湖南工业大学
课程设计
资料袋
机械工程学院学院（系、部）2015 ~ 2016 学年第一学期
课程名称液压传动指导教师陈义庄职称教授
学生姓名xx 专业班级xx 学号xx
题目组合机床切削的液压系统
成绩起止日期2015年12 月22 日～2015年12 月30日
目录清单
《液压与气压传动》课程设计
设计说明书
题目名称：组合机床切削的液压系统
学院（部）：机械工程学院
专业：机械工程
学生姓名：xx
班级：xx学号xx
指导教师姓名：xx
评定成绩：
目录
0.设计任务书 (2)
1.设计要求及工况分析 (3)
2.主要参数的确定 (6)
3.液压系统图的拟定 (9)
4.液压元件的计算与选择 (10)
5.液压系统的性能验算 (13)
6. 参考资料 (15)
7.设计总结 (16)
课程设计任务书
2015 —2016学年第1学期
机械工程学院（系、部）机械工程专业xx班级
课程名称：液压与气压传动
设计题目：组合机床切削的液压系统
完成期限：自2015年12 月22 日至2015 年12月30 日共 1 周
指导教师：xx 2015 年12 月10 日
系（教研室）主任：2015 年12 月10 日
1.设计要求及工况分析
1.1设计要求
要求设计的机床动力滑台液压系统实现的工作循环是“快进→工进→快退→停止”。主要性能参数与性能要求如下：最大切削力F=30000N，移动部件总重量G＝3000N；行程长度400mm（工进和快进行程均为200mm），快进、快退的速度均为4m/min，工作台的工进速度可调（50~1000）mm/min；启动、减速、制动时间△t=0.5s;该动力滑台采用水平放置的平导轨。静摩擦系数fs＝0.2；动摩擦系数fd＝0.1；液压系统中的执行元件是液压缸。
1.2负载与运动分析
（1）工作负载由设计要求可知最大工作的负载F=30000N
（2）惯性负载
(3)摩擦负载因为采用的动力滑台式是水平导轨，因此作用在上面的正压力N=G=3000N。
静摩擦阻力
动摩擦阻力
取液压缸的机械效率，得出的液压缸在各工作阶段的负载如表 1.2.1
工况负载组成负载值F/N 推力F/
启动
加速
快进
工进
快退
600
341
300
30300
300
667
379
333
33667
333
根据液压缸上述各阶段的负载可绘制如图1.2.1（另附）所示的推力循环图F-l。速度图中，快进、快退，快进行程，工进行程长度
，快退，工进速度取可调最小（大）速度
2.主要参数的确定
2.1初选液压缸工作压力
所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其他工况负载都不高，参考《液压与气压传动》中的表9-2和9-3初选液压缸的工作压力。
2.2计算液压缸的主要尺寸
鉴于动力滑台要求快进、快退的速度相等，液压缸可选用单杆式的并在快进时作差动连接。此时液压缸无杆腔的工作面积应该是有杆腔的两倍，即活塞外径d与液压缸的内径D有d=D的关系。
在切削加工时，液压缸回油路上必须有背压，以防止切削完毕后因负载变小而濡染往前冲。可取。快进时液压缸虽然作差动连接，但是由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取约为0.5MPa。快退时回油腔有背压，这时也可按0，5MPa估算。
由工进时的推力计算液压缸的面积
d=0.707D=7.73cm
当按GB 2348-1980将这些直径圆整成接近标准值得D=11cm，d=8cm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积
经检验，活塞杆的强
度和稳定性均符合要求。
根据上述D和d的值，可以估算液压缸在不同阶段的压力、流量和功率，如表2.2.1。并据此画出如图2.2.1所示的液压缸工况图（另附），其中红笔所画、黑笔所画和铅笔所画线分别表示P、q、p。
工况
负载
F/N
回油
腔压
力
进油腔
压力
输入流量
q/L
输入
功率
P/Kw
计算式
快
进
(差
动)
启
动
667 0 0.578 - -
加
速
3379 1.021 0.521 --
恒
速
333 1.012 0.512 20.104 0.17
工进
3366
7
0.8 3.92 0.48-9.5
0.031
-
0.621
快退
启
动
667 0 0.149 - -
加
速
349
0.5
1.146 - -
恒
速
333 1.136 17.908 0.339
3.液压系统图的拟定
3.1选择基本回路
(1)选择调速回路由图 2.2.1中的曲线得知，这台机床液压系统的功率小，滑台的速度低，工作负载变化小，采用进口节流阀的调速形式，为了防止切削时滑台突然前冲的现象，回油路上应设置背压阀。
由图2.2.1可知，液压缸交替地要求油泵提供低压大流量和高压小流量的液压油。最大流量和最小流量之比约为42，而快进、快退所需要的时间和工进时间分别为
即。因此，为了提高效率、节省能量，选用如图3.1.1所示（另附）的双联式叶片泵。
(2)选择快速运动和换向回路快进回路选用差动连接，选用如图3.1.2所示（另附）的形式。回油腔采用单向阀来实现差动链接。
(3)选择速度换接回路滑台快进到工件时，输入液压缸的流量由20.096L/min下降到0.48（9.5）L/min，滑台速度变化很大，所以选用行程阀来控制速度的换接，以减少液压冲击，初步如图3.1.3所示（另附）。
(4)选择调压回路和卸荷回路液压系统调压可由双联叶片泵实现，卸荷可通过中卫机能解决。
3.2组成液压系统
方案一：将上面选出的液压基本回路组合，可得初步的液压基本回来，如图3.2.1所示（另附），但是回路中还存在许多问题需要更正。
在图3.2.1中，改进（1）：在液控单向阀下方需要加一个背压阀，实现工进背压，同时还需要并联一个单向阀以便于实现快退功能。改进（2）：在回油路中，背压阀的存在会导致差动连接中的单向阀被顶开无法使油液回流到油箱，所以将差动连接中的单向阀更换成顺序阀，并且该顺序阀的顶开压力必须大于背压阀的压力。改进（3）：将液控单向阀的外控k口必须接在调速阀和液压缸之间，否则在刚开始的差动连接油路无法实现其功能。改进（4）：在快退回路的回油路中，电磁阀可能有一部分时间处于左位，回油路只能经过调速阀，无法快退，所以应该在调速阀旁边并联一个单向阀。改进（5）：在液压缸的无杆腔的接口处还需要加一个压力继电器已便于控制三位四通换向阀换向。如图 3.2.2所示（另附）。
其电磁阀和电磁阀动作顺序如表3.2.1所示。
动作名称
电磁铁
电磁阀1YA ２YA
快进＋－－
工进＋－＋死档铁停留＋－＋快退－＋
原位停止- - -
表3.2.1 方案一电磁铁和电磁阀动作顺序
液压系统工作原理及动态
（1）快进按下启动按钮，1YA通电，电磁阀5左位接入系统。主油路接通。此时处于空载，系统压力低，顺序阀3处于关闭状态，两泵同时供油，液压缸快进。此时液压油由电磁阀10右位进入液压缸左位，液控单向阀8关闭，顺
序阀11接通，液压缸差动连接。
主油路的油液流动路线：
进油路：双联叶片泵2换向阀（左位）5电磁阀（右位）10液压缸（无杆腔）
14
回油路：液压缸（有杆腔）14顺序阀11液压缸（无杆腔）14
(2)工进当滑台到达预定位置，触碰到电磁阀开关13以此控制电磁阀
10接通左位，1YA继续通电，换向阀5左位接通，液压油由调速阀9进入液压缸14左腔，此时由于负载变大，系统压力升高，液控单向阀8打开，顺序阀3打开，低压大流量泵2A经顺序阀3回油箱，系统只由高压小流量泵2B供油，液压缸工进。回油时由于背压阀6的压力小于顺序阀11的压力，所以油液不会经过顺序阀11回到进油路。（由计算数据可调顺序阀11的压力为1.0MPa，背压阀6 的压力为0.5MPa）
进油路：高压小流量泵2B换向阀5(左位)调速阀9液压缸14（无杆腔）
回油路：液压缸14（有杆腔）液控单向阀8背压阀6换向阀5(左位)油箱
(3)死挡铁停留工进到达预定位置后，碰上死挡铁，滑台停止运动，实现死挡铁停留
（4）快退滑台碰上死挡铁，运动停止，系统压力继续升高，当压力达到压力继电器12调定压力时，换向阀2的右位接通控制右路。此时因为空载，回油无背压，系统压力很低，双联叶片泵2两泵同时供油，滑台实现快退。这时的主油路路线：
进油路：双联叶片泵2换向阀（右位）单向阀7液控单向阀8液压缸（有
杆腔）14
回油路：液压缸（无杆腔）14单向阀15换向阀（右位）5油箱
（5）原位停止快到原位时，行程挡铁压下终点行程开关，所有电磁铁断电，换向阀处于中位，系统处于卸荷状态。此时的主油路的流油路线：
双联叶片泵2换向阀5（中位）油箱
方案二：在方案一中速度换接被放置在液压缸的无杆腔一侧支路，在方案二中将速度换接回路放置在有杆腔一侧支路，如图2.3.3所示（另附）。其电磁阀和电磁阀动作顺序如表3.2.2所示。
动作名称
电磁铁
行程阀1YA ２YA
快进＋－－
工进＋－＋死档铁停留＋－＋快退－＋
原位停止- - -
液压系统工作原理及动态
（1）快进按下启动按钮，1YA得电，电磁阀6左位接入系统，主油路接通。此时处于空载，系统压力低，顺序阀3处于关闭状态，两泵同时供油，液压缸快进。由于系统压力低无法打开液控单向阀10，顺序阀11接通，液压缸差动
连接。
主油路的油液流动路线：
进油路:双联叶片泵2换向阀（左位）6液压缸（无杆腔）13
回油路：液压缸（有杆腔）13顺序阀11液压缸（无杆腔）13
(2)工进当滑台到达预定位置，触碰到行程阀12时，行程阀12被压下，上位接入系统，此时由于负载变大，系统压力升高，液控顺序阀3和液控单向阀10打开，低压大流量泵2A经过顺序阀3回油箱，系统只由高压小流量泵2B供油，液压缸工进。回油时由于行程阀接上位，调速阀9接入系统。并且，由于背压阀7的调定压力小于顺序阀11的压力，所以油液不会经过顺序阀11回到进油路。（顺序阀11的调定压力位1.0MPa，背压阀7的调定压力位0.5MPa）
进油路：高压小流量泵2B换向阀（左位）6液压缸(无杆腔)13
回油路：液压缸13（有杆腔）液控顺序阀10调速阀9背压阀7换向阀（左位）6油箱
(3)死挡铁停留工件到达预定位置后，碰上死挡铁，滑台停止运动，实现死挡铁停留。
(4)快退滑台碰上死挡铁后，运动停止，系统压力继续升高，当压力达到压力继电器14调定的压力时，换向阀6的右位接入系统右路。此时因为空载，回油路没有背压，系统压力很低，双联叶片泵同时供油，滑台实现快退。这时的主油路路线：
进油路：双联叶片泵2换向阀6单向阀8单向阀11液控顺序阀10液压缸（有杆腔）13
回油路：液压缸（无杆腔）13油箱
(5)原位停止快到原位时，行程挡铁压下终点所有行程开关，所有电磁铁断电，换向阀处于中位，系统处于卸荷状态。此时的主油路的流油路线：
双联叶片泵2换向阀6（中位）油箱
综上所述：行程阀的阀口是逐渐关闭（或开启）的，速度换接比较平稳，速度换接的平稳性、可靠性以及精度都比方案一好，适合用于组合机床切削的液压系统中，所以最终确定采用方案二。