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1、摘要 液壓傳動是用液體作為來傳遞能量的，液壓傳動有以下優(yōu)點：易于獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實現(xiàn)往復運動，易于實現(xiàn)較大范圍的無級變速，傳遞運動平穩(wěn)，可實現(xiàn)快速而且無沖擊，與機械傳動相比易于布局和操縱，易于防止過載事故，自動潤滑、元件壽命較長，易于實現(xiàn)標準化、系列化。 液壓傳動的基本目的就是用液壓介質來傳遞能量，而液壓介質的能量是由其所具有的壓力及力流量來表現(xiàn)的。而所有的基本回路的作用就是控制液壓介質的壓力和流量，因此液壓基本回路的作用就是三個方面：控制壓力、控制流量的大小、控制流動的方向。所以基本回路可以按照這三方面的作用而分成三大類：壓力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。

2、 第一章 液壓傳動設計任務 1.1設計任務 設計一臺專用銑床，工作臺要求完成快進—工作進給—快退—停止的自動工作循環(huán)。銑床上工作臺重量4000N，工件及家具重量1500N，銑削阻力最大為9000N,工作臺快進、快退速度為4.4m/min,工作進給熟讀為0.06—1m/min,往復運動加、減速時間為0.05s,工作臺采用平導軌，靜動摩擦分別為=0.2,=0.1,工作臺快進行程為0.3m.，工進行程為0.1m,,試設計該機床的液壓系統(tǒng)。 1.2 設計目的 液壓傳動課程設計是本課程的一個綜合實踐性教學環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的; （1） 鞏固和深化已

3、學知識，掌握液壓系統(tǒng)設計計算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學生工程設計能力和綜合分析問題、解決問題能力； （2）正確合理地確定執(zhí)行機構，選用標準液壓元件；能熟練地運用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)； （3）熟悉并會運用有關的國家標準、行業(yè)標準、設計手冊和產(chǎn)品樣本等技術資料。對學生在計算、制圖、運用設計資料以及經(jīng)驗估算、考慮技術決策、CAD技術等方面的基本技能進行一次訓練，以提高這些技能的水平。 第二章 負載與運動分析 (1)工作負載 對于金屬切削機床液壓系統(tǒng)來說，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負載 即: Ft=21000N (2)慣性負載 已知啟動換向時間為0

4、.05s，工作臺最大移動速度，即快進、快退速度為4.2m/min，因此慣性負載可表示為 ( 3)阻力負載 導軌的正壓力等于動力部件的重力，設導軌的靜摩擦力為，則 靜摩擦阻力 動摩擦阻力 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導軌摩擦力的影響，并設液壓缸的機械效率=0.9，根據(jù)上述負載力計算結果，可得出液壓缸在各個工況下所受到的負載力和液壓缸所需推力情況，如表1所示。 表1 液壓

5、缸在各工作階段負載表（單位：N） 工況 負載組成 負載值F 推力F/ 起動 2000 2222.22 加速 1350 1500 快進 1000 1111.11 工進 22000 24444.44 快退 1000 1111.11 第三章 負載圖和速度圖的繪制 根據(jù)負載計算結果和已知的幾個階段的速度，可繪制出工作循環(huán)圖如圖1（a）所示，已知快進和快退速度，快進行程l1=100mm工進行程l2=20mm、快退行程l3=l1+l2=120mm，工進速度。 快進、工進和快退的時間可由下式分析求出。 快進 ：

6、 工進 ： 快退 ： 根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)繪制組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)繪制負載圖（F-t）如圖1(b),速度循環(huán)圖（v-t）如圖1(c)所示。 圖1 速度負載循環(huán)圖 a)工作循環(huán)圖 b)負載速度

7、圖 c)負載速度圖 第四章 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 4.1確定液壓缸工作壓力 由《液壓傳動》（第2版）表11-2和表11-3可知，組合機床液壓系統(tǒng)在最大負載約為22000 N時宜取P1=4MP。 4.2計算液壓缸主要結構參數(shù) 由于工作進給速度與快速運動速度差別較大，且快進、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應確定采用單桿雙作用液壓缸的差動連接方式。這種情況下，A（無活塞）=2A（有活塞）即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d=0.707

8、D的關系。 液壓缸的回油腔應設置一定的背壓(通過設置背壓閥的方式)，根據(jù)《現(xiàn)代機械設備設計手冊》選取此背壓值為P2=0.8MPa。 快進時液壓缸雖然作差動連接（即有桿腔與無桿腔均與液壓泵的來油連接），但連接管路中有壓降存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時取0.5MPa。 快退時回油腔中也是有背壓的，這時選取被壓值=0.6MPa。 工進時液壓缸的推力： ， 式中：F ——負載力 hm——液壓缸機械效率 A1——液壓缸無桿腔的有效作用面積 A2——液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1——液壓缸無桿腔壓力 p2——液壓

9、有無桿腔壓力 因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效作用面積可計算為 液壓缸缸筒直徑為 mm 由于有前述差動液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關系，d=0.707D，因此活塞桿直徑為d=0.707×89.46=63.32mm，將這些直徑圓整成就近標準值時得：D=110mm，活塞桿直徑為d=80mm。 由此求得，液壓缸兩腔的實際有效面積分別為： 經(jīng)檢驗，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。 工作臺在快進過程中，液壓缸采用差動連接，此時系統(tǒng)所需要的流量為 工作臺在快退過程中所需要的流量為 工作臺在工

10、進過程中所需要的流量為 q工進 =A1×v工進=0.34L/min 表2 各工況下的主要參數(shù)值 工 況 推力F′/N 回油腔壓力P2/MPa 進油腔壓力P1/MPa 輸入流量q/L· min-1 輸入功率P/Kw 計算式 快 進 啟動 2222.22 0 0.888 —— —— 加速 1500 1.244 0.744 —— —— 快速 1111.11 1.166 0.666 21.1 0.234 工進 24444.44 0.8 2.95 0.475 0.0233 快退 起動 2222.22

11、 0 0.497 —— —— 加速 1500 0.6 1.609 —— —— 快退 1111.11 0.6 1.522 18.8 0.339 制動 650 0.6 1.42 —— —— 注：。 圖2 組合機床液壓缸工況圖 第五章 液壓系統(tǒng)方案設計 與所有液壓系統(tǒng)的設計要求一樣，該組合機床液壓系統(tǒng)應盡可能結構簡單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。 5.1選用執(zhí)行元件 為了實現(xiàn)快進，快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進時差動連接，無桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的兩倍。 5.2 液壓回路的選擇 5.2.1選擇調速回路

12、 從工況圖中可以清楚地看到，在這個液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比約為44，而快進快退所需的時間和工進所需的時間分別為 亦即是/=8因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單個定量泵作為整個系統(tǒng)的油源，液壓系統(tǒng)會長時間處于大流量溢流狀態(tài)，從而造成能量的大量損失，這樣的設計顯然是不合理的。 宜選用大、小兩個液壓泵自動并聯(lián)供油的油源方案，由雙聯(lián)泵組成的油源在工進和快進過程中所輸出的流量是不同的，此時液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)過程中所需要消耗的功率估大，但選用雙聯(lián)液壓泵供油方案，有利于降低能耗和生產(chǎn)成本，如圖3所示。

13、圖3 雙泵供油油源 5.2.2選擇快速運動和換向回路 本設計采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制由快進轉為工進，即快進時，由大小泵同時供油，液壓缸實現(xiàn)差動連接，所以它的快進快退換向回路采用圖4所示的形式。 圖4 換向回路 5.2.3選擇速度換接回路 所設計多軸鉆床液壓系統(tǒng)對換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。為便于實現(xiàn)差動連接，選用三位五通電磁換向閥。為了調整方便和便于增設液壓夾緊支路，應考慮選用Y型中位機能。 由組合機床液壓缸工況

14、圖及前述計算可知，當工作臺從快進轉為工進時，輸入液壓缸的流量由21.1L/min降0.475 L/min，滑臺速度變化較大，可選二位二通行程換向閥來進行速度換接，以減少速度換接過程中的液壓沖擊。 選用雙作用葉片泵雙泵供油，調速閥進油節(jié)流閥調速的開式回路，溢流閥做定壓閥。為了換速以及液壓缸快退時運動的平穩(wěn)性，回油路上設置背壓閥，初定背壓值Pb=0.8MPa。 圖5 速度換接回路 5.3組成液壓系統(tǒng)原理圖 選定調速方案和液壓基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些輔助性油路，如控制油路、潤滑油路、測壓油路等，并對回路進行歸并和整理，就可將液壓回路合成為液壓系統(tǒng)，即組成如圖6所示的液

15、壓系統(tǒng)圖，在后面進行介紹。 第六章 液壓元件的選擇 6.1確定液壓泵 本設計所使用液壓元件均為標準液壓元件，因此只需確定各液壓元件的主要參數(shù)和規(guī)格，然后根據(jù)現(xiàn)有的液壓元件產(chǎn)品進行選擇即可。 6.1.1計算液壓泵的最大工作壓力 由于本設計采用雙聯(lián)泵供油方式，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工況圖，大流量液壓泵只需在快進和快退階段向液壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運動和工進時都向液壓缸供油，而液壓缸在工進時工作壓力最大，因此對大流量液壓泵和小流量液壓泵的工作壓力分別進行計算。 對于調速閥進口節(jié)流調速回路，液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為2.95MPa,由《液壓傳動》

16、（第2版）選取進油路上的總壓力損失為0.8MPa，同時考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓力繼電器動作壓力與最大工作壓力的壓差為0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力為： 由組合機床液壓缸工況圖2可知，快退時液壓缸中的工作壓力比快進時大，如取進油路上的壓力損失為0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力為： 6.1.2計算總流量 在整個工作循環(huán)過程中，兩個液壓泵應向液壓缸提供的最大流量為21.1L/min，若整個回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的10%計算，則液壓油源所需提供的總流量為： 工作進給時，輸入液壓缸流量約為0.475L/min，但由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量

17、3 L/min，故小流量泵的供油量最少應為3.475L/min。 據(jù)據(jù)以上液壓油源最大工作壓力和總流量的計算數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選取PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片泵，其中小泵的排量為6mL/r，大泵的排量為26mL/r，若取液壓泵的容積效率=0.9，則當泵的轉速=940r/min時，液壓泵的實際輸出流量為 由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這時液壓泵工作壓力為1.92MPa、流量為23.21r/min。取泵的總效率，則液壓泵驅動電動機所需的功率為： 根據(jù)上述功率計算數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)選取Y100L-6型電動機，其額定功率，額定轉速。 6.2確定其它元件及輔助元件 6.2.1閥

18、類元件及輔助元件 根據(jù)閥類元件及輔助元件系統(tǒng)油路的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表6所列。 表3 液壓元件規(guī)格及型號 序號 元件名稱 估計通過流量q/L/min 型號、規(guī)格 額定流量qn/L/min 額定壓力Pn/MPa 額定壓降?Pn/MPa 1 雙聯(lián)葉片泵 — PV2R12-6/26 (5.1+22) 16/14 — 2 三位五通電液換向閥 50 35DYF3Y—E10B 80 16 <0.5 3 行程閥 60 AXQF—E10B 63 16 <0.3 4 調速閥

19、<1 AXQF—E10B 6 16 — 5 單向閥 60 AXQF—E10B 63 16 0.2 6 單向閥 25 AF3-Ea10B 63 16 0.2 7 液控順序閥 22 XF3—E10B 63 16 0.3 8 背壓閥 0.3 YF3—E10B 63 16 — 9 溢流閥 5.1 YF3—E10B 63 16 — 10 單向閥 22 AF3-Ea10B 63 16 <0.02 11 濾油器 30 XU—63×80-J 63 — <0.02 12 壓力表開關 — KF3-E3

20、B 3測點 — 16 — 13 單向閥 60 AF3-Fa10B 100 6.3 0.2 14 壓力繼電器 — PF—B8L — 0 — 6.2.2 確定油管的直徑 在選定了液壓泵后，由于液壓缸在實際快進、工進和快退運動階段的運動速度、時間以及進、出流量，與原定數(shù)值不同，所以要重新計算的結果如表4所示。 表中數(shù)值說明，液壓缸快進、快退速度與設計要求相近。這表明所選液壓缸的型號、規(guī)格是適宜的。 表4 液壓缸的進、出流量和運動速度 流量、速度 快進 工進 快退 輸入流量/(L/min） 排出

21、流量/(L/min） 運動速度/(L/min） 根據(jù)表中數(shù)值，當油液在壓力管中流速取3m/s時，可算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： 取標準值20mm； 取標準值15mm。 因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標準GB/T2351—2005選用公稱通徑為和的無縫鋼管。 6.2.3 油箱的設計 油箱的設計可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗計算方法計算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對油箱的容積進行校核。 油箱中能夠容納的油液容積按JB/T7938—1999標準估算，取時，求得其容積為 按JB/T7938—1999規(guī)定，取標

22、準值V=250L 第七章 液壓系統(tǒng)性能驗算 7.1驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調整值 由于整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先按《液壓傳動》（第2版）式（3-46）估算閥類元件的壓力損失，待設計好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。 7.1.1 快進 滑臺快進時，液壓缸差動連接，由表4和表5可知，進油路上油液通過單向閥10的流量是22L/min，通過電液換向閥2的流量是27.1L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量51.24L/min通過行程閥3并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為 此值不大，不會使壓力閥開啟，故能確保兩個泵的流量全部進入液壓缸。

23、 回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是24.14L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力p2與無桿腔壓力p1之差。 此值小于原估計值0.5MPa（見表2），所以是偏安全的。 7.1.2 工進 工進時，油液在進油路上通過電液換向閥2的流量為0.475L/min，在調速閥4處的壓力損失為0.5MPa；油液在回油路上通過換向閥2的流量是0.22L/min，在背壓閥8處的壓力損失為0.5MPa，通過順序閥7的流量為（0.22+22）L/min=22.24L/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力為p2為 可見此值

24、小于原估計值0.8MPa。故可按表2中公式重新計算工進時液壓缸進油腔壓力p1，即 此值與表2中數(shù)值2.95MPa相近。 考慮到壓力繼電器可靠動作需要壓差Δpe=0.5MPa，故溢流閥9的調壓pp1A應為 7.1.3快退 快退時，油液在進油路上通過單向閥10的流量為22L/min，通過換向閥2的流量為27.1L/min；油液在回油路上通過單向閥5、換向閥2和單向閥13的流量都是57.52L/min。因此進油路上總壓降為 此值較小，所以液壓泵驅動電動機的功率是足夠的?；赜吐飞峡倝航禐? 此值與表2的估計值相近，故不必重算。

25、所以，快退時液壓泵的最大工作壓力pp應為 因此大流量液壓泵卸荷的順序閥7的調壓應大于1.604MPa。 7.2油液溫升驗算 在工作時，有壓力損失、容積損失和機械損失，這些損失所消耗的能量多數(shù)轉化為熱能，使油溫升高，導致油的粘度下降、油液變質、機器零件變形等，影響正常工作。為此，必須控制溫升ΔT在允許的范圍內(nèi)，如一般機床D= 25～30 ℃；數(shù)控機床D≤25 ℃；粗加工機械、工程機械和機車車輛D= 35～40 ℃。 液壓系統(tǒng)的功率損失使系統(tǒng)發(fā)熱，單位時間的發(fā)熱量f（kW）可表示為 式中 —— 系統(tǒng)的輸入功率（即泵的輸入功率）（kW）； ——

26、 系統(tǒng)的輸出功率（即液壓缸的輸出功率）（kW）。 工進時液壓缸的有效功率（即系統(tǒng)輸出功率）為 這時大流量泵通過順序閥10卸荷，小流量泵在高壓下供油，所以兩泵的總輸出功率（即系統(tǒng)輸入功率）為： 由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為 即可得油液溫升近似值： 溫升小于普通機床允許的溫升范圍，因此液壓系統(tǒng)中不需設置冷卻器。 7.3 液壓傳動的回路系統(tǒng)的確定 要實現(xiàn)系統(tǒng)的動作，即要求實現(xiàn)的動作順序為：啟動→加速→快進→減速→工進→快退→停止。則可得出液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動作順序如表3所示。表中“+”號表示電磁鐵通電或行程閥壓下；“-”號表示電磁鐵斷電或行程閥復位。 表5

27、 電磁鐵的動作順序表 工況 工件 1YA 2YA 行程閥 快進 + - - 工進 + - + 快退 - + + 圖6 液壓系統(tǒng)圖 系統(tǒng)圖的原理： 1.快速前進 電磁鐵1YA通電，由泵輸出地壓力油經(jīng)2三位五通換向閥的右側，這時的主油路為： 進油路：雙聯(lián)泵→單向閥10→三位五通換向閥2（1YA得電）→行程閥3→液壓缸左腔。 回油路：液壓缸左腔→三位五通換向閥2（1YA得電）→單向閥6→行程閥3→液壓缸右腔。 由此形成液壓缸兩腔連通，實現(xiàn)差動快進，由于快進負載壓力小，系統(tǒng)壓力低，變量泵輸出最大流量

28、。 2.工進 進油路：雙聯(lián)泵→單向閥10→三位五通換向閥2（1YA得電）→調速閥4→液壓缸右腔。 回油路：液壓缸左腔→三位五通換向閥2→背壓閥8→液控順序閥7→油箱。 3.快退 進油路：雙聯(lián)泵→單向閥10→三位五通換向閥2（2YA得電）→液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔→單向閥5→三位五通換向閥2（右位）→油箱。 4.停止 當滑臺快速退回到原位時，擋塊壓下原位行程開關，發(fā)出信號，使2YA斷電，換向閥2處于中位，液壓缸兩腔油路封閉，滑臺停止運動。這時液壓泵輸出的油液經(jīng)換向2直接回油箱，泵在低壓下卸荷。 設計小結 設計是一個系統(tǒng)性的工作，需要我們把所學的東西都很深刻的了

29、解，并且知道怎樣去應用，然后把他們串在一起，這就要求我們在今后的學習中，不但要學通學懂，更要學會理論聯(lián)系實際。 通過這次課程設計，讓我們每個人都切身體驗了課程設計的基本模式和相關流程。在這次課程設計中，我學會了怎樣根據(jù)老師所給的題目去構思，收集和整理設計中所需要的資料。在這些日子里，我們都夜以繼日的演算相關數(shù)據(jù)，在參考書上尋找參考資料，使我們真正地嘗試到了作為一名設計者的辛酸與喜悅。 我們將理論知識與實際設計相結合，真正做到了理論聯(lián)系實際，并且學會了如何綜合去運用所學的知識，使我們對所學的知識有了更加深刻的認識和了解，讓我們受益匪淺。 在本次設計也讓我們體驗到了團隊合作的重要性和必要性。

30、設計是一個龐大而復雜的系統(tǒng)工程，單槍匹馬是很難順利完成任務的，這就要求我們要有合理的分工和密切的配合，將一個個復雜的問題分解成一個個小問題，然后再各個擊破，只有這樣才能設計出很實用的產(chǎn)品，同時也可以大大提高工作效率。而且大家都參與進來，都能學到知識。 以后我們對設計又有了一個更深刻而又系統(tǒng)的認識。 參考文獻 [1] 王積偉，章宏甲，黃誼.液壓傳動.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，206.12（20108重印） [2] 馬振福.液壓與氣動傳動.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2004.1 [3] 成大先.機械設計手冊[單行本液壓傳動]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004 [4] 陳啟松.液壓傳動與控制手冊[M]. 上海：上?？茖W技術出版社，2006