设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。

1）工作循环：快进—工进—快退—停止。

2）工作参数轴向切削力21000N ，移动部件总重10000N ，快进行程 100mm ，快进与快退速度 4.2m ／min ，工进行程 20mm ，工进速度 0.05m ／min ，加、减速时间为0.2s ，静摩擦系数0.2，动摩擦系数0.1，动力滑台可在中途停止。

一、负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。

因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。

导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为fs F ，动摩擦力为fd F ，则N N F f F N s fs 2000100002.0=⨯==N N F f F N d fd 1000100001.0=⨯== 而惯性力N N t v g G t v mF m 3572.08.960/2.410000 =⨯⨯=∆∆=∆∆= 如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率95.0=m η，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表1。

表1 液压缸各运动阶段负载表快进 m fd F F η/= 1053 工进 m fd t F F F η/)(+= 23158 快退 m fd F F η/=1053根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载图（l F -）和速度图（l v -），见图1a 、b 。

横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压活塞退回时的曲线。

a) b)图1 负载速度图 a ）负载图 b ）速度图二、液压系统方案设计1. 确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床,同时根据本题要求。

选用双作用叶片泵双泵供油，同时这是调速阀进油调速的开式回路来满足快进、快退和工进的功能。

快进或快退时双泵进行供油，工进时，小泵单独供油，同时利用节流阀调速保证工进速度。

整个回路采用溢流阀作定压阀，起安全阀作用。

为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值为MPa p b 8.0 。

2. 选用执行元件因系统循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等。

实现快进快退速度相等有以下几种方法：1）单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积1A 等于有杆腔面积2A 的两倍。

2）采用双活塞杆液压缸，因两腔有效面积相等，即可满足快进、快退速度相等的要求。

差动连接可降低整个系统工作压力，同时可选用更小规格的油泵。

而且组合机床对工作压力要求的供油压力并不高，所以选择方案一3. 快速运动回路和速度换接回路根据题目运动方式和要求，采用方案一的快速回路系统，差动连接与双泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。

即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。

采用二位二通电磁阀的速度回路，控制由快进转为工进。

与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大小也容易调整，另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。

因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。

4. 换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以采用电磁换向阀的换向回路，采用三位五通阀。

5.组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图2所示的液压系统图。

为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点,并设置多点压力表开关。

这样只需一个压力表即能观测各点压力。

图2 组合机床动力滑台液压系统原理图液压系统中各电磁铁的动作顺序如表2所示。

表2 电磁铁动作顺序表三、液压系统的参数计算（一）液压缸参数计算1. 初选同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为Pa p 511040⨯=。

2. 确定液压缸的主要结构尺寸要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固定的单杆式液压缸。

快进差动时，并取无杆腔有效面积1A 等于有杆腔有效面积2A 的两倍，即212A A = 。

为了防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，在油路上设置背压阀，按[1]表8-2，初,选背压值Pa p b 5108⨯=。

由表1克制最大负载为工进阶段的负载N F 23158=，按此计算1A 则23255111043.61082110402315821m m P P F A b-⨯≈⨯⨯-⨯=-=液压缸直径cm cm A D 05.93.64441≈⨯==ππ由212A A =可知活塞杆直径cm cm D d 4.605.9707.0707.0≈⨯==按GB/T2348——1993将所计算得D 与d 值分别圆整打动相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。

圆整后得cm D 10= cm d 7= 按标准直径算出22225.7810441cm cm D A ≈==ππ2222221.40)710(4)(42cm cm d D A ≈-=-=ππ按最低工进速度演算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量m in /05.0min L q =，因工进速度min /05.0m v =为最小速度，则由[1]式（8-11）2223min min 1101005.01005.0cm cm v q A =⨯⨯=≥ 上述计算中221105.78cm cm A >≈，满足最低速度的要求。

3. 计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时按Pa p b 5108⨯=代入，快退时背压按Pa p b 5105⨯=代入计算公式和计算结果列于表3中。

表3液压缸所需的实际流量、压力和功率注：1.差动连接时，液压缸的回油口到进油口之间的压力损失Pa p5105⨯=∆，而p p p j b ∆+=。

2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为j p ，无杆腔回油，压力为b p 。

（二）液压泵的参数计算由表3可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失Pa p 5105⨯=∆∑，则液压泵最高工作压力可按[1]式（8-5）算出Pa Pa p p p P55106.3810)56.33(1⨯=⨯+=∆∑+=因此泵的额定压力可取Pa Pa p r 551048106.3825.1⨯≈⨯⨯≥。

由表1-5可知，工进时所需流量最小是min /39.0L ，设溢流阀最小溢流量为min /5.2L ，则小流量泵的流量按[1]式（8-16）应为min /93.2min /)5.239.01.1(1L L q p ≈+⨯≥，快进快退时液压缸所需的最大流量是min /8.16L ，则泵的总流量为min /5.18min /8.161.1L L q p ≈⨯=。

即大流量泵的流量min /57.15min /)93.25.18(12L L q q q p p p =-=-≥。

根据上面计算的压力和流量，查相关产品样本得，选用YB-4/16型双联叶片泵。

该泵额定压力MPa 3.6，额定转速min /960r 。

（三）电动机的选择系统为双泵供油系统，其中小泵1的电动机的选择流量 s m s m q p /100667.0/)60/104(33331--⨯≈⨯= ,大泵2流量s m s m q p /10267.0/)60/1016(33332--⨯≈⨯=。

差动快进、快退时两个泵同时向系统供油；工进时，小泵1向系统供油，大泵2卸载。

下面分别计算三个阶段所需要的电动机功率P 。

1.差动快进差动快进时，大泵2的出口压力油经单向阀后与小泵1汇合，然后经单向阀2，三位五通3，二位二通阀4进入液压缸无杆腔，无杆腔压力Pa p p j 51096.71⨯==，查样本可知，小泵2的出口压力损失Pa p 51105.4⨯=∆，大泵2出口到小泵1出口的压力损失Pa p 52105.1⨯=∆。

于是计算可得小泵出压力Pa p P 51046.121⨯=（总效率5.01=η），大泵2出口压力Pa p P 51096.132⨯=（总效率5.02=η）。

电动机功率W W q P q P P P P 912)5.010267.01096.135.0100667.01046.12(35352221111=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=--μμ2.工进考虑到调速阀所需要的最小压力差Pa p 51105⨯=∆。

压力继电器可靠动作需要压力差Pa p 52105⨯=∆。

因此工进时小泵1的出口压力Pa p p p P P 52111106.43⨯=∆+∆+=。

而大泵2的卸载压力取Pa P P 51102⨯=。

（小泵1的总效率565.01=η，大泵2总效率3.02=η）。

W W q P q P P P P 650)3.0102.0102565.0100667.0106.43(35352221112≈⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=--μμ3.快退类似差动快进分析知：小泵1的出口压力Pa P P 51109.16⨯=（总效率5.01=η）：大泵2出口压力Pa p P 52104.18⨯=（总效率51.02=η）。

电动机功率W W q P q P P P P 947)51.0102.0104.185.0100667.0109.16(35352221113≈⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=--μμ综合比较，快退时所需功率最大。

据此查样本选用Y90L-66封闭式三相异步电动机，电动机功率kW 1.1。

额定转速min /940r 。

四、液压元件的选择1.液压阀及过滤器的选择根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。

本系统中所有阀的额定压力都为Pa 51063⨯，额定流量根据各阀通过的流量，确定为min /10L ，min /25L 和min /63L 三种规格，所有元件的型号列于表4中。

过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。

表中序号与系统原理图中的序号一致。

表4液压元件明细表2. 油管的选择根据选定的液压阀的连接油口齿轮确定管道尺寸。

液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。

由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达min40L，则液压缸进、出油管/直径d按产品样本，选用内径为mm19的10号冷拔钢管。

15，外径为mm3. 油箱容积的确定中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的5到7倍，本系统取7倍，故油箱容积为7(==16⨯)LLV112五、验算液压系统性能（一）压力损失的验算及泵压力的调整1.工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整工进时管路中的流量仅为min /39.0L ，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计。