卧式镗床液压系统优秀课程设计.doc

1．设计目标：
液压传动是机械类专业学生一门关键技术基础课，课程内容理论性和实践性全部很强。 经过液压实习，使学生增加感性认识，深入巩固加深学生掌握液压传动知识，深入了解液压元件、回路和系统工作原理和结构特点；培养学生动手能力和试验技能 ，以达成良好教学目标。
2．设计内容和要求（包含原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
工作循环：定位—夹紧—工作台快进—工进—快退—松开—停止
运动部件总重G=10000N，液压缸机械效率0.9，最大切削力为F=31000N，夹紧力1200N，有效行程0.4米，工进行程0.1米，工进速度0.00092m/s,快进和快退速度为0.088m/s ,开启加速时间为0.2s采取铸钢平导轨。要求速度换接平稳,运行安全可靠,可手动和半自动控制。

目 录
课程设计任务书---------------------------------------------------------------3
一、绪论---------------------------------------------------------------------5
二、镗床液压系统设计---------------------------------------------------------5
（一）明确对镗床液压系统设计要求---------------------------------------------5
（二）液压缸负载分析-------------------------------------------------------5
（三）液压缸关键参数确实定---------------------------------------------------10
（四）液压系统图拟订-------------------------------------------------------14
（五）液压元件选择---------------------------------------------------------16
（六）液压系统性能验算-----------------------------------------------------19
参考文件-------------------------------------------------------------------- 20

镗床液压系统设计

一、前沿
作为现代机械设备实现传动和控制关键技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛应用。和其它传动控制技术相比，液压技术含有能量密度高﹑配置灵活方便﹑调速范围大﹑工作平稳且快速性好﹑易于控制并过载保护﹑易于实现自动化和机电液一体化整合﹑系统设计制造和使用维护方便等多个显著技术优势，所以使其成为现代机械工程基础技术组成和现代控制工程基础技术要素。
为了满足机床对液压系统工作要求，液压系统中采取双泵供油、综合考虑选择液压元件、管件、标准紧固件，及电动机、油箱等。同时在设计液压站时考虑到结构上合理部署，方便于安装和维护。
镗床液压系统设计，被加工零件是缸体，机床要完成动作为：装入工件，按开启按钮，油泵工作，定位夹紧后，快进，工进、快退，松开，原位，先定位，后夹紧，工件不夹紧时不能工作。
在镗床液压系统设计时，首先要明确镗床对液压系统要求，对液压系统工作进行分析，确定液压系统原理图，并计算和合理选择液压元件，其目标是为了选择液压泵、控制阀、液压辅件等
二、镗床液压系统设计
（一）明确对镗床液压系统设计要求及工作环境
镗床液压系统动作和性能要求关键有：运动方法、行程、速度范围、负载条件、运动平稳性、精度、工作循环和动作周期、同时等等。对于工作环境而言，有环境温度、湿度、尘埃、防火要求及安装空间大小等。所设计镗床液压系统不仅能满足“定位—夹紧—快进—工进—快退—松开—停止”工作循环要求，还要有较高可靠性、良好空间部署。为了实现上述工作循环，并确保零件一定加工长度，采取行程开关及电磁换向阀实现次序动作。拟采取液压缸作为实施元件。
（二）液压缸负载分析
取静摩擦系数为=0.2,动摩擦系数为=0.1。G=10000N，液压缸机械效率取ηm=0.9。
1．负载分析
⑴ 工作负载： =31000 N
⑵静摩擦阻力： = = 0.2×10000N=N
⑶动摩擦阻力： = = 0.1×10000N=1000N
⑷ 惯性负载 △v取0.045m/s, △t取0.5s, =ma=﹙﹚×﹙ ﹚=﹙10000/9.8﹚×﹙0.045/0.5﹚N=91.8N
液压缸在各工作阶段负载表如表1
表1 液压缸在各工作阶段负载值
工 况
负载分析
负载值F/N
推力/N
启 动
F =

2222.22
加 速
F =+
1091.8
1213.11
快 进
F =
1000
1111.11
工 进
F =+
3
35555.56
快 退
F =
1000
1111.11

6．负载图和速度图绘制
负载图按上面数据绘制，速度图v1=v3=0.088m/s,v2=0.00092m/s画出以下图。

由以上图能够看出，在快进和快退时速度是一样，工进时所受负载最大，速度在整个过程中最小，确保运动平稳。

（三）液压缸关键参数确实定
液压缸选择单杆式，并在快进时作差动连接。此时液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆腔工作面积A2两倍，即活塞杆直径d和缸筒直径D关系为d=0.707D。液压缸机械效率取ηm=0.9。
3．液压缸关键参数
查《液压传动和气动传动》表9-1和表9-2，取p1=4MP。取p2=0.8，开启瞬间取，快进时取△p=0.5MP，快退时取△p=0.5MP。
由公式= =得，液压缸无杆腔有效面积A1==35555.56/3.6=98.76cm，液压缸内径 D==11.2cm
查《液压工程手册》取标准值D=110mm,d=0.707D=77.77mm,取标准值d=80mm,A1=D==95cm,A2===44.7cm,A=A1-A2= 50.3cm
下表 液压缸在不一样阶段压力流量和功率值表

工 况
负 载
F/N
回油腔压力
/Pa
进油腔压力
/Pa
输入流量q/(m3s-1)
输入功率
/W

计算式

快进
(差动)
起动
2222.22
=0()
0.44

-

-

加速
1213.11

0.24

-

-

恒速
1111.11
0.22
4.426
97.372

工 进
35555.56
0.85
3.97
0.0874
34.6878

快退
起动
2222.22
=0
0.50

-

-

加速
1213.11

0.27
-
-
恒速
1111.11
0.24
3.934
94.4
（三）选择液压回路
1.调速和速度换接回路
这台机床液压滑台工作进给速度低，传输功率也较小，很适宜选择节流调速方法，因为钻孔时切削力改变小，而且是正负载，同时为了确保切削过程速度稳定，采取调速阀进口节流调速，为了增加液压缸运行稳定性，在回油路设置背压阀，分析液压缸V-L曲线可知，滑台由快进转工进时，速度改变较大，选择行程阀换接速度，以减小压力冲击。

图3调速和速度换接回路

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，降低发烧考虑，泵源系统宜选择双泵供油回路或变量泵供油回路。因为左右滑台在工作时要采取互不干扰回路，所以只能选择双泵供油回路。小流量泵提供高压油，供两滑台工作进给用（也供定位夹紧用），低压大流量泵以实现两滑台快速运动。为两系统（左滑台系统和右滑台系统）工作互不干扰，小泵高压油分别经一节流阀进入各自系统，大泵低压油分别经一单向阀进入各自系统。
2．换向回路
此机床快进时采取液压缸差动连接方法，使其快速往返运动，即快进、快退速度基础相等。滑台在由停止转快进，工进完成转快退等换向中，速度改变较大，为了确保换向平稳，采取有电液换向阀换向回路，因为液压缸采取了差动连接，电液换向阀宜采取三位五通阀，为了确保机床调整时可停在任意位置上，现采取中位机能O型。
快进时，液压缸油路差动连接，进油路和回油路串通，且又不许可经背压阀流回油箱。转为工进后进油路和回油路则要隔开，回油则经背压阀流回油箱，故须在换向阀处、在进、回路连通油路上增加一单向阀，在背压阀后增加一液控次序阀，其控制油和进入换向阀压力油连通，于是快进时液压缸回油被液控次序阀切断（快进空行程为低压，此阀打不开），只有经单向阀和进油汇合，转工进后（行程阀断路），因为调速阀作用，系统压力升高，液控次序阀打开，液压缸回油可经背压阀回油箱，和此同时，单向阀将回油路切断，确保液压系统形成高压，方便液压缸正常工作。绘出该部分回路图。

图4换向回路
3.压力控制回路
高压小流量泵和低压大流量泵各设一溢流阀调压，工进时只有小流量泵供油，大流量泵则可卸荷，而小流量泵只是在工件加工完成，输送带立即装入第二个工件之瞬刻，才处于不工作状态，其间断时间甚短，故无须让其卸荷，绘出双泵油源及压力控制回路图。图4.3所表示。

图5 压力控制回路

4.定位、夹紧系统减压次序回路
定位、夹紧液压缸工作面积，行程均不大，完全可由高压小流量泵对其单独供油。为了确保工件定位夹紧安全可靠，其换向阀采取带定位装置电磁阀。夹紧压力比系统低，且要求既稳定，又可调，故采取减压阀减压，减压阀后设置一单向阀，这可增加夹紧可靠性和安全性。先定位后夹紧次序动作，由次序阀完成。为了使松开工件不受次序阀影响，使单向阀次序阀并联。绘出定位、夹紧系统部分回路图，图4-4所表示。

图6定位、夹紧系统部分回路图

（四）液压缸原理图及电磁铁动作次序表见附图
（五）液压元件选择
1． 确定液压泵型号及电动机功率
液压缸在整个工作循环中最大工作压力为3.97MP，此时液压缸输入流量较小，泵至缸进油路压力损失估算取为⊿p=0.85MP，调整压力应比系统最大工作压力高出0.5MP，则小流量泵最大工作压力应为pp1=（3.97+0.85+0.5）MP=5.32MP。
大流量泵是在快进运动时才向液压缸输油，快退时液压缸中工作压力比快退时大，如取进油路压力损失为0.5MP，则大流量泵最高工作压力为=（0.24+0.5）MP=0.74MP
两个液压泵同时向系统供油时，若回路中泄露按10﹪计算，则两个泵总流量应为qp=1.1×4.426×10ms=29.21L/min,因为溢流阀最小稳定流量为3L/min，而工进时液压缸所需流量为0.524L/min，所以高压小流量泵输出流量不得少于3.524L/min。
依据以上压力和流量数值查产品目录，最终确定选择YB-6.3/32型双联叶片泵，其额定压力为6.3MP，取双联叶片泵总效率为ηp=0.75，则驱动该泵电动机功率可由泵工作压力（5.32MP）和输出流量（当电动机转速为1440r/min）qp=qp1+qp2=V1nηv1+V2nηv2=6.3×1440×0.85+32×1440×0.92=50.11L/min 求出= =（5.32×0.02921）/(60×0.75)=3.45×10W
由《液压站设计和使用》P320表7-134 查得电动机型号为Y132M-4，功率为7.5KW，额定转速为1440r/min。
2．选择阀类元件及辅助元件
依据系统工作压力和经过各个阀类元件流量，可选出这些元件型号及规格如表8
表1 元件型号及规格
序号
元件名称
估量经过流量(L/min)
型号 规格
1
双联叶片泵
29.21
YB-6.3/32
2
溢流阀
3.524
YE3-10B
3
溢流阀
25.686
YE3-10B
4
二位二通电磁阀
25.686
22EF3-E10B
5
单向调速阀
26.6
AQF3-E10B
6
单向调速阀
26.6
AQF3-E10B
7
减压阀
26.6
J-25B
8
单向阀
26.6
A-25B
9
二位五通电磁阀
26.6
25E-25B
10
单向次序阀
23.6
XA-Fa10D-B
11
溢流阀
23.6
YE3-10B
12
背压阀
23.6
YE3-10B
13
单向阀
0
A-25B
14
三位五通电液换向阀
26.6
35DY-100BY
15
二位二通电磁换向阀
26.076
22EF3-E10B
16
单向调速阀
0.524
AQF3-E10B
17
背压阀
23.6
YE3-10B
18
电动机

Y132M-4

3．其它辅助元件及液压油液
（1）油管
各元件间连接管道规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按集成阀多联底板上连接口尺寸决定。
（2）油箱
油箱容积按V=ξqp估算，对于通常低压系统，油箱容量通常取泵流量3～5倍，本题取4倍，当取ξ=4时，算得液压系统中油箱容量为 V=ξqp=4×(6.3+32)=153.2L 因为油箱通常为了散热等原所以不能放满，故 Vp= V =229.8L
（六）液压系统性能验算
1．油液温升验算
工进时液压缸有效功率为P=pq=Fv=35555.560.00092=32.711W
这时大流量液压泵经过溢流阀卸荷，小流量泵在高压下供油，所以两个泵总输出功率为P1==(5.32×0.003524)/(0.75×60)=0.4166KW
由此求得液压系统发烧量为=P1-Pe=(0.4166-0.0327)KW=0.3839KW,按式求得油液温升近似值T15.089 0C
查得《液压和气压传动》章宏甲主编P338表8-19可知，此温升值没有超出许可范围，所以该液压系统无须设置冷却器。
2．验算系统压力损失
因为系统具体管道部署还未具体确定,整个系统压力损失无法全方面估算。所以只能估算阀类元件压力损失，待设计好管路部署图后，加上管路沿程损失和局部损失即可。本设计镗床液压系统为小型液压系统，管路压力损失很小，能够不考虑。

参考文件
[1]左健民. 液压和气压传动（M）.北京：机械工业出版社，.8
[2] 徐灏主编.机械设计手册（M）.北京：机械工业出版社，1991.9
[3] 雷天觉主编.液压工程手册（M）. 北京：机械工业出版社，1992.7
[4] 张利平.液压站设计和使用（M）. 北京：海洋出版社，.7

电磁铁动作
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
定位
+
-
-
-
+
夹紧
+
-
-
-
+
快进
+
-
+
-
+
工进
+
-
+
+
-
快退
+
+
-
+
+
松开
-
-
-
-
+
停止
-
-
-
-
-