液壓系統(tǒng)設計論文

河南農業(yè)職業(yè)學院畢 業(yè) 論 文液壓系統(tǒng)的設計院 系： 河南農業(yè)職業(yè)學院機電工程系 專 業(yè)： 機械制造及自動化 姓 名： 楊 文 軍 學 號： 080207010122 指導老師： 馬 永 杰 2010 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）任務書填表時間： 年 月 日（自己填表，日期寫開學的第一次上課時間）學生姓名楊文軍專業(yè)班級機械制造與自動化08-1班指導教師馬永杰題目液壓系統(tǒng)的設計主要研究目標(或研究內容)液壓系統(tǒng)的設計課題要求、主要任務及數(shù)量（指圖紙規(guī)格、張數(shù)，說明書頁數(shù)、論文字數(shù)等）任務：該系統(tǒng)的工作循環(huán)要求為：快進 工進 快退 停止。已知：最大切削力Fw=12 000，運動部件自重Fg=10 000；工作臺快進、快退速度相等，v1=0.1m/s；工作進給速度范圍為310-4510-4m/s；快進的行程為L1=400mm；工作行程長度為L2=10mm。導軌為平導軌，其靜摩擦系數(shù)為fs=0.2，動摩擦系數(shù)為fd=0.1，往復運動的加速、減速時間t=0.2s。該系統(tǒng)采用液壓與電氣配合，實現(xiàn)自動工作循環(huán)控制。設計進度安排畢業(yè)設計工作進度計劃：1. 2010年9月7日接受任務2. 2010年11月2日上交初稿指導教師簽字： 教研室主任簽字： 年 月 日摘要主要闡述了組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)，能實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快速前進工作進給快速退回原位停止，液壓技術是機械設備中發(fā)展速度最快的技術之一。特別是近年可與微電子、計算機技術相結合、使液壓技術進入了一個新的發(fā)展階段，液壓元器件制造技術的進一步提高，使液壓技術不僅在作為一種基本的傳統(tǒng)形式上占有重要地位而且以優(yōu)良的靜態(tài)、動態(tài)性能成為一種重要的控制手段。面對我國經(jīng)濟近年來的快速發(fā)展，機械制造工業(yè)的壯大，在國民經(jīng)濟中占重要地位的制造業(yè)領域得以健康快速的發(fā)展。制造裝備的改進，使得作為制造工業(yè)重要設備的各類機加工工藝裝備也有了許多新的變化，尤其是孔加工，其在今天的液壓系統(tǒng)的地位越來越重要。本液壓系統(tǒng)的設計，除了滿足主機在動作和性能方面規(guī)定的要求外，還必須符合體積小、重量輕、成本低、效率高、機構簡單、工作可靠、使用和維修方便等一些公認的普通設計原則。液壓系統(tǒng)的設計主要是根據(jù)已知的條件，來確定液壓工作方案、液壓流量、壓力和液壓泵及其它元件的設計。完成整個設計過程需要進行一系列艱巨的工作。設計者首先應樹立正確的設計思想，努力掌握先進的科學技術知識和科學的辯證的思想方法。同時，還要堅持理論聯(lián)系實際，并在實踐中不斷總結和積累設計經(jīng)驗，向有關領域的科技工作者和從事生產實踐的工作者學習，不斷發(fā)展和創(chuàng)新，才能較好地完成機械設計任務。關鍵詞：組合機床 液壓系統(tǒng) 液壓缸 液壓泵換向閥目 錄任務書摘要第1章 液壓傳動的發(fā)展概況和應用11.1液壓傳動的發(fā)展概況11.2液壓傳動的特點及在機械行業(yè)中的應用2第2章 液壓傳動的工作原理和組成32.1工作原理32.2液壓系統(tǒng)的基本組成3第3章 液壓系統(tǒng)工況分析53.1運動分析、負載分析、負載計算53.2液壓缸的確定6第4章 擬定液壓系統(tǒng)圖84.1選擇液壓泵型式和液壓回路84.2選擇液壓回路和液壓系統(tǒng)的合成8第5章 液壓元件的選擇115.1選擇液壓泵和電機115.2輔助元件的選擇125.3確定管道尺寸125.4確定油箱容積12第6章 液壓系統(tǒng)的性能驗算136.1管路系統(tǒng)壓力損失驗算136.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算13注意事項15致謝16參考文獻17附表18第1液壓傳動的發(fā)展概況和應用1.1液壓傳動的發(fā)展概況液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理發(fā)展起來的一門新興技術，是工農業(yè)生產中廣為應用的一門技術。當今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。20世紀50年代我國的液壓工業(yè)才開始，液壓元件初用于鍛壓和機床設備上。六十年代有了進一步的發(fā)展，滲透到了各個工業(yè)部門，在工程機械、冶金、機床、汽車等工業(yè)中得到廣泛的應用。如今的液壓系統(tǒng)技術向著高壓、高速、高效率、高集成等方向發(fā)展。同時，新元件的應用、計算機的仿真和優(yōu)化等工作，也取得了卓有的成效。工程機械主要的配套件有動力元件、傳動元件、液壓元件及電器元件等。內燃式柴油發(fā)動機是目前工程機械動力元件基本上都采用的；傳動分為機械傳動、液力機械傳動等。液力機械傳動時現(xiàn)在最普遍使用的。液壓元件主要有泵、缸、密封件和液壓附件等。當前，我國的液壓件也已從低壓到高壓形成系列。我國機械工業(yè)引進并吸收新技術的基礎上，進行研究，獲得了符合國際標準的液壓產品。并進一步的優(yōu)化自己的產業(yè)結構，得到性能更好符合國際標準的產品。國外的工程機械主要配套件的特點是生產歷史悠久、技術成熟、生產集中度高、品牌效應突出。主機和配套件是互相影響、互相促進的。當下，國外工程機械配套件的發(fā)展形勢較好。最近，這些年國外的工程機械有一種趨勢，就是：主機的制造企業(yè)逐步向組裝企業(yè)方向發(fā)展，配套件由供應商提供。美國的凱斯、卡特彼勒，瑞典的沃爾沃等是世界上實力最強的主機制造企業(yè)，其配套件的配套能力也是非常強的，數(shù)量上也是逐年大幅的增長，配套件主由零部件制造企業(yè)來提供。在科技大爆炸的今天，計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術等現(xiàn)代信息技術對人類的生產生活產生了前所未有的影響。這也為今后制造業(yè)的發(fā)展，設計方法與制造技術模式的改變指明了方向，為數(shù)字化的設計資源與制造資源的遠程共享，提高產品效率奠定了基礎。目前，在液壓領域中，特別是中小企業(yè)在進行液壓傳動系統(tǒng)的設計時，存在零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠程設計服務可以解決這些問題。1.2液壓傳動的特點及在機械行業(yè)中的應用1、液壓傳動的優(yōu)點：（1）單位功率的重量輕，即在相同功率輸出的條件下，體積小、重量輕、慣性小、結構緊湊、動態(tài)特性好。（2）可實現(xiàn)較大范圍的無級調速。（3）工作平穩(wěn)、沖擊小、能快速的啟動、制動和頻繁換向。（4）獲得很大的力和轉矩容易。（5）操作方便，調節(jié)簡單，易于實現(xiàn)自動化。（6）易于實現(xiàn)過載保護，安全性好。（7）液壓元件以實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，便于液壓系統(tǒng)的設計、制造和使用。2、液壓系統(tǒng)的缺點：（1）液壓系統(tǒng)中存在著泄漏、油液的可壓縮性等，這些都影響運動的傳遞的準確性，不宜用于對傳動比要求精確地場合。（2）液壓油對溫度敏感，因此它的性能會隨溫度的變化而改變。因此，不宜用于問短變化范圍大的場合。（3）工作過程中存在多的能量損失，液壓傳動的效率不高，不宜用于遠距離傳送。（4）液壓元件的制造精度要求較高，制造成本大，故液壓系統(tǒng)的故障較難診斷排除。3液壓系統(tǒng)在機械行業(yè)中的應用：工程機械裝載機、推土機等。汽車工業(yè)平板車、高空作業(yè)等。機床工業(yè)車床銑、床刨、床磨等。冶金機械軋鋼機控制系統(tǒng)、電爐控制系統(tǒng)等。起重運輸機械起重機、裝卸機械等。鑄造機械加料機、壓鑄機等。第2章 液壓傳動的工作原理和組成液壓傳動是以液體為工作介質來傳遞動力（能量）的，它又分為液壓傳動和液力傳動兩種形式。液壓傳動中心戶要是以液體壓力能來進行傳遞動力的，液力傳動主要是以液體動能來傳遞動力。液壓系統(tǒng)是利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，g經(jīng)各種控制閥、管路和液壓執(zhí)行元件將液體的壓力能轉換成為機械能，來驅動工作機構，實現(xiàn)直線往復運動和會回轉運動。油箱液壓泵溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸及連接這些元件的油管、接頭等組成了驅動機床工作臺的液壓系統(tǒng)。2.1工作原理液油在電動機驅動液壓泵的作用下經(jīng)濾油器從油箱中被吸出，加油后的液油由泵的進油口輸入管路。再經(jīng)開停閥節(jié)流閥換向閥進入液壓缸，推動活塞而使工作臺左右移動。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。節(jié)流閥用來調節(jié)工作臺的移動速度。調大節(jié)流閥，進入液壓缸的油量增多，工作臺的移動速度就增大；調小節(jié)流閥，進入液壓缸的油量就減少，工作臺的移動速度減少。故速度是由油量決定的，液壓系統(tǒng)的原理圖見圖2。2.2液壓系統(tǒng)的基本組成（1）動力元件：液壓缸將原動機輸入的機械能轉換為壓力能，向系統(tǒng)提供壓力介質。（2）執(zhí)行元件：液壓缸直線運動，輸出力、位移；液壓馬達回轉運動，輸出轉矩轉速。執(zhí)行元件是將介質的壓力能轉換為機械能的能量輸出裝置。（3）控制元件：壓力、方向、流量控制的元件。用來控制液壓系統(tǒng)所需的壓力、流量、方向和工作性能，以保證執(zhí)行元件實現(xiàn)各種不同的工作要求。（4）輔助元件：油箱、管路、壓力表等。它們對保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定工作具有非常重要的作用。（5）工作介質：液壓油。是傳遞能量的介質。第3章 液壓系統(tǒng)工況分析3.1運動分析、負載分析、負載計算繪制動力滑臺的工作循環(huán)圖，如圖1-1（a）所示。（a）圖表 1 (b) (c)快進工進快退3.2液壓缸的確定3.2.1液壓缸工作負載的計算（1）工作負載： （2）摩擦阻力：靜摩擦阻力動摩擦阻力（3）慣性阻力動力滑臺起動加速，反向起動加速和快退減速制動的加速度的絕對值相等，即v=0.1m/s，t=0.2m/s,故慣性阻力為：根據(jù)以上的計算，可得到液壓缸各階段的各各動作負載，見表1所示，并繪制負載循環(huán)圖，如圖1-c所示。表1液壓缸各階段工作負載計算工況計算公式液壓缸負載/N液壓缸推力F/N起動2 0002 222加速1 5001 667快進1 0001 111工進F= +13 00014 444反向起動F =2 0002 222加速F = +1 5001 667快退F =1 0001 111制動F =500556注：液壓缸的機械效率取=0.93.2.2 確定缸的內徑和活塞桿的直徑參見課本資料，初選液壓缸的工作壓力為p1=25105 Pa。液壓缸的面積由A=計算，按機床要求選用A1=2A2 的差動連接液壓缸，液壓缸回油腔的被壓取，并初步選定快進、快退時回油壓力損失。液壓缸的內徑為：圓整取標準直徑D=95mm，為實現(xiàn)快進與快退速度相等，采用液壓缸差動連接，則d=0.707D，即d=0.70795=67.165mm，圓整取標準直徑d=71mm。液壓缸實際有效面積計算無桿腔面積有桿腔面積3.2.3計算液壓缸在工作循環(huán)中各個階段的壓力、流量和功率的實際值結果見表3所示。表3液壓缸各工況所需壓力、流量和功率工況負載F/N回油腔壓力p2 (p2)/ (105 Pa)進油腔壓力p1/(105 Pa)輸入流量q/(L/min)輸入功率P/kW計算公式快進啟動2 2225.6_p1=(F+p2 A2)/(A1 -A2)q=(A1 -A2)v1P=p1 q10-3加速1 6678.4_快速1 11123.723.70.33工進14 44423.10.20.0077p1=(F+p2 A2)/ A1q= A1v2P= p1q10-3快退啟動2 2227.1_p1=(F+p2 A1)/ A1q= A2v2P=p1q10-3加速1 66721.1_快退1 11119.40.0750.024制動55617.6_第4章 擬定液壓系統(tǒng)圖4.1選擇液壓泵型式和液壓回路由工況圖可知，系統(tǒng)循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量兩個階段順序組成。從提高系統(tǒng)的效率考慮，選用限壓式變量葉片泵或雙聯(lián)葉片泵較好。將兩者進行比較（見表2）故選用雙聯(lián)葉片泵較好。表2雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵1流量突變時，液壓沖擊取決于溢流閥的性能，一般沖擊較小1流量突變時，定子反應滯后，液壓沖擊大2內部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲小，工作性能較好。2內部徑向力不平衡，軸承較大，壓力波動及噪聲較大，工作平衡性差3須配有溢流閥、卸載閥組，系統(tǒng)較復雜3系統(tǒng)較簡單4有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較高4無溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升較低4.2選擇液壓回路和液壓系統(tǒng)的合成1、（1）調速回路的選擇由工況圖可知，該液壓系統(tǒng)功率較小，工作負載變化不大，故可選用節(jié)流調速方式。由于鉆孔屬連續(xù)切削且是正負載，故采用進口節(jié)流調速較好。為防止工件鉆通時工作負載突然消失而引起前沖現(xiàn)象，在回油路上加背壓閥（見圖3-a）。（2）快速運動回路與速度換接回路的選擇采用液壓缸差動連接實現(xiàn)了快進和快退速度相等。在快進轉工進是，系統(tǒng)流量變化較大，故選用行程閥，使其速度換接平穩(wěn)。從工進轉快退時，回路中通過的流量很大，為保證換向平穩(wěn)，選用電液換向閥的換接回路，換向閥為三位五通閥（見圖3-b）。（3）壓力控制回路的選擇由于采用雙泵供油，故用液控順序閥實現(xiàn)低壓大流量泵的卸荷，用溢流閥調整高壓小流量泵的供油壓力。為方便觀察壓力，在液壓泵的出口處，背壓閥和液壓缸無桿腔進口處設置測壓點（見圖3-c）。2、液壓系統(tǒng)的合成在選定的基本回路的基礎上，綜合考慮多種因素得到完整的液壓系統(tǒng)，如圖 所示。（1）在液壓換向回路中串入一個單向閥6，將工進時的進油路、回油路隔斷?？山鉀Q滑臺工進時進油路、回油路連通而無壓力的問題。（2）在回油路上串入一個液控順序閥7，以防止油液在快進階段返回油箱，可解決滑臺快速前進時，回油路接通油箱而液壓缸無差動連接問題。（3）在電液換向閥的出口處增設一個單向閥13，可防止機床停止時系統(tǒng)中的油液流回油箱，引起空氣進入系統(tǒng)影響滑臺運動 平穩(wěn)性的問題。（4）在調速閥出口處增設一個壓力繼電器，可使系統(tǒng)自動發(fā)出快速退回信號。（5）設置一個多點壓力計開關口12，可方便觀察和調整系統(tǒng)壓力。電磁鐵和行程閥動作順序見表4電磁鐵和行程閥動作順序表4工況 元件1YA2YA行程閥壓力繼電器快進+-工進+-+快退-+-停止-圖3 a雙聯(lián)葉片泵 b三位五通電液換向閥 c用行程閥控制的換接回路第5章 液壓元件的選擇5.1選擇液壓泵和電機5.1.1確定液壓泵的工作壓力、流量（1）液壓泵的工作壓力已確定液壓缸的最大工作壓力為2.5 MPa。在調速閥進口節(jié)流調速回路中，工進是進油管路較復雜，取進油路上的壓力損失30105 Pa,則小流量泵的最高工作壓力為P=(25+30)105 Pa =55105 Pa 。 大流量液壓泵只在快速時向液壓缸供油，由工況圖可知，液壓缸快退時的進油路比較簡單，取其壓力損失為 4105 Pa，則大流量泵的最高工作壓力為Pp2=(19.4105+4105) =23.5105 Pa。（2）液壓泵的流量由工況圖可知，進入液壓缸的最大流量在快進時，其值為 23.7L/min ，最小流量在快退時，其值為0.075 L/min，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù)k=1.2，則液壓泵最大流量為=1.223.7 L/min=28.44 L/min 由于溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3 L/min，工進時的流量為0.2 L/min，所以小流量泵的流量最小應為3.2 L/min。5.1.2液壓泵的確定根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，查閱產品目錄，選用相近規(guī)格YYB-AA36/6B型雙聯(lián)葉片泵。 液壓泵電動機功率為：由工況圖可知，液壓缸的最大輸出功率出現(xiàn)在快進工況，其值為 0.33kW。此時，泵的輸出壓力應為=8.4105 Pa ，流量為=(36+6) L/min= 42L/min 。取泵的總效率p= 0.75 ，則電動機所需功率計算為/ 有上述計算，可選額定功率為1.1kW的標準型號的電動機。5.2輔助元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過閥的實際流量就可選擇各個閥類元件和輔助元件，其型號可查閱有關液壓手冊。液壓泵選定后，液壓缸在各個階段的進出流量與原定值不同，需重新計算，見表5。表5快進工進快退輸入流量/（L/min）排出流量/（L/min）運動速度/（L/min）5.3確定管道尺寸由于本液壓系統(tǒng)的液壓缸為差動連接時，油管通油量較大，其實際流量q約為75.28L/min=1.25510-3 m3/s，取允許流速v=3m/s。主壓力油管根據(jù)公式計算：d=圓整后取d=20mm。5.4確定油箱容積按經(jīng)驗公式V=(57)，選取油箱容積為:第6章 液壓系統(tǒng)的性能驗6.1管路系統(tǒng)壓力損失驗算 由于有同類型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，故一般不必驗算壓力損失值。下面以工進時的管路壓力損失為例計算如下：已知：進油管、回油管長約為l=5m，油管內徑d=20mm，壓力有的密度為9000kg/ m3，工作溫度下的運動粘度=46 m3s。選用LHM32全損耗系統(tǒng)用油，考慮最低溫度為15，右路總的局部阻力系數(shù)為=7.2。6.1.1判斷液流類型利用下式計算出雷諾數(shù)為層流。6.1.2沿程壓力損失利用公式分別算出進、回油壓力損失，然后相加即得到總的沿程損失。沿程壓力損失P1=75590004646/1304202=0.058Mpa 局部壓力損失工進時總的沿程損失為6.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算 本機床的工作時間主要是工進工況，為簡化計算，主要考慮工進時的發(fā)熱故按工進工況驗算系統(tǒng)溫升。 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量:H= P1(1-)=0.33(1-0.90.75)KW=0.11KW散熱量: K取145當系統(tǒng)達到熱平衡時 即H=H0=14.5最高溫度為t+15=44<100,故不需采用相應的散熱措施。注意事項（1）使用者應明白液壓系統(tǒng)的工作原理，熟悉各種操作和調整手柄的位置及旋向等。（2）開車前應檢查系統(tǒng)上各調整手柄、手輪是否被無關人員動過，電氣開關和行程開關的位置是否正常，主機上工具的安裝是否正確和牢固等，再對導軌和活塞桿的外露部分進行擦拭，而后才可開車。 （3）開車時，首先啟動控制油路的液壓泵，無專用的控制油路液壓泵時，可直接啟動主液壓泵。（4）液壓油要定期檢查更換，對于新投入使用的液壓設備，使用3 個月左右即應清洗油箱，更換新油。以后每隔半年至1 年進行清洗和換油一次。 （5）工作中應隨時注意油液，正常工作時，油箱中油液溫度應不超過60。油溫過高應設法冷卻，并使用粘度較高的液壓油。溫度過低時，應進行預熱，或在運轉前進行間歇運轉，使油溫逐步升高后，再進入正式工作運轉狀態(tài)。 （6）檢查油面，保證系統(tǒng)有足夠的油量。 （7）有排氣裝置的系統(tǒng)應進行排氣，無排氣裝置的系統(tǒng)應往復運轉多次，使之自然排出氣體。 （8）油箱應加蓋密封，油箱上面的通氣孔處應設置空氣過濾器，防止污物和水分的侵入。加油時應進行過濾，使油液清潔。 （9）系統(tǒng)中應根據(jù)需要配置粗、精過濾器，對過濾器應經(jīng)常地檢查、清洗和更換。（10）對壓力控制元件的調整，一般首先調整系統(tǒng)壓力控制閥-溢流閥，從壓力為零時開調，逐步提高壓力，使之達到規(guī)定壓力值；然后依次調整各回路的壓力控制閥。主油路液壓泵的安全溢流閥的調整壓力一般要大于執(zhí)行元件所需工作壓力的10%-25%?？焖龠\動液壓泵的壓力閥，其調整壓力一般大于所需壓力10%-20%。如果用卸荷壓力供給控制油路和潤滑油路時，壓力應保持在0.3-0.6MPa范圍內。壓力繼電器的調整壓力一般應低于供油壓力0.3-0.5MPa。（11）流量控制閥要從小流量調到大流量，并且應逐步調整。同步運動執(zhí)行元件的流量控制閥應同時調整，要保證運動的平穩(wěn)性。致謝經(jīng)過近兩個月的緊張努力，我如愿的完成了設計的任務。通過本次的學習，收獲甚是豐富。不僅培養(yǎng)了對設計工程的設計能力，還為以后的工作打下基礎，不斷積累經(jīng)驗和提高自身的技能。懂得了只有把從課本中學到的理論知識和中和設計資料的綜合利用，才可以在設計過程中少犯錯誤。畢業(yè)設計綜合的考核了設計者的專業(yè)知識、搜集信息及整合的能力。自己的論文雖不是最佳的，但自己還是滿意的，應該給自己以肯定的態(tài)度。畢業(yè)設計，可視為一次任務，也可看成是對自身的檢測。畢業(yè)設計總避免不了一些不足，還請閱批者多給予批評和建議。最后，真誠的感謝輔導老師對我的指導和幫助。因存在著這樣或那樣的問題，設計書中難免會有疏漏和欠缺的地方，懇請老師批評指正，以便在今后的工作和學習中不犯同樣或類似的錯誤。參考文獻1張勤 徐鋼濤主編.液壓與氣壓傳動技術M.北京：高等教育出版社.20092李立斌主編.工程力學M.北京.機械工業(yè)出版社：20083徐鋼濤主編.機械設計基礎M.北京.高等教育出版社：20074吳宗澤 羅圣國主編.機械設計課程設計手冊M.北京：高教出版社.20065周文森主編. 簡明電工手冊M.北京：機械工業(yè)出版社.19946徐灝 邱宣懷 蔡春源主編.機械設計手冊.第一二三四卷M.北京：機械設計工業(yè)出版社.1991附表 圖表2 液壓系統(tǒng)的原理圖