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1、课题名称 组合机床的液压系统设计 摘要液压系统通常都是由液压元件（包括能源元件、执行元件、限制元件、协助元件）和工作介质两大部分组成。而本文对液压系统设计中进行了系统的分析、系统图的拟定、元件的选择以及系统的性能验算等一系列的设计。利用CAD软件绘出了液压缸简图及运动循环图，在负载分析中进行了液压缸的外部负载计算计算。确定了液压系统的主要参数以及液压元件的选择，还进行了性能验算。而本文着重在液压系统图，先画出了各液压回图，然后合成液压系统图，在合成液压系统时有相应的比较，选择更符合的液压系统图。液压系统是依据这样的工作循环工作的：定位夹紧快进工进止挡块停留快退原位停止松开拔销。关键字：液压系统
2、；CAD；负载；液压回路目 录1 液压系统的背景及发展11.1 液压系统的背景11.2 液压系统的发展11.2.1 国外液压系统的发展12 液压系统设计的概述22.1 液压系统的组成与表示22.1.1 液压系统的组成22.1.2 液压系统的表示32.2 液压系统的原理及分类32.2.1 液压系统的原理32.2.2 液压系统的分类32.3 液压传动的优缺点42.3.1 液压传动的优点42.3.2 液压传动的缺点43 液压系统的工况分析53.1 负载分析的计算53.1.1 液压缸的外部负载计算63.2 运动分析74 确定液压系统的主要参数84.1 确定液压缸的工作压力84.2 确定缸筒内径D，活塞
3、杆直径d84.3 液压缸实际有效面积85 液压系统图的拟定105.1 制定液压回路方案105.2 拟定液压系统图135.2.1 液压系统图的比较135.2.2 钻孔的组合机床液压系统图156 元件选择186.1 选择液压泵196.1.1 液压泵的最高工作压力196.1.2 液压泵的最大流量196.2 选择电机206.3 液压限制阀的选择217 液压系统性能验算237.1 液压系统压力损失验算237.2 估算液压系统的效率、发热和温升25结 论27致 谢28参 考 文 献291 液压系统的背景及发展1.1 液压系统的背景液压技术作为实现现代传动与限制的关键基础技术之一，已成为工业机械、工程建设机
4、械及国际尖端产品不行缺少的重要技术基础，是它们向自动化、高精度、高效率、高速度、小型化、轻量化方向发展的关键技术。世界工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业，其发展速度远高于机械工业的发展速度。液压元件及其限制已发展成为综合的液压工程技术。液压技术的应用也在不断地向其他领域拓展，几乎囊括了国民经济的各个部门：从机械加工及装配线到材料压延和塑性成型设备；从材料及构件试验机到电液仿真试验台；从建筑机械及工程机械到农业环境爱护设备；从电力、煤炭等能源机械到石油自然气的探采及各类化工设备。液压传动与限制已成为现代机械工程的基本要素和工程限制的关键技术之一。1.2 液压系统的发展1.2.1 国外液压
5、系统的发展在流体产品领域内，目前世界上最大的流体产品(主要是液压件、密封件及液压附件等)制造企业，美国的派克(Parket)公司，成立于1918年，也有近100年历史，可以供应品种齐全的、高技术水平的液压件、密封件及全部的液压附件。目前世界上最大的用于静液压系统的变量液压元件制造企业，德国的博士力士乐公司，已有200多年的历史，从1953年起先全面制造液压元件，也有50年以上历史。其最具特色的产品是用于静液压传动的变量系统液压元件，无论是斜盘式或斜轴式，闭式(泵控)或开式(阀控)系统液压元件品种都特别齐全，能为各种须要静液压系统元件的工程机械整个系统成套配套。还有世界上最大的传动部件制造企业，
6、德国的ZF公司，成立于1915年，也有近100年历史，能为各种工程机械供应品种齐全的传动部件。2 液压系统设计的概述2.1 液压系统的组成与表示2.1.1 液压系统的组成12 液压系统通常都是由液压元件（包括能源元件、执行元件、限制元件、协助元件）和工作介质两大部分组成，各部分的功用如表2-1所列。表2-1 液压系统的组成部分和功用组成部分功用液压元件能源元件液压泵及其驱动原动机将原动机产生的机械能转变为液体的压力能执行元件液压缸、液压马达和摇摆液压马达将液体的压力能转变为机械能，用以驱动工作机构的负载做功限制元件压力、流量、方向限制阀及其他限制元件限制调整液压系统中从泵到执行器的油液压力、流
7、量和方向协助元件油箱、管件、过滤器等用来存放、供应和回收液压介质，实现液压元件之间的连接及传输能液压介质工作介质液压油或其他合成液体作为系统的载能介质，在传递能量的同时并起润滑冷却的作用 由于液压元件多数已实现了通用化、系列化和标准化，从而为液压系统的设计、制造和运用维护以及缩短机器设备的设计制造周期、降低制造成本供应了有利条件。2.1.2 液压系统的表示液压系统的组成、工作原理、功能、工作循环及限制方式等，通常是利用标准图形符号绘制成的液压系统原理在图进行表示。在此种表示法中，图形符号仅表示组成系统的各液压元件的功能、操作（限制）方法及外部连接口，并不表示液压元件的详细结构、性能参数、连接口
8、的实际位置及元件的安装位置。2.2 液压系统的原理及分类2.2.1 液压系统的原理 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。 2.2.2 液压系统的分类液压系统是以压力液体作为工作介质，将动力元件、执行元件、限制元件、协助元件依据主机的功能要求，进行组合而形成的能够完成肯定动作和运动要求的系统。按常规的分类方法，液压系统有以下几种类型 （1）开式循环系统和闭式循环系统 在开式循环系统中，执行元件的开、停和换向是由换向阀操纵来实现的。开式循环系统的优点是结
9、构简洁，散热条件好，维护便利；缺点是油液与空气接触机会多，简洁受到污染。在闭式循环系统中，要设置协助泵或补油油箱用来补偿的泄漏，对系统进行热交换和排出系统运行中产生的杂质。闭式循环系统一般用在容积调速中，它的优点是结构紧凑，效率高，传动平稳性好，油液不易受到污染，但散热和沉淀杂质条件差，因此系统必需增加冷却或过滤装置。 （2）单泵系统和多泵系统单泵系统指由一个液压泵向一个或一组执行元件供油的液压系统。单泵系统的特点是结构简洁、成本低，但由于各个执行元件要求的压力和流量不同，原动机的功率难以得到充分的利用。 多泵系统指采纳两台以上的液压系统供油，各泵可以单独驱动一个执行机构，也可以多泵合流驱动一
10、个执行机构，以提高执行机构的速度，还可以实现复合动作。多泵系统比单泵系统功率利用率高，缺点是造价高。 采纳变量元件的液压系统成为变量系统。如恒功率变量系统能使原动机的功率利用充分，可以得到较为志向的特性。2.3 液压传动的优缺点2.3.1 液压传动的优点 （1）在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率的状况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。液压马达的体积重量只有同等功率电动机的12%左右。 （2）液压执行装置的工作比较平稳。由于液压执行装置重量轻、惯性小、反应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达到每分钟5
11、00次，实现往复直线运动时可达每分钟1000次。 （3）液压传动可在大范围内实现无级调速（调速比可达1：2000），并可在液压装置运行的过程中进行调速。 （4）液压传动简洁实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流淌方向进行限制或调整，操纵很便利。当液压限制和电气限制或气动限制结合运用时，能实现较困难的依次动作和远程限制。 （5）液压装置易于实现过载爱护且液压件能自行润滑，因此运用寿命长。2.3.2 液压传动的缺点 （1）液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不行避开地要有泄漏，同时，液体又不是肯定不行压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采纳，例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。 （
12、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）液压传动对油温的改变比较敏感，油温改变会影响运动的稳定性。因此，在低温柔高温条件下，采纳液压传动有肯定的困难。 （4）为了削减泄露，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，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，因此对修理人员提出了更高的要求，既要系统地驾驭液压传动的理论学问，又要有肯定的实践阅历。 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。3 液压系统的工
13、况分析123 负载分析和运动分析统称为液压系统的工程分析，它是确定液压系统主要参数的基本依据。工程分析就是分析每个液压执行元件在各自工作循环中的负载和速度随时间的改变规律，并用负载循环图和运动循环图加以表示，以便了解运动过程的本质。 液压动力滑台是利用液压缸将泵站所供应的液压能转变成滑台动力所需的机械能。它对液压系统性能的主要要求是速度换接平稳，进给速度稳定，功率利用合理，效率高，发热少。 技术要求：自动线上的一台多轴钻孔组合机床的动力滑台为卧式布置（导轨为水平导轨，）假设运动部件重力G=9000N，其静、动摩擦因数0.2，=0.1，=0.1m/s，0.8810-3m/s。拟采纳液压缸驱动，要
14、求的工作循环时：定位夹紧快进工进止挡块停留快退原位停止松开拔销。3.1 负载分析的计算液压执行元件的外负载包括工作负载、摩擦负载和惯性负载三类。其中工作负载有阻力负载和超越负载；摩擦负载是指液压执行元件驱动工作机构时所要克服的机械摩擦阻力负载，它又有静摩擦负载和动摩擦负载两种；惯性负载是由于速度改变产生的负载。执行元件的负载大小可由主机规格确定，也可用试验方法或理论分析计算得到。一般的组合机床液压系统图中液压缸有水平（X轴和Y轴）和垂直的放置，但本课题的探讨的是多轴钻孔组合机床的动力滑台卧式布置，因为是卧式的所以只探讨水平的，而因为液压缸在水平方向时，X轴和Y轴的分析状况一样，所以下面就探讨液压缸为X轴方向的状况。3.1.1 液压缸的外部负载计算 图3-1所示为液压缸计算简图，有关参数标注在图中。其中F为作用于活塞杆上的外部负载，Fm为液压缸密封处的内部密封阻力，Fn工作负载在导轨上的垂直分力，A1是液压缸无杆腔有效面积，A2是液压缸有杆腔的有效面积，P1是液压缸无杆腔压力，P2是液压腔有杆腔压力。图3-1 液压缸计算简图 （1） 工作负载Fe 液压缸的常见工作负载有重力、切削力、挤压力等。阻力负载为正，超越负载为负,已知工作负载。（已知Fe=30000N) （2） 机械摩擦负载Ff 对于机床而言，即导轨的摩擦阻力。 此处分析采纳平导轨，平导轨的摩擦阻力因导轨
