卧式半自动组合机床液压系统设计说明书

1、精品文档机电液压综合设计卧式半自动组合机床液压系统及其有关装置设计学 院机电工程学院_专业 机械设计制造及其自动化年级班别 2008 级（）班_学号 310_学生姓名 _指导教师 _2001 年月曰2欢迎下载精品文档广东工业大学课程设计任务书题目名称卧式半自动组合机床液压系统及其有关装置设计学生学院机电工程学院专业班级08机电姓 名学 号310一、课程设计的内容综合应用已学的课程，完成卧式半自动组合机床的液压系统的原理设计、液压系统 的设计计算、液压系统元部件的选择、液压基本回路的实验验证、液压集成油路的设 计、液压集成块的设计等。二、课程设计的要求与数据1机床系统应实现的自动工作循环（手工上

2、料）-（手动启动）一工件定位（插销）一夹紧工件一动力头（工作台）快 进f慢速工进f快退f停止f工件拔销f松开工件f（手工卸料）。要求工进完了动力头无速度前冲现象。工件的定位、夹紧应保证安全可靠，加 工过程中及遇意外断电时工件不应松脱，工件夹紧压力、速度应可调，工件加工 过程中夹紧压力稳定。2工件最大夹紧力为F；工件插销定位只要求到位，负载力小可不予计算。3.动力头快进、快退速度Vi；工进速度为V2可调，加工过程中速度稳定；快进行程 为Li，工进行程为L2；工件定位、夹紧行程为L3，夹紧时间t=1s。4.运动部件总重力为G,最大切削进给力（轴向）为Ft；5.动力头能在任意位置停止，其加速或减速时

3、间t；工作台采用水平放置的平 导轨，静摩擦系数为fs，动摩擦系数为fd。设计参数表序 号Fj(N)F(N)G(N)V1(m/mi n)V2(mm/mi n)L1(mm)L2(mm)L3(mm)t(s)fsfd900045000700052055015050350.200.200.1三、课程设计应完成的工作（一）液压系统设计根据设备的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理进行工况分析，拟定合 理、完善的液压系统原理图，需要写出详细的系统工作原理，给出电磁铁动作顺序表。 再经过必要的计算确定液压有关参数，然后按照所得参数选择液压元件、介质、相关设 备的规格型号（或进行结构设计）、对系统有关参数进

4、行验算等。I欢迎下载精品文档（二） 系统基本回路的实验验证以小组为单位设计实验验证回路，经老师确认后，由该组成员共同去液压实验室在 实验台上进行实验验证。该部分说明书的撰写格式可参考液压课程实验报告，实验过程 要拍一定数量的照片。（三） 液压装置结构设计由指导老师选出其中一个小组成员的设计方案和数据，由该组成员共同完成该方案 液压系统的集成块组的结构设计，尽量做到每个小组成员负责其中的一个集成块的设 计。集成块之间必须考虑到相互之间的连通关系，是一个完整的液压系统的集成块。（四） 绘制工程图、编写设计说明书1.绘制液压系统原理图包括系统总油路图（A3,参见图1-3）和集成块液压集成回路图（A4

5、,参见图3-4）2.集成块的零件图（A3或更大，参见图3-8）须按GB要求打印或用铅笔绘制。3.编写设计说明书（2万字左右），排版、结构等须规范。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1分析工况和动作要求，完成系统方案设计和设计计 算，元部件选择。宿舍12.0211.102元成指疋方案的实验验证；元成指疋方案的液压系统 集成油路的设计和集成块机构设计的分配，开始进行 集成块的结构设计宿舍12.1112.173完成集成块的设计和设计说明书的撰写。宿舍12.1812.244答辩工2-72912.26五、应收集的资料及主要参考文献1李笑，吴冉泉液压与气压传动M.北京：国防工业出版社，20

6、06年03月2杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册M.北京：机械工业出版社,20033雷天觉等.液压工程手册M.北京：机械工业出版社，19904博世力士乐公司.博世力士乐工业液压产品样本M.5任建勋，韩尚勇，申华楠等.液压传动计算与系统设计M.北京：机械工业出版社,19826周士昌主编.机械设计手册5 ?第43篇？液压传动与控制M.北京： 机械工业出 版社，20007章宏甲，周邦俊.金属切削机床液压传动M.南京:江苏科学技术出版社，1985发出任务书日期：2011年12月2日指导教师签名：预计完成日期：2011年12月26日专业负责人签章:II欢迎下载精品文档主管院长签章：目录课程设计说明书.

7、 . I目录. . III1、液压系统工况分析. . 12、拟定液压系统原理图. . 33、确定液压系统主要参数. . 44、计算和选择液压元件. . 75、液压系统的验算. . 116、液压集成块结构与设计. . 157、液压系统实验验证. . 178、总结. . 179、参考文献. . 18III欢迎下载精品文档1、液压系统工况分析根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1-1所示。然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。液压缸所受外负载F包括三种类型，既FFwFfFa（1-1）式中Fw工作负载，既切削力，在本例中Fw为45000BNFa运动部件速度变化时的惯性负载；Ff导轨摩擦阻力负载，

8、启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力，对于平导轨Ff可由下式求得Fff（G FRn）（1-2）FRn垂直于导轨的工作负载，本例中为零。则求得静摩擦阻力Ffs=0.2 X 7000N=1400N动摩擦阻力Ffd=0.1 X 7000N=700N惯性负载G vFa g t（1-3）70005K1FaN9.80.2 60根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表1-1），并画出如图1-2所示的负载循环图。1欢迎下载表1-1工作循环各阶段的外负载工况负载组成液压缸负载F /N液压缸推力F0F /cm/N启动F Ffs14001556加速FFfdFa10571174快进F Ffd700778工进F

9、FfdFw4570050778反向启动F Ffs14001556加速F FfdFa10571174快退F Ffd700778*注：取液压缸的机械效率cm=0.92欢迎下载精品文档2、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低速重载；在快进、快退时高速轻载。从节省能量、减 少发热考虑，泵源系统选用带压力反馈的限压式变量叶片泵。2）选择调速方式 本例中选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、发热小和速度刚性好的特点。并且调速阀安装在回油路上，具有承受负切削力的能 力。3）选择速度换接方式 本例中采用电磁阀的快慢速换接回路，元件结构简单，便于安装。4）

10、选择夹紧回路和插销回路夹紧回路中，采用0型二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作。插销回路中, 采用M型二位四通电磁阀来控制插销、拔销换向动作，同时保证液压泵卸荷，不会因为 液压泵开启式瞬精品文档图1-1速度循环图I F(N笄-图1-2负载循环图时动作。考虑到夹紧时间可调节和当进油压力瞬时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。在夹紧回路和插销回路中，还装有减压阀，用 来调节夹紧力的大小、保持夹紧力和保持定位状态的稳定。5）初拟液压系统工作原理图如下图2-1所示。3欢迎。下载图2-1液压系统工作原理图3、确定液压系统主要参数1）初选液压缸压力所设计的动力工作台在工进时负载最大，

11、为45700N初选液压缸的工作压力pi=5MPa工进时为了防止负载消失，工作台前冲，液压缸的回油腔应有背压。本例中所 设计为组合机床液压系统，故选背压P2=0.5MPa2）计算液压缸主要尺寸工作台在快进和快退时速度相等，选择单活塞杆式差动液压缸，快进时液压缸差动 连接。Ai=2A，d/D=0.710p1A1p2A2F/cm(2-2)由式（1-1）、（1-2）得精品文档esi-EZJj 7YA4YA14二二F 7Fyk%4欢迎下载精品文档d=0.71 D=0.71 x 117mm 82.9mm按照活塞杆直径系列，圆整为D=125mm d=90mm液压缸两端的实际有效面积20.1252-4 2m=

12、123x 10 m422242-(0.12520.092)m=59x 10 m43）确定夹紧缸的主要尺寸由已知可得，夹紧力Fj=9000N初设夹紧缸机械效率n cf0.9，工作压力pi=2.5MPa背压P2=0。由式（2-1）、（2-2）计算可得D=71mm按照活塞杆直径系列，圆整为D=80mm d=0.71 D=56mm5欢迎下载2A一(D4d2)精品文档4）液压缸在各阶段的压力、流量和功率值表3-1液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力Fo/N回油腔压力ph/MPa进油腔压力p/MPa输入流量qx 103/m3/s输入功率F/KW计算公式快进启动1556-0.24-.F。A pp1AA

13、2q (A A2MP PQ加速1174P1+A p0.70-恒速778p0.580.530.31工进457000.54.370.110.055-F0p2A21AqA1V2Ppg快退启动1556-0.37-F0P2Ap1AqA2V3P PQ加速11740.51.32-恒速7780.51.170.490.59*注：、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，液压缸有杆腔进油压力位pi,无杆腔回油压力为P2。6欢迎下载精品文档4、计算和选择液压元件1）确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格考虑到正常工作中进给油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为PPPiP

14、（4-1）式中Pp液压泵最大工作压力；Pi-执行元件最大工作压力；P 进油管路中的压力损失，本例取0.5MP&PPPip=（4.37+0.5）MPa=4.87MPa另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力pn应满足Pn（1.25 1.6） Pp。本例中Pn1.3pp1.3 4.87MPa=6.33MPa液压泵的最大流量应为qpKL（q）max（4-2）式中KL系统泄露系数，一般取KL=1.11.3，本例中取KL=1.1Oqp1.1 0.53 60L/min=35L/min根据以上算得的Pn和qp，再查阅相关手册，现预选YBX-25限压变量叶片泵，额 定压力pn=6

15、.3MPa每转排量qo=25L/r。电动机转速nH=1450r/min，则YBX-25型液压泵理论流量q nHg/36.3L/minqp故符合要求。取容积效率/0.8，则实际流量qPqgv36.3 0.8L/min=29L/min由表3-1可知，在工作台快退时，液压系统功率最大，取总效率0.7P 0.59巳0.84KW0.77欢迎下载精品文档根据以上算得的Pn和预选的nH，查阅相关手册，选取丫90S-4电动机，额定功率为1.1KW额定转速为1500r/min。2）确定其他元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选 出的阀类和辅件规格如表4-1所列。表4-1

16、液压元件规格及型号序 号元件名称通过的最大流量q/（L/min）规格型号额定流量qn/(L/mi n)额定压降Pn/MPa1滤油器35XU-C40X 100400.062液压泵35YBX-2536.3-3压力表开关-KF3-E3B-4三位四通换向阀31.84WE6E6X/SG24N9K1 600.35单向调速阀29.42FRM10-3X/50L1600.96二位三通换向阀31.83WE6A6X/SG24N9K1 600.37压力继电器-HED2OA2X/63-0.48减压阀29.4DR6DP3-5X/75YM600.59压力表开关-KF3-E3B-10单向阀29.4S6A14500.311三位

17、四通换向阀29.44WE6E6X/SG24N9K1 600.212单向节流阀29.4MK6G1X4000.613压力继电器-HED2OA2X/63-0.414单向阀29.4S6A14500.315三位四通换向阀29.44WE6G6X/SG24N9K4600.38欢迎下载精品文档16单向节流阀29.4MK6G1X4000.617压力继电器-HED2OA2X/63-0.418压力继电器-HED2OA2X/63-0.4在选定了液压泵之后，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4-2所列表4-2各工况实际运动速度、时间和流量

18、快进工进快退AcCq1qpA區A1Aq1qp123、q1=6.6L/min=29 -(L/min)123 59=29L/mi n=55.7 L/minA2AA1q2q1q2q1q2q1_A1AA25955.7(L/mi n)596.6(L/mi n)12329(L/mi n)12312359=26.7L/min=3.2L/min=60L/mi nqpV2予V3q1VA A2A1A2290(m/min)66(m/mi n)29 / / 、(m/mi n)(m/min)123 5912359=4.5m/min=0.54m/min=4.9m/min3.150 10603.50 10603. 200

19、10 60st2st2s4.50.544.9=2s=5.6s=2.4s由表4-2可以看出，液压缸在各阶段的实际运动符合设计要求根据表4-2数值，选取管道内允许速度v=4m/s，油管内径(4-3)由式（4-3）计算可得，与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为9欢迎下载统一选取内径d为20mm外径为D28mnS勺10号冷拔钢管。油箱容量精品文档10310317.2mm17.8mmV qpn(4-4)式中为经验系数，本例中=6。得油箱容量V qpn6 36.3217.8L选取型号为BEX-250的油箱，容量为250L。1C欢迎下载精品文档5、液压系统的验算1）验算系统压力损失由于系统管路布置尚未

20、确定，只能估算系统压力损失。现取进、回油管道长l =2m油液的运动粘度取v=ixio-4m/s，油液的密度取P =920kg/m3。在快进、 工进和快退三种工况下， 进、 回油管路中所通过的流量以快退时回油流 量q2=60L/min为最大，此时，油液流动的雷诺数Revd 4q d4 60 10637的油液的流动状态全为层流。将层流流动状态沿程阻力系数7575 d(5-1)Re4q和油液在管道内流速4qV它(5-2)同时代入沿程压力损失计算公式PI4 75 l(5-3)2 d4q将已知数据代入后，得P10.5494 108q可知，沿程压力损失的大小与流量成正比， 这是由层流流动所决定的。6032

21、0 10 1104也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺数（2000），贝咯工况下的进、回油路中在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失p 0.1 p常按下式作经验验算，既p 0.1 P1(5-4)各工况下的阀类元件的压力损失PV(5-5)式中Pn由产品样本查出；q、qn数值由表4-1和表4-2列出11欢迎下载精品文档a）快进工作台快进时，液压缸通过换向阀差动连接。在进油路上，油液通过三位四通换向阀4,然后与液压缸有杆腔的回油汇合进入无杆腔。326.7 106 .10MPa=0.0244MPa60po0.1 P1o0.1 0.0244MPa=0.0024MPapVopn(9)20.3(独

22、)20.3(也)2MPa=0.1684MPaqn6060PVO(0.0244 0.0024 0.1684)MPa=0.1952MPa将回油路上的压力损失折算到进油路上去，便得出差动快速运动时的总的压力损失59p （0.1403 0.1952） MPa=0.2339MPa123b）工进工作台工进时，在进油路上，油液通过三位四通换向阀4进入液压缸无杆腔。在 回油路上，油液通过二位三通换向阀&节流调速阀5和三位四通换向阀4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pipVi0.3（铝2MPa=0.0036MPa60此值远小于估计值。在回油路上总的压力损失为3

23、 23 2PoPVO0.3(汩)20.3(注)20.9MPa=0.9017MPa6060在进油路上, 压力损失分别为Pli80.5494 10q 0.5494 108 55.7 10106MPa=0.051MPa600.1 Pii0.1 0.051MPa=0.0051MPapViPn(9)2qn31 80.3 ()2MPa=0.0842MPa60PiP1iPiPVi(0.0510.0051 0.0842)MPa=0.1403MPa在回油路上, 压力损失分别为Pio8 80.5494 10 q 0.5494 10PoP1oPo12欢迎下载精品文档该值即为液压阀的回油缸压力p2=0.9017MPa

24、此值略大于与初算时所选取的背压值， 但无需重新计算。按表4-2的公式重新计算液压缸的工作压力为p FoP2A250778 0.90174106659 104MPa=4.56MPaPA 123 104106此值略高于表3-1的数值。考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Pe0.4MPa则液压泵的工作压力为pp1口ppe4.56 0.0036 0.4 MPa=5MPac)快退工作台快退时，在进油路上，油液通过三位四通换向阀4、单向调速阀5和二位三通换向阀6进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液通过三位四通换向阀4返回油箱。在进油路上总的压力损失为229.4229.429.42 .-厂 c 厂厂PiPvi0

25、.3 () 0.90.3 ()MPa=0.5851MPa6016060此值略高于估算值，但液压泵的驱动电动机的功率远大于所计算功率，因此无需重新 计算。在回油路上总的压力损失为popVo0.3 (60)2MPa=0.3MPa60此值与表3-1的数值基本符合，故不必重新计算。2)验算系统发热与升温由于工进在整个工作循环中占56%97%所以系统的发热与升温可按工进工况来计算。当v 2cm/min时223q D v 0.1250.02m/min=0.2L/min44此时泵的效率为0.1，泵的出口压力为4.96MPa,则有4 96 0 2P输入=誉爲2W=160W60 0.1F输出=45700 102

26、103W=1.5W6013欢迎下载精品文档此时的功率损失为P=P输入P输出二(160-1.5) W=158.5W当v 55 cm/min时，q 6.6L/min，总效率0.7，贝UP=P输入P输出二（780-420 ）W=360W可见在工进速度较高时，功率损失为360W发热量最大。假定系统的散热状况一般，取K 15W/(cnbC),则系统的升温为T -420C=9.3CKA 0.065 1532502验算表明系统的升温在许可范围内=4.96 6.660 0.7W=780WF输出=45700102103W=420W6014欢迎下载精品文档&液压集成块结构与设计1）液压集成回路设计压回路划

27、分为若干单元回路，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，以减少集成块设计工作量，提高通用性。压集成回路了差错。2）集成块设计图6-2是卧式半自动组合机床液压系 统集成块的一块，集成块上布置了三个液 压元件，采用GE系列液压阀。在系统中， 此块回路的作用是压力调节，所以称为压 力块。其余的集成块设计方法类似。若液压单元集成回路中液压元件较多或者 不好安排时， 可以采用过渡板把阀与集成 块连接起来。如集成块某侧面要国定两个 液压元件有困难， 如果采用过渡板会使问题比较容易解决。使用过渡板

28、的时不能与上 图6-1组合机床液压系统集成回路下集成块上的元件相碰，避免影响集成块的安 装。液压单元集成回路连接起来，组成液 压集成回路，如图6-1即卧式半自动组合 机床液压系统集成回路。一个完整的液压集成回路由底版、供油回路、压力控制回 路、方向回路、调速回路、顶盖及测压 回路等单元液压集成回路组成。液压集成回路设计完成后，要和液压回路进行比较，分析工作原理是否相同，否则说明液15欢迎下载精品文档集成块的设计步骤a）制做液压元件样板。b）通道的孔径。集成块上的公用通道，即压力油孔P和回油孔T,泄漏孔L及四个安装孔。压力油 孔由液压泵的流量决定，回油孔一般不小于压力油孔。直接于液压元件连接的液压油孔由选定的液压元件规格确定。孔与孔之间的连接孔用螺塞在集成块表面堵死。c）块上液压元件的布置。把制做好的液压元件样板放在集成块各视图上进行布局