组合机床动力滑台液压系统

继续教育学院毕业设计（论文）

题目：组合机床动力滑台液压系统

院、系(站) 机电工程系

学科专业： 机电一体化

学 生：

学 号：

指导教师：

2013年10月

组合机床动力滑台液压系统

摘要

本论文主要阐述了组合机床动力滑台液压系统，能实现的工作循环是：快速前进→ 工作进给 →快速退回 →原位停止，液压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一。

本液压系统的设计，除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外，还必须符合体积小、重量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普遍设计原则。液压系统的设计主要是根据已知的条件，来确定液压工作方案、液压流量、压力和液压泵及其它元件的设计。

综上所述，完成整个设计过程需要进行一系列艰巨的工作。设计者首先应树立正确的设计思想，努力掌握先进的科学技术知识和科学的辩证的思想方法。同时，还要坚持理论联系实际，并在实践中不断总结和积累设计经验，向有关领域的科技工作者和从事生产实践的工作者学习，不断发展和创新，才能较好地完成机械设计任务。

关键词: 组合机床；液压系统；液压缸；液压泵换

目录

1 液压传动的发展概况和应用 .............................. 1

1.1 液压传动的发展概况......................................... 1

1.2 液压传动在机械行业中的应用................................. 2

2 液压传动的工作原理和组成 .............................. 3

2.1 工作原理................................................... 3

2.2 液压系统的基本组成......................................... 6

3 液压传动的优缺点 ..................................... 7

3.1 液压传动的优点.............................................. 7

3.2 液压传动的缺点.............................................. 7

4 液压系统工况分析 ..................................... 8

4.1 运动分析................................................... 8

4.2负载分析 .................................................... 8

4.2.1 负载计算.............................................. 8

4.2.2 液压缸各阶段工作负载计算：............................ 8

4.2.3 绘制动力滑台负载循环图，速度循环...................... 9

4.2.4 确定液压缸的工作压力.................................. 9

4.2.5 确定缸筒内径D，活塞杆直径d.......................... 10

4.2.6 液压缸实际有效面积计算............................... 10

4.2.7 最低稳定速度验算..................................... 10

4.2.8 压力、流量、功率计算................................. 10

5 确定液压系统图 ...................................... 12

5.1液压泵型式的选择 ........................................... 12

5.2 液压回路选择............................................... 12

5.3液压系统组成 ............................................... 13

6 液压元件选择 ........................................ 15

6.1液压泵和电机的选择 ......................................... 15

6.1.1确定液压泵的工作压力 ................................. 15

6.1.2 液压泵的流量......................................... 15

6.1.3电机选择 ............................................. 15

6.2 辅助元件的选择............................................ 17

6.3 确定管道尺寸.............................................. 19

7 液压系统的性能验算................................... 20

7.1 管路系统压力损失验算....................................... 20

7.1.1 判断油流类型........................................ 20

7.1.2 沿程压力损失∑△P1.................................. 20

7.1.3 局部压力损失∑△P2.................................. 21

7.2 液压系统的发验热与温升算................................... 23

7.2.1 液压泵的输入功率..................................... 23

7.2.2 有效功率............................................. 23

7.2.3 系统发热功率Ph....................................... 24

7.2.4 散热面积............................................. 24

结论 ................................................... 25

谢 辞 .................................................. 26

参 考 文 献 .......................................... 27

附 录 .................................................. 28

1 液压传动的发展概况和应用

1.1 液压传动的发展概况

液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph

Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。

第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了基础。

我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。

目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。

1.2 液压传动在机械行业中的应用

机床工业——磨床、铣床、刨床、拉床、组合机床、数控机床、加工中心等 工程机械——挖掘机、装载机、推土机等

汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等

农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等

轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等

冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等

矿山机械——开采机、提升机、液压支架等

建筑机械——打桩机、平地机等

船舶港口机械——起货机、锚机、舵机

2 液压传动的工作原理和组成

液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。

2.1 工作原理

１.快速前进

按下起动按钮，电磁经铁1YA通电，电磁换向阀A的左拉接入回路，液动换向阀B在制油液的作用下其左位接入系统工作，这时系统中油液的通路为：

进油路：过滤器1→变量泵1→ 换向阀A→单向阀C→换向阀B左端

回油路：换向阀右端→节流阀F→换向阀A→油箱。

于是，换向阀B的阀芯右移，使其左位接入系统。

主油路

进油路：过滤器1→变量泵1→单向阀3→换向阀B→行程阀11→液压缸左

腔。

回油路：液压缸右腔→换向阀B→单向阀6→行程阀11→液压缸左腔，形成差动连接。

此时由于负载较小，液压系统的工作压力较低，所以液控顺序阀5关闭，液压缸形成差动连接，变量泵2在低压下流量为最大，所以动力滑台完成快速前进。

2.工作进给

当滑台运动到预定位置时，控制挡铁压下行程阀11。切断了快进油路，电

液动换向阀7的工作状态不变(阀B和阀A的左位仍接入系统工作)，压力油须经调速阀8、二位二通电磁12才能进入液压缸的左腔，由于油液流经调速阀而使系统压力升高，于是液控顺序阀5打开，单向阀6关闭，使液压缸右腔的油液经阀5、背压阀4流回油箱，使滑台转换为工作进给运动。其主要油路：

进油路：

过滤器1 →变量泵2→单向阀3→换向阀B →调速阀8→电磁阀12→液压缸

左腔。

回油路：

液压缸右腔 →换向阀B→顺序阀5→背压阀4→油箱。

因为工作进给时系统压力升高，所以变量泵2的输出流量便自动减小，以适应工作进给的城要，进给速率的大小由调速阀8来调节。

3.死挡铁停留

当滑台第二次工作进给完毕，碰上死挡铁后停止前进，这时液压缸左腔油液的压力升高，当升高到压力继电器13的调整值时，压力继电器发出信号给时间继电器，停留时间由时间继电器控制，经过时间继电器的延时，再发出信号使滑台返回。

4.快速退回

时间继电器延时发出信号，使电磁铁YA停电，2YA通电，这时换向阀A的

右位接入回路，控制油液换向阀B的右位拉入系统工作，此时，由于滑台返回的负载小，系统压力较低，变量泵2的流量自动增大至最大，所以动力滑台快速退回。这时系统油液的通路为：

控制油路

进油路：

过滤器1→变量泵2→换向阀A→单向阀D→换向阀B右端。

回油路：

换向阀B左端→节流阀E→换向阀A→油箱。

主油路

进油路：

过滤器1→变量泵2→单向阀3→换向阀B→液压缸右腔。

回油路：

液压缸左腔→单向阀10→换向阀B→油箱。

动力滑台快速后退，当其快退到一定位置(即工进的起始位置)时，行程阀11复位，使回油路更为畅通，但不影响快速退回动作。

5.原位停止

当滑台退回到原位时，挡铁压下行程开关，使2YA断电，换向阀A、B都处

于中位，液压缸失去动力源，滑台停止运动。变量泵2输出的油液经单向阀3换向阀B流回油箱，液压泵卸荷。单向阀3使泵卸荷时，控制油路中仍保持一定的压力。这样，当电磁换向阀A通电时，可保证液动换向阀B能正常工作。

3、油源的选择

由液压缸工况图（图2）清楚的看出，其系统特点是快速时低压、大流量、时间短，工进时高压、小流量、时间长，故采用双联叶片泵或限压式变量泵。将两者进行比较（见表2.1）考虑本机床要求系统平稳、工作可靠。因而采用双联叶片泵。

表2.1 叶片泵的选择

表2.2系统工作循环

2.2 液压系统的基本组成

1）能源装置——液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。

2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。

3）控制装置——液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向。

4）辅助装置——油箱、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。

5）工作介质——液压油。绝大多数液压油采用矿物油传递能量或信息。

3 液压传动的优缺点

3.1 液压传动的优点

1）在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。

2）液压执行装置的工作比较平稳。由于液压执行装置重量轻、惯性小、反应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。

3）液压传动可在大范围内实现无级调速（调速比可达1：2000），并可在

液压装置运行的过程中进行调速。

4）液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。

5）液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命长。

6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。

3.2 液压传动的缺点

1)液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏。例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。

2）液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动。

3）液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。

4）为了减少泄露，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，而且对油液的污染比较敏感。

5）液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既要系统地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。

6）随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是要解决的问题。

4 液压系统工况分析

4.1 运动分析

绘制动力滑台的工作循环图

图4.1动力滑台的工作循环

4.2负载分析

4.2.1 负载计算

（1）工作负载

工作负载为已知 FL=28000`N

（2）摩擦阻力负载

已知采用平导轨，且静摩擦因数ud=0.1,动摩擦因数ud=0.2,则：

静摩擦阻力 Fuj=0.1×9810N=981N

动摩擦阻力 Fud=0.2×9810N=1962N

4.2.2 液压缸各阶段工作负载计算：

（1）启动时 F1=Fuj/ηcm=1962/0.9=2180N

（2）加速时 F2=（Fud+Fa）/ηcm=（981+4004）/0.9=5538N

（3）快进时 F3=Fud/ηcm=981/0.9N=1090N

（4）工进时 F4=(Fq+Fud)/ηcm=(28000+981)/0.9N=32201N

（5）快退时 F5=Fud/ηcm=981/0.9N=1090N

4.2.3 绘制动力滑台负载循环图，速度循环图

图 4.2 速度与负载

4.2.4 确定液压缸的工作压力

参考课本资料,初选液压缸工作压力p1=40×106 Pa

4.2.5 确定缸筒内径D，活塞杆直径d

A=Fmax／pη=7276

m 96mm 按GB/T2348——1993，取D=100mm

d=0.71D=71mm

按GB/T2348——1993，取d=70mm

4.2.6 液压缸实际有效面积计算

无杆腔面积 A1=πD2/4=3.14×1002/4 mm2=7850mm2

有杆腔面积 A2=π（D2－d2）/4=3.14×（1002－702）/4 mm2=4004 mm2

活塞杆面积 A3=πD2/4=3.14×702/4 mm2=3846 mm2

4.2.7 最低稳定速度验算

最低稳定速度为工进时u=50mm/min，工进采用无杆腔进油，单向行程调

速阀调速，查得最小稳定流量qmin=0.1L/min

4.2.8 压力、流量、功率计算

计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力、流量、功率列于表(4.1)

表（4.1）液压缸压力、流量、功率计算

5 确定液压系统图

5.1液压泵型式的选择

由工况图可知，系统循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，而且是顺序进行的。从提高系统效率考虑，选用限压式变量叶片或双联叶片泵教适宜。将两者进行比较（见表5.1）故采用双联叶片泵较好。

表5.1

5.2 液压回路选择

(1) 选择油源形式 从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比qmax/qmin=0.5/(0.84×10-2) 60；其相应的时间之比

(t1+t3)/t2=(1+1.5)/56.8=0.044。这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于

高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。考虑到前者流量

突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图(5.1)a所示。

(2) 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如图(5.1)b所示。

(3) 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大（ 1/ 2=0.1/(0.88×10-3) 114），为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀

控制的换接回路，如图(5.1)c所示。

(4) 选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。

图5.1选择基本回路

5.3液压系统组成

将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图(5.2)所示。在图(5.2)中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀6

。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，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。

图5.2 整理后的液压系统原理图

6 液压元件选择

6.1液压泵和电机的选择

6.1.1确定液压泵的工作压力

由前面可知，液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为4.4MPa，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=（4.4+0.6+0.5）MPa=5.5MPa

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。

液压泵的公称工作压力Pr为

Pr=1.25 Pp1 =1.25×5.5MPa=6.7MPa

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=（0.99+0.5）MPa=1.49MPa

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。

6.1.2 液压泵的流量

由流量图4（b）可知，在快进时，最大流量值为23L／min,

取K=1.1，则可计算泵的最大流量

q

qvpvp≥K(∑q)max =1.1×23L／min=25.3L／min

在工进时，最小流量值为0.39 L／min.为保证工进时系统压力较稳定，应考虑溢流阀有一定的最小溢流量，取最小溢流量为1 L／min（约0.017×10m／s）

6.1.3电机选择

由功率图6.1（c）可知，最大功率出现在快退阶段，其数值按下式计算

-33

Pp= Pp2（qv1+ qv2）／ηp=1.35×106（0.2+0.3）×10-3／0.75=993W

式中 qv1——大泵流量，qv1=18 L／min（约0.3×10-3m3／s）

qv2——小泵流量，qv2=12L／min（约0.2×10-3m3／s）

ηp——液压泵总效率，取ηp =0.75。

(a)

（b）

(c)

图 6.1

根据快退阶段所需功率993W及双联叶片泵要求的转速，选用功率为

1.1KWJ52－6型的异步电机。

6.2 辅助元件的选择

根据液压泵的工作压力和通过阀的实际流量，选择各种液压元件和辅助元件

的规格。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f0w1.html