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液压与气压传动 课程设计专用纸 机制专业0701班

设计内容
设计说明及计算过程
备注
一
分
析
负
载

一工艺分析
某机床用于扩钻孔，其动力滑台为卧式布置，动力滑台采用液压传动。动力滑台的液压执行元件为杆固定的但活塞杆液压缸。所加工的孔粗糙度及精度尺寸要求高，故动力滑台的工作循环要求为：快进→第一工进→第二工进→死挡铁停留→快退→原位停止。设计方案如下：
（一） 外负载 Fg=Ft=30000+7500=37500N
（二） 惯性负载
机床移动不见总质量m=980N △t=0.2s
Fm=m△v/△t=980×0.1/0.2=490N
（三） 阻力负载
移动部件对动力滑台导轨的法向力为 Fm=mg=980×9.8=9604N
静摩擦阻力 Ffs=fsFm=0.2×9604=1920.8N
动摩擦阻力 Ffd=fdFn=0.1×9604=960.4
液压缸在各工作阶段的负载F
工况
负载组成
负载值
启动
F=Fnfs
1920.8
加速
F=Fnfd+ m△v/△t
1450.4
快进
F=Fnfd
960.4
第一工进
F=Fnfd+Fg
30960.4
第二工进
F=Fnfd+Fg’
8460.4
停留

快退
F=Fnfd
960.4
由快进和快退速度为0.1m/s，快进行程207mm，快退行程350mm，一工进速度0.75×10-3m/s，二工进速度为0.46×10-3m/s，一共进行程，二共进行程分别为35mm,8mm。

设计内容
设计说明及计算过程
备注
速
度
图

设计内容
设计说明及计算过程
备注
负
载
图

设计内容
设计说明及计算过程
备注
二
确
定
执
行
元
件
主
要
参
数
二确定执行元件主要参数
按负载选择液压执行元件的工作压力（适用于中、低压液压系统）
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

≥5～7
按主机类型选择液压执行元件的工作压力
设备类型
机 床
农业机械、汽车工业、小型工程机械及辅助机构
工程机械、重型机械、锻压设备、液压支架等
船用系统
磨床
组合机床
齿轮加工机床
牛头刨床
插床
车床
铣床
镗床
珩磨机床
拉床
龙门刨床
工作压力/MPa
≤1.2
＜6.3
2～4
2～5
＜10
10～16
16～32
14～25

设计内容
设计说明及计算过程
备注

系 统 类 型
背压压力/MPa
系 统 类 型
背压压力/MPa
中低压系统或轻载节流调节系统
0.2～0.5
采用辅助泵补油的闭式油路系统
1～1.5
回油路带调速阀或背压阀的系统
0.5～1.5
采用多路阀的复杂的中高压系统（工程机械）
1.2～3
机床最大负载为38500N，由上表可取液压系统压力为P1=4MPa。由于快进、快退速度相等，液压缸可选用单杆活塞式的，快进时差动连接。所以，液压缸无杆腔工作面积A1，应为有杆腔工作面积A2的2倍，φ=A1/ A2=2，活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系。在孔加工时，为了平稳加工，液压缸回路上必须具有背压P2。查表P2=1MPa。快进时液压缸工作差动连接，管路中有压力损失，先按0.3MPa考虑。
查表公式计算液压缸面积

A2=F/[ηm(p1φ-p2)]=37500/[0.96×(4×2-1)×106]=5.58×10-3m2

A1=φA2=11.16×10-3m2

D=(4A1/π)1/2=0.119m d=0.707D=0.084m

将这些直径按GB/T2348-2001圆整成就近标准值得D=0.12m d=0.08m
由此得液压缸两腔的实际有效面积A1=πD2/4=11.3×10-3m2 A2=π(D2-d2)/4=4.95×10-3m2

机床最大负载为38500N，由上表可取液压系统压力为P1=4MPa。由于快进、快退速度相等，液压缸可选用单杆活塞式的，快进时差动连接。所以，液压缸无杆腔工作面积A1，应为有杆腔工作面积A2的2倍，φ=A1/ A2=2，活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系。

设计内容
设计说明及计算过程
备注

在孔加工时，为了平稳加工，液压缸回路上必须具有背压P2。查表P2=1MPa。快进时液压缸工作差动连接，管路中有压力损失，先按0.3MPa考虑。
查表公式计算液压缸面积
A2=F/[ηm(p1φ-p2)]=37500/[0.96×(4×2-1)×106]=5.58×10-3m2

A1=φA2=11.16×10-3m2

D=(4A1/π)1/2=0.119m

d=0.707D=0.084m
将这些直径按GB/T2348-2001圆整成就近标准值得D=0.12m d=0.08m
由此得液压缸两腔的实际有效面积A1=πD2/4=11.3×10-3m2 A2=π（D2-d2）/4=4.95×10-3m2
液压缸在不同阶段的压力，流量和功率值：如下表

设计内容
设计说明及计算过程
备注

工况
负载
F/N
回油腔
压力
P2/MPa
进油
腔压
力
P1/MPa
输入
流量
q×10-3
/m3·s-1
输入
功率
p/kw
计算式
快
进
起动

1920
.8
0
0.315

P1=
[(F/ηm)+ A2△P]/
( A1-A2)
q=
(A1-A2)
p=P1q
加速
1450
.4
P1+△P
(
△P=
0.3MPa
)
0.238

恒速
960.4
0.202
0.635
0.128
一工进
3096
0.4
1
2.85
0．0085
0.024
P1=
[(F/ηm)+ A2P2]/
A1
q=A1V2
p=P1q
二工进
8460
.4
1
0.78
0.0052
0.00
41
快退
起动
1920
.8
0
0.404

P1=[(F/ηm)+ A1P2]/ A2
q=A2V2
p=P1q
加速
1450
.4
1
0.305

恒速
960．
4
0.202
0.495
0.1

设计内容
设计说明及计算过程
备注
液
压
工
况
图

设计内容
设计说明及计算过程
备注
三、设计液压系统方案和拟定液压系统原理图

三设计液压系统方案和拟定液压系统原理图
（—）设计液压系统方案

由液压缸工况图可得，这台机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小。根据负载分析表中所得该液压系统以采用节流调速方式和开式循环为宜。现采用进油路节流调速回路，为解决孔钻通时滑台突然前冲的问题，回油路上要设置背压阀。这里使用单叶片式变量泵。

（二）选择基本回路

1. 选择快速运动和换向回路
系统中采用节流调速回路后，不论采用何种油源形式必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。

2. 选择速度换接回路
从工况图中可知，滑台的速度变化较大，可选用行程阀来控制速度的换接，以减小液压冲击。为了保证换向平稳起见，采用电液换向阀换接回路。由于这一回路还要实现液压缸的差动连接，换向阀必须是五通的。

3. 选择调压和卸荷回路
经过修改和整理后，液压系统原理图如下所示

设计内容
设计说明及计算过程
备注
液
压
系
统
原
理
图

1-背压阀 2-顺序阀 3-单向阀 4-一工进调速阀 5-压力继电器 6-单向阀 7-液压缸 8-行程阀 9-电磁阀 10-二工进调速阀 11-先导阀 12-换向阀 13-单向阀 14-单叶片式变量泵
液压系统动作循环表：

设计内容
设计说明及计算过程
备注
四
选
择
液
压
元
件
动作名称
电磁铁工作状态
1YA
2YA
3YA
快进
+
-
-
一工进
+
-
-
二工进
+
-
+
停留
+
-
+
快退
-
+
+
停止
-
-
-
四选择液压元件
液压泵总效率
液压泵类型
齿轮泵
叶片泵
柱塞泵
螺杆泵
总效率
0.6～0.7
0.6～0.75
0.8～0.85
0.65～0.8
（一）液压泵
液压泵在整个工作循环中的最大国内工作压力为2.85MPa，如取进油路上的压力损失为0.8MPa为使压力继电器能可靠地工作，取其调整压力高出系统压力0.5MPa，液压泵的最大工作压力应为pp=(2.85+0.8+0.5)MPa=4.15MPa，液压泵向液压缸提供的最大流量为38.1L/min，因系统较简单，取漏油系数KL=1.05，所以液压缸实际流量qp=1.05×38.1L/min=40.005L/min，按上表取液压泵的总效率ηp =0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为：P=ppqp /ηp =(4.15×40.005)/(60×0.75)=3.69kw 因此选电动机的额定功率为Pn=4.0kw
二）油管
取油液在压油管的流速v=3m/s，液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为
d1=2×[q/(πv)]1/2 =22.44mm d2=2×[q/(πv)]1/2 =16.82mm

设计内容
设计说明及计算过程
备注

快 进
工 进
快 退
输入
流量/
L·
min-1
q1=(A1qp)/
(A1-A2)=
71.19
q1 =0.5
q1=qp =
40.005
排出流量/L·min-1
q2=(A2q1)
/A1=
31.185
q2=(A2q1)/A2=
0.219
q2=(A1q1)/
A2=91.32
运动速度/m·min-1
v1=qp/
(A1-A2)=6.3
v2=q2/A2=0.044
V3=q1/A2=
8.08
（三）油箱
邮箱溶剂按公式v=ξqp估算，取经验数据ξ=7，故其容积为v=ξqp=280.035L 按JB/T 7938-1999规定，取最靠近的标准库值v=300L。

设计内容
设计说明及计算过程
备注
元
件
的
型
号
及
规
格
泵
40.005
7
YBN型变量叶片泵
顺序阀
40
7
F型单向顺序阀
调速阀4
0.51～50
7
FCG-03型调速阀
调速阀10
0.312～50
7
QDFT型调速阀
行程阀
40
7
CDF-L2OC
溢流阀
40
7
YF型溢流阀
压力继电器
——
7
HED型压力继电器

设计内容
设计说明及计算过程
备注
五
设
计
小
结

六
参
考
文

五设计小结
在这次课程设计中让我对学过的液压课程有了系统性的理解，对设计要求及设计步骤都有了一定的了解。本次我设计了一个用液压系统控制组合机床的动力滑台，使其实现快进，一工进，二工进，停留，快退，停止，根据此工艺要求及液压课程中所学的知识，通过计算确保能满足此机床的力，从而根据此选液压系统的元件，做出液压系统原理图，最后去检查看是否合理。通过一步一步的设计让我掌握了内在的原理，收获了很多很多。

六参考文
【1】 官忠范.液压传动系统【M】.北京：机械工业出版社，1998
【2】 章宏甲.液压传动【M】.北京：机械工业出版社，1993.
【3】陆元章.现代机械设备设计手册【M】：北京：机械工
业出版社，1997.
【4】 王积伟.液压与气压传动【M】.2版.北京：机械工业出版社，2005.

设计内容
设计说明及计算过程
备注
七
设
计
感
想

七感想
此次课程设计在同学和老师的指导终于做完了，收获很多主要有两方面一是对液压与气压内容有了进一步的理解和掌握。 二是对电脑的应用更是有了一大步的熟练像对word等软件。
一是对液压与气压课程内容有了进一步的理解和掌握。在设计的过程中让我看到了对液压知识的欠缺，在好友的帮助下我一步一步的解决掉自己的疑难点，对以前的知识进行系统全面的学习，对这门课程有一个重新的定位。通过这些设计让我认识到了液压与气压在我们机械生产乃至更多的行业有着广泛的应用起着极其不可替代的作用，因此就要求我必须的认真的面对这些内容，更好的应用自己的知识到我们的生活生产当中。通过这次的设计还让我发现了光是搞懂课本远远不能满足想干问题的分析，像复杂的液压系统图我就相当的吃力，让我很难看懂，因此这就要求我从课外书吸取知识来补充自己。
二是对电脑的相关软件的功能有了掌握。例如我对2010word文字的编辑有了进一步的掌握，通过编辑让我对数字，文字的编辑更加的熟练，还有对画板的功能的掌握，让我知道了对图形的修改，能更好的复合要求。
我现在掌握的液压知识还有电脑相关软件的知识这都为我以后的学习工作提供了一个很好的技能，我今后要不断的努力学好这门课程。

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