150t四柱液压机液压系统.docx

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150t四柱液压机液压系统

1绪论

本设计的内容是150T四柱液压机液压系统设计。

液压技术是机械设备中广泛采用的技术方式。

该技术采用液体作为工作介质，通过动力组件将机械能转换为液体的压力能，在通过管道、控制组件，借助执行组件将压力能转换为机械能，驱动负载实现运动，完成所需动作。

液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，液压传动系统有液压泵、阀、执行器及辅助件等液压组件组成。

液压传动原理是把液压泵或原动机的机械能变为液压能，然后通过控制、液压阀和液压执行器，把液压能转变为机械能，以驱动工作机构完成所需的各种动作。

液压传动技术是机械设备中发展速度最快的技术之一，其发展速度仅次于电子技术，特别是近年来液压与微电子、计算机技术相结合，使液压技术的发展进入了一个新的阶段。

从70年代开始，电子学和计算机进入液压技术领域，并获得了重大的效益。

例如在产品设计、制造和测试方面，通过利用计算机辅助设计进行液压系统和组件的设计计算、性能仿真、自动绘图以及资料的采取和处理，可提高液压产品的质量、降低成本并大大提高交货周期。

总之，液压技术在与微电子技术紧密结合后，在微电脑或微处理器的控制下，可以进一步拓宽它的应用领域，使得液压传动技术发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各个方面都得到了应用。

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体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得到了广泛的应用。

例如磨床、车床、铣床、钻床以及组合机床等的进给装置多采用液压传动，它可以在较大范围内进行无级调速，有良好的换向性能，并易实现自动工作循环。

组合机床是由具有一定功能的通用部件（动力箱、滑台、支承件、运输部件等）和专用部件（夹具、多轴箱）组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得到了广泛的应用。

叠加阀是在60年代由美国双A公司等较早开发的，但品种规格少，且都以小通经为主。

叠加阀组成的液压系统优点很多，如结构紧凑、体积小、标准化等，因此，近年来叠加阀产品系列不断增多，其应用领域逐渐扩大。

当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大进展；在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有很多新成就，采用液压传动的程度现已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。

随着机械制造行业在国民经济中地位的提高，液压技术的应用范围也越来越广泛，对其性能也提出了更高的要求，决定了它在技术方面的革新已迫在眉睫。

由于实践经验的欠缺和知识的局限性，设计中存在不少缺点和错误之处，敬请评阅老师批评指正。

2150T四柱液压机液压系统设计

2.1液压系统的设计要求

本系统设计为立式布置，拟采用液压驱动；工件采用机械方式夹紧。

课题所设计的液压系统是150T四柱液压机液压系统，主要是完成系统原理图和该系统主要零件的结构及有关设计计算。

液压泵及叠加式液压组件的选用，液压缸采用双作用液压缸，液压缸作为液压系统的执行组件安装在机床的床身上，与液压供油装置分开布置，避开两者之间形成振动干涉。

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）采用叠加阀液压组件；

2.1.2工作环境和工作条件

本课题所设计液压机在普通车间使用，工作环境要求不高，对环境温度、湿度、尘埃情况没有特殊的要求，液压系统的安装必须稳定，避免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、经济性没有特殊要求，但必须符合一般的普遍设计原则：

重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用维护方便。

根据设计任务书要求选择叠加阀系列液压组件。

2.2液压系统工况分析，确定主要参数

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性，确定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，回程速度等等一些具体的系统主参数。

2.2.1分析液压系统工况[3]

工况分析是确定液压系统主要参数的基本依据，包括液压执行组件的动力分析和运动分析。

阻力负载：

Fr=

式中：

Fr——摩擦力；

U——摩擦系数；

Fn——工作压力

惯性负载：

Fm=

式中：

Fm——惯性力；

G——活塞杆的自身重力；

g——重力加速度，取9.8m/s2

△v——快进速度；

△t——快进时间。

运动部件质量为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：

2.摩擦负载静摩擦阻力：

动摩擦阻力：

3.惯性负载

自重：

4.液压缸在各工作阶段的负载值：

其中：

——液压缸的机械效率，一般取=0.9-0.97。

工况

负载组成

推力F/

2.2.2负载图和速度图的绘制：

负载图按上面的数值绘制，速度图按给定条件绘制，如图：

2.2.2确定液压缸的主要参数[5]

1）初选液压缸的工作压力

根据计算得出各阶段负载值的最大值，并参考同类机床，取液

2）计算液压缸的主要结构参数

最大负载为工进阶段负载F=111547N，求得：

活塞腔工作时D=（2-1）

2.2.3确定液压缸的主要参数[5]

1）初选液压缸的工作压力

按液压机床类型初选液压缸的工作压力为25Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。

快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无杆腔工作面积应为有杆腔工作面积的6倍，即活塞杆直径与缸筒直径满足的关系。

快进时，液压缸回油路上必须具有背压,防止上压板由于自重而自动下滑，根据《液压系统设计简明手册》表2-2中，可取=1Mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取,快退时，回油腔是有背压的，这时亦按2Mpa来估算。

2）计算液压缸的主要结构参数

最大负载为工进阶段负载F=11641766.67N，求得：

活塞腔工作时D=

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。

ηcm---液压缸的机械效率，一般取ηcm=0.95.活塞腔工作时D=

即D=0.2904m

因该设计对活塞往复运动的速度比无要求时,

在这里取.

根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）确定活塞杆的最大行程

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

液压缸的流量通过工作速度和液压缸的内径来确定。

液压缸的工作速度为V1=0.01m/s,回程速度为V2=0.06m/s.

①工作快速空程时所需流量

液压缸的容积效率，取

②工作缸压制时所需流量

③工作缸回程时所需流量

针对同零件的具体加工要求，系统的流量可以通过控制元件调速阀来调节大小。

3液压传动系统原理的拟定

液压传动系统的草图是从液压系统的工作原理和结构组成上来具体体现设计任务所提出的各项要求，它包括三项内容：

确定液压系统传动系统的类型、选择液压回路和组成液压系统。

确定液压传动系统的类型就是根据课题提供的要求下，参照立式组合机床液压系统的具体特点，选择适合的系统类型。

选择液压回路就是在根据课题提供的要求和液压传动系统具体运动特点，选择适合本课题的液压回路。

组成液压系统就是在确定各个液压回路的基础上，将各个液压回路综合在一起，根据课题的实际要求，对液压系统草图进行适当的调整和改进，最终形成一个合理有效、符合课题设计要求的液压传动系统原理图。

3.1确定液压传动系统的类型[6]

液压传动系统的类型究竟采用开式还是采用闭式，主要取决于它的调速方式和散热要求。

一般的设计，凡具备较大的空间可以存放油箱且不另设置热装置的系统，要求尽可能简单的系统，或采用节流调速或容积---节流调速的系统，都宜采用开式。

在开式回路中，液压泵从油箱吸油，把压力油输入送给执行元件，执行元件排出的油则直接流回油箱。

开式回路结构简单，油液能得到较好的冷却，但油箱的尺寸大，空气和赃物易进入回路凡容许采用辅助泵进行补油并通过换油来达到冷却目的的系统，对工作稳定和效率有较高的系统，或采用容积调速的系统都宜采用闭式。

在闭式回路中，液压泵的排油管直接与执行元件的进油管相通，执行元件的回油管直接与液压泵的吸油管，两者形成封闭的环状回路。

闭式回路的特点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，液压元件显著减少，液压系统简单，用油不多而且动作迅速，但是闭式回路也有其特点，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而且系统要增设补，排油装置，成本较高，故应用还不普遍。

本课题设计的液压传动系统类型采用开式液压系统，系统的结构简单。

3.2液压回路的选择[1]

液压机械的液压系统虽然越来越复杂，但是一个复杂的液压系统往往是由一些基本回路组成的。

液压基本回路就是由有关液压元件组成，能够完成某一特定功能的基本回路。

在本设计中采用5种回路，分别为调压回路、调速回路、平衡回路、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，使它不超过某一预先调定好的数值，或使工作机构在运动过程中的各个阶段具有不同的工作压力。

调压控制回路包括连续调压回路、多级调压回路、恒压控制回路等。

液压源工作压力级的多少，压力在调节、控制或切换方式上的差异，是这种回路出现多种结构方案的原因，也是对它进行评比、选择时要考虑的因素。

该设计选择溢流阀单极调压回路，溢流阀开启压力可通过调压弹簧调定，如果调定溢流阀调压弹簧的顶压缩量，便可设定供油压力的最高值，系统的实际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。

图示油路可靠，价格便宜。

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、液压泵和执行元件等组成。

它通过改变调速阀的通流面积来控制和调节进入或流出执行元件的流量，从而达到调速的目的。

这种调速回路具有结构简单、工作可靠、成本低、使用维护方便、调速范围大等优点。

用流量控制阀实现速度控制的回路有三种基本方式，节流调速回路分为进口节流调速回路、出口节流调速回路、旁通节流调速回路等。

本设计选用单向进油节流调速回路。

用溢流阀和串联在执行元件进油路上的调速阀调节流入执行元件的油液流量，从而控制执行元件的速度。

基本回路如下图所示：

图3.2调速回路

3）平衡回路

平衡回路的功用在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落。

下图是一种使用单向顺序阀的平衡回路。

由图可见，当换向阀左位接入回路使活塞下行时，回路油上存在着一定的背压：

只要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部件，活塞就可以平稳的下落。

当换向阀处在中位时，活塞就停止运动，不在继续下移。

这种回路在活塞下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部件会因单项顺序阀和换向阀的泄漏而缓慢下落；因此它只使用于工作部件重量不大、活塞锁住时定位要求不高的场合。

综上所述此回路适用于本次设计要求。

图3.3平衡回路

4）换向回路

往