于表6中。表中的序号与系统原理图中的序号一致。5.2液压元件明细表厅P元件名称最大通过流量L/m

29、in）型号1双叶泵4/6YB1-4,YB1-62单向阀6DF-B10K33液压顺序阀（卸载）6XY-10B4溢流阀4YF-B8B5预控压力阀10Q-10B6流动阀2035Y-25B7电磁先导阀0.235D-25B8单向阀101DK-B10K39液压顺序阀0.093XY-25B10背压阀（定压式）0.093B-10B11二位二通行程阀20122C-63B12调速质0.187Q-10B13过滤器20XU-J25X8014压力表开关K-6B15压力继电器HED20A/10Z六、液压系统主要系能验算6.1液压损失的验算级泵压力的调整1、系统压力损失、效率的计算（1）工进时的压力损失验算的小流量泵压力的

30、调整工进时管路中的最大流量仅为0.187/min,因此流苏很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计。这是进油路上仅考虑调速阀的压力损失AR=5>d05Pa,回油路上只有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力等于工进时液压缸的工作压力P,加上上进油路压差AR,并考虑压力继电器动作需要，贝UPp=P.：R5105Pa=（37.355）105Pa=47.3105Pa即小流量泵的溢流阀4应该按此压力Pp=47.3m105Pa进行调整。快退时进油管和回油管长度按L=2.0m计算，油管直径d=8x10m,通过的流量为进油路q1=10L/min=0.167x10，m3/s,回油路q2=

31、20L/min=0.33310m3/so液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为15C,由手册查出此时油的运动粘度U=1.5st=1.5cm2/s,油的密度P=900kg/m3,液压系统元件采用集成块式的配置形式a、确定油液的流动状态vd.41.2732q“4按式Re二一104二104vdv式中v平均油速（m/s）;D油管内径（m；V油的运动粘度（cm2/s）；通过的流量（m3/s）o则进油路中的液流的雷诺数为Re11.27320.16710，81041.5104：177：二2300回油路中液流的雷诺数为Re2104353:二23001.27320.33310481041.5由上可知，进

32、油路中的流动都是层流b、沿程压力损失Z际由式VP,=64La可算出进油路和回油路的压力损失Red2364l：v2d-T在进油路上,流速=舞=需半m/sasm/s,则压力损失为2Pa=0.135MPa6429003.322177810与2在回油路上，流速为进油流速的两倍即v=6.64m/s,则压力损失为Pa:0.899MPa6429005.962318810与2c、局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失按式AP.-=APs(q)2计算qs式中q通过阀的实际流量(L/min)qs阀的额定流量(L/min)Ps-阀在额定流量qs下的

33、压力损失。计算结果列于表6.1中。表6.1阀类元件局部压力损失元件名称额定流量qs/Lmin1实际通过的流量q/Lmin额定压力损失ps/(1M105Pa)实际压力损失p”(1M105Pa)单向阀230620.08顺序阀525I2021.28三位五通电液换向阀62510/2040.64/2.56二位二通行程阀11252042.56注：快退与经过三位五通液动阀的两油道流量不同，压力损失也不同。若取集成快进油路的压力损失APf1=0.3M105Pa,回油路压力损失为Pf2=0.5><105Pa,则进油路和回油路总的压力损失为“P='，P1P：Pf1=(0.1350.080.641.280.3)105Pa-2.435105Pa"耳='：P.2PPf2=(0.8992.682.560.5)105Pa5=6.