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班学生姓名：宋宇学号：指导教师：周秦源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=,机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=,Fd=（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）最后提交内容（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)设计题目及要求 (3)设计目的 (3)设计步骤和内容 (3)快速运动回路和速度换接回路 (8)换向回路的选择 (8)定位夹紧回路的选择 (8)动作换接的控制方式选择 (8)液压基本回路的组成 (9)液压元件的选择 (11)参考书目 (18)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=,机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=,Fd=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，内容和方法。

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。

设计步骤和内容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、工况分析动作要求分析负载分析（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。

F=13412NL（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 = *5390)=1078N静摩擦负载 Ffs=动摩擦负载 F=fdG = *5390)=539Nfd（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/*=a1= m*a2=(5390/*=减速 Fa2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。

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得计算缸筒内径D得按计算结果根据表3选择缸筒内径标准值。

表3 液压缸内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D 2/(D 2-d 2) = 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 A 1=1/4 *π*D 2 = 1/4*π*92=63.59cm 2有杆腔的面积 A 2=1/4 *π*(D 2-d 2) = 1/4*π* =47.69cm 2（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=<10 ∴不用稳定性校核（4） 计算液压缸流量、压力和功率12.压力计算34min /4.21/m q min /1.3/q 605.4q 33L s L s ==MPa F MPa F MPaa A F 13.0Pa 1013.01069.4712.634A p 58.2Pa 1058.21059.6394.16412A p 4.0P 1040.0 10)69.4759.63(12.634A p 6426416421=⨯=⨯===⨯=⨯===⨯=⨯-=-=-----快退快退工进工进快进快进W W W 4.4660104.211013.0q p P 3.13360101.31058.2q p P 7.476010155.7104.0q p P 363636=⨯⨯⨯===⨯⨯⨯===⨯⨯⨯==---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) t(s) t(s)三、液压系统方案设计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，初定背压值Pb 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。

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。

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。

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。

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。

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。

系统原理图如下表2-1 电磁铁动作顺序表1Y 2Y 3Y 4Y 定位夹紧- - - -快进- + - -工进- + - +快退-- + +拔销松开+ - - -液压元件的选择（1）确定液压泵的型号及电动机功率1．计算液压泵压力估算压力损失经验数据：一般节流调速和管路简单的系统取∑△pl=~，有调速阀和管路较复杂的系统取∑△pl=~。

液压缸在整个工作循环中最大工作压力为，由于系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失∑△pl=，计算液压泵的工作压力为pp=p+∑△pl=+=2．计算所需液压泵流量考虑泄漏的修正系数K：K=~。

液压缸在整个工作循环中最大流量为21.4L/min。

取回路泄漏修正系数K=，计算得所需两个液压泵的总流量为qp=×=23.54L/min由于溢流阀最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸所需流量为0.4L/min，所以高压泵的流量不得少于3.4L/min。

3.选用液压泵单泵Single pump双泵：Double Pump由[3]第5卷P158选用YB1—10/16型的双联叶片泵。

液压泵额定压力为，排量分别为10mL/r和16mL/r，取容积效率ηpV=，总效率η=，额定转速分别为1450r/min和960r/min.4.选用电动机拟选Y系列三相异步电动机，满载转速960r/min，按此计算液压泵实际输出流qp=（10+16）×10﹣3 ×960 ×=21.22L/min计算所需电动机功率为由[3]第4卷P569选用Y132S-6电动机。