液压传动课程设计说明书设计题目：半自动液压专用铣床液压系统工程技术系机械设计制造及其自动化4班设计者指导教师2016 年12 月1 日摘要液压系统设计计算是液压传动课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。

现以半自动液压专用铣床液压系统为例，介绍液压系统的设计计算方法。

设计一台多用途大台面液压机液压系统，适用于可塑材料的压制工艺，如冲压、弯曲翻边、落板拉伸等。

要求该机的控制方式：用按钮集中控制，可实现调整，手动和半自动，自动控制。

要求该机的工作压力、压制速度、空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺要求进行调整。

主缸工作循环为：快降、工作行程、保压、回程、空悬。

顶出缸工作循环为：顶出、顶出回程（或浮动压边）。

关键字：液压; 快进; 工进; 快退前言本课程是机械设计制造及其自动化专业的主要专业基础课和必修课，是在完成《液压与气压传动》课程理论教学以后所进行的重要实践教学环节。

本课程的学习目的在于使学生综合运用《液压与气压传动》课程及其它先修课程的理论知识和生产实际知识，进行液压传动的设计实践，使理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。

通过设计实际训练，为后续专业课的学习、毕业设计及解决工程问题打下良好的基础。

(1) 液压传动课程设计是一项全面的设计训练，它不仅可以巩固所学的理论知识，也可以为以后的设计工作打好基础。

在设计过程中必须严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精。

(2) 液压传动课程设计应在教师指导下独立完成。

教师的指导作用是指明设计思路，启发学生独立思考，解答疑难问题，按设计进度进行阶段审查，学生必须发挥主观能动性，积极思考问题，而不应被动地依赖教师查资料、给数据、定方案。

(3) 设计中要正确处理参考已有资料与创新的关系。

任何设计都不能凭空想象出来，利用已有资料可以避免许多重复工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的保证。

另外任何新的设计任务又总有其特定的设计要求和具体工作条件，因而不能盲目地抄袭资料，必须具体分析，创造性地设计。

(4) 应按设计进程要求保质保量的完成设计任务。

液压传动课程设计一般包括以下内容：(1) 明确设计要求进行工况分析；(2) 确定液压系统主要参数；(3) 拟定液压系统原理图；(4) 计算和选择液压件；(5) 验算液压系统性能；(6) 结构设计及绘制零部件工作图；(7) 编制技术文件。

1 设计要求及工况分析1.1设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：手工上料—自动夹紧—工作台快进—铣削进给—工作台快退—夹具松开—手工卸料。

要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进—工进—快退—停止。

主要性能参数与性能要求如下：工作台液压缸负载力KN FL3=；夹紧液压缸负载力KN F C 5.4=；工作台液压缸移动件重力KN G 5.1=； 夹紧液压缸负移动件重力KN GC60=；工作台快进、快退速度min /5.531m vv ==；工作台工进速度min /352mm v =；夹紧液压缸行程mm Lc15=； 夹紧液压缸运动时间s t c 1=；工作台液压缸快进行程mm L 2201=；工作台液压缸工进行程mm L802=；导轨面静摩擦系数2.0=μs；导轨面动摩擦系数1.0=μd；工作台启动时间s D t 5.0=；液压系统执行元件选为液压缸。

1.2负载与运动分析(1) 工作负载:工作负载即为切削阻力N FL3000=。

(2) 摩擦负载:摩擦负载即为导轨的摩擦阻力： 静摩擦阻力N G sfsF 30015002.0=⨯=⋅=μ动摩擦阻力N G dfdF15015001.0=⨯=⋅=μ(3) 惯性负载 N t g G F i 762.01.08.91500=⋅=∆∆⋅=ν(4) 运动时间 快进s vL t 6.960/5.5102203111=⨯==-工进s vLt 137)100060/(3510803222=⨯⨯==- 快退s vLL t 3.360/5.510)80220(33213=⨯+=+=-设液压缸的机械效率ηcm =0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所列。

表1液压缸各阶段的负载和推力工况负载组成液压缸负载F/N推力N F cmF//0η=启动 Ffs330 600 加速 F F i fd+226 453 快进 Ffd150 300 工进 F F L fd+48270 53633 反向启动 Ffs540 600 加速 F Fi fd+408 453 快退Ffd2703002 确定液压系统主要参数2.1初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力MPa p 51=。

2.2计算液压缸主要尺寸鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A 1=2A 2），快进时液压缸差动连接。

工进时为防止铣削时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表4选此背压为p 2=0.6MPa 。

表2 按负载选择工作压力负载/ KN<55~1010~2020~3030~50>50工作压力/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5表3 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机液压机 大中型挖掘机 重型机械 起重运输机械磨床组合机床 龙门刨床 拉床工作压力/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~32表4 执行元件背压力表5 按工作压力选取d/D工作压力/MPa≤5.0 5.0~7.0 ≥7.0 d/D0.5~0.550.62~0.700.7表6 按速比要求确定d/Dυ2/υ11.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D0.30.40.50.550.620.71由式ηcmFA pA p=⋅-⋅2211得系统类型背压力/MPa 简单系统或轻载节流调速系统 0.2~0.5 回油路带调速阀的系统 0.4~0.6 回油路设置有背压阀的系统0.5~1.5 用补油泵的闭式回路 0.8~1.5 回油路较复杂的工程机械 1.2~3 回油路较短且直接回油可忽略不计236211104.1110)26.05(9.048270)2(m Fp pA cm-⨯=⨯-⨯=-=η则活塞直径mm D A 120104.114431=⨯⨯==-ππ参考表5及表6，得mm D d 726.0=≈，圆整后取标准数值得mm D 120=，mm d 70=。

由此求得液压缸两腔的实际有效面积为2222110141204m D A -⨯=⨯==ππ2322222105.74)70120(4)(m d D A -⨯=-⨯=-=ππ根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表7所列，由此绘制的液压缸工况图如图2所示。

表7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工作情况推力F 0/N回油腔压力p 2/MPa进油腔压力p 1/MPa输入流量q ×10-3/m 3/s 输入功率P /KW计算公式快进启动 600—1.74——21201A A P A F p -∆+=121)(υA A q -=q p P 1=加速 453p 1+Δp 1.68 — —恒速300p 1+Δp1.620.20.36工进536330.55.40.75×10-20.0412201A A p F p +=21υA q = q p P 1=快退启动 600 — 0.08 — —21201A A p F p +=32υA q =q p P 1=加速 453 0.5 0.72 — —恒300 0.5 0.7 0.675 0.472.3 拟定液压系统原理图2.3.1选择基本回路(1) 选择调速回路：这台铣床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。

为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。

由于系统选用节流调速方式，系统为开式循环系统。

(2) 选择油源形式：在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。

最大流量与最小流量之比271075.02.02maxmin=⨯=-qq ；其相应的时间之比08.01078.49.3231=+=+tt t 。

这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。

从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。

考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图2a 所示。

(3) 选择快速运动和换向回路：本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。

考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。

由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如图2b 所示。

(4) 选择速度换接回路：由于本系统滑台由快进转为工进时速度变化大（120105.709.0min /45min /5.542120=⨯==-mm m vv ），为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路，如图2c 所示。

(5) 选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。

即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。

在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。

图2 选择的基本回路2.3.2组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图3所示。

在图3中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀6。

为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀13。

考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器14。

当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。

3 计算和选择液压件3.1确定液压泵的规格和电动机功率3.1.1计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为MPa p 4.51=，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失MPa p 6.0=∆∑，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差MPa pe5.0=∆，则小流量泵的最高工作压力估算为MPa MPa p pp pep 5.6)5.06.04.5(11=++=∆+∆∑+≥大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表7可见，快退时液压缸的工作压力为图3 整理后的液压系统原理图MPa p 06.01=，比快进时大。