液压与气压传动专业课程设计.doc

液压气动课程设计

院 系： 机电工程学院
班 级： 11机工A1
姓 名： 孙欣
学 号： 4812079
完成日期： .1.2

目录

一、工况分析·····························
二、液压缸参数确定··························
三、液压系统原理图··························
四、 液压缸装配图···························
五、系统工况图和电磁铁工作表·····················
六、液压动力元件选择·························
七、液压控制元件选择及计算······················
八、液压系统性能验算·························
九、控制电路·····························
十、集成块设计····························
十一、个人小结····························
十二、参考文件····························

设计要求：设计一台铣削专用机床液压系统，要求其完成工作循环是：工件夹紧→工作台快进→工作台工进→工作台快退→工作台停止。运动部件重力为25000N，快进、快退速度为5m/min,工进速度为100～1200mm/min，最大行程为400mm，其中工进行程为180mm，最大切削力为18000N，采取平面导轨，其静摩擦系数f=0.2，动摩擦系数f=0.1。

一、工况分析
⑴ 负载分析
计算液压缸工作过程各阶段负载。
1、切削负载F(已知)18000N
2、摩擦负载F
机床工作部件对动力滑台法向力为 F=25000N
静摩擦负载 F= F·f=25000×0.2=5000N
动摩擦负载 F= F·f=25000×0.1=2500N
3、惯性负载 F=ma=(25000/9.8)×(5/60/0.2)=1062.9N
依据上述计算结果,可得各工作阶段液压缸负载如表所表示：

表1 液压缸各工作阶负载F

工况
计算公式
负载值
工况
计算公式
负载值
开启
F= F·f
5000
工进
F= F·f+ F
20500
加速
F= F·f+m
3562.9
快退
F= F·f
2500
快进
F= F·f
2500

按表1数据可画出负载循环及工进时速度范围可画出速度循环图以下:

二、确定液压缸关键参数
依据《液压元件手册》 P130页 表2-31初定液压缸工作压力为p=4MPa。动力滑台要求快进、快退速度相等，选择单杆液压缸，快进时采取差动联接。此时液压缸无杆腔面积A和有杆腔面积A之比为2，活塞杆直径d和活塞直径D有d=0.707D关系。为预防孔钻通后，滑台产生前冲现象，液压缸回油路应有背压p，暂取p=0.5MP。（《机械设计手册》P86，0.2～0.5MPa）
从负载循环图上可知，工进时有最大负载，按此负载求液压缸尺寸。依据液压缸活塞 力平衡关系可知
pA= A
式中： ——液压缸效率，取。

D=0.0828m

d=0.707D=0.0828×0.707=0.061m 依据依据《机械设计手册》将D和d圆整就近取标准值
D=0.0828m=80mm
d=0.061m=70mm

故液压缸实际有效面积为：
A A
活塞杆强度校核：
因为活塞杆总行程为180，而活塞杆直径为70mm,L/d=2.5710，需要进行强度校核，由材料力学中相关公式 校核,活塞杆材料选择一般碳钢。依据材料许用应力表查得[]=110MPa
由式 得：
活塞杆直径7015.40 故满足强度条件。

依据液压缸负载图和速度图和液压缸有效面积，能够算出液压缸工作过程各阶段压力、流量和功率：
快进阶段：

工进阶段：

快退阶段：

流量
快进阶段：
q1=v*(A1-A2)=5.90L/min
工进阶段：
q2=v*A1=6.03L/min
快退阶段：
q3=v*A2=19.24L/min

功率
快进阶段： P1=p1*q1=208.47kw
工进阶段： P2=p2*q2=410.04kw
快退阶段：P3=p3*q3=208.43kw
工况
压力P/MPa
流量q/(L/min)
功率P/W
快进

5.90
208.47
工进

6.03
410.04
快退

19.24
208.43
表2

三、确定液压系统基础回路
从工况可知，该液压系统应含有快速运动、换向、速度换接等回路。为提升系统工作效率，我们选择双泵供油。
1 选择各基础回路
① 双泵供油回路
双泵油源包含低压大流量泵和高压小流量泵。液压缸快速运动时，双泵供油，工进时，高压小流量泵供油，低压大流量泵卸荷。
② 快进回路
这一回路采取液压缸差动联接实现快速运动，用三位四通电磁阀实现换向，并能实现快进时，液压缸差动联接。
③ 工进回路
此时负载较大，所以次序阀被打开，大流量泵直接经过次序阀流回油箱，此时只有小流量泵工作，接通三位四通电磁换向阀1YA使得整个系统形成工进回路。
④ 卸荷回路
在双泵供油油源回路中，能够利用液控次序阀实现低压大流量泵在工
进和停止时卸荷。
液压系统原理图：

四、液压缸装配图

五、系统工况图及电磁铁工作表：

1YA
2YA
3YA
快进
-
-
+
工进
+
-
+
快退
-
+
+
原位停止
-
-
-

六、选择液压动力元件
1、液压泵和驱动电机
双泵供油两个液压泵最大工作压力不一样，应分别计算。
液压缸最高工作压力为4.08MPa，取进油路压力损失为0.5MPa（查《机械设计手册》P86，0.2～0.5MPa)），据此可知高压小流量泵最大工作压力为：
p4.08+0.5=4.58MPa
从工况图中，得液压缸快进、快退时最大压力为2.12MPa。取进油路压力损失为0.5MPa，则低压大流量泵最大压力为：
p2.12+0.5=2.62MPa
经过流量表可知，两泵同时供油最大流量为19.24L/min，两个泵同时向系统供油时，按漏油10%计算则两个泵总流量为：
Q1.1×19.24=21.164L/min
溢流阀最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸流量为6.03L/min，高压小流量泵流量应为3+6.03=9.03L/min。
依据以上压力和流量数值查产品样本，选定双联叶片泵型号PV2R12-6/23。
该液压泵排量分别为后泵6ml/r和前泵23ml/r，当液压泵转速n=940r/min时，液压泵理论流量为30.08L/min，取液压泵容积效率 ，液压泵实际流量为

（小流量泵最低流量）

查液压缸工况图可知，液压缸工进时，所需功率最大。液压泵工作压力为4.08MPa，流量为6.03 L/min。则驱动电机功率为：
P=
式中：——液压泵总效率，取=0.75。
查电机手册选择Y90S-6型电动机，额定功率0.75KW，满载转速910r/min

七、液压控制元件选择及计算
1、阀类元件和辅助元件按其在油路中最大压力和该元件实际流量，选出元件规格型号见表3：
表3
序 号
名 称
流量参数、转数
压力（Mpa）、功率（kw）
型号及规格
出处
1
电动机
910r/min
0.75KW
Y90S-6
机械设计手册
Y系列电动机
2
双联叶片泵
32.6/mL.r
14Mpa
PV2R12-6/23

机械设计手册
P23-89
3
溢流阀
63L/min
5.08Mpa
YF3-E10L
液压元件手册
P214、P215
4
单向调速阀
0.2-125L/min
21Mpa
FCG03125
机械设计手册
P23-339
5
三位四通电磁换向阀
60L/min
31.5Mpa
4WE6HA6XBW110R-50Z4
机械设计手册P23-368
WE型电磁换向阀
6
二位三通电磁换向阀
60L/min
31.5Mpa
4WE6EA6XBW110R-50Z4
机械设计手册P23-368
WE型电磁换向阀
7
单向阀
40L/min
最大25Mpa
CRG03*-50
机械设计手册P23-361
8
液控次序阀
60L/min
≦35Mpa
DE6DP-XM
机械设计手册P23-296

2、油管计算
表4 液压缸进、出流量

快进
工进
快退
输入流量
（L·min）
Q
=(63.5927.1）/(63.59-28.26)
=48.81
Q4.1
Q27.1
排出流量
（L·min）
Q
=(28.2948.81)/63.59
=21.71
Q
=(28.260.41)/63.59
=0.18
Q
=(63.5927.1)/28.26
=60.98
运动速度
（m·min）
v
=(27.110)/(63.59-28.26)
=7.67
v
=(0.4110)/63.59
=0.064
V
=(27.110)/28.26
=9.59
管道尺寸确实定：
油管采取钢管，p=24.57MPa(P>6.3Mpa) ，钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，在弯曲地方能够用管接头来实现弯曲。塑料管通常见在回油管用。
管接头选择：
液压系统中油管和管接头常见联接方法有：焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。
管路旋入端用连接螺纹采取国际标准米制锥螺纹（ZM）和一般细牙螺纹（M）。锥螺纹依靠本身锥体旋紧和采取聚四氟乙烯等进行密封；细牙螺纹密封性好，用于高压系统。组合垫圈或O形圈进行端面密封，也可采取紫铜垫圈。

5) 管道内径计算：

其中： q——经过管道内流量
v——管内许可流速
见表：液压系统各管道流速推荐值
油液流经管道
推荐流速（m/s）
液压泵吸油管
0.5～1.5
液压系统压油管道
3～6，压力高，管道短粘度小取大值
液压系统回油管道
1.5～2.6

(1). 液压泵压油管道内径： 取v=4m/s

依据《机械设计手册》：d=5mm,钢管外径 D=10mm，管接头联接螺纹M8×1
(2). 液压泵回油管道内径：取v=2.4m/s

依据《机械设计手册》：取d=6.3mm,钢管外径 D=10mm，管接头联接螺纹M8×1
6) 确定油箱
油箱容量按式估算，其中α为经验系数，低压系统，α=2～4；中压系统，α=5～7；高压系统，α=10～12。现取α=10，得

7)管道壁厚计算：

p——管道内最高工作压力 Pa
d——管道内径 m
——管道材料许用应力 Pa
——管道材料抗拉强度 Pa
n——安全系数
时，取n=8；
时，取n=6；
时，取n=4。
钢管材料为45#钢，由此可得材料抗拉强度=600MPa;

液压泵压油管道壁厚

液压泵回油管道壁厚

3、油箱
油箱容量按液压泵流量计算，取=7。
V=Q=7×27.1=189.7
按GB2876-81要求，就近选择标准值，V=250L。
4、液压油选择：设系统采取N32液压油。室温为20℃时，
八 液压系统性能验算
⑴压力损失估算
因为具体管路部署还未确定，压力损失暂无法计算。这里仅对阀类元件压力损失进行估算，待管路装配图确定后，再计算管路沿程和局部压力损失。压力损失要按不一样工作阶段分别计算。
① 快进
快进时液压缸差动联接，可知进油路上有单向阀10，其经过流量为22L/min，电磁换向阀2，其流量为27.1L/min，因为此时液压缸实现差动联接，故经过行程阀流量为48.81L/min，其进油路总损失为

=
=0.024+0.057+0.18
=0.26MPa
式中：——阀额定压力损失；
——阀实际过流量；
——阀额定流量。
回油路上液压缸有杆腔油液经过电液换向阀和单向阀流量均为21.71L/min，然后和液压泵供油汇合，经过行程阀进入无杆腔，据此计算出有杆腔和无杆腔之压力差

=0.037+0.024+0.18
=0.241MPa
② 工进
工进时，进油路上电液换向阀流量为0.5 L/min，调速阀压力损失为0.5MPa；回油路上经过换向阀流量为0.24 L/min，背压阀压力损失为0.6MPa，次序阀流量为0.24+22=22.24 L/min，折算到进油路总损失为

=0.78MPa
液压缸回油腔压力为
=0.64MPa
考虑到压力继电器动作压力比系统工作压力高0.5MPa，所以溢流阀调定压力为

=4.75MPa
③ 快退
快退时，进油路经过单向阀流量为22 L/min，经过换向阀流量为27.1 L/min；回油路上经过单向阀，换向阀和单向阀流量相同，均为57.51 L/min，进油路上总压力损失为
=0.082MPa
回油路总压力损失为
=0.592MPa
则快退阶段，液压泵工作压力为

1.5+0.082=1.582MPa
此值为卸荷次序阀压力调定值。
⑵ 温升验算
以工进时消耗功率计算温升。
工进时液压缸有效功率为
=0.018KW
双泵供油在工进时，两泵输出功率应分别计算。低压大流量泵输出功率：，此时大流量泵压力为卸荷阀调定压力，其值为
=0.037MPa，则。
高压小流量泵工作压力4.75MPa，流量为5.1 L/min，所以总输入功率为
=0.556kW
则发烧功率为 =0.538Kw
油箱散热面积 A=2.58
温升 =22.8℃
式中，取散热系数K=9W/℃
温升在许可范围，可不设冷却装置。

九、电磁换向阀控制电路

十、 集成块设计

十一、 个人小结
　　毫无疑问，这是痛苦两周，因为我不愿意说假话，也不愿意敲击着键盘将那些客套话搬上电脑屏幕。当然，我也无意对着她人诉苦，因为将课堂所学化为专业所用本就是作为一个学生基础任务和职责，在课堂上埋怨着那些纷繁复杂理论知识和那些晦涩难懂概念和公式时自己也曾想过假如能有那么一次试验或是一次能够接触到具体内容教学过程那该多好呢，当度过了最初埋怨以后我想到了自己当初所持这一想法，学习，究其渊薮依旧是要学以致用，尽管有些许繁忙，可我到底还是乐于接收了。
当小组成立以后自己被一个复杂情绪所围绕着，这是一个既烦恼又兴奋感觉，烦是自己又将面对两周寝食难安日子和很多自己从未遇见过难题，恼是自己还有其它课程设计任务需要去完成可时间偏偏只有两周，兴奋是，我似乎能够预见到在课设结束之时，看着自己汇报书那时我会有多轻松和自豪。怀揣着这种较为复杂心情，我踏上了这次课设之旅。
组长还没问，不由分说我和我一个好哥们就一起自告奋勇揽下了设计计算任务，因为之前做过机械设计课程设计，我们俩也一起搞定了全部计算，算是一对黄金搭档，当初那种成就感还依旧历历在目，现在想来依旧值得自豪，因为当其它组同学们还在艰苦奋斗时候我们组同学们已经卷铺盖放假回家了。可当翻开设计任务书和设计过程时候我发觉，事情远没有我们想象类同，和之前不一样事，这次系统工作原理全部要自己设计确定，再一看那些纷繁复杂计算，我们立即有种压力山大感觉，再加之多种装配图，我世界霎时变成了灰色.....因为种种原因，我们计算工作一直落在了其它小组后面，当我们处理完多种棘手麻烦问题时，其它小组同学早已纷纷答辩完成满面春风拍着我肩膀说道：“欣仔，这次你们怎么这么磨。”我只是想，所谓快慢并非关键，而在于面对挑战时态度和困难来临时我们是否有勇气去面对，当我此刻坐在电脑前敲击着键盘时我想我已经做到了。
一个有着复杂心情开局，一个有着将要抓狂过程，一个有着美好结局未来，可能我并不是一个优异学生，可能很多人认为我不适合学工科（我自己也这么认为）可这几年我到底还是坚持下来了，可能我别无所长，可能我前途堪忧可我不明白什么叫放弃，熬过了大学两年，我似乎习惯了被一门又一门专业课包围，习惯了被一个又一个实训染白了一根又一根头发，习惯了让自己语无伦次繁忙，可我也习惯了战胜客服它们以后所带来巨大喜悦，可能，很多路只在走和不走一念之间，和其放弃不如裸衣和之一战，待到考试经过之日便是畅快淋漓之时。所谓人生，奋斗、奋斗、奋斗而已。

十二、 参考文件
1.《液压和气压传动》教材
2.《机械零件设计手册》（液压和气动部分） 冶金出版社
3.《组合机床设计》（液压传动部分） 机械出版社
4.《液压工程手册》 机械工业出版社
5.《液压系统设计简明手册》 杨培元主编，机械工业出版社
6.《液压元件手册》 黎启柏主编，冶金机械工业出版社