1、机电一体化自考本科毕业论文毕业设计说明书Beyeshejishuomingshu题 目组合机床动力滑台液压系统 指导教师 姚远 专 业 机电一体化专业 姓 名 张冰 准考证号 河南省高等教育自学考试高等教育自学考试毕业设计任务书_、题冃 二、 本环节自2012年5月 日起至2012年9月 日止三、 进行地点 四、 内容要求 能够执行快速前进、工作稳进、快速退回、原位停止等动作。动力滑台可以随时在中途停止运动，液压系统执行元件选为液压缸 指导教师：姚远批准日期意见指导老师 姚远 职称高等教育自学考试毕业设计评阅意见书意见评阅老师职称年 月 日评 语:成绩总评：答辩委员会主任:答辩小组组长:答辩小
2、组成员:题目：组合机床动力滑台液压系统设计一卧式多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。动力滑台的工作循环是：快进 f工进f快退f停止。该系统的主要参数与性能要求如下：切削力 Ft=(20000, 30000, 40000, 5000)N,移动部件总重力 G=10000N,快进行程 Ll=100mm, 工进行程L2=50mmo快进快退的速度为V快=(4, 6, 8, 10)m/min,工进速度为V工 = (0.25, 0.35, 0.45,0. 55)m/min,加速减速时间 t=0. 2s,静摩擦系数 fs = 0. 2 , 动摩擦系数fd=0.1o该动力滑台采用水平放置的平导轨，动力滑台可任意停
3、止。【摘要】本论文主要阐述了组合机床动力滑台液压系统，能实现的工作循环是：快速 前进f工作进给f快速退回一原位停止，液压技术是机械设备中发展速度最快 的技术之一。特别是近年可与微电子、计算机技术相结合、使液压技术进入了一 个新的发展阶段。目前，已广泛应用在工业各领域。由于近年来微电子、计算机 技术的发展，液压元器件制造技术的迹一步提高，使液压技术不仅在作为一种基 本的传统形式上占有重要地位而且以优良的静态、动态性能成为一种重要的控制 手段。面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济屮占重 要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为制造工业 重要设备的各类机
4、加工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的 液压系统的地位越来越重要。本液压系统的设计，除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外，还必须 符合体积小、重量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修方便 等一些公认的普遍设计原则。液压系统的设计主要是根据已知的条件，来确定液 压工作方案、液压流量、压力和液压泵及其它元件的设计。综上所述，完成整个设计过程需要进行一系列艰巨的工作。设计者首先应树 立正确的设计思想，努力学握先进的科学技术知识和科学的辩证的思想方法。同 时，还要坚持理论联系实际，并在实践中不断总结和积累设计经验，向有关领域 的科技工作者和从事生产实践的工作者学习，不
5、断发展和创新，才能较好地完成 机械设计任务。关键词：组合机床，液压系统，液压缸，液压泵换向阀subject： Combination machine tools power slide a hydraulicsystemABSTRACTThe face of Chinas economy developed rapidly in recent years, the growth of machinery manufacturing industry, in the national economy accounts for an important position in the field
6、of manufacturing industry to be healthy and rapid development Improvement of manufacturing equipment, making an important equipment manufacturing industry as a wide range of machining processes and equipment have been many new changes, especially the hole processing, in todays hydraulic system is be
7、coming more and more important.Boring machine hydraulic system design, in addition to the host in action and meet the performanee requirements of the provisions, but also must meet the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation, convenient use and maint
8、enance of a number of generally recognized design principles The design of the hydraulic system is the basis of known conditions to determine the work program of hydraulic, hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other components of the design. To sum up, the need to complete the en tire de
9、sig n process to con duct a series of hard work In recent years, in particular with the microelectronics, computer technology, so that the hydraulic tech no logy has en tered a new stage of developme nt At prese nt, it has been widely used in industry in various fields. In recent years, microelectro
10、nics, computer tech nology, hydraulic comp on ents to further improve man ufacturi ng tech nology, so that hydraulic tech no logy as a fun dame ntal, not only in traditi onal form but also occupies an important position with excellent static and dynamic performanee has become an important means of c
11、ontrol.Enter here Abstract In this paper; focused on the combination of dual-use horizontal boring drilling machine hydraulic system, to achieve the duty cycle is: work fast forward feed situ rapid return to stop, hydraulic tech no logy is mecha nical equipme nt in the fastest growing tech nologiesK
12、EY WORDS： modular machine tool hydraulic system pump hydraulic cylinder valve第1章 液压传动的发展概况和应用 121.1液压传动的发展概况 121.2液压传动在机械行业中的应用 131.3静液压传动装置的应用 13第2章 液压传动的工作原理和组成 152.1工作原理 152.2液压系统的基本组成 17第3章 液压传动的优缺点 193.1液压传动的优点 193.2液压传动的缺点 19第4章液压系统工况分析 214.1运动分析 214.2负载分析 214.2.1负载计算 214. 2. 2液压缸各阶段工作负载计算： 21
13、4. 2.3绘制动力滑台负载循环图，速度循环图（见图1） 224. 2. 4确定液压缸的工作压力 234. 2.5确定缸筒内径D,活塞杆直径d 234. 2. 6液压缸实际有效面积计算 234. 2.7最低稳定速度验算。 234. 2.8计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力、流量、功率列于表（1） 23第5章确定液压系统图 255.1液压泵型式的选择 255.2选择液压回路 255.3组成液压系统 26第6章 液压元件选择 286.1选择液压泵和电机 286.1. 1确定液压泵的工作压力 286.1.2液压泵的流量 286.1.3选择电机 286.2辅件元件的选择 316.3确定管道尺寸 3
14、2第7章液压系统的性能验算 337.1管路系统压力损失验算 337.1.1判断油流类型 337.1.2沿程压力损失EAP. 337.1.3局部压力损失EAP2 337.2液压系统的发热与温升验算 367.2.1液压泵的输入功率 367.2. 2有效功率 367.2.3系统发热功率人 367.2. 4散热面积 367. 2. 5油液温升 36第8章 液压系统最新发展状况 388.1国外液压系统的发展 388.2远程液压传动系统的发展 39第9章注意事项 41结论 42谢辞 43文献 44第1章液压传动的发展概况和应用1.1液压传动的发展概况液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出
15、的液体静压 力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。 如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫布拉曼(JosephBraman,1749-1814),在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业 上，诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质水改为油，进一步得到改 善。第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更 为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间,才开始进入正规的工 业生产阶段。1925年维克斯(F.Vikers)发明了
16、压力平衡式叶片泵，为近代液压元件 工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁尼斯克 (GQonstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动 (液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。我国的液压工业开始于20世纪50年代,液压元件最初应用于机床和锻压设 备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、 农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当 前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度 集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、
17、计算机仿真和 优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如 插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认 真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产 品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产 品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。 由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械 设备上的应用将更加广泛。1.2液压传动在机械行业中的应用机床工业一磨床、铳床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床
18、、数 控机床、加工中心等工程机械一 掘机、装载机、推土机等汽车工业自卸式汽车、平板车、高空作业车等农业机械一一联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等轻工机械打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等冶金机械一一电炉控制系统、轧钢机控制系统等起重运输机械起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等矿山机械一开采机、提升机、液压支架等建筑机械打桩机、平地机等船舶港口机械起货机、锚机、舵机等铸造机械一型压实机、加料机、压铸机等1.3静液压传动装置的应用静液压传动由于具有无级变速，调速范围宽，可以实现恒扭或恒功率调速， 容易实现电控等优点，在工程机械中具有良好的应用前景。但是在铲土运输机械 和起重机械中作
19、为主要传动就用却很少,其主要问题是在于国内液压元件质量差, 而国外的液压元件价格又太高，会造成主同成本过窩。90年代以来，国内己引进 了德国林徳公司静液压叉车，以及利勃海尔公司静液压推土机的装载机，但在国 内市场所占份额很小。从国内工程机械市场的实际出发，本文对静液压传动在国 内的推广应用提出探讨性的意见如下：（1） 静液压传动叉车在发达国家已经被广泛采用，由于国内部分仓库、码头 和工厂等使用部门对叉车的机动性能（尤其是低速性能）、噪声已经有较高的要求, 因此这些部门正在成为国内静液压叉车用户。国内叉车和液压元件生产企业应该 看到静液压叉车的良好前景，联合研究开发适合我国国情的叉车静液压系统，
20、提 供能先进，工作可靠，价格适中的产品。也可以采用与国际静液压元件制造公司 联合开发的方式，加快开发的速度。（2） 中小型多功能工程机械由于具有挖掘，装载，叉车和起重等多功能，在 发达国家已经得到了广泛的应用。随着我国经济建设尤其是城市建设的发展，屮 小型多功能工程机械也将在我国推广应用，而它们无疑将首先采用静液压传动作 为其主要传动装置。国内工程机械企业应该看到中小型多功能工程机械的发前景, 联合国内外静液压元件生产企业共同开展对它们的研究开发，以促进中小型多功 能工程机械在我国的发展。(3)在国内大型铲土运输和起重机械中，由于配套的静液压与电子控制元件 的技术难度大，价格太高，在国内用户中
21、难以接受。因此，在我国暂时不宜将静 液压传动研究开发的重点放在与大型铲土运输和起重机械配套上，而应将重点放 在上述两类工程机械上。第2章液压传动的工作原理和组成液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系 统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来 传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（缸或马达）把液 体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。驱 动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、 换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。2.1工作原理1.快速前进按下
22、起动按钮，电磁经铁1YA通电，电磁换向阀A的左拉接入回路，液动 换向阀B在制油液的作用下其左位接入系统工作，这时系统中油液的通路为：进油路：过滤器1-变量泵1-换向阀A-单向阀O换向阀B左端回油路：换向阀右端一节流阀Ft换向阀At油箱。于是，换向阀B的阀芯右移，使其左位接入系统。主油路进油路：过滤器2变量泵1T单向阀3-换向阀Bt行程阀11T液压缸左腔。回油路：液压缸右腔T换向阀Br单向阀6-行程阀11T液压缸左腔，形成差 动连接。此时由于负载较小，液压系统的工作压力较低，所以液控顺序阀5关闭，液 压缸形成差动连接，又因变量泵2在低压下输出流量为最大，所以动力滑台完成 快速前进。2 作进给当滑
23、石运动到预定位宜时，控制挡铁压下行程阀11。切断了快进油路，电液 动换向阀7的工作状态不变（阀B和阀A的左位仍接入系统工作），压力油须经调 速阀8、二位二通电磁12才能进入液压缸的左腔，由于油液流经调速阀而使系统 压力升高，于是液控顺序阀5打开，单向阀6关闭，使液压缸右腔的油液经阀5、 背压阀4流回油箱，使滑台转换为工作进给运动。其主要油路：进油路：过滤器1 -变量泵2-单向阀3-换向阀B -调速阀8-电磁阀12-液压缸左 腔。回油路：液压缸右腔f换向阀Bt顺序阀5-背压阀4-油箱。因为工作进给时系统压力升高，所以变量泵2的输出流量便自动减小，以适 应工作进给的城要，进给速率的大小由调速阀8来
24、调节。3.死挡铁停留当滑台第二次工作进给完毕，碰上死挡铁后停止前进，停留在死挡铁处，这 时液压缸左腔油液的压力升高，当升高到压力继电器13的调整值时，压力继电器 动作，发出信号给时间继电器，其停留时间由时间继电器控制，经过时间继电器 的延时，再发出信号使滑台返回。4.快速退回时间继电器延时发出信号，使电磁铁YA停电，2YA通电，这时换向阀A的 右位接入回路，控制油液换向阀B的右位拉入系统工作，此时，由于滑台返回的 负载小，系统压力较低，变量泵2的流量自动增大至最大，所以动力滑台快速退 回。这时系统油液的通路为：控制油路进油路：过滤器I变量泵2-换向阀A-单向阀Dt换向阀B右端。回油路：换向阀B
25、左端节流阀E-换向阀A-油箱。主油路进油路：过滤器1-变量泵2-单向阀3-换向阀B-液压缸右腔。回油路：液压缸左腔单向阀10换向阀B-油箱。动力滑台快速后退，当其快退到一定位置（即工进的起始位置）时，行程阀11 复位，使回油路更为畅通，但不影响快速退回动作。5.原位停止当滑台退回到原位时，挡铁压下行程开关而发出信号，使2YA断电，换向阀 A、B都处于中位，液压缸失去动力源，滑台停止运动。变量泵2输出的油液经 单向阀3换向阀B流回油箱，液压泵卸荷。单向阀3使泵卸荷时，控制油路中仍 保持一定的压力。这样，当电磁换向阀A通电时，可保证液动换向阀B能正常工 作。3、油源的选择 由液压缸工况图（阳2）清
26、楚的看出，苴系统特点是快速时低 压、大流量、时间短，工进时高压、小流量、时间长，故采用双联叶片泵或 限压式变量泵。将两者进行比较（见表3）考虑本机床要求系统平稳、工作可靠。因而采用双联叶片泵。表3叶片泵的选择双联叶片泵限压式变址叶片泵1.流屋突变时，液压冲击取决于溢流阀 的性能，一般冲击较小1.流暈突变时，定子反应滞后，液压冲击 大2内部径向力平衡，压力平衡，噪声小， 工作性能较好。2.内部径向力不平衡，轴承较大，压力波 动及噪声较大，工作平衡性差3.须配有溢流阀、卸载阀组，系统较复 杂3.系统较简单4.有溢流损失，系统效率较低，温升较 高4.无溢流损失，系统效率较高，温升较低系统工作循环表4
27、元件名称动作循环电 磁 铁行程阀压力继电器1Y2Y快进+/工进+压下+ （工进终了）快退+/停止（或中途停止）/2.2液压系统的基本组成1） 能源装置液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机 械能转换成液压能，给系统提供压力油液。2） 执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械 能，推动负载做功。3） 控制装置液压阀通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方 向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不 同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益 流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括
28、节流阀、调整 阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根 据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。4） 辅助装置一一油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通 过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。5） 工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量 或信息。第3章液压传动的优缺点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 功率的情况下，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） 液压执行装宜的工作比较平稳。
29、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500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） 液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进 行控制或调节，操纵很方便。当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能 实现较复杂的顺序动作和远程控制。5）液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命长。6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、
30、制造和使用都比较方便。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可避免地要有泄漏， 同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例 如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。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） 液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。因此, 在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。4） 为了减少泄露，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，因此对维修人员提出了更高的要求，既
31、 要系统地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。6）随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大, 这也是要解决的问题。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，液压传动将口益完善，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。第4章液压系统工况分析4.1运动分析绘制动力滑台的工作循环图快进 h工进1 快退 停止4.2负载分析4.2.1负载计算(1)工作负载工作负载为已知 Fl=28000N(2)摩擦阻力负载己知采用平导轨，且静摩擦因数血=0丄动摩擦因数血=0.2,则：静摩擦阻力 f ”二0. IX 98ION二98IN动摩擦阻力 F, =0.2X9810N=1962N(3)惯性负载 动力滑台起动加速，反向起动加速和快退减速制动的加速度的绝对值相等，既厶u=0.2m/s, At=O.O5s,故惯性阻力为：f =ma=GAu/gAt= (9810X0.2) m (9.8X0
