液压与气压传动课程设计.doc

目录
一、绪论 2
二、 设计题目 3
三、工况分析 4
四、负载图和速度图的绘制 5
五、液压缸主要参数的确定 7
六、拟定液压系统原理图 9
(一)确定供油方式 9
(二)调速方式的选择 9
(三)速度换接方式的选择 9
(四)夹紧回路的选择 9
七、 液压元件的选择 11
（一）液压泵 11
（二）阀类元件及辅助元件 14
（三）油管 15
（四）油箱 15
八、叠加阀设计 16
九、设计小结 19
十、参考文献 20

一、绪论　　
液压传动技术是机械设备中发展最快的技术之一，特别是今年来与微电子、计算机技术结合，使液压技术进入了一个新的发展阶段，机、点、液、气一体是当今机械设备的发展方向。在数控加工的机械设备中已经广泛引用液压技术。
　　液压系统是以油液为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装备。液压的英文名字又称为hydraulic system。
液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。一个液压系统的好坏取决于系统设计的合理性、系统元件性能的的优劣，系统的污染防护和处理，而最后一点尤为重要。近年来我国国内液压技术有很大的提高，在机械工程、汽车工程、物流工程、采矿工程、冶金工程等领域有了很好的应用，不再单纯地使用国外的液压技术进行加工。
我们的设计课题是一台双面钻孔卧式组合机床进给系统及其装置。我们知道传统的机床只能对一种零件进行单刀、单工位、单轴和单面进行加工，通过设计这个进给系统，我们可以改善传统机床生产效率低下和精度不高的不利方面

二、 设计题目
设计一台双面钻通孔卧式组合机床的液压进给系统及其装置。机床的工作循环为：工件夹紧→左、右动力部件快进→左右动力部件工进→左动力部件快退、右动力部件继续工进→左动力部件停止、右动力部件快退→左、右动力部件皆停止、工件松开。已知工件的夹紧力为8*103 N，两侧加工切削负载皆为15*103N, 工件部件的重量皆为9.8*103N，快进、快退速度为5m/min，工进速度为55mm/min，快进行程为100mm，左动力部件工进行程50mm，右动力部件工进行程80mm，往复运动的加、减速时间为0.2s，滑台为平导轨，静、动摩擦系数分别为0.2和0.1。
三、工况分析
首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图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，即

Fw为工作负载，为15000N；
Fa—运动部件速度变化时的惯性负载；
Ff—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

G—运动部件重力；
FRn—垂直于导轨的工作负载。
f—导轨摩擦系数，本例中取静摩擦系数0.2，动摩擦系数为0.1。求得：
Ffs=0.2*9800N=1960N
Ffa=0.1*9800n=980N
上式中Ffs为静摩擦阻力，Ffa为动摩擦阻力。

g—重力加速度；
△t—加速度或减速度，一般△t=0.01～0.5s
△v—△t时间内的速度变化量。在本题中△v＝5－0＝5m/min

表1 工作各阶段左、右液压缸活塞负载
工况
负载组成
负载值F（N）
启动、加速
F=Ffs+Fa
2377
快进
F= Ffa
980
工进
F Ffa+Fw
15980
快退
F= Ffa
980
四、负载图和速度图的绘制
根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载(见表1)，并画出如图1所示的负载循环图.

图1 速度和负载循环图
五、液压缸主要参数的确定
由《液压传动》中表11-2和表11-3可知，组合机床液压系统在最大负载为15980N时宜取P1=3MPa。
鉴于左右运动部件要求快进、快退速度相同，这里的液压缸可选用单杆式，并在快进时作差动连接。由第五章得知，这种情况下液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的两倍，即活塞杆直径d与缸筒直径呈d=0.7D的关系。
在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压p2,以防孔被钻通时滑台突然前冲。根据《现代机械设备设计手册》中推荐数值，可取p2=0.8MPa。快退时回油腔中有背压的，这是p2可按0.6MPa估算。
计算液压缸面积：

可得：

d=0.7D=61.6mm
当按GB2348-80将这些直径圆整成就近标准值：D=100mm,
d=70mm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：A1=pD2/4=7.85×10-3m2,A2=p(D2-d2)/4=4.0×10-3m2。经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。

系统工作各阶段所需的流量,已知V快进=5m/min、V快退=5m/min、V工进=55mm/min。

六、拟定液压系统原理图
(一)确定供油方式
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、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。
(二)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。根据铣削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求的特点，决定采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，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。
(三)速度换接方式的选择
本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。
(四)夹紧回路的选择
用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路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。在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。
最后把所选择的液压回路组合起来，可组成图1所示的液压系统原理图。

图1. 液压系统原理图
七、 液压元件的选择
（一）液压泵
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
(1-13)
pp—液压泵最大工作压力；
p1—执行元件最大工作压力；
∑△p—进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2～0.5MPa，复杂系统取 0.5～1.5MPa，本题取0.5MPa。

上述计算所得的pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。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。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本题中pn =1.25 pp=4.4MPa。
2)泵的流量确定。液压泵的最大流量应为
(1-14)
qp—液压泵的最大流量；
(∑q)max—同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量2～3L／min；
KL—系统泄漏系数，一般取KL=1.1～1.3，现取KL=1.2。

3) 选择液压泵的规格。根据以上算得的pp和qp，再查阅有关手册，现选用YBS-40变量叶片泵，该泵的基本参数为:泵的额定压力6.3MPa，泵的每转排量40ml/r，电动机转速1450r／min。
　　　4)与液压泵匹配的电动机的选定。根据所选液压泵的技术参数由液压技术手册。首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据，由于在慢进时泵输出流量减小泵的效率急剧降低，一般在0.2-1L/min范围时，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功率时不致停转需进行验算，即
　　 （1-6）
　　　式中 Pn—所选电动机的额定功率
　　　 pB—限圧式变量泵的限定压力
　　　 qp—压力为时，泵的输出流量
　　　首先计算快进时的功率，快进时的外负载为980N，进油路压力损失定为0.3MPa，由式（1-4）可得

快进时所需电动机功率为

工进时电动机功率为

查阅电动机产品样本，选用Y90S-4型电动机，其额定转速为1400r/min。根据产品样本可查YBX-40的流量压力特性曲线。再由已知的快进时流量为1.2×38.4=46.1L/min，工进时流量为1.2×0.43=0.52L/min，压力为3.5MPa，作为泵的实际工作时的流量压力特性曲线，如图1-4所示，查得该曲线拐点处的流量为46.1L/min，压力为0.4，该工作点对应的功率为0.39kw，所选电动机功率满足（1-6），拐点处能正常工作。

图2. YBX-40 液压泵特性曲线
（二）阀类元件及辅助元件
根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元件的型号及规格见表3。
表3.液压元件的型号及规格

序号

元件名称

额定流量/L·min-1

额定压力/MPa

型号、规格
1
过滤器
80
—
XU-B32×100
2
变量叶片泵
63
—
YBX-40
3
溢流阀
40
16
Y1-F1OD-P/O-1
4
压力表
—
16
Y-60
5
减压阀
40
20
J-FC10D-P-1
6
压力表
—
16
Y-60
7
单向阀
40
20
A-F10D-P/PP1
8
二位四通阀
30
16
24DF3B-E10B-B
9
单向节流阀
40
20
LA-F10D-B-1
10
压力继电器
--
20
PD-Fa10D-B
11
夹紧液压缸
—
16
—
12
三位四通阀
30
16
4WE6E50/OAG24
13
单向节流阀
25
16
LA-F10D-B-1
14
二位三通阀
30
16
3WE6A50/OAG24
15
左动力液压缸
—
16
—
16
三位四通阀
30
16
4WE6E50/OAG24
17
单向节流阀
25
16
LA-F10D-B-1
18
二位三通阀
30
16
4WE6E50/OAG24
19
右动力液压缸
—
16
—

（三）油管
各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进出流量已与原定数值不同，所以要重新计算表4所示。表中数值说明，液压缸快进快退的速度v1v3与设计要求相近。这表明所选液压泵的型号规格是适宜的。
表4 液压缸的进出流量和运动速度
流量、速度
快进
工进
快退
输入流量/L·min-1

排除流量/L·min-1

运动速度/m·min-1

根据表4中的数值，当油液在压力管中流速取3m/min，可算得与液压缸无杆腔内径分别为：

这根油管都按GB/T 2351-93选用外径F16mm的无缝钢管。
（四）油箱
油管容积估算，当取x为7时，求得容积为
V=xqp=7´46.1L=322.7L
取标准值V=400L。
八、叠加阀设计
叠加阀又称为叠加式液压阀，它是近10年在板式阀集成化的基础上发展起来的，以阀体本身作为连接体，不需要另外的连接体。同一通径的叠加阀，其油口和螺栓孔的大小、位置及数量都与相匹配的板式换向阀相同，只要将同一通径的叠加阀按一定次序叠加起来，再加上电磁阀或电液换向阀，然后用螺栓紧固，即可组成各种典型的液压系统。
叠加阀现有五个通径系列：6mm，10mm，16mm，20mm，32mm，额定压力为20MPa，额定流量为10～200L/min。叠加阀同一般液压阀一样，也分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀，其中方向控制阀只有单向阀，换向阀不属于叠加阀。
根据我们上面算的数据，我们选定了一些统一标准的元件，下图就是我们所设计的叠加阀的原理图和装配图。

图3.叠加阀原理图

图4.叠加阀装配图
九、设计小结
　　本设计分为两个部分，首先对于液压系统进行设计，其次对于系统进行分块集成设计。系统部分进行了对任务书要求的力学、运动学分析，液压原理图设计（包括进给机构和加紧机构）、元件参数设计、元件挑选和参数验算；产生负载行程图、速度行程图、系统原理图和电磁阀动作顺序表。分块集成设计进行了液压系统原理图的分块集成设计、集成块建模和集成块装配；产生系统分块集成原理图、各元件零件图、各块零件图、装配爆炸图、各块工程图和配合体爆炸图。
　　在这不到一周的课程设计中，能学到的东西真的很有限，但是不能说一点收获都没有，我想我知道了一般机床液压系统的设计框架而且我也掌握了设计一个液压系统的步骤，我想本次课程设计是我们对所学知识运用的一次尝试，是我们在液压知识学习方面的一次有意义的实践。
　　在本次课程设计中，我独立完成了自己的设计任务，通过这次设计，弄懂了一些以前书本中难以理解的内容，加深了对以前所学知识的巩固。在设计中，通过老师的指导，使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面都得到了一次良好的训练。

十、参考文献
[1] 李建蓉 . 液压与气压传动 化学工业出版社
[2] 液压系统设计简明手册 . 机械工业出版社
[3] 液压设计手册 . 机械工业出版社
[4] 黎启柏 . 《液压元件手册》 冶金工业出版社 2002.8

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