組合機床液壓系統(tǒng)設計液壓課程設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前，液壓系統(tǒng)被廣泛應用在機械、建筑、航空等領域中，成為一種新型的動力源。由于液壓元件的制造精度越來越高，再配合電信號的控制，使液壓系統(tǒng)在換向方面可以達到較高的頻率。不管是在重型機械和精密設備上都能滿足要求。</p><p>　　液壓系統(tǒng)本身有較多的優(yōu)點，比如：在同等的體積下，液壓裝置產生的動力更大；

2、由于它的質量和慣性小、反映快，使液壓裝置工作比較平穩(wěn)；能夠實現(xiàn)無級調速，特別是在運動中進行調速；液壓裝置自身能實現(xiàn)過載保護；實現(xiàn)直線運動遠比機械傳動簡單。但是液壓傳動對溫度的變化比較敏感，不宜在很高或很低的溫度下工作。</p><p>　　液壓系統(tǒng)應用在機床上，實現(xiàn)對工作臺和夾緊工件的循環(huán)控制起著重要的作用。對銑削類組合機床，運用液壓來控制運動循環(huán)，結構簡單，所占空間小，而且能滿足較大的切削負載要求。</p

3、><p>　　關鍵詞：液壓系統(tǒng)，組合機床，運用</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　At present, the hydraulic system are widely used in machinery, construction, aviation, etc, become a kind of new t

4、ype of power supply. Because the manufacturing precision of the hydraulic element more and more high, combined with electrical signal control, hydraulic system in the reversing of the higher frequency. Whether in heavy m

5、achinery and precision equipment can meet the requirements. </p><p>　　Hydraulic system itself has more advantages, such as: in the same volume, hydraulic device the power generated larger; Because of its qua

6、lity and the inertia small, reflecting the quickly, make hydraulic equipment work smoothly; Can realize stepless speed regulation, especially in the movement speed; Hydraulic device itself can realize overload protection

7、; Realize the linear motion than simple mechanical transmission. But hydraulic transmission is more sensitive to temperature changes, not in ve</p><p>　　Hydraulic system used in the machine, and to realize t

8、he clamping workpiece table and the cycle control play an important role. Of milling class combination machine tools, using hydraulic pressure to control movement cycle, simple structure, accounting for the space is litt

9、le, and can meet the requirements of the larger cutting load. </p><p>　　Keywords: hydraulic system, combination machine tools, use </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要…………

10、………………………………………………………………………3</p><p>　　1 方案的確定………………………………………………………………………7</p><p>　　1.1整體性分析……………………………………………………………………7</p><p>　　1.2擬定方案………………………………………………………………………7</p><p&

11、gt;　　1.3比較方案并確定方案……………………………………………………………8</p><p>　　2工況分析…………………………………………………………………………8</p><p>　　2.1運動參數(shù)分析……………………………………………………………………8</p><p>　　2.2動力參數(shù)分析……………………………………………………………………8<

12、/p><p>　　2.3負載圖和速度圖的繪制…………………………………………………………9</p><p>　　3液壓缸尺寸和所需流量…………………………………………………………10</p><p>　　3.1液壓缸尺寸計算………………………………………………………………10</p><p>　　3.2確定液壓缸所需流量…………………………………

13、…………………………10</p><p>　　3.3夾緊缸的有效面積、工作壓力和流量的確定……………………………………11</p><p>　　4擬定液壓系統(tǒng)圖…………………………………………………………………12</p><p>　　4.1確定執(zhí)行元件類型………………………………………………………………12</p><p>　　4.2換向方

14、式確定………………………………………………………………13</p><p>　　4.3調速方式的選擇………………………………………………………………13</p><p>　　4.4快進轉工進、一工進轉二工進控制方式的選擇…………………………………13</p><p>　　4.5終點轉位控制方式……………………………………………………………13</p>

15、<p>　　4.6快速運動的實現(xiàn)和供油部分的設計……………………………………………13</p><p>　　4.7夾緊回路的確定………………………………………………………………13</p><p>　　5選擇液壓元件的確定輔助裝置………………………………………………14</p><p>　　5.1選擇液壓泵…………………………………………………………………

16、…14</p><p>　　5.2電機的選擇……………………………………………………………………15</p><p>　　5.3選擇閥類元件…………………………………………………………………15</p><p>　　5.4確定油管尺寸…………………………………………………………………16</p><p>　　6油箱的設計……………………………

17、…………………………………………17</p><p>　　6.1油箱容量的確定……………………………………………………………17</p><p>　　6.2估算油箱的長、寬、高…………………………………………………………17</p><p>　　6.3確定油箱壁厚…………………………………………………………………17</p><p>　　6.

18、4確定液位計的安裝尺寸…………………………………………………………17</p><p>　　6.5隔板尺寸的計算………………………………………………………………17</p><p>　　6.6油箱其他附件的選擇……………………………………………………………17</p><p>　　7液壓系統(tǒng)的性能驗算……………………………………………………………18</p&g

19、t;<p>　　7.1驗算系統(tǒng)壓力損失和確定壓力閥調定值………………………………………18</p><p>　　7.2油液溫升驗算…………………………………………………………………20</p><p>　　7.3油液溫升驗算…………………………………………………………………20</p><p>　　7.4油液溫升驗算………………………………………………

20、…………………21</p><p>　　結論…………………………………………………………………………………22</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………23</p><p>　　題目五：組合機床液壓系統(tǒng)設計</p><p>　　試設計立式組合機床的液壓系統(tǒng)。已知切削負載為29863牛，滑臺工進速度

21、為50毫米/分，快進和快退速度為6.8米/分，滑臺（包括動力頭）的重量為131247牛，往復運動的加速（減速）的時間為△t=0.05秒，滑臺用平面導軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動摩擦系數(shù)fd=0.1，快進行程為121毫米，工進行程為62毫米。</p><p><b>　　1 方案的確定</b></p><p><b>　　1.1整體性分析</b>

22、;</p><p>　　要求此液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的工作循環(huán)是：工件夾緊 工作快進 工作臺工進 工作臺快退 工作臺原位停止 工件松開 液壓泵卸荷?；_的重量為131247N,快進快退的速度6.8米／分,滑臺工進速度50 mm/s ,快進行程121mm,工進行程62mm ,切削負載為29863N.</p><p>　　對于立式組合機床的液壓

23、系統(tǒng)而言，加工的零件需要精度高，定位準確。所以整個系統(tǒng)的設計要求定位精度高，換向速度快。在設計閥的時候，考慮這些方面變的尤其重要，要考慮到工作在最低速度時調速閥的最小調節(jié)流量能否滿足要求。在行程方面，應該比要求的工作行程大點，包括工作行程、最大行程和夾緊缸行程，主要是考慮到在安全方面和實際運用中。在壓力方面也要考慮到滿足最大負載要求。而且在液壓系統(tǒng)能滿足要求的前提下，使液壓系統(tǒng)的成本較低。</p><p><

24、;b>　　1.2 擬定方案</b></p><p>　　方案一 液壓系統(tǒng)中工作臺的執(zhí)行元件為伸縮缸，工件的夾緊用單桿活塞缸；工作臺采用節(jié)流閥實現(xiàn)出油口節(jié)流調速，用行程閥實現(xiàn)工作臺從快進到工進的轉換，在工進回路上串接個背壓閥；為了防止工件在加工過程中松動，在夾緊進油路上串接個單向閥；工作臺的進、退采用電磁換向閥；夾緊缸的夾緊與放松用電磁閥控制。</p><p>　　方案二

25、 液壓系統(tǒng)中工作臺的執(zhí)行元件為單桿活塞缸，工件的夾緊也采用單桿活塞缸；工作臺采用調速閥實現(xiàn)進油口節(jié)流調速，也采用行程閥實現(xiàn)工作臺從快進到工進的轉換，工進時，為了避免前沖現(xiàn)象，在回路上串接個背壓閥；夾緊缸上串接個蓄能器和單向閥，避免工件在加工過程中松動；工作臺的進、退換向采用電液換向閥，工作臺快進時，采用差動連接；夾緊缸的夾緊與放松用電磁閥控制。</p><p>　　1.3比較方案并確定方案</p>

26、<p>　　單桿活塞缸比伸縮缸結構簡單，價格便宜，易維護，而且也能滿足要求；調速閥的性能比節(jié)流閥穩(wěn)定，調速較好，用于負載變化大而運動要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中；采用出油口調速回路中油液通過節(jié)流閥產生的熱量直接排回油箱散熱；</p><p>　　夾緊缸進油口處串接蓄能器，更好的保證工件的夾緊力，使工件在加工過程中始終在夾緊狀態(tài)。電液換向閥的信號傳遞快，配合液壓動力的輸出力大、慣性小、反映快的優(yōu)點使控制靈活、精度高

27、、快速性好。</p><p>　　綜上比較選擇方案二較好。</p><p><b>　　2 工況分析</b></p><p><b>　　2.1運動參數(shù)分析</b></p><p>　　首先根據(jù)主機要求畫出動作循環(huán)圖（圖一）。</p><p><b>　　圖一&l

28、t;/b></p><p><b>　　2.2動力參數(shù)分析</b></p><p><b>　　計算各階段的負載</b></p><p>　　工作負載：由已知條件可知切削力=29863N。</p><p>　　慣性負載：===6907.09N</p><p>　?。▍⒖?/p>

29、機床的工作臺加速時間，取=0.05s）</p><p>　　阻力負載：靜摩擦阻力</p><p><b>　　動摩擦阻力</b></p><p>　?。ɑ瑒訉к墸鸿T鐵對鑄鐵—啟動低速時,v<0.16m/s）</p><p>　　表1 液壓缸在各個工作階段的負載值其中=0.9</p><p>

30、　　2.3負載圖和速度圖的繪制</p><p>　　負載圖按上面的數(shù)值繪制，如圖2所示。速度圖按已知數(shù)值，工進的速度。</p><p>　　3 液壓缸尺寸和所需流量</p><p>　　3.1液壓缸尺寸計算</p><p>　　3.1.1工作壓力的確定：</p><p>　　工作壓力可根據(jù)負載和主機類型確定，由（書）表

31、11—3得出：</p><p>　　3.1.2計算液壓缸尺寸：</p><p>　　由于立式組合機床工作臺快進和快退速度相同，因此選用單桿活塞式液壓缸，并使,快進時采用差動連接，因管路中有壓力損失，快進時回油路壓力損失取Pa，快退時回油路壓力損失亦取Pa。工進時，為使運動平穩(wěn)，在液壓缸回路油路上須加背壓閥，背壓力值一般為,選取背壓Pa。</p><p>　　根據(jù),可

32、求出液壓缸大腔面積為</p><p>　　根據(jù)GB2348-80圓整成就近的標準值，得D=220mm，液壓缸活塞桿直徑，根據(jù)GB2348-80就近圓整成標準值d=160mm。</p><p>　　3.1.3缸徑、桿徑取標準值后的有效工作面積：</p><p><b>　　無桿腔有效面積 </b></p><p>　　活

33、塞桿面積 </p><p>　　有桿腔有效面積 </p><p>　　3.2確定液壓缸所需流量</p><p>　　3.3夾緊缸的有效面積、工作壓力和流量確定</p><p>　　3.3.1確定夾緊缸的工作壓力：</p><p>　　根據(jù)最大夾緊力，由《液壓傳動》中的表11-2（書）取工作壓力。</

34、p><p>　　計算夾緊缸有效面積、缸徑和桿徑：</p><p><b>　　夾緊缸面積</b></p><p>　　夾緊缸直徑 </p><p>　　取標準值 D=220mm</p><p>　　活塞桿直徑，一般取。</p><p><b>

35、;　　取標準值=32mm</b></p><p>　　3.3.2計算夾緊缸的流量：</p><p>　　液壓缸回油路上有背壓P2 ，保證速度平穩(wěn)。根據(jù)《現(xiàn)代機械設備設計手冊》中推薦值，取P2=0.8MPa，快進時液壓缸雖做差動連接，但油管中有壓降，取=0.5MPa?？焱耸杏颓恢杏斜粔?，這時可取=0.6MPa</p><p>　　根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)，可估算液

36、壓缸在各個工作段中的壓力、流量和功率，如下表所示： </p><p><b>　　表2</b></p><p>　　4 擬定液壓系統(tǒng)圖</p><p>　　4.1確定執(zhí)行元件類型：</p><p><b>　　4.1.1工作缸：</b></p><p>　　根據(jù)組合機床特點

37、和要求，所以選用無桿腔面積等于兩倍的有桿腔面積的差動液壓缸。</p><p><b>　　4.1.2夾緊缸：</b></p><p>　　由于結構上的原因和為了有較大的有效工作面積，也采用單桿活塞液壓缸。</p><p><b>　　4.2換向方式確定</b></p><p>　　為了便于工作臺在任

38、意位置停止，使調整方便，所以采用三位換向閥；為了便于組成差動連接，應采用三位五通電液換向閥。閥的中位機能的選擇對保證系統(tǒng)工作性能有很大作用，為了滿足本專機工作位置的調整方便性和采用液壓夾緊的具體情況，決定采用“Y”型中位機能。</p><p>　　4.3調速方式的選擇</p><p>　　在組合機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調速閥。根據(jù)洗削類專機工作時對低速性能和速度負載

39、特性都有一定的要求，因此決定采用調速閥進行調整。為了便于實現(xiàn)壓力控制，采用進油節(jié)流調速，同時為了滿足低速進給時平穩(wěn)性，以及避免出現(xiàn)前沖現(xiàn)象，在回路上設有背壓閥。</p><p><b>　　4.4快進轉工進</b></p><p>　　為了保證轉換平穩(wěn)、可靠、精度高，采用行程閥控制快進轉工進的控制。</p><p>　　4.5終點轉換控制方式的

40、選擇</p><p>　　采用行程開關和加死擋塊控制。</p><p>　　4.6快速運動的實現(xiàn)和供油部分的設計</p><p>　　因為快進、快退和工進的速度相差比較大，為了減少功率損耗，采用變量泵。</p><p>　　4.7夾緊回路的確定</p><p>　　由于夾緊回路的壓力大于進給系統(tǒng)壓力。為了防止夾緊系統(tǒng)的

41、主壓力下降，在夾緊系統(tǒng)串接個單向閥和蓄能器。</p><p>　　夾緊缸不用中間停留，故采用二位閥控制即可，這里采用二位五通電磁換向閥。為了實現(xiàn)夾緊后才能讓工作臺快進的順序動作，和保證進給系統(tǒng)工作時夾緊系統(tǒng)壓力始終不低于最小夾緊壓力，所以在夾緊回路上安裝個壓力繼電器實現(xiàn)順序控制。當壓力繼電器動作時，工作臺進給。根據(jù)上述分析，畫出液壓系統(tǒng)草圖，如下圖所示：</p><p>　　5 選擇液壓

42、元件和確定輔助裝置</p><p><b>　　5.1選擇液壓泵</b></p><p>　　取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù)K=1.1則液壓泵的最大流量</p><p>　　，即。根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)是采用回油路節(jié)流調速，進油路壓力損失選取，故液壓泵工作壓力為： </p><p>　　考慮到系統(tǒng)動態(tài)壓

43、力因素的影響，液壓泵的額定工作壓力為： </p><p>　　根據(jù)、和已選定的單向定量泵型式，查手冊書（二）選用PVL3-153-F-2R-D-1型定量葉片泵。該泵額定排量為153mL/r,額定轉速960r/min，其額定流量為146.88m/s。</p><p>　　5.2電動機的選擇 </p><p>　　最大功率在快退

44、階段，如果取液壓泵的效率為為0.75，驅動液壓泵最大輸入功率為： </p><p>　　查電工手冊選取7.5kw的電動機YCT200－4B。</p><p><b>　　5.3選擇閥類元件</b></p><p>　　各類閥可通過最大流量和實際工作壓力選擇，閥的規(guī)格如下表所示：</p><p><b&

45、gt;　　表3</b></p><p><b>　　5.4確定油管尺寸</b></p><p>　　5.4.1油管內徑的確定</p><p>　　可按下式計算：　　　　　　　</p><p>　　泵的總流量為1.29L/min，但快速時，部分回油管流量可達132.5L/min，故按132.5L/min計算：V

46、取6.8m/min</p><p>　　取標準值d=25mm，外徑為、內徑為的紫銅</p><p><b>　　6 油箱的設計</b></p><p>　　6.1油箱容量的確定</p><p>　　中壓系統(tǒng)中，油箱有效容積可按泵每分鐘內公稱流量的5～7倍來確定，即油箱的容積V=（5～7） 查《機械設計手冊》得油箱的標準

47、值為800L。</p><p>　　6.2估算油箱的長、寬、高</p><p>　　設油箱的長、寬、高比值范圍為1：1：1～3：2：1，則根據(jù)油箱的容量可算出油箱的長、寬、高分別為a=b =c=930mm,由于在選擇油箱的容量時系數(shù)選的較大，在此就不在考慮油箱的壁厚，即油箱的壁厚包括在上面計算的長、寬、高中。</p><p><b>　　6.3確定油箱壁厚

48、</b></p><p>　　800以上容量的油箱箱壁厚取4mm。箱底厚度應大于箱壁，取箱底厚度為6mm，箱蓋厚度應為箱壁的3～4倍，取箱蓋厚度為12mm。</p><p>　　6.4確定液位計的安裝尺寸</p><p>　　在設計液位計時，要考慮液位計的顯示最大刻度與最小刻度之間的差值和油箱的高度。油箱內的液面高度為油箱高度的80%，所以：</p

49、><p><b>　　mm</b></p><p>　　選擇液位計XYW—1000，最大刻度與最小刻度之間為700mm。安裝時，液位計的中心位置與上述的液面高度在同一水平面。</p><p>　　6.5隔板的尺寸計算</p><p>　　隔板的長度由油箱的內部尺寸可以確定，主要計算隔板的高度。隔板的高度一般為油箱內液面高度的

50、3/4。但是也要考慮到當油箱內的油液降到最低位置時，液壓油也能流入到吸油腔，避免液壓系統(tǒng)吸入空氣。所以隔板的高度為</p><p>　　回油腔一側的隔板要考慮吸油腔快速吸油時，油箱底部的沉淀雜質不能流入吸油腔中，再此取隔板離油箱底的尺寸為300mm。</p><p>　　6.6油箱其它附件的選擇</p><p>　　油箱的其它附件可根據(jù)《中國機械設計大典》上選擇。

51、</p><p>　　7 液壓系統(tǒng)性能的驗算</p><p>　　7.1 回路中壓力損失</p><p>　　回路壓力損失計算應在管道布置圖完成后進行，必須知道管道的長度和直徑。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定，即d=15mm,長度在管道布置圖未完成前暫按進油管、回油管均為L==4m估算。油液運動粘度取，在此設計中主要驗算工進和快退工況時的壓力損失。</p&

52、gt;<p>　　7.1.1 工進時壓力損失</p><p>　　進油管路壓力損失：首先判別進油管液流狀態(tài)，由于雷諾數(shù)</p><p><b>　　故為層流。</b></p><p><b>　　管路沿層壓力損失：</b></p><p><b>　　取管道局部損失</

53、b></p><p>　　油液流經單向閥和三位五通換向閥的壓力損失按下面公式計算，有關數(shù)據(jù)見表5-1</p><p>　　工進時進油路總壓力損失：</p><p>　　此值小于0.5MPa,所以是安全的 </p><p>　　工進時回油路壓力損失：因回油管路流量為</p>

54、<p>　　液流狀態(tài)經判斷為層流（于是沿程壓力損失：</p><p>　　局部壓力損失： </p><p>　　回油路中油液流經調速閥和三位五通換向閥時的壓力損失計算方法同上，即</p><p>　　工進時回油路總壓力損失 </p><p>　　將回油路中壓力損失折算到進油路上，就可求出工進

55、時回路中整個壓力損失</p><p>　　7.1.2 快退時壓力損失</p><p>　　快退時進油路和回油路中經檢查都是層流，進油路壓力損失為：</p><p>　　進油路中油液流經單向閥、三位五通換向閥、單向調時壓力損失計算方法同前</p><p>　　快退時進油路總壓力損失：</p><p>　　快退時回油路中壓

56、力損失：由于,則有</p><p>　　液流狀態(tài)經判斷為層流</p><p><b>　　回油路總壓力損失：</b></p><p>　　將回油路中的壓力損失折算到進油路上去，可得到快推時回油路中的整個壓力損失：</p><p>　　這個數(shù)值比原來估計的數(shù)值大，因此系統(tǒng)中元件規(guī)格和管道直徑不宜再減小。</p>

57、<p>　　7.2 確定液壓泵工作壓力</p><p><b>　　工進時，負載壓力</b></p><p><b>　　液壓泵工作壓力</b></p><p><b>　　快退時，負載壓力：</b></p><p><b>　　液壓泵的工作壓力：<

58、;/b></p><p>　　根據(jù)，則溢流閥調整壓力取。</p><p>　　7.3 液壓系統(tǒng)的效率</p><p>　　由于在整個工作循環(huán)中，工進占用時間最長，因此，系統(tǒng)的效率可以用工進時的情況來計算。工進速度為，則液壓缸的輸出功率為</p><p><b>　　液壓泵的輸出功率：</b></p>

59、<p>　　工進時液壓回路效率：</p><p>　　液壓系統(tǒng)效率,取液壓泵效率，液壓缸效率取，于是</p><p>　　7.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗算</p><p>　　液壓系統(tǒng)總發(fā)熱功率計算</p><p><b>　　液壓泵輸入功率：</b></p><p>　　液壓缸有效功率：

60、 </p><p>　　系統(tǒng)總發(fā)熱功率： </p><p><b>　　油液溫升近似值</b></p><p>　　溫升沒有超出允許范圍℃的范圍，液壓系統(tǒng)中不需要設置冷卻器。</p><p>　　至此，該銑床液壓系統(tǒng)設計計算宣告全部結束。&

61、lt;/p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　經過對組合機床的液壓系統(tǒng)的設計，上述設計結果可以實現(xiàn)該課題所給的要求，即組合機床在銑削加工零件時需要的動作循環(huán)。液壓傳動課程的設計，使我對液壓系統(tǒng)有進一步的認識，進一步掌握了液壓元件的工作原理和在所設計液壓系統(tǒng)時對液壓元件的選用。在設計過程中，對其它所學課程的知識加深和鞏固。</p><

62、;p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 王積偉﹒液壓傳動﹒北京：機械工業(yè)出版社，2006﹒</p><p>　　2 俞啟榮﹒機床液壓傳動﹒北京：機械工業(yè)出版社，1983﹒</p><p>　　3 席偉光﹒機械設計課程設計﹒北京：高等教育出版社，2003﹒</p><p>　　4 李壯云﹒中國機械