液压传动课程设计

1、v1.0可编辑可修改湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院学院（系、部）2015 2016学年第一学期课程名称液压传动指导教师陈义庄职称教授学生姓名xx专业班级xx学号 xx题目组合机床切削的液压系统成绩起止日期2015 年 12月 22日 2015 年 12 月 30 日目录清单序号材 料 名称资料数量备注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸14560v1.0可编辑可修改液压与气压传动课程设计设计说明书题目名称：学院（部）：组合机床切削的液压系统机械工程学院专业：机械工程学生姓名：xx班级：xx学号xx指导教师姓名：xx评定成绩：1v1.0可编辑可修改目录0. 设计任务书 21

2、. 设计要求及工况分析 32. 主要参数的确定 63. 液压系统图的拟定 94. 液压元件的计算与选择 105. 液压系统的性能验算136. 参考资料157. 设计总结 16- 1 -v1.0可编辑可修改课程设计任务书2015 2016 学年第 1 学期机械工程学院（系、部）机械工程专业 xx班级课程名称：液压与气压传动设计题目：组合机床切削的液压系统完成期限：自 2015 年 12月 22日至 2015年 12 月 30日共 1周一、设计的任务与主要技术参数设计一组合机的液压系统。组合机床切削过程要求实现：快进工进快退停止，由动力滑台驱动工作台。最大切削力F=30000N，移动部件总重量G

3、3000N；行程长度内容400mm（工进和快进行程均为200mm），快进、快退的速度均为4m/min ，工作台的工进速度可调（ 501000） mm/min；启动、减速、制动时间t=; 该动力滑台采用水平放置的平导轨。静摩擦系数fs ；动摩擦系数fd 。及二、设计工作量任务1）明确设计要求，进行工况分析；2 ）主要参数的确定；3）拟定液压系统图；4）计算与选择液压原件5）液压系统的性能验算；6）绘制工作图、编写技术文件。进起止日期工作内容度明确设计要求，进行工况分析安液压传动设计排绘制工作原理图, 整理说明书- 2 -v1.0可编辑可修改主要参考资料 1 刘忠伟 . 液压传动与气动 . 北京：

4、化学工业出版社， 2014. 2 张利平 . 液压控制系统及设计 . 北京：化学工业出版社， 2006. 3 丁树模 . 液压传动 . 第二版 . 北京：机械工业出版社， 1999.指 导 教 师 ： xx2015年12 月10 日系（教研室）主任：2015年 12月 10日1.设计要求及工况分析设计要求要求设计的机床动力滑台液压系统实现的工作循环是“快进工进快退停止”。主要性能参数与性能要求如下：最大切削力 F=30000N，移动部件总重量 G3000N；行程长度 400mm（工进和快进行程均为 200mm），快进、快退的速度均为 4m/min，工作台的工进速度可调（ 501000）mm/m

5、in；启动、减速、制动时间 t=; 该动力滑台采用水平放置的平导轨。 静摩擦系数 fs ；动摩擦系数 fd；液压系统中的执行元件是液压缸。负载与运动分析（ 1）工作负载 由设计要求可知最大工作的负载 F=30000N（ 2）惯性负载(3) 摩擦负载 因为采用的动力滑台式是水平导轨，因此作用在上面的正压力 N=G=3000N。静摩擦阻力动摩擦阻力取液压缸的机械效率，得出的液压缸在各工作阶段的负载如表所示。工况负载组成负载值 F/N推力 F/- 3 -v1.0可编辑可修改启动600667加速341379快进300333工进3030033667快退300333表 液压缸在各工作阶段的负载值根据液压缸

6、上述各阶段的负载可绘制如图（另附）所示的推力循环图F-l 。速度图中，快进、快退，快进行程，工进行程长度，快退，工进速度取可调最小（大）速度2.主要参数的确定初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其他工况负载都不高，参考液压与气压传动中的表9-2 和 9-3 初选液压缸的工作压力。计算液压缸的主要尺寸鉴于动力滑台要求快进、快退的速度相等，液压缸可选用单杆式的并在快进时作差动连接。此时液压缸无杆腔的工作面积应该是有杆腔的两倍，即活塞外径 d 与液压缸的内径 D 有 d=D的关系。在切削加工时，液压缸回油路上必须有背压，以防止切削完毕后因负载变小而濡染往前冲。可取。快进时液压缸虽然

7、作差动连接，但是由于油管中有压降 存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取 约为。快退时回油腔有背压，这时 也可按 0，5MPa估算。- 4 -v1.0可编辑可修改由工进时的推力计算液压缸的面积d=当按 GB 2348-1980 将这些直径圆整成接近标准值得D=11cm，d=8cm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。根据上述 D 和 d 的值，可以估算液压缸在不同阶段的压力、 流量和功率， 如表。并据此画出如图所示的液压缸工况图（ 另附），其中红笔所画、黑笔所画和铅笔所画线分别表示 P、q、p。回油进油腔输入流量输入负载腔压q/L工况压力功率计算式F/

8、N力P/Kw快启0-进动667- 5 -( 差加3379动)速恒333速3366工进7启6670动加快退349速恒333速v1.0可编辑可修改-表 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值3.液压系统图的拟定选择基本回路(1) 选择调速回路由图中的曲线得知， 这台机床液压系统的功率小，滑台- 6 -v1.0可编辑可修改的速度低，工作负载变化小， 采用进口节流阀的调速形式， 为了防止切削时滑台突然前冲的现象，回油路上应设置背压阀。由图可知，液压缸交替地要求油泵提供低压大流量和高压小流量的液压油。最大流量和最小流量之比约为 42，而快进、快退所需要的时间 和工进时间 分别为即。因此，为了提高效率、

9、 节省能量，选用如图所示 （另附）的双联式叶片泵。(2) 选择快速运动和换向回路快进回路选用差动连接， 选用如图所示 （另附）的形式。回油腔采用单向阀来实现差动链接。(3) 选择速度换接回路滑台快进到工件时， 输入液压缸的流量由min 下降到（） L/min ，滑台速度变化很大，所以选用行程阀来控制速度的换接，以减少液压冲击，初步如图所示（ 另附）。(4) 选择调压回路和卸荷回路液压系统调压可由双联叶片泵实现， 卸荷可通过中卫机能解决。组成液压系统方案一：将上面选出的液压基本回路组合，可得初步的液压基本回来，如图所示（ 另附），但是回路中还存在许多问题需要更正。在图中，改进（ 1）：在液控单向

10、阀下方需要加一个背压阀，实现工进背压，同时还需要并联一个单向阀以便于实现快退功能。改进（ 2）：在回油路中，背压阀的存在会导致差动连接中的单向阀被顶开无法使油液回流到油箱， 所以将差动连接中的单向阀更换成顺序阀，并且该顺序阀的顶开压力必须大于背压阀的压力。改进（ 3）：将液控单向阀的外控 k 口必须接在调速阀和液压缸之间，否则在刚开始的差动连接油路无法实现其功能。改进（ 4）：在快退回路的回油路中，电磁阀可能有一部分时间处于左位， 回油路只能经过调速阀， 无法快退，所以应该在调速阀旁边并联一个单向阀。 改进（5）：在液压缸的无杆腔的接口处还需要加一个压力继电器已便于控制三位四通换向阀换向。如图

11、所示（另附）。其电磁阀和电磁阀动作顺序如表所示。电磁铁动作名称1YA YA电磁阀快进工进死档铁停留- 7 -v1.0可编辑可修改快退原位停止-表 方案一电磁铁和电磁阀动作顺序液压系统工作原理及动态（ 1）快进 按下启动按钮， 1YA通电，电磁阀 5 左位接入系统。主油路接通。此时处于空载，系统压力低，顺序阀 3 处于关闭状态，两泵同时供油，液压缸快进。此时液压油由电磁阀 10 右位进入液压缸左位，液控单向阀 8 关闭，顺序阀 11 接通，液压缸差动连接。主油路的油液流动路线：进油路：双联叶片泵2换向阀（左位） 5电磁阀（右位） 10液压缸（无杆腔） 14回油路：液压缸（有杆腔）14顺序阀 11

12、液压缸（无杆腔） 14(2) 工进 当滑台到达预定位置，触碰到电磁阀开关 13 以此控制电磁阀10 接通左位， 1YA继续通电，换向阀 5 左位接通， 液压油由调速阀 9 进入液压缸14 左腔，此时由于负载变大，系统压力升高，液控单向阀8 打开，顺序阀 3 打开，低压大流量泵 2A 经顺序阀 3 回油箱，系统只由高压小流量泵 2B 供油，液压缸工进。回油时由于背压阀 6 的压力小于顺序阀 11 的压力，所以油液不会经过顺序阀 11 回到进油路。（由计算数据可调顺序阀 11 的压力为，背压阀 6 的压力为）进油路：高压小流量泵2B换向阀 5( 左位 )调速阀 9液压缸 14（无杆腔）回油路：液压

13、缸 14（有杆腔）液控单向阀 8背压阀 6换向阀 5( 左位 )油箱(3)死挡铁停留工进到达预定位置后， 碰上死挡铁， 滑台停止运动， 实现死挡铁停留（4）快退 滑台碰上死挡铁，运动停止，系统压力继续升高，当压力达到压力继电器 12 调定压力时，换向阀 2 的右位接通控制右路。此时因为空载，回油无背压，系统压力很低，双联叶片泵 2 两泵同时供油，滑台实现快退。这时的主油路路线：- 8 -v1.0可编辑可修改进油路：双联叶片泵 2换向阀（右位）单向阀 7液控单向阀 8液压缸（有杆腔） 14回油路：液压缸（无杆腔）14单向阀 15换向阀（右位） 5油箱（5）原位停止快到原位时， 行程挡铁压下终点行

14、程开关，所有电磁铁断电，换向阀处于中位，系统处于卸荷状态。此时的主油路的流油路线：双联叶片泵 2换向阀 5（中位）油箱方案二：在方案一中速度换接被放置在液压缸的无杆腔一侧支路， 在方案二中将速度换接回路放置在有杆腔一侧支路，如图所示（ 另附）。其电磁阀和电磁阀动作顺序如表所示。动作名称电磁铁行程阀1YA YA快进工进死档铁停留快退原位停止-表方案二电磁铁和行程阀动作顺序液压系统工作原理及动态（ 1）快进按下启动按钮， 1YA得电，电磁阀 6 左位接入系统，主油路接通。此时处于空载，系统压力低，顺序阀3 处于关闭状态，两泵同时供油，液压缸快进。由于系统压力低无法打开液控单向阀10，顺序阀 11

15、接通，液压缸差动连接。主油路的油液流动路线：进油路 : 双联叶片泵 2换向阀（左位） 6液压缸（无杆腔） 13回油路：液压缸（有杆腔）13顺序阀 11液压缸（无杆腔） 13(2) 工进当滑台到达预定位置，触碰到行程阀12 时，行程阀 12 被压下，上位接入系统， 此时由于负载变大， 系统压力升高， 液控顺序阀 3 和液控单向阀10 打开，低压大流量泵2A 经过顺序阀 3 回油箱，系统只由高压小流量泵2B 供- 9 -v1.0可编辑可修改油，液压缸工进。回油时由于行程阀接上位，调速阀 9 接入系统。并且，由于背压阀 7 的调定压力小于顺序阀 11 的压力，所以油液不会经过顺序阀 11 回到进油路

16、。（顺序阀 11 的调定压力位，背压阀 7 的调定压力位）进油路：高压小流量泵2B换向阀（左位） 6液压缸 ( 无杆腔 )13回油路：液压缸 13（有杆腔）液控顺序阀 10调速阀 9背压阀 7换向阀（左位）6油箱(3) 死挡铁停留 工件到达预定位置后，碰上死挡铁，滑台停止运动，实现死挡铁停留。(4) 快退滑台碰上死挡铁后， 运动停止，系统压力继续升高， 当压力达到压力继电器 14 调定的压力时，换向阀6 的右位接入系统右路。此时因为空载，回油路没有背压，系统压力很低，双联叶片泵同时供油，滑台实现快退。这时的主油路路线：进油路：双联叶片泵 2换向阀 6单向阀 8单向阀 11液控顺序阀 10液压缸

17、（有杆腔） 13回油路：液压缸（无杆腔）13油箱(5) 原位停止 快到原位时，行程挡铁压下终点所有行程开关， 所有电磁铁断电，换向阀处于中位，系统处于卸荷状态。此时的主油路的流油路线：双联叶片泵 2换向阀 6（中位）油箱综上所述：行程阀的阀口是逐渐关闭（或开启）的，速度换接比较平稳，速度换接的平稳性、 可靠性以及精度都比方案一好，适合用于组合机床切削的液压系统中，所以最终确定采用方案二。-10-v1.0可编辑可修改4.液压元件的计算及选择确定液压泵的规格和电动机功率液压缸整个工作循环中的最高压力为，如果进油路上的压力损失为，压力继电器调整压力高出系统最高压力位，则小流量泵的最高工作压力压力为：

18、大流量泵在快进运动时才向液压缸 14 供油的，由图可知， 快退时液压缸中的工作压力比快进时候大， 若取进油路上的压力损失为， 则大流量泵的最高工作压力为：-11-v1.0可编辑可修改两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为min，如图可知，若回油路中的泄露按输入流量的10%估算，则两泵的总流量。而溢流阀最小闻流为3L/min ，工进时最小输入流量为 min，所以小流量泵的流量规格最小应为min。由以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取 PV2R12型双联叶片泵。由于液压缸在快退时输入功率最大，即泵输出压力位，流量25L/min 时的情况，如果取双联叶片泵的总效率=，则液压泵的驱动原动机所需

19、的功率为根据此数值查阅电机产品样本， 最后选定 Y90S-4 型电动机，其额定功率为。确定其他元件及辅件（ 1）确定控制元件和辅助元件 根据液压系统的工作压力和通过各个控制阀类元件和辅助元件的实际流量， 可以选出这些元件的规格和型号， 表为选用的型号和规格。序号元件名称估计通过流量型号规格/L1滤油器25YYL-105-10 21MPa,90L/min2双联叶片泵-PV2R1214MPa,和 min3液控顺序阀20XF3-E10B4单向阀25AXQF-E10B5溢流阀YF3-E10B16MPa,10通径6三位四通电磁阀457背压阀1XF3-E10B8单向阀25AF3-Ea10B9调速阀1AXQ

20、F-E10B315MPa，10通径10液控单向阀25DFY-L10H3，10 通径11单向阀25X3F-B10H，10 通径12单向阀25AF3-E10B16MPa，10 通径-12-v1.0可编辑可修改13液压缸-14压力继电器-PF-L8C14MPa,8通径表 选用元件型号和规格（ 2）确定油管 各元件管道的规格按元件接口处的尺寸确定，液压缸进、出油管按输入、 输出的最大流量计算。 由于液压泵具体选定后液压缸在各个阶段的进、出流量已经与原定数值不同，所以要重新计算得到表所示的数据。项目快进工进快退输入流量25/L输出流量/L运动速度/m表 液压缸的进、出流量当液压油的速度取 3m/min

21、时，可得到液压缸有杆腔和无杆腔相连的油管内分别为：为统一规格，按产品样本选取油管内径15mm，外径 20mm的 10 号冷拔钢管。(3) 油箱 油箱的容积 V 按 V=a 计算。当经验系数取 6 的时候，油箱的容积V=150L，按 GB 2876-1981 规定，取标准值250L。-13-v1.0可编辑可修改5.液压系统的性能验算回路压力损失验算1 选定管道内径15mm，进、回油管道的长度估计为2m，取液压油粘度v=1*，油密度。取最大速度（流量）估算：所以，各工况流动都为层流。层流沿程阻力系数 ，管道油液流速 。则沿程阻力损失为：局部压力损失：由上式计算各工况进、回油路压力损失，如表。油路各工况下的压力损失 /MPa快进工进快退进油0-14-v1.0可编辑可修改回油0表 各工况下的压力损失由上表计算可是，各个工况的总压力损失 ，将其与各工况工作压力比较，均小于工作压力，故系统可正常工作。发热温升验算工进在整个工作循环中所占用的时间达 96%，所以系统发热和液压油温升主要是计算工进时的。工进液压缸的有效功率为：这时大流量泵通过液控顺序阀卸荷， 小流