1、第 2 頁 共 20 頁立式鉆床切削頭部液壓系統(tǒng)設計立式鉆床切削頭部液壓系統(tǒng)設計作者：xxx 指導老師：xxxxxxx大學工學院 11級機械設計制造及其自動化專業(yè)下載須知：本文檔是獨立自主完成的畢業(yè)設計，只可用于學習交流，不可用于商業(yè)活動。另外：有需要電子檔的同學可以加我2353118036，我保留著畢設的全套資料，旨在互相幫助，共同進步，建設社會主義和諧社會。摘要：液壓控制系統(tǒng)在組合機床中有著重要作用，日前，液壓系統(tǒng)被廣泛應用在機械、建筑等領域中，成為一種新的動力源。液壓系統(tǒng)由于其高精度的制造，配合以自動信號的控制，可以實現自如的換向。油液的循環(huán)利用，使得在環(huán)保上也有著積極的意義。對液壓控制

2、系統(tǒng)的設計也是進行組合機床設計的重要組成部分。做好對液壓控制系統(tǒng)的設計，有利于提升組合機床的總體性能，并使液壓動力元件有效可靠的運行。液壓系統(tǒng)設計是整個機械設計的一部分，它的任務是根據機器的用途、特點和要求、利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，在經過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數，然后按照這些參數來選用液壓元件的規(guī)格和進行系統(tǒng)的結構設計。本文以立式鉆床液壓控制系統(tǒng)為研究對象，通過對已有的目的參數進行計算。分析，設計出相應的液壓系統(tǒng)原理圖，再結合相應的流量載荷計算，查閱相應的手冊，選定各種液壓元件，設計完成，還需根據相應的公式進行校核，以完成液壓系統(tǒng)的設計。關鍵詞：液壓傳動，液壓元件

3、，回路分析第 20 頁 共 20 頁立式鉆床切削頭部液壓系統(tǒng)設計1 緒論當今世界，機械技術一日千里，為我們所處的時代加上了飛翔的翅膀，機械技術的產生和飛速發(fā)展改變了整個人類的生活和思維方式，為人類文明的進程作出了卓越的貢獻，液壓技術為機械行業(yè)做出了很大的貢獻。隨著機械行業(yè)的不斷發(fā)展，社會經濟的日新月異，特別是機械制造行業(yè)，汽車行業(yè)，建筑行業(yè)，電子行業(yè)等等，各個企業(yè)已普遍地使用到液壓系統(tǒng)，所以研究液壓控制系統(tǒng)和使液壓控制系統(tǒng)的使用效率提高、節(jié)能環(huán)保，有重大意義。液壓技術滲透到很多領域，不斷在民用工業(yè)、在機床、工程機械、冶金機械、塑料機械、農林機械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應用和發(fā)展，而且發(fā)展

4、成為包括傳動、控制和檢測在內的一門完整的自動化技術?，F今，采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。如發(fā)達國家生產的95%的工程機械、90%的數控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動技術。液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門新技術。自1795年制成第一臺水壓機起，液壓技術就進入了工程領域，1906年開始應用于國防戰(zhàn)備武器。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要發(fā)應快和精度高的自動控制系統(tǒng)，因而出現了液壓伺服系統(tǒng)。20世紀60年代以后，由于原子能、空間技術、大型船艦及計算機技術的發(fā)展，不斷地對液壓技術提出新的要求，液壓技術相應也得到了很大發(fā)展，滲透到國民經濟的各個領域中

5、。在工程機械、冶金、軍工、農機、汽車、輕紡、船舶、石油、航空、和機床工業(yè)中，液壓技術得到普遍應用。近年來液壓技術已廣泛應用于智能機器人、海洋開發(fā)、宇宙航行、地震預測及各種電液伺服系統(tǒng)，使液壓技術的應用提高到一個嶄新的高度。目前，液壓技術正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲和高度集成化等方向發(fā)展；同時，減小元件的重量和體積，提高元件壽命，研制新的傳動介質以及液壓傳動系統(tǒng)的計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化設計、微機控制等工作，也日益取得顯著成果。 解放前，我國經濟落后，液壓工業(yè)完全是空白。解放后，我國經濟獲得迅速發(fā)展，液壓工業(yè)也和其它工業(yè)一樣，發(fā)展很快。20世紀50年代就開始生產各種通用液壓元件

6、。當前，我國已生產出許多新型和自行設計的系列產品，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電液脈沖馬達以及其它新型液壓元件等。但由于過去基礎薄弱，所生產的液壓元件，在品種與質量等方面和國外先進水平相比，還存在一定差距，我國液壓技術也將獲得進一步發(fā)展，它在各個工業(yè)技術的發(fā)展，可以預見，液壓技術也將獲得進一步發(fā)展，它在各個工業(yè)部門中的用應，也將會越來越廣泛?，F代機械一般多是機械、電氣、液壓三者緊密聯系，結合的一個綜合體。液壓傳動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動系統(tǒng)的設計在現代機械的設計工作中占有重要的地位。2 設計要求一臺立式多軸鉆孔專用機床，鉆削頭部件的上、下運動采用液壓傳動，其工

7、作循環(huán)是：快速下降工作進給快速上升原位停止。為防止鉆削頭部件因自重下滑，裝有平衡重（設計時可不考慮重力的影響）。已知數據如下：最大鉆削力Fmax=25000N；鉆削頭部件質量m=255kg；快速下降行程s1=200mm,工作進給行程s2=50mm,快速上升行程s3=250mm;快速下降速度v1=75mm/s,工作進給速度v2<=1mm/s，快速上升速度v3=100mm/s，加、減速時間t<=0.2s；鉆削頭部件上下運動時，靜摩擦力為Ffs=1000N；動摩擦力Ffd=500N；液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件用液壓缸，且活塞桿固定。液壓缸采用V型密封圈密封，其機械效率cm=0.90。根據以上條

8、件繪制出液壓工作循環(huán)圖，如下 圖2.1 循環(huán)圖3 液壓系統(tǒng)工況分析3.1 負載分析由已知條件快速下降速度v1=75mm/s,工作進給速度v2=1mm/s，快速上升速度v3=100mm/s，加、減速時間=0.2s；鉆削頭部件上下運動時，靜摩擦力為Ffs=1000N；動摩擦力Ffd=500N其中慣性力的計算啟動時 Fa1=2m=2*255*=191.25N減速時 Fa2=2m=2*255*=188.7N 制動時 Fa3=2m=2*255*=2.55N反向啟動時 Fa4=2m=2*255*=255N反向制動時 Fa5=2m=2*255*=255N由此計算各階段的負載啟動時 FL1=Ffs+Fa1=1

9、000+191.25=1191.25N快速下降時 FL2=Ffd=500N減速時 FL3= Ffd- Fa2=500-188.7=311.3N工作進給時 FL4= Ffd+Fmax=500+25000=25500N制動時 FL5= Ffd- Fa3=500-2.55=497.45N反向啟動時 FL6= Ffs+Fa4=1000+255.5=1255.5N減速上升時 FL7=Ffd=500N反向制動時 FL8= Ffd- Fa5=500-255.5=244.5N其階段負載計算結果如下表階段負載啟動1191.25N快速下降500N減速311.3N工作進給25500N制動497.45N反向啟動125

10、5.5N快速上升500N反向制動244.5N表3.1 負載表3.2 運動分析由以上的速度圖，聯系物理學中的勻變速直線運動及勻速直線運動位移計算公式，容易計算出各個工作階段的行程，具體計算結果如下表工況速度行程計算公式計算結果啟動0V1v17.5快速下降V1s1- v1-v2184.9減速V1V2v1+v27.6工作進給V2s2-v249.9制動V20v20.1反向啟動0V3v310快速上升V3s3- v3249.1反向制動V30v310表3.2 行程表由以上的負載及運動分析，即可繪制組合工況圖： 圖 3.1 速度位移曲線圖圖3.2負載循環(huán)圖4 執(zhí)行元件參數確定4.1 選定工作壓力最大負載為25

11、500N,查表初選液壓缸工作壓力p=3.5MPa4.2 確定執(zhí)行元件結構參數液壓缸的有效工作面積A1=8095*10-6m2=8095mm2有 D=101.52mm，取標準值100mm由p=3.5MPa，查表得液壓缸的內徑和活塞桿徑d之比取 =0.5，即D=2d，得d=50mm故標準化后 A1=7854mm2 A2=5890mm2流量計算快進時 q1=A1*V1=7854*75mm3/s=589050mm3/s=35.343L/min工進時 q2=A1*V2=7854*1mm3/s=7854mm3/s=0.471L/min快退時 q3=A2*V3=5890*100mm3/s=589000mm3

12、/s=35.34L/min4.3 繪制液壓工況圖進油腔（工作腔）、回油腔的壓力快速下降和快速上升時，回油腔的壓力均為0，即P1=P3=0，工作進給時，由于回油路上的調速閥產生背壓，查表選定工進時回油腔的壓力為0.5MPa,即P2=0.05MPa計算工作腔的壓力快速下降時，由P1A1-P1A2=,其中負載F1=500N,帶入上式計算得P1=0.071MPa工作進給時，由P2A1-P2A2=,其中負載F2=25500N,帶入上式計算得P2=3.61MPa快速上升時，由P3A2-P3A1=,其中負載F3=500N,帶入上式計算得P3=0.094MPa計算輸出功率快速下降時，N1=P1Q1=0.042

13、kW工作進給時，N2=P2Q2=0.028kW快速上升時，N3=P3Q3=0.055kW將以上計算結果繪制成表，如下表工況負載（N）回油腔壓力P（MPa）進油腔壓力P（MPa）輸入流量Q（L/min）輸入功率N（kW）快速下降50000.07135.3430.042工作進給255000.53.610.4710.028快速上升50000.09435.340.055表4.1液壓缸工況表 將以上計算結果繪制成圖，即得液壓缸的工況圖，如下圖4.1 液壓工況圖5 計算和選擇液壓元件5.1 選擇液壓泵由以上的p-t線圖可得最大的工作壓力為3.61MPa，查表，取進油回路上的總壓力損失為0.5MPa，則液壓

14、泵的最大工作壓力Pp=3.61+0.5=4.11MPa由以上的Q-t線圖可得最大的流量為35.343L/min，查表取K=1.1，則液壓泵的額定流量Q=1.1*35.343=38.877L/min計算公稱工作壓力，選擇液壓泵液壓泵的公稱工作壓力Pr=Pp*1.25=5.13MPa查液壓手冊，選擇YBN40-JB型限壓式變量泵，40系列，調壓范圍為2-7MPa，驅動功率2.86kW。5.2 電機的選擇液壓泵在實際工作過程中，其壓力和流量往往大于額定的數值，我們只需計算出其最大值。一般液壓系統(tǒng)中液壓泵所需的功率最大值發(fā)生在最大的轉速下，由此，P=3.25kW其中Pp為泵的最大工作壓力 Q為泵的流量

15、 為泵的總效率由此，查相關電機樣本，選擇Y112-2電動機，其為Y系列，額定功率4kW。5.3 其他液壓元件的選擇各類元件均根據其流量及工作壓力選定濾油器的流量為35.343L/min，查液壓手冊，選擇WU-H63*100SP型網式濾油器，通徑為20mm，壓力32MPa，流量63L/min。限壓式變量葉片泵選擇YBN40N-JB型，選擇過程如上述。單向閥的流量為35.34L/min，查液壓手冊，選擇S10P1型單向閥，其通徑10mm，最大工作壓力31.5MPa，連接形式為板式（代號P），閥的開啟壓力為0.05MPa（代號為1）。二位二通的流量為35.34L/min，查液壓手冊，選擇22C63B

16、H型二位二通。三位四通的流量為35.343L/min,查液壓手冊，選擇4WE10E2X型三位四通濕式電磁換向閥，通徑為10mm，2X系列，A/B/P口的最大工作壓力為32MPa，T口的最大工作壓力為16MPa，最大流量100L/min。調速閥的流量為0.471L/min，查液壓手冊，選擇2FRM102X/B型調速閥，最大流量10L/min，通徑10mm，3X系列。液壓缸的設計過程見上。各液壓元件的選擇如下表所示液壓元件型號濾油器WU-H63*100SP限壓式變量泵YBN40N-JB單向閥S10P1三位四通4WE10E2X二位二通22C63BH調速閥2FRM102X/B液壓缸自行設計 表5.1

17、液壓元件表油管的選擇元件之間的連接管道按元件接口尺寸決定。液壓泵選定之后，需重新計算液壓缸工作各階段的進、回油流量。工況快進工進快退輸入流量(L/min)Q1= =155.47Q1=0.471Q1=Qp=38.877排出流量(L/min)Q2= =116.59Q2= = =0.353Q2= =51.84 表5.2 流量計算表油箱的選擇油箱容量按液壓泵的流量計算，取=7。V=Qp=7×38.877=272.139L故就近取標準值300L6 擬定液壓系統(tǒng)原理圖6.1 回路方案確定6.1.1調速回路快速上升及快速下降均可有簡單回路直接完成，但工作進給時，回油路上必須有背壓，因此即可設計在回

18、油路上添加一個調速閥，如下圖6.1 調速回路設計圖6.1.2 速度切換回路由上述的調速回路只考慮了工作進給時候的回油路背壓，但是在快速下降及快速上升時，為使速度達到要求，回油路上不能使用背壓，由此考慮在主油路上添加三位四通方向控制閥，在回油路上并聯一個二位二通行程控制閥，以此來控制此油路的開通與閉合。如下圖所示圖6.2 速度切換回路設計圖上圖中，當工作進給狀態(tài)轉換至快速上升狀態(tài)時，除三位四通需要切換外，還需要對二位二通進行切換，為簡化操作過程，再二位二通上并聯一個單向閥，下降階段時單向閥關閉，上升階段時，單向閥自動打開，此時，油液只經過單向閥流至有桿腔。除簡化操作外，添加單向閥亦可避免油液經過

19、二位二通的右位，承受壓力損失。添加單向閥后，即可得到最終的液壓原理圖。如下圖所示圖 6.3 液壓系統(tǒng)回路設計圖6.2液壓回路分析電磁鐵的電磁動作順序表如下 電磁鐵動作順序1YA2YA3YA快速下降-+工作給進-+-快速上升+-停 止-表6.1 電磁鐵動作順序表液壓油路分析快進： 進油：油液從油箱經過濾油器油泵三位四通右位進入無桿腔 回油：無桿腔經過二位二通左位三位四通右位流回油箱工進： 進油：油液從油箱經過濾油器油泵三位四通右位進入無桿腔 回油：油液從無桿腔經過調速閥三位四通右位流回油箱?？焱耍?進油：油液從油箱經過濾油器油泵三位四通左位單向閥 進入有桿腔 回油：油液從無桿腔經過三位四通左位流

20、回油箱。停止時，三位四通處于中位，二位二通處于右位，泵直接卸荷。7 液壓系統(tǒng)的性能驗算7.1 液壓系統(tǒng)的壓力損失驗算由于液壓系統(tǒng)的管道布置長度均為確定，目前僅對液壓元件進行估算油液流經各液壓元件的壓力損失如下表所示元件pn(×105Pa)元件pn(×105Pa)單向閥0.30.5調速閥3換向閥1.53行程閥1.52表 7.1 元件壓力損失表7.1.1 快進由圖可知。進油路上有電磁換向閥,其流量為155.47L/min，其進油路總壓力損失為pv=0.5()2=0.472 MPa回油路上單向閥的流量為22L/min，電磁換向閥的流量均為116.59L/min，計算出有桿腔與無桿

21、腔壓力之差p=p2-p1=0.5()2+0.2()2 =0.289MPa7.1.2 工進工進時，油液在進油路上通過電液換向閥的流量為0.471L/min；油液在回路上通過換向閥的流量是0.353L/min，在調速閥處的壓力損失為0.5MPa，折算到進油路上因閥類元件造成的總壓力損失為：pv=0.5()2+0.5()2+0.5 =0.375 MPa液壓缸回油腔的壓力p2為p2=0.5()2+0.5=0.374 MPa7.1.3快退快退時，進油路上進油路上單向閥的流量為22L/min，電磁換向閥的流量均為38.877L/min。油液在回油路上通過換向閥流量為51.84 L/min。進油路的總損失為

22、pv1=0.5()2+0.2()2=0.108 MPa回油路總壓力損失為pv2=0.5()2 =0.052 MPa所以，快退階段，液壓泵的工作壓力Pp為Pp=P1+pv1+pv2=0.094+0.108+0.052=0.254 MPa 超過此壓力時，液壓泵應卸荷7.2 溫升計算由于工進的過程在整個工作工程中占百分之九十以上，故以工進時的消耗功率計算溫升。工進時液壓缸的有效功率為Pe=Fv2=0.025kw液壓泵輸入功率PpPp=PQ=0.0283 kw發(fā)熱功率P= Pp- Pe=0.0283-0.0255=0.003 kw油箱散熱面積 A=0.065=0.065=337.7dm2=3.377m

23、2溫升T=103=0.2C此系統(tǒng)中，工進時的流量較低，故造成的溫升很低，不用設計冷卻裝置結論通過這次對立式組合機床的液壓控制系統(tǒng)的設計讓我收獲了很多，在液壓系統(tǒng)中加入了電氣控制提高了動力滑臺的速度調整范圍，工作適應范圍更廣，提高了工作效率和經濟效率。融合液壓和電氣控制的系統(tǒng)，更適應設備發(fā)展的潮流，提高了機床的自動控制程度，使機床控制靈活，性能穩(wěn)定，故障減少，維修調試方便。 目前，在實際生產過程中，由于液壓系統(tǒng)能提供較大的驅動力，且運動傳遞平衡、均勻、可靠及控制方便，被廣泛應用于機床設備中。通過實踐證明，本文介紹的立式組合機床液壓及其控制系統(tǒng)的設計方法，簡單易行，可靠性高，對其他具有液壓控制的機

24、床設備具有一定的參考價值。致謝四年的大學生涯即將結束，而作為大學四年最后一門課程畢業(yè)設計也順利的結束了。液壓的課程設計內容在平時的課程里不作為重點，歷時兩個月的畢業(yè)設計并不輕松，經歷著一次次修改、思考、在修改的過程后，我們學習到了很多的東西。在此，我要感謝所有在本次畢業(yè)設計及論文寫作過程中幫助過我的人，這其中有著在圖書館查閱資料時熱心的圖書館阿姨，也有在設計中給予幫助的老師和同學，沒有他們的幫助，就沒有這篇論文的順利成稿。在此，我要特別感謝我的畢業(yè)設計指導老師劉微老師，在我寫論文的過程中不厭其煩的指導我，及時準確的糾正了我在初稿中的計算及設計上的錯誤，并在我的圖書館參考資料查閱上也給了一定的指

25、導，這些幫助在本次論文的制作過程中都是十分重要的。同時，也很感謝一起寫論文的同學們，在制圖及設計遇到困難的時候，提供了很多的幫助，他們的熱情幫助，都是我在本次論文制作中最大的動力！請允許我在此向所以在本次論文制作過程中幫助過我的老師、同學們表示最誠摯的感謝。參考文獻1. 明仁雄主編.液壓傳動與氣壓傳動. 北京：國防工業(yè)出版社，20032. 雷天覺主編.新編液壓工程手冊. 北京：北京理工大學出版社，19983. 路甬祥主編.液壓氣動技術手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，20024. 成大先主編.機械設計手冊.單行本.液壓傳動. 北京：化學工業(yè)出版社，20045. 朱梅，朱光力主編.液壓與氣動技術.

26、西安：電子科技大學出版社，20046. 陳啟松主編.液壓傳動與控制手冊. 上海：上海科學出版社，20067. 姜佩東主編.液壓與氣動技術. 北京：高等教育出版社，20068. 左健民主編.液壓與氣動傳動. 北京：機械工業(yè)出版社，20009. 周士昌主編.液壓系統(tǒng)設計圖集. 北京：機械工業(yè)出版社，2003Title Vertical drilling machine cutting head hydraulic system designAbstractHydraulic control system plays an important role in the modular machine

27、tool, a few days ago, the hydraulic system is widely used in machinery, construction and other fields, has become a new source of power. Hydraulic system because of its high precision manufacturing, cooperate with automatic control signal, we can achieve at the reversing. Oil recycling, and has a positive significance in environmental protection.The design of the hydraulic control system is an important part of modular machine tool design. Do a good job in the design of the hydraulic control system, which is beneficial to improve the overall