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本科生畢業(yè)設計（論文）題 目： YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計 指導教師：學生姓名：專 業(yè)： 院 （系）： 答辯日期： 畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計I摘要本文主要闡述了 YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的設計。通過對組合機床液壓系統(tǒng)工況的分析，擬定了液壓系統(tǒng)原理圖，完成了 YT4543 型組合機床液壓系統(tǒng)的液壓泵的選型，液壓缸的設計以及液壓閥的選型和輔助元件的設計；在設計過程中首先介紹了組合機床液壓系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，工作壓力，負載，然后根據(jù)設計的要求，提出了設計方案，確定了液壓系統(tǒng)各主要部件的性能參數(shù)，最后通過壓力及熱平衡計算驗證設計的合理性，并且設計中運用了典型的液壓基本回路，如：調(diào)速回路、調(diào)壓回路。通過此次設計，組合機床的液壓傳動系統(tǒng)滿足設計要求，與傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)相比，具有功耗低、效率高、精度高等優(yōu)點。關鍵詞: 組合機床 動力滑臺 液壓系統(tǒng) 畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計II畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計IIAbstractThis paper mainly describes the design of YT4543 type combination machine tool hydraulic pressure system. Through the analysis of the condition of hydraulic system of modular machine tool, proposed the principle diagram of hydraulic system, the selection of hydraulic pump hydraulic system of YT4543 type combined machine tool, the design of the hydraulic cylinder and the hydraulic valve selection and design of auxiliary components; in the design process, first introduced the research status quo, combination machine tool hydraulic system at home and abroad work pressure, load, and then according to the design requirements, puts forward the design scheme, the main components of the hydraulic system performance parameters were determined, the pressure and heat balance calculation verify the rationality of the design, and design in the use of the hydraulic basic circuit, such as: typical speed control circuit, a voltage regulating loop. Through this design, hydraulic system of modular machine tool can meet the design requirements, compared with traditional hydraulic system, has the advantages of low power consumption, high efficiency, high precision.Keywords: combination machine tool hydraulic pressure system畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計III畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計III目錄1 緒論 12 液壓傳動方案的擬定 22.1 設計方案的提出及要求 .22.2 工況分析 .22.3 工作原理分析 .33 液壓系統(tǒng)的設計 73.1 液壓泵的選型 .73.1.1 液壓泵的特點 .73.1.2 液壓泵的分類 .73.1.3 液壓泵的選用原則 .83.1.4 液壓泵的主要性能參數(shù)計算及選型 .83.2 液壓缸的設計 103.2.1 液壓缸類型的選擇 103.2.2 液壓缸主參數(shù)的確定 153.3 液壓閥的選型 173.3.1 液壓控制閥的分類 173.3.2 液壓系統(tǒng)對閥的基本要求 173.3.3 液壓控制元件的選用 183.4 動力滑臺輔助元件的選擇 184 液壓系統(tǒng)性能的驗算 .214.1 回路中的壓力損失計算 214.2 液壓系統(tǒng)熱平衡驗算 22結論 .23致謝 .24參考文獻 .25附錄 .26附錄 A .26附錄 B YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)原理圖 28附錄 C 液壓缸裝配圖及零件圖若干 28附錄 D 油箱裝配圖 28畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計11 緒論 隨著近 50 年的科學技術的進步與發(fā)展，液壓技術已經(jīng)成為了一門影響現(xiàn)代機械裝備技術的重要基礎學科和基礎技術，液壓組合機床是一種利用液體壓力來傳遞能量,以實現(xiàn)各種壓力加工工藝的機床。隨著新工藝及新技術的應用，液壓組合機床在金屬加工及非金屬成形方面的應用越來越廣泛，在機床行業(yè)中的占有份額正在大幅度增加。由于液壓組合機床在工作中的廣泛適應性，使其在國民經(jīng)濟各部門獲得了廣泛的應用。如板材成型；管、線、型材擠壓；粉末冶金、塑料及橡膠制品成型；膠合板壓制、打包；人造金剛石、耐火磚壓制和炭極壓制成型；輪軸壓裝、校直等等。各種類型的液壓組合機床迅速發(fā)展，有力地促進了各種工業(yè)的發(fā)展和進步。八十年代以來，隨著微電子技術、液壓技術等的發(fā)展和普及應用，液壓組合機床有了更進一步的發(fā)展。目前，液壓組合機床的最大標稱壓力已達750MN，用于金屬的模鍛成型。眾多機型已采用 CNC 或工業(yè) PC 機來進行控制，使產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率有了極大的提高。隨著人們生活水平的提高，金屬壓制和拉伸制品的需求逐年提高，同時，對產(chǎn)品品種的需求也越來越多，另一方面產(chǎn)品的生產(chǎn)批量日益縮小。為與中、小批量生產(chǎn)相適應，需要能夠快速調(diào)整的加工設備，這使液壓組合機床成為理想的成型工藝設備。特別是當組合機床液壓系統(tǒng)實現(xiàn)具有對壓力、行程速度單獨調(diào)整功能后，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對復雜工件以及不對稱工件的加工，而且，實現(xiàn)了極低的廢品率。這種加工方式還適合于長行程、難成型以及高強度的材料?？勺兊膭恿M合、短的加工時間、根據(jù)工件長度的簡易的壓力行程調(diào)整，這與機械加工系統(tǒng)相比，有其優(yōu)越性。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，組合滑臺在數(shù)控車床上擔任著重要的角色，由于工業(yè)的發(fā)展元件的不斷提高性能使得滑臺的快速發(fā)展也日新月異。 全世界各種零件約有 85％至 90％的加工都是由組合滑臺液壓系統(tǒng)組成的機床上完成的。組合滑臺是一種萬能型機床組成部分，目前已經(jīng)無可爭議地成為零件加工的必不可少的功能性部件，在世界機床市場上它的功能重點已占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴大。組合機床動力滑臺的發(fā)展主要以液壓技術的應用為基礎，其液壓系統(tǒng)已成為工業(yè)工程機械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學技術的發(fā)展和加工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，組合機床動力滑臺需要大幅度的技術進步，技術創(chuàng)新是機床行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術方面，機床產(chǎn)品的核心技術就是組合滑臺的液壓系統(tǒng)設計，所以對其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實意畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計2義。2 液壓傳動方案的擬定液壓傳動是以液體作為介質(zhì)來傳遞能量和進行控制的一種傳動方式。利用液壓泵將原動機的機械能轉換成液體的壓力能的液壓系統(tǒng)，它傳遞能量是通過液體壓力能的變化來實現(xiàn)的，再通過各種控制系統(tǒng)和液壓回路的傳遞，最后再借助于液壓執(zhí)行元器件把液體的壓力能最終轉換成為機械能，使工作機構運轉，從而實現(xiàn)機構的直線往復運動和回轉運動。 其中驅(qū)動機床工作臺的液壓系統(tǒng)是由液壓泵、溢流閥、節(jié)流閥、開停閥、換向閥、液壓缸、油箱、過濾器以及連接這些元件的油管、接頭等液壓元器件組成。2.1 設計方案的提出及要求根據(jù) YT4543 型組合機床主機的工作情況、對液壓系統(tǒng)的技術要求、液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境條件以及成本，經(jīng)濟性、等諸多因素，進行全面、綜合的設計，從而擬定出了一個比較合理的、可實現(xiàn)的液壓系統(tǒng)的方案來。包括液壓回路的分析、選擇與合成，液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、設計與分析。動力滑臺為臥式布置，動力滑臺擬采用液壓驅(qū)動；工件采用機械方式夾緊。本課題所設計的液壓系統(tǒng)是臥式組合機床液壓動力滑臺液壓系統(tǒng),在切削阻力為 20000N；快進、快退速度為 3.5m/min；一工進的速度為 0.08m/min；二工進的速度為 0.05m/min；工進時的最大切削力為 34444N；工作臺最大行程為500mm,其中工進的總行程為 300mm,快進的行程為 50mm；加、減速時間為 0.25s的條件下完成系統(tǒng)原理圖和該系統(tǒng)主要零件的結構及有關設計計算。液壓泵及液壓元件的選用，液壓缸采用單作用液壓缸，液壓缸作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件安裝在機床的床身上，與液壓供油裝置分開布置，避免兩者之間形成振動干涉。最終使液壓系統(tǒng)能夠準確的完成快進—第一次工作進給—第二次工作進給—止擋塊停留—快退—原位停止這一工作循環(huán) [1]。2.2 工況分析 （1）阻力計算①切削阻力切削阻力為已知 ： NFq20?②摩擦阻力取靜摩擦系數(shù) =0.2，動摩擦系數(shù) =0.1，已知運動部件總重為 10000N，sf df則：畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計3靜摩擦阻力： =0.2×10000N=2000N NsFf?（2.1）動摩擦阻力： =0.1×10000N=1000NNdf③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，既△u=3.5m/min，△t=0.25s，故慣性阻力為：NGF238605.89.310tgua ??????）（）（（2.2）由于動力滑臺為臥式放置，所以不考慮重力負載。（2）液壓缸各階段工作負載計算：（取液壓缸的機械效率 ηm=0.9）①起動：F1= =3000/0.9=3333N mfs?F（2.3）②加速：F2=（ + ）/ηm=（1000+238）/0.9=1376N fdFa（2.4）③快進：F3= /ηm=1000/0.9N=1111N fd（2.5）④一工進：F4=( + )/ηcm=(1000+25000)/0.9N=28889N fdF1r（2.6）④二工進：F5=( + )/ηcm=(1000+30000)/0.9N=34444N fd2r（2.7）⑤快退：F6= /ηm=1000/0.9N=1111N fdF（2.8）據(jù)已知結果可以畫出負載循環(huán)圖如下：畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計4圖 2.2 負載循環(huán)圖根據(jù)上面的負載分析能夠初步確定液壓系統(tǒng)的主參數(shù)，為下一步確定液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的壓力和流量提供設計依據(jù)。2.3 工作原理分析圖 2.3 所示為 YT4543 型組合機床動力滑臺的液壓系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)采用限壓式變量泵供油、電液動換向閥換向、快進由液壓缸差動連接來實現(xiàn)。用行程閥實現(xiàn)快進與工進的轉換、二位二通電磁換向閥用來進行兩個工進速度之間的轉換，為了保證進給的尺寸精度，采用了止擋塊停留來限位 [7]。通常實現(xiàn)的工作循環(huán)為:快進 第一次工作進給 第二次工作進給 止擋塊停留 快退 原位停止。系統(tǒng)的油源為限壓式變量葉片泵 1 它與串聯(lián)的調(diào)速閥 7、8 和背壓閥 3 組成容積節(jié)流（進口）調(diào)速回路單桿活塞缸 13 為差動連接，以實現(xiàn)快速運動，缸的運動方向變換由電液換向閥 6 實現(xiàn)，二位二通機動換向閥（行程閥）11 和電磁換向閥 12 用于液壓缸的快慢速度換接，電液換向閥 6 中的 電磁閥的 M 型中位機能用于停止時的卸荷，快進與工進由遠控順序閥 4 控制，閥 4 的設定壓力低于工進時的系統(tǒng)壓力而高于快進時的系統(tǒng)壓力，壓力繼電器 9 用于死擋鐵停留開始時的發(fā)信，系統(tǒng)中有三個單向閥，單向閥 2 用于保護液壓泵免受液壓沖擊，同時用于保證系統(tǒng)卸荷時電液換向閥的先導控制油路保持一定的控制壓力，以確保換向動作的實現(xiàn)，單向閥 5 用于工進時進油路和回油路的隔離，單向閥 10用于提供快退回路油 [10]。畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計5圖 2.3 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)原理圖電磁鐵、壓力繼電器和行程閥的動作順序表 2.3 如下所示：表 2.3電磁鐵工作狀態(tài) 液壓元件工作狀態(tài)動作名稱1YA 2YA 3YA 壓力繼電器 9 行程閥 11快進 + - - - 接通（下位）-一工進 + - - - 切斷（上位）+二工進 + - + - 切斷+停留 + - + + 切斷+快退 - + ± ± 切斷—接通±停止 - - - - 接通-注：“+”表示通電, “-” 表示斷電。（1）快進按下啟動按鈕，電磁鐵 1YA 通電，電液動換向閥 6 的先導閥閥芯向右移動從而引起主閥芯向右移，使其左位接人系統(tǒng)，其主油路為：畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計6進油路：液壓泵 1→單向閥 2→換向閥 6(左位) → 行程閥 11(下位) → 液壓缸左腔 回油路：液壓缸的右腔→ 換向閥 6(左位) → 單向閥 5 →行程閥 1l(下位) →液壓缸左腔，形成差動連接。（2）第一次工作進給當滑臺快速運動到預定位置的時候，滑臺上的行程擋塊壓下行程閥 11 的閥芯，這時切斷了該通道，使液壓油必須經(jīng)調(diào)速閥 7 進入液壓缸的左腔。由于油液流經(jīng)調(diào)速閥，液壓系統(tǒng)的壓力升高，打開液控順序閥 4，此時單向閥 5 的上部分壓力比下部分壓力大，所以單向閥 5 關閉，切斷了液壓缸的差動回路，流回的壓力油經(jīng)過液控順序閥 4 和背壓閥 3 流回油箱使組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)轉換為第一次工作進給。其油路連通情況是：進油路：液壓泵 1 →單向閥 2→ 換向閥 6(左位) → 調(diào)速閥 7 →換向閥12(右位) → 液壓缸左腔；回油路：液壓缸右腔→ 換向閥 6(左位) → 順序閥 4 →背壓閥 3→ 油箱。因為液壓系統(tǒng)工作進給時，其內(nèi)部壓力升高，所以變量式葉片泵 1 的輸油量便會自動的減少，來適應工作進給的需要，進給量的大小是由調(diào)速閥 7 調(diào)節(jié)的。（3）第二次工作進給第一次工作進給結束之后，行程開關被行程擋塊壓下使 3YA 通電，液壓回路被二位二通換向閥切斷，進油必須經(jīng)過調(diào)速閥 7、8 才能夠進入到液壓缸，此時由于調(diào)速閥 8 的開口量比調(diào)速閥 7 的要小，所以進給速度再次下降，其它油路情況同第一次工作進給。 （4）止擋塊停留 當動力滑臺工作進給完成以后，碰上止擋塊的液壓動力滑臺將不再前進，停留在止擋塊處，同時液壓系統(tǒng)的壓力上升，當上升到壓力繼電器 9 的調(diào)整值的時候，壓力繼電器開始動作，再經(jīng)過時間繼電器的延時作用，發(fā)出信號使動力滑臺返回，滑臺的停留時間可以通過時間繼電器在一定范圍內(nèi)作調(diào)整。（5）快退 時間繼電器經(jīng)過延時發(fā)出信號，1YA、3YA 斷電，2YA 通電，系統(tǒng)中油路連通情況為：進油路：泵 1→ 單向閥 2 →換向閥 6(右位) → 液壓缸的右腔； 回油路：液壓缸的左腔→ 單向閥 10 →換向閥 6(右位) → 油箱。（6）原位停止 畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計7當動力滑臺退回到原始位置時，行程開關被行程擋塊壓下，發(fā)出信號，使2YA 斷電，此時換向閥 6 處于中間位置，液壓缸失去了液壓動力源，動力滑臺停止運動。液壓泵輸出的油液直接經(jīng)過換向閥 6 流回到油箱，泵卸荷 [16]。畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計83 液壓系統(tǒng)的設計3.1 液壓泵的選型動力元件是指一般常見的液壓泵,它的功用是將原動機輸入的機械能轉換成為液體的壓力能, 以驅(qū)動執(zhí)行元件的運動。液壓傳動系統(tǒng)中使用的液壓泵都是容積式的，它是依靠密閉容積的周期性變化而工作的，以下圖 3.1 是液壓泵的四種類型：圖 3.1 泵的類型a-單向定量泵；b-單向變量泵；c-雙向定量泵；d-雙向變量泵3.1.1 液壓泵的特點（1）必須具備一個或若干個密封油腔，且密封油腔的容積應能不斷變化，液壓泵的吸油和壓油過程都是靠泵的密封容積不斷變化來實現(xiàn)的。密封容積的大小、變化率和數(shù)量就決定了液壓泵的輸油量的大小。（2）自吸式液壓泵的吸油條件是油箱必須以大氣相通。因此為保證液壓泵能正常吸油，油箱必須和大氣連通，或采用密閉的充壓油箱。（3）油壓形成的條件是液壓油的壓力決定于外部的負載。（4）必須讓液壓泵在吸油時吸油腔和油箱相連通，而與壓油腔不連通；而在壓油時壓油腔和壓油管道相連通，而與吸油腔不連通 [19]。3.1.2 液壓泵的分類常用的容積式液壓泵有：齒輪泵、葉片泵（單作用葉片泵，變量葉片泵）、柱塞泵（徑向，軸向）等。液壓泵的壓力分級標準如表 3.1.2 所示：畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計9表 3.1.2 壓力分級 壓力等級 低壓 中壓 中高壓 高壓 超高壓壓力 P/Mp 32流量分級：4 6 10 16 25 40 63 100 250 3.1.3 液壓泵的選用原則液壓泵是向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的動力元件,它是每個液壓系統(tǒng)不可缺少的核心元件,合理的選擇液壓泵的型號對于降低液壓系統(tǒng)的能耗,提高系統(tǒng)的工作效率,降低噪聲,改善工作性能和保證液壓系統(tǒng)工作的可靠性都十分重要。液壓泵的選擇原則是：根據(jù)主機的工況、功率大小和液壓系統(tǒng)對工作性能的要求，首先確定液壓泵的類型，然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格型號。一般在輕載小功率的液壓設備上，可選用齒輪泵,雙作用葉片泵；精度較高的機械設備，可用雙作用葉片泵（采用單向定量泵） ；在負載較大并且有快速、慢速進給的機械設備上，可選用限壓式變量葉片泵（采用單向變量泵）,雙聯(lián)葉片泵；負載大, 功率大的設備上，可用柱塞泵；機械設備的輔助裝置，如送料、夾緊等不重要的場合，可選用價格低廉的齒輪泵 [21]。限壓式葉片泵的使用場合和優(yōu)缺點：（1）適用場合：由于限壓式變量葉片泵的上述流量壓力特性，都應用于組合機床的進給系統(tǒng)，以實現(xiàn)快進、工進和快退運動；且限壓式葉片泵也適用于定位和夾緊系統(tǒng)。（2）優(yōu)缺點：①限壓式變量葉片泵根據(jù)負荷大小，自動調(diào)節(jié)輸出流量，因此功率損耗小、可以減小油液發(fā)熱。②油液系統(tǒng)中采用變量泵，可節(jié)省液壓元件的數(shù)量，從而簡化了油路系統(tǒng)。③泵本身的結構復雜，泄漏量大，流量脈動較嚴重，致使執(zhí)行元件的運動畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計10速度不夠平穩(wěn)。④存在徑向不平衡問題，影響軸承的壽命，噪聲也大。正因為本次設計的是組合機床的動力滑臺，需要快進、工進和快退運動，所以此液壓系統(tǒng)中應該選用的是限壓式變量葉片泵 [22]。3.1.4 液壓泵的主要性能參數(shù)計算及選型（1）壓力①工作壓力：液壓泵工作時輸出液體的實際壓力。其值取決于負載（包括管路阻力） 。②額定壓力：液壓泵的密封能力和結構強度所決定的、保證正常工作所允許的最高工作壓力。③最高允許壓力：液壓泵在短時間內(nèi)超載運轉時所允許的極限壓力。（2）流量和排量①排量 V：液壓泵在無泄漏的情況下，泵軸每轉一轉所排出的液體體積。（單位 m/r）其值取決于密封工作腔的數(shù)目和結構尺寸大小。②理論流量 qvt：液壓泵在不考慮泄漏的情況下，單位時間內(nèi)輸出液體的體積。其值等于液壓泵的排量 V 與泵軸轉速 n 的乘積,ｑ t=Vn （3.1） 式中 V—液壓泵排量（m 3/r）；N—主軸轉速（r/s）。③實際流量ｑ v：液壓泵工作時的實際輸出的流量。等于理論流量減去泄漏、壓縮等損失的流量△q v，即qv=qvt一△q v （3.2） ④額定流量 qvn：液壓泵在額定壓力下工作的實際流量。（3）功率和效率液壓泵的功率損失包括容積損失和機械損失兩個部分：①容積損失：是指液壓泵在流量上的損失，液壓泵實際的輸出流量小于其理論的流量，主要原因是由于液壓泵高壓腔的泄漏、內(nèi)部油液的壓縮以及它在吸油的過程中由于油液粘度過大、吸油的阻力太大以及液壓泵的轉速太高等原畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計11因?qū)е掠鸵翰荒芡耆錆M整個密封的工作腔。用容積效率來表示液壓泵的容積損失，它等于液壓泵實際的輸出流量 q 與理論流量 qt之比，即tltlt ??1??（3.3）泵的實際輸出流量 q 為vvtVnq??（3.4）②機械損失：指在轉矩上的損失。它等于液壓泵的理論轉矩 Tt與其實際轉矩 T 之比，設液壓泵的轉矩損失為 Tl，則其機械效率為tltmT??1?（3.5）液壓泵的功率①輸入功率 ：液壓泵輸入功率等于原動機的輸出功率。用輸出轉矩 T 和ip角速度 來表示，即??iTp?（3.6）②輸出功率 P :液壓泵實際輸出的液壓功率，液壓泵在實際工作過程中的o吸、壓油口間的壓力差 P 和輸出流量 的乘積。即vqvopq?（3.7）③液壓泵的總效率：液壓泵的輸出功率與輸入功率之比。即vmtviiTpqp??????（3.8）（4）參數(shù)計算取系統(tǒng)泄漏系數(shù) K=1.15，由于管路比較復雜取沿程總壓力損失，調(diào)速閥壓降為 0.5MPa，則MPap5.0???畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計12液壓泵的最大工作壓力為MPapp6.501.max1?????（3.9）取壓力儲備為 25%，則液壓泵的額定壓力為Papp 08.76.521.1 ????（3.10）液壓泵的最大供油量min/57.18in/5.16.max LLqkp ?????（3.11）根據(jù)上述計算查附表1和附表2，選定液壓泵的型號為：YBX-25型限壓式變量葉片泵。3.2 液壓缸的設計執(zhí)行元件是指作直線運動的液壓缸或是作回轉運動的液壓馬達等，它們的功用是將流體的壓力能轉換成機械能，來驅(qū)動工作部件的能量轉換裝置。液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉變?yōu)闄C械能且做直線往復運動的能量轉換裝置。液壓杠結構簡單、工作可靠、制造容易，做直線往復運動時，省去減速機構,且沒有傳動間隙，傳動平穩(wěn)、反應快，因此在液壓系統(tǒng)中被廣泛的應用。3.2.1 液壓缸類型的選擇液壓缸按其結構形式，可分為活塞缸、柱塞缸和兩類?；钊缀椭讓崿F(xiàn)往復運動，輸出推力和速度。按其作用方式，可分為單作用缸、雙作用缸兩類。單作用缸只是向活塞一側輸入壓力流體實現(xiàn)單向運動，而反方向的運動則靠自重、彈簧或其他外力實現(xiàn)。雙作用缸是交替地向活塞兩側輸入壓力流體實現(xiàn)往復運動。液壓缸除單個使用外，還可以幾個組合起來或和其它機構組合起來，以完成特殊的功用。（1）活塞式液壓缸活塞式液壓缸分為單桿式和雙桿式兩種。①單桿式活塞缸畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計13圖 3.2.1-1 單桿活塞缸a-無桿腔進油；b-有桿腔進油如圖 3.2-1 所示，活塞只有一端帶有活塞桿，單桿液壓缸也有缸體固定式和活塞桿固定式兩種，但它們的工作臺移動范圍都是活塞有效行程的兩倍。單桿式活塞缸由于活塞兩端有效面積不相等。如果用相同流量的壓力油分別進入液壓缸的左腔和右腔，則活塞的移動速度與進油腔的有效面積成反比，即油液進入無桿腔的速度慢，有效面積大，進入有桿腔時的速度快，有效面積?。欢簤夯钊袭a(chǎn)生的推力與進油腔的有效面積成正比。如圖 3.2-1a，當輸入液壓缸的壓力油流量為 q 時，液壓缸的進、出油口壓力分別為ｐ1 和ｐ2 時，活塞上所產(chǎn)生的推力Ｆ1 和速度 v1 為])[(422121 dpDpAF?????（3.12）21qv?（3.13）當油液從如圖 3.2-1b 所示的右腔(有桿腔)輸入時，在活塞上所產(chǎn)生的推力Ｆ2和速度 v2 為])[(42121212 dpDpAF????（3.14）)(22dqv??（3.15）畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計14由上式可知，由于 ，所以 。若把兩個方向上的輸出速度21A?21F?和 的比值稱為速度比，記作 ，則1v2 v?212)/(Ddv??（3.16）因此，活塞桿直徑越小，越接近于 1，活塞兩個方向的速度差值也就越小，如果活塞桿較粗，活塞兩個方向運動的速度差值就較大。在已知Ｄ和 的情況下，v?也就可以較方便地確定ｄ。如果向單桿活塞缸的左右兩腔同時通入壓力油時，如圖 3.2-2 所示，即所謂的差動連接，作差動連接的單出桿液壓缸稱為差動連接的液壓缸，開始工作的時候差動缸的左右兩個腔的油液壓力是相同的，但是由于無桿腔的有效面積大于有桿腔的有效面積，因此活塞會向右運動，同時右腔中排出的液壓油也進入到了左腔，加大了流入左腔的流量，從而也加快了活塞移動的速度。實際上活塞在運動時，由于差動缸兩腔間的管路中有壓力損失，所以右腔中油液的壓力稍微大于左腔油液的壓力。而這個差值一般都較小可以忽略，則差動缸活塞推力和運動速度為畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計15圖 3.2.1-2 差動缸（差動連接）212134)(dpApF???（3.17） 23dqv?（3.18） 由上式可知，差動連接時液壓缸的推力比非差動連接時的要小，而速度卻比非差動連接時大，我們正好可以利用這一點，使在不加大油源流量的情況下得到較快的運動速度，這種連接方式已經(jīng)被廣泛的應用到了組合機床的液壓動力滑臺和其它機械設備的快速運動中。如果要求快速運動和快速退回速度相等，即使 ，則由上式可得32v?dD（3.19）畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計16②雙桿式活塞缸雙桿式活塞缸的活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿伸出，它根據(jù)安裝方式不同又可以分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。如圖 3.2-3 所示分別為缸筒固定式的和活塞桿固定式的雙桿活塞缸。圖 3.2.1-3 雙桿活塞缸a-缸體固定式；b-活塞桿固定式它的進、出油口布置在缸筒兩端，活塞通過活塞桿帶動工作臺移動，當活塞的有效行程為 時，整個工作臺的運動范圍為 3l，所以機床占地面積比較大，l一般適用于小型機床。當工作臺的行程要求比較長時，可以采用圖 3.2-3b 所示的活塞桿固定的形式，這時，工作臺與缸體相連接，活塞桿通過支架固定的機床上，液壓缸的動力是由缸體傳出的。在這種安裝形式下，工作滑臺的移動范圍等于液壓缸有效行程 的兩倍，因此占地面積比較小。進出油口可設置在固定l不動的空心活塞桿的兩端，使油液從活塞桿中進出，也可設置在缸體的兩端，但必須使用質(zhì)地較軟的管道連接。由于雙桿活塞缸兩端的活塞桿的直徑是相等的，因此它的左、右兩個腔的有效面積也是相等的。當分別向左、右腔輸入相同壓力、相同流量的液壓油時，液壓缸的左、右兩個方向推力和速度是相等的，當活塞的直徑為Ｄ，活塞桿的畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計17直徑為ｄ，液壓缸進、出油腔的壓力為ｐ 1和ｐ 2，輸入流量為ｑ時，雙桿活塞缸的推力Ｆ和速度ｖ為：)((4)( 21221 pdDpAF????（3.20）)(2dqAv???（3.21）式中 v-活塞的運動速度；q-供油流量；F-活塞（或缸體）上的推力；p1、p 2-分別為液壓缸進、出壓力；A-液壓缸的有效工作面積；D、d-分別為活塞、活塞桿直徑。雙桿活塞缸工作時，設計成其中一個活塞桿是受拉的，而另一個活塞桿不受力，因此這種液壓缸的活塞桿可以做得細一些。（2）柱塞缸柱塞缸是一種單作用液壓缸，其工作原理如圖 3.2-4a 所示，柱塞與工作部件連接，缸筒固定在機體上。當壓力油進入缸筒時，推動柱塞帶動運動部件向右運動，但反向退回時必須靠其它外力或自重驅(qū)動。柱塞缸通常成對反向布置使用，如圖 3.2-4b 所示。畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計18圖 3.2.1-4 柱塞缸（柱塞式液壓缸的結構簡圖）當柱塞的直徑為 d，輸入液壓油的流量為 q，壓力為 p 時，其柱塞上所產(chǎn)生的推力Ｆ和速度 v 為：24dAF??（3.22）2qv?（3.23）畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計19柱塞式液壓缸的主要特點是柱塞與缸筒不接觸，無配合要求，缸筒的內(nèi)壁不需精加工，甚至可以不加工。運動時由缸蓋上的導向套來導向，所以它特別適用在行程較長的場合 [3]。3.2.2 液壓缸主參數(shù)的確定（1）初選液壓缸工作壓力根據(jù)液壓設計手冊初選液壓缸的工作壓力為 4MPa，液壓缸背壓壓力 為2p0.6MPa。（2）液壓缸參數(shù)的確定由于快進快退速度相等，則：21?Ddv?（3.24）由 2.1 負載分析計算可知液壓缸的最大負載發(fā)生在二工進階段，據(jù)此來計算出液壓缸的內(nèi)徑。得mpFDv 7.160]})2(1)[6.04{(3)]1([42 ?????????（3.25）6.137.02???Ddv?（3.26）查液壓設計手冊見附表 3 和附表 4[23]，圓整為標準直徑 ，m。m10d?根據(jù)液壓缸的工作壓力，則鋼壁厚為 10mm（3 ） 液壓缸工作行程的確定根據(jù)執(zhí)行機構實際工作的最大行程來確定，并參照表 3.2.2-1 中的系列尺寸可選得進給液壓缸工作行程,表 3.2.2-1 液壓缸活塞行程參數(shù)系列(GB2349—80)（mm）II25 50 80 100 125 160 200 250畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計20320 400 500 630 800 1000 1250 16002000 2500 3300 433040 63 90 110 340 588 220 280360 450 550 700 800 1100 1400 1800II2200 2800 3900240 260 300 340 380 420 480 530600 630 750 850 950 1050 1200 1300III1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800注：液壓缸活塞行程參數(shù)以 I、II、III 次序優(yōu)先選用。（4）液壓系統(tǒng)工況分析根據(jù)標準直徑，可計算出液壓缸的有效面積為無桿腔面積2221 10.)16.0(4mDA??????（3.27）有桿腔面積22222 6.)()(d??（3.28）活塞桿面積232213 105.941.0mA???????（3.29）（5）計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力、流量、功率列于下表：表 3.2.2-2 液壓缸工況表 差動快進 快退工況 啟動 加速 恒速工進恒速計算公式p= F/A3q= V3A3P=pqP =(F1+p2A24) /A1P =(F5+p2A2)/A1q= V1 A1P=pq P=pq速度m/sV2=0.1 V1=3×10-4~5×10-3 V3=0.1畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計21有 效面 積 A1=20.m??A2=2106.m??A3=23105.9m??負載N3333 1376 1111F4=28889 F5=344441111壓力MPa0.35 0.14 0.12 P =3.99 P =4.45121.45通過對液壓缸的分析，本次設計的動力滑臺系統(tǒng)適合于單桿活塞式液壓缸的特點，所以選用單桿活塞式液壓缸。 3.3 液壓閥的選型控制元件是指各種閥類元件，在液壓系統(tǒng)中被用來控制流體的壓力、流量和方向，保證執(zhí)行元件按照負載的需求進行工作。液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中控制油液流動方向、壓力及流量的元件,控制閥安裝在液壓泵和執(zhí)行元件之間,在系統(tǒng)中不做功,只對執(zhí)行元件起控制作用?？刂崎y的基本結構主要由閥體、閥心和驅(qū)動閥心在閥體內(nèi)作相對運動的機構組成。閥心的主要形式有球閥、滑閥和錐閥；閥體上除了有和閥心相配合的閥體孔或閥體座外，還有與外接回路相連接的進出油口；閥心的驅(qū)動裝置可以采用手動、機動或者電動，同時還有流體的壓力和彈簧力的作用。,雖然各種閥的工作原理不完全相同,但它們不外乎是通過閥芯的移動或控制油口的開閉或限制、改變油液的流動來工作的,而且只要液體流過閥孔 都會產(chǎn)生壓力降及油溫升高等現(xiàn)象。3.3.1 液壓控制閥的分類（1）按工作特性分：壓力控制閥（溢流閥、減壓閥、順序閥和平衡閥） 、流量控制閥（節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流集流閥和溢流節(jié)流閥） 、方向控制閥（單向閥、液控單向閥、順序閥） 。（2）按連接方式分：管式連接、板式連接、插裝閥、疊加閥；（3）按操縱方式分：人力操縱閥、機械操縱閥、電動操縱閥；（4）按控制方式：電液比例閥, 伺服閥, 數(shù)字控制閥；（5）按結構分類：滑閥, 座閥, 射流管閥；（6）按輸出參量可調(diào)節(jié)性分類：開關控制閥, 輸出參量可調(diào)節(jié)的閥。3.3.2 液壓系統(tǒng)對閥的基本要求（1）動作準確、靈敏、可靠、工作平穩(wěn)、無沖擊和振動；（2）密封性能好，內(nèi)泄漏??；畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計22（3）結構簡單、緊湊，制造、安裝、調(diào)試、維護方便，通用性好。3.3.3 液壓控制元件的選用根據(jù)個液壓元件在工作中的最高壓力和最大流量，可以確定各元件的規(guī)格型號。為了便于計算和統(tǒng)一，所有閥的額定壓力都選 7.08MPa，額定流量根據(jù)各元件的最大流量選取。因換向閥的流量為泵流量的兩倍，即18.57 2L/min=37.14L/min,因此選用 63L/m 規(guī)格，其余閥的選用與此類似 [17]。?選擇結果見表 3.3-1。表 3.3.3 液壓元件明細表規(guī)格元件名稱 最大流量（L/min）型號額定流量（L/min）額定壓力mpa額定壓降mpa背壓閥 0.4 B-10B 10 7.08 0.2順序閥 0.4 XY-10B 10 7.08 0.2單向閥 14.04 I-25B 25 7.08 0.2工進調(diào)速閥 0.39 Q-10B 0.050 7.08 0.3壓力繼電器 -- DP-63B -- 7.08 --單向閥 37.14 I-63B 63 7.08 0.2行程閥 34.6 35DY-63BY 63 7.08 0.3電磁閥 26.50 DC-43B 43 7.08 0.25二工進調(diào)速閥 0.54 Q-20B 0.100 7.08 0.3先導閥 13.8 X-15B 15 7.08 0.2換向閥 10.5 H-12B 12 7.08 0.2單向閥 18.57 I-25B 25 7.08 0.23.4 動力滑臺輔助元件的選擇輔助元件是指在液壓系統(tǒng)中除了能量轉換裝置、執(zhí)行元件及控制元件之外的其他各類組成元件，包括油箱、濾水器、分水濾水器、油霧氣、蓄能器等,輔助元件是液壓系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。使系統(tǒng)得以正常工作和便于檢測控制。（1）油箱油箱主要用來儲存油液，此外還起著散發(fā)油液中的熱量、逸出混在油液中的氣體，沉淀在油中的油污的作用。液壓系統(tǒng)中的油箱有總體式和分離式。油箱通常由鋼板焊接而成。本系統(tǒng)為中低壓系統(tǒng)，根據(jù)液壓設計手冊取油箱容積V 為額定流量的 6 倍，則畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計23LV8.103.76??（3.30）設計中液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容積按泵的流量的 5 到 7 倍來確定（參照表 3.4） ，現(xiàn)選用容量為 160L 的油箱。表 3.4 BEX 系列液壓油箱外形尺寸型號 a b cBEX-63 550 450 600BEX-100 700 500 600BEX-160 800 600 660BEX-250 1000 660 680BEX-400 1250 860 680BEX-630 1450 950 770BEX-800 1500 1100 770BEX-1000 1850 1160 800（2）過濾器在液壓系統(tǒng)中 80％以上的故障是和油液不清潔有關，油液的污染會加速液壓元器件的磨損，卡死閥芯，堵塞工作間隙，使液壓元件失效，最終導致液壓系統(tǒng)不能正常的工作，因而必須使用濾油器對油液進行過濾。①過濾器的功用是過濾掉混在油液中的雜質(zhì)，把雜質(zhì)顆粒控制在能保證液壓系統(tǒng)正常工作的范圍內(nèi)。②過濾器的主要參數(shù)和特性a.過濾精度：濾芯能夠有效濾除的最小顆粒的尺寸；b.壓降特性：指油液流過濾芯時產(chǎn)生的壓力降；c.納垢容量：指過濾器在壓力降達到規(guī)定值之前可以濾除并容納的污物數(shù)量。畢業(yè)設計（論文） YT4543 型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計24③過濾器的類型a.表面型；b.深度型；c 吸附型。④過濾器的安裝a.安裝在液壓泵的吸油管路上，避免較大雜質(zhì)顆粒進入液壓泵，保護液液壓泵。b.安裝在液壓泵的壓油管路上，保護液壓泵以外的液壓元件。c.安裝在回油管路上，過濾回油箱的油液。d.安裝在輔助泵輸油管路上，不斷凈化系統(tǒng)中的油液。e.安裝在支路上。⑶油管選擇取油液許用流速 v=3m/s,則mvqd 23max 1056.601.44????????（3.31）查產(chǎn)品樣本見附表 5[23]，選用內(nèi)徑 15mm，外徑 18mm 的冷拔鋼管，壁厚。m5.1??查材料手冊見附表 6，取 10 號鋼許用應力為[ ]=50MPa,以溢流閥的調(diào)整?壓力作為油管的工作壓力，則強度條件為mdP82.0][ax???（3.32）因為 強度足夠，符合要求。，82.0???