液压系统设计论文

河南农业职业学院毕业论文
液压系统的设计
院系：河南农业职业学院机电工程系专业：机械制造及自动化
姓名：
学号：************
指导老师：***
2010 年月日
毕业设计（论文）任务书
填表时间：年月日（自己填表，日期写开学的第一次上课时间）
摘要
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。

特别是近年可与微电子、计算机技术相结合、使液压技术进入了一个新的发展阶段，液压元器件制造技术的进一步提高，使液压技术不仅在作为一种基本的传统形式上占有重要地位而且以优良的静态、动态性能成为一种重要的控制手段。

面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。

制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的液压系统的地位越来越重要。

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、机构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普通设计原则。

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。

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向阀
目录
任务书
摘要
第1章液压传动的发展概况和应用 ........................................错误!未定义书签。

1.1液压传动的发展概况..................................... 错误!未定义书签。

1.2液压传动的特点及在机械行业中的应用..................... 错误!未定义书签。

第2章液压传动的工作原理和组成 ........................................错误!未定义书签。

2.1工作原理............................................... 错误!未定义书签。

2.2液压系统的基本组成..................................... 错误!未定义书签。

第3章液压系统工况分析.......................................................错误!未定义书签。

3.1运动分析、负载分析、负载计算........................... 错误!未定义书签。

3.2液压缸的确定........................................... 错误!未定义书签。

第4章拟定液压系统图 ..........................................................错误!未定义书签。

4.1选择液压泵型式和液压回路............................... 错误!未定义书签。

4.2选择液压回路和液压系统的合成........................... 错误!未定义书签。

第5章液压元件的选择 ..........................................................错误!未定义书签。

5.1选择液压泵和电机....................................... 错误!未定义书签。

5.2辅助元件的选择......................................... 错误!未定义书签。

5.3确定管道尺寸........................................... 错误!未定义书签。

5.4确定油箱容积........................................... 错误!未定义书签。

第6章液压系统的性能验.......................................................错误!未定义书签。

6.1管路系统压力损失验算................................... 错误!未定义书签。

6.2 液压系统的发热与温升验算............................... 错误!未定义书签。

注意事项 ................................................................................. 错误!未定义书签。

致谢 ........................................................................................错误!未定义书签。

参考文献 .................................................................................错误!未定义书签。

附表 .......................................................................................错误!未定义书签。

第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，是据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理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。

当今，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。

20世纪50年代我国的液压工业才开始，液压元件初用于锻压和机床设备上。

六十年代有了进一步的发展，渗透到了各个工业部门，在工程机械、冶金、机床、汽车等工业中得到广泛的应用。

如今的液压系统技术向着高压、高速、高效率、高集成等方向发展。

同时，新元件的应用、计算机的仿真和优化等工作，也取得了卓有的成效。

工程机械主要的配套件有动力元件、传动元件、液压元件及电器元件等。

内燃式柴油发动机是目前工程机械动力元件基本上都采用的；传动分为机械传动、液力机械传动等。

液力机械传动时现在最普遍使用的。

液压元件主要有泵、缸、密封件和液压附件等。

当前，我国的液压件也已从低压到高压形成系列。

我国机械工业引进并吸收新技术的基础上，进行研究，获得了符合国际标准的液压产品。

并进一步的优化自己的产业结构，得到性能更好符合国际标准的产品。

国外的工程机械主要配套件的特点是生产历史悠久、技术成熟、生产集中度高、品牌效应突出。

主机和配套件是互相影响、互相促进的。

当下，国外工程机械配套件的发展形势较好。

最近，这些年国外的工程机械有一种趋势，就是：主机的制造企业逐步向组装企业方向发展，配套件由供应商提供。

美国的凯斯、卡特彼勒，瑞典的沃尔沃等是世界上实力最强的主机制造企业，其配套件的配套能力也是非常强的，数量上也是逐年大幅的增长，配套件主由零部件制造企业来提供。

在科技大爆炸的今天，计算机技术、网络技术、通信技术等现代信息技术对人类的生产生活产生了前所未有的影响。

这也为今后制造业的发展，设计方法与制造技术模式的改变指
明了方向，为数字化的设计资源与制造资源的远程共享，提高产品效率奠定了基础。

目前，在液压领域中，特别是中小企业在进行液压传动系统的设计时，存在零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难，而远程设计服务可以解决这些问题。

1.2液压传动的特点及在机械行业中的应用
1、液压传动的优点：
（1）单位功率的重量轻，即在相同功率输出的条件下，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、动态特性好。

（2）可实现较大范围的无级调速。

（3）工作平稳、冲击小、能快速的启动、制动和频繁换向。

（4）获得很大的力和转矩容易。

（5）操作方便，调节简单，易于实现自动化。

（6）易于实现过载保护，安全性好。

（7）液压元件以实现了标准化、系列化和通用化，便于液压系统的设计、制造和使用。

2、液压系统的缺点：
（1）液压系统中存在着泄漏、油液的可压缩性等，这些都影响运动的传递的准确性，不宜用于对传动比要求精确地场合。

（2）液压油对温度敏感，因此它的性能会随温度的变化而改变。

因此，不宜用于问短变化范围大的场合。

（3）工作过程中存在多的能量损失，液压传动的效率不高，不宜用于远距离传送。

（4）液压元件的制造精度要求较高，制造成本大，故液压系统的故障较难诊断排除。

3液压系统在机械行业中的应用：
工程机械——装载机、推土机等。

汽车工业——平板车、高空作业等。

机床工业——车床铣、床刨、床磨等。

冶金机械——轧钢机控制系统、电炉控制系统等。

起重运输机械——起重机、装卸机械等。

铸造机械——加料机、压铸机等。

第2章液压传动的工作原理和组成
液压传动是以液体为工作介质来传递动力（能量）的，它又分为液压传动和液力传动两种形式。

液压传动中心户要是以液体压力能来进行传递动力的，液力传动主要是以液体动能来传递动力。

液压系统是利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，g经各种控制阀、管路和液压执行元件将液体的压力能转换成为机械能，来驱动工作机构，实现直线往复运动和会回转运动。

油箱液压泵溢流阀、节流阀、换向阀、液压缸及连接这些元件的油管、接头等组成了驱动机床工作台的液压系统。

2.1工作原理
液油在电动机驱动液压泵的作用下经滤油器从油箱中被吸出，加油后的液油由泵的进油口输入管路。

再经开停阀节流阀换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。

液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。

节流阀用来调节工作台的移动速度。

调大节流阀，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度就增大；调小节流阀，进入液压缸的油量就减少，工作台的移动速度减少。

故速度是由油量决定的，液压系统的原理图见图2。

2.2液压系统的基本组成
（1）动力元件：液压缸——将原动机输入的机械能转换为压力能，向系统提供压力介质。

（2）执行元件：液压缸——直线运动，输出力、位移；液压马达——回转运动，输出转矩
转速。

执行元件是将介质的压力能转换为机械能的能量输出装置。

（3）控制元件：压力、方向、流量控制的元件。

用来控制液压系统所需的压力、流量、
方向和工作性能，以保证执行元件实现各种不同的工作要求。

（4）辅助元件：油箱、管路、压力表等。

它们对保证液压系统可靠和稳定工作具有非常重要的作用。

（5）工作介质：液压油。

是传递能量的介质。

第3章液压系统工况分析3.1运动分析、负载分析、负载计算
绘制动力滑台的工作循环图，如图1-1（a）所示。

（a）
图表1 (b) (c)
快进
s s v
L t 41
.04
.01
1
1==
= 工进
s s v
L t 250004.001
.02
2
2==
=
快退
)
(s s v
t t t 1.41
.041
.01
21
3==
±=
3.2液压缸的确定
3.2.1液压缸工作负载的计算
（1）工作负载： N F
w
12000=
（2）摩擦阻力：
静摩擦阻力
N N F
uj 2000100002.0=⨯=
动摩擦阻力 N N F
ui
1000100001.0=⨯=
（3）惯性阻力动力滑台起动加速，反向起动加速和快退减速制动的加速度的绝对值相等，即△v=0.1m/s ，△t=0.2m/s,故惯性阻力为：
N t g v G ma F
a
500)2.010()1.010000(/=⨯÷⨯=∆∆==
根据以上的计算，可得到液压缸各阶段的各各动作负载，见表1所示，并绘制负载循环
图，如图1-c 所示。

注：液压缸的机械效率取
η
m
=0.9
3.2.2 确定缸的内径和活塞杆的直径
参见课本资料，初选液压缸的工作压力为p 1=25×105 Pa 。

液压缸的面积由A=计算，按机床要求选用A 1=2A 2 的差动连接液压缸，液压缸回油腔的被压取Mpa P b 6.0=，并初步选定快进、快退时回油压力损失Mpa p 7.02
∆。

cm P F b A 2
max 65.65/==
液压缸的内径为：
cm cm D A 14.914.3/65.654/41=⨯==π
圆整取标准直径D=95mm ，为实现快进与快退速度相等，采用液压缸差动连接，则d=0.707D ，即d=0.707⨯95=67.165mm ，圆整取标准直径d=71mm 。

液压缸实际有效面积计算
无杆腔面积
mm D A 2
21708004/== 有杆腔面积
mm d A 2
2
2313004/==
3.2.3计算液压缸在工作循环中各个阶段的压力、流量和功率的实际值
结果见表3所示。

第4章拟定液压系统图
4.1选择液压泵型式和液压回路
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顺序组成。

从提高系统的效率考虑，选用限压式变量叶片泵或双联叶片泵较好。

将两者进行比较（见表2）故选用双联叶片泵较好。

表2
4.2选择液压回路和液压系统的合成
1、（1）调速回路的选择
由工况图可知，该液压系统功率较小，工作负载变化不大，故可选用节流调速方式。

由于钻孔属连续切削且是正负载，故采用进口节流调速较好。

为防止工件钻通时工作负载突然
消失而引起前冲现象，在回油路上加背压阀（见图3-a）。

（2）快速运动回路与速度换接回路的选择
采用液压缸差动连接实现了快进和快退速度相等。

在快进转工进是，系统流量变化较大，故选用行程阀，使其速度换接平稳。

从工进转快退时，回路中通过的流量很大，为保证换向平稳，选用电液换向阀的换接回路，换向阀为三位五通阀（见图3-b）。

（3）压力控制回路的选择
由于采用双泵供油，故用液控顺序阀实现低压大流量泵的卸荷，用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。

为方便观察压力，在液压泵的出口处，背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点（见图3-c）。

2、液压系统的合成
在选定的基本回路的基础上，综合考虑多种因素得到完整的液压系统，如图所示。

（1）在液压换向回路中串入一个单向阀6，将工进时的进油路、回油路隔断。

可解决滑台工进时进油路、回油路连通而无压力的问题。

（2）在回油路上串入一个液控顺序阀7，以防止油液在快进阶段返回油箱，可解决滑台快速前进时，回油路接通油箱而液压缸无差动连接问题。

（3）在电液换向阀的出口处增设一个单向阀13，可防止机床停止时系统中的油液流回油箱，引起空气进入系统影响滑台运动平稳性的问题。

（4）在调速阀出口处增设一个压力继电器，可使系统自动发出快速退回信号。

（5）设置一个多点压力计开关口12，可方便观察和调整系统压力。

电磁铁和行程阀动作顺序见表4
图3 a双联叶片泵b三位五通电液换向阀c用行程阀控制的换接回路
第5章 液压元件的选择
5.1选择液压泵和电机
5.1.1确定液压泵的工作压力、流量
（1）液压泵的工作压力
已确定液压缸的最大工作压力为2.5 MPa 。

在调速阀进口节流调速回路中，工进是进油管路较复杂，取进油路上的压力损失=∆
p
1
30×105 Pa,则小流量泵的最高工作压力为
P 1p =(25+30)×105
Pa =55×105
Pa 。

大流量液压泵只在快速时向液压缸供油，由工况图可知，液压缸快退时的进油路比较简
单，取其压力损失为 4×105 Pa ，则大流量泵的最高工作压力为Pp2=(19.4×105+4×105) =23.5×105 Pa 。

（2）液压泵的流量
由工况图可知，进入液压缸的最大流量在快进时，其值为 23.7L/min ，最小流量在快退
时，其值为0.075 L/min ，若取系统泄漏系数k=1.2，则液压泵最大流量为q p
=1.2×23.7 L/min=28.44 L/min
由于溢流阀的最小稳定流量为3 L/min ，工进时的流量为0.2 L/min ，所以小流量泵的流量最小应为3.2 L/min 。

5.1.2液压泵的确定
根据以上计算数据，查阅产品目录，选用相近规格YYB-AA36/6B 型双联叶片泵。

液压泵电动机功率为：
由工况图可知，液压缸的最大输出功率出现在快进工况，其值为 0.33kW 。

此时，泵的输出压力应为=8.4×105 Pa ，流量为=(36+6) L/min= 42L/min 。

取泵的总效率ηp = 0.75 ，则电动机所需功率计算为
q p p
p P 2
=
/η
p
kw 784.0=
有上述计算，可选额定功率为1.1kW 的标准型号的电动机。

5.2辅助元件的选择
根据系统的工作压力和通过阀的实际流量就可选择各个阀类元件和辅助元件，其型号可
查阅有关液压手册。

液压泵选定后，液压缸在各个阶段的进出流量与原定值不同，需重新计算，见表5。

表5
33
.64=09
.9
5.3确定管道尺寸
由于本液压系统的液压缸为差动连接时，油管通油量较大，其实际流量q 约为75.28L/min=1.255×10-3 m 3/s ，取允许流速v=3m/s 。

主压力油管根据公式计算：
d=
cm v
q
2.202
=π 圆整后取d=20mm 。

5.4确定油箱容积
按经验公式V=(5～7)v q ，选取油箱容积为:
L L V q v
2524266=⨯==
第6章 液压系统的性能验
6.1管路系统压力损失验算
由于有同类型液压系统的压力损失值可以参考，故一般不必验算压力损失值。

下面以工进时的管路压力损失为例计算如下：
已知：进油管、回油管长约为l=5m ，油管内径d=20mm ，压力有的密度为9000kg/ m 3，工作温度下的运动粘度=46 m 3／s 。

选用L －HM32全损耗系统用油，考虑最低温度为15℃，右路总的局部阻力系数为ε=7.2。

6.1.1判断液流类型
利用下式计算出雷诺数
2000130446203/<=÷⨯==d
v R v
d
e
为层流。

6.1.2沿程压力损失
利用公式分别算出进、回油压力损失，然后相加即得到总的沿程损失。

沿程压力损失
△P 1=75×5×9000×46×46/1304×20×2=0.058Mpa 局部压力损失
P
v P a
i 104
2916.22/9000⨯==∆ε
工进时总的沿程损失为
(
)P P P a
a
0874.0916.2058.0104
1=⨯+=∆∑
6.2 液压系统的发热与温升验算
本机床的工作时间主要是工进工况，为简化计算，主要考虑工进时的发热
故按工进工况验算系统温升。

液压系统的发热量:
H= P 1(1-η)=0.33×(1-0.9×0.75)KW =0.11KW
散热量:
m V A 2
2
210
58.23
065.0-⨯=⨯=
K 取145
当系统达到热平衡时 即H=H 0
102
58.211.0-⨯÷==∆A
H
t ℃=14.5℃
最高温度为△t+15℃=44℃<100℃,故不需采用相应的散热措施。

。

注意事项
（1）使用者应明白液压系统的工作原理，熟悉各种操作和调整手柄的位置及旋向等。

（2）开车前应检查系统上各调整手柄、手轮是否被无关人员动过，电气开关和行程开关的位置是否正常，主机上工具的安装是否正确和牢固等，再对导轨和活塞杆的外露部分进行擦拭，而后才可开车。

（3）开车时，首先启动控制油路的液压泵，无专用的控制油路液压泵时，可直接启动主液压泵。

（4）液压油要定期检查更换，对于新投入使用的液压设备，使用 3 个月左右即应清洗油箱，更换新油。

以后每隔半年至1 年进行清洗和换油一次。

（5）工作中应随时注意油液，正常工作时，油箱中油液温度应不超过60℃。

油温过高应设法冷却，并使用粘度较高的液压油。

温度过低时，应进行预热，或在运转前进行间歇运转，使油温逐步升高后，再进入正式工作运转状态。

（6）检查油面，保证系统有足够的油量。

（7）有排气装置的系统应进行排气，无排气装置的系统应往复运转多次，使之自然排出气体。

（8）油箱应加盖密封，油箱上面的通气孔处应设置空气过滤器，防止污物和水分的侵入。

加油时应进行过滤，使油液清洁。

（9）系统中应根据需要配置粗、精过滤器，对过滤器应经常地检查、清洗和更换。

（10）对压力控制元件的调整，一般首先调整系统压力控制阀----溢流阀，从压力为零时开调，逐步提高压力，使之达到规定压力值；然后依次调整各回路的压力控制阀。

主油路液压泵的安全溢流阀的调整压力一般要大于执行元件所需工作压力的10%--25%。

快速运动液压泵的压力阀，其调整压力一般大于所需压力10%--20%。

如果用卸荷压力供给控制油路和润滑油路时，压力应保持在0.3--0.6MPa范围内。

压力继电器的调整压力一般应低于供油压力0.3--0.5MPa。

（11）流量控制阀要从小流量调到大流量，并且应逐步调整。

同步运动执行元件的流量控制阀应同时调整，要保证运动的平稳性。

致谢
经过近两个月的紧张努力，我如愿的完成了设计的任务。

通过本次的学习，收获甚是丰富。

不仅培养了对设计工程的设计能力，还为以后的工作打下基础，不断积累经验和提高自身的技能。

懂得了只有把从课本中学到的理论知识和中和设计资料的综合利用，才可以在设计过程中少犯错误。

毕业设计综合的考核了设计者的专业知识、搜集信息及整合的能力。

自己的论文虽不是最佳的，但自己还是满意的，应该给自己以肯定的态度。

毕业设计，可视为一次任务，也可看成是对自身的检测。

毕业设计总避免不了一些不足，还请阅批这多给予批评和建议。

最后，真诚的感谢辅导老师对我们的指导和帮助。

因存在着这样或那样的问题，设计书中难免会有疏漏和欠缺的地方，恳请老师批评指正，以便在今后的工作和学习中不犯同样或类似的错误。

参考文献
［1］张勤徐钢涛主编.液压与气压传动技术［M］.北京：高等教育出版社.2009
［2］李立斌主编.工程力学［M］.北京.机械工业出版社：2008
［3］徐钢涛主编.机械设计基础［M］.北京.高等教育出版社：2007
［4］吴宗泽罗圣国主编.机械设计课程设计手册［M］.北京：高教出版社.2006
［5］周文森主编. 简明电工手册［M］.北京：机械工业出版社.1994
［6］徐灏邱宣怀蔡春源主编.机械设计手册.第一二三四卷［M］.北京：机械设计工业出版社.1991
附表图表2 液压系统的原理图。