YT4543型组合机床动力滑台液压系统设计

本科生毕业设计（论文）题 目： YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计 指导教师：学生姓名：专 业： 院 （系）： 答辩日期： 毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计I摘要本文主要阐述了 YT4543 型组合机床动力滑台液压系统的设计。通过对组合机床液压系统工况的分析，拟定了液压系统原理图，完成了 YT4543 型组合机床液压系统的液压泵的选型，液压缸的设计以及液压阀的选型和辅助元件的设计；在设计过程中首先介绍了组合机床液压系统的国内外研究现状，工作压力，负载，然后根据设计的要求，提出了设计方案，确定了液压系统各主要部件的性能参数，最后通过压力及热平衡计算验证设计的合理性，并且设计中运用了典型的液压基本回路，如：调速回路、调压回路。通过此次设计，组合机床的液压传动系统满足设计要求，与传统的液压系统相比，具有功耗低、效率高、精度高等优点。关键词: 组合机床 动力滑台 液压系统 毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计II毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计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毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计III毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计III目录1 绪论 12 液压传动方案的拟定 22.1 设计方案的提出及要求 .22.2 工况分析 .22.3 工作原理分析 .33 液压系统的设计 73.1 液压泵的选型 .73.1.1 液压泵的特点 .73.1.2 液压泵的分类 .73.1.3 液压泵的选用原则 .83.1.4 液压泵的主要性能参数计算及选型 .83.2 液压缸的设计 103.2.1 液压缸类型的选择 103.2.2 液压缸主参数的确定 153.3 液压阀的选型 173.3.1 液压控制阀的分类 173.3.2 液压系统对阀的基本要求 173.3.3 液压控制元件的选用 183.4 动力滑台辅助元件的选择 184 液压系统性能的验算 .214.1 回路中的压力损失计算 214.2 液压系统热平衡验算 22结论 .23致谢 .24参考文献 .25附录 .26附录 A .26附录 B YT4543 型组合机床动力滑台液压系统原理图 28附录 C 液压缸装配图及零件图若干 28附录 D 油箱装配图 28毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计11 绪论 随着近 50 年的科学技术的进步与发展，液压技术已经成为了一门影响现代机械装备技术的重要基础学科和基础技术，液压组合机床是一种利用液体压力来传递能量,以实现各种压力加工工艺的机床。随着新工艺及新技术的应用，液压组合机床在金属加工及非金属成形方面的应用越来越广泛，在机床行业中的占有份额正在大幅度增加。由于液压组合机床在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。如板材成型；管、线、型材挤压；粉末冶金、塑料及橡胶制品成型；胶合板压制、打包；人造金刚石、耐火砖压制和炭极压制成型；轮轴压装、校直等等。各种类型的液压组合机床迅速发展，有力地促进了各种工业的发展和进步。八十年代以来，随着微电子技术、液压技术等的发展和普及应用，液压组合机床有了更进一步的发展。目前，液压组合机床的最大标称压力已达750MN，用于金属的模锻成型。众多机型已采用 CNC 或工业 PC 机来进行控制，使产品的加工质量和生产率有了极大的提高。随着人们生活水平的提高，金属压制和拉伸制品的需求逐年提高，同时，对产品品种的需求也越来越多，另一方面产品的生产批量日益缩小。为与中、小批量生产相适应，需要能够快速调整的加工设备，这使液压组合机床成为理想的成型工艺设备。特别是当组合机床液压系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后，不仅能够实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，实现了极低的废品率。这种加工方式还适合于长行程、难成型以及高强度的材料。可变的动力组合、短的加工时间、根据工件长度的简易的压力行程调整，这与机械加工系统相比，有其优越性。面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中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，组合滑台在数控车床上担任着重要的角色，由于工业的发展元件的不断提高性能使得滑台的快速发展也日新月异。 全世界各种零件约有 85至 90的加工都是由组合滑台液压系统组成的机床上完成的。组合滑台是一种万能型机床组成部分，目前已经无可争议地成为零件加工的必不可少的功能性部件，在世界机床市场上它的功能重点已占据首位，并且仍在发展扩大。组合机床动力滑台的发展主要以液压技术的应用为基础，其液压系统已成为工业工程机械液压系统的主流形式。随着科学技术的发展和加工业现代化生产的需要，组合机床动力滑台需要大幅度的技术进步，技术创新是机床行业所面临的新挑战。在技术方面，机床产品的核心技术就是组合滑台的液压系统设计，所以对其液压系统的分析研究具有十分重要的现实意毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计2义。2 液压传动方案的拟定液压传动是以液体作为介质来传递能量和进行控制的一种传动方式。利用液压泵将原动机的机械能转换成液体的压力能的液压系统，它传递能量是通过液体压力能的变化来实现的，再通过各种控制系统和液压回路的传递，最后再借助于液压执行元器件把液体的压力能最终转换成为机械能，使工作机构运转，从而实现机构的直线往复运动和回转运动。 其中驱动机床工作台的液压系统是由液压泵、溢流阀、节流阀、开停阀、换向阀、液压缸、油箱、过滤器以及连接这些元件的油管、接头等液压元器件组成。2.1 设计方案的提出及要求根据 YT4543 型组合机床主机的工作情况、对液压系统的技术要求、液压系统的工作条件和环境条件以及成本，经济性、等诸多因素，进行全面、综合的设计，从而拟定出了一个比较合理的、可实现的液压系统的方案来。包括液压回路的分析、选择与合成，液压系统原理图的拟定、设计与分析。动力滑台为卧式布置，动力滑台拟采用液压驱动；工件采用机械方式夹紧。本课题所设计的液压系统是卧式组合机床液压动力滑台液压系统,在切削阻力为 20000N；快进、快退速度为 3.5m/min；一工进的速度为 0.08m/min；二工进的速度为 0.05m/min；工进时的最大切削力为 34444N；工作台最大行程为500mm,其中工进的总行程为 300mm,快进的行程为 50mm；加、减速时间为 0.25s的条件下完成系统原理图和该系统主要零件的结构及有关设计计算。液压泵及液压元件的选用，液压缸采用单作用液压缸，液压缸作为液压系统的执行元件安装在机床的床身上，与液压供油装置分开布置，避免两者之间形成振动干涉。最终使液压系统能够准确的完成快进第一次工作进给第二次工作进给止挡块停留快退原位停止这一工作循环 1。2.2 工况分析 （1）阻力计算切削阻力切削阻力为已知 ： NFq20摩擦阻力取静摩擦系数 =0.2，动摩擦系数 =0.1，已知运动部件总重为 10000N，sf df则：毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计3静摩擦阻力： =0.210000N=2000N NsFf（2.1）动摩擦阻力： =0.110000N=1000NNdf惯性阻力动力滑台起动加速，反向起动加速和快退减速制动的加速度的绝对值相等，既u=3.5m/min，t=0.25s，故惯性阻力为：NGF238605.89.310tgua ）（）（2.2）由于动力滑台为卧式放置，所以不考虑重力负载。（2）液压缸各阶段工作负载计算：（取液压缸的机械效率 m=0.9）起动：F1= =3000/0.9=3333N mfsF（2.3）加速：F2=（ + ）/m=（1000+238）/0.9=1376N fdFa（2.4）快进：F3= /m=1000/0.9N=1111N fd（2.5）一工进：F4=( + )/cm=(1000+25000)/0.9N=28889N fdF1r（2.6）二工进：F5=( + )/cm=(1000+30000)/0.9N=34444N fd2r（2.7）快退：F6= /m=1000/0.9N=1111N fdF（2.8）据已知结果可以画出负载循环图如下：毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计4图 2.2 负载循环图根据上面的负载分析能够初步确定液压系统的主参数，为下一步确定液压系统执行元件的压力和流量提供设计依据。2.3 工作原理分析图 2.3 所示为 YT4543 型组合机床动力滑台的液压系统原理图，该系统采用限压式变量泵供油、电液动换向阀换向、快进由液压缸差动连接来实现。用行程阀实现快进与工进的转换、二位二通电磁换向阀用来进行两个工进速度之间的转换，为了保证进给的尺寸精度，采用了止挡块停留来限位 7。通常实现的工作循环为:快进 第一次工作进给 第二次工作进给 止挡块停留 快退 原位停止。系统的油源为限压式变量叶片泵 1 它与串联的调速阀 7、8 和背压阀 3 组成容积节流（进口）调速回路单杆活塞缸 13 为差动连接，以实现快速运动，缸的运动方向变换由电液换向阀 6 实现，二位二通机动换向阀（行程阀）11 和电磁换向阀 12 用于液压缸的快慢速度换接，电液换向阀 6 中的 电磁阀的 M 型中位机能用于停止时的卸荷，快进与工进由远控顺序阀 4 控制，阀 4 的设定压力低于工进时的系统压力而高于快进时的系统压力，压力继电器 9 用于死挡铁停留开始时的发信，系统中有三个单向阀，单向阀 2 用于保护液压泵免受液压冲击，同时用于保证系统卸荷时电液换向阀的先导控制油路保持一定的控制压力，以确保换向动作的实现，单向阀 5 用于工进时进油路和回油路的隔离，单向阀 10用于提供快退回路油 10。毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计5图 2.3 YT4543 型动力滑台液压系统原理图电磁铁、压力继电器和行程阀的动作顺序表 2.3 如下所示：表 2.3电磁铁工作状态 液压元件工作状态动作名称1YA 2YA 3YA 压力继电器 9 行程阀 11快进 + - - - 接通（下位）-一工进 + - - - 切断（上位）+二工进 + - + - 切断+停留 + - + + 切断+快退 - + 切断接通停止 - - - - 接通-注：“+”表示通电, “-” 表示断电。（1）快进按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电，电液动换向阀 6 的先导阀阀芯向右移动从而引起主阀芯向右移，使其左位接人系统，其主油路为：毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计6进油路：液压泵 1单向阀 2换向阀 6(左位) 行程阀 11(下位) 液压缸左腔 回油路：液压缸的右腔 换向阀 6(左位) 单向阀 5 行程阀 1l(下位) 液压缸左腔，形成差动连接。（2）第一次工作进给当滑台快速运动到预定位置的时候，滑台上的行程挡块压下行程阀 11 的阀芯，这时切断了该通道，使液压油必须经调速阀 7 进入液压缸的左腔。由于油液流经调速阀，液压系统的压力升高，打开液控顺序阀 4，此时单向阀 5 的上部分压力比下部分压力大，所以单向阀 5 关闭，切断了液压缸的差动回路，流回的压力油经过液控顺序阀 4 和背压阀 3 流回油箱使组合机床动力滑台液压系统转换为第一次工作进给。其油路连通情况是：进油路：液压泵 1 单向阀 2 换向阀 6(左位) 调速阀 7 换向阀12(右位) 液压缸左腔；回油路：液压缸右腔 换向阀 6(左位) 顺序阀 4 背压阀 3 油箱。因为液压系统工作进给时，其内部压力升高，所以变量式叶片泵 1 的输油量便会自动的减少，来适应工作进给的需要，进给量的大小是由调速阀 7 调节的。（3）第二次工作进给第一次工作进给结束之后，行程开关被行程挡块压下使 3YA 通电，液压回路被二位二通换向阀切断，进油必须经过调速阀 7、8 才能够进入到液压缸，此时由于调速阀 8 的开口量比调速阀 7 的要小，所以进给速度再次下降，其它油路情况同第一次工作进给。 （4）止挡块停留 当动力滑台工作进给完成以后，碰上止挡块的液压动力滑台将不再前进，停留在止挡块处，同时液压系统的压力上升，当上升到压力继电器 9 的调整值的时候，压力继电器开始动作，再经过时间继电器的延时作用，发出信号使动力滑台返回，滑台的停留时间可以通过时间继电器在一定范围内作调整。（5）快退 时间继电器经过延时发出信号，1YA、3YA 断电，2YA 通电，系统中油路连通情况为：进油路：泵 1 单向阀 2 换向阀 6(右位) 液压缸的右腔； 回油路：液压缸的左腔 单向阀 10 换向阀 6(右位) 油箱。（6）原位停止 毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计7当动力滑台退回到原始位置时，行程开关被行程挡块压下，发出信号，使2YA 断电，此时换向阀 6 处于中间位置，液压缸失去了液压动力源，动力滑台停止运动。液压泵输出的油液直接经过换向阀 6 流回到油箱，泵卸荷 16。毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计83 液压系统的设计3.1 液压泵的选型动力元件是指一般常见的液压泵,它的功用是将原动机输入的机械能转换成为液体的压力能, 以驱动执行元件的运动。液压传动系统中使用的液压泵都是容积式的，它是依靠密闭容积的周期性变化而工作的，以下图 3.1 是液压泵的四种类型：图 3.1 泵的类型a-单向定量泵；b-单向变量泵；c-双向定量泵；d-双向变量泵3.1.1 液压泵的特点（1）必须具备一个或若干个密封油腔，且密封油腔的容积应能不断变化，液压泵的吸油和压油过程都是靠泵的密封容积不断变化来实现的。密封容积的大小、变化率和数量就决定了液压泵的输油量的大小。（2）自吸式液压泵的吸油条件是油箱必须以大气相通。因此为保证液压泵能正常吸油，油箱必须和大气连通，或采用密闭的充压油箱。（3）油压形成的条件是液压油的压力决定于外部的负载。（4）必须让液压泵在吸油时吸油腔和油箱相连通，而与压油腔不连通；而在压油时压油腔和压油管道相连通，而与吸油腔不连通 19。3.1.2 液压泵的分类常用的容积式液压泵有：齿轮泵、叶片泵（单作用叶片泵，变量叶片泵）、柱塞泵（径向，轴向）等。液压泵的压力分级标准如表 3.1.2 所示：毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计9表 3.1.2 压力分级 压力等级 低压 中压 中高压 高压 超高压压力 P/Mp 32流量分级：4 6 10 16 25 40 63 100 250 3.1.3 液压泵的选用原则液压泵是向液压系统提供一定流量和压力的动力元件,它是每个液压系统不可缺少的核心元件,合理的选择液压泵的型号对于降低液压系统的能耗,提高系统的工作效率,降低噪声,改善工作性能和保证液压系统工作的可靠性都十分重要。液压泵的选择原则是：根据主机的工况、功率大小和液压系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。一般在轻载小功率的液压设备上，可选用齿轮泵,双作用叶片泵；精度较高的机械设备，可用双作用叶片泵（采用单向定量泵） ；在负载较大并且有快速、慢速进给的机械设备上，可选用限压式变量叶片泵（采用单向变量泵）,双联叶片泵；负载大, 功率大的设备上，可用柱塞泵；机械设备的辅助装置，如送料、夹紧等不重要的场合，可选用价格低廉的齿轮泵 21。限压式叶片泵的使用场合和优缺点：（1）适用场合：由于限压式变量叶片泵的上述流量压力特性，都应用于组合机床的进给系统，以实现快进、工进和快退运动；且限压式叶片泵也适用于定位和夹紧系统。（2）优缺点：限压式变量叶片泵根据负荷大小，自动调节输出流量，因此功率损耗小、可以减小油液发热。油液系统中采用变量泵，可节省液压元件的数量，从而简化了油路系统。泵本身的结构复杂，泄漏量大，流量脉动较严重，致使执行元件的运动毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计10速度不够平稳。存在径向不平衡问题，影响轴承的寿命，噪声也大。正因为本次设计的是组合机床的动力滑台，需要快进、工进和快退运动，所以此液压系统中应该选用的是限压式变量叶片泵 22。3.1.4 液压泵的主要性能参数计算及选型（1）压力工作压力：液压泵工作时输出液体的实际压力。其值取决于负载（包括管路阻力） 。额定压力：液压泵的密封能力和结构强度所决定的、保证正常工作所允许的最高工作压力。最高允许压力：液压泵在短时间内超载运转时所允许的极限压力。（2）流量和排量排量 V：液压泵在无泄漏的情况下，泵轴每转一转所排出的液体体积。（单位 m/r）其值取决于密封工作腔的数目和结构尺寸大小。理论流量 qvt：液压泵在不考虑泄漏的情况下，单位时间内输出液体的体积。其值等于液压泵的排量 V 与泵轴转速 n 的乘积, t=Vn （3.1） 式中 V液压泵排量（m 3/r）；N主轴转速（r/s）。实际流量 v：液压泵工作时的实际输出的流量。等于理论流量减去泄漏、压缩等损失的流量q v，即qv=qvt一q v （3.2） 额定流量 qvn：液压泵在额定压力下工作的实际流量。（3）功率和效率液压泵的功率损失包括容积损失和机械损失两个部分：容积损失：是指液压泵在流量上的损失，液压泵实际的输出流量小于其理论的流量，主要原因是由于液压泵高压腔的泄漏、内部油液的压缩以及它在吸油的过程中由于油液粘度过大、吸油的阻力太大以及液压泵的转速太高等原毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计11因导致油液不能完全充满整个密封的工作腔。用容积效率来表示液压泵的容积损失，它等于液压泵实际的输出流量 q 与理论流量 qt之比，即tltlt 1（3.3）泵的实际输出流量 q 为vvtVnq（3.4）机械损失：指在转矩上的损失。它等于液压泵的理论转矩 Tt与其实际转矩 T 之比，设液压泵的转矩损失为 Tl，则其机械效率为tltmT1（3.5）液压泵的功率输入功率 ：液压泵输入功率等于原动机的输出功率。用输出转矩 T 和ip角速度 来表示，即iTp（3.6）输出功率 P :液压泵实际输出的液压功率，液压泵在实际工作过程中的o吸、压油口间的压力差 P 和输出流量 的乘积。即vqvopq（3.7）液压泵的总效率：液压泵的输出功率与输入功率之比。即vmtviiTpqp（3.8）（4）参数计算取系统泄漏系数 K=1.15，由于管路比较复杂取沿程总压力损失，调速阀压降为 0.5MPa，则MPap5.0毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计12液压泵的最大工作压力为MPapp6.501.max1（3.9）取压力储备为 25%，则液压泵的额定压力为Papp 08.76.521.1 （3.10）液压泵的最大供油量min/57.18in/5.16.max LLqkp （3.11）根据上述计算查附表1和附表2，选定液压泵的型号为：YBX-25型限压式变量叶片泵。3.2 液压缸的设计执行元件是指作直线运动的液压缸或是作回转运动的液压马达等，它们的功用是将流体的压力能转换成机械能，来驱动工作部件的能量转换装置。液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转变为机械能且做直线往复运动的能量转换装置。液压杠结构简单、工作可靠、制造容易，做直线往复运动时，省去减速机构,且没有传动间隙，传动平稳、反应快，因此在液压系统中被广泛的应用。3.2.1 液压缸类型的选择液压缸按其结构形式，可分为活塞缸、柱塞缸和两类。活塞缸和柱塞缸实现往复运动，输出推力和速度。按其作用方式，可分为单作用缸、双作用缸两类。单作用缸只是向活塞一侧输入压力流体实现单向运动，而反方向的运动则靠自重、弹簧或其他外力实现。双作用缸是交替地向活塞两侧输入压力流体实现往复运动。液压缸除单个使用外，还可以几个组合起来或和其它机构组合起来，以完成特殊的功用。（1）活塞式液压缸活塞式液压缸分为单杆式和双杆式两种。单杆式活塞缸毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计13图 3.2.1-1 单杆活塞缸a-无杆腔进油；b-有杆腔进油如图 3.2-1 所示，活塞只有一端带有活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定式和活塞杆固定式两种，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。单杆式活塞缸由于活塞两端有效面积不相等。如果用相同流量的压力油分别进入液压缸的左腔和右腔，则活塞的移动速度与进油腔的有效面积成反比，即油液进入无杆腔的速度慢，有效面积大，进入有杆腔时的速度快，有效面积小；而液压活塞上产生的推力与进油腔的有效面积成正比。如图 3.2-1a，当输入液压缸的压力油流量为 q 时，液压缸的进、出油口压力分别为1 和2 时，活塞上所产生的推力1 和速度 v1 为)(422121 dpDpAF（3.12）21qv（3.13）当油液从如图 3.2-1b 所示的右腔(有杆腔)输入时，在活塞上所产生的推力2和速度 v2 为)(42121212 dpDpAF（3.14）)(22dqv（3.15）毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计14由上式可知，由于 ，所以 。若把两个方向上的输出速度21A21F和 的比值称为速度比，记作 ，则1v2 v212)/(Ddv（3.16）因此，活塞杆直径越小，越接近于 1，活塞两个方向的速度差值也就越小，如果活塞杆较粗，活塞两个方向运动的速度差值就较大。在已知和 的情况下，v也就可以较方便地确定。如果向单杆活塞缸的左右两腔同时通入压力油时，如图 3.2-2 所示，即所谓的差动连接，作差动连接的单出杆液压缸称为差动连接的液压缸，开始工作的时候差动缸的左右两个腔的油液压力是相同的，但是由于无杆腔的有效面积大于有杆腔的有效面积，因此活塞会向右运动，同时右腔中排出的液压油也进入到了左腔，加大了流入左腔的流量，从而也加快了活塞移动的速度。实际上活塞在运动时，由于差动缸两腔间的管路中有压力损失，所以右腔中油液的压力稍微大于左腔油液的压力。而这个差值一般都较小可以忽略，则差动缸活塞推力和运动速度为毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计15图 3.2.1-2 差动缸（差动连接）212134)(dpApF（3.17） 23dqv（3.18） 由上式可知，差动连接时液压缸的推力比非差动连接时的要小，而速度却比非差动连接时大，我们正好可以利用这一点，使在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度，这种连接方式已经被广泛的应用到了组合机床的液压动力滑台和其它机械设备的快速运动中。如果要求快速运动和快速退回速度相等，即使 ，则由上式可得32vdD（3.19）毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计16双杆式活塞缸双杆式活塞缸的活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出，它根据安装方式不同又可以分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。如图 3.2-3 所示分别为缸筒固定式的和活塞杆固定式的双杆活塞缸。图 3.2.1-3 双杆活塞缸a-缸体固定式；b-活塞杆固定式它的进、出油口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，当活塞的有效行程为 时，整个工作台的运动范围为 3l，所以机床占地面积比较大，l一般适用于小型机床。当工作台的行程要求比较长时，可以采用图 3.2-3b 所示的活塞杆固定的形式，这时，工作台与缸体相连接，活塞杆通过支架固定的机床上，液压缸的动力是由缸体传出的。在这种安装形式下，工作滑台的移动范围等于液压缸有效行程 的两倍，因此占地面积比较小。进出油口可设置在固定l不动的空心活塞杆的两端，使油液从活塞杆中进出，也可设置在缸体的两端，但必须使用质地较软的管道连接。由于双杆活塞缸两端的活塞杆的直径是相等的，因此它的左、右两个腔的有效面积也是相等的。当分别向左、右腔输入相同压力、相同流量的液压油时，液压缸的左、右两个方向推力和速度是相等的，当活塞的直径为，活塞杆的毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计17直径为，液压缸进、出油腔的压力为 1和 2，输入流量为时，双杆活塞缸的推力和速度为：)(4)( 21221 pdDpAF（3.20）)(2dqAv（3.21）式中 v-活塞的运动速度；q-供油流量；F-活塞（或缸体）上的推力；p1、p 2-分别为液压缸进、出压力；A-液压缸的有效工作面积；D、d-分别为活塞、活塞杆直径。双杆活塞缸工作时，设计成其中一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细一些。（2）柱塞缸柱塞缸是一种单作用液压缸，其工作原理如图 3.2-4a 所示，柱塞与工作部件连接，缸筒固定在机体上。当压力油进入缸筒时，推动柱塞带动运动部件向右运动，但反向退回时必须靠其它外力或自重驱动。柱塞缸通常成对反向布置使用，如图 3.2-4b 所示。毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计18图 3.2.1-4 柱塞缸（柱塞式液压缸的结构简图）当柱塞的直径为 d，输入液压油的流量为 q，压力为 p 时，其柱塞上所产生的推力和速度 v 为：24dAF（3.22）2qv（3.23）毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计19柱塞式液压缸的主要特点是柱塞与缸筒不接触，无配合要求，缸筒的内壁不需精加工，甚至可以不加工。运动时由缸盖上的导向套来导向，所以它特别适用在行程较长的场合 3。3.2.2 液压缸主参数的确定（1）初选液压缸工作压力根据液压设计手册初选液压缸的工作压力为 4MPa，液压缸背压压力 为2p0.6MPa。（2）液压缸参数的确定由于快进快退速度相等，则：21Ddv（3.24）由 2.1 负载分析计算可知液压缸的最大负载发生在二工进阶段，据此来计算出液压缸的内径。得mpFDv 7.160)2(1)6.04(3)1(42 （3.25）6.137.02Ddv（3.26）查液压设计手册见附表 3 和附表 423，圆整为标准直径 ，m。m10d根据液压缸的工作压力，则钢壁厚为 10mm（3 ） 液压缸工作行程的确定根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参照表 3.2.2-1 中的系列尺寸可选得进给液压缸工作行程,表 3.2.2-1 液压缸活塞行程参数系列(GB234980)（mm）II25 50 80 100 125 160 200 250毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计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：液压缸活塞行程参数以 I、II、III 次序优先选用。（4）液压系统工况分析根据标准直径，可计算出液压缸的有效面积为无杆腔面积2221 10.)16.0(4mDA（3.27）有杆腔面积22222 6.)()(d（3.28）活塞杆面积232213 105.941.0mA（3.29）（5）计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力、流量、功率列于下表：表 3.2.2-2 液压缸工况表 差动快进 快退工况 启动 加速 恒速工进恒速计算公式p= F/A3q= V3A3P=pqP =(F1+p2A24) /A1P =(F5+p2A2)/A1q= V1 A1P=pq P=pq速度m/sV2=0.1 V1=310-4510-3 V3=0.1毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计21有 效面 积 A1=20.mA2=2106.mA3=23105.9m负载N3333 1376 1111F4=28889 F5=344441111压力MPa0.35 0.14 0.12 P =3.99 P =4.45121.45通过对液压缸的分析，本次设计的动力滑台系统适合于单杆活塞式液压缸的特点，所以选用单杆活塞式液压缸。 3.3 液压阀的选型控制元件是指各种阀类元件，在液压系统中被用来控制流体的压力、流量和方向，保证执行元件按照负载的需求进行工作。液压控制阀是液压系统中控制油液流动方向、压力及流量的元件,控制阀安装在液压泵和执行元件之间,在系统中不做功,只对执行元件起控制作用。控制阀的基本结构主要由阀体、阀心和驱动阀心在阀体内作相对运动的机构组成。阀心的主要形式有球阀、滑阀和锥阀；阀体上除了有和阀心相配合的阀体孔或阀体座外，还有与外接回路相连接的进出油口；阀心的驱动装置可以采用手动、机动或者电动，同时还有流体的压力和弹簧力的作用。,虽然各种阀的工作原理不完全相同,但它们不外乎是通过阀芯的移动或控制油口的开闭或限制、改变油液的流动来工作的,而且只要液体流过阀孔 都会产生压力降及油温升高等现象。3.3.1 液压控制阀的分类（1）按工作特性分：压力控制阀（溢流阀、减压阀、顺序阀和平衡阀） 、流量控制阀（节流阀、调速阀、分流集流阀和溢流节流阀） 、方向控制阀（单向阀、液控单向阀、顺序阀） 。（2）按连接方式分：管式连接、板式连接、插装阀、叠加阀；（3）按操纵方式分：人力操纵阀、机械操纵阀、电动操纵阀；（4）按控制方式：电液比例阀, 伺服阀, 数字控制阀；（5）按结构分类：滑阀, 座阀, 射流管阀；（6）按输出参量可调节性分类：开关控制阀, 输出参量可调节的阀。3.3.2 液压系统对阀的基本要求（1）动作准确、灵敏、可靠、工作平稳、无冲击和振动；（2）密封性能好，内泄漏小；毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计22（3）结构简单、紧凑，制造、安装、调试、维护方便，通用性好。3.3.3 液压控制元件的选用根据个液压元件在工作中的最高压力和最大流量，可以确定各元件的规格型号。为了便于计算和统一，所有阀的额定压力都选 7.08MPa，额定流量根据各元件的最大流量选取。因换向阀的流量为泵流量的两倍，即18.57 2L/min=37.14L/min,因此选用 63L/m 规格，其余阀的选用与此类似 17。选择结果见表 3.3-1。表 3.3.3 液压元件明细表规格元件名称 最大流量（L/min）型号额定流量（L/min）额定压力mpa额定压降mpa背压阀 0.4 B-10B 10 7.08 0.2顺序阀 0.4 XY-10B 10 7.08 0.2单向阀 14.04 I-25B 25 7.08 0.2工进调速阀 0.39 Q-10B 0.050 7.08 0.3压力继电器 - DP-63B - 7.08 -单向阀 37.14 I-63B 63 7.08 0.2行程阀 34.6 35DY-63BY 63 7.08 0.3电磁阀 26.50 DC-43B 43 7.08 0.25二工进调速阀 0.54 Q-20B 0.100 7.08 0.3先导阀 13.8 X-15B 15 7.08 0.2换向阀 10.5 H-12B 12 7.08 0.2单向阀 18.57 I-25B 25 7.08 0.23.4 动力滑台辅助元件的选择辅助元件是指在液压系统中除了能量转换装置、执行元件及控制元件之外的其他各类组成元件，包括油箱、滤水器、分水滤水器、油雾气、蓄能器等,辅助元件是液压系统中不可缺少的重要组成部分。使系统得以正常工作和便于检测控制。（1）油箱油箱主要用来储存油液，此外还起着散发油液中的热量、逸出混在油液中的气体，沉淀在油中的油污的作用。液压系统中的油箱有总体式和分离式。油箱通常由钢板焊接而成。本系统为中低压系统，根据液压设计手册取油箱容积V 为额定流量的 6 倍，则毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计23LV8.103.76（3.30）设计中液压系统，液压油箱有效容积按泵的流量的 5 到 7 倍来确定（参照表 3.4） ，现选用容量为 160L 的油箱。表 3.4 BEX 系列液压油箱外形尺寸型号 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）过滤器在液压系统中 80以上的故障是和油液不清洁有关，油液的污染会加速液压元器件的磨损，卡死阀芯，堵塞工作间隙，使液压元件失效，最终导致液压系统不能正常的工作，因而必须使用滤油器对油液进行过滤。过滤器的功用是过滤掉混在油液中的杂质，把杂质颗粒控制在能保证液压系统正常工作的范围内。过滤器的主要参数和特性a.过滤精度：滤芯能够有效滤除的最小颗粒的尺寸；b.压降特性：指油液流过滤芯时产生的压力降；c.纳垢容量：指过滤器在压力降达到规定值之前可以滤除并容纳的污物数量。毕业设计（论文） YT4543 型组合机床动力滑台液压系统设计24过滤器的类型a.表面型；b.深度型；c 吸附型。过滤器的安装a.安装在液压泵的吸油管路上，避免较大杂质颗粒进入液压泵，保护液液压泵。b.安装在液压泵的压油管路上，保护液压泵以外的液压元件。c.安装在回油管路上，过滤回油箱的油液。d.安装在辅助泵输油管路上，不断净化系统中的油液。e.安装在支路上。油管选择取油液许用流速 v=3m/s,则mvqd 23max 1056.601.44（3.31）查产品样本见附表 523，选用内径 15mm，外径 18mm 的冷拔钢管，壁厚。m5.1查材料手册见附表 6，取 10 号钢许用应力为 =50MPa,以溢流阀的调整压力作为油管的工作压力，则强度条件为mdP82.0ax（3.32）因为 强度足够，符合要求。，82.0