液压课程设计

目 录

绪论

1 钻镗液压机床的设计

1.1机床的设计要求 1.2 机床的设计参数

2 执行元件的选择

2.1分析系统工况

2.1.1工作负载 2.1.2惯性负载 2.1.3阻力负

2.2负载循环图和速度循环图的绘制 2.3主要参数的确定

2.3.1 初选液压缸工作压力 2.3.2 确定液压缸主要尺寸 2.3.3 计算最大流量需求

3 拟定液压系统原理图

3.1 速度控制回路的选择 3.2 换向和速度换接回路的选择 3.3 油源的选择和能耗控制 3.4 压力控制回路的选择

4 液压元件的选择

4.1 确定液压泵和电机规格

4.1.1计算液压泵的最大工作压力 4.1.2计算总流量 4.1.3电机的选择

4.2 阀类元件和辅助元件的选择

4.2.1．阀类元件的选择

4.2.2过滤器的选择 4.2.3空气滤清器的选择

4.3油管的选 4.4 油箱的设计

4.4.1油箱长宽高的确定 4.4.2隔板尺寸的确定 4.4.3各种油管的尺寸

5 验算液压系统性能

5.1验算系统压力损失

5.1.1判断流动状态 5.1.2计算系统压力损失

5.2验算系统发热与温升 6 设计总结 7参考文献

绪论

随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的液压机床产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。产品的设计包括液压系统的功能分析、工作原理方案设计和液压传动方案设计等。这些设计内容可作为液压传动课程设计的内容。很明显，液压系统设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成液压机床的灾难性的失误。因此我们必须重视对学生进行液压传动设计能力的培养。

作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。

组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。

p/MPa

P/kWq/L?min -1 1.5

图2-3 组合机床液压缸工况图

b.速度换接回路

图3-1 换向和速度切换回路的选择 3.3 油源的选择和能耗控制 表2-5表明，本设计多轴钻床液压系统的供油工况主要为快进、快退时的低压大流量供油和工进时的高压小流量供油两种工况，若采用单个定量泵供油，显然系统的功率损失大、效率低。在液压系统的流量、方向和压力等关键参数确定后，还要考虑能耗控制，用尽量少的能量来完成系统的动作要求，以达到节能和降低生产成本的目的。

在图4工况图的一个工作循环内，液压缸在快进和快退行程中要求油源以低压大流量供油，工进行程中油源以高压小流量供油。其中最大流量与最小流量之 比qmax/qmin22.59/0.19118.9，而快进和快退所需的时间t1与工进所需 的时间t2分别为：

t1(l1/1)(l3/3)[(60220)/(4.51000)(60400)/(51000)]8.27s t2(l2/2)(60180)/(20~120)(90~540)s 上述数据表明，在一个工作循环中，液压油源在大部分时间都处于高压小流量供油状态，只有小部分时间工作在低压大流量供油状态。从提高系统效率、节省能量角度来看，如果选用单个定量泵作为整个系统的油源，液压系统会长时间处于大流量溢流状态，从而造成能量的大量损失，这样的设计显然是不合理的。 如果采用单个定量泵供油方式，液压泵所输出的流量假设为液压缸所需要的最大流量25.1L/min，假设忽略油路中的所有压力和流量损失，液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估算为 快进时 P=122.59=0.377Kw

工进时P=pqmax=2.7822.59=1.05Kw 快退时 P=1.8922.59=0.72Kw

如果采用一个大流量定量泵和一个小流量定量泵双泵串联的供油方式，由双联泵组成的油源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的，此时液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估算为 快进时 P=122.59=0.377Kw

工进时，大泵卸荷，大泵出口供油压力几近于零，因此 P=pqmax=2.7822.59=1.05Kw 快退时 P=1.8922.59=0.72Kw 除采用双联泵作为油源外，也可选用限压式变量泵作油源。但限压式变量泵结构复杂、成本高，且流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，最后确定选用双联液压泵供油方案，有利于降低能耗和生产成本，如图3-2所示

3.4 压力控制回路的选择

由于采用双泵供油回路，故采用液控顺序阀实现低压大流量泵卸荷，用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。为了便于观察和调整压力，

在液压泵的出口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设测压点。

将上述所选定的液压回路进行整理归并，并根据需要作必要的修改和调整，最后画出液压系统原理图如图3-3所示。

为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上串接一个液控顺序阀7，以阻止油液在快进阶段返回油箱。同时阀8起背压阀的作用。

为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀13。

考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器14。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，压力继电器发出快退信号，操纵电液换向阀换向。

在进油路上设有压力表开关和压力表，钻孔行程终点定位精度不高，采用行行程开关控制即可。

快 进

动 作名 称

磁铁工作状态液压元件工作状态

溢流阀9关 闭打 开关 闭关 闭

换向阀2左 位左 位右 位中 位

信 号 来 源

1YA

起 动 按 纽挡板压下行程阀3压力继电器14发出信号挡块压下终点开关

2YA

行程阀3下 位上 位下 位下 位

快 进工 进快 退停 止

图3-3(b) 液压系统原理图

1—双联叶片泵 2—三位五通电液阀 3—行程阀 4—调速阀 5、6、10、13—单向阀 7—顺序阀

8—背压阀 9—溢流阀 11—过滤器

12—压力开关 14—压力继电器

由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为2.39MPa，流量为2

7.1L/min。取泵的总效率0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为： p Pppqp

p2.3927.1600.75KW1.44KW

根据上述功率计算数据，按JB/T9616-1999，此系统选取Y100L-6型电动机，其额定功率p1.5KW，额定转速n940r/min。 nn

4.2 阀类元件和辅助元件的选择

图3-3液压系统原理图中包括调速阀、换向阀、单项阀等阀类元件以及滤油器、空气滤清器等辅助元件。

4.2.1．阀类元件的选择

根据上述流量及压力计算结果，对图3-3初步拟定的液压系统原理图中各种阀类元件及辅助元件进行选择。其中调速阀的选择应考虑使调速阀的最小稳定流量应小于液压缸工进所需流量。通过图3-3中4个单向阀的额定流量是各不相同的，因此最好选用不同规格的单向阀。

图3-3中溢流阀9、背压阀8和顺序阀7的选择可根据调定压力和流经阀的额定流量来选择阀的型式和规格，其中溢流阀2的作用是调定工作进给过程中小流量液压泵的供油压力，因此该阀应选择先导式溢流阀，连接在大流量液压泵出口处的顺序阀7用于使大流量液压泵卸荷，因此应选择外控式。背压阀8的作用是实现液压缸快进和工进的切换，同时在工进过程中做背压阀，因此采用内控式顺序阀。最后本设计所选择方案如表4-2所示，表中给出了各种液压阀的型号及

表4-2 阀类元件的选择

4.2.2过滤器的选择

按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量

的

2.5倍。由于所设计组合机床液压系统为普通的液压传动系统，对油液的过滤精度要求不高，故有

q过滤器q泵入2.5(272.5)L/min67.5L/min

因此系统选取通用型WU系列网式吸油过滤器，参数如表4-3所示。

表4-3 通用型WU系列网式吸油中过滤器参数

4.2.3空气滤清器的选择

按照空气滤清器的流量至少为液压泵额定流量2倍的原则，即有

q过滤器2qp227.1L/min54.2/min

选用EF系列液压空气滤清器，其主要参数如表4-4所示

4.3

油管的选择

图3-3中各元件间连接管道的规格可根据元件接口处尺寸来决定，液压缸进、出油管的规格可按照输入、排出油液的最大流量进行计算。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，所以应对液压缸进油和出油连接管路重新进行计算，如表4-5所示。

根据表4-5中数值，当油液在压力管中流速取3m/s时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：

d2

19.04mmm13.85mm，

d2

因此与液压缸相连的两根油管可以按照标准GB/T2351-2005选用公称通径为18和15的无缝钢管或高压软管。如果液压缸采用缸筒固定式，则两根连接管采用无缝钢管连接在液压缸缸筒上即可。如果液压缸采用活塞杆固定式，则与液压缸相连的两根油管可以采用无缝钢管连接在液压缸活塞杆上或采用高压软管连接在缸筒上

目 录

绪论

1 钻镗液压机床的设计

1.1机床的设计要求 1.2 机床的设计参数

2 执行元件的选择

2.1分析系统工况

2.1.1工作负载 2.1.2惯性负载 2.1.3阻力负

2.2负载循环图和速度循环图的绘制 2.3主要参数的确定

2.3.1 初选液压缸工作压力 2.3.2 确定液压缸主要尺寸 2.3.3 计算最大流量需求

3 拟定液压系统原理图

3.1 速度控制回路的选择 3.2 换向和速度换接回路的选择 3.3 油源的选择和能耗控制 3.4 压力控制回路的选择

4 液压元件的选择

4.1 确定液压泵和电机规格

4.1.1计算液压泵的最大工作压力 4.1.2计算总流量 4.1.3电机的选择

4.2 阀类元件和辅助元件的选择

4.2.1．阀类元件的选择

4.2.2过滤器的选择 4.2.3空气滤清器的选择

4.3油管的选 4.4 油箱的设计

4.4.1油箱长宽高的确定 4.4.2隔板尺寸的确定 4.4.3各种油管的尺寸

5 验算液压系统性能

5.1验算系统压力损失

5.1.1判断流动状态 5.1.2计算系统压力损失

5.2验算系统发热与温升 6 设计总结 7参考文献

绪论

随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的液压机床产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。产品的设计包括液压系统的功能分析、工作原理方案设计和液压传动方案设计等。这些设计内容可作为液压传动课程设计的内容。很明显，液压系统设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成液压机床的灾难性的失误。因此我们必须重视对学生进行液压传动设计能力的培养。

作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。

组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。

p/MPa

P/kWq/L?min -1 1.5

图2-3 组合机床液压缸工况图

b.速度换接回路

图3-1 换向和速度切换回路的选择 3.3 油源的选择和能耗控制 表2-5表明，本设计多轴钻床液压系统的供油工况主要为快进、快退时的低压大流量供油和工进时的高压小流量供油两种工况，若采用单个定量泵供油，显然系统的功率损失大、效率低。在液压系统的流量、方向和压力等关键参数确定后，还要考虑能耗控制，用尽量少的能量来完成系统的动作要求，以达到节能和降低生产成本的目的。

在图4工况图的一个工作循环内，液压缸在快进和快退行程中要求油源以低压大流量供油，工进行程中油源以高压小流量供油。其中最大流量与最小流量之 比qmax/qmin22.59/0.19118.9，而快进和快退所需的时间t1与工进所需 的时间t2分别为：

t1(l1/1)(l3/3)[(60220)/(4.51000)(60400)/(51000)]8.27s t2(l2/2)(60180)/(20~120)(90~540)s 上述数据表明，在一个工作循环中，液压油源在大部分时间都处于高压小流量供油状态，只有小部分时间工作在低压大流量供油状态。从提高系统效率、节省能量角度来看，如果选用单个定量泵作为整个系统的油源，液压系统会长时间处于大流量溢流状态，从而造成能量的大量损失，这样的设计显然是不合理的。 如果采用单个定量泵供油方式，液压泵所输出的流量假设为液压缸所需要的最大流量25.1L/min，假设忽略油路中的所有压力和流量损失，液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估算为 快进时 P=122.59=0.377Kw

工进时P=pqmax=2.7822.59=1.05Kw 快退时 P=1.8922.59=0.72Kw

如果采用一个大流量定量泵和一个小流量定量泵双泵串联的供油方式，由双联泵组成的油源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的，此时液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估算为 快进时 P=122.59=0.377Kw

工进时，大泵卸荷，大泵出口供油压力几近于零，因此 P=pqmax=2.7822.59=1.05Kw 快退时 P=1.8922.59=0.72Kw 除采用双联泵作为油源外，也可选用限压式变量泵作油源。但限压式变量泵结构复杂、成本高，且流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，最后确定选用双联液压泵供油方案，有利于降低能耗和生产成本，如图3-2所示

3.4 压力控制回路的选择

由于采用双泵供油回路，故采用液控顺序阀实现低压大流量泵卸荷，用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。为了便于观察和调整压力，

在液压泵的出口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设测压点。

将上述所选定的液压回路进行整理归并，并根据需要作必要的修改和调整，最后画出液压系统原理图如图3-3所示。

为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上串接一个液控顺序阀7，以阻止油液在快进阶段返回油箱。同时阀8起背压阀的作用。

为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀13。

考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器14。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，压力继电器发出快退信号，操纵电液换向阀换向。

在进油路上设有压力表开关和压力表，钻孔行程终点定位精度不高，采用行行程开关控制即可。

快 进

动 作名 称

磁铁工作状态液压元件工作状态

溢流阀9关 闭打 开关 闭关 闭

换向阀2左 位左 位右 位中 位

信 号 来 源

1YA

起 动 按 纽挡板压下行程阀3压力继电器14发出信号挡块压下终点开关

2YA

行程阀3下 位上 位下 位下 位

快 进工 进快 退停 止

图3-3(b) 液压系统原理图

1—双联叶片泵 2—三位五通电液阀 3—行程阀 4—调速阀 5、6、10、13—单向阀 7—顺序阀

8—背压阀 9—溢流阀 11—过滤器

12—压力开关 14—压力继电器

由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为2.39MPa，流量为2

7.1L/min。取泵的总效率0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为： p Pppqp

p2.3927.1600.75KW1.44KW

根据上述功率计算数据，按JB/T9616-1999，此系统选取Y100L-6型电动机，其额定功率p1.5KW，额定转速n940r/min。 nn

4.2 阀类元件和辅助元件的选择

图3-3液压系统原理图中包括调速阀、换向阀、单项阀等阀类元件以及滤油器、空气滤清器等辅助元件。

4.2.1．阀类元件的选择

根据上述流量及压力计算结果，对图3-3初步拟定的液压系统原理图中各种阀类元件及辅助元件进行选择。其中调速阀的选择应考虑使调速阀的最小稳定流量应小于液压缸工进所需流量。通过图3-3中4个单向阀的额定流量是各不相同的，因此最好选用不同规格的单向阀。

图3-3中溢流阀9、背压阀8和顺序阀7的选择可根据调定压力和流经阀的额定流量来选择阀的型式和规格，其中溢流阀2的作用是调定工作进给过程中小流量液压泵的供油压力，因此该阀应选择先导式溢流阀，连接在大流量液压泵出口处的顺序阀7用于使大流量液压泵卸荷，因此应选择外控式。背压阀8的作用是实现液压缸快进和工进的切换，同时在工进过程中做背压阀，因此采用内控式顺序阀。最后本设计所选择方案如表4-2所示，表中给出了各种液压阀的型号及

表4-2 阀类元件的选择

4.2.2过滤器的选择

按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量

的

2.5倍。由于所设计组合机床液压系统为普通的液压传动系统，对油液的过滤精度要求不高，故有

q过滤器q泵入2.5(272.5)L/min67.5L/min

因此系统选取通用型WU系列网式吸油过滤器，参数如表4-3所示。

表4-3 通用型WU系列网式吸油中过滤器参数

4.2.3空气滤清器的选择

按照空气滤清器的流量至少为液压泵额定流量2倍的原则，即有

q过滤器2qp227.1L/min54.2/min

选用EF系列液压空气滤清器，其主要参数如表4-4所示

4.3

油管的选择

图3-3中各元件间连接管道的规格可根据元件接口处尺寸来决定，液压缸进、出油管的规格可按照输入、排出油液的最大流量进行计算。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，所以应对液压缸进油和出油连接管路重新进行计算，如表4-5所示。

根据表4-5中数值，当油液在压力管中流速取3m/s时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：

d2

19.04mmm13.85mm，

d2

因此与液压缸相连的两根油管可以按照标准GB/T2351-2005选用公称通径为18和15的无缝钢管或高压软管。如果液压缸采用缸筒固定式，则两根连接管采用无缝钢管连接在液压缸缸筒上即可。如果液压缸采用活塞杆固定式，则与液压缸相连的两根油管可以采用无缝钢管连接在液压缸活塞杆上或采用高压软管连接在缸筒上