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1、一. 工况分析 首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1-1所示，然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。液压缸所受外负载F包括三种类型，即 F=Fw+Ff+Fa式中 Fw-工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，本题中Fw=15000N; Fa-运动部件速度变化时的惯性负载； Ff-导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨Ff可由下式求得 Ff=f(G+Frn); G-运动部件重力； Frn-垂直于导轨的工作负载，本题为零； f-导轨摩擦系数，本题中取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1.则求得 Ffs =0.2X18000N=3600
2、N Ffa=0.1X18000N=1800N Fa=Gvgt式中 g-重力加速度；t-加速或减速时间，一般t=0.010.5sv-t时间内的速度变化量。本题中 Fa=18000X0.029.8X0.5 =367N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表1-1），并画出如图1-2所示的各负载循环图。 表1-1工作循环各阶段的外负载工作循环外负载F(N)工作循环外负载F(N)启动 加速F=FfsFa3967工进F=FfaFw16800快进F=Ffa1800快退F=Ffa18002.拟定液压系统原理图（1）确定供油方式 考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，
3、速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。调速方式的选择 在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压变量泵和调速阀组成的容积节流调速。速度换接方式的选择 本系统中采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。夹紧回路的选择 用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能
4、保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。 最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成图1-3所示的液压系统原理图。原理图分析：由三位四通电磁换向阀，单向调速阀、二位三通电磁换向阀、液压缸及液压泵组成的行程控制差动回路：电磁铁1YA和3YA都通电，液压缸实现差动快进，快进结束时3YA断电，液压缸转为工进，速度调速阀决定；1YA和3YA断电，2YA通电时液压缸实现快退。由溢流阀和液压阀组成的调压回路：泵出口压力油溢流阀的调速压力决定只要溢流阀开启，系统压力基本恒定，即“溢流定压”。液压系统中各电磁铁的动作顺序如下表所示：动作1YA
5、2YA3YA快进工进快退3.液压系统的计算和选择液压元件（1）液压缸主要尺寸的确定1）工作压力P的确定。工作压力P可根据负载大小及机器的类型来初步确定，现参阅表2-1取液压缸工作压力为3Mpa.2） 计算液压缸内径D和活塞杆直径d.由负载F为16800N按表2-2可取P2为0.5MP,cm为0.95.考虑到快进快退速度相等，取d/D为0.7.将上述数据代入式(2-3)可得 =根据表2-4将液压缸内径圆整为标准系列直径D=90mm活塞杆直径d,按d/D=0.7及表2-5活塞杆直径系列d=63按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式2-4可得： Aqmin/vmin=(0.05X1000)/1
6、0=式中：qmin是由产品样本查得GE系列调速阀 A=3.14X（D2-d2）/4= 可见上述不等式成立，满足液压缸所需低速。3） 计算各阶段液压缸所需流量Q快进=3.14d2v快进/4=Q工进=3.14D2v工进/4=Q快退=3.14（D2-d2）v快退/4=（2）确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格1）泵的工作压力的确定。考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为 pp= P1+p式中 pp液压泵最大工作压力； P1执行元件最大工作压力； p进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5MPa，复杂系统取0.51.5MPa,本例取0.5 MPa。pp= P1+p=（
7、3+0.5）MPa=3.5 MPa上述计算所得的pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力pn应满足pn（1.251.6）pp。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本例中pn=1.25 pp=4.4 MPa。2）泵的流量确定。液压泵的最大流量为 qpKL（q）max式中 qp液压泵的最大流量为； （q）max同时动作的个执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量23L/min； KL系统泄露系数，一般取KL =1.11.3，现取KL =1.2。 qp= K
8、L（q）max=1.220L/min=24L/min3)选择液压泵的规格。根据以上算得的pp和qp再查阅有关手册，现选用YBX-16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量q0=16Ml/r，泵的额定压力pn=6.3MPa，电动机转速nH=1450r/min，容积效率v=0.85，总效率=0.7。4）与液压泵匹配的电动机的选定。首先分别算出快进以工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减少，泵的效率急剧降低，一般当流量在0.21L/min范围内时，可取=0.030.14。同时还应该注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率时不
9、致停转，需进行验算，即 式中 所选电动机额定功率； PB限压式变量泵的限定压力； qp压力为PB时，泵的输出流量。 首先计算快进时的功率，快进时的外负载为2500N，进油路的压力损失定为0.3MPa，由式（1-4）可得 快进时所需电动机功率为 工进时所需电动机功率P为 查阅电动机产品样本，选用Y90S-4型电动机，其额定功率为1.1kw，额定转速为1400r/min。根据产品样本可查得YBX-16的流量压力特性曲线。再由已知的快进式流量为24L/min，工进时流量为11L/min，压力为3.5MPa。做出泵的实际工作时的流量压力特性曲线，如图1-4所示，查得该曲线拐点处的流量为24L/min，
10、压力为2.6MPa，该工作点对应的功率为 所选电动机功率满足式（1-6），拐点处能正常工作。（3）液压阀的选择本液压系统可采用力士乐系统或GE系列的阀。方案一：控制液压缸部分用力士乐系列的阀，其夹紧部分选用叠加阀。方案二：均选用GE系列阀。根据所拟定的液压系统图，按通过各个元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表1-2所示。（4）确定管道尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量q=40L/min，压油管的允许流速取v=4m/s，内径d为 若系统主油路流量按快退是取q=20L/min，则可算得油管内径d=10.3
11、mm。综合诸因素，现取油管的内径d为12mm。吸油管同样可按上式计算（q=24L/min、v=1.5m/s），现参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为25mm。（5）液压油箱容积的确定本例为中压液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的57倍来确定（参照表4-1），现选用容量为160L的油箱。4.液压系统的验算已知该液压系统中进、回油管的内径均为12mm，各段管道的长度分别为：AB=0.3m，AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m。选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15时该液压油的运动粘v =150cst=1.52/s，油的密度=920/m3。（1） 压力损失的验算1
12、）工作进给时进油路压力损失。运动部件工作近给时的是、最大速度为1.2m/min，进给时的最大流量为9.42L/min，则液压油在管内流速v1为 管道流动雷洛数Re1为Re12300，可见有野在管道内流态为层流，其沿程阻力系数1=75/ Re1=75/111=0.68。进油管BC的沿程压力损失p1-1为查得换向阀4WE6E508AG24的压力损失p1-2=0.05106Pa忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失p1为 2）工作进给时间回油路的压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸有感腔的工作面积为无感强的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则v
13、2=v1/2=69.5cm/sRe2=v2d/ v=69.51.2/1.5=55.52=75/ Re2=75/55.5=1.39回油管道的沿程压力损失p2-1为：查产品样本知换向阀3WE6A50/AG24的压力损失p2-2=0.025106Pa，换向阀4WE6E50/AG24的压力损失p2-3=0.025106Pa，调速阀2FRM5-20/6的压力损失p2-4=0.5106Pa。 回油路总压力损失p2为 p2=p2-1+p2-2+p2-3+p2-4=（0.05+0.025+0.025+0.5）106Pa=0.06106Pa3）变量泵出口处的压力pp为 pp= =3.2106Pa4)快进时的压力损失。快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸油口C之间的管路AC中，流量为液压泵出口流量的两倍即40L/min，AC段管路的沿程压力损失p1-1为 同样可求管道AB及A
