液压实习(1).doc

北京理工大学珠海学院2012届液压传动课程设计论文

北京理工大学珠海学院

《液压与液力传动》
课 程 设 计

题 目：组合铣机床液压系统及叠加阀设计
学 院：机械与车辆学院
姓 名：邹运财 谢英志 罗振成
学 号：090404031031　　
090404031032
090404031033

指导教师：李兵

2012·珠海

组合铣机床液压系统及叠加阀设计

摘　　要

液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。完成各种设备不同的动作需要。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个简单的液压系统是非常有意义的。

关键词：液压传动、稳定性、液压系统

Abstract

Hydraulic system is powered motor basis, the use of hydraulic pump will translate into pressure on the mechanical energy, promote the hydraulic oil. Through various control valves to change the flow of hydraulic oil, thus promoting the hydraulic cylinders made of different itinerary, the movements in different directions. All kinds of different equipment to complete the actions required. Hydraulic system has been in various industrial sectors and agriculture, forestry, animal husbandry and fisheries, and many other departments are more widely used, and more advanced equipment, its application on the part of the hydraulic system more. So students like us to study and personally designed a simple hydraulic system is very meaningful.

Key words: hydraulic transmission, control system, hydraulic system

目　　录

摘　　要 1
Abstract 2
一．设计目的、要求及题目 4
1、设计的目的 4
2、设计的要求 4
3、设计课题 5
二．负载——工况分析 6
三．绘制负载图和速度图 8
四．初步确定液压缸的参数 9
五．拟定液压系统图 12
1、选择液压基本回路 12
2、组成系统图 13
六．选择液压元件 14
七、液压系统性能的验算 17
1、验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 17
2、油液温升验算 18
附　　录 19
总　　结 20
参考文献 21
谢　　辞 22
一． 设计目的、要求及题目

1、 设计的目的
液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：
1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力；
2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统；
3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。

2、设计的要求
1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济；
2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭；
3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。不能直接向老师索取答案。
4.液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。具体题目由指导老师分配，题目附后；
5.液压传动课程设计一般要求学生完成以下工作：
（1）液压系统原理图1张（2号图纸）
（2）液压缸的装配图1张（1号图纸）
（3）零件图3张
（4）设计计算说明书1份
小组成员完成项目：
（1）赵俊斌：液压系统原理图、装配图、零件图CAD编辑
（2）刘乃求：液压系统原理图、装配图、零件图CAD编辑
（3）黄伟渠：液压传动课程设计论文编辑与整理
（4）贾　儒：组合铣机床液压系统及叠加阀设计与计算，论文排版

3、设计课题
专用铣床工作台重量为3000N，工件及夹具最大重量为1000N，切削力最大达9000N，工作台的快进速度为3.5 m/min，进给速度为60-1000mm/min，行程为400mm，工作台往复运动的加速、减速时间为0.05s，假定工作台采用平面导轨，其动、静摩擦系数分别为0.1、0.2。试设计其液压系统。
二．负载——工况分析
1. 工作负载
首先根据已知条件，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。

2. 摩擦阻力
液压缸所受外负载F包括三种类型，即
式中，为工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，即为9000N，为运动部件速度变化时的惯性负载，为导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨可由下式求得

式中，G为运动部件重力；为垂直于导轨的工作负载；为导轨摩擦系数，

式中，为静摩擦阻力；为动摩擦阻力。F=F

3. 惯性负荷

式中，g为重力加速度；为加速或减速时间，一般=0.01～0.5s；为时间内的速度变化量。

查液压缸的机械效率 ，可计算出液压缸在各工作阶段的负载情况，如下表表1所示：

表1 　液压缸各阶段的负载情况
工　况
负载计算公式
液压缸负载
液压缸推力/N
启动

800
889
加速

1012
1124
快进

400
444
工进

9400
10444
快退

400
444

三．绘制负载图和速度图
根据工况负载和以知速度 和 及行程S，可绘制负载图和速度图，如下图（图1、图2）所示：
F/N

0
-444
-889
10444
444
1124
889

l/mm

400
300

图1

0
0.045
-4.5

4.5

l/mm

400
300

图2
四．初步确定液压缸的参数
1． 初选液压缸的工作压力
由《液压传动-第2版》表11-2和表11-3可知，组合机床液压系统在最大负载约为10444N时宜取

2．计算液压缸尺寸
计算液压缸内径D和活塞杆直径d。由负载图知最大负载F为20500N，按表1.8可取为0.5MPa， 为0.95，考虑到快进、快退速度相等，取d/D为0.7.上述数据代入式（1.58）可得

根据表1.11，将液压缸内径圆整为标准系列直径D=63mm，活塞杆直径的d，按d/D=0.7及表1.12活塞杆直径系列取d=45mm。

根据F=PA，
=MPa（3.017MPa）
由此求得液压缸的实际有效工作面积：

3．液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值
如下表表2所示：

表2 液压缸所需的实际流量、压力和功率

工况
负载
回油腔压力
进油腔压力
输入流量
输入功率
计算公式
快进
启动
889
—
17.68
—

加速
1124

20.54
—

恒速
444

16.29
7.153
0.234
工进
10444
5
24.54
3.116
0.0106

快退
启动
889
—
10.89
—

加速
1124

18.01
—

恒速
10444
6
15.29
6.867
0.476

4．绘制液压缸的工况图（图3）

0.0106
0.476
1.259
1.801
2.406
3.116
1.629
2.054
1.698
0

l/mm
6.867
7.153

q

P

300
400

1.089

0.234

图3 液压缸的工况图

五．拟定液压系统图
1、选择液压基本回路

（1）确定供油方式
因为该机床工作进给时负载较小，速度较低；快进，快退时也小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，所以该系统采用反馈的限压式变量叶片泵。

（2）调速方式的选择
在中、小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要去的特点。所以该系统采用单向阀和调速阀组成的单向调速阀，且此调速阀装在回油路上，具有承受切削力的能力，且具有效率高、发热小和速度刚性好的特点。

（3）调速换接方式的选择
该系统采用电磁阀的快慢换接回路，特点：结构简单、调节行程方便、安装较容易。但是速度换接的平稳性较差。

最后把选择的液压回路组合起来，即形成液压系统原理图。
2、组成系统图

1-限压式变量泵 2-单向阀 3-三位四通电磁换向阀
4-二位三通电磁换向阀 5-调速阀 6-溢流阀 7-滤油器
元件
工况
1YA
2YA
3YA
快进
+
-
-
工进
+
-
+
快退
-
+
+
停止
-
-
-
图4 系统图
六．选择液压元件
1、泵的工作压力的确定。考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为

式中，为液压泵最大压力，为执行元件最大工作压力，为进油管路中的压力损失。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。中低压系统取小值，高压系统取大值。因此
2、泵的流量确定。液压泵的最大流量应为：
式中，为液压泵的最大流量；为同时动作的执行元件所需流量之和的最大值；为系统泄漏系数，一般取=1.1～1.3，现取=1.2

3、选择液压泵的规格。根据以上算得的和再查阅手册，选用YBN-10限压式变量叶片泵，该泵的基本参数：每转排量，泵的额定压力，电动机转速,容积效率，总效率
4、与液压泵匹配的电动机的选定。首先分别算出快进与工进两种不同工况时的攻率，取两者较大值作为选择的电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般当流量在0.2~1L/min范围内时,可取。同时还应注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大攻率点不致停转，需进行验算，即

式中，P为所选电动机额定功率；p为限压式变量泵的限定压力；q为压力为p时，泵输出的流量。
首先计算出快进时的功率，快进时的外负载为400N，进油路的压力损失定为0.3MPa，由式中可得

快进时所需电动机功率为

工进时所需电动机功率为

查阅《机械设计课程设计手册》，选用YB01－2型电动机，其额定功率为0.55kW，额定转速为1390r/min。
根据YBN-10的流量-压力特性曲线。再由已知的快进时流量为8.58L/min，工进时的流量为3.739L/min，压力为3MPa，做出泵的实际工作时的流量-压力特性曲线，如下图所示，查得该曲线拐点处的流量为8L/min，压力为2.5MPa，该工作点对应的功率为

验算得

所以拐点能正常工作。
5、确定管道尺寸 油管内劲尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量为

压油管的允许流速取v=4m/s，则内径

若系统主油路流量按快退时取q=6.867(L/min),则可算得油管内劲d=6.027mm
综合诸因素，现取油管的内径为10mm，吸油管同样可按上式计算（q=18.5L/min、v=1.5m/s），现参照YBX变量泵吸油口连接尺寸，吸油管内径d为16mm.
6、液压油箱容积的确定 本题中压液压系统，液压油箱有效容积按泵的流量的5～7倍来确定，现选用容量为120L的油箱。
选用GE系列阀。根据拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如下表表3所示。

表3　　液压元件明细
序号
元件名称
型号

1
滤油器
XU-B32100
8.58
2
液压泵
YBN-10
8.58
3
压力表开关
KF3-EA10B

4
三位四通换向阀
34EFF30-E10B
6.867
5
二位三通换向阀
23EF3B-E10B
6.867
6
单向调速阀
AQF3-E10B
6.867
7
溢流阀

3.116

七、液压系统性能的验算
1、验算系统压力损失并确定压力阀的调整值
由于系统的管路布置未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能先估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以忽略不计。1.快进
滑台快进时，液压缸差动连接，进油路上的总压降为

此值不大，不会使压力阀开启，故能确保泵的流量全部进入液压缸。
快进时有杆腔压力P2与无杆腔压力P1之差

此值小于原估计值0.5Mpa，所以安全。
2.工进
工进时，液压缸回油腔的压力P2为

可见此值小于原估计值0.8Mpa。故可重新计算工进时液压缸进油腔压力P1，即

此值与2.406Mpa相近。
考虑到压力继电器可靠动作需要压差∆p_e=0.5Mpa，故溢流阀9的调压为

3.快退
快退时，进油路上总压降为

此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为

此值与估计值相近，故不必重算。所以，快退时液压泵的最大工作压力Pp

因此大流量液压泵卸荷的顺序阀7的调压应大于1.836Mpa。
2、油液温升验算
工进在整个工作循环中所占的时间比例达95%，所以系统发热和油液温升可用工进时的情况来计算。
工进时液压缸的有效功率为

这时流量泵通过顺序阀7卸荷，小流量阀在高压下供油，所以两个泵的总输入功率为

由此的液压系统的发热量为

求油液温升近似值

温升没有超过允许范围，液压系统中不需设置冷却器。

附　　录
１、液压系统原理图1张（2号图纸）
２、液压缸的装配图1张（1号图纸）
３、零件图３张
总　　结
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了液压气动方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

参考文献
[1]上海市职业技术教育课程改革与教材建设委员会组编:《液气压传动》，北京，机械工业出版社，2001.9。
[2]章宏甲:《液压与气压传动》，第2版，北京，机械工业出版社，2001。
[3]许福玲: 《液压与气压传动》，武汉：华中科技大学出版社，2001。
[4]张世伟:《液压传动系统的计算与结构设计》，宁夏人民出版社，1987。
[5]中央电大液压传动辅导教材编写小组:《液压传动辅导教材》，中央电大出版社。

谢　　辞
经过一个星期的努力，课程设计终于完成了。在这个过程中我对书本有了更深的了解，学到了很多有价值东西，能达到这样的效果是所有曾经指导过我的老师，帮助过我的同学，一直支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在这里对他们表示深深的谢意！ 在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。
首先我要感谢指导我李兵老师，在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。
其次，我要感谢我们学院，给我们提供了这么一个平台，让我们得与动手的机会，感谢我们的学院。
再次，我要感谢我的队友，是在他们不断地努力下，我们才能顺利地完成任务，这次液压设计算是圆满成功。谢谢你们。还要感谢我们可爱的同学们，咱们呆在一个教室辛苦地完成自己的任务，给予别人帮助，陪着我们顺利完成设计。谢谢同学们。
最后对老师，同学和家人再次致以我最衷心的感谢！教导过我的老师，你们的人格魅力永记我心间。身边的同学和朋友，有你们，我的大学才算完整。寝室的密友，你们的天赋犹如上天恩赐，有了你们我的生活更加精彩。