四柱液压机液压系统设计设计.docx
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四柱液压机液压系统设计设计
1绪论
本设计的内容是150T四柱液压机液压系统设计。
液压技术是机械设施中宽泛采纳的技术方式。
该技术采纳液体作为工作介质，经过动力组件将机械能变换为液体的压力能，在经过管道、控制组件，借助履行组件将压力能变换为机械能，驱动负载实现运动，达成所需动作。
液压传动有关于机械传动来说是一门新技术，液压传动系统有液压泵、阀、履行器及协助件等液压组件构成。
液压传动原理是把液压泵或原动机的机械能变为液压能，而后经过控制、液压阀和液压履行器，把液压能转变为机械能，以驱动工作机构达成所需的各种动作。
液压传动技术是机械设施中发展速度最快的技术之一，其发展速度仅次于电子技术，
特别是最近几年来液压与微电子、计算机技术相联合，使液压技术的发展进入了一个新的阶段。
从70年月开始，电子学和计算机进入液压技术领域，并获取了重要的效益。
比如在产品设计、制造和测试方面，经过利用计算机协助设计进行液压系统和组件的设计计算、性能仿真、自动画图以及资料的采纳和办理，可提升液压产品的质量、降低成本并大大提升交货周期。
总之，液压技术在与微电子技术密切联合后，在微电脑或微办理器的控制下，能够进一步拓宽它的应用领域，使得液压传动技术发展成为包含传动、控制、检测在内的一门完好的自动化技术，使它在公民经济的各个方面都获取了应用。
本文研究内容是150T四柱液压机液压系统设计，整个设计过程基本上表现了一个典型的液压系统的设计思路。
液压传动在金属切削机床行业中获取了宽泛的应用。
比如磨床、车床、铣床、钻床以及组合机床等的进给装置多采纳液压传动，它能够在较大范围内进行无级调速，有优秀的换向性能，并易实现自动工作循环。
组合机床是由拥有必定功能的通用零件（动力箱、滑台、支承件、运输零件等）和专用零件（夹具、多轴箱）构成的高效率专用机床。
组合机床加工范围广、自动化程度高，在机械制造业的成批和大量生产中获取了宽泛的应用。
叠加阀是在60年月由美国双A公司等较早开发的，但品种规格少，且都以小通经为主。
叠加阀构成的液压系统长处好多，如构造紧凑、体积小、标准化等，所以，最近几年来叠加阀产品系列不停增加，其应用领域渐渐扩大。
目前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、持久耐用、高度集成化等各项要求方面都获得了重要进展；在完美比率控制、伺服控制、数字控制等技术上也有好多新成就，采纳液压传动的程度现已成为权衡一个国家工业水平的重要标记之一。
跟着机械制造行业在公民经济中地位的提升，液压技术的应用范围也愈来愈宽泛，对其性能也提出了更高的要求，决定了它在技术方面的改革已火烧眉毛。
因为实践经验的短缺和知识的限制性，设计中存在许多弊端和错误之处，敬请评阅老师责备指正。
2150T四柱液压机液压系统设计
2.1液压系统的设计要求
本系统设计为立式部署，拟采纳液压驱动；工件采纳机械方式夹紧。
课题所设计的液压系统是150T四柱液压机液压系统，主假如达成系统原理图和该系统主要零件的构造及有关设计计算。
液压泵及叠加式液压组件的采纳，液压缸采纳双作用液压缸，液压缸作为液压系统的履行组件安装在机床的床身上，与液压供油装置分开部署，避开二者之间形成振动干预。
2.1.1液压传动系统的技术要求
液压机工作循环为：
快进——工进——快退——停止；
1）滑块最大行程：
200mm；
2）滑块行程速度：
空程：
40mm/s，工作：
20—22mm/s，回程为50mm/s；
3）滑块下平面至工作台面最大距离为400mm，工作台440×380mm；
4）采纳叠加阀液压组件；
2.1.2工作环境和工作条件
本课题所设计液压机在一般车间使用，工作环境要求不高，对环境温度、湿度、尘埃状况没有特别的要求，液压系统的安装一定稳固，防止对机床产生直接的冲击振动，影响机床加工精度及寿命。
本课题设计的液压系统对重量、外形尺寸、经济性没有特别要求，但一定切合一般的广泛设计原则：
重量轻、体积小、成本低、效率高、构造简单、工作靠谱、使用保护方便。
依据设计任务书要求选择叠加阀系列液压组件。
2.2液压系统工况剖析，确立主要参数
在明确了液压系统的设计要求后，针对设计系统在性能和动作方面的特征，确立设计系统的工作压力，以及计算液压缸的最大行程，工作速度，回程速度等等一些详细的系统主参数。
2.2.1剖析液压系统工况[3]
工况剖析是确立液压系统主要参数的基本依照，包含液压履行组件的动力剖析和运动剖析。
阻力负载：
Fr=uFn
式中：
Fr——摩擦力；
U——摩擦系数；
Fn——工作压力
惯性负载：
Fm=G
v
t
g
式中：
Fm——惯性力；
G——活塞杆的自己重力；
2
g——重力加快度，取9.8m/s
△v——快进速度；
△t——快进时间。
运动零件质量为500kg,加减速时间0.2s
1．工作负载
工件的压制抗力即为工作负载：
Ft
150
1039.81.47106N
2.
摩擦负载
静摩擦阻力：
Ffs
0.2
500
9.8
980
N
动摩擦阻力：
Ffd
0.1
500
9.8490
N
m（v）
0.3
3.
惯性负载
Fn
500
750N
t
0.2
Fb
0.5
106
0.024
12000N
自重：
Gmg
4900N
4.液压缸在各工作阶段的负载值：
此中：
m0.9m——液压缸的机械效率，一般取m。
工况
负载构成
推力F/m
启动
F
Fb
Ffs
G
8080N
8977.8N
加快
F
Fb
FfdFmG
8340
9266.7N
N
快进
F
Fb
Ffd
G
7590N
8433.3N
工进
FFfd
Ft
Fb
G
1477590N
1641766.67N
快退
F
G
Ffd
Fb
5390
5988.9N
N
负载图和速度图的绘制：
负载图按上边的数值绘制，速度图按给定条件绘制，如图：
2.2.2确立液压缸的主要参数[5]
1）初选液压缸的工作压力
依据计算得出各阶段负载值的最大值，并参照同类机床，取液
2）计算液压缸的主要构造参数
最大负载为工进阶段负载F=111547N，求得：
活塞腔工作时D=
4F
（2-1）
△pηcm
2.2.3确立液压缸的主要参数[5]
1）初选液压缸的工作压力
按液压机床种类初选液压缸的工作压力为25Mpa,依据快进和快退速度要求，采纳单
杆活塞液压缸。
快进时采纳差动连结，并经过充液补油法来实现，这类状况下液压缸无杆
腔工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的6倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D知足
d5D的关系。
6
快进时，液压缸回油路上一定拥有背压p2,防备上压板因为自重而自动下滑，依据《液压系统设计简洁手册》表2-2中，可取p2=1Mpa，快进时，液压缸是做差动连结，但因为
油管中有压降p存在，有杆腔的压力一定大于无杆腔，预计时可取p1MPa,快退时，
回油腔是有背压的，这时p2亦按2Mpa来估量。
2）计算液压缸的主要构造参数
最大负载为工进阶段负载F=11641766.67N，求得：
活塞腔工作时D=
4F
△pηcm
式中F---液压缸的最大工作负载（N）。
△p----作用在活塞上的有效压力（pa），当无背压时，△p为系统工作压力；当有背
压时，△p为系统工作压力与背压之差；该设计课题系统初选背压取为0.5×106Mpa。
4F
ηcm---液压缸的机械效率，一般取ηcm=0.95.活塞腔工作时D=
△ηcm
p
即
D=0.2904m
因该设计对活塞来去运动的速度比无要求时,
5
D
5
0.29040.265m
在这里取.d
6
6
依据液压缸内外径系列将所计算的值圆整为标准值，查表取D=320mm.d=280mm
3）确立活塞杆的最大行程
本设计课题给定了活塞杆最大行程为250mm。
4）计算液压缸的流量
液压缸的流量经过工作速度和液压缸的内径来确立。
液压缸的工作速度
为
V=0.01m/s,回程速度为V
=0.06m/s.
1
2
①
工作快速空程时所需流量
Q1
AV
11
cv
cv液压缸的容积效率，取cv0.96
0.0803
0.3
103
60
）
Q1
103
1506（L
min
0.96
②工作缸压制时所需流量
AV1
2
0.0803
0.01
103
60
Q2
cv
0.96103
50.1875（Lmin）
③工作缸回程时所需流量
A2V3
0.018840.06103
60
Q2
cv
0.96103
70.65（Lmin）
针对同零件的详细加工要求，系统的流量能够经过控制元件调速阀来调理大小。
3液压传动系统原理的制定
液压传动系统的草图是从液压系统的工作原理和构造构成上来详细表现设计任务所提
出的各项要求，它包含三项内容：
确立液压系统传动系统的种类、选择液压回路和构成液压系统。
确立液压传动系统的种类就是依据课题供给的要求下，参照立式组合机床液压系统的详细特色，选择适合的系统种类。
选择液压回路就是在依据课题供给的要乞降液压传动系统详细运动特色，选择适合本课题的液压回路。
构成液压系统就是在确立各个液压回路的基础上，将各个液压回路综合在一同，依据课题的实质要求，对液压系统草图进行适合的调整和改良，最后形成一个合理有效、切合课题设计要求的液压传动系统原理图。
3.1确立液压传动系统的种类[6]
液压传动系统的种类终究采纳开式仍是采纳闭式，主要取决于它的调速方式和散热要求。
一般的设计，凡具备较大的空间能够寄存油箱且不另设置热装置的系统，要求尽可能简单的系统，或采纳节流调速或容积---节流调速的系统，都宜采纳开式。
在开式回路中，液压泵从油箱吸油，把压力油输入送给履行元件，履行元件排出的油则直接流回油箱。
开式回路构造简单，油液能获取较好的冷却，但油箱的尺寸大，空气和赃物易进入回路凡允许采纳协助泵进行补油并经过换油来达到冷却目的的系统，对工作稳固和效率有较高的系统，或采纳容积调速的系统都宜采纳闭式。
在闭式回路中，液压泵的排油管直接与履行元件的进油管相通，履行元件的回油管直接与液压泵的吸油管，二者形成关闭的环状回路。
闭式回路的特色是双向液压泵直接控制液压泵的换向，不需要换向阀及其控制回路，液压元件明显减少，液压系统简单，用油不多并且动作快速，可是闭式回路也有其特色，就是其回路的散热条件较差，并且所有的双向液压泵比较复杂并且系统要增设补，排油装置，成本较高，故应用还不广泛。
本课题设计的液压传动系统种类采纳开式液压系统，系统的构造简单。
3.2液压回路的选择[1]
液压机械的液压系统固然愈来愈复杂，可是一个复杂的液压系统常常是由一些基本回路构成的。
液压基本回路就是由有关液压元件构成，能够达成某一特定功能的基本回路。
在本设计中采纳5种回路，分别为调压回路、调速回路、均衡回路、换向回路和卸荷回路。
1）调压回路
调压回路的功用在于调定或限制液压源的最高工作压力，也就是说能够控制系统的工作压力，使它不超出某一早先调定好的数值，或使工作机构在运动过程中的各个阶段拥有不一样的工作压力。
调压控制回路包含连续调压回路、多级调压回路、恒压控制回路等。
液压源工作压力级的多少，压力在调理、控制或切换方式上的差别，是这类回路出现多种构造方案的原由，也是对它进行评选、选择时要考虑的要素。
该设计选择溢流阀单极调压回路，溢流阀开启压力可经过调压弹簧调定，假如调定溢流阀调压弹簧的顶压缩量，即可设定供油压力的最高值，系统的实质工作压力有负载决定，当外负载压力小于溢流阀调定压力时，溢流阀处无溢流流量，此时溢流阀起安全阀的作用。
图示油路靠谱，价钱廉价。
图3.1调压回路
2）调速回路
调速阀调速回路由调速阀、溢流阀、液压泵和履行元件等构成。
它经过改变调速阀的通流面积来控制和调理进入或流出履行元件的流量，进而达到调速的目的。
这类调速回路拥有构造简单、工作靠谱、成本低、使用保护方便、调速范围大等长处。
用流量控制阀实现速度控制的回路有三种基本方式，节流调速回路分为入口节流调速回路、出口节流调速回路、旁通节流调速回路等。
本设计采纳单向进油节流调速回路。
用溢流阀和串连在履行元件进油路上的调速阀调理流入履行元件的油液流量，进而控制履行元件的速度。
基本回路以下列图所示：
图3.2调速回路
3）均衡回路
均衡回路的功用在于防备垂直或倾斜搁置的液压缸和与之相连的工作零件因自重而自行着落。
下列图是一种使用单向次序阀的均衡回路。
由图可见，当换向阀左位接入回路使活塞下行时，回路油上存在着必定的背压：
只需将这个背压阀调得使液压缸内的背压能支撑得住活塞与之相连的工作零件，活塞就能够安稳的着落。
当换向阀处在中位时，活塞就停止运动，不在持续下移。
这类回路在活塞着落快速运动时功率损失较大，锁住时活塞和与之相连的工作零件会因单项次序阀和换向阀的泄漏而迟缓着落；所以它只使用于工作零件重量不大、活塞锁住时定位要求不高的场合。
综上所述此回路合用于本次设计要求。
图3.3均衡回路
4）换向回路
来去直线运动换向回路的功用是使液压缸和与之相连的主机运动零件其行程终端快速、安稳、正确地变换运动方向。
简单的换向回路只须采纳标准的一般换向阀。
5）卸荷回路
卸荷回路的功用是在液压泵驱动电机不须屡次启闭的状况下，使液压泵在零件或很低
压力下运行，以减少功率损失，降低系统发热，延伸液压泵和电机的使用寿命.
图3.4卸荷回路
3.3制定液压传动系统原理图[2]
一个液压传动系统都是由很多回路组合而成，所以将上边的几个液压回路组合在一
起。
在依据本课题的实质要求采纳叠加阀技术，故将所选液压元件变换成叠加阀系列元件，并对液压系统传动原理图进行必需的改正和整理，制定出完好的切合要求的液压系统原理图。
经过改正、整理后的液压系统图如图3.5所示，它在各方面都比较合理、完美了，能够基本达到本课题的设计要求。
图3.5传动系统图
下列图是依据叠加阀元件转成的液压传动系统图
图3.6用叠加阀构成的液压传动系统图
3.4液压元件的选择
据系统要乞降设计方案，选择适合的液压元件，对液压系统有很大的影响，所以对液压元件应合理的选择。
3.4.1确立液压油泵
[7]
液压泵是系统的能源装置，它给系统供给压力油，在液压系统中起心脏作用，液压泵的选择能否适合，直接影响系统的工作性能。
1）确立液压泵的最大工作压力Pp.
由前方工况剖析，由最大压制力和液压主机种类，初定上液压泵的工作压力取为
25MPa，考虑到出入油路上阀和管道的压力损失为1MPa（含回油路上的压力损失折算到
进油腔），则液压泵的最高工作压力为
PpP1P1（251）10626MPa
上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动向压力常常超出静态压力，此外考虑到必定压力储备量，并保证泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右所以选泵的额定压力Pn应知足：
PnPp/0.826/0.831.25Mpa
2）确立液压泵的流量
液压缸的输出流量为
Q
p≥K（∑Qmax
3
/s,
（
）
）m
3-1
式中：
k——系统泄漏系数，一般取；
Qmax——同时动作的液压缸的最大总流量，关于在工作过程用节流调速的系统，尚
须加溢流阀的最小溢流量2~3Lmin.
所以，
qpKL（q）maxq1.1（70.652.5）80.465Lmin
3）选择液压泵和电动机的规格
1．选择液压泵的规格
因为液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。
大流量。
所以选轴向柱塞变量泵。
柱塞变量泵合用于负载大、功率大的机械设施（如龙门刨床、拉床、液压机），柱塞式变量泵有以下的特色：
1）工作压力高。
因为柱塞与缸孔加工简单，尺寸精度及表面质量能够达到很高的要
求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（200~400）105Pa，最高
能够达到1000105Pa。
2）流量范围较大。
因为只需适合加大柱塞直径或增添柱塞数目，流量变增大。
3）改变柱塞的行程就能改变流量，简单制成各种变量型。
4）柱塞油泵主要零件均受压，使资料强度获取充足利用，寿命长，单位功率重量
小。
但柱塞式变量泵的构造复杂。
资料及加工精度要求高，加工量大，价钱昂贵。
依据以上算得的qp和Pp在查阅有关手册《机械设计手册》成大先P20-195得：
现采纳63YCY141B，排量63ml/r，额定压力32Mpa，额定转速1500r/min，驱动功率59.2KN，容积效率92%，重量71kg，容积效率达92%。
2．与液压泵般配的电动机的选定
由前方得悉，本液压系统最大功率出此刻工作缸压制阶段，这时液压泵的供油压
力值为
26Mpa，流量为已选定泵的流量值。
p液压泵的总效率。
柱塞泵为
0.80~0.85，
取p
0.82。
选
用
1000r/min
的
电
动
机，
则
驱
动
电
机
功
率
为
Pp
qp
（18.3
50）
Np
（103
p）
（60
0.82）
18.37KW
选择电动机
Y180M
4，其额定功率为18.5KW。
3.4.2叠加阀简介及选择
1）概括
[4]
叠加阀是在板式阀集成化的基础上发展起来的新式液压元件，但它在配置形式上和样板阀，插装阀截然相反。
叠加阀是安装在板式换向阀和底板之间，由有关的压力、流量和
单向控制阀构成的一个集成化控制回路。
每个叠加阀除了拥有液压阀功能外，还起油路通
道的作用。
所以，由叠加阀构成的液压系统，阀与阀之间不需要此外的连结体，而是以叠加阀阀体作为连结体，直接叠合再用螺栓联合而成。
叠加阀与一般阀在工作原理上基真同样，但在详细构造和连结方式上有其特色，因此它自成系统。
每个叠加阀既起到控制元件功能作用，又起油路通道的作用。
每种规格通经的叠加阀主油路的地点和数目都与相应通经主换向阀同样，所以，同一通经系列的叠加阀都能够叠加起来构成不一样的系统。
往常一个液压系统能够叠成一叠或多叠。
在每叠中，液压系统的主换向阀部署在最上边；与履行零件连结用的底板块放在最下边；叠加阀均放在换向阀与底板块之间，其次序按液压传动的动作要求而定。
国内生产的叠加阀通径有φ6、φ10、φ16、φ20和φ32五个系列，公称压力系列为10、20和31.5Mpa，此中以20Mpa的产品产量较大，我国生产的叠加阀连结尺寸切合ISO9001国际标准。
生产公司有大连组合机床研究所、江苏海门液压件厂、河北保定液压
件厂和浙江象山液压件厂等。
2）叠加阀构成的液压系统的长处：
a.标准化、通用化、集成化程度高；
b.构造紧凑、体积小、重量轻、占地面积小；
c.设计、加工、装置周期短；
d.液压系统改变而需增减元件时，从头组装方便快速；
e.元件之间是无管连结，除去了因油管等惹起的漏油、振动和噪声；
f.配置形式灵巧、使用安全靠谱、外观齐整雅观、维修养护简单；
g.采纳我国叠加阀构成的集中供油系统节电成效明显。
3）叠加阀的采纳
用油管和管接件将液压元件连结起来，是过去应用最宽泛的一种连结形式。
这类连结形式需要的油管和管接头数目许多，装拆困难，占用面积大，空气简单进入，目前已经极少采纳。
跟着液压技术的不停发展，目前多采纳无管连结，此中一种方法就是将液压阀元件安装在通用的饿底板上，在板内钻孔作为回路的通油孔。
通油板寿命长，泄漏少，不易出故障，维修方便，但要钻孔深，液阻损失较大，占用面积也较大，追加元件较困难；另一种方法是将液压阀元件叠加起来安装在底板上，在液压阀和底板内钻孔作为回路的通油孔，称为液压叠加阀回路。
其通路不用管连结，目前几经趋于标准化。
依据液压元件的工作压力和经过阀类元件和协助元件的实质流量，联合本课题设计要求，选出液压元件的详细型号和规格，见下表：
表3-1元件的型号以及规格
序
预计经过流
元件名称
量（L
）
型号
规格
号
min
1斜盘式柱塞
泵
2WU网式滤油器
3直动式溢流
阀
4背压阀
5二位二通手动电磁阀
6三位四通电磁阀
7液控单向阀
8节流阀
9节流阀
10二位二通电磁阀
11压力继电器
12压力表开关
13油箱
14液控单向阀
1上液压缸
5
1下液压缸
6
1单向节流阀
7
1单向单向阀
8
1三位四通电
9磁换向阀
2减压阀
0
156.8
63SCY14－1B
32Mpa，驱动功率
59.2KN
160
WU-160*180
40通径，压力损失
0.01MPa
120
DBT1/315G24
10通径，32Mpa，板式
联接
80
YF3-10B
10通径，21Mpa，板式
联接
80
22EF3-E10B
100
34DO-B10H-T
10通径，压力31.5MPa
80
YAF3-E610B
32通径，32MPa
80
QFF3-E10B
10通径，16MPa
80
QFF3-E10B
10通径，16MPa
30
22EF3B-E10B
6通径，压力20MPa
－
DP1-63B
8通径，10.5-35MPa
－
KFL8－30E
32Mpa，6测点
YAF3-E610B
32通径，32MPa
48
ALF3－E10B
10通径，
升级会员 