ZM液压课程设计卧式半自动组合机床液压系统及其有关装置设计

1、目录1 工况分析12 拟订液压系统原理图32.1确定供油方式32.2调速方式的选择32.3速度换接方式的选择32.4夹紧回路的选择32.5工件定位32.6系统工作原理42.7 电磁铁动作顺序表53 液压系统的计算和选择液压元件63.1液压缸主要尺寸的确定63.2确定液压缸的流量、压力和选择泵的规格73.3液压阀及其他元件的选择93.4确定管道尺寸103.5 液压油箱容积的确定114 液压系统的验算124.1压力损失的验算124.2系统温升的验算145 液压集成块结构与设计155.1液压集成回路设计155.2液压集成块及其设计166 设计总结187 参考文献19卧式半自动组合机床液压系统及其有关

2、装置设计现设计一台铣销专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台共进-工作台快退-工件松开。运动部件的重力为3000n，快进、快退速度为5m/min，工进速度30-600mm/min，最大行程为250mm，其中工进行程为50mm，最大切削力为25000n，采用平面导轨，夹紧的行程为25mm，夹紧力为8000n，夹紧时间为1s，其他参数：fs=0.16，fd=0.1，加减速时间为t0.051 工况分析首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1-1所示。然后计算个阶段的外负载并绘制图。液压缸所受外负载f包括三种类型，即f=ft+ff+fa （1-1）试中 ft-工

3、作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削里， 为25000nfa-运动部件速度变化时的惯性负载；ff-导轨摩擦阻力负载，启动时为精制阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨ff可由下试求得ff=f（g+frn）;g-运动部件重力；frn-垂直与导轨的工作负载，为0f-导轨摩擦系数，静摩擦系数fs为0.16，动摩擦系数fd为0.1。则求得静摩擦阻力 ffs=0.163000=770 n动摩擦阻力 ffd=0.13000=340 nfa=gv1/（gt）=30006/（9.8*0.16*60）=400.9 n试中 g-重里加速度；t-加速或者减速时间，一般为0.01-0.5s； v1-在

4、t时间内的速度变化量。根据上述计算结果，列出个工作阶段所受的外负载（见表1-1）表1 工作循环各阶段的外负载工作循环外 负 载 f（n）工 作 循 环外 负 载 f（n）启动、加速f=ffs+fa987.9工进f=ffd+ft20340快 进f=ffd340快退f=ffd3402 拟订液压系统原理图2.1确定供油方式 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。2.2调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用

5、机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受切削力的能力。2.3速度换接方式的选择本系统用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。2.4夹紧回路的选择用三位四通电磁阀来控制夹紧、松开换先动作时，为了避免工作时突然失电松开，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，所以接入节流阀调节和单向阀保压。在该

6、回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成图3所示的液压系统原理图。图3 液压系统原理图2.6系统工作原理第一步，手动控制5ya得电，定位缸左腔进油，定位缸工作，进行定位。第二步，定位完成后压力继电器14发出信号使4ya得电，夹紧缸下腔进油，夹紧缸工作，工件夹紧。夹紧力由单向节流阀12调定。第三步，夹紧工件后压力继电器11发出信号使1ya和6ya得电，17缸差动连接，动力头（工作台）快进。第四步，工作台碰到行程开关1sq，使6ya失电，17缸左腔进油，工作台慢速工进。速度由单向调速阀6调定。第五步，工作台碰到行程开关3sq，使2ya得

7、电，1ya失电，17缸右腔进油，工作台快退。第六步，工作台回程碰到行程开关2sq，使2ya失电，进给停止。第七步，工作台回程碰到行程开关2sq，发出信号同时使5ya失电，7ya得电，在弹簧的作用下定位缸退回，工件拔销。第八步，工件拔销后压力继电器14发出信号使4ya失电，7ya失电，3ya得电，夹紧缸上腔进油，夹紧缸退回，松开工件。第九步，夹紧缸退回后，压力继电器11发出信号，使3ya失电，系统停止。单向阀9用于对夹紧缸进行保压。减压阀7用于调定和稳定夹紧缸的压力。3 液压系统的计算和选择液压元件3.1液压缸主要尺寸的确定1）工作压力p的确定。工作压力p可以根据负载大小以及机器的类型来初步确定

8、，要参阅表2-1去液压缸的工作压力为4mp。2）计算液压缸内径圆d和活塞直径d。由负载图知道最大负载f为30340n，按表2-2（参考文献【1】）可取p2为0.5mpa，cm为0.95，考虑到快进、快退速度相等，取d/d=0.7。将上述数据代入试（2-3）可得=96mm根据表2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径d=100mm，杆直径d，按d/d=0.7以及表2-5（参考文献【1】）活塞杆直径系列取d=70mm。按工作要求夹紧力由两个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应该底于进给夹紧缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为 2.5mpa，回油背压为零，为0.95，则按试（2-3）（参

9、考文献【1】）可得d=m=0.040m按表（2-4）（参考文献【1】）以及表（2-5）（参考文献【1】）液压缸和活塞的尺系列，取夹液压缸的d和d分别为40mm以及28mm。按最底工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由试（2-4）（参考文献【1】）可得a=0.05/3=16.7试中是由产品本查得ce系列调速阀aqf3-e10b的最小稳定流量为0.05l/min。本例中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流有效工作面积应该选取液压缸有杆腔的实际面积，即a=40可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速度。30计算在各工作阶段液压缸所需的流量3.2确定液压缸的流量、压力和选择泵的规格1）泵的工作压力的确

10、定。考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为pp=试中 pp泵的最大工作；-执行元件最大工作压力；-进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5mpa，复杂系统取0.51.5mpa，本例中取0.5mpapp=+=（4+0.5）mpa=4.5mpa上述计算所的的pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的进度阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力pn应该满足pn(1.25-1.6) pp。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本例pn=1.25pp=5.625mpa。2）泵的流量确定。液压泵的最大流量应为-液压

11、泵的最大流量；-同时动作的各执行元件所需要流量之和的最大值。如果这时溢流阀正在进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量23l/min；-系统泄露系数，一般取=1.11.3，现取=1.2。=1.223.1l/min= 27.72l/min3）选择液压泵的规格。根据以上算得的pp和再查阅有关手册，先选用ybx-16恒压式变量叶片泵，该泵的基本参考为：每转排量=40ml/r，泵的额定的压力pn=6.3mpa，电动机转速 ，容积效率=0.85，总效率=0.7。4）与液压泵匹配的电动机的选定。首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效

12、率急剧降低，一般当流量在0.2-1l/min范围内时，可取=0.030.16。同时还应注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不至停转，需进行验算，即试中 -所选电动机额定功率；-限压式变量泵的限定压力-压力为时，泵的输出流量。首先计算快进时的功率，快进时的外负载为340n，进油路的压力损失定为0.3mpa，由式（1-4）（参考文献【1】）得 pp =0.383mpa快进时所需电动机功率为 p = kw=0.227kw工进时所需电动机功率p为 p=0.47kw查阅电动机样本，选用y250s-4型电动机，其额定功率为1.1kw，额定转速为1450 r/min。根据产品样本可

13、查 ybx-16 的流量压力特性曲线。再由已知的快进时流量为 23.1l/min，工进时的流量为3.81l/min，压力为 4.5mpa，作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线，如图1-4所示，查得该曲线拐点处的流量为23.1l/min，压力为3mpa，该工作点对应的功率为 p=1.74kw所选电动机功率满足（1-6）（参考文献【1】），拐点处能正常工作。3.3液压阀及其他元件的选择本液压系统可采用力士乐系统或ge系列的阀。方案：均选用ge系列阀。根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量及所能承受的压力来选择液压元件的规格。1）滤油器，参考文献【1】p167，选用线隙式滤油器，其一般适用于

14、中、低压系统。查p169表6-50选择代号为xu-c80100，流量为80l/min，过滤精度是100.2）液压泵，如上述所示选择，型的限压式变量叶片液压泵。3）压力表开关，参考文献【1】p104， kf3-e6型压力表，其使用压力为6mpa，可测压力数为3。4）三位四通换向阀，参考文献【1】p98，选用34ef30-e16b型电磁换向阀，通过流量为80l/min，额定压力为16mpa，最高使用压力pab口为25mpa，t口为6.3mpa，双电磁铁，压力损失为0.025mpa。5）二位三通换向阀，参考文献【1】p98，选用23ef3b-e16b型电磁换向阀，通过流量为80l/min，额定压力为

15、16mpa，最高使用压力pab口为25mpa，t口为6.3mpa，单电磁铁，压力损失为0.025mpa。6） 单向调速阀，参考文献【1】p107，选用aqf3-e10b型单向阀，额定压力为16mpa，最高使用压力为25mpa，最小稳定流量为50ml/min，最大流量为50l/min,最低工作压力0.7，压力损失0.5mpa。7）减压阀，参考文献【1】p91，选用jf3-10b型减压阀，额定流量为63l/min，调压范围0.56.3mpa。8）压力表开关，与3共用。9）单向阀，参考文献【1】p96，选用af3-ea10b型单向阀，额定压力为16mpa，最高使用压力为25mpa，开启压力为0.05

16、mpa，推荐流量40l/min。10） 三位四通换向阀，参考文献【1】p98，选用34ef30-e6b型电磁换向阀通过流量为25l/min，额定压力为16mpa，最高使用压力pab口为25mpa，t口为6.3mpa，双电磁铁，压力损失为0.17mpa。11） 压力继电器，选用dp1-63b型压力继电器。12） 单向节流阀，参考文献【1】p106，选用alf-e6b型单向节流阀，最大流量为25l/min，额定压力为16mpa，最高工作压力为25mpa。13）三位四通换向阀，参考文献【1】p98，选用34ef3b-e4b型电磁换向阀，通过流量为6l/min，额定压力为16mpa，最高使用压力pab

17、口为25mpa，t口为6.3mpa，单电磁铁，压力损失为0.025mpa。14） 压力继电器，同11）选用dp1-63b型压力继电器。本液压系统可采用ge系列的阀。根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表2所示。表2液压元件明细表序号元件名称型号通过流量（l/min）1滤油器xu-80100242液压泵243压力表开关kf3-e3b-4三位四通换向阀34ef30-e16b245二位三通换向阀23ef3b-e16b246单向调速阀aqf3-e10b247减压阀jf3-10b3.818压力表开关与3共用9单向阀af3-ea10b3.8110三位四通换向

18、阀34ef30-e6b3.8111压力继电器dp1-63b-12单向节流阀alf3-e6b3.8113三位四通换向阀34ef3b-e10b0.9614压力继电器dp1-63b-3.4确定管道尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量q=48l/min，压油管的允许流速取v=4m/s，则内径d为d =4.6=4.615.9mm若系统住油路流量按快退时取q=24l/min，则可算得油管内径d=11.3mm。综合诸因素，现取油管的内径d为12mm。吸油管同样可按上式计算（q=27.72l/min、v=1.5m/s），选参照ybx-1

19、6变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为19.8mm。3.5 液压油箱容积的确定本系统为中压液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的5-7倍来确定（参照文献【1】4-1），现选用容量为160l的油箱。4 液压系统的验算已知该液压系统中进、回油路的内径为12mm，各段油管的长度分别为：ab=0.3m，ac=1.7m，ad=1.7m，de=2m。选用l-hl32液压油，考虑油的最低温度为15，查得15时该液压油的运动粘度v=150cst=1.5 /s，油的密度=925kg/。4.1压力损失的验算1） 工作进给时，进油路压力损失。运动部件工进时最大速度为0.5m/min，进给时的最大流量为3.81l/

20、min，则液压油在管内流速v1为 v1=3416cm/min=58cm/s管道流动雷诺数re1为 re1 =45.9re12300，可见油液在管道内流态为层留，其沿程阻力系数1=75/re1=75/46.4=1.62。进油管道bc的沿程压力损失p1-1为 p1-1=查得换向阀4we6e50/ag24的压力损失p1-2=0.05pa忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失p1为 p1=（0.04+0.05）10pa=0.0910pa2） 工作进给时油路的压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，且液压有杠腔的工作面积为无杠腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之

21、一，则 v2=v1/2=29cm/s re2= =291.2/1.5=23.2 2=75/re2=75/23.2=3.23 回油管道的沿程压力损失为p2-1为： = 查产品样本知换向阀3we6a50/ag24的压力损失p2-2=0.02510pa，换向阀4we6e50/ag24的压力损失p2-3=0.02510pa，调压阀2frm5-25/6的压力损失p2-4=0.510pa。 回油路总压力损失p2为p2=+=（0.02+0.025+0.025+0.5）10pa=0.5810pa3） 变量泵出口的压力pppp=pa=4.5pa4）快进时的压力损失。快进时液压缸为差动连接，自汇流点a至液压缸进油

22、口c之间的管路ac中，流量为液压泵出口流量的两倍即48l/min，ac段管路的沿程损失p1-1为 v1=cm/s=707.7cm/s re1=566 1=0.133 p1-1=0.133pa=pa同样可求管道ab段及ad段的沿程压力损失p1-2和p1-3为 v2=cm/s=340.6cm/s re2=272.5 2=0.28 p1-2=0.28pa=pa p1-3=0.28pa=pa查产品样本知，流经各阀的局部压力损失为：4ew6e50/ag24的压力损失p2-1=0.17pa3ew6a50/ag24的压力损失p2-2=0.17pa据分析在差动连接中，泵的出口压力pp为 pp=p1-1+p1-

23、2+p1-3+p2-1+p2-2+=pa=1.034pa快进时压力压力损失验算从略。上述验算表明，无需修改改原设计。4.2系统温升的验算 在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大、最小时的发热量，然后加以比较，取数值大者进行分析。当v=3cm/min时q =0.236=0.236l/min此时泵的效率为0.1，泵的出口压力为3.2mpa，则 p输入=kw=0.049kw p输出=kw=0.009kw此时的功率损失为 p=p输入-p输出=（0.049-0.009

24、）kw=0.110kw当v=50cm/mn时，q=3.81l/min，总效率=0.7则p输入=kw=0.294kwp输出=fv=kw=0.242kwp=p输入-p输出=(0.299-0.242)kw=0.057可见在工进速度高时，功率损失为0.111kw，发热量最大。假定系统的散热状况一般，取k=10kw/（），油箱的散热面积a为 a=0.065 =0.065=1.92系统的温升为 t=5.64演算表明系统的温升在许可范围内。5 液压集成块结构与设计 通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。管式元件通过油管来实现相互之间的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构复杂，系统压力损失越大，占

25、用空间也越大，维修，保养和拆装越困难。因此，管式元件一般用于结构简单的系统。板式元件固定在板件上，分为液压油路板连接，集成块连接和叠加阀连接。把一个液压回路中各元件合理地布置在一块液压油路板上，这与管式连接比较，除了进出液压油液通过管道外，各液压元件用螺钉规则地固定在一块液压阀板上，元件之间幅液压油路板上的孔道勾通，。板式元件的液压系统安装，高度和维修方便，压力损失小，外形美观。但是，其结构标准化程度差，互换性不好，结构不够紧凑，制造加工困难，使用受到限制。此外，还可以把液压元件分别固定在几块集成块上，再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路，这种方式与油路板比较，标准化，毓化程度高，互换

26、性能好，维修，拆装方便，元件更换容易；集成块可进行专业化生产，其质量好，性能可靠而且设计生产周期短。使用近年来在液压油路板和集成块基础上发展起来的新型液压元件叠加阀组成回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件，幅叠加阀直接叠加而成。其结构更为紧凑，体积更小，重量更轻，无管件连接，从而消除了因油管，接头引起的泄漏，振动和噪声。本设计系统由集成块组成，液压阀采用广州机订研究所的ge系列阀。5.1液压集成回路设计把液压回路划分为若干个单元回路，每个单元回路一般由三个液压元件组成，采用通用的压力油路p和回油路t，这样的单元回路称液压单元集成回路。设计液压单元集成回路时，优先选用通用液压单元集成回路，

27、以减少集成块设计工作量，提高通用性。把各液压单元集成回路连接起来，组成液压集成回路，如图5所示，即为该卧式自动组合机床液压系统的集成回路。一个完整的液压集成回路由底板，供油回路，压力控制回路，方向回路，调整回路，顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。图5 液压集成回路5.2液压集成块及其设计图6是组合铣床液压集成块装配总图，它由底板1，方向调速块2，压力块3，夹紧块4，定位块5及顶盖6组成，由4个坚固螺栓7把它们连接起来，再由四个螺钉将其坚固在液压油箱上，液压泵通过油管与底板连接，组成液压站，液压元件分别固定在各集成块上，组成一个完整的液压系统。1） 底板及供油块设计底板与供油块的作用是连接集成块组。液压泵供应的压力油p由底板引入各集成块，液压系统回油路t及泄漏油路l经底板引入液压油箱冷却沉淀。2） 顶