毕业设计（论文）-Z70组合钻床液压滑台系统设计.pdf

2015 届毕业（设计）论文 题目题目z70 组合钻床滑台液压系统设计 专业班级专业班级机制一班 学号学号1103010128 学生姓名学生姓名周孟然 指导教师指导教师廖义德 指导教师职称指导教师职称教授 学院名称学院名称机电工程学院 完成日期：完成日期：2015年年6月月1日日 武汉工程大学本科毕业设计（论文） z70 组合钻床滑台 液压系统设计 the design of slide hydraulic system with z70 combination drilling machine 学生姓名学生姓名周孟然 指导教师指导教师廖义德 武汉工程大学本科毕业设计（论文） i 摘要 本次设计的主要任务是要我们对组合钻床的液压系统进行深刻的认识和学习，根据设 计任务书给定的参数，对机床液压系统进行分析，建立系统原理图，其工作原理为定位 夹紧快进工进停留快退松夹停止。通过分析计算，绘制速度-负载循环图， 初步选定液压缸的工作压力，确定各原件的型号，计算和校核液压缸的尺寸，并且对系统 工作状态进行分析，再通过对流经各原件的流量的计算，确定个原件的型号。然后通过对 压力损失和系统温升的验算，对液压系统进行性能分析，在一切条件符合要求之后，再进 行液压装置的结构设计，并绘制出装配图。 液压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一。特别是近年可与微电子、计算机技 术相结合、使液压技术进入了一个新的发展阶段。目前，已广泛应用在工业各领域。由于 近年来微电子、计算机技术的发展，液压元器件制造技术的进一步提高，使液压技术不仅 在作为一种基本的传统形式上占有重要地位而且以优良的静态、动态性能成为一种重要的 控制手段。 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。 本液压系统的设计，除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外，还必须符合体积 小、重量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普遍 设计原则。液压系统的设计主要是根据已知的条件，来确定液压工作方案、液压流量、压 力和液压泵及其它元件的设计。 综上所述，完成整个设计过程需要进行一系列艰巨的工作。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: :组合钻床；液压系统；液压缸；性能分析；液压泵换向阀 武汉工程大学本科毕业设计（论文） ii abstract the main task of this design is to understand and learn profoundly with the hydraulic system of combination drilling machine.according to the design parameters given task book,analysis the machinehydraulicsystem,buildthesystemdiagram.itsoperatingprincipleis locationclampfastforwardwork-feedingstayfastbackwardloosen clampstop.through analysis and calculation, rendering speed - load cycle diagram, the initial selection of the hydraulic cylinders working pressure, determine the original model, calculate and check the size of the cylinder, and the analysis of system operation, and then flows through each of the original calculation of the flow, determining an original model. then through the pressure loss and temperature rise checking system, hydraulic system performance analysis, after all the conditions to meet the requirements, then the structural design of the hydraulic system and draws out the assembly drawing. in recent years, microelectronics, computer technology, hydraulic components to further improve manufacturing technology, so that hydraulic technology as a fundamental, not only in traditional form but also occupies an important position with excellent static and dynamic performance has become an important means of control. the face of chinas economy developed rapidly in recent years, the growth of machinery manufacturing industry, in the national economy accounts for an important position in the field of manufacturing industry to be healthy and rapid development. improvement of manufacturing equipment, making an important equipment manufacturing industry as a wide range of machining processes and equipment have been many new changes, especially the hole processing, in todays hydraulic system is becoming more and more important. 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 武汉工程大学本科毕业设计（论文） iii 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.designers should establish the correct design of theory firstly, and strive to master advanced science technology.scientific knowledge of dialectical thinking. at the same time, integrating theory with practice ， summing up accumulate experience in the design practice.learning technology from interested workers who had engaged in the production practice continuous development and innovation in order to complete mechanical design tasks well. key words:combination drilling machine，hydraulic system ,pump hydraulic, performance analysis，cylinder valve. 武汉工程大学本科毕业设计（论文） iv 目录 摘要. abstract. 1.1 液压传动系统的背景 1 1.1.1 液压传动的发展与应用. 1 1.1.2 组合机床发展概况. 3 1.2 静液压传动装置的应用. 4 1.3 液压传动的工作原理和组成. 5 1.3.1 液压传动工作原理 5 1.3.2 液压系统的基本组成 6 1.4 液压传动的优缺点 6 1.4.1 液压传动的优点. 6 1.4.2 液压传动的缺点 7 1.5 本文主要的设计任务. 7 第二章 系统的方案论证. 9 2.1 设计参数. 9 2.2 液压泵站的方案论证. 9 2.2.1 液压泵 9 2.2.2 液压辅助元件10 2.2.3 油箱10 2.3 液压执行元件的方案论证. 11 2.4 液压控制部分的方案论证. 12 2.4.1 方向控制阀 12 2.4.2 流量控制阀 13 2.4.3 压力控制阀 13 2.5 电气控制部分的方案论证 14 2.5.1 继电器控制 14 2.5.2 系统方案论证总结. 15 武汉工程大学本科毕业设计（论文） v 2.6 拟定液压系统原理图. 15 第三章 主要参数设计和元件选择. 17 3.1 液压执行元件的设计计算. 17 3.2 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格. 20 3.2.1 液压泵的流量的计算 20 3.2.2 选择液压泵的规格 21 3.2.3 与液压泵匹配的电动机的选定 21 3.3 液压阀的选择. 22 3.4 确定管道尺寸. 23 3.5 液压油箱容积的确定. 24 第四章 液压系统性能验算. 25 4.1 系统压力损失验算. 25 4.2 系统温升验算. 27 第五章 液压装置的结构设计. 29 5.1 液压泵站的类型及其组件的选择. 29 5.1.1 液压泵站类型的选择 29 5.1.2 液压站阀类元件的配置 29 5.2 液压装置的类型. 30 5.3 液压缸主要尺寸的确定及其结构设计. 30 5.3.1 液压缸壁厚和外径的计算 30 5.3.2 液压缸工作行程的确定 31 5.3.3 缸盖厚度的确定 31 5.3.4 最小导向长度的确定 32 5.3.5 缸体长度的确定 33 5.3.6 活塞杆校核 33 5.3.7 缸筒与缸盖的连接形式 34 5.3.8 活塞 34 5.3.9 前缸盖及与活塞杆的密封、防尘 35 总结. 36 武汉工程大学本科毕业设计（论文） vi 致谢. 37 参考文献. 38 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 1 - 第一章 绪论第一章 绪论 1.1 液压传动系统的背景 1.1.1 液压传动的发展与应用 1.1 液压传动系统的背景 1.1.1 液压传动的发展与应用 液压系统是现代工业的基础。它的技术水平在很大程度上决定了产品的质量和市场的 竞争力。随着我们加入“wto”步伐的日益加快。“入世”将对我们夹工具产生重大而深 远的影响，经济全球化的趋势日益明显，同时世界众多知名公司不断进行结构调整，国内 市场的国际性进一步显现，该行业的将经受更大的冲击，竞争也会更加剧烈。在如此严峻 的行业背景下，我们的技术人员经过不断的改革和创新使得我国的磨具水平有了较大的提 高，大型、复杂、精密、高效和长寿命的液压有上了新台阶。 液压是每个机械制造方面目前普遍的，它可以大批量生产，节省人力物资，效率相对 高，操作方便，结构合理，它的成本低廉，适合广大人群所承受的能力。 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 年他又将工作介质水改为油，其效率得到了进一步的提高。 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(gconstantimsco)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 方面领域得到了发展。 作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到 了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高配置灵活方便调 速范围大工作平稳且快速性好易于控制并过载保护易于实现自动化和机电液一体 化整合系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 2 - 程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。 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，如插装式锥 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，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。 液压传动和气压传动称为流体传动， 是据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理发 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。当今，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。通过对通用机床的液压系统的理论学 习，完成液压系统的分析工作，加深对液压系统的工作原理、工作性能、工作环境及机构 的认识和了解。加深巩固机械原理的相关内容，加深对专业课基础理论力学和材料力学及 专业课机械设计相关内容的理解，更好的认识国内外液压系统的发展趋势和发展存在的问 题，从而为以后更深的了解和设计机床液压系统打下良好的基础。现代社会对通用机床 的液压系统提出了更高的要求，为了适应这一发展趋势，我们应立足改进传统的、僵化的、 单纯的液压系统，主动培养学习、提高创新能力、树立团结协作精神、锻炼解决实际工程 问题能力。 液压传动是以液体为工作介质来传递动力（能量）的，它又分为液压传动和液力传动 两种形式。液压传动中心户要是以液体压力能来进行传递动力的，液力传动主要是以液体 动能来传递动力。液压系统是利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，g 经各 种控制阀、管路和液压执行元件将液体的压力能转换成为机械能，来驱动工作机构，实现 直线往复运动和会回转运动。油箱液压泵溢流阀、节流阀、换向阀、液压缸及连接这些元 件的油管、接头等组成了驱动机床工作台的液压系统。 工程机械主要配套件有动力元件、传动元件、液压元件及电气元件等。目前工程机械 动力元件基本上都用内燃式柴油发动机(简称柴油机)；传动分机械传动、液力机械传动、 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 3 - 静液压传动、电传动等。但目前工程机械用得最多、最普遍的为液力机械传动及静液压传 动。整个传动系统还包括传动轴、驱动桥等。静液压传动有多种结构形式，有的有传动轴、 驱动桥，有的没有，视情况而定；液压元件主要有缸、泵、阀、密封件及液压附件等。静 液压元件的泵(主要是变量泵)、马达(变量与定量)，以及相应的减速机等；电气元件以前 对工程机械的影响还并不大，最早的工程机械电气系统，主要是起动电路及照明电路，系 统及元件都非常简单，起动可以用拖起动，白天干活不用照明，因此，这两个电路系统出 了故障也能勉强维持工作。但工程机械发展到今天，电气系统及电气元件已经成了工程机 械一个非常关键的部分，可以说今天的绝大多数工程机械，电气系统出了故障根本就不能 工作，有的甚至寸步难行，等于一堆废钢铁。因此电气系统、电器元件目前也是工程机械 最关键最主要的配套件之一。主要电器元件除传统的元件外，还有各种传感器，各种控制 元件及微处理机等等。下面就国际上这些工程机械主要配套件的基本情况及发展趋势谈谈 看法。 目前国外工程机械主要配套件大多数都生产历史悠久，技术成熟、供应充足，生产集 中度高，品牌效应突出。配套件的发展随主机的发展而发展，同时配套件自身的发展反过 来又促进主机的发展。目前国外工程机械配套件的发展形势好过主机的发展形势。目前国 外工程机械配套件的发展形势比较好。 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。 1.1.2 组合机床发展概况1.1.2 组合机床发展概况 组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 4 - 备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、 轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控 制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机 床加工连杆、板件等也占一定份额),完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端 面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型 组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工 位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床 越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更 换,配以可编程序控制器(plc)、数字控制(nc)等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并 能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组 合机床、机床辅机 清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线)等在组合机床行业中 所占份额也越来越大。 由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产 品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清 洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对 落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口 势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、 新工艺,研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需求, 真正成为刚柔兼备的自动化装备。 1.2 静液压传动装置的应用1.2 静液压传动装置的应用 静液压传动由于具有无级变速，调速范围宽，可以实现恒扭或恒功率调速，容易实现 电控等优点，在工程机械中具有良好的应用前景。但是在铲土运输机械和起重机械中作为 主要传动就用却很少，其主要问题是在于国内液压元件质量差，而国外的液压元件价格又 太高，会造成主同成本过高。90 年代以来，国内已引进了德国林德公司静液压叉车，以及 利勃海尔公司静液压推土机的装载机，但在国内市场所占份额很小。从国内工程机械市场 的实际出发，本文对静液压传动在国内的推广应用提出探讨性的意见如下： （1）静液压传动叉车在发达国家已经被广泛采用，由于国内部分仓库、码头和工厂等使 用部门对叉车的机动性能（尤其是低速性能）、噪声已经有较高的要求，因此这些部门正 在成为国内静液压叉车用户。国内叉车和液压元件生产企业应该看到静液压叉车的良好前 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 5 - 景，联合研究开发适合我国国情的叉车静液压系统，提供能先进，工作可靠，价格适中的 产品。也可以采用与国际静液压元件制造公司联合开发的方式，加快开发的速度。 （2）中小型多功能工程机械由于具有挖掘，装载，叉车和起重等多功能，在发达国家已 经得到了广泛的应用。随着我国经济建设尤其是城市建设的发展，中小型多功能工程机械 也将在我国推广应用，而它们无疑将首先采用静液压传动作为其主要传动装置。国内工程 机械企业应该看到中小型多功能工程机械的发前景，联合国内外静液压元件生产企业共同 开展对它们的研究开发，以促进中小型多功能工程机械在我国的发展。 （3）在国内大型铲土运输和起重机械中，由于配套的静液压与电子控制元件的技术难度 大，价格太高，在国内用户中难以接受。因此，在我国暂时不宜将静液压传动研究开发的 重点放在与大型铲土运输和起重机械配套上，而应将重点放在上述两类工程机械上。 1.3 液压传动的工作原理和组成1.3 液压传动的工作原理和组成 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。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(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。 驱动机床工作台的液压系统是由油箱、 过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、 接头等组成。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。 1.3.1 液压传动工作原理1.3.1 液压传动工作原理 1)电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口输入管路。 油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的 油液经换向阀和回油管排回油箱。 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 6 - 2)工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增 多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速 度减少。由此可见，速度是由油量决定的。 1.3.2 液压系统的基本组成1.3.2 液压系统的基本组成 1）能源装置液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转 换成液压能，给系统提供压力油液。 2）执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推 动负载做功。 3）控制装置液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以 改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可 分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、 顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包 括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制 阀、定值控制阀和比例控制阀。 4）辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元 件把系统联接起来，以实现各种工作循环。 5）工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。 1.4 液压传动的优缺点1.4 液压传动的优缺点 1.4.1 液压传动的优点1.4.1 液压传动的优点 1）在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率的 情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。液压马达的体积重量只有同等功率 电动机的 12%左右。 2）液压执行装置的工作比较平稳。由于液压执行装置重量轻、惯性小、反应快，所 以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时 可达到每分钟 500 次，实现往复直线运动时可达每分钟 1000 次。 3）液压传动可在大范围内实现无级调速（调速比可达 1：2000），并可在液压装置 运行的过程中进行调速。 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 7 - 4）液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或 调节，操纵很方便。当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能实现较复杂的顺序 动作和远程控制。 5）液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命长。 6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和 使用都比较方便。 1.4.2 液压传动的缺点1.4.2 液压传动的缺点 1)液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏，同时，液 体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例如螺纹和齿轮加工 机床的内传动链系统。 2）液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于 远距离传动。 3）液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。因此，在低温 和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。 4）为了减少泄露，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，而 且对油液的污染比较敏感。 5）液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既要系统地 掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。 6）随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是 要解决的问题。 总而言之，液压传动的优点是突出的，随着科学技术的进步，液压传动的缺点将得到克 服，液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。 1.5 本文主要的设计任务1.5 本文主要的设计任务 本文主要的设计任务是设计组合钻床液压系统， 包括机床的液压系统的设计方案论证， 并对液压传动系统的设计计算，确定标准零部件的型号，规格及数量。完成设计图纸的绘 制和编写设计技术资料，通过对系统的的设计和论证，最终达到设计任务书中对液压工作 台循环动作的要求，即实现钻床对工件的钻孔。 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 8 - 组合钻床液压系统以液压缸为执行元件，通过液压油的压力调节来驱动活塞直线运动 从而实现液压工作台的幻换向运动和进给速度的调节与变化。 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 9 - 第二章 系统的方案论证第二章 系统的方案论证 2.1 设计参数2.1 设计参数 设计组合钻床带有工作定位和夹紧装置。要求实现的动作循环为：定位夹紧快进 工进停留快退松夹停止。 主要参数为： 最大切削负载： 50000n 运动部件总重量： 5000n 快进行程：175mm 快进行程速度：60mm/s 工进行程：145mm 工进速度：1.25mm/s 夹 紧力：5000n 快进速度：60mm/s 夹紧速度：20mm/s 2.2 液压泵站的方案论证2.2 液压泵站的方案论证 2.2.1 液压泵液压泵 液压泵站一般由液压泵、集成块和阀组合、邮箱以及一些液压辅助元件（过滤器、 温控元件、热交换器、储能器、压力表及管件等）组成。其工作原理：电机带动油泵 旋转，油泵从邮箱中吸油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油通过集成块（或 阀组合）被液压阀实现了方向、压力、流量调节后，经外接管路传输到液压机械的油 缸或马达中，实现液压机械的方向的变换，速度的快慢，推动各种液压机械的做功。 在液压传动系统中，液压泵是将动力机械传输的机械能转换成流动液体压力能的 能量转换装置， 属动力元件， 其功用是给液压系统提供足够的压力油以驱动系统工作。 它的工作原理都是依靠液压泵密封工作腔容积大小交替变换来实现的。 液压泵的主要技术参数包括：压了、排量、流量、转速、功率、效率等。 液压泵的种类很多。按泵的排量是否可调可分为定量泵和变量泵两种，按排油方 式可分为单向泵和双向泵，按内含泵数量可分为单泵式和双联泵及多联泵，按剂子的 结构可分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵，其中齿轮泵又可分为外齿合式和内齿合式，叶 片泵可分为单作用式和双作用式，柱塞泵可分为轴向式和径向式。 单作用叶片泵的工作原理是叶片靠离心力和根部油的压力作用伸出紧贴在定子 内表面上。两两叶片之间的转子的外圆柱面，定子内圆柱面及前、后配流盘构成了与 叶片数相等的密封空间。由于转子和东子不同心，有偏心距 e，随着转子带动叶片旋 转，每个密封腔内的容积都在发生变化，转子逆时针旋转，左半部分每个密封腔内的 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 10 - 容积都在增大，产生真空，吸进油液，而右半部分每个密封腔都在逐渐减小，排除油 液。 双作用液压泵的工作原理与单作用叶片泵的工作原理基本一样，不同之处只是双 作用叶片泵中转子旋转一周时，有两次吸油和两次抽油过程。同时，转子和定子的中 心轴线重合，转子外表面为圆柱面，定子内表面近似椭圆形，由两段长径圆弧，两段 短径圆弧和四段过渡曲线组成。 考虑到该机床在工作进给时负载较大、速度较低，而在快进、快退时负载较小， 速度较高。从节省能量，减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现 采用带压力反馈的限压式变量叶片泵，采用这种限压式叶片泵时，系统的最高压力由 泵调节，其值为泵出于无流量输出时的压力值。 2.2.2 液压辅助元件2.2.2 液压辅助元件 液压辅助元件有滤油器、蓄能器、管件、密封件、油箱和热交换器等。液压辅 助元件和液压元件一样，都是液压系统中不可缺少的组成部分。它们对系统的性能、 效率、温升、噪声和寿命的影响不亚于液压元件本身。 为了保持油液清洁，一方面应尽可能防止或减少油液污染，另一方面把已污染的 油液净化， 在液压系统中一般采用过滤器来滤去外部混入或系统工作中内部产生在液 压油中的固体杂质，保持液压油的清洁，延长液压元件使用寿命，保证液压系统的工 作可靠性，因而在本次毕业设计中需要采用过滤器。 储能器是储存和释放液体压力能的装置。它储存高压油，在需要的场合和时间使 用。在液压系统中，储能器和主要用途：（1）作为辅助动力源，短期大量供油。（2） 维持系统压力。（3）吸收冲击压力和脉动压力。由于本系统采用的油泵能够保证工 作循环中对压力的要求，所以暂不采用储能器。 液压系统在适宜的工作温度下保持热平衡，不仅是系统所必须的，而且有利于减 小机械设备的热变形，提高工作精度。为了使油温控制在最佳范围内，通常使用冷却 器冷却，使用加热器预热。因而是否采用热交换器，要等对系统热平衡计算完毕后以 及系统升温情况而定。 2.2.3 油箱2.2.3 油箱 油箱在液压系统中的主要功用是： 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 11 - 1）储存供油系统循环所需的油液。 2）散发系统工作时所产生的热量。 3）释放出混在油液中的气体。 4）为系统中的元件的安装作准备。 液压系统中油箱有整体式油箱、分离式油箱、分开式油箱、闭式油箱、上置式油 箱、下置式油箱、旁置式油箱等之分。 整体式油箱是采用主机的内腔作为油箱， 结构紧凑、 易于回收漏油， 但维修不便， 散热条件不好，且会使主机产生热变形。分离式油箱单独设置，与主机分开，减少了 油箱发热和液压源的震动对主机工作精度的影响，应用较为广泛。 所谓开式油箱是油箱液面和大气相通的油箱应用最广。 而闭式油箱则是油箱液面 和大气隔绝。这种油箱的特点在于泵的吸油条件较好，但系统的回油管、泄油管要承 受背压。油箱还须配置安全阀。电接点压力表等以稳定充气压力，所以它只在特殊场 合下使用。 根据设计要求，本次设计采用的是分离式的开式上置式油箱。 2.3 液压执行元件的方案论证2.3 液压执行元件的方案论证 将液压介质的压力能转换成机械能的能量转换装置叫做液压执行元件。它依靠压 力油液驱动与其外伸杆或轴相连的工作机构运动而做功。按输出运动形式的不同，液 压执行元件有液压缸、液压马达和摆动液压马达三类。液压缸是将液体的压力能转换 成机械能的执行元件，液压缸一般用于实现直线往复运动和摆动运动等。由于它的结 构简单，工作可靠，因而在很多液压传动机构中得到广泛的应用。由于本系统中的液 压缸是用作推动钢管自动切断机床工作台，实现的是直线往复运动，所以本次设计采 用液压缸。液压缸的种类繁多。按作用方式可分为单作用和双作用液压缸。液压缸只 有一个工作油口，在压力油的作用下，活塞杆或者柱塞伸出，返回行程靠重力或弹簧 力等实现，双作用液压缸有两个工作油口，活塞的往复运动都是在压力油的作用下实 现的。 按结构形式液压缸又可分为柱塞式液压缸、 活塞式液压缸、 伸缩套筒式液压缸、 组合式液压缸等，其中组合式液压缸有串联式、增压式、多位式、齿条传动活塞液压 缸，齿条传动柱塞液压缸。 活塞式液压缸有缸体固定和活塞杆固定两种形式，本系统采用缸体固定的形式。 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 12 - 活塞式液压缸主要有缸筒、缸盖、活塞、活塞杆、密封件等零件组成。活塞 式液压缸有双活塞杆式和单活塞杆式，活塞杆有实心的也有空心的。由于机床工作台 液压系统狮子工作台的单侧进行推动作用的，所以采用单作用式的活塞杆。 单杆活塞液压缸结构简单，应用相当广泛。由于两个工作腔的活塞有效作用面积 不相同，其连接方式具有三种，分别是无杆腔进油、有杆腔进油和差动连接。由于差 动连接时，双向输出力和速度不同，单杆活塞液压缸特别适合满速重载前进和快退轻 载退回的工作机构， 如果要求在快速退回的速度与快进速度相同， 可将单杆差动连接， 也可采用回路调压、调流的方式实现运动速度的调整。 由于本系统中的液压缸需要在换向阀及其它阀类的控制下完成往复运动， 即液压 缸的伸出行程和返回行程都是在压力油的作用下完成的， 所以系统采用的液压缸是双 作用活塞式，这样才能保证工作循环中快进、工进和快退的动作的有效实现。综合考 虑，机床工作台液压系统采用的执行元件采用直线往复双作用单活塞式液压缸。 2.4 液压控制部分的方案论证2.4 液压控制部分的方案论证 液压系统中的控制元件是指各类液压控制阀，其功用是通过调节液压系统中油液的流 向、压力和流量，使执行元件及其驱动的工作机构获得所需的运动方向、推力及运动速度， 满足不同的动作要求。液压阀性能的优劣、工作是否可靠对整个液压系统能否正常工作产 生直接影响。 液压阀按用途可分为压力阀（溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀）、流量阀（节流阀、 调速阀、同步阀）、方向阀（单向阀、换向阀）；按阀的管路连接方式分为螺纹连接、板 式连接、法兰连接；按压力级别分为中低压系列、高中压系列、高压系列；按操纵方法可 以分为手动式、机动式、电动式、液压式和电液动式。 液压阀的工作原理是利用阀芯在阀体内的相对运动来改变发出口的通断面积，从而控 制压力、流量和方向。 本系统设置溢流阀和减压阀来维持系统的工作压力，保护系统的安全运行，以带有压 力和温度补偿的双串联的调速阀和电磁阀的并联回路和单向调速阀进行调速控制，从而实 现进给缸在工作过程中不同阶段对进给速度的要求。 2.4.1 方向控制阀2.4.1 方向控制阀 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 13 - 方向控制阀是用来使液压系统中的油路通断或改变油液的流动方向，从而控制液压执 行元件的启动或停止，改变其运动方向的阀类，如单向阀、换向阀等。 单向阀有普通单向阀和液控单向阀两类。普通单向阀的作用是使油液只能沿一个方向 流动，不许它反向倒流。液控单向阀具有良好的单向密封性能，常用于执行元件需要较长 时间保压、锁紧等情况，也用于防止立式液压缸停止是自动下滑及速度换接等回路中。 换向阀是利用阀芯和阀体见相对位置的不同来变换阀体上各主油路的通断关系，实现 各油路连通、切断、或改变液流方向的阀类。按照结构形式，换向阀可以分为滑阀式、转 阀式、球阀式和锥阀式。按照操作方式，换向阀可分为手动、机动、电磁控制、液动、电 液动、气动。按照工作位置和控制的通道数，换向阀可分为二位二通、二位三通、二位四 通、三位四通等。 本系统以二位四通和二位四通换向阀实现进给油缸往复运动的方向转换控制，以普通 单向阀来起到防止回路中特定部位液体反向流动的作用。用三位四通电磁阀来控制夹紧、 松动换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式，考虑到夹紧时 间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保 压。 2.4.2 流量控制阀2.4.2 流量控制阀 流量控制阀是通过改变阀口通流面积的大小或通道长短来改变局部阻力，从而实现对 流量的控制。流量控制阀包括节流阀、调速阀、旁通调速阀和分流集流阀等。 调速阀是进行了压力补偿的节流阀，它是单向阀与节流阀串联而成的复合阀。它的优 点是流量稳定性好，但是由于液流经过调速阀时，多经过一个液阻，压力损失比较大，常 用于负载变化大而对速度控制精度高不高的定量泵供油节流调速液压系统。采用两个调速 阀串联的流量控制回路的好处是调速范围大，调速过程简单，且调速阀可实现电气化启动 与停止的控制，回路还起到单向截止的作用。调速时只要依次控制单个或两个调速阀的开 启和闭合就可以控制流经回路油液的流量，进而起到对执行元件运行速度的调节和控制， 达到设计任务书中关于循环过程中快进、工进行程中对于速度的要求。 本系统中的流量控制由两个串联带有温度和压力补偿的调速阀控制。 2.4.3 压力控制阀2.4.3 压力控制阀 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 14 - 压力控制阀是用来调节和控制液压系统中油液压力的阀类。按照其功能和用途可分为 溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等，它们的共同特点是利用作用于阀芯上的液压作 用力和弹簧力相平衡的原理进行工作。 减压阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量， 使出口压力自动保持稳定的阀门。从流体力学的观点看，减压阀是一个局部阻力可以变化 的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从 而达到减压的目的。 然后依靠控制与调节系统的调节， 使阀后压力的波动与弹簧力相平衡， 使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定。 溢流阀是维持阀进口压力近于恒定，系统中多余的流体通过该阀回流的压力控制阀。 主要用途有两种：一是你过来报纸系统或回路的压力恒定；二是在系统中作安全阀。此外， 溢流阀还可作背压阀、卸荷阀、制动阀、平衡阀、限速阀等使用。 在本系统中采用溢流阀来对系统起过载保护作用，在夹紧油路中采用减压阀来得到恒 定压力。 2.5 电气控制部分的方案论证2.5 电气控制部分的方案论证 电气控制装置是实现液压工作控制的重要部分，是液压系统设计中不可缺少的重要环 节。 本系统采用 plc 控制，控制电路得到很大的简化。控制电路设计主要依据系统工作循 环各节拍或不同工作状态下的电磁铁动作顺序。液压系统的电气控制回路的控制回路包括 电动机驱动回路，主液压控制回路和辅助液压回路的控制电路。电机在系统中的工作时间 很长，不经常启动，可设置简单的启动停止开关控制，主液控回路的控制则主要由 plc 完 成。 电器控制柜的内部用来安放各类继电器、接触器或 plc 等电气元件和外露各种控制按 钮及信号指示灯及其标牌。电器控制柜不仅造型美观，而且外露按钮及信号灯排列整齐， 方便操作与维护。 2.5.1 继电器控制2.5.1 继电器控制 压力继电器是利用液体的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。通常由压力 位移转换部分和微动开关两部分组成，当系统压力达到压力继电器的调定值时，发 出电信号，使电气元件（如电磁铁、电机、时间继电器、电磁离合器等）动作，使油 武汉工程大学本科毕业设计（论文） - 15 - 路卸压、换向，执行元件实现顺