专用机床液压系统课程设计.doc

攀枝花学院课程设计 攀枝花学院学生课程设计说明书题 目： 液压传动课程设计 专用机床液压系统 学生姓名：李伟 学 号：200710601047 所在院(系)： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2007级机制一班 指 导 教 师： 谭兴强 职称： 教授 二一年六月二十日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目夹紧进给液压系统设计1、课程设计的目的1. 让学生学会运用液压知道解决一些简单的液压设计2. 学会理解并能熟练运用液压知识2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）在某专用机床上有一夹紧进给液压系统，完成工件的先夹紧、后进给任务，工作原理如下：夹紧油缸：快进 慢进 达到夹紧力后启动进给油缸工作进给油缸：快进 慢进 到达进给终点 快速退回夹紧油缸快速退回。工况参数：夹紧缸快进速度： 0.045m/s；夹紧缸慢进速度：4 mm/s；最大夹紧力： 60KN；进给油缸快进速度： 0.14m/s；进给油缸慢进速度： 0.014m/s；最大切削力： 140KN；要求：1、升降速度可调，升降平稳、同步 2、设计计算液压系统 3、画出原理图: 选择液压元件 4、画出集成块图3、主要参考文献1 王积伟章宏甲黄谊液压传动第2版机械工业出版社 2 张利平液压传动与控制西北工业出版社3 马玉贵马治武新编液压使用与维修技术大全中国建材工业出版社4 成大先机械设计手册化学工程出版社4、课程设计工作进度计划内容学时明确主机对液压系统的要求，进行工作过程分析2初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制14确定液压系统的方案，拟定液压系统图4确定液压系统零件的类型，并选择相应的液压元件，确定辅助装置4液压系统的性能运算4集成块的结构设计和制图及编制技术文件12合计1周指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。设计参数在某专用机床上有一夹紧进给液压系统，完成工件的先夹紧、后进给任务，工作原理如下：夹紧油缸：快进 慢进 达到夹紧力后启动进给油缸工作进给油缸：快进 慢进 到达进给终点 快速退回夹紧油缸快速退回。夹紧缸快进速度： 0.045m/s。夹紧缸慢进速度： 4mm/s。最大夹紧力： 60KN；进给油缸快进速度： 0.14m/s。进给油缸慢进速度： 0.014m/s。最大切削力： 140KN；夹紧缸行程：用行程开关调节（最大250mm）。进给缸行程：用行程开关调节（最大1000mm）。注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日 攀枝花学院课程设计 ABSTRACT摘 要 现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。因此，液压传动课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。为了学好这样一门重要课程，除了在教学中系统讲授以外，还应设置课程设计教学环节，使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能和方法。液压传动课程设计的目的主要有以下几点： 1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实际只是，进行液压传动设计实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。 2、在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。 3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。关键词 现代机械，液压传动系统，液压传动课程设计。ABSTRACTModern machinery is generally more mechanical, electrical, hydraulic three closely linked, combined with a complex. Hydraulic and mechanical drive, electrical drive listed as the three traditional forms, the design of hydraulic system design in modern machinery occupies an important position. Therefore, the hydraulic transmission program is the professional engineering machinery set up an all important course. It is a theory course, also closely linked to actual production. To learn that an important course, in addition to teaching in teaching the system outside the teaching process should be to set curriculum to enable students to integrate theory with practice, master the hydraulic system design skills and methods. Hydraulic transmission program is designed to mainly the following: 1, integrated use of hydraulic transmission programs and other pre-production of curriculum theory and practice is to conduct hydraulic design practice, is the theoretical knowledge and practical production secrets combine to make this knowledge be further consolidated and deepened to improve and expand .2, in the design of learning and master the common hydraulic components, in particular the selection of components of various Biaozhun principles and loop combination method Pei Yang design skills, improve student Fenxi and graft Shengchan practical problems, for the future design lay a sound basis.3, by design, students should be in the computing, graphics, and familiar with the use of design information (including design manuals, product samples, standards and specifications) as well as estimates for the practical training.Keywords：modern machinery, hydraulic system, hydraulic drive course designI 攀枝花学院课程设计 1 设计内容及要求目录1 设计内容及要求22 负载与运动分析32.1受力分析32-2负载图的绘制42-3速度图的绘制43 确定液压系统主要参数631初选液压缸工作压力632计算液压缸主要尺寸64 拟定液压系统原理图941选择基本回路9411 选择调速回路9412选择油源形式9413选择快速运动和换向回路10414选择速度换接回路10415选择进油调压回路1142组成液压系统115. 计算和选择液压件1451确定液压泵的规格14511计算液压泵的最大工作压力14512 计算液压泵的流量1452 确定电动机功率1553 确定其它元件及辅件15531 确定阀类元件及辅件15532确定油管15533确定油箱166 验算液压系统性能2161验算系统压力损失21611夹紧缸系统的验算21612 进给缸系统的验算2362验算系统发热与温升247参 考 文 献26致 谢273 攀枝花学院课程设计 1 设计内容及要求 攀枝花学院课程设计 2 负载与运动分析1 设计内容及要求题目：在某专用机床上有一夹紧进给液压系统，完成工件的先夹紧后、后进给任务，工作原理如下：夹紧油缸：快进 慢进 达到夹紧力后启动进给油缸工作进给油缸：快进 慢进 达到进给终点 快速退回夹紧油缸快速退回。夹紧缸快进速度：0.045m/s夹紧缸慢进速度：4mm/s最大夹紧力：60KN 进给油缸快进速度：0.14m/s进给油缸慢进速度：0.014m/s最大切削力：140KN进给工作部件总质量：m=400Kg 夹紧缸行程：用行程开关调节（最大250mm）进给缸行程：用行程开关调节（最大1000mm） 2 负载与运动分析2.1受力分析已知最大夹紧力为60KN，则夹紧油缸工作负载，液压缸的机械效率取则推力，由于夹紧工作工作部件总质量很小，可以忽略。则惯性负载阻力负载。夹紧缸快进、快退速度：= =0.045m/s，夹紧缸慢进速度：=4mm/s。夹紧缸行程：用行程开关调节最大250mm已知最大切削力为140KN，则进给油缸工作负载。进给工作部件总质量：，取静摩擦因数为，动摩擦因数为；取往复运动的加速、减速时间0.2s。由式 式（21）中 工作部件总质量快进或快退速度运动的加速、减速时间求得惯性负载 阻力负载 静摩擦阻力 动摩擦阻力 液压缸的机械效率取则推力进给油缸快进、快退速度：=0.14m/s，进给油缸慢进速度：=0.014m/s，进给缸行程：用行程开关调节最大1000mm。得出液压缸在各工作阶段的负载表21和表22。3 攀枝花学院课程设计 2 负载与运动分析2-2负载图的绘制表21 夹紧缸各工作阶段的负载F(N)工况负载组合负载值工况负载组合负载值启动0工进60000加速0快退0快进0表22 进给缸各工作阶段的负载F(N)工况负载组合负载值工况负载组合负载值启动784工进155991加速692快退392快进3922-3速度图的绘制根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载图F-l和速度图-l，如图1所示，如图2-1，图2-2所示。4 F-1 夹紧缸负载图 F- 1 进给缸负载图 图 2-1-1夹紧缸速度图 -1进给缸速度图图22 攀枝花学院课程设计 3 确定液压系统主要参数53 确定液压系统主要参数3.1初选液压缸工作压力根据系统中夹紧油缸工作最大负载为，在工进时负载最大，在其它工况负载很小参考表1和表2，初选液压缸的工作压力p1=4MPa。进给油缸工作最大负载为，在工进时负载最大，在其它工况负载较小，参考表1和表2，初选液压缸的工作压力p1=8MPa。3.2计算液压缸主要尺寸机床没要求快退速度这里选取液压缸快进和快退速度相等，液压缸可选用单活塞杆式即液压缸有（A1=2A2）。工进时为防止冲击现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表4选用有杆腔回油路直接油缸，背压可忽略不计，选此背压为p2=0MPa。无杆腔回油路带调速阀的系统，这时参考表可选取背压为p2=0.5MPa。 由式 式（3-1） 在式（3-1）中 、分别为缸的工作压力、回油路背压、分别为缸的无杆腔工作面积、有杆腔工作面积缸的工作负载液压缸的机械效率，取再根据，得 ，求得计算得夹紧油缸无杆腔工作面积6进给油缸无杆腔工作面积由 得，夹紧油缸活塞直径，进给油缸活塞直径 由 得，参考，液压缸的公称压力系列（GB1938-87 )MPa 10 16 20 25 40 液压缸内径系列（GB2348-80）mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 450 活塞杆直径系列（GB2348-80）mm 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 280 320 360 活塞杆行程系列（GB2348-80）mm 25 50 80 100 125 160 200 320 400 500 圆整后取标准数值，得夹紧缸，进给缸，。 由，求得液压缸两腔的实际有效面积为夹紧缸两腔的实际有效面积为，进给缸两腔的实际有效面积为，经检验，参考表3-1活塞杆强度和稳定性均符合要求。表3-1按工作压力选取d/D工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表3-2和表3-3所列，系统主要为进给缸供油，由此绘制进给缸工况图如图3-1所示。7表32夹紧缸在各阶段的压力、流量和功率值夹紧缸工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力7p1/MPa输入流量q10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进00.427夹紧66666.6704.3290.615快退0.50.369表33进给缸在各阶段的压力、流量和功率值进给缸工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动871.1100.071加速870.000.0709恒速435.550.03551.7170.0609工进17332306.810.3562.424快退启动871.110.50.0664加速870.000.0664恒速435.550.0331.8430.06088注： 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。831 进给缸工况图 攀枝花学院课程设计 4 拟定液压系统原理图94 拟定液压系统原理图4.1选择基本回路4.1.1 选择调速回路油图31可知，这台机床液压系统功率与运动速度，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。4.1.2选择油源形式从工况图可以清楚看出，在工作中两个液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。夹紧系统中最大流量与最小流量之比，而在进给系统中最大流量与最小流量之比。在工作前可根据加工需要夹紧和进给最大行程可以随时调节。根据该机床工作原理，则系统两个油缸可公用一个泵，为此可选用限压式变量泵或叶片泵作为油源。且两者都能实现系统功能，从要求压力较高、系统效率、经济适用的角度来看，最后确定选用双作用叶片泵方案。4.1.3选择快速运动和换向回路考虑系统流量较大，系统中选用电磁换向阀换向回路，控制进油方向选用三10位四通电液换向阀，控制液压缸选用三位四通电液换向阀，如图41所示。图41 快速运动和换向回路4.1.4选择速度换接回路系统由快进转为工进时，为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路。为了给进给缸快退发出信号，由于最大行程可以随时调节，则需要设置一个行程开关。为了便于进给缸动作完成后系统能自动为夹紧缸发出快退信息，在进给缸旁设置一个压力继电器。如图42所示。11图42 速度换接回路4.1.5选择进油调压回路11在双缸利用一个双作用叶片泵供油，根据本机床工作原理和工作参数可知两个油缸不是同时进行工作且两个油缸所需要的供油压力不同。需要设置简单的调压，即在进给系统和夹紧系统中各设置一个溢流阀调节压力。如图43所示。图43进油调压回路4.2组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如下图所示。在图中，为了避免机床夹紧工作停止后，夹12紧油缸回路中无法保持夹紧力，图中在夹紧缸旁添置了蓄能器。 图44 系统图 13表4-1系统的动作循环表运动名称信号来源电磁铁工作状态液压元件工作状态1YA2YA3YA4YA5YA阀2阀3a阀3b阀4阀7夹紧缸快进起动按钮-+-左位中位左位右位右位夹紧过程压下行程开关10a-+-左位进给缸快进压力继电器15a +-右位左位中位进给缸工进压下行程开关10b+-+左位进给缸快退压下行程开关10c-+-右位右位夹紧缸快退压力继电器15b-+-左位中位右位右位14 攀枝花学院课程设计 5 计算和选择液压元件5. 计算和选择液压件5.1确定液压泵的规格5.1.1计算液压泵的最大工作压力由表31和表32可知，进给缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=6.81MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失p=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa， 由式 式（5-1）在式（5-1）中 最高工作压力 最大工作压力总压力损失动作要求压差则泵的最高工作压力估算为5.1.2 计算液压泵的流量由表32和表33可知，油源向进给缸输入的最大流量为1.84310-3 m3/s ，若取回路泄漏系数K=1.1 。由式 式（5-2）15式（5-2）中 缸最大的流量，回路泄漏系数 ，输入的最大流量。则泵提供油缸最大的流量为考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，则泵的总流量根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取型叶片泵，排量为。若取液压泵的容积效率为，则当泵的转速时，液压泵的实际输出流量为 。5.2 确定电动机功率由表31和表32可知，进给油缸工进时输入功率最大，这时液压泵最大工作压力为6.81MPa，若取液压泵总效率p=0.8，由式 式（5-3）式（5-3）中电动机功率， 工作压力，工作流量 ，液压泵总效率。这时液压泵的驱动电动机功率为： 根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y225M6型电动机，其额定功率为30KW，额定转速为980r/min。5.3 确定其它元件及辅件5.3.1 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16本，选出的阀类元件和辅件规格如表51所列。5.3.2确定油管各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，由于液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表52所列。由表52可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据表表52数值，系统中当油液在压力管中流速取由式计算得各液压缸系统中相连的油管内径分别为夹紧缸进油口：夹紧缸出油口：进给缸进油口：进给缸出油口：由于两根管道内径差别大，则不统一选取。查阅产品样本，选出夹紧缸系统中选用外径、厚度1.6mm的钢管，进给缸系统中选用外径、厚度3mm的无缝钢管。5.3.3确定油箱根据机床工作原理夹紧缸和进给缸不会同时工作，由于进给缸工作流量最大，则计算进给缸的油量。油箱的容量按式估算，其中为经验系数，低压系统，=24；中压系统，=57；高压系统，=612。现取，由式 式（5-4）式（5-4）中 油箱的容量 经验系数最大工作流量现取，得17按规定，取标准值。表51液压元件规格及型号序号元件名称估计通过的最大流量q/L/min规格型号额定流量qn/L/min额定压力Pn/MPa额定压降Pn/MPa1双作用叶片泵134.95142三位四通电液换向阀120160250.5 3三位四通电液换向阀250300250.54三位四通电液换向阀451605行程阀200.0750160.56调速阀67单向阀100.28二位二通电磁换向阀12010000/600.2120.59调速阀20501610单向阀60125250.3511行程开关13滤油器120160320.3514单向阀120125250.3515压力继电器1016液控单向阀1040250.3518表52各工况实际运动速度、时间和流量参 数快进工进快退夹紧缸输入流量排除流量运动速度运动速度进给缸输入流量排除流量运动速度1920 攀枝花学院课程设计 6 验算液压系统性能6 验算液压系统性能6.1验算系统压力损失由于系统管路布置尚未确定，整个系统的压力损失无法全面估算，所以只能估算阀类元件压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路压力损失可以不考虑。压力损失的验算应按一个工作中不同阶段分别进行。6.1.1夹紧缸系统的验算（1）快进快进时，液压缸通过电液换向阀连接。在进油路上，油液通过单向阀14、通过电液换向阀2、再通过电液换向阀3b、通过行程阀4的流量都为，然后进入液压缸无杆腔。由式 式（6-1）式（6-1）中总压力总损失，元件压力损失，实际通过流量，额定通过最大流量。在进油路上，由式（6-1）得压力总损失为此值不大，不会影响提供液压缸所需压力。在回油路上，无杆腔中油液通过电液换向阀3b流量为，流入回油箱。在回油路上，由式（6-1）得压力损失为此值不大，不会影响提供液压缸系统。212）夹紧夹紧过程，在进油路上，油液通过单向阀14、通过电液换向阀2、再通过电液换向阀3b的流量都为、调速阀5进入液压缸无杆腔，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa,这时在回油路上，油液通过电液换向阀3b返回油箱。若忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失，则在进油路上总的压力损失为在回油路上由式（6-1）得总的压力损失，该值微略大于液压缸的回油腔压力p2=0MPa ，可见此值与初算时选取的背压值基本相符。按表32的公式重新计算液压缸的工作压力为此值与表21数值很接近。考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，为保证夹紧力，故将蓄能器保压大小略高于液压缸所需压力取略高0.1MPa。故由式（5-1）溢流阀11的调压应为此值是调整溢流阀11的调整压力的主要参考数据。3）快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀14、电液换向阀2、电液换向阀3b的流量都为，然后进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液通过单向阀6、液控单向阀16和电液换向阀3b流量都为，返回油箱。在进油路上由式（6-1）得总的压力损失为此值较小，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。22在回油路上总的压力损失为该值小于表31液压缸的回油腔压力p2=0.5MPa，但由于机床夹紧缸系统中冲击很小，再参考表52中的速度数据则不会影响系统安全。6.1.2 进给缸系统的验算（1）快进快进时，液压缸通过电液换向阀连接。在进油路上，油液通过单向阀14、通过电液换向阀2、再通过电液换向阀3a、通过二位二通电磁换向阀7的流量都为，然后进入液压缸无杆腔。在进油路上，压力总损失为此值不大，再参考表52中的速度数据，不会太影响提供液压缸所需压力和速度。在回油路上，无腔杆中油液通过通过单向阀3a流量为，流入回油箱。在回油路上，压力损失为：，此值不大，再参考表42中的速度数据，不会太影响提供液压缸所需压力和速度。2）工进夹紧过程，在进油路上，油液通过单向阀14、通过电液换向阀2、再通过液换向阀3a的流量都为是、调速阀8进入