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1、液液压传动系系统的的设计是整机是整机设计的一部分的一部分,它除了它除了应符合主机符合主机动作循作循环和静、和静、动态性能等方面的要求外，性能等方面的要求外，还该当当满足构造足构造简单、任、任务平安可靠、效率高、寿命平安可靠、效率高、寿命长、经济性好、运用性好、运用维护方便等条件。方便等条件。液液压传动系系统的的设计没有固定的一致步没有固定的一致步骤,根据系根据系统的的简繁、自繁、自创的多寡和的多寡和设计人人员阅历的不同，在做法的不同，在做法上有所差上有所差别。各部分的。各部分的设计有有时还要交替要交替进展，甚至要展，甚至要经过多次反复才干完成。多次反复才干完成。第九章第九章液压系统的设计计算液
2、压系统的设计计算目录目录9.1明确设计要求和进展工况分析明确设计要求和进展工况分析一明确液一明确液压系系统的的义务与要求：与要求：1、液、液压系系统应该完成的运完成的运动方式挪方式挪动、转动或或摆动；2、液、液压执行元件接受行元件接受负载的大小和性的大小和性质、运、运动速度的速度的大小和大小和变化范化范围；3、液、液压执行元件的行元件的动作作顺序和序和联锁关系，各关系，各动作的同作的同步要求；步要求；4、液、液压系系统的自的自动化程度、运化程度、运动平平稳性、定位精度、性、定位精度、任任务效率、平安性和可效率、平安性和可维护性等；性等；5、液、液压系系统的任的任务环境如境如环境的温度、湿度、境
3、的温度、湿度、尘埃埃和外界振和外界振动等；等；6、液、液压系系统的本的本钱核算。核算。 液压缸接受的负载由六部分组成：1任务负载Fw2导轨摩擦负载Ff3惯性负载Fi4重力负载Fg5密封负载Fs6背压负载Fb二动力参数分析二动力参数分析不同的机器有不同的任不同的机器有不同的任务负载。任。任务负载与液与液压缸运缸运动方向相反方向相反时为正正值，方，方向一向一样时为负值。导向摩擦向摩擦负载是指液是指液压缸缸驱动运运动部件部件时所所受的受的导轨摩擦阻力。摩擦阻力。惯性性负载是运是运动部件在启部件在启动加速或制加速或制动减速减速时的的惯性力，其性力，其值可按牛可按牛顿第二定律求出。第二定律求出。1任任务
4、负载Fw 2 导轨导轨摩擦摩擦负载负载Ff 3 惯惯性性负载负载Fi密封密封负载是指液是指液压缸密封安装的摩擦力，普缸密封安装的摩擦力，普统统过液液压缸的机械效率加以思索，常取机械效率缸的机械效率加以思索，常取机械效率值为0.900.97。背背压负载是指液是指液压缸回油腔缸回油腔压力所呵斥的阻力。力所呵斥的阻力。 4 重力重力负载负载Fg 5 密封密封负载负载Fs 6 背背压负载压负载Fb液液压缸上行缸上行时重力取耿直，反之取重力取耿直，反之取负值。液压缸各个主要任务阶段的机械负载液压缸各个主要任务阶段的机械负载F可按以下公式计算可按以下公式计算空空载启启动加速加速阶段段:快速快速阶段段:工工
5、进阶段：段：制制动减速：减速：三运动参数分析三运动参数分析构造参数确构造参数确实定是指根据定是指根据执行元件任行元件任务压力力和最大流量确定和最大流量确定执行元件的排量或油缸面行元件的排量或油缸面积。运动运动方式方式往复直线运动往复直线运动回转运动回转运动往复往复摆动摆动短行短行程程长行程长行程高速高速低速低速建议采建议采用的执用的执行元件行元件的方式的方式活塞活塞式液式液压缸压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸液压马达与齿液压马达与齿轮轮/齿条或螺齿条或螺母母/丝杠机构丝杠机构高速高速液压液压马达马达低速大扭矩液压低速大扭矩液压马达马达高速液压马达带高速液压马达带减速器减速器摆动摆动液压液压缸缸9.
6、2 执行元件主要参数确实定确定执行元件的主要构造参数：确定执行元件的主要构造参数：以缸为例，主要构造尺寸指缸的内径以缸为例，主要构造尺寸指缸的内径D和活塞杆的直和活塞杆的直径径d，计算后按系列规范值确定，计算后按系列规范值确定D和和d。对有低速运动要求的系统，尚需对液压缸有效任务面对有低速运动要求的系统，尚需对液压缸有效任务面积进展验算，即应保证：积进展验算，即应保证： 9.1验算结果假设不能满足式验算结果假设不能满足式9.1，那么阐明按所设计，那么阐明按所设计的构造尺寸和方案达不到所需求的最低速度，必需修正设的构造尺寸和方案达不到所需求的最低速度，必需修正设计。计。式中：式中：A液液压缸任缸
7、任务腔的有效任腔的有效任务面面积；控制控制执行元件速度的流量行元件速度的流量阀最小最小稳定流量定流量；液液压缸要求到达的最低任缸要求到达的最低任务速度。速度。复算复算执行元件的任行元件的任务压力：力：当液当液压缸的主要尺寸缸的主要尺寸D、d计算出来以后，要按系列算出来以后，要按系列规范范圆整，有必要根据整，有必要根据圆整整值对任任务压力力进展一次复算。展一次复算。在按上述方法确定的任在按上述方法确定的任务压力力还没有没有计算回油路的背算回油路的背压，所确定的任所确定的任务压力只是力只是执行元件行元件为了抑制机械了抑制机械总负载所需求所需求的那部分的那部分压力，在构造参数力，在构造参数D、d确定
8、之后，取适当的背确定之后，取适当的背压估估算算值，即可求出，即可求出执行元件任行元件任务腔的腔的压力。力。对于单杆液压缸，其任务压力对于单杆液压缸，其任务压力P可按以下公式复算：可按以下公式复算：有杆腔有杆腔进油油阶段段式中：式中：F液液压缸在各任缸在各任务阶段的最大机械段的最大机械总负载；、分分别为缸无杆腔和有杆腔的有效面缸无杆腔和有杆腔的有效面积；液液压缸回油路的背缸回油路的背压。无杆腔无杆腔进油工油工进阶段段9.3系统原理图的拟定系统原理图的拟定在上述任在上述任务的根底上可以思索的根底上可以思索拟定液定液压系系统，其内容包括：，其内容包括：油路循油路循环方式的方式的选择、调速方案的速方案
9、的选择、液、液压根本回路的根本回路的选择与与合成、液合成、液压系系统原理原理图的的拟定。定。这项任任务是是设计过程中的重要一程中的重要一步。它涉及到步。它涉及到设计者者对液液压传动根底知根底知识的掌握程度和的掌握程度和阅历的多的多少，是液少，是液压系系统的构造、功能、行的构造、功能、行为与最与最终设计要求之要求之间的的综合。合。因此因此应该明确以下明确以下问题：1.油路循油路循环方式的方式的选择主要取决于液主要取决于液压系系统的的调速方式和散速方式和散热条件。普通来条件。普通来说，凡可安放凡可安放较大油箱、要求系大油箱、要求系统构造构造简单、采用采用节流流调速或容速或容积-节流流调速的系速的系
10、统，均宜采用开式系均宜采用开式系统；凡允；凡允许采用采用辅助助泵进展展补油油对任任务效率有效率有较高要求、采用高要求、采用容容积调速的系速的系统，均宜采用，均宜采用闭式系式系统。2.根据液根据液压执行元件的行元件的负载特性、特性、调速范速范围和和经济性性选择调速方案。速方案。调速方案速方案对主机性能起着决主机性能起着决议性的作用。性的作用。3.根据液根据液压系系统的工况分析的工况分析选择液液压根本回路根本回路(1)液液压系系统普遍具有的根本回路：普遍具有的根本回路：调压回路、回路、换向回路、卸荷回路和平安回路；向回路、卸荷回路和平安回路；(2)根据根据负载性性质思索思索设置平衡回路、制置平衡回
11、路、制动回路和回路和缓冲回路等；冲回路等；(3)假假设有多个有多个执行元件，要思索行元件，要思索设置置顺序序动作回作回路、同步回路、互路、同步回路、互锁回路；回路；(4)有些系有些系统还需求需求设置速度置速度换接回路、增速回路、接回路、增速回路、增减增减压回路、回路、锁紧回路、卸回路、卸压回路等；回路等；(5)辅助油路是必要的，如控制油回路、光滑油回助油路是必要的，如控制油回路、光滑油回路、路、测压回路等。回路等。4.拟定液定液压系系统原理原理图时应该思索下面一些思索下面一些问题：(1)整个系整个系统合成后，各液合成后，各液压回路之回路之间能否会能否会产生干生干扰(2)合成后有无反复的元件或回
12、路可以去掉或合并合成后有无反复的元件或回路可以去掉或合并(3)拟定的系定的系统能否能否实现所要求的各所要求的各项功能功能(4)液液压系系统能否有任能否有任务介介质的的净化安装化安装(5)液液压系系统能否需求冗余技能否需求冗余技术来提高可靠性来提高可靠性(6)液液压系系统能否需求能否需求设置加置加热、冷却安装、冷却安装9.4元件的计算和选择元件的计算和选择1.动力元件的力元件的选择1确定液确定液压泵的最大任的最大任务压力力pp式中，式中，p1执行元件的最高任行元件的最高任务压力；力；p从液从液压泵的出口到的出口到执行元件入口行元件入口总的管路的管路损失。失。简单系系统可取可取p=0.20.5MP
13、a，复，复杂系系统可取可取p=0.51.5MPa。2确定液确定液压泵的最大流量的最大流量qp式中，式中，K思索系思索系统走漏和溢流走漏和溢流阀保管最小溢保管最小溢流量流量约为额定流量的定流量的15%的系数，的系数，普通取普通取K=1.11.3.qmax同同时动作的各作的各执行元件所需流量行元件所需流量之和的最大之和的最大值。当系。当系统中有蓄能器中有蓄能器时，泵的的最大供油量最大供油量为一个任一个任务循循环中中执行元件的平行元件的平均流量与回路走漏量之和。均流量与回路走漏量之和。3确定液确定液压泵的的规格型号和格型号和驱动电机功率机功率液液压泵的的类型可以根据型可以根据实践工况和液践工况和液压
14、泵的最大的最大任任务压力力选取，然后根据液取，然后根据液压泵的最大流量确定其型的最大流量确定其型号。号。值得留意的是，得留意的是，泵的的额定定压力力应该比上述最大任比上述最大任务压力高力高25%50%，以留有，以留有压力力贮藏。藏。额定流量那么定流量那么只需只需满足上述最大流量即可。足上述最大流量即可。液液压泵的的规格型号确定以后，格型号确定以后，驱动液液压泵的的电机机功率可以按下式功率可以按下式计算：算：式中，式中，pp液液压泵的的进、出口、出口压力之差；力之差；qp液液压泵的的实践流量；践流量；p液液压泵的的总效率。效率。限限压式式变量叶片量叶片泵驱动电机的功率可按机的功率可按该泵流量流量
15、-压力曲力曲线拐点拐点处的流量和的流量和压力力计算。算。应该留意，留意，驱动液液压泵的的电机除了在功率上要机除了在功率上要满足足泵的需求以外，的需求以外，电机的机的转速也要与速也要与泵的的额定定转速相速相符合，即符合，即泵的的实践践转速不速不应高于其高于其额定定转速。速。2.控制调理元件的选择控制调理元件的选择1溢流溢流阀的的选择直直动式溢流式溢流阀的呼的呼应快，宜作制快，宜作制动阀、平安、平安阀用；先用；先导式溢流式溢流阀的启的启闭特性好，宜作特性好，宜作调压阀、背背压阀用；用；先先导式溢流式溢流阀的最低的最低调定定压力普通只能在力普通只能在0.51MPa范范围内；内；溢流溢流阀的流量的流量
16、应按液按液压泵的最大流量的最大流量选取，取，并留意其最小并留意其最小稳定流量。普通来定流量。普通来说，溢流，溢流阀的最的最小小稳定流量定流量为额定流量的定流量的15%以上。以上。2流量流量阀的的选择中、低中、低压流量流量阀的最小的最小稳定流量普通定流量普通为50100mL/min；高；高压流量流量阀为2.520L/min；流量流量阀的的进、出口需求有一定的、出口需求有一定的压差，高精度流量差，高精度流量阀约需需1MPa的的压差；要求速度差；要求速度稳定性高的系定性高的系统，可，可选用温度用温度补偿型型调速速阀。3单向向阀的的选择选择开启开启压力小的作力小的作为单向向阀；开启；开启压力力较大大0
17、.30.5MPa的的单向向阀可作背可作背压阀用；外泄式液控用；外泄式液控单向向阀与内泄式相比，其控制与内泄式相比，其控制压力低，任力低，任务可靠，可可靠，可优先先选用。用。4换向向阀的的选择按按经过阀的流量来的流量来选择换向向阀类型。普通来型。普通来说，流量在流量在190L/min以上以上时宜用二通插装宜用二通插装阀；190L/min以下以下时可采用滑可采用滑阀型型换向向阀。70L/min以下以下时可用可用电磁磁换向向阀，否那么需用，否那么需用电液液换向向阀换向平向平稳；按按换向性能等来向性能等来选择电磁磁铁类型。直流湿式型。直流湿式电磁磁铁寿命寿命长，可靠性高，尽能，可靠性高，尽能够选用直流
18、湿式用直流湿式电磁磁换向向阀。此外，在某些。此外，在某些场所所还应思索思索选用平安防爆用平安防爆型、无冲型、无冲击型等型等电磁磁铁。3.辅助元件的选择辅助元件的选择1蓄能器的蓄能器的选择蓄能器是根据其容量和任蓄能器是根据其容量和任务压力来力来选用的。在液用的。在液压系系统中，中，蓄能器可用作蓄能器可用作辅助助动力源以及力源以及储存存压力能、减小力能、减小压力冲力冲击或或压力脉力脉动。可以根据其不同作用来确定其任。可以根据其不同作用来确定其任务容容积。蓄能器。蓄能器的的选择可以参可以参阅相关手册。相关手册。2过滤器的器的选择过滤器是器是坚持任持任务介介质清清洁、使液、使液压系系统正常任正常任务所
19、不所不可短少的可短少的辅助元件。助元件。过滤器是根据其通流才干、器是根据其通流才干、过滤精度、精度、承承压才干等性能来才干等性能来选择的。的。选择时应留意以下留意以下问题：1、过滤器的通流才干器的通流才干应为液液压泵流量的两倍，流量的两倍，过滤器器应在在较长时间内内坚持持这种通流才干。当通流才干种通流才干。当通流才干过低低时能自能自动显示示或或报警；警；2、滤心要有足心要有足够的耐的耐压强度和抗腐度和抗腐蚀性，要方便清洗和改性，要方便清洗和改换。3热交交换器的器的选择热交交换器指的是冷却器和加器指的是冷却器和加热器，它器，它们的作的作用是把油温控制在用是把油温控制在规定范定范围之内。冷却器、加
20、之内。冷却器、加热器分器分别根据其散根据其散热面面积和加和加热功率来功率来选择，选择时可参可参阅有关技有关技术手册和手册和产品品样本。本。值得留意的得留意的是，是，单个加个加热器的功率不能器的功率不能选的太大，防止部分的太大，防止部分油温上升太快呵斥油温上升太快呵斥蜕变。假。假设功率不功率不够，可以多，可以多装几个加装几个加热器。加器。加热管部分管部分应全部浸入液全部浸入液压油中。油中。4管件的管件的选择管件包括油管和管接管件包括油管和管接头，它，它们关系到液关系到液压系系统的任的任务性能和能量性能和能量损失的大小。管件的失的大小。管件的选择要要思索思索强度和允度和允许流速两方面的流速两方面的
21、问题。普通情况下，。普通情况下，油管的直径多由所油管的直径多由所衔接的液接的液压元件接口元件接口处尺寸决尺寸决议。强度校核只用于一些重要管路。度校核只用于一些重要管路。选择管接管接头时，除了要求有适宜的通流才干和，除了要求有适宜的通流才干和较小的小的压力力损失外，失外，还应思索便于装卸、思索便于装卸、衔接接结实、密封可靠、密封可靠等等问题。5密封件的密封件的选择密封元件是用来防止任密封元件是用来防止任务介介质走漏及外界灰走漏及外界灰尘和异物的侵入，和异物的侵入，对于提高液于提高液压系系统的任的任务性能和运性能和运用寿命具有重要作用。由于影响密封性能的要素很用寿命具有重要作用。由于影响密封性能的
22、要素很多，致使在多，致使在选择密封件密封件时要思索很多要思索很多问题，比如任，比如任务介介质的温度、的温度、压力、种力、种类、粘度、密封、粘度、密封结合面的合面的相相对运运动速度、密封部位的加工速度、密封部位的加工质量和装配量和装配质量等。量等。密封安装的密封安装的设计和密封件和密封件选择的根本要求如下：的根本要求如下：1、能随着任、能随着任务压力的增大自力的增大自动提高其密封性能；提高其密封性能；2、密封件物性、密封件物性稳定，耐磨，运用寿命定，耐磨，运用寿命长；3、动密封的密封的动、静摩擦系数小且、静摩擦系数小且稳定；定；4、密封安装工、密封安装工艺性好，性好，维护方便。方便。6压力力检测
23、元件的元件的选择压力表和力表和压力表开关是常用的力表开关是常用的压力力检测元件，元件，可以提供系可以提供系统任任务形状信息和形状信息和压力指令信号。力指令信号。压力力表按任表按任务压力和精度力和精度选择。实践践压力在力在压力表力表满量量程的程的2/3处比比较适宜，精度根据适宜，精度根据实践需求确定。践需求确定。压力力表开关的表开关的选择除了思索任除了思索任务压力范力范围以外以外还应思索思索灵敏度、反复精度等。灵敏度、反复精度等。7油箱的油箱的设计油箱在液油箱在液压系系统中起着重要作用。它不中起着重要作用。它不仅储存存供液供液压系系统循循环运用的油液，运用的油液，还有散有散热、释放混在放混在油液
24、中的气体、油液中的气体、为液液压元件的安装提供位置等功能。元件的安装提供位置等功能。油箱的构造和容油箱的构造和容积计算在已做算在已做过阐明，明，这里只里只阐明明设计过程中程中值得留意的一些得留意的一些问题。1、油箱容、油箱容积是指油面高度是指油面高度为油箱高度油箱高度80%时的油箱有效的油箱有效容容积；2、油箱中的最低液面、油箱中的最低液面应高于高于泵的吸油口的吸油口75mm或或1.5倍管倍管径取二者中的最大径取二者中的最大值；油箱中的最高液面不；油箱中的最高液面不应超越超越油箱高度的油箱高度的80%；3、在吸油管和回油管之、在吸油管和回油管之间设置隔板，以添加油液循置隔板，以添加油液循环间隔
25、，使油液有足隔，使油液有足够的的时间和空和空间来分来分别气泡和散气泡和散热。隔。隔板高度板高度约为油箱中最低液面的油箱中最低液面的2/3。吸油管离油箱底的。吸油管离油箱底的间隔隔应大于其管径的二倍，距油箱壁不小于其管径的三倍。大于其管径的二倍，距油箱壁不小于其管径的三倍。回油管切成回油管切成450，且面向箱壁；，且面向箱壁；4、为防止油液防止油液污染，油箱上的盖板、管口都要妥善密封。染，油箱上的盖板、管口都要妥善密封。注油器上要加注油器上要加过滤网。通气口上要加空气网。通气口上要加空气滤清器，其容清器，其容量至少量至少为液液压泵额定流量的定流量的2倍；倍；5、为了便于散了便于散热和搬移，油箱底
26、部离地面至少有和搬移，油箱底部离地面至少有150mm。箱底要适当箱底要适当倾斜，在最底部斜，在最底部设置放油置放油阀排放排放污油。要思油。要思索便于各部件的改索便于各部件的改换、维护，便于油箱的清洗，便于油箱的清洗;6、油箱内壁、油箱内壁应涂防涂防锈涂料。涂料。4.阀类元件的配置阀类元件的配置9.5系统性能验算系统性能验算1.压力损失验算压力损失验算式中，式中，p1、p2分分别为系系统进、回油路上、回油路上总的的压力力损失；失；A1、A2分分别为液液压缸缸进、回油腔的有效任、回油腔的有效任务面面积，其中其中pi、pi和和piv(i=1，2)分分别为进别为进、回油路上的、回油路上的沿程沿程损损失
27、、部分失、部分损损失和失和阀阀口口损损失。失。式中，式中，pin(i=1，2)分分别为进、回油路上、回油路上阀的的额定定压力力损失，由失，由产品品样本中本中查到；到；qi、qin(i=1，2)分分别为进、回油路上、回油路上阀的的实践践流量和流量和额定流量。定流量。阀口上的口上的压力力损失失为：由此得出系由此得出系统压力力泵的出口的出口压力力为：式中，式中，p1液液压缸任缸任务腔腔压力。力。2.总效率的验算总效率的验算 液压系统的总效率是液压泵的效率p、回路效率c和液压执行元件效率m的乘积，即 液压泵和液压执行元件的效率可从手册中查到，回路效率计算如下: 式中，p1、q1同时动作的液压执行元件的
28、任务压力和输入流量； pp、qp同时供油的液压泵的任务压力和输出流量。3.发热升温的验算发热升温的验算 液压系统中的各种能量损失都将转化为热量，使系统任务温度升高，从而产生很多不利影响。系统中的热源主要来自液压泵、液压执行元件和一些阀口，管路的功率损失通常可以忽略不计。液压系统总的发热功率P为或 式中，Pp、Pe分别为液压泵的输入功率和液压执行元件的有效功率。式中，式中，K油箱的散油箱的散热系数；系数；A油箱的散油箱的散热面面积；t1、t2分分别为任任务介介质温度和温度和环境温度。境温度。 由于管路的发热量与其散热量根本平衡，所以，液压系统的自然散热主要由油箱外表实现。因此，散热功率可以计算如
29、下:当上式的计算结果高出表中数值时，就要设法增大油箱当上式的计算结果高出表中数值时，就要设法增大油箱散热面积或增设冷却安装。散热面积或增设冷却安装。当系统的发热功率等于其散热功率时，系统到达热平衡。当系统的发热功率等于其散热功率时，系统到达热平衡。此时系统的温升为此时系统的温升为油箱的散油箱的散热面面积A为当油箱三个当油箱三个边的比例在的比例在1：1：1到到1：2：3之之间、液面、液面高度高度为油箱高度的油箱高度的80%、且油箱通、且油箱通风良好良好时，油箱散，油箱散热面面积还可以估算如下：可以估算如下：式中，式中，V油箱的有效容油箱的有效容积。当系当系统需求需求设置冷却安装置冷却安装时，冷却
30、器的散，冷却器的散热面面积Ac为式中，式中，Kc冷却器的散冷却器的散热系数，由系数，由产品品样本本查出；出；tm平均温升，平均温升，tj1、tj2任任务介介质的的进、出口温度、出口温度;tw1、tw2冷却水或冷却水或风的的进、出口温度。、出口温度。9.6绘制正式任务图和编制技术绘制正式任务图和编制技术 所设计的液压系统经过验算和修正后，可以绘制正式的工程图和编制技术文件。 工程图包括按国家规范绘制的液压系统原理图、液压系统装配图、非规范件的装配图和零件图。在液压系统原理图中应有液压元件明细表，表中阐明各液压元件的规格、型号和相应的调整值。普通还应绘出各执行元件的任务循环图和电磁铁动作顺序表。
31、液液压系系统装配装配图关系到整个系关系到整个系统的布置和管路施工。的布置和管路施工。要有油箱的装配要有油箱的装配图、液、液压泵站的装配站的装配图和管路安装和管路安装图等。等。在管路安装在管路安装图中中应标明油管走向、固定安装构造、各管接明油管走向、固定安装构造、各管接头的方式和的方式和规格等。格等。规范件、任范件、任务介介质的品牌和数量等通常以表格方式的品牌和数量等通常以表格方式给出。液出。液压系系统对其它配置的要求如厂房、其它配置的要求如厂房、电线布置和根布置和根底施工条件等也底施工条件等也应明确明确阐明。明。技技术文件包括文件包括设计义务书、液、液压系系统设计计算算阐明明书、液液压系系统安
32、装与安装与调试规程、液程、液压系系统运用与运用与维护阐明明书、规范件与非范件与非规范件明范件明细表、液表、液压系系统有关的其它本卷有关的其它本卷须知知等。等。9.7系统设计计算举例系统设计计算举例 本节以一台卧式单面多轴钻孔组合机床为例，设计出驱动动力滑台的液压系统。设计要求滑台实现“快进工进快退停顿的任务循环。知：机床上有主轴16个，加工13.9mm的孔14个、8.5mm的孔2个。刀具资料为高速钢，工件资料为铸铁，硬度为240HBS；机床任务部件总质量m=1000kg；快进、快退v1、v2均为5.5m/min，快进展程长度l1=100mm，工进展程长度l2=50mm，往复运动的加速度、速度时
33、间不希望超越0.2s；动力滑台采用平导轨，其静摩擦系数fo=0.2，动摩擦系数fd=0.1；液压系统中的执行元件运用液压缸。液压系统的设计过程如下：液压系统的设计过程如下：(1)分析负载分析负载(2)确定执行元件主要参数确定执行元件主要参数(3)确定液压系统方案和拟定液压系统原理确定液压系统方案和拟定液压系统原理图图(4)选择液压元件选择液压元件(5)验算液压系统性能验算液压系统性能(6)绘制任务图和编制技术文件绘制任务图和编制技术文件1.分析分析负载1.1外外负载高速高速钢钻头钻铸铁孔孔时的的轴向切削力向切削力Ft单位位为N为式中，式中，D钻头直径，直径，单位位为mm；s每每转进给量，量，单
34、位位为mm/r；HBS铸件硬度，件硬度，HBS=240。 根据根据组合机床加工特点，合机床加工特点，钻孔孔时主主轴转速速n n和每和每转进给量量s s按按 组合机床合机床设计手册手册 取取对13.9mm13.9mm的孔：的孔：n1=360r/minn1=360r/min，s1=0.147mm/rs1=0.147mm/r；对8.5mm8.5mm的孔：的孔：n2=550r/minn2=550r/min，s2=0.096mm/rs2=0.096mm/r。代入式代入式9.189.18，得外，得外负载FgFg为 1.2惯性性负载机床任机床任务部件的部件的总质量量m=1000kg1.3阻力阻力负载机床任机
35、床任务部件部件对动力滑台力滑台导轨的法向力的法向力为静摩擦阻力静摩擦阻力动摩擦阻力摩擦阻力2.确定确定执行元件的主要参数行元件的主要参数由相关表可知，由相关表可知，组合机床在最大合机床在最大负载约为32000N时液液压系系统压力取力取p1=4MPa比比较适宜。适宜。鉴于于动力滑台要求快力滑台要求快进、快退速度相等，、快退速度相等，这里里的液的液压缸可缸可选用用单活塞杆式的，并在快活塞杆式的，并在快进时作差作差动衔接。接。这种情况下液种情况下液压缸无杆腔的任缸无杆腔的任务面面积A1应为有杆腔任有杆腔任务面面积A2的两倍，即的两倍，即=A1/A2=2，而活塞杆直径而活塞杆直径d与缸筒直径与缸筒直径
36、D成成d=0.707D关系。关系。在在钻孔加工孔加工时，液，液压缸回油路上必需具有背缸回油路上必需具有背压p2，以防止孔，以防止孔钻通通时滑台忽然前冲。根据要求可滑台忽然前冲。根据要求可取取p2=0.6MPa。快。快进时液液压缸作差缸作差动衔接，管路接，管路中有中有压力力损失，有杆腔的失，有杆腔的压力力应略大于无杆腔，略大于无杆腔，但其差但其差值较小，可先按小，可先按0.3MPa思索。快退思索。快退时回油回油腔中是有背腔中是有背压的，的，这时p2也可按也可按0.6MPa估算。估算。由工进时的负载值按公式计算液压缸面积由工进时的负载值按公式计算液压缸面积 将这些直径按将这些直径按GB2348-8
37、0GB2348-80圆整成就近规范值得：圆整成就近规范值得：D=0.11mmD=0.11mm、d=0.08mmd=0.08mm由此求得液压缸两腔的实践有效面积为由此求得液压缸两腔的实践有效面积为阅历算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。阅历算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。 3.确定液确定液压系系统方案和方案和拟定液定液压系系统原理原理图3.1确定液确定液压系系统方案方案由于由于该机床是固定式机械，且不存在外机床是固定式机械，且不存在外负载对系系统作功的工况，作功的工况，这台机床液台机床液压系系统的功率小，的功率小，滑台运滑台运动速度低，任速度低，任务负载变化小。化小。该液液压系系统以采用以采
38、用节流流调速方式和开式循速方式和开式循环为佳。佳。现采用采用节流流调速回路，速回路，为处理孔理孔钻通通时滑台忽然前冲的滑台忽然前冲的问题，回油路上要，回油路上要设置背置背压阀。从工况从工况图中可以清楚地看到，在中可以清楚地看到，在这个液个液压系系统的任的任务循循环内，液内，液压缸要求油源交替地提供低缸要求油源交替地提供低压大流量和高大流量和高压小流量的油液。最大流量小流量的油液。最大流量约为最最小流量的小流量的55倍，而快倍，而快进加快退所需的加快退所需的时间t1和工和工进所需的所需的时间t2分分别为即即t2t1t2t1。因此从提高系统效率、节省能量的角度来看。因此从提高系统效率、节省能量的角
39、度来看, ,采用单个定量液压泵作为油源显然是不适宜的，而应采采用单个定量液压泵作为油源显然是不适宜的，而应采用大、小两个液压泵自动两级并联供油的油源方案用大、小两个液压泵自动两级并联供油的油源方案. .3.2选择根本回路根本回路由于不存在由于不存在负载对系系统作功的工况，也不存在作功的工况，也不存在负载制制动过程，故不需求程，故不需求设置平衡及制置平衡及制动回路。但必回路。但必需具有快速运需具有快速运动、换向、速度向、速度换接以及接以及调压、卸荷、卸荷等回路。等回路。(1)选择快速运快速运动和和换向回路向回路系系统中采用中采用节流流调速回路后，不速回路后，不论采用何种油源采用何种油源方式都必需
40、有方式都必需有单独的油路直接通向液独的油路直接通向液压缸两腔，以缸两腔，以实现快速运快速运动。在本系。在本系统中，快中，快进、快退、快退换向回路向回路应采用采用b所示的方式。所示的方式。(2)(2)选择速度速度换接回路接回路 当滑台从快当滑台从快进转为工工进时，输入液入液压缸的流量由缸的流量由27.64L/min27.64L/min降至降至0.5L/min0.5L/min，滑台的速度，滑台的速度变化化较大，可大，可选用行用行程程阀来控制速度的来控制速度的换接，以减少液接，以减少液压冲冲击，如，如c c所示。当滑所示。当滑台由工台由工进转为快退快退时，回路中，回路中经过的流量很大。的流量很大。为
41、了保了保证换向平向平稳起起见，应采用采用换向向时间可可调的的电液液换向向阀式式换接回路，接回路，如如b b所示。由于所示。由于这一回路一回路还要要实现液液压缸的差缸的差动衔接，所以接，所以换向向阀必需是五通的。必需是五通的。(3)(3)选择调压和卸荷回路和卸荷回路 油源中的溢流油源中的溢流阀可以可以调定系定系统任任务压力，无力，无须另另设调压回路。由于系回路。由于系统采用采用进油油节流流调速，故溢流速，故溢流阀常常开，同开，同时也起到平安作用。也起到平安作用。 在在a a所示的双液所示的双液压泵自自动两两级供油的油源中供油的油源中设有有卸荷卸荷阀，当滑台工，当滑台工进和停和停顿时，低，低压、大
42、流量液、大流量液压泵都可都可经此此阀卸荷。由于工卸荷。由于工进在整个任在整个任务循循环周期中占了周期中占了绝大部大部分分时间，且高，且高压、小流量液、小流量液压泵的功率的功率较小，故可以以小，故可以以为卸荷卸荷问题已根本已根本处理，就不需求再理，就不需求再设置卸荷回路。置卸荷回路。3.3将液将液压回路回路综合成液合成液压系系统把上面把上面选出的各种液出的各种液压回路回路组合画在一同，就合画在一同，就可以得到一可以得到一张液液压系系统原理原理图不包括点划不包括点划线圆框内的元件。将此框内的元件。将此图仔仔细检查一遍，可以一遍，可以发现，该图所示系所示系统在任在任务中中还存在存在问题。为了防止干了
43、防止干扰、简化系化系统并使其功能更加完善，必需并使其功能更加完善，必需对所示所示系系统进展如下修整：展如下修整：1为理理处理滑台工理滑台工进阀2在左位在左位时图中中进、回油路相互接通，系回油路相互接通，系统无法建立无法建立压力的力的问题，必，必需在需在换向回路中串接一个向回路中串接一个单向向阀a，将，将进、回油、回油路隔断。路隔断。2为理理处理滑台快理滑台快进时回油路接通油箱，无回油路接通油箱，无法法实现液液压缸差缸差动衔接的接的问题，必需在回油路上，必需在回油路上串接一个液控串接一个液控顺序序阀b。这样，滑台快，滑台快进时因因负载较小而系小而系统压力力较低，使低，使阀b封封锁，便阻止了，便阻
44、止了油液前往油箱。油液前往油箱。3为理理处理机床停理机床停顿任任务后回路中的油液流回油箱，后回路中的油液流回油箱，导致空气致空气进入系入系统，影响滑，影响滑台运台运动平平稳性的性的问题，必需，必需在在电液液换向向阀的回油口增的回油口增设一个一个单向向阀c。4为了在滑台工了在滑台工进后系后系统能自能自动发出快退信号，出快退信号，须在在调速速阀输出端增出端增设一个一个压力力继电器器d。5假假设将将顺序序阀b和背和背压阀8的位置的位置对调一下，就可以一下，就可以将将顺序序阀与油源与油源处的卸荷的卸荷阀合并，从而省去一个合并，从而省去一个阀。经过修正、整理后的液修正、整理后的液压系系统原理原理图如下所
45、示。如下所示。4选择液液压元件元件4.1液液压泵液液压缸在整个任缸在整个任务循循环中的最大任中的最大任务压力力为3.73MPa,如取如取进油路上的油路上的压力力损失失为0.8MPa，为使使压力力继电器能可靠地任器能可靠地任务，取其，取其调整整压力高出力高出系系统最大任最大任务压力力0.5MPa，那么小流量液，那么小流量液压泵的的最大任最大任务压力力应为 大流量液压泵在快进、快速运动时才向液压缸输油，大流量液压泵在快进、快速运动时才向液压缸输油，快退时液压缸的任务压力比快进时大，如取进油路上的压快退时液压缸的任务压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为力损失为0.5MPa0.5MPa由于此时进油
46、不经调速阀故压力损失减由于此时进油不经调速阀故压力损失减小，那么大流量液压泵的最高任务压力为小，那么大流量液压泵的最高任务压力为 两个液两个液压泵应向液向液压缸提供的最大流量缸提供的最大流量为27.64L/min27.64L/min，因系因系统较简单，取走漏系数，取走漏系数KLKL1.051.05，那么两个液，那么两个液压泵的的实践流量践流量应为 由于溢流由于溢流阀的最小的最小稳定溢流量定溢流量为3L/min3L/min，而工，而工进时输入液入液压缸的流量缸的流量为0.5L/min0.5L/min，由小流量液，由小流量液压泵单独供油，独供油，所以小液所以小液压泵的流量的流量规格最少格最少应为3
47、.5L/min3.5L/min。 根据以上根据以上压力和流量的数力和流量的数值查阅产品品样本，最后本，最后确定确定选取取PV2R12-6/26PV2R12-6/26型双型双联叶片液叶片液压泵，其小液，其小液压泵和大和大液液压泵的排量分的排量分别为6mL/r6mL/r和和26mL/r,26mL/r,当液当液压泵的的转速速np=940r/minnp=940r/min时该液液压泵的的实际流量流量为30.08L/min30.08L/min，假，假设取取液液压泵的容的容积效率效率v=0.9v=0.9，那么液，那么液压泵的的实践践输出流量出流量为 由于液由于液压缸在快退缸在快退时输入功率最大，入功率最大，
48、这时液液压泵任任务压力力为2MPa2MPa、流量、流量为27.1L/min27.1L/min。按照要求取液。按照要求取液压泵的的总效率效率p=0.75p=0.75，那么液，那么液压泵驱动电动机所需的功率机所需的功率为 根据此数根据此数值查阅电动机机产品品样本本选取取Y100L-6Y100L-6型型电动机，其机，其额定功率定功率Pn=1.5kWPn=1.5kW，额定定转速速np=940r/minnp=940r/min4.2油管油管各元件各元件间衔接接纳道的道的规格按液格按液压元件借口元件借口处的的尺寸决尺寸决议，液，液压缸缸进、出油管那么按、出油管那么按输入、排出入、排出的最大流量的最大流量计算
49、。由于液算。由于液压泵选定之后液定之后液压缸在缸在各个任各个任务阶段的段的进、出流量已与原定数、出流量已与原定数值不同，不同，所以要重新所以要重新计算。取油液在算。取油液在压油管的流速油管的流速v=3m/s，计算与液算与液压缸无杆腔及有杆腔相缸无杆腔及有杆腔相连的油管内径的油管内径分分别为这两根油管都按两根油管都按YB231-70选用内径用内径15mm、外、外径径18.2mm的的15号冷拔无号冷拔无缝钢管。管。4.3油箱油箱计算油箱容算油箱容积，取，取阅历数据数据=7，故其容，故其容积为按按GB2876-81规定，取最接近的定，取最接近的规范范值V=250L。5.验算液算液压系系统性能性能5.
50、1验算系算系统压力力损失失由于系由于系统的管路布置尚未的管路布置尚未详细确定，整个确定，整个系系统的的压力力损失无法全面估算，故只能先估失无法全面估算，故只能先估算算阀类元件的元件的压力力损失，待失，待设计好管路好管路规划划图后，加上管路的沿程后，加上管路的沿程损失和部分失和部分损失即可。失即可。压力力损失的失的验算算应按一个任按一个任务循循环中不同中不同阶段分段分别进展。展。1快快进滑台快滑台快进时，液，液压缸差缸差动衔接，接，进油路上油路上油液油液经过单向向阀10的流量是的流量是22L/min、经过电液液换向向阀2的流量是的流量是27.1L/min，然后与液，然后与液压缸有杆腔的回油集合，
51、以流量缸有杆腔的回油集合，以流量51.25L/min经过行程行程阀3并并进入无杆腔。因此入无杆腔。因此进油路上的油路上的总压降降为 回油路上，液压缸有杆腔中的油液经过电液换向阀回油路上，液压缸有杆腔中的油液经过电液换向阀2 2和和单向阀单向阀6 6的流量都是的流量都是24.15L/min24.15L/min，然后与液压泵的供油合并，然后与液压泵的供油合并, ,经行程阀经行程阀3 3流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力p2p2与与无杆腔压力无杆腔压力p1p1之差。之差。此值与原估计值根本相符。此值与原估计值根本相符。2工工进工工进时，油液在，油液在进油路上
52、油路上经过电液液换向向阀2的流量的流量为0.5L/min，在，在调速速阀4处的的压力力损失失为0.5MPa；油液在回油；油液在回油路上路上经过换向向阀2的流量是的流量是0.24L/min，在背，在背压阀8处的的压力力损失失为0.6MPa，经过顺序序阀7的流量的流量为0.24+22L/min=22.24L/min，因此，因此这时折算到折算到进油路上因油路上因阀类元件元件呵斥的呵斥的总压力力损失失为液液压缸回油腔的缸回油腔的压力力p2为 可可见此此值略大于原估略大于原估计值。故可按公式重新。故可按公式重新计算工算工进时液液压缸缸进油腔油腔压力力p1p1，即，即 思索到思索到压力力继电器可靠器可靠动
53、作需求作需求压差差pe=0.5MPape=0.5MPa，故，故工工进时溢流溢流阀9 9的的调压pp1App1A应该为 3快退快退快退快退时油液在油液在进油路上油路上经过单向向阀10的流量的流量为22L/min、经过换向向阀2的流量的流量为27.1L/min；油液在回油路上；油液在回油路上经过单向向阀5、换向向阀2和和单向向阀13的流量都是的流量都是57.51L/min。因此。因此进油路上油路上总压降降为此此值小于原估小于原估计值，所以液，所以液压泵驱动电动机的功率是足机的功率是足够的。回油路上的。回油路上总压降降为此此值与估与估计值相近，故不用重算。所以，快退相近，故不用重算。所以，快退时液液
54、压泵的的任任务压力力pp应为因此大流量液因此大流量液压泵卸荷的卸荷的顺序序阀7的的调压应大于大于1.582MPa。4验算油液温升算油液温升工工进在整个任在整个任务循循环过程中所占的程中所占的时间比例达比例达95%，所，所以系以系统发热和油液温升可按工和油液温升可按工进时的工况来的工况来计算。算。为简便便起起见，本例采用上述，本例采用上述“系系统的的发热功率功率计算方法之二来算方法之二来进展展计算。算。工工进时液液压的有效功率的有效功率为这时大流量液大流量液压泵经顺序序阀7卸荷，小流量液卸荷，小流量液压泵在高在高压下供油。大液下供油。大液压泵经过顺序序阀7的流量的流量为q2=22L/min，由表
55、，由表查得得该阀在在额定流量定流量qn=63L/min时的的压力力损失失pn=0.3MPa,故此故此阀在工在工进时的的压力力损失失 小液小液压泵工工进时的任的任务压力力pp1=4.75MPapp1=4.75MPa，流量，流量ql=5.1L/minql=5.1L/min，所以两个液，所以两个液压泵的的总输入功率入功率为 按公式按公式计算得液算得液压系系统的的发热功率功率为 按公式按公式计算得油箱的散算得油箱的散热面面积为 由表由表查得油箱的散得油箱的散热系数系数K=9W/(m2)K=9W/(m2)，那么可以，那么可以求出油液温升求出油液温升为 可知此温升可知此温升值没有超出允没有超出允许范范围，
56、故，故该液液压系系统不用不用设置冷却器。置冷却器。 6绘制任制任务图和和编制技制技术文件文件液液压系系统设计的最后一的最后一项任任务是是绘制任制任务图和和编制技制技术文件。任文件。任务图的的绘制必需在仔制必需在仔细查阅产品品样本、手册和本、手册和资料，料，选定元件的构造和配置定元件的构造和配置型式的根底上，才干型式的根底上，才干规划划绘图。系。系统任任务图包括包括液液压系系统图、各种装配、各种装配图和各种非和各种非规范液范液压元件元件装配装配图及零件及零件图等。等。液液压系系统图由上述液由上述液压系系统原理原理图经补充、充、完善而成。完善而成。图中要有明中要有明细表，注明液表，注明液压元件的型
57、元件的型号、号、规格、数量、消格、数量、消费厂家等，并要注明系厂家等，并要注明系统的的技技术条件、液条件、液压执行元件的行元件的动作循作循环图、电磁磁铁、压力力继电器及器及电气开关的气开关的动作作顺序表等等。液序表等等。液压系系统图必需采用国家必需采用国家规范范规定的定的图形符号形符号绘制。制。各种装配各种装配图是系是系统正式施工、安装的正式施工、安装的图样，包括非通，包括非通用液用液压泵站装配站装配图、阀块装配装配图、管路布置、管路布置图及及电气控制气控制系系统图等。其中管路布置等。其中管路布置图要注明各液要注明各液压元件的部位和固元件的部位和固定方式、各种管件的型号及定方式、各种管件的型号及规格等。格等。技技术文件普通包括文件普通包括设计计算算书、运用、运用阐明明书、零件目、零件目录表、表、规范件、通用件和外范件、通用件和外购件件总表、表、调试大大纲等。等。
