液压传动课程设计说明书

1、.专业整理 .课程设计说明书课程名称 ：液压传动课程设计设计题目 ：卧式单面多轴钻孔组合动力滑台液压系统设计专业：机械设计制造及其自动化班级 ： 0804学生姓名 :覃潇潇 学号 :0812110427起迄日期 :2010 年 12月 15日至2011年1月7 日指导教师 :刘忠伟湖南工业大学科技学院教务部制. 学习帮手 .专业整理 .目录前言 4一负载与运动分析 61 工作负载62 摩擦负载63 运动时间6二负载图与速度图的绘制 8三液压缸主要参数的确定 91 确定工作压力92 确定液压缸内径D 和活塞杆直径d 123 绘制液压执行元件的工况图15四 拟定液压系统原理图161 确定液压泵类型

2、及调速方式172 选用执行元件173 快速运动回路和速度换接回路17. 学习帮手 .专业整理 .4 换向回路的选择185 保压回路的选择186 组成液压系统原理图18五 液压元件的计算和选择191 确定液压泵的型号和电机功率202 阀类元件的选择223 确定管路尺寸244 液压油箱容积的确定26六 液压系统的性能验算271 验证系统压力损失并确定压力阀的调整值272 油液温升验算30七 心得体会 31八 参考文献 32. 学习帮手 .专业整理 .前言液压传动技术是机械设备中发展最快的技术之一，特别是近年来与微电. 学习帮手 .专业整理 .子、计算机技术结合 ，使液压技术进入了一个新的发展阶段，

3、机、电、液、气一体是当今机械设备的发展方向。在数控加工的机械设备中已经广泛引用液压技术。 作为数控技术应用专业的学生初步学会液压系统的设计，熟悉分析液压系统的工作原理的方法，掌握液压元件的作用与选型及液压系统的维护与修理将是十分必要的 。液压传动在国民经济的各个部门都得到了广泛的应用，但是各部门采用液压传动的处发点不尽相同：例如，工程机械 、压力机械采用液压传动的主要原因是取其结构简单 、输出力大 ；航空工业采用液压传动的主要原因是取其重量轻、体积小 ；机床上采用液压传动的主要原因则是取其在工作过程中能无级变速，易于实现自动化 ，能实现换向频繁的往复运动等优点。液压动力滑台是利用液压缸将泵站提

4、供的液压能转变为滑台运动所需的机械能，来实现进给运动并完成一定得动作循环，是一种以速度变换为主的中、低压液压系统 ，在高效 、专用、自动化程度较高的机床中已得到广泛的应用。因此，在液压传动与控制系统中具有综合性和代表性，通过本毕业设计可以全面的应用和巩固所学的专业技术基础理论知识，提高机械设计能力和绘图能力，培养学生学习新技术、获取信息和理论联系实际的能力，特别是使学生在液压传动与控制的基本理论和应用方面得到进一步的提高。. 学习帮手 .专业整理 .一负载与运动分析1 工作负载工作负载即为切削阻力Fw =12700N 。2 摩擦负载摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力F1 =0.2G=0.2

5、20000=4000N动摩擦阻力F2 =0.1G=0.120000=2000N惯性负载200007Fm m1555Nt1060 0.15取 m =0.93 运动时间快进由快进速度17m / min, 快进行程 L1400mm,. 学习帮手 .专业整理 .知 t140010 30.057 min 3.4s7工进由工进速度220 1000mm / min, 工作行程 L2 100mm,知 t220120 1000min ( 1) min (1.2 60) s50快退快退速度37m / min表 1 液压缸各阶段的负载和推力工况负载组成液压缸负载液压缸推力F/NF0 F m /N启动F= F1400

6、04444加速35553950快进F=200222工进1470016333快退F2Fm20002222F= F2F=F2FwF= F2. 学习帮手 .专业整理 .二负载图与速度图的绘制根据负载计算结果和已知的个阶段的速度，可绘制出负载图 （F-1）和速度图（V-1 ），见图 1-1a 、 b 。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸活塞退回时的曲线 。v1 v3 7m / min ，快进行程 L1 400mm ，工作行程 L2 100mm 。 工进速度 v2 20 1000mm / min. 学习帮手 .专业整理 .三液压缸主要参数的确定1 确定工作压力液压缸工作压力可根据负载大小及

7、机器设备的类型来确定。一般来说 ，工. 学习帮手 .专业整理 .作压力选大些 ，可以减少液压缸内径及液压系统其它元件的尺寸，使整个系统紧凑，重量轻 ，但是要用价格较贵的高压泵，并使密封复杂化 ，而且会导致换向冲击大等缺点 ；若工作压力选的过小，就会增大液压缸的内径和其它液压元件的尺寸 ，但密封简单 。所以应根据实际情况选取适当的工作压力，设计时可用类比法来确定 ，参考下表 。表 2按负载选择系统工作压力负载 /KN55 1010202030305050系统压力08/MPa11.622.53344557表 3按主机类型选择系统工作压力机床农业工程机组合机机械、械床汽车工重型机设备类牛头刨车床拉床

8、业、小械船用机型磨床床铣床机床龙门刨型工程锻压机械插床镗床床机械及械齿轮加辅助机液压支工机床械架压力2.56.32.56.3101016 14 . 学习帮手 .专业整理 ./MPa163225由此分析可知 ，初步确定系统压力为 2MPa表 4执行元件背压力系统类型背压力 /MPa简单系统或轻载节流调速系0.20.5统回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短且直接回油可忽略不计表 5按工作压力选取 d/D工作压力 /MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表 6按速比

9、要求确定 d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：1无杆腔进油时活塞运动速度；2 有杆腔进油时活塞运动速度。. 学习帮手 .专业整理 .2 确定液压缸内径D 和活塞杆直径d鉴于动力滑台要完成的动作循环是快进 工进 快退，且要求快进和快退的速度相等 ，这里的液压缸需选用单杠式的，并在快进时作差动连接。这种情况下的液压缸无杆腔工作面积A1 取为有杆腔工作面积A2 的两倍，即活塞杆直径 d 与液压缸缸筒直径D 的关系是 d=0.707D 。在钻孔加工时 ，液压缸回油路上必须有背压p2 ，取 p2=0.8Mpa ，以防止被钻孔时动力滑台

10、突然前冲。由工进时的推力 ，列出活塞的力平衡方程式，计算液压缸面积 ：F/m=A1p1-A2p2=A1p1-（ A1/2 ） p2FA1P2 )m (P124 A1D=P4MPa式中p1 液压缸的工作压力 ，初算时可取系统工作压力；取 1p2 液压缸回油腔背压力，初算时无法准确计算，可先根据机械设计手册进行估计 ；F 工作循环中的最大外负载；由题可知 ，F=16333NFc 液压缸密封处的摩擦力，它的精确值不易求出，常用液压缸的机械效率m 进行估算 ， F FCF / m ; 由此可知 ， FcFF ，代入数据M得， Fc =1814.8Nm 液压缸的机械效率 ，一般m =0.85 0.97；

11、本题取m =0.9. 学习帮手 .专业整理 .A1F163337259mm2m( P1P2 ) 0.9 (43 )224A147259D=96.16mm ， 所以取 96mm3.14d 0.707 D67.87mm，所以取 68mm由计算所得的液压缸内径D 和活塞杆直径 d 值应按 GB2348 1993 圆整到相近的标准直径 ，以便于采用标准的密封件。表 7 液压缸内径尺寸系列 （GB2348-1993 ）810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630表 8活塞杆直径系列 （ GB2348-19

12、93 ）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400由此求得液压缸两腔的实际有效面积为D 2A17234.56mm24A2(D 2d 2 )3604.72 mm24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 。表 9 液压缸在各阶段的压力 、流量和功率值. 学习帮手 .专业整理 .推力回油腔进油腔输入流量输入功工况F0/N压力压力q率计算公式p2/MPp1/MP10-3/m3P/KWaa/s启 444400.5093P(F0A P)(AA )

13、1212动3950p1+0.7475快 加pq ( A1A2 )v1进 速p=0.5Pp1q恒222p1+0.73470.1476250.1082速p0.0047P1(F0p2 A2 )A116330.0054 qA1v2工进0.63.166630.0395Pp1 q0.0283启 444400.5305动快 加 39500.51.2996P1(F0p2 A2 )A2退 速q A2v3恒2220.51.28610.1413750.1818Pp1 q速. 学习帮手 .专业整理 .注： 1. p为液压缸差动连接时 ，回油口到进油口之间的压力损失 ，取 p=0.5MPa 。2 快退时，液压缸有杆腔进

14、油 ，压力为 p1 ，无杆腔回油 ，压力为 p2 。3 绘制液压执行元件的工况图液压执行元件的工况图指的是压力图，流量图和功率图 。（1）工况图的绘制按照上面所确定的液压执行元件的工作面积和工作循环中各阶段的负载，即可绘制出压力图 ；根据执行元件的工作面积以及工作循环中各阶段所要求的运动速度 ，即可绘制流量图 ；根据所绘制的压力图和流量图，即可计算出各阶段所需的功率 ，绘制功率图 。（2）工况图的作用从工况图上可以直观的、方便的找出最大工作压力、最大流量和最大功率，根据这些参数即可选择液压泵及其驱动电动机，同时是系统中所有液压元件的选择的依据 ，对拟定液压基本回路也具有指导意义。. 学习帮手

15、.专业整理 .四 拟定液压系统原理图液压系统原理图是整个液压系统设计中最重要的一环，它的好坏从根本上影响整个液压系统 。拟定液压系统原理图一般应考虑以下几个问题：（1） 采用何种结构的执行元件；（2） 确定供油方式 ；（3） 调速方式的选择 ；（4） 快速回路和速度换接方式的选择；（5） 如何完成执行机构的自动循环和顺序动作；（6） 系统的调压 、卸荷及执行机构的换向和安全互锁等要求；（7） 压力测量点的合理选择 。根据上述要求选择基本回路，然后将各基本回路归并、整理，在增加一些必要的元件或辅助油路，使之成为完整的液压系统，进行这项工作时还必须注意一下几点 ：. 学习帮手 .专业整理 .（1）

16、 尽可能省去不必要的元件，以简化系统结构 ；（2） 最终综合出来的液压系统应保证其工作循环中的每个动作都安全可靠，互相无干扰 ；（3） 尽可能采用标准件 ，减少自行设计的专用件 ；（4） 尽可能使系统经济合理 ，便于维修检测 。初步拟定液压系统原理图后，应检查其动作循环，并制定系统工作循环表（电磁铁动作顺序表 ）。1 确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床 ，选用双作用叶片泵双泵供油 ，调速阀进油节流阀调速的开式回路 ，溢流阀做定压阀 。为了换速以及液压缸快退时运动的平稳性 ，回油路上设置背压阀 ，初定背压值 Pb=0.8MPa 。2 选用执行元件因系统运动循环要求正向快进和工进，反向快退

17、，且快进 ，快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸 ，快进时差动连接 ，无杆腔面积 A1 等于有杆腔面积 A2 的两倍。3 快速运动回路和速度换接回路根据本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 。本设计采用二位二通电磁阀的速度换接回路 ，控制由快进转为工进 。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 ，另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式 。. 学习帮手 .专业整理 .4 换向回路的选择本系统

18、对换向平稳性有严格的要求，所以选用电液换向阀的换向回路。为便于实现差动连接 ，选用了三位五通换向阀。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返程控制。5 保压回路的选择本系统对夹紧液压缸的保压性能有严格的要求，故采用液控单向阀和电接触式压力表的自动补油保压回路，这种回路保压时间长 ，压力稳定性高 。6 组成液压系统原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求的修改补充，即组成如图1-2所示的液压系统图 。 为便于观察调整压力，在液压泵的进口处 ，背压阀和液压腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关，这样只需一个压力表即能观察各压力液压系统中各电磁铁的动作顺序如表1-2表 10

19、 电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y快+工+保+快+. 学习帮手 .专业整理 .停五 液压元件的计算和选择所谓液压元件的计算，是要计算该元件在工作中承受的压力和通过的流量，以便来选择液压泵的规格。. 学习帮手 .专业整理 .1 确定液压泵的型号和电机功率先根据设计要求和系统工况确定液压泵类型，然后根据液压泵的最高供油量来选择液压泵的规格 。（1） 确定液压泵的最高工作压力p p液压泵的最高工作压力就是在系统正常工作时所能提供的最高压力，对于定量泵系统来说 ，这个压力是由溢流阀调定的；对于变量泵系统来说，这个工作压力是与泵的特性曲线上的流量相对应的，液压泵的最高工作压力是选择液压泵型号的重要依据 。考

20、虑到正常工作时 ，进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为 ：pp p1 + p1（ 1-10 ）式中：pp 液压泵最大工作压力p1 执行元件最大工作压力p1 进油管路中的压力损失，初算时一般有节流调速和管路简单的系统一取=0.2 0.5MPa ，有调速阀和管路较复杂的系统取=0.5 1.5MPa。由题可知 ，小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表 9 可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=4MPa ，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 ， 则 小 流 量 泵 的

21、最 高 工 作 压 力 估 算 为Pp1(40.60.5) MPa5.1MPa. 学习帮手 .专业整理 .大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表 9 可见，快退时液压缸的工作压力为p1 =1.3MPa ，比快进时大 。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小 ，现取进油路上的总压力损失 p=0.3MPa ，则大流量泵的最高工作压力估算 Pp 2 (1.3 0.3)MPa 1.6MPa（2） 确定液压泵的最大流量液压泵的最大流量qp 按执行元件工况图上的最大工作流量及系统中的泄漏量来确定 。 即qp KLqmax（1-11 ）式中qp 液压泵的最大流量 ，L/min ；q m

22、ax 同时动作的执行元件所需流量之和的最大值。如果这是溢流阀正在进行工作 ，尚需加溢流阀的最小溢流量 2 3L/min 。KL 系统泄漏系数 ，一般取 =1.1 1.3。计算液压泵的流量由表 9可知，油源 向液压缸输入的最大流量为0.147625 10 3 m3/s=8.86 L min ，考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时的流量为0.84 -105m3/s =0.5L/min ，则小流量泵的流量最少应为3.5L/min 。根据上面的计算的压力和流量，查产品样本 ，选用跟工作缸相同的泵为YB-4/10 型的双联叶片泵 ，该额定压力为 6.3MPa，额定转速为 960r/min 。

23、系统为双泵供油系统 ，其中小泵 1 的流量qp = （43/60） 333L min10m /s=0.066710m /s=4大泵流量q2 = （ 1010 3 /60 ） m3 /s=0.1667 10 3 m3 /s=10 L min. 学习帮手 .专业整理 .差动快进 ，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。（3）确定液压泵的驱动功率当系统中使用定量泵时 ，其驱动功率可按下式计算 ：P=pn qn/p（1-13 ）式中P 电机功率 ，W；pn 泵的额定压力 ，Mpa ；qn 泵的额定流量 ，L/min ；q p (410) 9600.912.09 L min L

24、 min由上数据可知 ，1000由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为1.6Mpa ，流量为 12.09 L/min 。 取泵的总效率p =0.75 ，则液压泵驱动电机所需的功率为pp qp1.6 12.09Pkw0.43kwp 60 0.75根据此数据按JB/T10391-2002, 查阅电动机产品样本选取Y90S-6 型电动机，其额定功率 0.75kw ，额定转速 nn =910r/min 。2 阀类元件的选择阀类元件的选择是根据阀的最大工作压力和流经阀的最大流量来选择阀的规格。 即所选用的阀类元件的额定压力和额定流量要大于系统的最高工作压力及实际通过阀的最大流量。在条件不允

25、许时 ，可适当增大通过阀的流量，但不. 学习帮手 .专业整理 .得超过阀的额定流量的20% ，否则会引起压力损失过大。具体地讲选择压力阀时应考虑调压范围 ，选择流量阀时应注意其最小稳定流量，选择换向阀时除应考虑压力 、流量外，还应考虑其中位机能及操作方式。液压阀的型号规格见液压手册。表 11 液压元件明细表序号元件名称最大通过流量 （ L/min ）型号1过滤器32XU-B32x1002双联叶片泵16YB-4/103压力表开关K-684溢流阀4Y-10B5单向阀10I-25B6液控顺序阀12XY-25B7单向阀16I-25B8节流阀50MK10G.29背压阀0.16B-10B10液控顺序阀0.

26、16XY-25B11单向阀16I-25B12三位五通电液换向阀3235D1-63BY13液控单向阀40CPT-03-5014单向阀32I-25B15调速阀0.32Q-10B. 学习帮手 .专业整理 .16二位二通电磁阀3222D1-63BH17压力继电器DP1-63B3 确定管路尺寸液压缸进 、出油管的管径应按输入、输出的最大流量计算，由于液压泵具体选定之后 ，液压缸在各个阶段的进、出流量以与原定数值不同，所以要重新计算。 管路内径的选择是以降低流动造成的压力损失为前提的，液压管路中流体的流动多为层流 ，压力损失正比于油液在管路中的平均流速，因此根据流速确定管径是常用的简便方法。管路内径 d

27、按下式计算 ：4q4.6 qd=vv（mm）（1-14 ）式中：q 通过油管的流速 ；v 油管中允许的流速 ，一般对吸油管取0.51.5m/s ，压油管取 2.55m/s ，（压力高时取大值 ，压力低时取小值 ），回油管取 1.5 2m/s 。由上式计算出的管径应按JB827-66 ，将其圆整到标准管径，参见液压手册。油管管壁一般不需计算 ，根据选用的管材和管内径查液压传动手册确定。各元件间连接管路的规格按元件接口尺寸确定。当输入流量 / Lgmin 1快进时，. 学习帮手 .专业整理 .q1A1 qp7234.5612.09A1A27234.5624L / min3604.72工进时，q1=

28、0.5L min 1gqq12.09Lgmin 1快退时， 1p当排除流量 / Lgmin 1快进时， q1A2 q136.0524A111.96 L / min72.35工进时， q2A2 q136.050.5A10.249L / min72.35快退时， q2A1q172.3512.09A224.26L / min36.05其运动速度 / mgmin 1快进时， 1q p12.09A1A20.33m / min72.35 36.05工进时，快退时，q111.9620.16m / minA172.35q124 10m / min36.66A236.05当油液在压力管中的流速取3m/min时，

29、按照上面两式算得与液压缸无感强和有杆腔相连的油管内径分别为d2q (v)2(23.7 106 ) / (310360)mm12.95mmd2q (v)2(12.09 106 ) / (310360)mm9.25mm这两根油管都按GB/T2351-2005选用外径12mm 、内径10mm 的无缝钢管。. 学习帮手 .专业整理 .4 液压油箱容积的确定油箱的有效容积 （油面高度为油箱高度的80% 的容积）应根据液压系统发热、散热平衡的原则来计算，但这只是在系统负载较大、长期连续工作时采用必要进行 ，一般只需按液压泵的额定流量qn 估算即可 。低压系统中 （p2.5MPa ）： V= （24） qn

30、中压系统中（p 6.3MPa）：V=（57）qn（ 1-15 ）高压系统中 （p6.3MPa ）： V= （612） qn液压油箱的有效容积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸比（长、宽、高）为 1：1：11：2：3。为提高冷却效率 ，在安装位置不受限制时，可将油箱的容量予以增大此液压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的57 倍，本设计取 7 倍，故油箱容积为V（ 712.09 ） L=84.63L85L. 学习帮手 .专业整理 .六 液压系统的性能验算1 验证系统压力损失并确定压力阀的调整值在前面确定液压泵的最高工作压力时，关于压力损失是进行估算的。现在系统的元件 、管道直径 、管接头

31、等都确定下来了，所以需要验算一下管路系统的压力损失 ，看其是否在假设范围内，借此可以较准确地确定液压泵的工作压力，并可确定各种压力阀的调定压力值，保证系统的工作性能 。液压泵应用一定的压力储备量，如果计算出的系统调整压力大于液压泵的额定压力的75%，则应该重新选择元件规格和管道尺寸，以减小压力损失 ，或者另选额定压力较高的液压泵。由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，. 学习帮手 .专业整理 .故只能先按式估算阀类元件的压力损失，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，管路的压力损失甚微，可以不予考虑 。压力损失的验算应按一个工作

32、循环中不同阶段分别进行。1 快进滑台快进时 ，液压缸差动连接 ，由上数据可知 ，进油路上油液通过单向阀10 的流量是 16 L min ，通向电液换向阀 2 的流量是 32 L min ，然后与液压缸有杆腔的回油汇合 ，以流量 23.7 L min 通过行程阀3 并进入无杆腔 。因此进油路上的总压降为pv0.2(16)20.5 ( 32) 20.3 ( 23.7)2 MPa6380630.0130.080.0420.135 Mpa此值不大 ，不会致使压力阀开启，故能保证两个泵的流量全部进入液压缸。回油路上 ，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2 和单向阀 6 的流量都是11.53 L min ，然后与液压泵的供油合并，经行程阀 3 流入无杆腔 。由此可算出快进时有杆腔压力p2 与无腔杆压力 p1 之差 。p pp0.511.530.2 11.530.3 23.7Mpa218063630.0120.0060.0420.06Mpa此值小于原估计值0.5Mpa ，所以是偏安全的 。2.工进. 学习帮手 .专业整理 .工进时，油液在进油路上通过电液换向阀2 的流量为 0.5L/