液压课程设计――单面多轴钻孔组合机床液压系统设计.

仲恺农业工程学院
课程设计
单面多轴钻孔组合机床液压系统设计姓名
院（系）机电工程学院
专业班级机械091
学号
指导教师张日红
日期：2012年 01月04日
目录
一、课程设计任务书
1、题目：单面多轴钻孔组合机床液压系统设计
2、相关数据要求
3、课程设计任务
二、液压系统原理图
三、选择液压系统的元件和辅件
1、运动分析和动力分析
①运动分析
②动力分析
2、液压系统主要参数计算和工况图的编制
①预选系统设计压力
②计算液压缸的主要结构尺寸
③计算液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率
3、液压元件的设计选型
①液压泵及其电机计算与选定
②液压控制阀和液压辅助元件的选定
四、验算液压系统性能
1、验算系统压力损失 13
2、液压泵工作压力的估算 13
五、参考文献 15
一、课程设计任务书
1、题目：单面多轴钻孔组合机床液压系统设计
2、相关数据要求
某自动线上的一台单面多轴钻孔组合机床的动力滑台为卧式布置（导轨为水平导轨，其静、动摩擦系数; ）拟采用杆固定的单杆液压缸驱动滑台，完成工件钻削加工时的进给运动；工件的定位、夹紧均采用液压控制方式，以保证自动化要求。

由液压与电气配合实现的自动循环要求为：定位→夹紧→快进→工进→快退→原位停止→夹具松开→拔定位销，动力滑台运动参数和动力参数见表1所示。

表1 动力滑台的运动参数和动力参数
工况行程/mm 速度/（m/s）时间
/s 运动部件重
力 G/N
钻削负载
Fe/N
启动、制
动时间
快进150 0.1
9800 _ 0.2
1.5
工进100
35000
113.2
快退250 0.1
_
2.5
3、课程设计任务
（1）拟定液压系统原理图（用 CAXA 电子图板或 FLUIDSIM3.6 完成液压系统回路设计，并应用 FLUIDSIM3.6 进行仿真）。

（2）选择液压系统的元件和辅件。

（3）验算液压系统性能。

（4）设计液压系统的继电器控制回路或 PLC控制程序。

（5）绘制下列图纸：
液压系统原理图 A4 幅面 1张；
继电器控制回路或 PLC 控制程序 A4 幅面；
电器接线图 A4 幅面。

（6）编写设计说明书。

二、液压系统原理图
液压原理图
1、油箱，
2、过滤器，
3、双联液压泵，
4、10、压力表开关，
5、11、压力表，
6、9、20、23、25、单向阀，
7、26、溢流阀，
8、减压阀， 12、二位四通电磁换向阀，13、单项顺序阀，14、16、21、压力继电器，15、夹紧缸，17、定位缸，18、进给缸，1
9、三位五通电磁动换向阀，22、二位二通机动换向阀，24、调速阀，27、外控顺序阀
系统的电磁铁和行程阀动作顺序表
工况电磁铁行程阀状况
1YA 2YA 3YA 行程阀
定位- - +
夹紧- - +
快进+ - - 下位工进+ - - 上位快退- + - 上位滑台原始停止- - + 下位松开- - -
拔销- - -
三、选择液压系统的元件和辅件
1、运动分析和动力分析
①运动分析
由下表：
工况行程/mm 速度/（m/s）时间/s
快进150 0.1
1.5
工进100
113.2
快退250 0.1
2.5
分析其各工况可得L-t图和v-t图：
L-t图 v-t图
②动力分析
动力滑台液压缸在快速进、退阶段，启动是的外力负载是导轨静摩擦阻力，加速时的外负载是导轨动摩擦阻力和惯性力，恒速时是动摩擦阻力；在工进阶段，外负载是工作负载及动摩擦阻力。

所以，静摩擦负载：Fs=G=0.2*9800=1960N
动摩擦负载：Fd=G=0.1*9800=980N
惯性负载：Fg==1000*0.5=500N
(其中 m=G/g=9800/9.8=1000kg，a=v/t=0.5m/s^2
又由于钻削负载Fe=35000N，得下表：
动力滑台液压缸外负载计算结果
工况外负载 F/N
计算公式结果
快进启动F= Fs 1960 加速F=Fd+ Fg 1480
恒速F= Fd 980
工进F= Fe+ Fd 35980
快退启动F= Fs 1960 加速F=Fd+ Fg 1480
恒速F= Fd 980
根据上面的数据，其F-t图如下：
F-t图
2、液压系统主要参数计算和工况图的编制
①预选系统设计压力
本钻孔组合机床属于半精加工机床，机床为低压设备类型，查机械设计手册，系统工作压力P<7Mpa，所以，预选液压缸的设计压力P1=4Mpa。

②计算液压缸的主要结构尺寸
为了满足工作台快速进退速度相等，并减少液压泵的流量，将液压缸的无杆腔作为主要工作腔，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积A1与
A2应该满足A1=2A2（即活塞杆直径d和液压缸直径内径D之间应该满足
d=0.71D）。

为了防止进工结束时发生前冲，液压缸需要保持一定回油背压。

参照机械设计手册，回油有路上背压或调速阀的系统，取背压P2=0.5～1.5Mpa。

所以，暂取
P2=0.6Mpa，并取液压缸效率。

则：
F=P1A1- P2A2= A1（P1- P2 A2/ A1）
即：液压缸无杆腔有效面积：
液压缸的内径：
查机械设计手册，按GB/T2348-1993，将液压缸内径圆整为：D=125mm=12.5cm。

因为A1=2A2，故活塞杆的直径为：d=0.71D=0.71×125mm=88.75mm。

查机械设计手册，按GB/T2348-1993，将活塞杆的直径圆整为：
d=90mm=9cm。

则，液压缸的实际有效面积为：
A1= =
A2=
A=A2-A1=63.6
差动连接快进是，液压缸有杆腔P2必须大于无杆腔P1，其差值估取
，并注意到启动瞬间油缸尚未移动，此时=0；另外，取快退的回油压力损失为0.7MPa。

③计算液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率
根据上述条件，得出下表：
液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表（液压缸效率）
工况负载
（N）液
压
缸
计算公
式
进油压力P1（MPa ）回油压
力
P2
（MPa
）
输入流
量
Q(
入功率
P(W
启动
1960 0.342 ——
—
P1=(Fi/η+△pA2/
A
P2= P1+△p
Q= A2×v快；
P=P1Q
加速1480 0.720 1.220 ——
恒速980 0.634
1.134 374.
7
工进35980 3.547
0.6
38.3
P1=( Fi/ηi+p2A2/
A1
Q=v工A1
P=p1Q工
快退
启动
加速1960 0.368 ——
—
P1=( Fi/η+p2A1/
A2
恒速Q= A2×v快
P= P1Q
1480 1.731 0.7 ——
968.1
980 1.638 0.7
则其工况图：
3、液压元件的设计选型
①液压泵及其电机计算与选定
液压力泵的最高工作压力的计算。

由上工况图可以得知液压缸的最大工作压力在工进阶段，即P1=3.547Mpa。

而压力继电器的调整压力应该比液压缸最高工作压力大0.5Mpa。

此时缸的输入流量较小，而且油路元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失值估取△P=0.8Mpa。

则小流量泵的最高工作压力：
Pp1=3.547+0.5+0.8=4.847Mpa
大流量泵紧在快速进退时向液压缸供油，则取进油工作压力损失△P=0.4Mpa，有：
Pp2=1.731+0.4=2.131Mpa
b、液压泵的流量计算。

双泵最供油的流量Qp按液压缸最大的输入流量进行估算。

取泄露系数K=1.2，则：
Qp K=1.2×5.91=
工进最大流量=，溢流阀最少稳定流量为，则小流量泵所需的最小流量为
大流量泵最小流量为
c、确定液压泵的规格
根据系统所需流量，拟选初选双联液压泵的转速为n=1000r/min，泵的容积效率
，算得小流量泵的排量参考值为
大流量泵的排量参考值为
根据以上计算结果查阅机械设计手册，选用规格相近的型双联叶片泵，泵的额定压力为，小泵排量为；大泵排量为
；泵的额定转速为,容积效率，倒退算得到小泵和大泵的额定流量分别为
双泵的流量为
与系统所需流量很接近近，符合。

d、确定液压泵驱动功率及电动机的规格
从液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表得知，液压缸最大输出功率出现在快退阶段。

已知电机效率：，则电动机的驱动功率为
e、电动机型号的选用
查Y系列三相异步电动机参数表，选用规格相近的型三相异步电机，其额定功率2.2KW转速940r/min。

用此转速驱动液压泵时，小泵和大泵的实际输出流量分别为
双泵总流量为
工进时的溢流量为，仍能满足系统各工况对流量的要求。

②液压控制阀和液压辅助元件的选定
液压缸的输入输出流量、运动速度和持续时间
工步无杆腔L/min 有杆腔L/min 时间/s 移动速度 m/min
快
=1.15 =0.13 进
=93.93 =45.24
工进
=0.648
=0.31
=113.6
快退
=101.09
=48.69
1.79
=0.14
由选定的标准元件油口尺寸确定
本系统属于中压系统，但考虑到将泵组和阀组安装再油顶盖上，故取经验值=10，得油箱容量为：
V==10×48.69=486.9L≈500L
根据上面的数据，查产品样本所选择的元件如下表：
液压元件型号规格
序号元件名
称
额定压力
（Mpa）
通过流量
（L/min）
额定流量
（L/min）
额定压降
（L/min）
型号规格
01 油箱- - - -
02 过滤器 6.3 48.69 50 XU-50×200
03 双联叶
片泵6.3 - 50/6.3
-
04 压力表- - - K-6B
开关
05 压力表- - - -
06 单向阀 6.3 43.24 63 0.2 I-63B
07 溢流阀 6.3 4.802 10 Y-10B
08 减压阀 6.3 43.24 63 J-63B
09 单向阀 6.3 43.24 63 0.2 J-63B
10 压力表
开关
- - - K-6B
11 压力表- - - -
12 二位四
通电磁
换向阀
6.3 43.24 63 0.3 24D-63B
13 单项顺
序阀
6.3 43.24 63 0.2 I-63B
14 压力继
电器6.3 - -
15 夹紧液
压缸
- - - -
16 压力继
电器6.3 - -
17 定位液
- - - - 压缸
- - - -
18 进给液
压缸
19 三位五
6.3 93.93 100 0.3 35DY-100BY
通电液
动换向
阀
20 单向阀 6.3 101.09 125 0.2 I-125B
6.3 - -
21 压力继
电器
22 二位二
6.3 93.93 100 0.3 22C-100BY
通机动
换向阀
(行程阀
23 单向阀 6.3 101.09 125 0.2 I-125B
24 调速阀 6.3 <1 6 0.2 Q-6B
25 单向阀 6.3 45.24 63 0.2 I-63B
6.3 <1 10 0.2 B-10B
26 溢流阀
(背压阀
27 外空顺
6.3 43.24 63 XY-63B
序阀
四、验算液压系统性能
1、验算系统压力损失
按选定的液压元件接口尺寸确定管道直径d=18mm，进、出油管长度均取为
l=2m；取油液运动粘度，油液的密度。

由上面的计算结果可以得知工作循环中进油管道中通过的最大流量q=101.09L/min发生在快退阶段，由此计算得液体的雷诺系数：
因为Re 故可得知个工况下的进油回路中的液体均为层流。

所以，取沿程压力系数，管道中液体流速，则各工况下的进油回路管道的沿程、局部和阀类元件的压力损失如下表：
工况计算公式
管道压力损失
/Pa
快进工进快退
进油
1.580.01485 1.024
管道
=
0.1580.001490.102
2.513 5.6240.986
4.251
5.640 2.112=++
回油
管道0.9550.00886 1.7325
=
0.0960.000890.1733
1.245 6.352 5.116
2.296 6.3617.021=++
2、液压泵工作压力的估算
小流量泵在工进时的压力：
其中为液压缸的工作夜里，为进油路上的压力损失，压力继电器比缸工作腔最高压力所大的值。

此值为调整溢流阀7的主要参考依据。

大流量泵在快退时的工作压力最高，则：
此值为调整顺流阀27的调整压力是的主要参考依据。

3、估算系统效率、发热和温升
本系统由于在其工作持续时间中，工进时间占了绝大部分的比例，所以系统效率，发热和温升可概略用工进是的数值来代表。

计算系统效率
前已知去双联液压泵的总效率，现在取液压泵的总效率，则本液压系统的总效率：
计算系统的发热功率
计算系统的散热功率
前面已经算了油箱有效容积为500L=0.5 ，按照式V=0.8abh球的油箱各边之积为：abh=V/0.8=0.5/0.8=0.625
取a=b=h，则a=b=h=0.855m
所以，油箱的散热面积：
A=1.8（a+b）h+1.5ab=1.8（0.855+0.855）0.855+1.5 0.855 0.855=3.73
油箱的散热功率：
取K=15W/（m﹒℃），=25℃，得：
=15×3.73×25=1396.75W》=580.16W
可见油箱散热能够买足液压系统的散热要求，不需要加其他冷却装置。

五、参考文献
［1］张利平. 液压站［M］.北京：化学工业出版社，2008
[2］董伟亮 .液压设计手册(软件版V1.0［M］. 北京：机械工业出版社，2005
[3] 《机械设计手册》编委.机械设计手册:液压传动与控制［M］.北京：机械工业出版社，2007
[4] 刘延俊.液压回路与系统［M］.北京：化学工业出版社，2009
[5] 刘军营、李素玲.液压传动系统设计与应用实例解析［M］.北京：机械工业出版社，2011
[6] 周士昌.液压系统设计图集［M］.北京：机械工业出版社，2003
[7] 王守城.液压系统PLC控制实例精解［M］.北京：中国电力出版社，2011。