叶延英液压系统课程设计

1、华中科技大学机械学院液压系统课程设计专用双行程铣床机制0604班叶延英012006007802指导老师：冯天麟液压系统的设计及计算1. 设计内容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。2. 设计要求及参数要求机床的工作循环为：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）。工作台往复运动速度（m/min）v01/v02 （113）/(0.56.5)。取快进、快退最快速度为26m/min。工作台往复运动的行程（100270）mm，

2、最大行程定为500mm。定位缸的负载200N。行程100mm，动作时间1s；夹紧的缸的负载2000N，行程15mm，动作时间1s。3. 负载分析与计算取液压缸的机械效率为0.90。计算液压缸驱动力（N）（1），得定位液压缸的驱动力为=222N；计算液压缸驱动力，根据公式（1），得夹紧液压缸的驱动力为=2222N；切削负载（F01/F02）：11000/5500N；工作台液压缸总负载（2），为工作负载，为惯性负载，为摩擦阻力负载。=11000/5500N，不作考虑，设动摩擦为2500N，静摩擦为5000N。计算液压缸驱动力根据公式（1），得工作台液压缸的驱动力为=12222N/6111N。快进、

3、快退时外负载F=2500N，启动加速是外负载F=5000N，工进时外负载F=17222N/11111N。表1 铣床要求的工作参数动力部件快进，快退摩擦阻力（）动力部件切削负载（）（）快进速度（mmin）（）工进速度（mmin）快退速度（mmin）250011000/5500N26（113/(0.56.5)26表2 液压缸在各工作阶段的负载值工况液压缸负载F（N）液压缸驱动力（N）快进25002778工进1100012222工进55006111快退25002778定位200222夹紧20002222按照要求，作出系统的工作循环图如下：图1 工作循环图根据上述计算结果各工作阶段所受的外负载，并画出

4、负载循环图。图2 速度循环图图3 负载循环图4. 拟定液压系统原理图（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，泵源系统宜选用变量泵供油。采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。（2） 调速方式的选择： 调速阀调速。（3） 速度换接方式的选择 采用电磁阀的快慢速换接回路，特点是结构简单、调节行程比较方便，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切速的速度换接回路。（4） 夹紧回路的选择 用二位四通阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应该用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调

5、节和当进油路压力瞬间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。在该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。图4 液压系统原理图5. 液压缸参数计算（1）铣床液压系统最大负载约为11000N，则根据表9-1（液压传动与气压传动，何存兴 张铁华，华中科技大学出版社，2003，P270），1）选择液压缸的工作压力为3MPa。液压缸选用单杆式。夹紧和定位缸均选1Mpa。2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d， 最大负载为17222N，取背压为0.5Mpa，考虑快进、快退速度相等，使用液压缸的差动连接，故d/D为0.7。将数据代入式（3），得，根据液压缸内尺寸系列GB2348

6、-80，液压缸内径圆整为标准系列直径D=90mm，按d/D=0.7，取d=63mm。按工作要求的夹紧力由一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为2Mpa，回油背压力为0.5Mpa，取液压缸的机械效率为0.90。代入式1，得，按液压缸内尺寸系列GB2348-80，和活塞杆直径系列GB2348-80，取夹紧液压缸的D和d分别为40mm及28mm。定位缸机械效率为0.90，代入式1，取定位液压缸的D和d分别为25mm及18mm。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，（4），A>，是由产品样本查得的最小稳定流量0.05L/min。

7、得A>，调速阀安装在回油路上，液压缸的有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，（5），可见满足要求。3）计算在各工作阶段液压缸所需要的流量（6），。表3 液压缸在各工作阶段的压力，流量和功率工况计算公式负载回油腔压力（MPa)进油腔压力(MPa)输入流量Q()功率P(W)快进25000.50.641.3787.68工进110000.51.980.11（1.37）21.78（271.3）工进55000.51.110.055（0.685）6.105（76）快退25000.50.641.3787.68液压缸的进油腔压力，输入流量和功率用图示分别表示如下：（其中各工作阶段的运动时间为：快进，工

8、进一，工进二，快退。）图5 进油腔压力图图6 输入流量图图7 功率图（2）确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格1）泵的工作压力的确定。由于油管有一定的压降，所以泵的工作压力为（7），取为0.5Mpa，故=3.5Mpa。是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡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。选取1.25=4.375Mpa。2）泵的流量确定。液压泵的最大流量应为，为泄漏系数，一般取为1.11.3，现取为=1.1。=82.66x1.1=90.926L/min。3）选择液压泵的规格。根据以上计算的和查阅相关手册，现选用YBX-63

9、限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量63ml/min，泵的额定压力为6.3Mpa，电动机转速1450r/min，流量为91.35L/min，驱动功率9.8kW。4）与液压泵匹配的电动机的选定。取的泵的机械效率为，电机的机械效率为。快进时：差动连接，电机所需功率为（8），取快进进油腔压力为1Mpa，其中=0.5MPa是进油路压力损失，=0.5MPa是压力继电器可靠动作需要的压力差，推出，；工进时，电机所需功率，根据公式（8），其中=0.5MPa是调速阀所需最小压力，=0.5MPa是压力继电器可靠动作需要的压力差，得，；快退时，非差动连接，电机所需功率，根据公式（8），其中=0.5MPa是

10、回油路压力损失，=0.5MPa是压力继电器可靠动作需要的压力差，得，。 由以上计算可知，最大功率出现在快退阶段，则电动机的功率应为。 据此查样本选用Y160M-4三相异步电动机，电动机额定功率为11Kw，额定转速为。（3）液压阀，过滤器，油管及油箱的选择1)液压阀及过滤器的选择根据液压系统的最高工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的最大流量，可选出这些元件的型号及规格，列表如下：表4 液压元件明细表编号元件名称估计通过流量(L/min)元件型号规格1XU线隙式滤油器100XU-C100×1006.3MPa2变量叶片油泵90YBX-636.3MPa3三相异步电动机Y160M-411Kw

11、4弹簧管压力表Y-10010MPa5减压阀20JF-L10G7MPa6弹簧管压力表Y-10010MPa7单向阀4.07I-1010L/min8两位四通换向阀24D-63B6.3MPa9顺序阀20X2F-L10E3MPa10单向阀113I-1010L/min11顺序阀20X2F-L10E3MPa12单向阀2.94I-1010L/min13液压缸1.1340x2840x2814液压缸2.9425x1825x1815三位四通换向阀34D-63B6.3MPa16背压阀P型6.3Mpa17两位二通换向阀22D-63B6.3MPa18两位三通换向阀23D-63B6.3MPa19调速阀82.66Q-H203

12、2MPa20调速阀82.66Q-H2032MPa21单向阀2.94I-1010L/min22两位二通换向阀22D-63B6.3MPa23调速阀82.66Q-H2032MPa24两位二通换向阀22D-63B6.3MPa25弹簧管压力表Y-10010MPa26液压缸82.6627散热器 2) 油管的选择根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。由于系统在液压缸工进速度最快时，流量最大，实际最大流量约为：，则泵的流量为额定流量91.35，连接液压缸的进出油路油管的直径选择公称通径为20mm。所以，按产品样本标准JB827-66，JB/Z95-67，选用公称通径为20mm的管件。3)油箱容积的选择中

13、压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的57倍，这里取6倍，即，其中为液压泵每分钟排出压力油的体积。得，V=600L。6. 液压系统的验算(1 ) 系统压力损失验算由于系统的具体管路布置尚未清楚，整个回路的压力损失无法估算，仅只有阀类元件对压力损失所造成的影响可以看得出来，供调定压力值时参考。由于快进时的油液流量比快退时的流量大，所以其压力损失也就比快退时的大。因此必须计算快进时进油路与回油路的压力损失。假定液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为15，由手册查出此时油的运动粘度，油的密度，液压元件采用集成块式的配置形式，Q取82.66，即。判定雷诺数：（9），此处d取20mm，即，代入数

14、据，得，则进油回路中的流动为层流。沿程压力损失：选取进油管长度为，则进油路上的流体速度为：（10），压力损失为，（11）。局部压力损失：由于采用集成块式配置的液压装置，所以只考虑进油路上的阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失按式 （12），计算，结果列表如下：表5 各阀局部压力损失编号元件名称额定流量（）实际流量（）额定压力损失（MPa）实际压力损失（MPa）15三位四通换向阀10082.660.40.27317两位两通换向阀10082.660.40.27318两位三通换向阀10082.660.40.27322两位两通换向阀10082.660.40.27324两位两通换向阀

15、10082.660.40.273若集成块进油路的压力损失，由于油路一次最多经过三个换向阀，故进油路的总压力损失为：（13），也就是说，初选的进油管压力损失略大于实际油路压力损失。这说明液压系统的油路结构以及元件的参数选择是基本合理的，满足要求。(2) 系统发热及温升验算在整个工作循环中，工进阶段用的时间都较长，而快进快退时系统的功率较大，所以系统的发热量大小无法判断，故计算如下：快进时液压泵的输入功率，而快进时液压缸的输出功率：（14），系统的总发热功率：（15），发热量（16）。工进时液压泵的输入功率，而工进时液压缸的输出功率：，系统的总发热功率：，发热量。综合以上可知，发热量最大的阶段是工

16、进阶段，即取。假设油箱三个边长的比例在1：1：1到1：2：3范围内，且油面高度为油箱高度的80%，其散热面积近似为，得，假定通风良好，取油箱散热系数，则利用式（17），可得油液温升为：。设环境温度为，则热平衡温度为：（18）。所以油箱散热必须加装专用冷却器。再验算，取，则利用式（17），可得油液温升为：。设环境温度为，则热平衡温度为：。所以加装冷却器后油箱工作温度没有超过最高允许油温，散热可以满足要求。7. 电控系统的设计（采用PLC控制方式）(1) 各电磁铁动作顺序表 其中表中的符号含义： ON： 电磁铁动作 OFF：电磁铁不动作表6 各电磁铁动作顺序表工作阶段1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y定

17、位OFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF夹紧OFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF快进OFFONOFFONOFFONOFF工进 往OFFON OFFOFFOFFOFFOFF工进 复OFFOFF ONOFFOFFOFFON往复4次工进 往OFFON OFFOFFONOFFOFF工进 复OFFOFF ONOFFONOFFON往复4次快退OFFOFFONONOFFOFFOFF松开夹具ONOFFOFFOFFOFFOFFOFF(2) PLC控制连接图 图中各符号的含义：1SB：急停按钮 KM：中间继电器 2SB：定位 1Y7Y：各电磁阀 3SB：快进 4SB：系统卸荷 5SB：急停按钮 1x3x

18、：位置开关图8 PLC外部接线控制电路 (3) 继电器-接触器控制梯形图图11 PLC控制梯形图图9 继电器-接触器控制梯形图(4) PLC控制梯形图图10 PLC控制梯形图 (5) 指令语句表表7指令语句表1LDI 405急停41CJP 7012LD 400启动42LDI 4513OR 43043CJP 7024ANI FR44LDI 4515OUT 43045OUT 4356LD 43046LD 4027AN 40447OR 4328OUT 100定位 夹紧48ANI 4039MC 10049OUT 432II 工进 往10AN 40550LD 40311OR 43251OR 43312A

19、NI 40352ANI 40213ANI 40253OUT 43314OUT 43254LD 40315LD 40555OR 43716OR 43456ANI 40217ANI 40257OUT 437II 工进 复18OUT 43458LD 40219LD 40559OUT 451记数 往复4次20OR 43660LD 40221ANI 40261ANI 45122OUT 436快进62CJP 70223LDI 45063LD 45124CJP 70164OR 43325LD 40264ANI 40126OR 43265OUT 43327ANI 40366LD 45128OUT 432I 工

20、进 往67OR 43429LD 40368ANI 40130OR 43369OUT 434快退31ANI 40270LD 40132OUT 43371OUT 431夹具松开 卸荷33LD 40372END34OR 43735ANI 40236OUT 437I 工进 复37LD 40238OUT 450记数 往复4次39LD 40240ANI 4508. 液压系统实验感想：今天我们小组在液压实验室进行了液压系统的实验。之前我们每人都根据条件设计了自己的液压系统，设计只是在理论上的，具体在实践上能否成功运行起来还是需要检验的。在开始连接油管之前我们先统计一下要用到的换向阀的种类和个数，并且根据设计

21、好的液压系统原理图来布置油管的走向。为了使得连接油管时条理比较清晰，避免出错，我们从主油管开始连接。油管的连接还比较方便，只要往接头处一拉一按就好了，避免了拧螺母的麻烦。尽管我们一开始就考虑到油管的条理问题，但由于我们组的油路分支比较多，后面连接的油路多了之后还比较乱，再加上换向阀有O、P、A、B几个接口，一个不小心还很容易接错，再加上有些油管还需要分开成几路，会使得油路更乱。我们好不容易把油管接好后，我们还检查了好几遍才开始进行下一步的工作。接好油路之后，我们就开始设计电磁铁的动作顺序。我们组的一共用了4个换向阀，一共有5个电磁铁，本来是想根据原来设计的快进、I工进、II工进、快退来设计电磁铁的动作的，但后来发现系统原理图还是要再多一个调速阀才能实现全部动作，最后我们只是先实现快进和快退来校验一下系统。当我们把电磁铁都接上电源后，电磁铁都正常工作，但把油泵开启后，液压缸只能向前运动，不能退回。我们到试验台后面检查油路，发现地上有漏油的情况，在老师的协助下，我们发现在一处的接头处漏油，后来换了一根油管就解决了漏油的问题了。但液压缸还是不能退回。我们把油路一条一条的检查，后来发现是把一个换向阀的A、B口调换了，更改之后，液压缸终于能正常运作了。经过整个实验过程，我感觉自己的实践能力还是有待提高的，以后在工程设计上要一丝不苟，到真正实践时出故障的时候肯定有的，到时要保持