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液压毕业论文
目录
1.广东工业大学机电液综合设计项目任务书3
2.摘要5
3.设计要求和概述6
3.1设计内容、要求说明6
3.2液压传动系统的主要优点：
7
3.3.半自动组合机床液压系统特点：
7
4液压系统的工况分析8
4.1工作缸的负载及负载循环图8
4.2夹紧缸的负载10
5拟定液压系统原理图11
5.1确定供油方式11
5.2调速方式的选择11
5.3速度换接方式的选择11
5.4夹紧回路的选择11
5.5系统工作原理12
5.6电磁铁动作顺序表13
6液压系统的计算和选择液压元件14
6.1液压缸主要尺寸的确定14
6.2.确定液压缸的流量、压力和选择泵的规格16
6.3.液压阀的选择18
6.4.确定管道尺寸19
6.5.液压油箱容积的确定20
7.液压系统的验算21
7.1.压力损失的验算21
7.2.系统温升的验算24
9.液压集成块结构与设计27
9.1.液压集成回路设计27
9.2.液压集成块的设计28
9.3.集成块设计步骤28
9.4.集成块零件图的绘制28
10.设计总结30
11.参考文献31
综合设计项目任务书
题目名称
半自动液压专用铣床液压系统设计
学生学院
机电工程学院
专业班级
姓名
学号
一、设计内容
设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：
手工上料——自动夹紧——工作台快进——铣削进给——工作台快退——夹具松开——手工卸料。
主要工作内容：
（1）明确设计要求进行工况分析；
（2）确定液压系统主要参数；（3）拟定液压系统原理图及验证设计方案；（4）计算和选择液压件；（5）验算液压系统性能；（6）绘制工作图及编制技术文件。
二、设计要求与数据
工作台液压缸负载力（KN）：
FL夹紧液压缸负载力（KN）：
Fc
工作台液压缸移动件重力（KN）：
G夹紧液压缸移动件重力（N）：
Gc
工作台快进、快退速度（mmin）：
V1=V3夹紧液压缸行程（mm）：
Lc
工作台工进速度（mmmin）：
V2夹紧液压缸运动时间（S）：
tc
工作台液压缸快进行程（mm）：
L1导轨面静摩擦系数：
μs=0.2
工作台液压缸工进行程（mm）：
L2导轨面动摩擦系数：
μd=0.1
工作台启动时间（S）：
t=0.5
数据表
姓名
FL
Fc
G
Gc
V1
V2
L1
L2
Lc
tc
张荣晋
27.5KN
24KN
18KN
172N
4.5mmin
75mmmin
450mm
90mm
25mm
2s
三、设计应完成的工作
液压系统工作原理图（A4）；零件图（A3）；部件装配图（A3）；设计说明书1份。
注：
在进行零、部件设计时，集成块和油箱零、部件可以任选。
四、设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
（1）阅读、研究设计任务书，明确设计内容和要求，了解原始数据和工作条件；
（2）收集有关资料并进一步熟悉课题。
教一302
11.28－11.29
2
（1）明确设计要求进行工况分析；
（2）确定液压系统主要参数；
（3）拟定液压系统原理图及验证设计方案
教一302
11.30－12.7
3
（1）计算和选择液压件；
（2）验算液压系统性能；
宿舍
12.8－12.9
4
（1）绘制零部件图；
（2）绘制正式的液压原理图。
宿舍
12.10－12.14
5
（1）编写设计计算说明书；
（2）编写零部件目录表。
宿舍
12.15－12.18
6
整理资料，答辩
工2－731
12.19－12.20
五、应收集的资料及主要参考文献
［1］李笑吴冉泉主编，《液压与气压传动》，国防工业出版社，2006
［2］杨培元朱福元主编，《液压系统设计简明手册》，机械工业出版社，1998
［3］成大先主编，《机械设计手册》（第四版，第四卷），化学工业出版社，2002
［4］雷天觉主编，《新编液压工程手册》，机械工业出版社，1998
［5］张利平主编，《液压与气压设计手册》，机械工业出版社，1997
发出任务书日期：
2011年11月28日指导教师签名：
计划完成日期：
2011年11月28日基层教学单位责任人签章：
主管院长签章：
1.
2.
摘要
液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比，液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小，传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定，液压传动容易实现自动化。
本次设计主要针对半自动组合铣床液压系统及其有关装置设计，根据给定条件和需要而设计的一个液压系统，对液压传动的基本原理进行分析，涉及到集成块的设计、必要的计算、分析和验算，以及各类元件（尤其阀类元件）的选择，系统的改进方法。
半自动组合铣床液压系统及其有关装置设计综合应用机械设计、计算机制图、液压传动、机械制图、结构力学等课程，完成卧式半自动组合机床的液压系统的原理设计、液压系统的设计计算、液压系统的元部件的选择、液压集成油路的设计、液压集成块的设计等，并绘制了液压系统的原理图和集成块液压集成回路图，利用UG绘制了压力块的三维立体图和零件图。
关键词：
液压集成块液压阀工程图半自动铣床
1.
2.
3.设计要求和概述
设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：
手工上料→自动夹紧→工作台快进→铣削进给→工作台快退→夹具松开→手工卸料。
1
2
3
3.1设计内容、要求说明
1.
2.
3.
3.1.
3.1.1.液压系统设计
根据设备的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理进行工况分析，拟定合理、完善的液压系统原理图，需要写出详细的系统工作原理，给出电磁铁动作顺序表。
再经过必要的计算确定液压有关参数，然后按照所得参数选择液压元件、介质、相关设备的规格型号（或进行结构设计）、对系统有关参数进行验算等。
3.1.2.液压装置结构设计
液压装置包括集成块、液压站等，进行结构设计时应考虑元件布局合理、紧凑、美观、外连管道少，装卸、调试方便，集成块中的油路尽可能简单、短、交叉少，加工容易、加工工作量尽可能少。
3.1.3.绘制工程图、编写设计说明书
绘制液压系统原理图（系统总油路、集成块集成回路）、液压装置工程图（集成块结构图、集成块元件装配图），图纸必须按国家标准要求打印，按照老师要求上交一定数量的图纸；编写设计说明书。
3.2液压传动系统的主要优点：
液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的主要优点：
（1）由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。
例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。
由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。
（2）液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。
例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。
液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025NW（牛瓦）,发电机和电动机则约为0.03NW。
（3）可在大范围内实现无级调速。
借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。
（4）传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。
正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。
（5）液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。
（6）液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。
（7）液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。
1.
2.
3.
3.1.
3.2.
3.3.半自动组合机床液压系统特点：
1.采用了限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路，保证了稳定的低速运动，有较好的速度刚性和较大的调速范围。
2.采用了限压式变量泵和液压缸的差动连接实现快进，能量利用合理。
3.采用了三位四通M型中位机能的电液换向阀换向，提高了换向平稳性，减少了能量损失。
4液压系统的工况分析
4.1工作缸的负载及负载循环图
根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图所示。
速度循环图
计算各阶段的外负载并绘制负载图。
工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的外负载为
（4-1）
式中FL——工作负载（N）；
Ff——摩擦负载（N）；
Fi——惯性负载（N）。
（1）工作负载：
工作负载与机器的工作性质有关，有恒值负载与变值负载。
工作负载又可分为阻力负载和超越负载，阻止液压缸运动的负载称为阻力负载，又称正值负载；助长液压缸运动的负载称为超越负载，也称负值负载。
（2）摩擦负载：
摩擦负载是指液压缸驱动工作机构工作时所要克服的机械摩擦阻力。
对于机床来说，即导轨的摩擦阻力。
启动时为静摩擦阻力，可按下式计算：
（4-2）
启动后变为动摩擦阻力，可按下式计算：
（4-3）
式中G——运动部件所受重力（N）；
Fn——外负载作用于导轨的正压力（N）；
Ffs、Ffd——静、动摩擦阻力（N）；
μs、μd——静、动摩擦系数。
（3）惯性负载惯性负载即运动部件在启动和制动过程中的惯性力，其平均惯性力可按下式计算：
（4-4）
式中g——重力加速度，g=9.8ms2；
Δ——速度变化量（ms）；
Δt——启动或制动时间（s）。
一般机械可取Δt=0.01~0.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速运动部件取大值，本设计中取Δt=0.5s。
在本设计中
工作负载：
FL=27.5KN
摩擦负载及惯性负载：
（4）运动时间：
快进：
工进：
快退：
设液压缸的机械效率，则液压缸推力：
根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载：
工作缸负载列表
持续时间（s）
工况
负载组成
液压缸负载（N）
液压缸推力（N）
行程（mm）
0.5
启动
Ffs
3600
4000
加速
+
3076
3418
6
快进
1800
2000
450
72
工进
+FL
29300
32556
90
0.5
反向启动
Ffs
3600
4000
加速
+
3076
3418
7.2
快退
1800
2000
540
并画出如图所示负载循环图：
4.2夹紧缸的负载
工进速度：
静摩擦力：
动摩擦力：
工进时液压缸推力：
5拟定液压系统原理图
5.1确定供油方式
考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。
而在快进、快退时负载较小，速度较高。
从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。
现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。
5.2调速方式的选择
在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。
根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。
这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。
5.3速度换接方式的选择
本系统用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。
若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。
5.4夹紧回路的选择
用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电松开，应采用失电夹紧方式。
考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调节和单向阀保压。
在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。
最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成如图3所示的液压系统原理图。
液压系统原理图
5.5系统工作原理
第一步，启动液压泵，夹紧缸的无杆腔进油，夹紧缸工作，夹紧工件。
夹紧力的大小由单向节流阀12调定。
第二步，夹紧工件后压力继电器11发出信号使1YA得电，换向阀4工作在左位，工进缸差动连接，动力头（工作台）快进。
第三步，工作台碰到行程开关1SQ，使3YA得电，工进缸无杆腔进油，工作台慢速工进，形成容积回油节流调速回路，速度由单向调速阀6调定。
第四步，工作台碰到行程开关3SQ，使2YA得电，1YA失电，换向阀4工作在右位，工进缸有杆腔进油，工作台快退。
第五步，工作台快退到原位后，碰到2SQ，发出信号使1YA和2YA失电，工作台停止。
第六步，同时，4YA得电，夹紧缸有杆腔进油，松开工件。
第七步，松开工件后，碰到行程开关4SQ，4YA失电，夹紧缸停止工作，油路关闭，停止工作，完成一个工作周期。
5.6电磁铁动作顺序表
1YA
2YA
3YA
4YA
夹紧工件
-
-
-
-
工进缸快进
+
-
-
-
慢速工进
+
-
+
-
工进缸快退
-
+
-
-
松开工件
-
-
-
+
系统停止
-
-
-
-
6液压系统的计算和选择液压元件
6.1液压缸主要尺寸的确定
6.1.1工作压力P的确定
工作压力P可以根据负载大小以及机器的类型来初步确定，
表按负载选择工作压力
负载KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作压力MPa
<0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
表各种机械常用的系统工作压力
机械类型
机床
农业机械
小型工程机械
建筑机械
液压凿岩机
液压机
大中型挖掘机
重型机械
起重运输机械
磨床
组合机床
龙门刨床
拉床
工作压力MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
可知，取液压缸的工作压力为P1=4MPa。
又由下表确定背压力：
系统类型
背压力MPa
简单系统或轻载节流调速系统
0.2~0.5
回油路带调速阀的系统
0.4~0.6
回油路设置有背压阀的系统
0.5~1.5
用补油泵的闭式回路
0.8~1.5
回油路较复杂的工程机械
1.2~3
回油路较短且直接回油
可忽略不计
取P2=0.6MPa。
6.1.2计算液压缸内径圆D和活塞直径d
由负载图知道最大负载F为29300N，由
表按速比要求确定dD
21
1.15
1.25
1.33
1.46
1.61
2
dD
0.3
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：
1—无杆腔进油时活塞运动速度；
2—有杆腔进油时活塞运动速度。
，又知P2为0.6MPa，机械效率ηcm为0.95，考虑到快进、快退速度相等，取dD=0.7。
有
（6-1）
则
查表可知，将液压缸内径圆取整为标准系列直径D=125mm，杆直径d，按dD=0.7，活塞杆直径系列取d=90mm。
按工作要求夹紧力由夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应该低于工进夹紧缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为3.5MPa，回油背压为零，ηcm为0.95，可知，
可知，查液压缸和活塞的尺寸系列，取夹紧液压缸的D和d分别为100mm和70mm。
按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度：
（6-2）
式中，是由产品样本查得GE系列调速阀AQF3-E10B的最小稳定流量为0.05Lmin。
本设计中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流有效工作面积应该选取液压缸有杆腔的实际面积，即
＞6.7cm2
可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。
4.
5.
6.
6.1.
6.1.1.
6.1.2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
6.1.
6.1.1.
6.1.2.
6.1.3.计算在各工作阶段液压缸所需的流量
由（6-3）
得：
6.2.确定液压缸的流量、压力和选择泵的规格
6.2.1.泵的工作压力的确定
考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为
（6-4）
式中，—泵的最大工作压力；
---执行元件最大工作压力；
---进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2—0.5MPa，复杂系统取0.5—1.5，本设计中取0.5MPa
=（4+0.5）MPa=4.5MPa
上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的进度阶段出现的动态压力往往超过静态压力。
另外考虑到一定的压力储存量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力Pn应该满足Pn（1.25-1.6）。
中低压系统取小值，高压系统取大值。
在本设计中Pn=1.3×=5.85MPa。
6.2.2.泵的流量确定。
液压泵的最大流量应为
（6-5）
式中，--液压泵的最大流量；
---同时动作的各执行元件所需要流量之和的最大值。
如果这时溢流阀正在进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量2—3Lmin；
---系统泄露系数，一般取KL=1.1—1.3，现取KL=1.1。
==1.2×28.6Lmin=34.32Lmin
6.2.3.选择液压泵的规格
根据以上算得的Pp和qp，查阅《手册》P81，选用YBX-25限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：
型号
qo（mLr）
pn（MPa）
nH（rmin）
ηv
η
YBX-25
25
6.3
1390
0.85
0.7
6.2.4.与液压泵匹配的电动机的选定
首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。
由于在工进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般当流量在0.2-1Lmin范围内时，可取=0.03—0.14。
同时还应注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不至停转，需进行验算，即
（6-6）
式中，Pn--所选电动机额定功率；
--限压式变量泵的限定压力
---压力为时，泵的输出流量。
首先计算快进时的功率，快进时的外负载为1800N，进油路的压力损失定为0.5MPa，由式（1-4）得：
快进时所需电动机功率为：
工进时所需电动机功率P为：
查得，选用Y802-4型电动机，其额定功率为0.75kW，额定转速为1390rmin。
由相关资料可知YBX-25的流量压力特性曲线。
再由已知的快进时流量为34.32Lmin，工进时的流量为1.1Lmin，压力为4.5MPa，作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线，如图所示：
液压泵特性曲线
由相关资料可知该曲线拐点处的流量为34Lmin，压力为2.4MPa，该工作点对应的功率为
≥2×0.75=1.5KW
不满足式（6-6），故另选型号为Y90S-4的电机，其额定功率为1.1KW，满载转速1400rmin，满足上述要求，在拐点处能正常工作。
6.3.液压阀的选择
本液压系统可采用力士乐系统或GE系列的阀。
本设计方案中均选用GE系列阀。
根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。
选定的液压元件如表所示。
序号
元件名称
方案
通过流量（Lmin）
1
滤油器
XU-B50×100
34.32
2
液压泵
YBX-25
34.32
3
压力表开关
KF3-EA10B
——
4
三位四通换向阀
34EF30-E10B
26.6
5
二位三通换向阀
23EF3B-E10B
26.6
6
单向调速阀
AQF3-E10B
26.6
7
减压阀
JF3-10B
5.9
8
压力表开关
与3共用
——
9
单向阀
AF3-EA10B
5.9
10
二位四通换向阀
24EF3-E10B
5.9
11
压力继电器
DP1-63B
5.9
12
单向节流阀
ALF-E10B
5.9
液压元件明细表
6.4.确定管道尺寸
油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。
本系统主油路流量为差动时流量q=26.6×（12590）2=55.06Lmin，压油管的允许流速取v=4ms，则内径d为
（6-7）
若系统主油路流量按快退时取q=28.6Lmin，则可算得油管内径d=12.3mm。
综合诸因素，现取油管的内径d为14mm。
吸油管同样可按上式计算（q=34.32Lmin、v=0.9ms），可知，参照YBX-25变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为30mm。
6.5.液压油箱容积的确定
本设计为中压液压系统，由《手册》P55可知，液压油箱有效容量按泵的流量的5-7倍来确定，现选用型号为BEX-160油箱，容量为160L。
7.液压系统的验算
已知该液压系统中进、回油路的内径为18mm，各段油管的长度分别为：
AB=0.3m，AC=1.7m，AD=1.7m，DE=2m。
选用L-HL32液压油，考虑油的最低温度为15℃，查得15℃时该液压油的运动粘度v=150cst=1.5s，油的密度ρ=920kg。
7.1.压力损失的验算
7.1.1.工作进给时，进油路压力损失
运动部件工进时速度为75mmmin，进给时的最大流量为0.92Lmin，则液压油在管内流速V1为
由文献[2，18]可知，管道流动雷诺数Re1为
（7-1）
则
知Re1＜2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数λ1=75Re1=755.6=13.39。
直管沿程压力损失为
（7-2）
则，进油管道BC的沿程压力损失ΔP1-1为
换向阀34EF30-E10B的压力损失=0.05×Pa
忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失Δp1为:
7.1.2.工作进给时回油路的压力损失
由于选用单活塞杆液压缸，且液压有杠腔的工作面积为无杠腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则
V2=v12=3cms
λ2=75Re2=752.8=26.8
回油管道的沿程压力损失为ΔP2-1为：
查得换向阀23EF3B-E10B的压力损失=0.025×10Pa，
换向阀34EF30-E10B的压力损失=0.025×10Pa，
调压阀AQF3-E10B的压力损失：
=0.5×10Pa。
回油路总压力损失Δp2为：
7.1.3.变量泵出口的压力Pp
7.1.4.快进时的压力损失
快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸进
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