设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统 求课程设计

目 录

一、设计基本要求 ……………………………………………………-4-
1.1基本结构与动作顺序 …………………………………………-4-
1.2主要性能参数 …………………………………………………-4-
1.3系统设计要求 …………………………………………………-4-
二、负载分析……………………………………………………………-4-
三、液压系统方案设计…………………………………………………-5-
3.1确定液压泵类型及调速方式 …………………………………-5-
3.2选用执行元件 …………………………………………………-5-
3.3快速运动回路和速度换接回路 ………………………………-5-
3.4换向回路的选择 ………………………………………………-5-
3.5组成液压系统绘原理图 ………………………………………-5-
四、液压系统的参数计算 ……………………………………………-5-
（一）液压缸参数计算 ………………………………………………-5-
1.初选液压缸的工作压力…………………………………………-5-
2.确定液压缸的主要结构尺寸……………………………………-6-
3.计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率……………-6-
（二）液压泵的参数计算…………………………………………… -7-
（三）电动机的选择………………………………………………… -7-
1.差动快进…………………………………………………………-8-
2.工进………………………………………………………………-8-
3.快退………………………………………………………………-8-
五、液压元件的选择……………………………………………………-9-
5.1液压阀及过滤器的选择………………………………………-9-
5.2油管的选择……………………………………………………-9-
5.3邮箱容积的确定………………………………………………-9-
六、验算液压系统性能…………………………………………………-10-
（一）压力损失的验算及泵压力的调整………………………………-10-
1.工进时的压力损失验算及泵压力的调整………………………-10-
2.快退时的压力损失验算及大流量泵卸载压力的调整…………-10-
3.局部压力损失……………………………………………………-11-
（二）液压系统的发热和温升验算……………………………………-11-
七、个人总结……………………………………………………………-12-
八、参考文献……………………………………………………………-12-

设计课题
设计一台卧式单面多轴钻孔机床的液压传动系统，有三个液压缸，分别完成钻削（快进、工进、快退）、夹紧工件（夹紧、松开）、工件定位（定位、拔销）。其工作循环为：

定位→夹紧→快进→工进→快退→拔销松开，如图1所示。

一、设计基本要求：
(一)、基本结构与动作顺序
卧式单面多轴组合机床主要由工作台、床身、单面动力滑台、定位夹紧机构等组成，加工对象为铸铁变速箱体，能实现自动定位夹紧、加工等功能。工作循环如下：
定位 夹紧 快进 工进 快退 拔销松开
(二)、主要性能参数
1. 主轴数及孔径：主轴6根，孔径Φ14 mm；
2. 总轴向切削阻力：ft=12400 N；
3. 运动部件重量： G=9800 N；
4. 快进、快退速度： 5 m/min;
5. 工进速度：0.04~0.1 m/min
6. 行程长度：320 mm；
7. 导轨形式及摩擦系数：平导轨，f静=0.2 f动=0.1
8. 加速、减速时间：大于0.2秒；
9. 夹紧力：5000~6000 N
10. 夹紧时间：1~2秒；
11. 夹紧液压缸行程长度：16 mm。
(三) 系统设计要求
1. 夹紧后在工作中如突然停电时，要保证安全可靠，当主油路压力瞬时下降时，夹紧缸保持夹紧力；
2. 快进转工进时要平稳可靠；
3. 钻削时速度平稳，不受外载干扰，孔钻透时不前冲。

设计计算分析：
二、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 ，动摩擦力为 ，则
= =0.2*9800N=1960N
= =0.1*9800N=980N

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 =0.95，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表1-1。
表1-1 液压缸各运动阶段负载表
运动阶段 总机械负载F/N
起动 F= /
2063
加速 F=( + )/
1470
快进 F= /
1032
工进 F=（ + ）/
14084
快退 F= /
1032
根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制负载图和速度，见图a，b，横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸退回时的曲线

负载速度图
三、液压系统方案设计
1.确定液压泵类型及调速方式
参考同类组合机床，选用双作用变量叶片泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值 =0.8MPa
2.选用执行元件
因系统动作循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积 等于有杆面积 的两倍。
3.快速运动回路和速度换接回路
根据本例的运动方式和要求，采用差动连接快速运动回路来实现快速运动。即快进时，液压缸实现差动连接。

4换向回路的选择
本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向器的换向回路。为便于实现差动连接，选用了三位五通换向阀。采用二位二通电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进，另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。为提高换向的位置精度，采用死档板和压力继电器的行程终点返程控制。

5.组成液压系统绘原理图
将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表。这样只需一个压力表即能观测各点压力。

液压系统中各电磁铁的动作顺序如下表。
电磁铁动作顺序
1Y 2Y 行程阀
快进 + - -
工进 + - +
快退 - + -
停止 - + -

四、液压系统的参数计算
（一）液压系统的参数计算
1.初选液压缸的工作压力
参考同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为 =40* Pa
2确定液压缸的主要结构尺寸
本例要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固定的单杠式液压缸。快进时采用差动联接，并取无杆腔有效面积 等于有杆腔有效面积 的两倍，即 =2 。为了防止在钻孔钻通时滑台突然向前冲，在回油路中装有背压阀，按表8-1，初选背压 Pa。
由表1-1可知最大负载为工进阶段的负载F=14084N, 按此计算 则
A1==
液压缸直径 D=
由 =2 可知活塞杆直径
d=0.707D=0.707*7.056cm=4.988cm
按GB/T2348—1993将所计算的D与d值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得
D=8cm d=5cm
按标准直径算出
A1=
A2=
按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量 ，因工进速度v=0.04m/min为最小速度，则由式
A1=
本例 =50.24 》12.5 ，满足最低速度的要求。
3计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率
根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时背压按 代入，快退时背压按 代入计算公式和计算结果列于下表中。
表二 液压缸所需的实际流量、压力和功率
工作循环 计算公式 负载F 进油压力
回油压力
所需流量 输入功率P
N

L/min kW
差动快进
1032

10 0.213
工进
14084

0.5 0.027
快退
1032

14.308 0.296

（二）液压泵的参数计算
由表二可知工进阶段液压缸压力最大，若取进油路总压力损失 ，则液压泵 最高工作压力可按式算出
Pp=p1+
因此泵的额定压力可取 1.25 37.9 Pa=47.4 Pa。
由表二可知，工进时所需要流量最小是0.5L/min，设溢流阀最小溢流量为2.5L/min，则小流量泵的流量应为 ，快进快退时液压缸所需的最大流量是 =1.1x14.308L/min=15.7L/min
根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用YBX-A※N型的变量叶片泵，该泵额定压力为2-7MPa，额定转速1500r/min。
（三）电动机的选择
下面分别计算三个阶段所需要的电动机功率P。
1.差动快进
差动快进时，压力油经三位五通阀3进入液压缸大腔，大腔的压力p1 ，查样本可知，泵的出口压力损失 ，于是计算可得泵的出口压力pp1=17.3pa（总效率 =0.5）
电动机效率

2工进
考虑到调速阀所需最小压力差 。因此工进时小泵的出口压力pp1=p1+ p1=37.9x105pa。（泵的总效率 =0.565）。
电动机功率
P2=

3.快退
类似差动快进分析知：泵的出口压力PP1=16.1x105pa（总效率 =0.5）。电动机功率
P3= W=805W
综合比较，快退时所需功率最大。据此查样本选用Y90L-6异步电动机。电动机的功率为1.5kw，额定转速为1460r/min。

五、液压元件的选择
1.液压阀及过滤器的选择
根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。所有元件的规格型号列于表三中，过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器

液压元件明细表
序号 元件名称 最大通过流量 型号
1 变量叶片泵 0-16 YBX-A※N
2 过滤器 16 XU-B32*100
3 三位五通电磁阀 32 35 -63BY
4 单向阀 16 I-25B
5 调速阀 0.5 Q-10B
6 二位二通行程阀 32 22 -63BH

7 单向阀 16 I-25B
8 液控顺序阀 12 XY-25B
9 背压阀 0.16 B-10B
10 减压阀 20 J-63B
11 单向阀 20 I-63B
12 二位四通电磁阀 20 24D-40B
13 单向顺序阀 32 XI-63B
14 双向进油路单向节流阀 32 XI-63B
15 压力继电器 D -63B

16 工作缸 32
17 定位销缸 32
18 夹紧缸 32
19 电动机 Y90L-6
20 溢流阀 16 Y-10B
。
2、油管的选择
根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达32L/min，则液压缸进、出油管直径d按产品样本，选用内径为15mm，外径为19mm的10号冷拔钢管。
3、油箱容积的确定
中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的5~7倍，本设计取7倍，故油箱容积为

六、验算液压系统性能
（一）压力损失的验算及泵压力的调整
1.压力损失的验算及泵压力的调整
工进时管路中的流量仅为0.32L/min，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失 ，回油路上只有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力应等于工进时液压缸的工作压力 加上进油路压差 ，则
Pp=p1+ p1=（32.9+5）x105pa=37.9x105pa
2快退时的压力损失验算
因快退时，液压缸无杆腔的回油量是进油量的两倍，其压力损失比快进时要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失。
已知：快退时进油管和回油管长度均为l=1.8m，油管直径d=15 m，通过的流量为进油路 =16L/min=0.267 ，回油路 =32L/min=0.534 。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为15摄氏度，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5st=1.5 ，油的密度 ，液压系统元件采用集成块式的配置形式。、
式中 v————平均流速（m/s）
d————油管内径（m）
————油的运动粘度（ ）
q————通过的流量（ ）
则进油路中液流的雷诺数为

回油路中液流的雷诺数为

由上可知，进回油路中的流动都是层流。
（2）沿程压力损失 由式（1-37）可算出进油路和回油路的压力损失。
在进油路上，流速 则压力损失为

在回油路上，流速为进油路流速的两倍即v=3.02m/s，则压力损失为

（3）局部压力损失 由于采用了集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部损失按式（1-39）计算，结果列于下表
部分阀类元件局部压力损失
元件名称 额定流量
实际通过流量
额定压力损失
实际压力损失

单向阀7 25 16 2 0.82
三位五通电磁阀3 63 16/32 4 0.26/1.03
二位二通电磁阀6 63 32 4 1.03
单向阀11 25 12 2 0.46
若去集成块进油路的压力损失 ，回油路压力损失为 ，则进油路和回油路总的压力损失为

查表一得快退时液压缸负载F=526N；则快退时液压缸的工作压力为

P1=(F+ P2A1)/A2

按式（8-5）可算出快退时泵的工作压力为
Pp=p1+ p1=(9.47x105+2.36x105)pa=11.83pa

从以上验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。
（二）液压系统的发热和温升验算
在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，故按工进工况验算系统温升。
工进时液压泵的输入功率如前面计算
P1=447W
工进时液压缸的输出功率
P2=FV=（14084x0.05/60）W=11.74W
系统总的发热功率 为：
=P1-P2=(44.7-11.74)W=435.26W
已知油箱容积V=112L= ,则按式（8-12）油箱近似散热面积A为

假定通风良好，取油箱散热系数 ，则利用式（8-11）可得油液温升为

设环境温度 ，则热平衡温度为
T1=T2+ T=25 +30.4 =55.6
所以油箱散热基本可达要求。

七、个人总结
这次液压的课程设计，是我们第一次较全面的运用液压综合知识。通过这次设计，使得我们对液压基础知识有了一个较为系统全面的认识，加深了对所学知识的理解和运用，将原来比较抽象的内容实体化，初步培养了我们理论结合实际的设计思想，训练了综合运用相关课程的理论。结合生产实际分析和解决工程问题的能力，巩固、加深和扩展了有关液压系统设计方面的知识。
通过制定设计方案，合理选择各液压零件类型，正确计算零件的工作能力，以及针对课程设计中出现的内容查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在本学科方面的兴趣和实际动手能力，对将来我们在工作方面有很大的帮助。本次课程设计是我们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。

八、参考文献
1.许福玲，陈尧明.液压与气压传动，机械工业出版社，2002
2.机械设计手册（新编软件版）2008

电磁铁动作顺序
1Y 2Y 形成阀
快进 + - -
工进 + - +
快退 - + -
停止 - + -

液压元件明细表
序号 元件名称 最大通过流量 型号
1 变量叶片泵 0-16 YBX-A※N
2 过滤器 32 XU-B32*100
3 三位五通电磁阀 32 35 -63BY
4 单向阀 16 I-25B
5 调速阀 0.5 Q-10B
6 二位二通电磁阀 32 22 -63BH

7 单向阀 16 I-25B
8 液控顺序阀 12 XY-25B
9 背压阀 0.16 B-10B
10 减压阀 20 J-63B
11 单向阀 20 I-63B
12 二位四通电磁阀 20 24D-40B
13 单向顺序阀 XI-63B
14 双向进油路单向节流阀 XI-63B
15 压力继电器 D -63B

16 工作缸
17 定位销缸
18 夹紧缸
19 电动机 Y90L-6
20 溢流阀 16 Y-10B