液压传动毕业设计.docx

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液压传动毕业设计

前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

第一章绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

第一节液压传动的发展概况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

第二节液压传动的工作原理和组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

第三节液压传动的定义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

第四节液压传动的优点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7第五节液压系统的应用领域．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

第二章选型计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

第一节计算工作负载．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

第二节液压缸各阶段工作负载计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

第三节确定液压系统参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

第四节拟定液压系统图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

第五节选择液压元件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

第六节系统压力损失计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

第七节液压系统的发热与温升验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25第三章液压系统最新发展概况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

第一节国外液压系统的发展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

第二节远程液压传动系统的发展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

第四章注意事项．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

前言

毕业设计（论文）是学生在大学学习的最后一个教学环节，是在教师指导下，学生综合运用所学理论知识来分析和解决具有一定复杂程度的实际问题的一个实践过程;是提高学生观察事物,获取信息,理解和表述事物能力及分析,解决实际问题能力的重要教学环节;是培养学生技术经济分析能力,独立工作能力,与人合作能力,创新能力及养成理论联系实际的工作作风和提高工程实践能力的重要途径;是学生走向社会之前对其本身综合素质与能力的全面检验,也是全面衡量学校教育教学质量的一个重要依据.

在进行毕业设计过程中，每个学生要全面地运用、巩固和深化所学理论知识，独立的完成调查研究，查阅并收集有关的参考文献和资料；独立地进行设计方案的选定，进行各种设计和计算，创造性的完成毕业设计规定的全部任务。

还要求每个学生都要认真地、严肃地对待设计课题，要有科学的敢于创新，要善于独立思考，发挥主观能动性，反对粗心大意，草率从事和不负责任的态度：

在毕业设计过程中，注意学习和吸收国内外的先进技术和前人的经验，研究成果，但不要一成不变的照抄照搬，要大胆的提出创造性的设计方案，要认真贯彻国家和有关部门的标准和规定；设计中遇到自己解决不了的问题要主动向指导教师提问，共同探讨解决方法；并能对自己做出的全部技术决定及取得的结果负责。

　　因此,毕业设计（论文）质量如何,在很大程度上客观，全面地反映了毕业生的能力和素质,反映了学校教育教学工作的质量和水平。

本次设计多轴式液压系统的设计，我们较系统的了解了多轴式钻床的工作原理，各部件的作用以及常易出现的故障及其解决办法，用平常的理论知识解释实际的问题．

《液压传动》是机械工程及自动化专业重要的基础课程之一．学生通过本课程的学习后，能够深入了解机械设计制造所用的主要传动技术－液压传动．本课程以液压传动为主，着重讲述液压传动元件及系统的工作原理及其性能特点，并了解液压流体力学基本知识．

要求学生了解液压流体力学基本知识．深入了解液压元件结构、工作原理及其性能特点，通过讲课及实验对常用液压元件、典型液压系统分析，进一步让学生掌握液压元件、液压系统工作原理，从而了解工程机械液压系统．

　　毕业设计不仅可以巩固专业知识，而且对于以后的工作打下良好的基础毕业设计也是锻炼人意志的事，凡事考虑周全，想得细，做的难，这是设计所要求的．

　本次设计得到了老师们的精心指导，在次表示感谢！

由于时间较紧，任务重以及经验不足，缺点和错误再所难免，希望加以批评指正．

绪论

第一节．液压传动的发展概况

   液压传动相对于机械传动来说，它是一门新学科，从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动已有2～3百年的历史，只是由于早期技术水平和生产需求的不足，液压传动技术没有得到普遍地应用。

随着科学技术的不断发展，对传动技术的要求越来越高，液压传动技术自身也在不断发展，特别是在第二次世界大战期间及战后，由于军事及建设需求的刺激，液压技术日趋成熟。

　　第二次世界大战前后，成功地将液压传动装置用于舰艇炮塔转向器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用机床到本世纪30年代才用上了液压传动。

第二次世界大战期间，在兵器上采用了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，它大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。

战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善及各类元件的标准化、规格化、系列化而在机械制造，工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来。

近30年来，由于原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的发展，再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个部门都得到了应用，如工程机械、数控加工中心、冶金自动线等。

采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。

我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。

60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。

当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。

同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。

目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。

我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。

由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛．

第二节、液压传动的工作原理和组成

１.工作原理

液压传动是以液体为工作介质，利用压力能来驱动执行机构的传动方式。

驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。

1）.工作原理如下：

电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口输入管路。

油液经开停阀、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。

2）.工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。

当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。

由此可见，速度是由油量决定的。

２、液压系统的基本组成：

1）能源装置——液压泵。

它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。

2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。

通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。

3）控制装置——液压阀（流量阀、压力阀、方向阀等）。

通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向。

4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。

5）工作介质——液压油。

绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。

第三节．液压传动的定义

　　一部完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机（含辅助装置）组成。

原动机包括电动机、内燃机等。

工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分，如剪床的剪刀，车床的刀架、车刀、卡盘等。

由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度变化范围较宽，以及其它操纵性能的要求，在原动机和工作机之间设置了传动机构，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。

　　传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。

流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。

它包括液压传动、液力传动和气压传动。

　　液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。

液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。

由于液压传动有许多突出的优点，因此，它被广泛地应用于机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。

同时，也被应用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程技术领域。

第四节．液压传动的优缺点

　液压传动能得到如此迅速的发展和广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动、气压传动相比，具有以下优点：

　　1）单位功率的重量轻，即在输出同等功率的条件下，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、动态特性好等．如轴向柱塞泵的重量只是同功率直流发电机重量的10%～20%，前者的外形尺寸　

只有后者的12%～13%．

　　2）液压传动能方便地实现无级调速，并且调速范围大．

　　3）液压传动装置工作平稳、反应快、冲击小、能快速启动制动和频繁换向．

　　4）液压传动装置的控制、调节比较简单，操纵比较方便、

省力，易于实现自动化．当机、电、液配合使用时，易实现较复杂的自动工作循环．

　　5）液压传动易获得很大的力和转矩，可以使传动结构简单．

　　6）液压系统易于实现过载保护，同时，因采用油液作为传动介质，相对运动表面键能自行润滑，故元件的使用寿命长．

　　7）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便．液压元件排列布置以具有较大的机动性．

　　液压传动的主要缺点

　　1）液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用．

　　2）液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动．

　　3）液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性．因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难．

　　4）为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高，因此，液压元件的制造成本较高，而且对油液的污染比较敏感．

　　5）液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出更高的要求，即需要系统的掌握液压传动的理论知识，液压具有一定的实践经验．

　　6）随之，高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是需要解决的问题．

　　总而言之，液压传动的优点是突出的，随着科学技术的进步，液压传动的缺点将得到克服，液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量．

第五节、液压系统的应用领域

１、液压传动在机械行业中的应用：

机床工业——磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等

工程机械——挖掘机、装载机、推土机等

汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等

农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等

轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等

冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等

起重运输机械——起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等

矿山机械——开采机、提升机、液压支架等

建筑机械——打桩机、平地机等

船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等

铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等

２、静液压传动装置的应用

静液压传动由于具有无级变速，调速范围宽，可以实现恒扭或恒功率调速，容易实现电控等优点，在工程机械中具有良好的应用前景。

但是在铲土运输机械和起重机械中作为主要传动就用却很少，其主要问题是在于国内液压元件质量差，而国外的液压元件价格又太高，会造成主同成本过高。

90年代以来，国内已引进了德国林德公司静液压叉车，以及利勃海尔公司静液压推土机的装载机，但在国内市场所占份额很小。

从国内工程机械市场的实际出发，本文对静液压传动在国内的推广应用提出探讨性的意见如下：

（1）静液压传动叉车在发达国家已经被广泛采用，由于国内部分仓库、码头和工厂等使用部门对叉车的机动性能（尤其是低速性能）、噪声已经有较高的要求，因此这些部门正在成为国内静液压叉车用户。

国内叉车和液压元件生产企业应该看到静液压叉车的良好前景，联合研究开发适合我国国情的叉车静液压系统，提供能先进，工作可靠，价格适中的产品。

也可以采用与国际静液压元件制造公司联合开发的方式，加快开发的速度。

（2）中小型多功能工程机械由于具有挖掘，装载，叉车和起重等多功能，在发达国家已经得到了广泛的应用。

随着我国经济建设尤其是城市建设的发展，中小型多功能工程机械也将在我国推广应用，而它们无疑将首先采用静液压传动作为其主要传动装置。

国内工程机械企业应该看到中小型多功能工程机械的发前景，联合国内外静液压元件生产企业共同开展对它们的研究开发，以促进中小型多功能工程机械在我国的发展。

（3）在国内大型铲土运输和起重机械中，由于配套的静液压与电子控制元件的技术难度大，价格太高，在国内用户中难以接受。

因此，在我国暂时不宜将静液压传动研究开发的重点放在与大型铲土运输和起重机械配套上，而应将重点放在上述两类工程机械上。

第一章　选型计算　

第一节.计算工作负载

　　绘制动力滑台受力分析图

Ft

Fg

　　　　　　　　　Ff

　　v

Fs

动力滑台受力

（1）此工作负载即为切削阻力。

钻铸铁孔时其轴向切削阻力可用下列公式计算：

Fq=25.5DS0.8HB0.6（N）

式中

D—钻头直径，mm；

S—每转进给量，mm/r；

HB—铸铁硬度。

选择切削用量：

钻Ф13.9mm孔时，主轴转速n1=360rpm转，每转进给量S1=0.147mm/r；钻Ф8.5mm孔时，主轴转速n2=550转，每转进给量S2=0.096mm/r。

则

Fq=25.5DS0.8HB0.6（N）

=14×25.5DS0.8HB0.6+2×25.5DS0.8HB0.6

=14×25.5×0.50.8×16×2400.6+4×25.5×0.50.8×16×2400.6

=4137N

（2）计算摩擦负载

摩擦阻力取摩擦系数uj=0.2,动摩擦系数ud=0.1,则：

　静摩擦阻力

　动摩擦阻力

（3）惯性阻力

1）动力滑台快进时的惯性阻力F，动力滑台启动加速、反响加速好快退减速制动的加速度的绝对值相等，Δv=0.1m/s,Δt=0.2s,故惯性阻力为

F惯=G/g×Δv/×Δt=（9800/9.8×0.1/0.2）N=500N

2）动力滑台工进时的惯性阻力F'动力滑台由工进转换到制动是减速，取Δv=20×10-3m/s,Δt=0.2s,故惯性阻力为

F惯'=G/g×Δv/×Δt=（9800/9.8×20×10-3/0.2）N=100N

3）由于动力滑台为卧式放置，所以不考虑重力负载

4）密封阻力F计入液压缸机械效率ηcm,取ηcm=0.9.

5）背压力初算时不考虑。

6）计算工进速度

V2=n1s1=335/60×0.5=2.79mmm/s=2.79m/s

第二节.液压缸各阶段工作负载计算

1）启动

2）加速

3）快进

4）工进

5）快退

　　　　　　　　液压缸在各动作阶段的负载

工况

计算公式

液压缸负载F

（N）

液压缸驱动力

启　　动

4000

4444

加　　速

3020

3356

快　　进

2000

2222

工　　进

14000

15556

快　　退

2000

2222

制　　动

`

980

1089

计算快进、工进和快退时间

快进　　　

工进　　　

　　　快退　　

根据上述数据，绘制F-t、v-t图

　15556

4444

3356

2222

t1t2t3

0　　　

t

100

0.33~20

0t1t2t3

t

液压缸负载图和速度图

第三节.确定液压系统参数

（1）初选液压缸的工作压力关于组合机床液压系统的工作压力，一般为（30~50）×105pa,为防止钻通孔时动力猾台发生前冲，液压缸回油腔应有背压，初选液压缸工作压力Ｐ＝５mpa

（2）计算液压缸尺寸有效工作面积Ａ

　确定缸筒内径Ｄ、活塞直径d

按GB/T234８—1993取Ｄ＝100mm

　　d=0.71D=71mm,按GB/T2348—1993,取d＝７０mm

　液压缸尺寸取标准之后的有效工作面积：

无杆腔面积　

有杆腔面积

活塞杆面积

工进时，最低工进速度为

　最低稳定速度验算．最低速度为工进时v=168mm/min,工进采用无杆腔进油，单向行程调速，查得最小稳定流qmin=0.1L/min

A1≥qmin/vmin=0.1×106/50mm2≈595mm2

（3）计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力，功率列于下表中:

工　况　　　　　　　　　　　　

计算公式

F0

（N）

液压缸

P2×105（Pa）

P1×105（Pa）

qv×10-3（m3/s）

P

（W）

快进

起动

加速

快进

P1=F0/A8+ΔP2

qv=A8v1

P=p1qv

4444

3356

2222　　

ΔP2=0

ΔP2=5

ΔP1=5

22.6

22

16.3

0.2

（12L/min）

0.326×103

工进　

P1=F0/A1+ΔP2/2

qv=A1qv

P=p1qv

15556

6

43.3

0.077

（4.62L/min）

0.334×103

快

退

起动

加速

快退

制动

p1=F0/A1+2P2

qv=A2v1

P=p1qv

4444

3356

2222

1089

P2=0

5

23.6

27.8

21.8

15.8

0.19

（11.4L/min）

0.41×103

注：

去工进时的最大速度v2=20×10-3m/s.

（4）绘制液压缸的工况图　根据表可绘制液压缸的流量图、压力图和功率图

第四节．拟订液压系统原理图

（1）选择液压回路

1）调速方式　由工况图知，该液压系统功率小，工作负载变化小，可选用进油路节流调速．为防止工作读在突然小时（钻通孔）引起前冲现象，在回油路上加背压阀．

2）油路的循环形式　由于系统选用了节流调速方式，系统必然为开式循环系统．

3）液压汞型式的选择从工况图可以清楚的看出，系统工作循环主要由低压大流量个高压小流量两个阶段组成，而且是顺序进行的．但压力反馈式轴向柱塞汞价格昂贵，维修困难，所以选限压式变量叶片泵或双联叶片泵较适宜．两者的比较如下表所示．本列选用双联叶片泵。

双联定量叶片泵和限压式变量叶片泵的比较

双联定量叶片泵

限压式变量叶片泵

1..流量突变时，液压冲击取决于溢流阀的性能，一般冲击较小

1.流量突变时，定子反应滞后，液压冲击大

2.内部径向力平衡，压力平衡，燥声小，工作性能较好

2.内部径向力不平衡，轴承负载较大，压力波动及燥声较大，工作平稳性差

3.须配有溢流阀－卸载阀组，系统较复杂

3.系统较简单

4.有溢流损失，系统效率较低，温升较高

4.无溢流损失，系统效率较高，温升较低

（4）速度换接方式　因钻孔工序对位置精度及工作平稳性要求不高，故选用行程阀或电磁阀皆可，

　　综上所述，本系统的主要回路部分是进油路节流调速回路与差动回路作为快速回路。

（5）油源的选择　由上图可清楚的看到，其液压系统特点是快速时低压、大流量、时间短，工进时高压、小流量、时间长，故应采用双连片泵或限压式变量泵。

将两者进行比较并考虑本机床要求系统平稳、工作可靠，因而决定采用双联片泵．

液压缸工况图

a）流量图b）压力图c）功率图

（6）液压系统的组合在所选择基本回路的基础上，再综合考虑其他因素的影响和要求，便可组成完整的系统图。

初步必定液压系统图后，应检查其动作循环，并指定系统工作循环表

系统工作循环表

动作循环

电磁铁

1Y

2Y

行程阀

压力继电器

快进

　＋

　－

　/

　　　－

工进

　＋

　－

　压下

＋（工进终了）

快退

　－

　＋

　/

　　　－

停止（或中途停止）

　－

　－

　/

　　　－

第五节．液压元件选择及应注意的问题

（1）选择液压泵和电机

　1）确定液压泵的工作压力，由前面可知，液压泵在整个工作循环中的最大工作压力为40mpa,本系统采用调速阀进油节流调速，选取进油管压力损失为８×105Pa.由于采用压力继电器，溢流阀的调整压力一般应比系统最高压力大5×105Pa,故泵的最高工作压力为

这是小流量泵的最高工作压力（稳态），即溢流阀的调整工作压力．

液压泵的公称工作压力

　　Ｐr=1.25P1=1.25×53×105Pa=66×105Pa

大流量泵只在快速时向液压缸输油，由前面可只，液压缸快退时的工作压力比快进时大，这时压力油