课程设计（论文）单头卧式车床液压系统设计

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1、设计内容设计说明及计算过程备注一、负载分析1.1 运动分析该单头卧式车床采用零件固定、刀具旋转和进给的加工方式。工作循环为：快进工进工进快退原位停止。车床的主要参数如下：车床的最大钻削力为Fmax=2000N，钻削头部件质量为m=500kg，快进速度为2m/min；工进速度为0.6m/min；工进速度为0.4m/min；加、减速时间t0.2s，钻削头部件运动时，静摩擦力Ffs=1000N，动摩擦力Ffd=500N，执行元件的总效率为0.9，系统总压力损失为0.5MPa。1.2惯性负载钻削头部件质量m=500kg 启动、制动时间为t=0.2s 快进、快退速度为0.2s Fm=m=50084N1.

2、3阻力负载 Fn=mg=4900N静摩擦阻力 Ffs=1000N动摩擦阻力 Ffd=500N液压缸在个工作阶段的负载 如表1所示 已知 w=0.9工况计算公式外负载（F1)工作负载F=F1/w启动F1=Ffs10001111加速F1=Ffd+Fm584649快进F1=Ffd500556工进F1=Ffd+Fg25002778反向启动F1=Ffs10001111反向加速F1=Ffd+Fm584649后退F1=Ffd50056已知快进、快退的速度 为33mm/s,工进速度为10mm/s，工进长度50mm 行程150mm。由已知条件和上表数值绘制负载图、速度图如图1、图2所示设计内容设计说明及计算过程

3、备注二、负载图速度图三、确定执行元件主要参数图1 负载图图2 速度图2.1确定执行元件主要参数 由表1可知机床最大负载 查表8-7 8-8得液压系统取工作压力 d=0.707D =/=2查课本表8-3得液压缸回油路背压+D为缸筒直径d为活塞杆直径，A1为无杆腔的工作面积，A2为有杆腔的工作面积设计内容设计说明及计算过程备注四、设计液压系统方案和拟定液压系统原理图d=0.707D=0.0707m 圆整D=0.1m d=0.07m， 因此从提高系统效率、节省能量的角度来看 应采用两个适宜的液压泵自动两级并联供油的油源方案。如图3所示 图33.1选择基本回路 由于不存在负载对系统做功的工况也不存在负

4、载制动过程，故不需要设置平衡及制动回路。但必须有快速运动、换向、速度换接以及调压、卸荷等回路。 3.1.1确定换向方式为了满足工作台在任意位置停止，液压缸差动连接采用滑阀机能为 Y 型的三位五通电磁换向阀。（如下图4） 3.1.2选择工作进给油路 为了实现工进时液压缸回油腔油液能经换向阀左位流回油箱；快进时液压缸回油腔油液能经换向阀左位流入油腔以及防止高压油液倒流。在回油路上设置一只液控顺序阀一只单向阀。（如下图5）设计内容设计说明及计算过程备注图4图5设计内容设计说明及计算过程备注3.1.3确定快进转工进方案为了使快进平稳的转换为工进，采用行程换向阀使快进转工进（如图6）图63.1.4选择调

5、压和卸荷回路 油源中有溢流阀（见图3），调定系统工作压力，因此调压问题已在油源中解决，无需另外设置调压回路。 在图3所示的双液压泵自动两级供油的油源中设有卸荷阀，当滑台工进和停止时，低压、大流量液压泵都可以经此阀卸荷。由于工进在整个循环周期占了绝大部分时间，且高压、小流量液压泵的功率较小，故可以认为卸荷问题已基本解决，就不需要在设置卸荷回路。3.2将液压回路综合成液压系统 把上面选出的各种液压回路组合画在一起，就可得到一张下图7所示的液压系统原理图。设计内容设计说明及计算过程备注五、选择液压元件图7液压系统中各电磁铁的动作顺序如表2所示表2 电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y4Y5Y6Y快进+工进+

6、工进+停止4.1液压泵液压缸在整个工作循环中的最大压力为2.54Mpa，如果进油路上的压力损失为0.8Mpa，为使压力继电器能可靠地工作，取其调整压力高出系统最大工作压力0.5Mpa，则小油量液压泵的最大工作压力应为大流量液压泵在快进、快退运动时才才向液压缸输油，由表1-2可知，快退时液压缸的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5Mpa，则大流量液压泵的最高工作压力为设计内容设计说明及计算过程备注由表2可知，两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为17.31L/min，因系统较简单，取泄漏系数KL=1.1,则两个液压泵的实际流量应为由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min，而工进时输入

7、液压缸的流量为0.78L/min，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为3.78L/min。 根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取PV2R12-6/19型双叶片液压泵其小液压泵和大液压泵的排量分别为6ml/r和19ml/r,当液压泵的转速np=940r/min时该液压泵的理论流量为23.5L/min，若取液压泵的容积效率，则液压泵的实际输出流量为 =(6+19)9400.9/1000L/min=(5.1+16.1)L/min=21.2L/min由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为2.02Mpa、流量为21.2L/min。按表1-13去液压泵的总效率

8、p=0.75，则液压泵的电动机所需的功率为根据此数据值查阅电机产品样本选取Y100L-6型电动机，其额定功率Pn=0.95KW，额定转速nn=940r/min。4.2阀类元件及辅助元件根据阀类元件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，可选出这些液压元件的型号及规格见表4，表中序号与图7的元件标号相同。设计内容设计说明及计算过程备注表4 液压元件的型号及规格4.3油管 各元件连接的规格按液压元件接口处的尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排除的最大流量计算。由于液压泵选定后液压在各个工作阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如表3所示设计内容设计说明及计算过程备注

9、快进工进快退输入油量L/minq1=(A1qp)/(A1-A2)=(78.521.2)/(78.5-40.03)=54.62q1=0.78q1=qp=21.2排除油量L/minq2=(A2q1)/A1=(40.0354.62)/78.5=27.85q2=(A2q1)/A1=(40.030.78)/78.5=0.4q2=(A1q1)/A2=(78.521.2)/40.03=41.57运动速度m/minv1=qp/(A1-A2)=(19.0410)/(78.5-40.03)=4.95v2=q1/A1=(0.7810)/78.5=0.099v3=q1/A2=(21.210)/40.03=5.30表3

10、由上表可以看出，液压缸在各个工作阶段的实际运动速度符合要求。根据表3中数值，并按课本第二章第七节推荐取油液在压油管的流速v=3m/s，按式d=2算的与液压缸无杆腔及有杆腔相连的油管内径分别为d=22mmmm这两根油管都按GB/T23512005选用内径15mm、外径18mm的冷拔无缝钢管。4.4油箱邮箱容积按式V=qp估算，取经验数据=7，故其容积为V=721.2L=148.4L按JB/T73981999规定，区最靠近的标准值V=160L。设计内容设计说明及计算过程备注六、验算液压系统性能5.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值由于系统的管路布置尚未确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只

11、能先按课本（1-13）式估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局后，加上管路的沿程损失即可。压力损失验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。5.1.1快进滑台快进时，液压缸差动连接，由表2和表3可知，进油路单向阀11的流量是16.1L/min，通过电液阀9的流量是21.2L/min，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量54.62L/min通过行程阀7a并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为 此值不大，不会是压力阀打开，故能确保两个液压泵的流量全部进入液压缸。会有路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀9和单向阀6的流量都是27.85L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀7a流入无杆腔。由此

12、可计算快进时有杆腔压力与无杆腔压力之差。此值与原估计值0.3Mpa（见表1）基本相符。5.1.2工进工进时，油液在进油路上通过电液换向阀9的流量为0.78L/min，在调速阀7c处的压力损失为0.5Mpa；油液在回油路上通过换向阀9的流量0.4L/min，在背压阀5处的压力设计内容设计说明及计算过程备注损失为0.6Mpa，通过顺序阀3的流量为（0.4+16.1）L/min，因此这时液压缸回油腔的压力P2为 可见此值略大原估计值0.6Mpa。故可以按表1表中公式重新计算工进时液压缸进油腔压力P1，即 此值略高于表1中数值考虑到压力继电器可靠动作需要压力差Pe=0.5Mpa，故溢流阀12的调压应为

13、P1+P+Pe=3.14+0.5()2+0.5+0.5Mpa=4.14Mpa5.1.3快退快退时，油液在进路上通过单向阀11的流量为16.1L/min，通过换向阀9的流量为21.2L/min；油液在回油路上通过单向阀7b、换向阀9和单向阀14的流量都是41.57L/min。因此进油路上的总压降为此值较小所以液压泵驱动电机的功率足够的。回油路上总压降为=0.31Mpa此值与表1中的估值相近，故不必重算。所以，快退时液压泵的工作压降PP为设计内容设计说明及计算过程备注因此大流量液压泵卸荷的顺序阀5的调压应大于1.688Mpa。5.2验算油液温升工进在整个工作循环过程中所占时间比例达95%，所以系统

14、发热和油温升可按工况工进来计算。工进时液压缸的有效功率为这时大流量液压泵经顺序阀3卸荷，小流量液压泵在高压下供油。大液压泵通过顺序阀3的流量为q2=16.1L/min，由表6-3查的该阀在额定流量qn=63L/min时的压力损失Pn=0.3Mpa，故此阀在工进的压力损失P=Pn=（)2=0.3（）2Mpa=0.020Mpa小液压泵工进时的工作压力PP1=4.14Mpa。流量q1=5.1L/min，所以两个液压泵的总输出功率为Mpa=0.4693KW由式算得液压系统的发热功率为P=PP-Pe=（0.4693-0.033）KW=0.4363KW按式可算得邮箱的算热面积为1.92m2查表可得邮箱的散

15、热系数K=9W/(m2)，则按式求出油液温升为t=103=25.24所以温升值没有超出范围，故该系统不必设置冷却器。设计内容设计说明及计算过程备注七、设计小结（一）各元件的作用：1、液压泵它是液压系统的动力元件，将输入的机械能转换成压力能输出，为执行元件提供油液。2、单向阀 安装在泵出口的单向阀，一方面组织系统的压力冲击影响泵的正常工作，另一方面在泵不工作时防止系统的油液倒流回油箱。 安装在系统回油路的单向阀，使回油具有一定的背压，它作背压阀用。 安装在泵的卸载回路的单向阀，更换刚度更大的弹簧使泵维持一定的控制压力，使正向开启压力P=0.30.5Mpa。3、换向阀 它是利用阀芯在阀体内做相对运

16、动使油路接通或切断而改变油流方向的阀。考虑到换向可靠性；压力损失；内泄露量；换向平稳；换向时间和换向频率等因素，我们选择了二位二通电磁换向阀和三位五通电磁换向阀来实现换向功能。4、调速阀既节流又调速，本设计中，我们采用的是节流阀与定差减压阀串联组成的调速阀，主要功能是实现工进工作，在调速阀中，节流阀既是一个调节元件，又是一个检测元件当阀的开口面积调定之后，它一方面控制流量的大小，一方面检测流量的信号，并可化为阀口前后的压力差反馈作用到定差减压阀的两端并与弹簧力比较；而定差减压阀起压力补偿作用。5、顺序阀顺序阀是一种利用压力控制阀口通断的压力阀，因用于控制多个执行元件的动作顺序而得名。本次设计时

17、我们应用的是液控顺序阀，它在工进动作时由于负载增大使主油路压力也随之升高，从而将液控顺序阀开启。6、压力继电器压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件，其作用是，根据液压系统的压力的变化，通过压力继电器内的微动开关自动接通或断开电气线路，实行执行元件的顺序控制或安全保护。7、溢流阀 旁接在液压泵出口的溢流阀作用时，保证系统压力稳定，或限制其最高压力。与液控顺序阀串联的溢流阀，抵抗液体快速回路的冲击，起背压保护作用。8、过滤器过滤器的功用就是滤去油液中的杂质，维护油液的清洁，防止油液污染保证液压系统正常工作。考虑到以下几个方面： 过滤精度应满足系统提出的要求； 要有足够的流通能

18、力； 要有一定的机械强度，不因液压力而破坏； 考虑过滤器其他功能在本次设计中，我们选用的是XVJ6380型过滤器。9、液压缸液压缸是一种将液压能转变成机械能的转换装置， 10、油箱油箱在液压系统中的主要功用是储存液压系统所需的足够油液，散发油的能量，分离油液中的气体及沉淀污物。11、油管根据耐油、耐高压、强度高、工作可靠；装配时不易弯曲，装拆方便等设计要求，我选用钢管。该单头卧式车床液压系统是采用零件固定，刀具旋转和进给实现机床的“快进工作进给工作进给快退原位停止”，所以在设计该液压系统时应确保液压系统传动的准确性，合理选取各执行原件和控制原件，以保证机床对工件的精确加工。同时对液压传动系统有

19、更深刻认识和了解，对系统原理图的绘制过程使自身得到了更深的提高，同时锻炼了我们的动手能力。设计内容设计说明及计算过程备注八、感想在这次课程设计中，从刚开始的毫无头绪，到最后的顺利完工，一路走来颇为艰辛。在此，要十分感谢蔺国民老师和李春风老师对我的指导，从开始的给课题，到后来的修改，找不足，再修改，再找不足等等。感谢老师给我的帮助。通过这次课程设计，我基本学会了液压系统的设计和计算，强化了对液压元器件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用，进一步巩固，加深和拓宽了所学的知识。设计内容设计说明及计算过程备注九、参考文献1 王积伟.液压与气压传动 M.北京.机械工业出版社，2009.2 雷天觉.新编液压工程手册 M.北京.机械工业出版社，1998.3 成大先.机械设计手册：第4、5卷M.北京：化学工业出版社，2002.4 官中范.液压传动系统 M.北京.机械工业出版社，19985 王春行.液压控制系统 M.2版，北京.机械工业出版社，200018