液压系统课程设计

1、液压传动系统课程设计指导老师：设计者：班级：机电 08 级学号：同组人：目录一 设计目标及参数1. 设计目标2. 设计要求及参数二 液压系统方案设计1、确定液压泵类型及调速方式2、选用执行元件3、快速运动回路和速度换接回路4、换向回路的设计5、组成液压系统绘原理图三 主要参数的选择设定1. 定位液压缸主要参数的确定2. 夹紧缸的主要参数设计3主控缸主要参数确定4. 液压泵的参数计算5. 电动机的选择四 液压元件和装置的选择1. 液压阀及过滤器的选择2. 油管的选择3. 油箱容积的确定五 验算液压系统的性能。1. 沿程压力损失计算2. 局部压力损失pr六 液压系统发热和温升验算七 电气控制系统设

2、计1.PLC 控制编程图八 实验报告1 实验目的2 试验设备3 试验原理4 实验步骤5 实验数据及处理九 分析思考题十 设计总结十一 参考文献一 设计目标及参数设计一专用双行程铣床。工件安装在工作台上，工作台往复运动由液压系统实现。双 向铣削。工件的定位和夹紧由液压实现，铣刀的进给由机械步进装置完成，每一个行程进 刀一次。机床的工作循环为：手工上料按电钮工件自动定位，夹紧工作台往复运动铣削工件若干次拧紧铣削夹具松开手工卸料（泵卸载）定位缸的负载 200N ，行程 100mm ，动作时间 1s ；夹紧缸的负载 2000N ，行程 15mm ，动作时间 1s ； 工作台往复运动行程（ 100-27

3、0 ） mm 。方案：单定量泵进油路节流高速，回油有背压，工作台双向运动速度相等，但要求前 四次速度为 01，然后自动切换为速度 02 ，再往复运动四次。设计参数：前四次速度为 01， 切削负载（ N ）为 15000N ，工作台（液压缸）复 复运动速度 （m/min） 为：0.88 。后四次速度为 02 ，切削负载（ N ）为 7500N, 工作台（液 压缸）往复运动速度 （m/min） 为 0.44 ，结构设计为：往复运动液压缸设计二 液压系统方案设计1、确定液压泵类型及调速方式参考一般机床液压系统，选用双作用叶片泵单泵供油。由于要求工作台的往返速度可 分别调节，往返行程都用带单向阀的调速

4、阀进行控制。采用开式回路，溢流阀左定压阀。 为防止工作台突然失去负载时向前冲，主控缸回油路上设置背压阀，初定背压值 Pb=0.8MPa。2、选用执行元件均采用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，主控缸无杆腔面积 A1 等于有杆腔有效面 积 A2 的两倍，以保证快进快退速度相等。3、快速运动回路和速度换接回路快进时采用差动连接，采用两个二位二通电磁阀控制快进与工进的转换。与采用行程 阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大 小也容易调整；采用液控顺序阀和单向阀来切断差动回路。4、换向回路的设计本系统对换向平稳性没有严格要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。定位夹紧

5、回路采用 O型机能的三位四通电磁换向阀，对主控回路为便于实现差动连接选用M型机能的三位五通换向阀。为提高换向精度，采用死挡铁和压力继电器的行程终点返程控制。5、组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改和补充，即组成如图 所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的出口处、背压阀、定位夹紧回路的 减压阀出口处、主控缸的进油口处设置测试点，并设置多点压力表开关，这样只需一个压 力表即能观测各点压力。液压系统中各电磁铁的动作顺序如表：1Y2Y3Y4Y5Y6Y定位夹紧+-逆铣+-+-+顺铣+-+夹具松开-+-原位停止-表图 1 （系统原理图）三 主要参数的选择设定

6、（一） 定位液压缸主要参数的确定取效率为 0.93 ，则 F=200/0.93=215N, 查表 9-1 （液压传动与气压传动，华中科技 大学出版社）取其工作压力为 P1=0.5MPa 。取 d1=D1/2=11.7 mm根据 GB/T2348-1993圆整为标准值： D1=25 mm ，d1=12 mm2 2 2 2 2故 A1= D1 /4=490.6 mm ， A2= （D1 -d1 ）/4=377.6 mmV=100 mm/s=0.1 m/s（ 二 ） 夹紧缸的主要参数设计最大负载压力： F=2000/0.93=2150 N, 查表 9-1 （液压传动与气压传动，华中科技大学出版社），

7、选取 P1=0.8MPa2则 A 1=F/P1=2150/0.8=2687.5 mmD1= 4A1/ =58.51 mm 取 d1=D1/2=29.26 mm根据 GB/T2348-1993 圆整为标准值：D1=60 mm, d 1=32 mm2 2 2 2 2所以 A1= D1 /4=2826mm A 2= （D1 -d1 ）/4=2022.2 mmV=15 mm/s=0.015 m/s;Q=V A1=30.3 mL/s;5P=F/A1=7.6 10 Pa三）主控缸主要参数确定1、初选液压缸工作压力负载压力 F=15000/0.93=16129N，查表 9-1 （液压传动与气压传动，华中科技

8、大学 出版社），选取 P1=3MP。a2 、确定液压缸的主要尺寸为使快进快退时速度相等，取无杆腔的有效面积 A1为有杆腔有效面积 A2 的两倍， 即 A1=2A 2。回油路装有背压阀，按表 8-1 （液压与气压传动（机械工业出版社） ） 初选背压 Pb= 0.8MP。工进阶段负载 F=11579N,按此计算 A1 则液压缸直径 D 4A14 62cm 8.89cm由 A1 2A2 可知活塞杆直径根据 GB/T2348-1993 圆整为标准值： 按标准直径算出： 按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量 qmin 0.05L /min ，因最小工进速度 v 0.4m/ min

9、 ，则由式 A qmin 得： 所以 A1 6358.5mm2 125mm2 ，满足最低速度要求。3 、计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率考虑到负载和流量均较小，只计算逆铣、顺铣两个阶段的压力、流量、功率。由于不 计惯性力和摩擦力，工进背压按 Pb=0.8MPa代入，快退时背压按 Pb=0.5MPa代入。计算公 式和计算结果列于表中。表 液压缸所需的实际流量、压力和功率工作循环计算公式负载 F进油压力 pj回油压力 pb所需流量输入功率 PNPaPaL/minkW前逆四铣次顺铣15000后逆四铣次顺铣75005注： 1、差动连接时，液压缸回油口与进油口之间的压力损失p 5 10 pa

10、，而 pbpj p2、快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 pj ，无杆腔回油，压力为 pb 。、液压泵的参数计算 由表可知顺铣阶段液压缸工作压力最大，对复杂系统取总压力损失（含油路沿程和 局部损失） p 5 105 pa ，由式 pp p1p算出液压泵最大工作压力app p1p 69.4 105 5 105 pa 74.4 105 pa =8MPa由表可知当工作台前进速度 V1 达到最大值 6m/min 时，液压缸有最大工作流量qmax 47.1L / min ，取油泵泄漏系数 K=1.1 。在最大工作流量溢流时（定量系统）要求溢流量占系统供油总量的 15% ，取溢流量为 0.15 qmax =

11、7.07L/min, 所以液压泵的最大工作根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用 YB-B48C - F 型叶片油泵，额定压 力为 10.3MPa ，额定流量为 72.5L/min ，输入功率为 15.14Kw 。、电动机的选择由表逆铣阶段当 V2 达到最大值 6m/min 时液压缸输入功率最大。泵的出口压力油 经单向阀 14 ，三位五通阀 9，调速阀 11 进入有杆腔。如去进油路上的压力损失p1 0.8Mpa，压力继电器可靠动作需要压力差 p2 0.5Mpa ，则顺铣阶段泵的出口压力 取泵的容积效率为 0.9 ，则泵的实际总流量 qp 72.5 0.9 65.25L / min 取叶片泵

12、的总效率为 p 0.75 ，则液压泵驱动电机所需的功率 据此查机械设计课程设计选用 Y160L-6 三相异步电机，电机额定转 970r/min ，额定功率为 11KW 。四 液压元件和装置的选择、液压阀及过滤器的选择 根据系统的最大工作压力和通过阀的实际最大流量，由产品样本确定阀的规格和流量， 被选定阀的额定压力和额定流量应大于系统的最大工作压力和阀的实际流量，必要时通过 阀的实际流量可略大于该阀的额定流量，但不许超过 20%，以免压力损失过大引起噪声和 发热；选择流量阀时还应考虑最小稳定流量是否满足工作部件的最低运动速度要求。所有元件的规格型号列于表中。表 液压元件明细表序号元件名称最大通过

13、流量 / 额定流型号量 L/min1单级叶片泵72.5YB-B48C - F2溢流阀7.07 /40YF-L10C3背压阀47.1/63B-63B4液控顺序阀47.1/50XF-L20F5三位四通电磁阀 M2.95/734DM-B6C-T6减压阀2.95/10J-10B7单向顺序阀1.82/10X-B10B8单向顺序阀2.26/10X-B10B9三位四通电磁阀 O47.1/6334D-63B10二位二通电磁阀30.77/6322D-63BH11调速阀47.1/63QI-63B12调速阀16/25QI-25B13二位二通电磁阀32.03/6322D-63BH14单向阀47.1/63I-63B15

14、单向阀2.95/10I-10B16单向阀32.03/40I-4017压力继电器-PF-B8G18压力继电器-PF-B8G油管的选择油管的内径取决于管路的种类及管内的流速。油管内径 d(mm)由下式确定：-4 3Vo取3 m/s, 由前面计算可知 Q=72.5 l/min =12.1 10- m /s计算可得 d=22.7 mm，根据液压系统管路公称通径系列参数圆整为 d=25mm。因此选择通径 d 为 25mm，外径 D 为 34mm的 15 号冷拔无缝钢管。油管的壁厚的计算公式如下：为钢管的许用拉伸应力， = b/ n， b为钢管的抗拉强度，与钢号有关，对于15号钢 b=375MPa，n 取

15、 8，则：于是，Pd23.03 252 46.8751.01mmD d 2 27.02mm ，所以钢管适用。(三)油箱容积的确定该液压系统为中压系统，因此：五 验算液压系统的性能(一)沿程压力损失选 用 N32 液 压 油 ， 15 C 时 ， v 1 . c5 2m /, s 通 过 最 大 流 量 Qmax= 58.88 L / min 9.8 10 4m3 / s，判断油流的流动状态：Re 4q/( vd) 1.273q /(vd ) 1.273 9.8 10 4 /(1.5 10 4 25 10 3) 332.7 2300 油流为层 流。由于快进时压力损失较大，下面仅计算此时的管路压力

16、损失：沿程压力损失p f ：在进油路上，选取进油管长 1.5m。沿程压力损失计算式：为沿程压力损失系数， L 为管道长度， d 为管道直径 为液流密度， v 为液流平均速度。可按液流为水流估算，则64Re，1.0 103kg/ m3，4Qd2所以，pf0.023MPaL v264 L (4Q)2d 2 2Red( d2 )2二)局部压力损失pr系统采用集成块式的液压装置，仅考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。下表为快进时油路通过各种阀的流量和压力损失：编号名称实际通过流量Q(l/min )公称流量 Q(l/min )公称压力损失 pn (105 pa)14单向阀47.16329三位四通电磁阀

17、47.163410二位二通电磁阀30.7763413二位二通电磁阀32.0363416单向阀32.03402各阀局部压力损失之和：取油流通过集成块时的压力损失为：p1 0.3 105 pa则总的进油压力损失：由以上计算知， 实际压力损失接近于前面所假设的压力损失 0.5MPa，说明此系统参数 基本合理，满足要求。六 液压系统发热和温升验算系统工作时，工进在整个工作循环中所占时间比例达96%以上，热量主要来源于此阶段，而工进过程中逆铣的功率最高，故按逆铣工况验算。工作时泵的最大输入功率：工作时液压缸平均输出功率：发热功率：Nh P No 6.5 1.33 5.17kw=5170w已 知 油 箱

18、容 积 V 363 10 3m3 ， 则 邮 箱 近 似 散 热 面 积2/3 2/3 2A 0.065 V 2/3 0.065 508.22/3 4.2m2假定通风良好，取油箱散热系数 CT 15 10 3kW /(m2 o C) ，则油箱温升为设环境温度为 25 oC ，则热平衡温度为 T=25 oC+82 oC =107 oC T 80 oC 所以需要采取其它措施改善系统的散热，例如增加散热片或者冷凝管。七 电气控制系统设计采用 PLC控制，电磁铁动作， PLC接线图如下所示：PLC 接线图 只需按动图中所示按钮就可以得到相应的动作，故在此无需列表说明各电磁继电器的 动作。PLC 梯形图

19、如下所示：八 实验报告一实验目的1认识各种液压元件，了解其工作原理与作用2. 了解液压拆装实验台，并学会用其组成和连接特定液压回路。 3通过实验验证“专用双行程铣床液压系统”方案正确性，并测试性能。 二实验设备液压拆装实验台；油液压油源；各种液压元件；软管；计算机；测试控制系统。 三实验步骤1按照系统工作原理图安装油管和电线； 2打开计算机，进入实验台控制程序，输入电气系统顺序表； 3调整形成开关，负载弹簧等，并拧紧螺丝； 4打开油泵，形成开关，电磁铁的电源，调整溢流阀的压力至系统要求； 5在计算机上控制各个电磁阀的开启和关闭，并设定好各个动作所需要的时间，看 是否按照下表所示要求运动。1Y2

20、Y3Y4Y5Y6Y定位夹紧+-逆铣+-+-+顺铣+-+夹具松开-+-原位停止-6经过调试，使系统按照要求进行动作。实验结束后，将系统还原，并将器件摆放 好，清理实验现场。九 分析思考题1若工作台要求往复运动速度相等，有哪些方案可供选择实验装置，如何实现？ 答：可以通过调节节流阀来实现往复运动速度相等，也可以用差动缸，双活塞油缸来 实现。2如何定义液压系统的回路效率？试分析在不同载荷下的回路效率。 答：液压系统的回路效率为液压缸的输出功率和液压泵的输入功率比值。在输入功率 一定时，输出功率越大，则系统的回路效率越高。3在工作台不工作时如何实现系统的卸载？ 答：可在系统图左边的溢流阀的先导弹簧上接一个二位二通电磁阀，卸载时让电磁铁 通电即可实现压力卸载。4系统中溢流阀有什么作用，如何确定它的调定压力？若偏移此调定压力，会出现 什么后果？答：系统图左边的溢流阀起安全卸载作用，右边的溢流阀起背压作用。左边的溢流阀 在系统中以最大压力为下限，以系统安全压力为上限，以保证系统在最