-Z3040摇臂钻床主轴液压系统设计.doc

摘 要

本次毕业设计是以Z3040-13摇臂钻床为参考机型，对主轴控制系统进行了液压系统进行设计。该系统设计主要是实现主传动和进给传动的低速运转，且实现低速段的无级变速，高速段可采用机械无级变速，其间配以齿轮传动过渡。在本次设计过程中首先了解该钻床的运动形式，然后确定液压传动系统采用限压试变量泵与调速调速阀组成的调速回路实现了执行机构数的稳定，功率损失小，发热小效率高。在辅助元件的选择上大量采用了标准件，由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化使得液压传动装置的重量轻、结构紧凑、简单、惯性小、传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。且使得整个液压系统整体结构简化，缩短制造周期，同时实现在加工过程中的无极变速。

关键字:Z3040摇臂钻床、主轴控制、液压传动、无级变速

目 录

1 绪论 3
1.1 液压系统在工程中的应用 3
1.2 液压传动系统的优缺点 4
2 液压系统的初步设计 6
2.1 液压系统的设计步骤 6
2.2 设计要求 6
2.3 钻床对液压系统的要求 6
3 液压系统方案设计 8
3.1传动方案设计 8
3.2 调速方式式与液压泵的选择 10
3.3 制定调速方案 10
3.4 制定顺序动作方案 11
3.5 制定压力控制方案 11
3.6 绘制液压系统图 12
4 液压执行元件的设计计算与选用 13
4.1 液压系统设计参数 13
4.2液压马达的选用 14
4.3确定液压缸的参数 14
4.4 液压泵的选择 15
4.5 液压泵驱动电机的选择 16
4.6各种阀类的选择 17
4.7管道尺寸的确定 18
4.8确定油箱的有效容积 19
5 液压系统性能验算 20
5.1 沿程压力损失 20
5.2 局部压力损失 20
6 系统发热量的计算 22
6.1 计算发热功率 22
6.2 计算散热功率 22
7 液压系统安装、调试 24
7.1 安装前的技术准备工作 24
7.2 液压件安装要求 25
7.3 液压系统清洗 26
7.4 调试 26
结论 28
参考文献 29
致谢 30
1 绪论
液压传动是以流体（液压油液）为工作介质，在密闭容器内进行能量的转换、调节控制和传递的一种传动形式。液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递[2]。

图1-1 液压传动基本原理
液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。
1.1 液压系统在工程中的应用
液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。自1795年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域，1906年开始应用于国防战备武器。第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快和精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服系统。20世纪60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用。近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成话等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果。 解放前，我国经济落后，液压工业完全是空白。解放后，我国经济获得迅速发展，液压工业也和其它工业一样，发展很快。20世纪50年代就开始生产各种通用液压元件。当前，我国已生产出许多新型和自行设计的系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其它新型液压元件等。但由于过去基础薄弱，所生产的液压元件，在品种与质量等方面和国外先进水平相比，还存在一定差距，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以预见，液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业部门中的用应，也将会越来越广泛。
现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。
1.2 液压传动系统的优缺点
液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。
　　除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。
液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。
1.2.1 优点
1) 传动平稳 在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。
2) 质量轻体积小 液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的1m3挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了1t。
3) 承载能力大 液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。
4) 容易实现无级调速 在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速，并且调速范围很大，可达2000：1，很容易获得极低的速度。
5) 易于实现过载保护 液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。
6) 液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。
7) 容易实现复杂的动作 采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件．
8) 简化机构 采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目。
9) 便于实现自动化 液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。
10) 便于实现“三化” 液压元件易于实现系列比、标准化和通用化．也易于设计和组织专业性大批量生产，从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本[3]。
1.2.2 缺点
1) 液压元件制造精度要求高 由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格。
2) 实现定比传动困难 液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。
3) 油液受温度的影响 由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。
4) 不适宜远距离输送动力 由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。
5) 油液中混入空气易影响工作性能 油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。
6) 油液容易污染 油液污染后，会影响系统工作的可靠性。
7) 发生故障不易检查和排除。
2 液压系统的初步设计
液压系统是机械伺服装置中的经典结构。即使在机电类元件获得长足进步的今天，液压系统仍以其高功率/重量比，响应快，低速特性好等特点而在不少系统当中扮演举足轻重的角色。在现代电子和控制技术推动下涌现出了一些原理新颖，物美价廉的液压元器件，给这一传统的技术带来了新的生机。液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。
2.1 液压系统的设计步骤
1) 明确设计方案；
2) 确定液压执行元件的形式；
3) 进行工况分析，确定系统的主要参数；
4) 制定基本方案，拟定液压系统原理图；
5) 选择液压元件；
6) 液压系统的性能验算。
2.2 设计要求
设计要求是进行每项工程设计的依据，在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。
目前，大部分的钻床机床的卡盘，钻头等都是由液压来控制的。而他们的基本工作原理都是：通过液压系统回路，来实现控制卡盘的夹紧，松开及对不同的零件类型来实现正转，反转的控制。而它们的工作循环大都为：
夹紧保压快进钻孔快退松开
其中快进和卡紧并是通过高低压的换向来控制来实现的，而保压过程是通过换向阀来实现的，它是保证工件在加工过程中不会发生移动和在突然断电等事故发生时保护设备和人员安全的必要设备。
2.3 钻床对液压系统的要求
1) 卡盘夹紧，松开时动作要求平稳，在进行动做换向时不应有冲击；
2) 当卡盘夹紧后，液压缸机构应具有足够的保压能力，以防止因系统内泻而造成工件的脱落或当数控机床在加工零件时因为卡紧力不够而使工件轴向不垂直，加工零件尺寸出现偏差。
3) 系统中要有减压装置，其作用为当卡盘接触工件时，系统压力忽然升高，为防止因压力过大而造成加上工件的事故发生，该系统在工作过程中因为恒压。
4) 钻头工作时应没有冲击，爬行等不良现象。所以对系统的密封应有较高的标准。
28

3 液压系统方案设计
3.1传动方案设计
Z3040液压传动系统由3部分组成：主轴传动系统、进给传动系统、及立柱加紧系统。主轴传动系统和进给传动系统均采用液压马达配以锥轮机械无级变速器和同步带，以扩大变速范围，并满足主轴转矩匹配的要求。立柱加紧液压系统基本保留了原Z3040D的设计，只是由原来独立供油系统改为现在的共用供油系统。
主轴传动部分采用限压传动系统（即系统压力越高流量越小从而实现低速转动）进油路由变量泵和调速阀实现二级减速，回路有顺序阀回油路上有一定的背压，使系统运动更平稳。系统图如图3-1：

图3-1 主轴传动系统
进给传动部分同样采用限压式传动系统在进油路上由两个减压阀和一个调压阀组成同样实现二级减速，使马达可实现很的转速从而现实低转速工作。系统图如图3-2：

图3-2 进给传动系统
立柱加紧部分基本保持原来的设计，有两个电磁换向阀和一个液控单向阀组成实现对工件的加紧保压和主轴的快进快退。系统图如图3-3：
图3-3 夹紧系统
3.2 调速方式式与液压泵的选择
液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。在选择液压泵时，我们考虑过两种调速回路，一是限压试变量泵与调速阀组成的调速回路，其优点是泵的压力和流量在工进和快进时能自动变换，但是在负载变化大且大部分时间在小负载下工作的场合使用并不合适。这是泵的供油压力高，而执行元件的工作压力低，损失在调速阀的压降和液压泵泄漏的能量很大，油液温升也高。二是压差式变量泵与节流阀组成的调速回路，其工作特性是工作压力和泵的供油压力随负载变化，而且始终保持节流阀前后压差和流量不变，从而不但保证执行机构速度稳定，而且功率损失小，发热小，效率高。
为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。
油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求并不，还要考虑加热、冷却等措施。
3.3 制定调速方案
液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。
方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。
    速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。
节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。
容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。
容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。
节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。
    调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。
    节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。
容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。
3.4 制定顺序动作方案
主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。
     另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。
3.5 制定压力控制方案
液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。
在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。
在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。
3.6 绘制液压系统图
根据上述分析，可以基本拟订本次所设计的数控机床液压控制系统的原理图及电磁铁动作表：
表3-1 电磁铁动作

YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
夹紧
-
-
+
-
-
保压
-
-
-
-
-
快进
-
-
+
-
+
钻孔
+
-
-
-
-
快退
-
-
-
+
+
松开
-
-
-
+
-

图3-4 钻床液压系统
整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免错误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。
    为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。
    大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要连续工作。
    各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。
    系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。
4 液压执行元件的设计计算与选用
4.1 液压系统设计参数
Z3040摇臂钻床液压系统设计参数如下
钻孔最大直径 40
主轴转速范围6级 25~2000
主轴进给量3级 0.10 0.16 0.22mm/r
主轴行程 200
夹紧力 35KN
快速进给 0.1m/s-1
快速退回 0.1m/s-1
4.1.1 初选确定液压系统的主要参数
液压系统的主要参数就是压力和流量，他们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定与外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 查《机械设计手册》得表：
表4-1
载荷/KN
<5
5~ 10
10~20
20~30
30~50
>50
工作压力/Mpa
<0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
通过设计参数查询资料可初步设定一下
系统工作压力：3~4Mpa
系统流量 18.6L/Min
马达工作压力 2Mpa
马达转数范围8-630r/min
液压油缸工作压力 1Mpa
4.1.2 初步估算系统工作压力
此钻床液压控制系统，压力最大时是在马达全速运转时，此时，油压是由泵提供的，其它工况时，载荷都没有此时大，所以系统的工作压力暂定为此时的工作压力2 Mpa.
而液压系统的最大工作压力应按下式计算：
= PS + （4-1）
式中 －系统最大工作压力
－液压缸或液压马达最大工作压力
－从液压泵到液压马达或液压缸之间总的管路损失，可按经验数据选取：管路简单，流速不大的取。也可选取高于0.5Mpa的压力。
由本设计系统求得：该系统的最大工作压力取。
4.1.3 系统工作流量的选择
由于在工况中已经给出系统的最大流量所以在这里就不对系统的最大流量进行计算。用工况中给出的系统最大流量： 。
4.2液压马达的选用
目前，低速大转矩液压马达的主要形式有多作用径向柱（球）塞式，双斜盘轴向柱塞式和摆线转子式等。凡是转速范围要求宽、径向尺寸小，轴向不受限制的场合，用双斜盘轴向柱塞式马达；当传递转矩大，低速稳定性要求高时，采用内曲线多作用径向柱（球）塞马达。
由于主轴转速高和进给量范围大，而且主轴转矩也较大（=400Nm），这给液压马达的选择带来了困难。经过反复计算，选用某液压件厂的柱塞液压马达(1QJM01-0.16)作为主轴传动和进给传动的执行元件，配以带式无级变速器组合，便可达到所要求的主轴变速范围和进给量范围。
选用 1QJM01-0.16马达，理论排量0.16L/r。额定压力10MPa转速范围8~630输出最大转矩为420N
4.3确定液压缸的参数
参考设计手册各类主机液压执行器常用的设计压力表，初选液压缸的设计压=4MPa.
为满足工作台快速进快退速度相等，并减小液压泵的流量，今将液压缸的无杆腔，并在快进时差动连接，则无杆腔和有杆腔的有效面积和应满足=2（即液压缸内径D和活塞杆直径d间应满足D=）。
为防止工进结束时发生前冲，液压缸需要保持一定回油背压。参考液压执行器的背压力表暂取背压0.6MPa，并取液压缸机械效率，则可计算出液压缸无杆腔的有效面积。
㎡ (4-2)
液压缸内径
D===0.115m (4-3)
按GB/T2348-1993,取标准值=125mm=12.5cm；因=2,故活塞杆直径为
d=（标准直径）
则液压缸实际有效面积为

=122
=59

A=
差动连接快进时，液压缸有杆腔压力必须大于无杆腔压力,其差值故取，启动瞬间液压缸尚未移动，此时。

4.4 液压泵的选择
1) 确定液压泵的最大工作压力：
(4-4)
式中 －额定压力
－液压马达最大工作压力
－从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。的准确计算要待元件选定并会出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单，流速不大的，取
所以得
2) 确定液压泵的流量：
(4-5)
式中 K－泄露系数 一般取1.11.3
系统最大流量
发生在马达全速运转时：

3) 选择泵的规格
根据以上求得的和值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或手册中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所以选择的泵的额定压力一般要比最大工作压力大。
通过综合计算及查《机械设计手册》泵技术规格得:
表4-2
型号
排量调节范围
/Ml.r-1
额定压力
/MPa
压力调节范围
/Mpa
额定转速
/r.min
驱动功率
/kw
YBX-16
0-16
6.3
2.0-6.3
600-1500
2.6
YBX-25
0-25
6.3
2.0-6.4
4
YBX-40
0-40
6.3
2.0-6.5
9.8
泵取 YBX-25限压式变量泵，排量调节为，额定压力6.3Mpa，调节范围，转速，驱动功率为4Kw ，效率。
4.5 液压泵驱动电机的选择
液压泵在额定压力和额定流量下工作时，其驱动电机的功率一般可直接从产品样本或技术手册中查得，但其数值在实际中往往偏大，因此，也可以根据具体工况用下述方法计算出来。
整个系统中所需功率最大的工况是发生在马达最大转速的情况下。
(4-6)
式中 －泵的最大工作压力
－泵的流量
－泵的总效率
P=
综上所述，参考Y系列电动机主要技术参数表查出本系统所选择的电机型号为Y90L-4 额定功率1.5kw 转速1400r/min 满载时电流3.65/A 。
4.6各种阀类的选择
液压阀的作用是控制液压系统的油流方向、压力和流量，从而控制整个液压系统的全部功能，如系统的工作压力，执行机构的动作程序，工作部件的运动速度、方向，以及变换频率，输出力合力矩等等。无论是一个最简单的或者非常复杂的液压系统都少不了液压阀。液压阀的性能是否可靠，是关系到整个液压系统能否正常工作的问题。
液压传动系统，选择合适的液压阀，是使系统的设计合理，性能优良，安装简便，维修容易，并保证该系统正常工作的重要条件。
根据本系统的设计技术要求，该系统由有三位四通电液手动阀、二位六通电磁阀、先导式顺序阀、先导型溢流阀、直动型减压阀、调速阀、单向阀组成的液压回路。从而实现卡盘的卡紧，松开和退回，钻头的正反转等动作。
换向阀的功用是控制油液的通断和流动方向，控制执行元件的启动、变速、停止和换向。选取一般来说，流量在190L/min以上的适宜用二通插装阀；190L/min以下时可采用滑阀式换向阀。70L/min以下时通常用电磁换向阀。
控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也可以有20％以内的短时间过流量。
单向阀分为普通单向阀和液控单向阀。普通单向阀的功能是控制油液单向流动，正向开启时，要求压力损失在0.030.1MPa左右，而反向关闭时无泄漏。另外普通单向阀也可作为背压阀使用。液控单向阀的功能是当K无控制信号作用时，同普通单向阀一样，当控制口加入控制信号时，油液可反向流动。
溢流阀的功用是调节、稳定和限定系统压力，在本设计系统中主要作用时调节进油口的压力。
顺序阀的功用有控制执行元件按先后顺序动作，、背压作用、平衡作用、卸荷作用，在本设计系统中其主要作用时在主轴回油路上起背压作用使主轴转动更平稳。
减压阀液的功用是在压系统中利用减压阀产生低于主油路压力的油供给辅助执行元件或某些控制油路使用。经过减压阀调节控制，使减压阀出口油液的压力保持稳定，并不超过减压阀自身的调定值。
调速阀是由差压式减压阀和普通节流阀串联而成，且为先减压后节流。通过减压阀的自动调节，保持节流阀口的压力差为一定值，从而可以提高控制流量的精度。
根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助元件的最大流量，查产品样本所选择的元件型号规格见表4-3

表4-3 Z3040摇臂钻床液压系统元件型号规格
序号

名 称
额定流量
/
额定压力/MPa
型号
1
限压试变量泵

6.3
YBX-25
2、7、11
单向阀
30
25
CIT-03-50
3、10
调速阀
60
0.5~31.5
2FRM-16
4
三位四通电液换向阀
180
6.3
34DYF3-16B
5
顺序阀
284
1.7~7
RC-G-10-D
6
先导型溢流阀
63
0.5~6.3
YF3-10B
8
直动式减压阀
60
31.5~2.5
DR6DP
12
三位四通换向阀
25
16
34DF3Y-E6B
13
液控单向阀
40
0.2~25
CPT-03-50
14
二位六通换向阀
60
0.5~6.3
MH6WH22AG/003V01
15
过滤器
63
≤0.01
WU-63×1800

4.7管道尺寸的确定
查《机械设计手册》得：管道内径计算应根据公式
(4-7)
式中 －系统流量
－系统流速
计算出内径d后，按标准系列选取相应的管子。
（2）管道壁厚的计算
(4-8)
式中 p －管道内的最高工作压力（pa）
d －管道内径（m）
－管道材料的许用应力（pa）

查表4-4 流速推荐值
管道
推荐流速（m/s）
液压系统回油管路
1.5－2.6
液压泵吸油管路
0.5－1.5
液压系统压油管路
3－6
由上式及相关资料可求得下表：
表4-5 各油管内外径实取值
管路名称
流量
流速
内径
实取
外径
吸油管
18.6L/min
1m/s
15.3
18mm
24mm
压油管
18.6L/min
4m/s
7.7mm
11mm
15mm
回油管
18.6L/min
2m/s
10.8mm
13mm
17mm

4.8确定油箱的有效容积
按公式4-9来初步确定油箱的有效容积
(4-9)
已知所选择泵的总流量为37.5L/min，这样，液压泵每分钟排出压力油的体积为0.0375m³。参照表4-6取a=4。
表4-6经验系数a
系统类型
行走机械
低压系统
中压系统
锻压系统
冶金系统
a
1~2
2~4
5~7
6~12
10
算的有效容积为
V=
5 液压系统性能验算
液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。
本系统比较简单，执行元件较少并且动作简单。管路损失很小，故主要验算各元件的压力损失对系统造成的影响。
5.1 沿程压力损失
主要是压油管的压力损失，管长0.5m，内径0.018m，流量18.6L/min 选用L-HV 矿物油型液压油，正常运转时的运动粘度V=28.8~35.2，油液的密度。
油在管中实际的流速为
（5-1）
（5-2）
油在管路中呈层流流动状态，其沿程阻力系数为：
（5-3）
（5-4）
5.2 局部压力损失
局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失，以及通过控制阀的局部压力损失，其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。
参看系统原理图可知主轴转动系统从泵口到执行元件要经过单向阀，调速阀，换向阀各阀的性能如下表5-1所示：

表5-1 各阀额定压力损失
名称
额定流量
额定压力损失
单向阀
30L/min
0.13Mpa
减压阀
30L/min
0.21Mpa
调速阀
60L/min
0.315Mpa
换向阀
180L/min
0.35Mpa
所以通过各阀的局部压力损失之和为：
（5-5）
参看系统原理图可知主轴转动系统从泵口到执行元件要经过单向阀，调速阀，换向阀各阀的性能如下表5-2所示：
表5-2各阀额定压力损失
名称
额定流量
额定压力损失
单向阀
30L/min
0.13Mpa
减压阀
30L/min
0.21Mpa
减压阀
30L/min
0.315Mpa
调速阀
60L/min
0.35Mpa

（5-6）
由以上计算结果可求得此系统总的压力损失为：

泵的出口压力距泵的额定压力有一定的压力裕度，所以泵的选取是合适的。

6 系统发热量的计算
6.1 计算发热功率
液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。液压系统的功率损失主要有液压泵的功率损失、液压执行元件的功率损失、溢流阀的功率损失、油液流经阀或管路的功率损失。液压系统的功率损失全部转化为热量。按下式计算其发热功率：
（6-1）
式中 －系统发热功率
－系统发出总功率
－系统有用功率
对于本系统来说，是整个工作循环中泵的平均输入功率。
（6-2）
式中 －系统周期；
－泵的输入功率；
－第i台泵工作时间；
Z－泵的台数；
－泵的总效率；
；

6.2 计算散热功率
前面求得有效容积为0.15，按求各边之积：
（6-3）

图 6-1 油箱示意图

选各边均为0.7m。

式中 －有效散热面积

（6-4）
式中 散热功率；
－散热系数；取=；
－温差取；

油箱散热功率满足系统发热功率的需要。
7 液压系统安装、调试
7.1 安装前的技术准备工作
1) 技术资料的准备与熟悉
液压系统原理图、电气原理图、管道布置图、液压元件、辅件、管件清单和有关元件样本等，这些资料都应准备齐全，以便对具体内容和技术要求逐项熟悉和研究。
2) 物资准备
按照液压系统图和液压件清单，核对液压件的数量，确认所有液压元件的质量状况。严格检查压力表的质量，查明压力表交验日期，对检验时间过长的压力表要重新进行校验，确保准确。
3) 质量检查
液压元件在运输或库存过程中极易被污染和锈蚀，库存时间过长会使液压元件中的密封件老化而丧失密封性，有些液压元件由于加工及装配质量不良使性能不可用，所以必须对元件进行严格的质量检查。
7.1.1 液压元件质量检查
1) 各类液压元件型号必须与元件清单一致
2) 要查明液压元件保管时间是否过长，或保管环境不合要求，应注意液压元件内部密封件老化程度，必要时要进行拆洗、更换、并进行性能测试。
3) 每个液压元件上的调整螺钉、调节手轮、锁紧螺母等都要完整无损。
4) 液压元件所附带的密封件表面质量应符合要求、否则应予更换。
5) 板式连接元件连接平面不准有缺陷。安装密封件的沟槽尺寸加工精度要符合有关标准。
6) 管式连接元件的连接螺纹口不准有破损和活扣现象。
7) 板式阀安装底板的连接平面不准有凹凸不平缺陷，连接螺纹不准有破损和活扣现象。
8) 将通油口堵塞取下，检查元件内部是否清洁。
9) 检查电磁阀中的电磁铁芯及外表质量，若有异常不准使用。
10) 各液压元件上的附件必须齐全。