卧式双面铣削组合机床的液压系统设计

液压与气压传动技术课程

设计说明书

目 录

1. 目录………………………………………………………………………………1 2. 技术要求………………………………………………………………………2 3. 工况分析………………………………………………………………………2 负载分析………………………………………………………………………2 绘制液压缸负载图和速度图………………………………………………3 初步确定液压缸参数…………………………………………………………4 拟定液压系统图………………………………………………………………7 选择液压元件………………………………………………………………10 4. 设计小结………………………………………………………………………14 5. 参考文献………………………………………………………………………14

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一．技术要求

设计卧式双面铣削组合机床的液压系统。机床的加工对象为铸铁变速箱箱体，动作顺序为夹紧缸夹紧→工作台快速趋近工件→工作台进给→工作台快退→夹紧缸松开→原位停止。工作台移动部件的总重力为4000N，加、减速时间为0.2s，采用平导轨，静、动摩擦因数μs=0.2，μd=0.1。夹紧缸行程为30mm，夹紧力为800N，工作台快进行程为100mm，快进速度为3.5m/min，工进行程为200mm，工进速度为80～300m/min，轴向工作负载为12000N，快退速度为6m/min。要求工作台运动平稳，夹紧力可调并保压。

二．工况分析

1.负载分析

负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为Ffs，动摩擦力为Ffd,则

工作负载 Fl=12000N

静摩擦阻力 Ffs=0.2*4000=800N 动摩擦阻力 Ffd=0.1*400*9.8=400N 惯性负载 Fa=400*3.5/(60*0.2)=117N 如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率?m?0.9，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出

液压缸各运动阶段负载表 工作循环 起动 加速 快进 工进 快退

负载组成 负载值F/N 800 517 400 12400 400 推力F/?m 888N 574N 444N 13777N 444N F?Ffs F?(Ffd?Fa) F?Ffd F?Fl?Ffd F?Ffd 3

2.绘制液压缸负载图和速度图

根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载图（F-s）和速度图（v-s）

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3.初步确定液压缸参数

组合机床液压系统的最大负载约为14000N，初选液压缸的设计压力P1=3MPa，为了满足工作台快速进退速度相等，并减小液压泵的流量，这里的液压缸课选用单杆式的，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的等效面积A1与A2应满足A1=2A2（即液压缸内径D和活塞杆直径d应满足：d=0.707D。为防止铣削后工件突然前冲，液压缸需保持一定的回油背压，暂取背压为0.5MPa，并取液压缸机械效率?m?0.9。则液压缸上的平衡方程

故液压缸无杆腔的有效面积：

液压缸内径：

按GB/T2348-1980，取标准值D=80mm；因A1=2A，故活塞杆直径d=0.707D=56mm（标准直径）

则液压缸有效面积为：

A1?A2??4D2??4802cm2?50.24cm2?4(D2?d2)??4

(802?562）cm2?25.62cm2差动连接快进时，液压缸有杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1，其差值估取

P2-P1=0.5MPa，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时△P=0；另外取快退时的回油压力损失为0.5MPa。根据假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力.流量和功率，并可绘出其工况图

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液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值

工作阶段 快进启动 快进加速 快进恒速 工进 计算公式 回油腔压力 F（N） 推力 工作腔压力 输入流量 输入功率 q（L/min） P（KW） P2（MPa） P1（MPa） F??PA2pj?A1?A2 888 0 0.35 —— —— q?v(A1?A2) P?pjq 574 1.25 0.75

—— —— 444 1.2 0.70 8.617 0.450 pj?F?pjA2A1 q?A1vP?pjq F?pbA1pj?A1 13777 0.5 3.761 0.4~1.5 0.15~0.43 快退启动 快退加速 快退恒速 888 0 0.34

—— —— q?A2vP?pjq 574 0.3 0.809

—— —— 444 0.3 0.758 8.967 0.680 注：1.差动连接时，液压缸的回油口到进油口之间的压力损失?p?5?105pa,而pb?pj??p。

2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为

液压缸的工况图：

Pj，无杆腔回油，压力为

Pb

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4.拟定液压系统图 (1)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。 (3)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。 (4)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，即可组合成下图所示的液压系统原理图。

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动作顺序表

动作名 夹紧力1 夹紧力2 夹紧力3 快进 工进 快退 松开 停止 集成块分配

1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA + + + + + + - - - - - - - - + - - + - - - - - + - - - - - - - + - - - - - + + - - - - - - + - - - -

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由小组分配，完成进给块的设计 已知：进给块上的元件

三位四通电磁阀 30 24D-B20C 单向行程调速阀 18 AQF3-E10B 二位四通电磁阀 30 23D-B20H-7

查手册，知用JK25型号通用集成块系列并设计：

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5.选择液压元件 (1)液压泵的选择

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

pp?p1???p

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，本例取0.5MPa。

pp?p1???p??2.5?0.5??3MPa

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。在本例中pn =1.25 pp=3.75MPa。

2)泵的流量确定 液压泵的最大流量应为

qp?KL??q?min

qp—液压泵的最大流量；

(∑q)min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。

qp?KL??q?min?1.2?12L/min?14.4L/min

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YB1—20限压式变量泵，该泵的基本参数为：每转排量q＝20L/r,泵的额定压力pn＝6.3MPa,电动机转速nH＝1450r/min,容积效率?v≥0.9，总效率??0.78，驱动功率2.6KW

(2)选择液压控制阀

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，可以选出这些液压元件的型号及规格见表

液压元件选择列表

序 号 2 3 4 5 6.7 8 10 11 元 件 名 称 过滤器 溢流阀 变量叶片泵 三位四通电磁阀 单向减压阀 单向节流阀 溢流阀 三位四通电磁阀 额定流量/L·min-1 16 40 18 30 30 30 40 30 型 号 WU-16*80 YF-120B YB1-20 24D-B20C JF3-10B SRC-T-06 YF-120B 24D-B20C 11

12 13 14 15 16 18 19 溢流阀 溢流阀 三位四通电磁阀 单向行程调速阀 二位四通电磁阀 流量表 流量表 40 40 30 18 30 2——8MP 2——8MP YF-120B YF-120B 24D-B20C AQF3-E10B 23D-B20H-7 LC12 LC12

(3)确定油管直径及管接头

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、输出的最大流量计算。由于液压泵的具体选定之后液压缸在各阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如表所示

液压缸的进、出流量和运动速度 流量、速度 输入流量/(L/min) 排出流量/(L/min) 运动速度/(m/min) 快进 工进 快退 由表中的数据可知所选液压泵的型号、规格适合。

由表可知，该系统中最大压力小于3MPa，油管中的流速取3m/s。所以按公式

d?2q?v可计算得液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：

查表JB827—66（5—2），同时考虑制作方便，选18?2（外径18mm,壁厚2mm）的10号冷拔无缝钢管（YB23_70） （4）确定油箱容量

油箱容积按《液压传动》式（7-8）估算，当取?为7时，求得其容积

qqvq?v 12

q?q?q1?qp?27.1

按JB/T7938-1999规定，取标准值V=250L。 6.液压系统性能验算 （1） 压力损失

1）快进

滑台快进时，液压缸差动连接，进油路上油液通过单向阀10的流量是22L/min，通过电液换向阀2的流量是27.1L/min，然后与液压缸的有杆腔的回油汇合，以流量55.30L/min通过行程阀3并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为

此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。

回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀6的流量都是28.2L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀3流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力P2和无杆腔压力P1之差。

此值小于原估计值0.5Mpa,所以是偏安全的。 2）工进

工进时，油液在进油路上通过电液换向阀2的流量为0.4~1.5L/min，在调速阀4处的压力损失为0.5Mpa；油液在回油路上通过换向阀2的流量为0.20~0.76L/min，在背压阀8处的压力损失为0.5MPa,通过顺序阀7的流量为22.2~22.76L/min，因此这时液压缸回油腔压力p2为

V? ,与原计算数

此值大于原估计值0.5Mpa,则重新计算工进时液压缸进油腔压力

值3.761MPa相近。

考虑到压力继电器可靠动作需要压差

?pe?0.5MPa，故溢流阀9的调压

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3）快退

快退时，油液在进油路上通过单向阀5的流量为22L/min，通过换向阀2的流量为27.1L/min；油液在回路上通过单向阀5、换向阀2和单向阀13的流量都是53.14L/min。一次进油路上的总压降为：

此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上的总压降是

所以，快退时液压泵的最大工作压力：

，因此主泵卸荷的顺序阀7调压应

大于0.891Mpa。

(2)液压系统的发热与温升

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的情况来计算。

工进时液压缸的有效功率为：

此时主泵通过顺序阀7卸荷，辅助泵在高压下供油，所以两个泵的总输入功率为：

由此得液压系统的发热量为：

温升近似值如下：

温升没有超出范围，液压系统中不需设置冷却器。

PP

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三．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。

四．参考文献

1.《液压与气压传动》.曾亿山.合肥工业大学出版社 2．《液压传动》.王积伟.章宏甲.机械工业出版社

3.《液压系统设计元器件选型手册》.周恩涛.机械工业出版社 4.《新编实用液压技术手册》.张岚.人民邮电出版社 5.《液压阀原理、使用与维护》.张利平.化学工业出版社 6.《液压阀和气动阀选型手册》.杨帮文.化学工业出版社 7.《液压阀使用手册》.陆一心.化学工业出版社

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6fc7.html