例子 液压传动课程设计---专用钻床液压系统

题    目   砖床液压设计     、

学    院   机电学院        、

专    业   机电一体化      、

班    级    10级专一班     、

学    号   100621028       、

姓    名   湛毅            、

指导老师   肖   寿   仁    、

起讫时间   2012/6/4         、

目录

摘要…………………………………………………………2

前言…………………………………………………………

设计正文

一、液压系统设计的目的、要求和题目………………

（一）设计的题目……………………………………………

（二）设计的目的……………………………………………

(三) 设计的要求……………………………………………

二、钻床的工作循环图集原始数据………………………

    （一）题目分析………………………………………………

    （二）工况分析、绘制工况图………………………………

三、拟定液压系统原理图…………………………………

（一）拟定液压系统原理图…………………………………

（二）绘制电磁铁动作循环表………………………………

四、计算和选择液压元件……………………………………

（一）选择液压泵……………………………………………

（二）选择控制阀……………………………………………

五、设计小结…………………………………………………

致谢……………………………………………………………

参考文献………………………………………………………

附录……………………………………………………………

摘要

本设计在分析了钻床技术要求的基础上,根据立式钻床的特点和要求，进行它的液压系统设计，重点介绍这种钻床的液压系统工作原理、液压系统的设计、阀块块设计和油箱及液压泵站的设计。该液压系统性能良好,工作稳定。

本次设计的题目是钻床液压系统的设计,设计时考虑的功能比较齐全。由于本系统的压力小(3MPa),流量小,普通的滑阀就能满足其要求。

钻床液压泵站是近年来发展起来的设备，自动化程度较高。本文先对钻床液压系统的要求进行了阐述，并对设计要求和设计步骤进行了说明。主要是对阀，泵，马达和缸的选取，油箱，阀块及阀组的设计，系统的性能较核与验算为主。并且对本液压系统的保养与维护有着详细的说明和要求。

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。

关键词：液压系统；液压技术；液压泵站

前言

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。

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。

随着我国基本建设规模的快速发展，各类土建工程对质量、工期、工艺、安全、成本及社会效益的要求越来越高，从而有力地推动了与之相关的国内工程机械市场的快速发展。

一、液压系统设计的题目、目的和要求

（一）题目：

设计一台专用砖床液压系统（见图K—1）。此系统应能完成快进—一工进给—快速退回—原位停止的工作循环。设计的原始数据如下：最大轴向钻削力12000N，动力滑台自重20000N，快速进给行程S1=100  mm，工作进给行程S2=50 mm，快进和快退速度vmax=0.1m/s，加、减速时间Δt≤0.2s，

工作进给速度要求无极调速,v2=0.85~16.5mm/s，动力滑台喂平导轨，水平放置，摩察系数fd=0.1，fs=0.2（期中fd是动摩擦因数，fs是静摩擦因数）。

要求完成以下工作：

1.进给工况分析，绘制工况图；

2.拟定液压系统原理图，绘制电磁铁动作循环表；

3.计算液压系统，选择标准液压元件。

图K-1

（二）目的：

液压传动课程作业是本课程的一个综合实践教学环节，通过该教学环节，要求达到以下三个目的：

1.巩固和深化医学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤；

2.能正确合理地确定执行元件，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路组合成满足基本性能要求的、高效率的液压系统；

3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。

（三）要求：

1.设计时必须从实际出发，总和考虑实用性、经济性、安全性及操作方便和结构简单。多设想几个方案进行分析对比后确定最理想的一个；

2.完成作业。设计时可以参考同类机械，但必须在深入理解和消化后借鉴，不要简单地抄袭；

3.在完成课程作业的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路几典型液压系统的实例，积极思考，认真完成，不要直接向教师索取答案；

4.在完成课程作业的过程中，希望大家注意深化和扩大自己的知识面，培养的工作能力，使自己解决工程问题的能力有所提高。

二、钻床的工作循环图及原始数据

（一）题目分析：

1.目的：

熟悉题目，并参考相关机械资料进一步理解题目。

2.要求

1阅读题目和相关机械资料；

2解答两个问题；

3填写原始数据表。

3.内容

主教材组合机床液压系统。

【问题1】题目中的专用钻床完成直线往复运动，执行元件采用液压缸为宜。

【问题2】画出专用钻床的工作循环图几填写原始数据。

图K-2

原始数据：

最大轴向钻削力Fmax=12000N

动力滑台自重G=20000N

表K—1

动摩擦系数fd=0.1

静摩擦系数fs=0.2

（二）工况分析、绘制工况图：

    1.运动分析

表K-2

表K-2工况一栏中分补个阶段，其中三个主要工作阶段是快进、工进、快退，五个过度阶段是启动、减制动、反向启动、反向制动。

图K-3   专用钻床的速度-位移曲线

2.液压系统负载

①.计算工作负载

      工作负载极为切削阻力，由设计内容直接得到总轴向切削力即工作负载Fq=12000N。

②.计算摩擦负载

       静摩擦阻力   Ffj=fjG=0.2×20000=4000N

       动摩擦阻力   Ffd=fdG=0.1×20000=2000N

③.计算惯性负载

       Fg=G／g·Δv／Δt

表K-3

Fa1=G/g*（|v2-v1|/Δt）=85.2 N

Fa2=G/g*（|0-v1|/Δt）=16.8 N

Fa3=G/g*（|v3-0|/Δt）=1020 N

表K-4

图K-4   专用钻床负载循环图

3.确定液压缸尺寸

我选用单节活塞杆液压缸，考虑到专用钻床在工进阶段时，需要较低的稳定速度和较大的钻削力，而单节活塞最易满足。又因为该机要求快进速度较高，且快进和快退时的速度相等，所以取液压缸的无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积两倍的液压缸差动连接。

主教材中三、执行元件主要参数的确定。

确定液压缸工作压力：（3~5）MPa

P=4 MPa

计算液压缸活塞的有效工作面积：

FL=Fmax+Ffd=12000+2000=1400 N,   ηcm=0.9，  A1=2A2

Pb=（5~15）×105 Pa=10×105 Pa

其中Pb是背压，表示液压系统回油路上的压力，在计算活塞有效面积时，就是液压缸回油腔的压力。背压可以改善液压缸运动的平稳性。ηcm是液压缸的机械效率，是由液压缸运动密封处摩擦阻力决定的，马擦阻力越大ηcm越小，反之越大。

FL的值可以从表K-4或专用钻床负载循环图中可以查到，取最大值。

4.根据最低速度要求验算活塞有效面积：

A1≥Qmin/vmin=24.24cm2

Qmin=30~50cm3/min=51cm/min

（注：验算后取上两式A1计算结果最大值）

计算活塞直径：

按液压缸内径系列（JB2348-80）标准选取液压杠杆直径：

D=80 mm

计算活塞杆直径：

按活塞杆外径系列（JB2348-80）标准选取活塞杆外径：

d=56 mm

计算液压缸实际有效面积：

5.绘制液压缸工况图：

表K-5

图K-5   庄园钻床液压缸工况图

三、拟定液压系统原理图，绘制电磁铁动作循环表

（一）拟定液压系统原理图：

进一步选择液压缸：

图K-6   液压缸

1.上图液压缸工作部件的结构采用了活塞杆固定，缸筒与主机固结合在一起做直线往复运动。

2.进出穿过活塞杆，可以直接使用硬管余液压泵站连接。

选择调速滑和速度切换回路：

用上图液压缸和一个单向行程调速阀（或一个单向阀、一个调速阀和一个两位二通常开行程阀）、一个压力继电器组成调速和速度切换回路。图如下： 

图K-10

注解：由图K-5专用钻床液压缸工况图得知，系统功率小，工进速度较低，可选择进口节流调速；又考虑工进时速度不受钻削力的影响，使其保持稳定，故采用调速阀进行调速；考虑快进转工进时有较好的平稳性，故采用行程换向阀；而工进转快退则采用压力继电器来实现。

选择快速运动回路：

将上图加画一个三位五通Y型电磁阀（）、一个单向阀和一个液控循序阀，增添一个快速运动回路。然后再添加加画一个背压阀，使工进时回油路上具有背压。图如下：

图K-11

选择能源：

用一个单向阀、一个液压循序阀、一个溢流阀和两个定量泵（或一个双联泵）组成一个双泵供油系统。图如下：

图K-12

注解：由p-t曲线和Q-t曲线得知，系统工作循环主要有低压大流量和高压小流量两个阶段组成，而且交替进行。其中最大流量与最小流量相差不多，却小流量（即工进时的流量）的时间较长，所以从节能和提高系统效率出发，采用双泵供油系统。如果不采用双泵，可以用变量泵。

分析图K-7中专用钻床液压系统的工作原理：

图K-7  专用钻床液压系统原理图

快进：

进油路：泵1→单向阀4→三位五通电磁阀10右位→单向行程调速阀11中的行程阀→液压缸无杆腔。

         泵2→单向阀5→单向阀4→三位五通电磁阀10右位→单向行程调速阀11中的行程阀→液压缸无杆腔。

回油路：液压杆有杆腔→三位五通电磁阀10右位→单向阀9→单向行程调速阀11中的行程阀→液压缸无杆腔。

工进：

进油路：泵1→单向阀4→三位五通电磁阀10右位→单向行程调速阀11中的行程阀→液压缸无杆腔；

        或者： 泵1→溢流阀→3油箱。

        泵2→液控顺序阀6→油箱。

回油路：液压缸有杆腔→三位五通电磁阀10左位→液控顺序阀8→背压阀7→油箱。

        泵2→液控顺序阀6→油箱。

快退：

进油路：泵1→单向阀4→三位五通电磁阀10左位→液压缸有杆腔。

泵2→单向阀5→单向阀4→三位五通电磁阀10左位→液压缸有杆腔。

回油路：液压缸无杆腔→单向行程调速阀11中的单向阀→三位五通电磁阀10左位→油箱。

（二）绘制电磁铁动作循环表

表K-6

（一）选择液压泵

1.计算液压泵的工作压力：

工进况：

快进退：

其中：ps1是在工进工况下求出，ps2是在快进或快退工况下求出的，p1、p2可以从表K-5或p-t曲线中查到。

      ΣΔp是系统油液流经逛到和各种阀压力损失的总和，ΣΔp1是小泵的，ΣΔp1是大泵的。ΣΔ选的大些，因为小泵单独向液压缸供油时，系统处于工进阶段。此时调速阀参加工作，它的压力损失比其它阀都大：另外，当工进完毕转到快退时，是由压力继电器实现的，所以还要考虑压力继电器调整压力高出系统最大工作压力的值。而大泵供油时，系统处于快进或快退阶段，不存在以上两个问题，因此ΣΔp2选的小些。

2.计算液压泵的流量：

其中：K=1.1~1.3，取K=1.2

Qmax可以从表K-5或图K-5中的Q-t曲线中查到，此时系统处于快进（或快退）工作阶段，Qmax=（A1-A2）vmax=（A1-A2）v1或Qmax=A2v。

Qp1 表示小泵的流量；K是考虑到系数泄露的保险系数；Q工是工进时液压缸所需要的最大流量；3L/min是工进时溢流阀打开最小稳定流量。

3.选择液压泵规格：

pr是液压泵的额定压力，表示根据泵的实验结果而推荐的课连续使用的最高压力，它反映了泵的工作能力。大泵和小泵的pr值是不同，由于大泵是在快进（或是快退）时向液压缸供油，此时p2低，所以p1也低；反之小泵是在工进时向液压缸供油，此时p1高，所以p2也高；在选择泵的规格时，如果选用双联泵，那么只能选一个值，计算时pr取小泵的值；如果选用两个泵，一本也选用一个pr，计算时，ps也取小泵的值，两泵分别去pr也可以。

表K-7

从计算电动机功率得知，ps和Qp应取如下值：

表K-8

1.计算通过阀的最大流量：

表K-9

2.确定油箱容量：

表K-10

在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！

另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够地完成一个课程设计，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结课的时候，能够将学到的只是应用到实践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了思考的能力。

感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意。

感谢寝室里的舍友，是你们三年来对我的关照使我的拥有一个良好的学习环境是我能专心学习生活。

最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。

参考文