1、立式组合机床液压系统设计- 0 -目录1 引 言 12 立式组合机床液压动力滑台液压系统设计 22.1 液压系统的设计要求 22.1.1 液压传动系统的技术要求 .22.1.2 工作环境和工作条件 .22.2 液压系统工况分析，确定主要参数 22.2.1 分析液压系统工况 .22.2.2 工况分析 .32.2.3 确定液压缸的主要参数 .42.2.4 计算液压缸的输入功率 52.3 液压传动系统原理图的拟定 52.3.1 确定液压传动系统的类型 .62.3.2 液压回路的选择 .62.3.3 拟定液压传动系统原理图 72.4 液压元件的选择 82.4.1 确定液压油泵 .82.4.2 辅件元件
2、的选择 92.4.3 管件及油箱尺寸 102.5 液压系统性能验算 112.5.1 系统压力损失的验算 112.5.5 系统发热功率 Ph .122.5.6 散热面积 122.6 注意事项 132.6.1 系统安装前注意事项 132.6.2 系统安装时注意事项 133 结论 .14致谢 15参考文献 16立式组合机床液压系统设计01 引 言液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，液压传动系统由液压泵、阀、执行器及辅助件等液压元件组成。液压传动原理是把液压泵或原动机的机械能转变为液压能，然后通过控制、调节阀和液压执行器，把液压能转变为机械能，以驱动工作机构完成所需求的各种动作。液压传动技术是机械
3、设备中发展速度最快的技术之一，其发展速度仅次于电子技术，特别是近年来液压与微电子、计算机技术相结合，使液压技术的发展进入了一个新的阶段。从 70 年代开始，电子学和计算机进入了液压技术领域，并获得了重大的效益。例如在产品设计、制造和测试方面，通过利用计算机辅助设计进行液压系统和元件的设计计算、性能仿真、自动绘图以及数据的采取和处理，可提高液压产品的质量、降低成本并大大提高交货周期。总之，液压技术在与微电子技术紧密结合后，在微计算机或微处理器的控制下，可以进一步拓宽它的应用领域，使得液压传动技术发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各方面都得到了应用。本文研究内
4、容是立式组合机床液压动力滑台液压系统设计，该文的设计过程基本上体现了一个典型的液压传动系统的设计思路。液压传动在金属切削机床行业中得到了广泛的应用。如磨床、车床、铣床、钻床以及组合机床等的进给装置多采用液压传动，它可以在较大范围内进行无级调速，有良好的换向性能，并易实现自动工作循环。组合机床是由具有一定功能的通用部件（动力箱、滑台、支承件、运输部件等）和专用部件（夹具、多轴箱）组成的高效率专用机床。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大进展；在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就，采用液压传动的程度现已成为衡量一
5、个国家工业水平的重要标志之一。随着机械制造行业在国民经济中地位的提高，液压技术的应用范围也越来越广泛，对其性能也提出了更高的要求，决定了它在技术方面的革新已迫在眉睫。立式组合机床液压系统设计12 立式组合机床液压动力滑台液压系统设计2.1 液压系统的设计要求本组合机床用于钻、扩、铰等孔的加工。动力滑台为立式布置，动力滑台拟采用液压驱动；工件采用机械方式夹紧。课题所设计的液压系统是立式组合机床液压动力滑台液压系统,主要是完成系统原理图和该系统主要零件的结构及有关设计计算。液压泵及叠加式液压元件的选用，液压缸采用双作用液压缸，液压缸作为液压系统的执行元件安装在机床的床身上，与液压供油装置分开布置，
6、避免两者之间形成振动干涉。2.1.1 液压传动系统的技术要求动力滑台工作台工作循环为：快进 工进 快退 停止；液压执行元件为液压缸，其运动速度大小为：快进退速度：5m/min； 工作速度：45mm/min；加减速时间：0.05s； 轴向切削负载为 30000N；运动部件重量为 31000N； 平导轨静摩擦系数为 0.2；动摩擦系数为 0.1； 快进行程：110mm；工进行程：60mm；2.1.2 工作环境和工作条件组合机床的液压系统应使其工作时运行平稳、可靠，满足工况要求，保证组合机床的可靠性和性能要求。本课题所设计的组合机床在普通车间使用，工作环境要求不高，对环境温度、湿度、尘埃情况没有特殊
7、的要求，液压系统的安装必须稳定，避免对机床产生直接的冲击振动，影响机床加工精度及寿命。本课题设计的液压系统对重量、外形尺寸、经济性没有特殊的要求 ，但必须符合一般的普遍设计原则：重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用维护方便。根据设计任务书要求选择叠加阀系列液压元件。2.2 液压系统工况分析，确定主要参数在明确了液压系统的设计要求后，针对设计系统在性能和动作方面的特性，确定设计系统的工作压力，以及计算液压缸的最大行程，工作速度，回程速度等等一些具体的系统主参数2.2.1 分析液压系统工况绘制动力滑台的工作循环图立式组合机床液压系统设计22.2.2 工况分析工况分析是确定液压系
8、统主要参数的基本依据，包括液压执行元件的动力分析和运动分析。工作负载： =30000N；wF静摩擦力： =310000.2=6200NsfsG动摩擦力： =310000.1=3100Ndf惯性负载：F m= = =5146Ntvg05.831式中：F m-惯性力；G-滑台自重；g-重力加速度，取 10 2sm-快进速度；v-快进时间。t启动加速阶段：取液压系统的机械效率 =0.9mF = （ Ff + Fm） =（fs*G+ ）启 1Ggvt1m=（0.231000+ ）05.8311.9=12606.6N快进或快退阶段：立式组合机床液压系统设计3F = =（0.131000 ） =3444.
9、4N快 md 10.9工进阶段：F = （F f + Fw） =（3100+30000 ） =36777.7N工 m.表 1 液压缸在个阶段速度和负载值工作阶段 速度 /sv负载 N工作阶段 速度 1/smv负载 NF启动加速 12606.6 工进 405.736777.7快进、快退0.083 3444.42.2.3 确定液压缸的主要参数1）初选液压缸的工作压力有负载值大小查表 9-3，参考同类型组合机床，取液压缸工作压力为 4Mpa。2） 计算液压缸的主要结构参数最大负载为工进阶段负载 F=36777.7N，求得：活塞腔工作时 D= PF4式中 F-液压缸的最大工作负载（N） 。-作用在活塞
10、上的有效压力（Pa） ， P即 D= =0.108m 6104.37.根据液压缸内径系列将所计算的值圆整为标准值，查表取 D=110。为了实现快进速度与快退素的相等，采用差动连接，则 d=0.7D,所以d=0.7110=77由公式 ，圆整成标准系列活塞杆直径，取 d=70。由21AD=110mm，d=70mm 算出液压缸无干腔有效作用面积= =94.985cm ,有杆腔有效作用面积为214DA210.32cm5.674.2 3) 确定活塞杆的最大行程本设计课题给定了活塞杆最大行程为 100+50=150mm。4) 计算液压缸的工作压力、流量和功率查表 9-5，本系统的被压估计值可在 0.50.
11、8Mpa 范围内选取，顾暂定：工进立式组合机床液压系统设计4时， ；快速运动时， 。液压缸在工作循环各阶段的工作压Mpa8.01bMpa5.02b力 为p差动快进阶段： aMppAF62.1 105.52.698.4101052.698.43 642b12 差工作进给阶段：ap 87.310.985.410985.473641b21 工快速退回阶段：aMpAF 5.10.156.21056.23644b21 快计算液压缸的输入流量因快进、快退速度 ，工进速度 ，则液压缸各阶段的输smv8.01 smv42.7入流量需为：快进阶段 in12.10352.08.156.298.4 34121 Ls
12、vAqv 工进阶段 mi4.770. 34421v 快退阶段 in16.21036.8.56. 34123v LsmAq 2.2.4 计算液压缸的输入功率快进阶段 kwqpP 57.010352.6.13v 快工进阶段 287.08.3362v1 工快退阶段 kwqpP 6.0710.5. 363v1 快表 2 液压缸在各工作阶段的压力、流量和功率立式组合机床液压系统设计5工作阶段 工作压力 aMp1输入流量 11minLqv输入功率 kwP快速前进 1.62 21.12 0.57工作进给 3.87 0.42 0.28快速退回 1.55 26.16 0.682.3 液压传动系统原理图的拟定液压
13、传动系统的草图是从液压系统的工作原理和结构组成上来具体体现设计任务所提出的各项要求，它包括三项内容：确定液压传动系统的类型、选择液压回路和组成液压系统。2.3.1 确定液压传动系统的类型液压传动系统的类型究竟采用开式还是采用闭式，主要取决于它的调速方式和散热要求。一般的设计，凡具备较大空间可以存放油箱且不另设置散热装置的系统，要求尽可能简单的系统，或采用节流调速或容积-节流调速的系统，都宜采用开式。在开式回路中，液压泵从油箱吸油，把压力油输送给执行元件，执行元件排出的油则直接流回油箱。开式回路结构简单，油液能得到较好的冷却，但油箱的尺寸大，空气和赃物易进入回路；凡容许采用辅助泵进行补油并通过换
14、油来达到冷却目的的系统，对工作稳定和效率有较高要求的系统，或采用容积调速的系统都宜采用闭式。在闭式回路中，液压泵的排油管直接与执行元件的进油管相连，执行元件的回油管直接与液压泵的吸油管相连，两者形成封闭的环状回路。闭式回路的特点是双向液压泵直接控制液压缸的换向，不需要换向阀及其控制回路，液压元件显著减少，液压系统简单，用油不多而且动作迅速，但闭式回路也有其缺点，就是回路的散热条件较差，并且所用的双向液压泵比较复杂而且系统要增设补、排油装置，成本较高，故应用还不普遍。本课题设计的液压传动系统类型采用开式液压系统，系统的结构简单。2.3.2 液压回路的选择液压机械的液压系统虽然越来越复杂，但是一个
15、复杂的液压系统往往是由一些基本回路组成的。液压基本回路就是由有关液压元件组成，能够完成某一特定功能的基本回路。在本设计中选择五种回路，分别为调压回路、调速回路、平衡回路、换向回路和卸荷回路。1) 调压回路调压回路的功用在于调定或限制液压源的最高工作压力，也就是说能够控制系统的工作压力，使它不超过某一预先调定好的数值，或使工作机构在运动过程中的各个阶段具有不同的工作压力。调压控制回路包括连续调压回路、多级调压回路、恒压控制回路等。液压源工作压力级的多少，压力在调节、控制或切换方式上的差异，是这种回路出现多种结构方案的原因，也是对它进行评比、选择时要考虑的因素。该设计选择溢流阀单级调压回路，溢流阀
16、开启压力可通过调压弹簧调定，如果调定溢流阀调压弹簧的顶压缩量，便可设定供油压力的最高值。系统的实际工作压力有负载决定，立式组合机床液压系统设计6当外负载压力小于溢流阀调定压力时，溢流阀处无溢流流量，此时溢流阀起安全阀作用。2) 调速回路调速阀调速回路由调速阀、溢流阀、液压泵和执行元件等组成。它通过改变调速阀的通流面积来控制和调节进入或流出执行元件的流量，从而达到调速的目的。这种调速回路具有结构简单、工作可靠、成本低、使用维护方便、调速范围大等优点。用流量控制阀实现速度控制的回路有三种基本方式，节流调速回路分为进口节流调速回路、出口节流调速回路、旁通节流调速回路等。本设计选用单向进油节流调速回路
17、。用溢流阀和串联在执行元件进油路上的调速阀调节流入执行元件的油液流量，从而控制执行元件的速度。3)换向回路往复直线运动换向回路的功用是使液压缸和与之相连的主机运动部件在其行程终端处迅速、平稳、准确地变换运动方向。简单的换向回路只须采用标准的普通换向阀。4) 卸荷回路卸荷回路的功用是在液压泵驱动电机不须频繁启闭的情况下，使液压泵在零压或很低压力下运转，以减少功率损失，降低系统发热，延长液压泵和电机的使用寿命。2.3.3 拟定液压传动系统原理图一个液压传动系统都是由许多的回路组合而成，所以将上面的几个液压回路组合在一起.并对液压系统传动原理图进行必要的修改和整理，拟定出完整的符合要求的液压系统原理
18、图。立式组合机床液压系统设计7液压系统原理图 1电磁铁与行程阀动作表动作 1YA 2YA 行程阀快进 + - -工进 + - +快退 - + +停止 - - -2.4 液压元件的选择2.4.1 确定液压油泵由前面可知，液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为 3.89MPa，本系统采用调速阀进油节流调速，选取进油管道压力损失为 0.6MPa。由于采用压力继电器，溢流阀的调整压力一般应比系统最高压力大 0.5MPa，故泵的最高压力为Pp1=（3.87+0.6+0.5）MPa=4.97MPa这是小流量泵的最高工作压力（稳态） ，即溢流阀的调整工作压力。立式组合机床液压系统设计8液压泵的额定工作压力
19、Pr 为Pr=1.25 Pp1 =1.254.97MPa=6.21MPa大流量泵只在快速时向液压缸输油，由压力图可知，液压缸快退时的工作压力比快进时大，这时压力油不通过调速阀，进油路比较简单，但流经管道和阀的油流量较大。取进油路压力损失为 0.5MPa，故快退时泵的工作压力为Pp2=（1.55+0.5）MPa=2.01MPa这是大流量泵的最高工作压力，此值是液控顺序阀 7 和 8 调整的参考数据。2) 确定液压泵的流量快进、快退时泵的流量为k =1.1vpq1 min78.26.L工进时泵的流量为k =1.1vp1 i4.0.式中：k系统泄漏系数,一般取 k=1.11.3;考虑节流调速系统中溢
20、流阀的性能特点，尚需加上溢流阀稳定工作的最小溢流量，一般取 ，所以小流量泵的流量为min3Lmin462.3.01Lqvp查样本，选用小泵排量为 的 YB1 型双联叶片泵，额定转速rmLV6n=960 ，则大泵的额定流量为minr min18.5906131 Lvnq因此，大流量泵的流量为 i.28.572vp选用排量 YB1 双联叶片泵，额定转速 则大泵的额定流量为rm35L inr960mi24.3.103512vn Lqv 大于于 ，可以满足要求。故本系统选择一台 型双联叶片泵vn2qp 51YB3) 选择电动机立式组合机床液压系统设计9由表 2 可知，快退阶段的功率最大，故按快退阶段估
21、算电动机功率，若取快退时进油路的压力损失 ，液压泵的总效率为 ，则电MP2.0p175.0p动机的功率为 WP k46.175.062.318.5.qp 3vn11 查电动机数据表可知， ，选用 型异步电机，0LY,kW5.1Pminr942.4.2 辅件元件的选择根据液压系统的工作压力和通过阀类元件和辅助元件的实际流量，结合本课题设计要求，选出液压元件的具体型号和规格， 表 3 液压元件及型号规格序号 元件名称通过的最大流量q/L/min型号 额定流量qn/L/min额定压力Pn/MPa额定压降Pn/MPa1 双联叶片泵35 YB1-35/6 5.18/30.24*16 2 三位五通电液换向
22、阀70 35DY100BY100 6.3 0.33 行程阀 62.3 22C100BH100 6.3 0.34 调速阀 1 Q6B 6 6.3 5 单向阀 70 I100B 100 6.3 0.26 单向阀 29.3 I100B 100 6.3 0.27 液控顺序阀28.1 XY63B 63 6.3 0.3立式组合机床液压系统设计108 背压阀 1 B10B 10 6.3 9 溢流阀 5.1 Y10B 10 6.3 10 单向阀 27.9 I100B 100 6.3 0.211 滤油器 36.6 XU8020080 6.3 0.0212 压力表开关 K6B 13 单向阀 70 I100B 10
23、0 6.3 0.214 压力继电器 PFB8L 14 2.4.3 管件及油箱尺寸1) 确定油管的内径油管的管径不宜选得过大，以免使液压装置的结构庞大；但也不能选得过小，以免是管内液体流速加大，系统压力损失加大或产生振动和噪音，影响正常工作。在强度保证的情况下，管壁可尽量选的薄些。薄璧易于弯曲，规格较多，装接较易，采用它可减少管系接头数目，有利于解决系统的泄漏问题。液压系统中的泄漏问题大部分出现在管系中的接头上，为此对接头形式的确定，管系的设计及管道的安装应具体考虑。管道的内径d= VQ4式中：Q-通过管道的流量；m 3/sV-管内允许流速；m/s允许流速的推荐值液体流经的管道 推荐速度 m/s
24、液压泵吸油管道 0.5-1.5，一般常取 1 m/s液压系统压油管道 3-6，压力高，管道短，粘性小，取最大值液压系统回油管道 1.5-2.6所以：立式组合机床液压系统设计11液压泵吸油管道： d 1= m023.14.3603液压系统压油管道：d 2= 93液压系统回油管道：d 3= 01.5.14603圆整得： m2510d32)油箱的尺寸液压系统油箱的容量，一般取液压泵公称流量 的 57 倍 vqLV12.836.27qv圆整得：V=180L2.5 液压系统性能验算2.5.1 系统压力损失的验算由于本液压系统比较简单，压力损失验算可以从略2.5.2 液压系统的发热与温升验算 本机床的工作
25、时间主要是工进工况，为简化计算，主要考虑工进时的发热，故按工进工况验算系统温升。2.5.3 液压泵的输入功率 工进时小流量泵的压力: a1087.36p1P工进时小流量泵流量: sm.in6q32vp1L小流量泵的功率为: WP5167.01.8733pv12i 式中 p液压泵的总效率。工进时大流量泵卸荷，顺序阀的压力损失P=1.510 5Pa，即大流量泵的工作压力 ，流量 大流量泵的功率 为PaP5210.smLqvp 3105.in30 2P立式组合机床液压系统设计12WP1075051q2pv2 故双联泵的合计输出功率 为iP610521i 2.5.4 有效功率 工进时，液压缸的负载 F
26、=36777.7N，取工进速度 sm075.v3输出功率 为oP WF8.21075.36v3o 2.5.5 系统发热功率 h系统总的发热功率 为 hPWP42.58oih2.5.6 散热面积 油箱容积 V=180L，油箱近似散热面积 A 为22332 m07.180650VA2.5.6 油液温升t 假定采用风冷，取油箱的传热系数 ,可得CWK2t3油液温升为: APttH 4.107.24.58设夏天的室温为 30，则油温为 ，没有超过最高允许油C.,13温（5065） 。2.6 注意事项2.6.1 系统安装前注意事项 1）便于马达或电动机执行工作。2）安装场所宜在灰尘少，通风条件好，受其他
27、机器工作影响小的地方。立式组合机床液压系统设计133）对系统外部的各个零部件、油箱、油管和过滤器等安置于最佳散热位置。4）过滤器、蓄能器等需经常维护、检修的元件，需安装在易于维修的位置。2.6.2 系统安装时注意事项1) 清洁度a.软管、油管、接头在安装前总不太干净，因而在安装之前要清洗。b.尽量避免油变质，也就是说，过滤器必须清洁，尤其是活塞杆，轴和轴的密封。2) 配管a.配管时需注意管道的热胀冷缩、管接头处的漏油与空气吸入。管道支架的间隔一般为 2m。b.橡胶软管要保持合理的弯曲半径，不容许与其它机械及管道接触，否则会在短时间内损坏。c.管子或软管损坏的要立即更换，硬管选用无缝钢管。d.钢
28、管与金属管接头在安装前必须绝对清洁、不得有污垢、锈皮、焊渣和切屑等。可以用钢丝刷、洗管器清理或酸洗。酸洗前的管子要进行脱脂处理，酸洗之后要彻底漂洗。e.如果导管要存放一段时间，应该堵住管口以防止异物进入。但不得用破布或其他东西堵住管口。3) 加油a.油桶要卧式存放，并尽可能在室内或棚内存放。b.只准用清洁的容器、软管等从油桶向油箱输送油液。4) 冲洗a.冲洗之前应取下精密的系统元件，而在其位置上安装短接件或空心件。b.冲洗流量应为系统预期流量的 22.5 倍。c.不能用系统泵作为冲洗泵，同时冲洗油箱以避免污染物滞留在系统油箱中。d.用尽可能大的流速进行冲洗，以便清除管接头处的污染物，冲洗压力一
29、般为13Mpa。清洗结束后要清除管道和油箱壁上附着的清洗液。e.在系统进行清洗时，在排油回路中设置过滤器，以检测清洗的效果，直至基本上不再有污染物排出时，清洗结束。f.清洗油应采用与工作液体相同性质的油液，加入加强溶解力及防腐蚀等的添加剂。3 结论液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，液压传动系统由液压泵、阀、执行器及辅助件等液压元件组成。该传动原理是把液压泵或原动机的机械能转变为液压能，然后通过控制、调节阀和液压执行器，把液压能转变为机械能，以驱动工作机构完成所需求的各种动作。 。近 40 年来，液压设备的年增长率远大于其他设备的年增长率，液压传动在许多领域是机械传动无法取代的。液压传动能
30、实现大吨位的运动，可以使机构运动平稳。立式组合机床液压系统设计14液压传动的各部分间是用管道连接的，其布局安装有很大的灵活性，液压元件体积小、重量轻、标准化程度高，便于集中大批量生产。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大进展；在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就，采用液压传动的程度现已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。本课题是研究的是一个典型的液压传动系统的设计过程。通过这次毕业设计，我对当前液压技术的发展概况和今后的发展趋势有了一定的了解，熟悉了 AutoCAD 软件，同时将所学的知识应用到此次毕业设
31、计中，加深了对课本知识的理解。更重要的是锻炼了我的独立思考和解决问题的能力，学到了许多课本中没有的知识，这就为以后从事这方面工作打下了一定的基础。由于知识的局限，有些细节理解地还不透彻，还存在一些各种各样的细节问题，但整体上还是比较成功的。致谢在这次实训设计过程中，首先要感谢我们的指导老师，在他们的悉心指导下，才使我们的实训设计得以顺利的完成。在实训设计过程中我们遇到各种困难时，老师都耐心的给予帮助，刘克毅老师耐心的的教导给我们很大的帮助，在此仅表示崇高的敬意和忠心的感谢！同时，在此次实训设计过程中我们也得到了同学热情的帮助以及图书馆工作人员的大力支持和帮助。在此，表示真挚的感谢！在此，我们借此机会向新疆工程学院所有辛勤工作的老师致以最深切的敬意。立式组合机床液压系统设计152013 年 7 月 4 日参考文献1张利平编著.液压传动系统设计与使用.北京：化学工业出版社，2010.32丁树模、丁问司主编.液压传动.北京：机械工业出版社，2009.63张利平编著.液压传动设计指南，北京：化学工业出版社，2010.3
