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150T液压机的液压系统设计及分析

摘 要
液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一。自十九世纪问世以来发展很快，已成为工业生产中必不可少的设备之一。由于液压机在工作中的广泛适应性，使得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。
随着液压技术的发展，液压机的应用越来越广泛，尤其是150吨液压机在压装和成型的应用，针对液压机的应用，我设计了“150t液压机液压系统”，此系统，能够实现的工作循环为快速空程下行—慢速加压—保压—快速回程—停止。要求采用液压方式实现运动部件的平衡；不考虑各种损失。本次设计，先后做了系统的设计，对系统的元件选型，对非标件的结构设计，性能验算，完成说明书，绘图等任务。

关键词：液压系统设计，液压方式，运动平衡

150T hydraulic press hydraulic system design and analysis

ABSTRACT

In the production of products of molding press is one of the most widely used equipment. Since the 19th century its development is fast, has become an essential equipment in industrial production. Because of the extensive adaptability press at work, so that in the sectors of the national economy has been widely used. Such as sheet forming, pipe extrusion line, powder metallurgy, plastic and rubber molding, plywood, packaging, synthetic diamond, oppression and refractory carbon very pressing molding, wheel pressed, straightening, etc.
Along with the development of technology, hydraulic press used more widely, especially in 150 tons of hydraulic pressing and molding application, according to the hydraulic press’ application , I designed "150t hydraulic press hydraulic system", this system can realize the work cycle ——downlink rapidly ——compression slowly ——pressure-keeping——the quick return —— stop. Requiring to keep the balance of hydraulic movement. Don't consider various losses. This design has made system design, selection of system components of non-standard parts, the structure design, performance, and completed specifications, drawing computations such tasks.
Keywords: hydraulic press system design ，the way in the hydraulic ，the balance of hydraulic movement

目　录

前　言 1
第1章 液压传动概述 2
1.1液压传动的定义和发展情况 2
1.2液压传动的定义和发展情况 3
1.3液压传动的组成 5
1.4液压传动的定义和发展情况 6
1.5液压传动的特点及应用 10
第2章 液压系统的设计与计算 13
2.1 液压系统的设计步骤和方法 13
2.2 液压系统的工况分析和系统的确定 13
2.3 确定液压系统的主要参数 14
2.4 液压系统的拟定 15
2.5 液压元件的计算和选择 17
2.6 液压系统的性能验算 20
第3章 液压机液压系统的设计 22
3.1 150t液压机液压系统工况分析 22
3.1.1 工况分析 22
3.1.2负载图和速度图的绘制 23
3.2液压机液压系统原理图设计 23
3.2.1 自动补油的保压回路设计 23
3.2.2液压机液压系统原理图拟定 24
3.3 液压系统的计算和元件选型 26
3.3.1 确定液压缸主要参数 26
3.3.2液压元件的选择 28
3.4 液压系统的验算 33
3.4.1系统温升的验算 33
3.5 液压缸的结构设计 34
3.6液压集成油路的设计 36
3.6.1液压集成回路设计 37
3.6.2底板及供油块设计 37
3.7 液压油箱结构设计 38
3.8液压站的结构设计 40
3.8.1 电动机与液压泵的联接方式 40
3.8.2 液压泵结构设计的注意事项 40
3.8.3 电动机的选择 41
结　论 42
谢 辞 43
参考文献 44
外文资料翻译 45

前　言

液压技术可以说是历史悠久，从1795年英国制成世界上第一台水压机算起，已有二百多年的历史了，然而在工业上的真正推广使用却是20世纪中叶的事。第二次世界大战期间，在一些武器装备上用上了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，大大提高了武器装备的性能，也大大促进了液压技术本身的发展。战后，液压技术迅速由军事转入民用，在机械制造、工程机械、锻压机械、冶金机械、汽车、船舶等行业中得到了广泛的应用和发展。20世纪60年代以后，液压技术向前推进，并在各个工业领域得到了更加广泛的应用。
由于采用集成、叠加、插装技术，使装配容易，造价低，比起机械传动来，它是一种最经济的选择。现在，液压技术在实现高压、高速、大功率、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大道的进展：在完善发展比例控制、伺服控制、开发数字控制技术上也有许多新成绩。同时，液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）和测试（CAT）、微机控制、机电一体化，液压一体化、可靠性、污染控制、能耗控而继续扩大应用服务领域，采用更先进的设计和制造技术，将是液压技术发展成为内涵更加丰富完整的综合自动化技术。
目前，液压技术已广泛应用于各个工业领域的技术装备上，例如机械制造、工程、建筑、矿山、冶金、军用、船舶、石化、农林等机械上，上至航空、航天技术，下至地矿、海洋开发工程，几乎无处不见液压技术的踪迹。
现在液压机的应用比较广泛，为了巩固已学的液压知识，适应市场需求，我选择设计了150t液压机的液压系统，并且使设计的系统实现规定的动作，本系统使用油路外控，采用高压大流量恒功率变量泵供油，并利用滑块自重充液回路实现快速下行，能量利用合理，系统效率高。所以选择设计此系统。此外，液压系统采用了单向阀的保压回路，带卸载小阀芯的液控单向阀的泄压回路，有利于实现规定动作。
在本次设计中有很多不足的地方请老师们多多指教，谢谢！

第1章 液压传动概述

1.1液压传动的定义和发展情况

液压传动的定义
液压传动的发展概况

1.2液压传动的定义和发展情况

图1-1所示为建设机械上常见的一种举升机构（如液压起重机的变幅机构、液压挖掘机东臂的升降机构等）的液压系统结构式原理图。

图 1-1 举升机构的液压系统结构原理图
（a）系统原理 （b）换向阀
1、2—单向阀 3—溢流阀 4—节流阀
5—换向阀 6—工作机构 7—液压缸
8—液压泵 9—过滤器 10—油箱

现结合图1-1说明其工作原理。当换向阀处于图1-1a所示位置时，原动机带动液压泵8从油箱10经单向阀1吸油，并将有压力的油经单向阀2排至管路，压力油沿管路经过节流阀4和换向阀5进入液压缸7。此时，压力油经过换向阀5阀心左边的环槽，经管路进入液压缸7的下腔。由于液压缸7的缸体被铰接在机座上，所以在压力油的推动下，活塞向上运动，通过活塞杆带动工作机构6产生举升运动。同时，液压缸7上腔中的油液被排出，经管路、换向阀5阀心右边的环槽和管路流回油箱。
如果扳动换向阀5的手柄使其阀心移到左边位置，如图1-1b所示，此时压力油经过阀心右边的环槽，经管路进入液压缸7的上腔，使举升机构降落。同时，从液压缸7下腔排出的油液，经阀心左边的环槽流回油箱。
从图中可以看出，液压泵输出的压力油流经单向阀2后分为两路：一路通向溢流阀3，另一路通向节流阀4。改变节流阀4的开口大小，就能改变通过节流阀的油液流量，以控制举升速度。而从定量泵输出的油液除进到液压缸外，其余部分通过溢流阀3返回油箱。
这里已流阀3起着过载安全保护和配合节流阀4改变进到液压缸的油液流量的双重作用。当溢流阀3中的钢球在弹簧力的作用下将阀口堵住时，压力油不能通过溢流阀3。如果油液的压力增高到使作用在钢球上的液压作用力能够克服弹簧的作用力而将钢球顶开时，压力油就通过溢流阀3和管路直接流回油箱，油液的压力就不会继续升高。因此，只要调定溢流阀3中弹簧的压紧力大小，就可以改变压力油顶开溢流阀钢球时压力的大小，这样也就控制了液压泵输出的油液最高压力，使系统具有过载安全保护作用。通过改变节流阀4的开口大小而改变通过节流阀的油液流量，同时改变溢流阀3的分流油液流量，就可调节举升机构的运动速度。
此系统中的换向阀5用来控制运动的方向，使举升机构既能举升又能降落；节流阀4控制举升的速度；由溢流阀3来控制液压泵的输出压力。图中9为网式过滤器，液压泵从油箱吸入的油液先经过过滤器，以滤清油液，保护系统。

1.3液压传动的组成

一个完整的液压系统要能正常工作，一般要包括五个组成部分：
（1） 动力元件 即液压泵，其作用是将原动机输出的机械能转换成液压能，并向液压系统供给液压油。
（2） 执行元件 包括液压缸和液压马达，前者实现往复运动，后者实现旋转运动，其作用是将液压能转化成机械能，输出到工作机构上。
（3） 控制元件 包括压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等，其作用是控制液压系统的压力、流量和液流方向，以保证执行元件能够得到所要求的力（或扭矩）、速度（或转矩）和运动方向（或旋转方向）。
（4） 辅助元件 包括油箱、油管、管接头、过滤器以及各种仪表等。这些元件也是液压系统必不可少的。
（5） 工作介质 液压油，用以传递能量，同时还起到散热和润滑作用。

1.4液压传动的定义和发展情况

1）液压系统对工作介质的要求：
表1-1常用液压油的牌号和粘度的新旧对照

ISO 3448-92
粘度等级
GB/T3141-94
粘度等级(现牌号)
40℃的运动粘度
厘施
83-90年的
过渡牌号
82年以前相近的旧牌号
ISO VG15
15
13.5～16.5
N15
10
ISO VG22
22
19.8～24.2
N22
15
ISO VG32
32
28.8～35.2
N32
20
ISO VG46
46
41.4～50.6
N46
30
ISO VG68
68
61.2～74.8
N68
40
ISO VGI00
100
90～11O
N100
60

所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低，粘温特性好是指工作介质的粘度随温度变化小，粘温特性通常用粘度指数表示。一般情况下，在高压或者高温条件下工作时，为了获得较高的容积效率，不使油的粘度过低，应采用高牌号液压油；低温时或泵的吸入条件不好时(压力低，阻力大)，应采用低牌号液压油。
2）石油基液压油
3）难燃液压液

1.5液压传动的特点及应用

液压传动的优点
1.单位质量输出功率大，容易获得较大的力和力矩。如轴向柱塞泵的质量仅是同功率直流发电机质量的10%-20%,尺寸前者是后者的12%—13%。对于建设机械，这一优点尤为突出。
2.由于体积小，质量轻，因而惯性小，启动、制动迅速，运动平稳。
3.可以简便地与电控部分结合，组成电液结合一起的传动和控制器件，实现各种自动控制。这种电液控制既具有液压传动输出功率适应范围大的特点，又具有电子控制方便灵活的特点。现代建设机械已普遍采用此种方法。
4.工作安全性好，易于实现过载保护。
5.操作控制方便，易于实现无级调速而且调速范围大，可达100:1至2000:1。
6.易于实现标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广。
液压传动的缺点
1.液压传动的传动效率低。因受泄漏和流动阻力的影响，其传动效率一般为75%—85%。
2.工作性能易受温度影响。温度的变化引起液压油黏度的变化，并影响其工作性能。
3.液压元件的制造和维护要求较高，价格也较贵。
4. 液压传动装置出现故障时不易追查原因，不易迅速排除。
液压传动在各行业中的应有
表1-2 液压运用的场所
工程机械
挖掘机、装载机、推土机等
汽车工业
自卸式汽车、平板车、高空作业车等
农业机械
联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等
轻工机械
打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等
冶金机械
电炉控制系统、轧钢机控制系统等
起重机机械
起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等
矿山机械
开采机、提升机、液压支架、采煤机等
建筑机械
打桩机、平地机等
船舶港口机械
起货机、锚机、舵机等
铸造机械
沙型压实机、加料机、压铸机等

第2章 液压系统的设计与计算

2.1 液压系统的设计步骤和方法

液压系统设计要求：
（1）明确主机哪几个动作需要液压系统来完成。
（2）对液压系统的动作和运动要求。根据主机的设计要求，确定液压执行元件的数量、运动形式、工作循环、行程范围几个执行元件动作的顺序、同步、连锁等要求。
（3)确定液压执行元件承受的负载和运动速度的大小及其变化范围。
（4)对液压系统的性能要求，如调速性能、运动平稳性、转换位置精度、效率、温升、自动化程度、使用和维修的方便性。
（5)液压系统的工作条件，如温升、湿度、振动干扰，外形尺寸、经济性等要求。

2.2 液压系统的工况分析和系统的确定

对执行元件负载分析与运动分析，也称为液压系统的工况分析。工况分析就是分析每个液压执行元件在各自工作过程中负载与速度的变化规律，一般执行元件在一个工作循环内负载、速度随时间位移而变化的曲线——用负载循环图和速度循环图表示。
负载分析
液压缸与液压马达运动方式不同，但它们的负载都是由工作负载、惯性负载、摩擦负载、背压负载等组成。
工作负载Fw包括切削力、夹紧力、挤压力、重力等，其方向与液压缸运动方向相反时为正，想同时为负。
惯性负载Fa 为运动部件在起动和制动时的惯性力，加速时为正，减速时为负。
摩擦负载包括导轨摩擦阻力Ff和密封装置处的摩擦力Fs，前者在确定摩擦系数后即可计算，后者与密封装置类型，液压缸制造质量和液压油压力有关，一股通过取机械效率ηm=（0.90～0.97）来考虑。
背压负载Fb是液压缸回油路上的压力Pb所产生的阻力，初算时可暂时不考虑。

2.3 确定液压系统的主要参数

液压系统的主要参数--工作压力和流量，是选择液压元件的主要依据，而系统的工作压力和流量的、分别取决于液压执行元件的工作压力，回路上的压力损
失和液压执行元件所有流量、回路泄漏。所以，确定液压系统的主要参数实质上是确定液压执行元件的主要参数。
执行元件工作压力是确定其结构参数的重要依据。工作压力选得低一些，对液压系统工作平稳性、可靠性和降低噪声等都有利，但液压系统和元件的体积、质量就相应的增大；工作压力可选得过高，虽然液压元件结构紧凑，但对液压元件材质、织在精度和密封要求都相应提高，制造成本也相应提高。执行元件的工作压力一般可根据负载进行选择。
1．确定执行元件的主要结构参数
（1）确定液压缸主要结构参数，根据负载分析得到的最大负载Fmax和初选的液压缸工作压力P，在设定液压缸回油腔Pb以及杆径比d/D，即可由其中液压缸的力平衡公式来求出缸的内径D、活塞杆直径d和缸的有效工作面积A其中D，d值应圆整为标准值。
对于工作速度低的液压缸，要校验其有效面积A，即可满足

式中qmin---回路总所有流量阀的最小稳定流量，或容积调速回路中变量泵的最小稳定流量；
Vmin---液压缸应达到的最低运动量。
如果不满足式（9-1），则必须加大液压缸的有效工作面积A，然后算液压缸D，d的及工作压力P。
(2)确定液压马达排量Am和马达的最大负载转矩Tmax初选的工作压力P和预估的机械效率损失ηmin，即可计算马达排量Vm

为使马达能达到稳定的最低转速nmin,其排量Vm应满足

式中qmin意义与（9-1）中相同，按求得的排量VM、工作压力P及要求的最高转速nmax从产品样本中选择合适的液压马达，然后由选择的液压排量VM，机械效率
ηMm和回路中的背压力Pb算液压马达的工作压力。
3.画执行元件的工况图
在执行元件主要结构参数确定之后，就可由负载循环图和速度循环图画出执行元件的工况图，即执行元件在一个工作循环中的工作压力P、输入流量P、输入功率P对时间的变化曲线图。当系统中有多个执行元件时，把各个执行元件的q-t流量土、P-t功率图按系统总的工作循环综合得到流量图和总功率图。执行元件的工况图显示系统在整个循环回路中压力、流量、功率的分布情况及最大值所在的位置，是选择液压元件、液压基本回路极为均衡功率分别而调整设计参数的依据。

2.4 液压系统的拟定

拟定液压系统是整个液压系统设计中最重要的一步，它是从油路原理上来具体体现设计任务中提出的各项性能要求的。拟定液压系统图包括两项内容：1）分析、对比选出合适的液压回路；2）把选出的回路组成液压系统，常采用经验法，也可用逻辑法。
1. 液压回路的选择
选择液压回路的依据是前面的设计要求和工况图，这一步往往会出现多种方案，因为满足同一种设计要求的液压回路往往不只一种；为此，选择必须与分析的成熟经验是十分必要的。
机床液压系统中，调速回路是核心，它一旦确定，其他回路就对应确定下来了。因为液压回路的血尿则工作必须从调速回路开始。选择各种回路一般考虑如下事项
1） 调速回路 根据工况图上压力、流量和功率的大小以及系统对温升、工作平稳等方面的要求选择调速回路。
例如，压力较小，功率较小（〈=2~3KW）、工作稳定性要求不高的场合，宜采用节流阀式调速回路：负载变化较大、速度稳定性要求较高的场合，宜采用调速阀式调速回路：功率中等（3~5KW）的场合，可采用节流阀式调速回路或容积式调速回路，亦可采用容积-节流式调速回路：功率较大（5KW）、要求温升小而稳定性要求不太高的场合，宜采用容积调速回路。
调速方式决定之后，油路循环形式基本上也就确定了。例如节流调速、容积能器，选用小规格的液压泵。
2） 快速运动回路和速度换接回路 快速运动回路与调速回路密切相关，它在调速回路考虑油源形式和系统效率、温升等因素时已考虑进去了，调速回路一经确定，快速贿赂基本上也就确定了。
速度换接回路的结构形式基本上由系统中调速回路和快速运动回路的形式决定，选择时考虑的较多的是采用机械控制式换接，还是电气控制式换接，前者换接精度高，换接平稳、工作可靠，后者结构简单、调整方便、控制灵活。
采用电气控制式换接时 ，系统中有时要安装压力继电器（或电接点压力表），压力继电器（或电接点压力表）应放在动作变化时压力变化显著的地方。
3） 压力控制回路 压力控制回路种类很多，有的已包含在调速回路中，有的则须根据系统要求专门进行选择（如卸压、保压回路）。
选择各种压力控制回路时，应仔细推敲这种回路在选用时所须考虑的问题以及各种方案的特点和使用场合。以卸荷回路为例：选择时要考虑卸荷所造成的功率损失、温升、流量和压力的瞬间变化等，如此系统压力不高，流量不打，或油箱容量较大，系统间隙工作（因而右可能使液压缸停止运转）的场合只设置溢流回路就可以了，在其他的场合则须采用二位二通换向阀式卸荷回路或先导型溢流阀式卸荷回路等等。
4） 多缸回路 多缸回路与单缸相比，须多考虑的一个多缸之间的相互关系问题，这项关系不外就是同时动作时的同步问题、互不干扰问题，先后动作时的顺序问题和不动作时的卸荷问题。
2.液压系统的合成
液压系统要求的各个液压回路选好之后，在配上一些测压，润滑之类的辅助油路，就可以进行液压系统的合成了，进行这步工作时须注意以下几点：
1） 尽可能多的归并掉作用乡土用活相近的元件，力求系统结构简单。
2） 归并出来的系统应保证其循环中的每一个动作都安全可靠，相互之间没有干扰。
3） 尽可能使归并出来的系统保持效率高，发热少。
4） 系统中各种元件到俄安放位置应正确，以便充分发挥其工作性能。归并出来的系统应经济合理，不可盲目追求先进，脱离实际

2.5 液压元件的计算和选择

液压元件的计算主要是计算元件工作压力和通过的流量，此外，还有电动机功率和油箱容量。元件应尽量选用标准元件，只有在特殊情况下才设计专用元件。
1. 确定液压泵的容量及驱动电动机的功率
(1)计算液压泵的工作压力 液压泵的工作压力，是根据执行元件的工作性质来确定的。若执行元件在工作行程终点，运动停止时才需要最大压力，这时液压泵的工作压力就等于执行元件的最大压力。
若执行元件是在工作行程过程中需要最大压力，则液压泵的工作压力应满足
PP≥P1+∑△P1
式中P1-----执行元件的最大工作压力；∑△P1-----进油路上的压力损失（系统管路未曾画出以前按锦言选取：一般节流调速和简单的系统，∑△P1=0.2～0.5MPa;进油路有调速阀及管路复杂的系统，∑△P1=0.5～1.5 MPa）。
(2）计算液压泵的流量 液压泵的流量QP按执行元件工况图上最大工作流量和回路的泄漏量确定。
1)单液压泵供给多个同时工作的执行元件时
QP≥K（∑Qi）max
式中K-----回油泄漏折算系数K=1.1～1.3；
（∑Qi）max-----同时工作的执行元件流量之和的最大值。
2）采用差动连接的液压缸时
QP≥K（A1-A2）Vmax
式中A1，A2-----液压缸无杆腔，有杆腔的有效工作面积；
Vmax-----液压缸或活塞的最大移动速度。
3）采用蓄能器储存压力油时，按系统在一个工作周期中的平均工作流量来选择
QP≥K
式中 T-----机器工作周期；
Vi-----每个执行元件在工作周期中的总耗油量；
n-----执行元件个数。
2.选择液压泵的规格
前面计算的PP仅是系统的静态压力。系统在工作过程中常因过度过程内的压力超调或周期性的压力脉动而存在着动态压力，其值远远超过静态压力。所以液压泵额定压力，应比系统最高压力大出25%～60%。至于液压泵的Q应与系统所需的最大流量相适应。
1. 驱动电动机的功率
1） 若工矿上的P-t与Q-t曲线变化比较平缓，则电动机所需功率为
PP=
2）图上的P-t与Q-t曲线起伏较大，则需要按上式分别算出电动机在各个循环阶段内所需的功率（注意液压泵仔各个阶段内的功率是不同的），然后用下式求出电动机俄平均功率
PP=
式中 PPi=Pp1，Pp2，Pp3，……Ppn-----整个循环中每一个动作阶段内所需的功率；
ti=t1,t2,t3……tn整个循环中每一动作阶段所占用的时间。
求出了平均功率后，还要返回去检查每一阶段内电动机的超载量是否在允许的范围内（电动机一般允许短期超载25%）。
4．确定其他元件的规格
(1) 选择控制阀 控制阀的规格是根据系统最高压力和通过该阀的世界流量，在标准元件的产品样本中选取的。进行这项工作时应注意，液压系统有串联油路和并联油路之分。油路串联时系统得流量即为油路中各处通过的流量；油路并联且各油路同时工作时，系统得流量等于各种油路通过的流量总和，有路并联且油路顺序工作时的情况与油路串联时相同。元件选定的额定压力和流量应尽可能与其计算所需之值接近，必要时，应允许通过远见的最大实际流量超过其额定流量的20%。
（2）确定管道尺寸 管道尺寸取决于通过的最大流量和管内允许的液体流速，其值可按之前的公式进行计算。管道的壁厚取决于所承受的工作压力，其值可按之前的公式进行计算。在实际设计中，管道尺寸常常是由已选定的液压元件连接口的尺寸决定。
（3）确定油箱容量 液压系统中的散热主要依靠油箱：油箱体积大，散热快，但占地面积达；油箱体积小则油温较高。一般中、低压系统中油箱的容积可按之前的公式计算。

2.6 液压系统的性能验算

在确定了各个液压元件之后，有时还要根据需要对整个液压系统的某些技术性能进行必要验算，以便对所选液压元件和液压系统参数作进一步调整。液压系统性能验算的项目很多，常见的有回路压力损失验算和发热沮升验算。
一、回路压力损失验算
压力损失包括管道内的沿程损失和局部损失以及阀类元件处的局部损失三项。管道内的这两种损失可用第二章中的有关公式估算；阀类元件处的局部损失则须从产品样本中查出。当通过阀类元件的实际流量q不是其公称流量qn时，它的实际压力损失与其额定压力损失间将呈如下的近似关系：
计算液压系统的回路压力损失时，不同的工作阶段要分开来汁算。回油路上的压力损失一般都须折算到进油路上去。计算时所得的总压力损失如果与计算液压元件时假定的压力损失相差太大，则应对设计进行必要的修改。
二、发热温升验算
这项验算是用热平衡原理来对油液的温升值进行估计。单位时间内进入液压系统的热量Q(以W计)是液压泵输入功率Pl和液压执行元件有效功率

当验算出来的油液温升值超过允许数值时，系统中必须考虑设置适当。

第3章 液压机液压系统的设计

3.1 150t液压机液压系统工况分析

3.1.1 工况分析

本次设计在毕业实习调查的基础上，用类比的方法初步确定了立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑动下行时，运动部件的质量为500Kg。
1．工作负载 工件的压制抗力即为工作负载：
2. 摩擦负载 静摩擦阻力：
动摩擦阻力：
3. 惯性负载

自重：
4. 液压缸在各工作阶段的负载值：
其中： ——液压缸的机械效率，一般取=0.9-0.97。

表3-1 工况分析

工况
负载组成
推力 F/

3.1.2负载图和速度图的绘制
负载图按上面的数值绘制，速度图按给定条件绘制，如图：

图3—1速度图和负载图

3.2液压机液压系统原理图设计

3.2.1 自动补油的保压回路设计
考虑到设计要求，保压时间要达到5s，压力稳定性好。若采用液压单向阀回路保压时间长，压力稳定性高，设计中利用换向阀中位机能保压，设计了自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制，在0-20min内可调整。此回路完全适合于保压性能较高的高压系统，如液压机等。
自动补油的保压回路系统图的工作原理：按下起动按纽，电磁铁1YA通电，换向阀6接入回路时，液压缸上腔成为压力腔，在压力到达预定上限值时压力继电器11发出信号，使换向阀切换成中位；这时液压泵卸荷，液压缸由换向阀M型中位机能保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时，压力继电器又发出信号，使换向阀右位接人回路，这时液压泵给液压缸上腔补油，使其压力回升。回程时电磁阀2YA通电，换向阀左位接人回路，活塞快速向上退回。

图3-2自动补油的保压回路系统图

3.2.2液压机液压系统原理图拟定
1.上液压缸工作循环
（1） 快速下行。按下起动按钮，电磁铁1YA通电，这时的油路为液压缸上腔的供油的油路，即
变量泵1—换向阀6右位—节流阀8—压力继电器11—液压缸15
液压缸下腔的回油路为
液压缸下腔15—液控单向阀7—换向阀6右位—电磁阀5—背压阀4—油箱
油路分析：变量泵1的液压油经过换向阀6的右位，液压油分两条油路：一条油路通过节流阀7流经继电器11，另一条路直接流向液压缸的上腔和压力表。使液压缸的上腔加压。液压缸15下腔通过液控单向阀7经过换向阀6的右位流经背压阀，再流到油箱。因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀7打开，使副油箱13的液压油经过副油箱旁边的液控单向阀14给液压缸15上腔补油。使液压缸快速下行，另外背压阀接在系统回油路上，造成一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。
（2） 保压时的油路情况：
油路分析：当上腔快速下降到一定的时候，压力继电器11发出信号，使换向阀6的电磁铁1YA断电，换向阀回到中位，利用变量泵的柱塞孔从吸油状态过渡到排油状态，其容积的变化是由大变小，而在由增大到缩小的变化过程中，必有容积变化率为零的一瞬间，这就是柱塞孔运动到自身的中心线与死点所在的面重合的这一瞬间，这时柱塞孔的进出油口在配油盘上所在的位置，称为死点位置。柱塞在这个位置时，既不吸油，也不排油，而是由吸转为排的过渡状态。液压系统保压。而液压泵1在中位时，直接通过背压阀直接回到油箱。
（3） 回程时的油路情况
液压缸下腔的供油的油路：
变量泵1——换向阀6左位——液控单向阀7——液压油箱15的下腔
液压缸上腔的回油油路：
液压腔的上腔——液控单向阀14——副油箱13
液压腔的上腔—节流阀8——换向阀6左位——电磁阀5——背压阀4——油箱
油路分析： 当保压到一定时候，时间继电器发出信号，使换向阀6的电磁铁2YA通电，换向阀接到左位，变量泵1的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压缸的下腔，而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀9（电磁铁6YA接通），上腔油通过换向阀10接到油箱，实现释压，另外一部分油通过主油路的节流阀流到换向阀6，再通过电磁阀19，背压阀11流回油箱。实现释压。
2下液压缸的工作循环：
向上顶出时，电磁铁4YA通电，5YA失电。
进油路：
液压泵——换向阀19左位——单向节流阀18——下液压缸下腔
回油路：
下液压缸上腔——换向阀19左位——油箱
当活塞碰到上缸盖时，便停留在这个位置上。
向下退回是在4YA失电，3YA通电时产生的，
进油路：
液压泵——换向阀19右位——单向节流阀17——下液压缸上腔
回油路：
下液压缸下腔——换向阀19右位——油箱
原位停止是在电磁铁3YA，4YA都断电，换向阀19处于中位时得到的。

图3—3 液压机系统原理图

3.3 液压系统的计算和元件选型

3.31 确定液压缸主要参数
按液压机床类型初选液压缸的工作压力为25Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无杆腔工作面积应为有杆腔工作面积的6倍，即活塞杆直径与缸筒直径满足的关系。
快进时，液压缸回油路上必须具有背压,防止上压板由于自重而自动下滑，根据《液压系统设计简明手册》表2-2中，可取=1Mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取,快退时，回油腔是有背压的，这时亦按2Mpa来估算。

1.计算液压缸的面积

可根据下列图形来计算

—— 液压缸工作腔的压力 Pa
—— 液压缸回油腔的压力 Pa
故：

当按GB2348-80将这些直径圆整成进标准值时得：,
由此求得液压缸面积的实际有效面积为：

2.液压缸实际所需流量计算
① 工作快速空程时所需流量

液压缸的容积效率，取

② 工作缸压制时所需流量

③ 工作缸回程时所需流量

3.3.2液压元件的选择
1.确定液压泵规格和驱动电机功率

由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为（含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为

上述计算所得的是系统的静态压力，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贮备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力应满足：

液压泵的最大流量应为：

式中液压泵的最大流量
同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量。
系统泄漏系数，一般取，现取。

1.1选择液压泵的规格
由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉床、液压机），柱塞式变量泵有以下的特点：
（1） 工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（），最高可以达到。
（2） 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。
（3） 改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。
（4） 柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。
根据以上算得的和在查阅相关手册《机械设计手册》成大先P20-195得：现选用，排量63ml/r，额定压力32Mpa，额定转速1500r/min，驱动功率59.2KN，容积效率，重量71kg，容积效率达92%。
1.2与液压泵匹配的电动机的选定
　由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油压力值为26Mpa，流量为已选定泵的流量值。液压泵的总效率。柱塞泵为，取0.82。

选用1000r/min的电动机，则驱动电机功率为
选择电动机 ，其额定功率为18.5KW。

2.阀类元件及辅助元件的选择
2.1 对液压阀的基本要求：
(1). 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。
(2). 密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使