控制数控车床液压卡盘夹紧与松开的液压站的设计说明.docx
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控制数控车床液压卡盘夹紧与松开的液压站的设计说明
济源职业技术学院
毕业设计
题目
控制数控车床液压卡盘夹紧与松开的液压站设计
系别
机电工程系
专业
机电一体化
班级
机电1102班
学号
指导教师
日期
权
设计任务书
设计题目：
控制数控车床液压卡盘夹紧与松开的液压站设计
设计要求：
设计进度要求：
第一周：
学习毕业设计有关文件，学校下达任务书请教辅导老师确定课题。
在图书馆，网上了解设计的相关要求技巧翻阅各类课题或本专业相关的外文资料
第二周：
阅读文献，收集资料，实验室现场考察参观，设计计算，完成论文（设计）初稿，并交给指导教师审阅
第三周：
根据指导教师提出的修改意见对论文（设计）进行修改，完成论文的最终定稿,交指导教师和评阅教师评阅,并准备论文（设计）答辩
指导教师（签名）：
摘要
对于平时我们的实习，总是用手动扳手来夹紧工件，在该过程中对零件的定位仅仅是靠三抓卡盘的字定心功能，当工件外表面不是纯粹的圆柱形时，所夹紧的零件的轴心线不在定位轴心线上，且有很大的偏差，而产生甩动，而且在夹紧的过程中还费时费力，而如果我们不管卡盘，用两只手来抓着工件，是卡盘自动夹紧，这样起夹紧零件的轴心线跟定位轴心基本是同一条直线了，本设计就专门为解决这一问题而做出了一下措施，采用液压站控制液压卡盘的夹紧与松开。
关键词：
液压元件；液压站的结构；液压站的常见故障及维修
摘要.........................................................................................................3
第一章液压站概述.................................................................................6
1.1液压系统概述....................................................................................6
1.2液压站...............................................................................................6
1.3液压站的工作原理：
........................................................................7
第二章液压站设计的目的和意义..........................................................7
第三章液压站设计的容步骤与注意事项.......................................10
3．1液压元件的选用............................................................................11
3．2泵和驱动电机的选择：
................................................................13
3．3滤油器.........................................................................................16
3．4液压泵与电动机的连接................................................................18
3．5油箱的选用...................................................................................19
3.6压力控制阀及其作用.......................................................................21
3.7实现夹紧松开的过程.......................................................................22
第四章液压站结构形式.......................................................................22
4.1液压控制装置集成方式的选择.......................................................22
4.2液压动力源装置的结构选择...........................................................25
4.3按照泵装置分为...............................................................................26
4.4按油箱形式分为...............................................................................27
4.5根据常用液压缸的结构形式...........................................................27
第五章液压站结构设计.........................................................................28
第六章液压系统常见故障诊断与排除...............................................29
6.1简易故障诊断法...............................................................................30
6.2液压系统原理图分析法.................................................................30
6.3其它分析法......................................................................................30
总结..........................................................................................................31
致..........................................................................................................32
参考文献..................................................................................................33
第一章液压站概述
1.1液压系统概述
液压系统主要有以下几部分组成：
（1）能源装置把机械能转换成流体压力能的装置，一般最常见的是液压泵或空气压缩机。
（2）执行装置把流体的压力能转换成机械能的装置，一般指做直线运动的液压缸、做回转运动的液压马达等。
（3）控制调节装置对液压系统图中流体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。
如溢流阀、节流阀、换向阀等。
（4）辅助装置指除以上三种以外的其他装置，如、过滤器、分水过滤器、油雾器、蓄能器等，它们对保证液压系统可靠和稳定地工作起重大作用。
（5）传动介质传动能量的流体，即液压油或压缩空气。
1.2液压站
液压站又称液压泵站，是独立的液压装置，它按驱动装置（主机）要求供油，并控制油流的方向、压力和流量，它适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械下。
使用者只需将液压站与主机上的执行机构（油缸和油马达）用油管相连，液压机械即可实现各种规定的动作、工作循环。
液压站是由泵装置、集成块或阀组合、油箱、电气盒组合而成。
各部件功用如下：
泵装置——上装有电机和油泵，它是液压站的动力源，将机械能转化为液压油的动力能。
集成块——是由液压阀及通道体组合而成。
它对液压油实行方向、压力、流量调节。
阀组合——是板式阀装在立板上，板后管连接，与集成块功能相同。
油箱——是钢板焊的半封闭容器，上还装有滤油网、空气滤清器等，它用来储油、油的冷却及过滤。
电器盒——分两种形式。
一种是外接引线的端子板；一种是配置了全套控制电路。
1.3液压站的工作原理：
电机带动油泵旋转，泵从油泵中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油通过集成块（或阀组合）液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到液压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。
第二章液压站设计的目的和意义
设计数控车床液压卡盘的夹紧与松开是学习完《液压与气压传动》课程理论教学以后进行的重要实践环节，本课程的学习目的在于使学生综合运用《液压与气压传动》课程及其他选修课程的理论知识和生产实际知识，进行液压传动的设计实践，是理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展。
并运用所学专业技术理论知识设计优化的液压系统、并运用有关国家标准、设计手册等技术资料选取满足系统基本性能要求的液压元件。
通过设计实际训练，是自己提高液压系统的设计能力，为解决以后工程问题打下良好的基础。
液压传动课程设计是一项全面的设计训练，它不仅可以巩固所学的理论知识，也可以为以后的设计工作打好基础。
在设计过程中必须严肃认真，刻苦专研，一丝不苟，精益求精。
本设计是用来控制液压卡盘的夹紧与松开，设计中需要明确所要控制的对象的性能。
液压站设计中所需的液压缸的规格选用P23125x35如下图：
规格
活塞有效面积平房厘米
活塞行程
最大使用压力MPa
极限转速r/min
最大推拉力KN
推荐动力卡盘
净重kg
P23100X26
66
20
3.5
5000
20
K52460，k55160
13
P23125X35
103
25
3.5
4000
32
K52，k55（160，200）
16
P23160X52
162
30
3.5
3500
51
K52，k55（200，250）
30
P23200X65
261
30
3.5
3000
82
K52，k55（250，315）
42
液压缸性能参数
规格D
楔心套行程
爪行程直径
许用推拉力KN
最大加紧力KN
极限转速r/min
加紧围
撑紧围
推荐气缸P21
推荐油缸P23
净重kg
160
17
9
15
30
3000
12-14（160）
60（30）-140（160）
160
100125
11.5
200
20
10
25
50
2500
16-180（200）
75（36）-180（200）
160
125160
19.5
250
25
13
35
75
2000
25-230（250）
96（45）-230（250）
200
160200
30.4
315
25
13
48
100
1500
40-280（315）
110（60）-280（315）
250
200
50
400
30
16
58
120
1000
40-370（400）
150（60）-370（400）
-
200
-
540
30
16
100
220
700
（120）-（540）
（140）-（540）
-
300
-
630
30
16
130
289
500
[50]-[630]
[70]-[630]
-
300
-
液压卡盘性能参数
K52楔式通孔动力卡盘选用的是D200的其尺寸最大长度是H=137
液压卡盘选用K52D200的液压卡盘。
第三章液压站设计的容步骤与注意事项
液压站原理图
1油箱2变量泵3可调式减压阀4溢流阀5压力继电器6压力表
7三位四通换向阀8液压缸9单向阀10滤油器
图中，油箱的容积1、泵2的功率下面通过计算可以得到，采用可调式减压阀3的目的是为了通过压力表6的读数，来调节其大小，溢流阀4起系统保压的作用，压力继电器5的作用是防止液压缸压力过大时改变其运动方向，三位四通换向阀7的作用可以控制液压缸左右移动，断电的时候不会夹紧或松开，液压缸8是执行元件，单向阀9的作用是防止回流，滤油器10的作用是过滤系统中的杂质。
3．1液压元件的选用
各种泵的介绍
（1）齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，它一般做成定量泵，按结构不同，齿轮泵分为外啮合齿轮泵和啮合齿轮泵，而外啮合齿轮泵应用最广。
（2）叶片泵的结构较齿轮泵复杂，但其工作压力较高，且流量脉动小，工作平稳，噪声较小，寿命较长。
所以它被广泛应用于机械制造中的专用机床、自动线等中低压液压系统中，但其结构复杂，吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感。
叶片泵根据各密封工作容积在转子旋转一周吸、排油液次数的不同可分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。
（3）柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞帮两种代表性的结构形式；由于径向柱塞泵属于一种新型的技术含量比较高的高效泵，随着国产化的不断加快，径向柱塞泵必然会成为柱塞泵应用领域的重要组成部分；
液压泵的选用：
在设计液压系统时，应根据设备液压系统的工作情况和其所需要的压力、流量、工作稳定性等来确定液压泵的类型和具体规格。
类型
项目
齿轮泵
双作用叶片泵
限压式变量叶片泵
轴向柱塞泵
径向柱塞泵
螺杆泵
工作压力/MPa
﹤20
6.3~21
≤7
20~35
10~20
﹤10
转速
/（r・min﹣¹）
300~7000
500~4000
500~2000
600~6000
700~1800
1000~18000
容积效率
0.7~0.95
0.8~0.95
0.8~0.9
0.9~0.98
0.85~0.95
0.75~0.95
总效率
0.6~0.85
0.75~0.85
0.7~0.85
0.85~0.95
0.75~0.92
0.7~0.85
功率重量比
中
中
小
大
小
中
流量脉动率
大
小
中
中
中
很小
自吸特性
好
较差
较差
较差
差
好
对有污染的敏感性
不敏感
敏感
敏感
敏感
敏感
不敏感
噪声
大
小
中
中
中
很小
寿命
较短
较长
较短
长
长
很小
单位功率造价
最低
中等
较高
高
高
较高
应用围
机床、工程机械、农机、矿机、起重机
机床、注射机、液压机、起重机械、工程机械
机床、注射机
工程机械、锻压机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械、船舶、飞机等
机床、液压机、船舶机械
精密机床，精密机械，食品、化工、石油、纺织机械
一般负载小、功率小的液压设备，可用齿轮泵或双作用式定量叶片泵；精度较高的中、小功率的也有设备，可用螺杆泵或双作用式定量叶片泵；负载较大并有快速和慢速工作行程的也有设备，可选用限压式变量叶片泵；负载大、功率大的液压设备，可选用径向柱塞泵或轴向柱塞泵；机械设备辅助装置的液压系统，如送料、定位、夹紧、转位等装置的液压系统，可选用造价较低的齿轮泵。
定量泵的选用：
（1）若系统采用节流调速回路，或通过改变原动机的转速调节流量，或系统对速度无调节要求，可选用定量泵或手动变量泵。
此时手动变量泵不宜在小排量工况下工作，因小排量工况不仅效率低，而且工作不稳定。
（2）若系统要求高效节能，应选用变量泵恒变量泵适用于要求恒压源的系统，如液压伺服系统；限压式变量泵和恒功率变量泵适用于要求低压大流量、高压小流量的系统。
3．2泵和驱动电机的选择：
1）确定液压泵的工作压力液压泵的最大工作压力
Pp=P1+△P=3.5+0.3=3.8MPa（1.1）
式中P1---执行元件的最大工作压力；
△P---液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失。
初算时按经验数据选取：
管路简单、流速不大的取△P=0.2～0.5MPa：
管路复杂、流速较大的取△P=0.5～1.5MPa。
由上式可得出所选液压泵为中低压泵，综合考虑下来，在此设计中，选用双作用叶片泵来做为液压站的动力源。
2）确定液压泵的流量Qp有以下三种情况
①多液压缸（液压马达）同时动作液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸（液压马达）所需的最大流量，并要考虑到系统的漏损和液压泵磨损后容积效率的下降，即
Qp≥K（∑q）max（1.2）
式中K---系统泄漏系数，一般取1.1～1.3；
大流量取小值；小流量取大值；
（∑q）max---同时动作的液压缸（液压马达）的最大总流量，从q—t图上查得；对于工作过程始终用节流调速的系统，在确定流量时，需加上溢流阀的最小溢流量，一般取2～3L/min.
②采用差动液压缸回路时液压泵所需流量为
Qp≥K（A1-A2）νmax（1.3）
式中A1、A2—液压缸无杆腔、有杆腔的有效面积；
νmax—活塞的最大移动速度。
③当系统使用蓄能器时液压泵流量按系统在一个循环周期中的平均流量选取，即
zViK
Qp≥∑-----（1.4）
i=1Ti
式中Vi---液压缸（液压马达）在工作周期中的总耗油量；
Ti---机器的工作周期；
Z---液压缸（液压马达）的个数。
综上，由原理图得出该为差动，估算液压泵所需流量：
Q=1.2x103cm²x0.5m/min=6.18L/min
3）选择液压泵的规格按照系统中拟定的液压泵的形式，根据其最大工作压力和流量，参考产品样本就可选择液压泵的规格。
按式（1.1）确定的Pp是系统的静态压力。
系统工作过程中存在过渡过程中的动态压力，其最大值往往比静态压力要大很多。
所以选取液压泵的额定压力时应比系统最高压力大25%～60%,使液压泵有一定的压力储备。
高压系统的压力储备宜取小值，中、低压系统的压力储备应取大值；最高压力出现时间较短，压力储备可取小些；反之，压力储备应取大些。
液压泵的流量按系统所需最大流量选取。
在此选用额定压力
P额=1.4xPp=1.4x3.8=5.32MPa
4）确定驱动液压泵的功率工作循环中，液压泵的压力和流量比较恒定，即工况图p—t、q—t曲线变化比较平稳时，则液压泵的驱动功率
PpQq
Pp=-----=3.8x6.18/0.8=29.355kW（1.5）
ηp
式中Pp---液压泵的最大工作压力；
Qq---液压泵的流量；
ηp---液压泵的总功率。
液压泵的总效率即是液压泵的容积效率与其机械效率之乘积。
各类液压泵的总效率可参考表1.1中的数值估取，液压泵规格大取较大值；规格小取小值；变量泵一般取较小值。
液压泵类型
齿轮泵
螺杆泵
叶片泵
柱塞泵
总效率
0.6～0.8
0.65～0.85
0.7～0.85
0.8～0.9
表1.1液压泵的总效率
3．3滤油器
液压油中往往含有颗粒状杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞，使系统工作可靠性大为降低。
在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。
滤油器的过滤精度是指滤芯能够滤除的最小杂质颗粒的大小，以直径d作为公称尺寸表示，按精度可分为粗滤油器（d＜100）普通滤油器（d＜10），精滤油器（d＜5），特精滤油器（d＜1）。
一般对滤油器的基本要：
（1）能满足液压系统对过滤精度要求，即能阻挡一定尺寸的杂质进入系统。
（2）滤芯应有足够强度，不会因压力而损坏。
（3）通流能力大，压力损失小。
（4）易于清洗或更换滤芯。
滤油器的类型特点：
（1）网式滤油器
网式滤油器，其滤芯以铜网为过滤材料，在周围开有很多孔的塑料或金属筒形骨架上，包着一层或两层铜丝网，其过滤精度取决于铜网层数和网孔的大小。
这种滤油器结构简单，通流能力大，清洗方便，但过滤精度低，一般用于液压泵的吸油口。
（2）线隙式滤油器
线隙式滤油器，用钢线或铝线密绕在筒形骨架的外部来组成滤芯，依靠铜丝间的微小间隙滤除混入液体中的杂质。
其结构简单，通流能力大，过滤精度比网式滤油器高，但不易清洗，多为回油滤油器。
（3）纸质滤油器
纸质滤油器，其滤芯为平纹或波纹的酚醛树脂或木浆微孔滤纸制成的纸芯，将纸芯围绕在带孔的镀锡铁做成的骨架上，以增大强度。
为增加过滤面积，纸芯一般做成折叠形。
其过滤精度较高，一般用于油液的精过滤，但堵塞后无法清洗，须经常更换滤芯。
（4）烧结式滤油器
烧结式滤油器，其滤芯用金属粉末烧结而成，利用颗粒间的微孔来挡住油液中的杂质通过。
其滤芯能承受高压，抗腐蚀性好，过滤精度高，适用于要求精滤的高压、高温液压系统。
滤油器的安装
（1）泵入口的吸油粗滤器
用来保护泵，使其不致吸入较大的机械杂质，根据泵的要求，可用粗的或普通精度的滤油器，为了不影响泵的吸油性能，防止发生气穴现象，滤油器的过滤能力应为泵流量的两倍以上，压力损失不得超过0.01~0.035MPa。
（2）泵出口油路上的高压滤油器
这种安装主要用来滤除进入液压系统的污染杂质，一般采用过滤精度10~15mm的滤油器。
它应能承受油路上的工作压力和冲击压力，其压力降应小于0.35MPa，并应有安全阀或堵塞状态发讯装置，以防泵过载和滤芯损坏。
（3）系统回油路上的低压滤油器
可滤去油液流入油箱以前的污染物，为液压泵提供清洁的油液。
因回油路压力很低，可采用滤芯强度不高的精滤油器，并允许滤油器有较大的压力降。
（4）安装在系统以外的旁路过滤系统
大型液压系统可专设一液压泵和滤油器构成的滤油子系统，滤除油液中的杂质，以保护主系统。
安装滤油器时应注意，一般滤油器只能单向使用，即进、出口不可互换。
吸油、回油滤油器优缺点：
吸油滤油器一般安装在油泵的吸油口处，用以保护油泵和其他液压元件，以避免吸入污染杂质，可以有效的控制液压系统的清洁度。
回油滤油器用于液压系统回油过滤，过滤液压系统中由于元件磨损产生的金属颗粒，心脏密封件产生的污染物，使流回油箱的油液保持清洁。
相比较下来，我选择用在吸油口安装一个网式滤油器，回油口用一个烧结式滤油器。
3．4液压泵与电动机的连接
将液压泵与电动机连接方式，采用连轴器方式,采用联轴器，用来把电动机轴与泵轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将联接
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