中南林业科技大学交通运输与物流学院《汽车液压与气压传动》课程设计课题名称：专用钻床的液压分析专业班级： 12级交通运输3班学生：宋宇学号： 20121009指导教师：周源2014年5月10日设计任务书（一）设计课题和原始数据11、试设计一专用钻床的液压系统，要求完成“快进-工作-快退-停止（卸荷）”的工作循环。

已知：切削阻力为13412N，运动部件自重为5390N，快进行程为300mm，工进行程为100mm，快进，快退运动速度为4.5m/min,工进速度为60-1000mm/min，加速和减速时间为△t=0.2s,机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=0.2,Fd=0.1（二）系统设计要求1.夹紧后在工作中如突然停电时，要保证安全可靠，当主油路压力瞬时下降时，夹紧缸保持夹紧力；2.快进转工进时要平稳可靠；3.钻削是速度平稳，不受外载干扰，孔钻透时不前冲。

（三）最后提交容（电子稿和打印稿各一份）1.设计说明书一份2.液压系统原理图（A3）3.液压缸结构图（A3）目录课程设计任务书 (1)一、液压与气压传动设计任务1.1设计题目及要求 (3)1.2设计目的 (3)1.3设计步骤和容 (3)二、工况分析2.1动作要求分析 (3)2.2负载分析 (4)2.3负载图和速度图的绘制 (4)2.4液压缸主要参数确定 (5)三、液压系统方案设计3.1确定液压泵类型及调速方式 (8)3.2选用执行元件 (8)3.3快速运动回路和速度换接回路 (8)3.4换向回路的选择 (8)3.5定位夹紧回路的选择 (8)3.6动作换接的控制方式选择 (8)3.7液压基本回路的组成 (9)3.8液压元件的选择 (11)四、验算性能完成设计 (12)五、小结 (16)参考书目 (18)一、液压与气压传动设计任务1.1设计题目及要求：试设计一专用钻床的液压系统，要求完成”快进-工作-快退-停止（卸荷）”的工作循环．已知：切削阻力为13412N，运动部件自重为5390N，快进行程为300mm，工进行程为100mm，快进，快退运动速度为 4.5m/min,工进速度为60-1000mm/min，加速和减速时间为△t=0.2s,机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=0.2,Fd=0.11.2设计目的液压系统的设计是整机设计的重要组成部分，主要任务是综合运用前面各章的基础知识，学习液压系统的设计步骤，容和方法。

通过学习，能根据工作要求确定液压系统的主要参数，系统原理图，能进行重要的设计。

合理的选择和确定液压元件。

对所设计的液压系统性能进行校验算。

为进一步进行液压系统结构设计打下基础。

1.3设计步骤和容1.明确设计要求，进行工况分析绘制负载和速度循环图；2.确定液压系统的主要性能参数；3.进行方案设计，拟定液压系统原理图；4.设计和选择液压元件；5.验算液压系统的性能；6.液压缸的设计；7.绘制工作图，编写技术文件，并提出电气控制系统的设计任务书。

二、工况分析2.1动作要求分析2.2负载分析（1）工作负载：工作负载与设备的工作情况有关，在机床上，与运动件的方向同轴的切削力的分量是工作负载。

=13412NFL（2）摩擦负载：摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力，它与支承面的形状，放置情况，润滑条件以及运动状态有关。

fsG = (0.2*5390)=1078N静摩擦负载 Ffs==fdG = (0.1*5390)=539N动摩擦负载 Ffd（3）惯性负载：惯性负载是运动部件的速度变化是，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算。

加速 F= m*a1=(5390/9.81)*(0.075/0.2)=206.04Na1= m*a2=(5390/9.81)*(0.074/0.2)=203.29N减速 Fa22.3负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和已知的各个阶段的速度，由于行程是400mm，设定快进时的行程L1=300mm，工进时的行程L2=100mm。

可绘出负载图（F-l）和速度图（v-l），见图1-2a、b。

横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸退回时的曲线。

2.4液压缸主要参数确定（1）初选液压缸的工作压力按负载大小根据表2选择液压缸工作压力表2 按负载选择执行元件工作压力根据最大负载F=19412N, 初选液压缸的工作压力为3MPa （2）计算液压缸尺寸按最大负载Fmax计算缸筒面积A得计算缸筒径D得246max1071.5410394.16412A mpF-⨯=⨯==mmmA83083.014159.31071.5444D4==⨯⨯==-π按计算结果根据表3选择缸筒径标准值。

表3 液压缸径和活塞杆直径标准系列（GB/T2348—1993） mm按标准取D = 90mm(壁厚5mm，单重11.17kg/m)根据快进和快退速度相等要求，拟定液压系统在快进时采用差动连接。

设活塞杆直径为d，于是有D2/(D2-d2) =1.3 d=43.23mm按标准取 d = 45mm则液压缸的有效作用面积为：无杆腔的面积 A1=1/4 *π*D2 = 1/4*π*92=63.59cm2有杆腔的面积 A2=1/4 *π*(D2-d2) = 1/4*π*(92-4.52) =47.69cm2（3）活塞杆稳定性校核活塞杆的总行程为400 mm , 而活塞杆的直径为45mm , l/d =400/45=8.89<10∴不用稳定性校核（4）计算液压缸流量、压力和功率1．流量计算2.压力计算)dD(q4dq4222-π=πmin/4.21/m105.3605.41059.47vAqmin/1.3/m103.5605.01059.63vAqmin/155.7/m1019.1605.410)69.4759.63(v)A(q3443235421344121LsLsLsA=⨯=⨯⨯===⨯=⨯⨯===⨯=⨯⨯-=-=------快退工进快进MPaFMPaaAF58.2Pa1058.294.16412p4.0P1040.010)69.4759.63(12.634Ap66421=⨯====⨯=⨯-=-=--工进工进快进快进3．功率计算4．绘制工况图工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表4所示。

由表绘制液压缸的工况图如图3所示。

WWW4.4660104.211013.0qpP3.13360101.31058.2qpP7.476010155.7104.0qpP363636=⨯⨯⨯===⨯⨯⨯===⨯⨯⨯==---快退快退快退工进工进工进快进快进快进图3 液压缸的工况图t(s) p(MPa)2.580.4 0.13q(L/min)21.47.153.1t(s)P(W)47.7t(s)46.4133.3快进工进快退三、液压系统方案设计3.1确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，由于快进、快退和工进速度相差比较大，为了减少功率损耗，采用限压式变量叶片泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。

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=0.8Mpa。

定背压值Pb3.2选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A1等于有杆腔面积A2的两倍。

由于结构上的原因和为了有较大的有效工作面积，定位缸和夹紧缸也采用单杆活塞液压缸。

3.3快速运动回路和速度换接回路根据运动方式和要求，采用差动连接快速运动回路来实现快速运动。

根据设计要求，速度换接要平稳可靠，另外是专业设备，所以可采用行程阀的速度换接回路。

若采用电磁阀的速度换接回路，调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，但速度换接的平稳性较差。

3.4换向回路的选择由速度图可知，快进时流量不大，运动部件的重量也较小，在换向方面无特殊要求，所以可选择电磁阀控制的换向回路。

为方便连接，选择三位五通电磁换向阀。

3.5定位夹紧回路的选择按先定位后夹紧的要求，可选择单向顺序阀的顺序动作回路。

通常夹紧缸的工作压力低于进给缸的工作压力，并由同一液压泵供油，所以在夹紧回路中设减压阀减压，同时还需满足；夹紧时间可调，在进给回路压力下降时能保持夹紧力，所以要接入节流阀调速和单向阀保压。

换向阀可连接成断电夹击方式，也可以采用带定位的电磁换向阀，以免工作时突然断电松开。

3.6动作换接的控制方式选择为了确保夹紧后才能进行切削，夹紧与进给的顺序动作应采用压力继电器控制。

当工作进给结束转为快退时，由于加工零件是通孔，位置精度不高，转换控制方式可采用行程开关控制。

3.7液压基本回路的组成将已选择的液压回路，组成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统原理图。

此原理图除应用了回路原有的原件外，又增加了液控顺序阀6和单向阀等，其目的是防止回路间干扰及连锁反映。

从原理图中进行简要分析：（1）工件定位夹紧：1.先定位压力油→减压阀8→单向阀9→电磁换向阀10→定位缸18无杆腔定位缸18有杆腔→电磁换向阀10→油箱2．再夹紧工件定位后，压力油压力升高到单向顺序阀开启的压力，单向顺序阀开启。

压力油→单向顺序阀11→单向调速阀12→夹紧缸17无杆腔夹紧缸17有杆腔→电磁换向阀10→油箱（2）快进：2YA通电，电磁换向阀3左位工作，由于系统压力低，液控顺序阀6关闭，液压缸有杆腔的回油只能经换向阀3、单向阀5和泵流量合流经单向行程调速阀4中的行程阀进入无杆腔而实现差动快进，显然不增加阀6，那么液压缸回油通过阀7回油箱而不能实现差动。

叶片泵1→单向阀2→电磁换向阀3→单向行程调速阀4→主液压缸19（差动连接）（3）工进：4YA通电，切断差动油路。

快进行程到位，挡铁压下行程开关，切断快进油路，4YA通电，切断差动油路，快进转工进，系统压力升高，液控顺序阀6被打开，回油腔油液经液控顺序阀6和背压阀7流回油箱，此时，单向阀5关闭，将进、回油路隔开，使液压缸实现工进。

叶片泵1→单向阀2→电磁换向阀3→单向行程调速阀4→主液压缸19无杆腔主液压缸19有杆腔→电磁换向阀3→液控顺序阀6→背压阀7→油箱（4）快退：3YA通电，工进结束后，液压缸碰上死挡铁，压力升高到压力继电器调定压力，压力继电器发出信息，2YA断电，3YA、4YA通电。

叶片泵→单向阀4→电磁换向阀3→主液压缸有杆腔主液压缸无杆腔→单向行程阀4→电磁换向阀3→油箱主液压缸无杆腔快退到位碰行程开关，行程开关发信息，下步工件拔销松夹。

（5）拔销松夹：1YA通电液压油→减压阀8单向阀9→电磁阀10→定位缸18和夹紧缸17的有杆腔定位缸18无杆腔→电磁阀10→油箱夹紧缸16无杆腔→单向调速阀12的单向阀→单向顺序阀11的单向阀→电磁阀10→油箱工件松夹后发出信息，操作人员取出工件。

（6）系统组成后，应合理安排几个测压点，这些测压点通过压力表开关与压力表相接，可分别观察各点的压力，用于检查和调试液压系统。