为了解决进口节流调速回路在孔钻通时的滑台突然前冲现象， 回油路上要设置背压阀。由于液压系统选用了节流调速的方 式，系统中油液的循环必然是开式的。
q／L·min-1 运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流的调速形式。 P／KW 4.054 q 35.19
0.791 0.434 0
P p
0.39 0.662 0.5 1.305 0.68 31.34
－ －
35.19 0.5
－ －
0.39 0.034
快退
启动 加速 恒速
2180 1738 1090
p2＝0 0.5
0.487 1.45 1.305
－ －
31.34
－ －
0.68
9.2 液压系统设计计算实例
9.2.3 液压缸主要参数的确定
Ø绘制工况图：（如下图所示）
p／MPa q／L·min
4.054
υ/min
-1
F/N
34943
7
1738 2180 1090
50 100 150
0.053
0
50
100
150
l/mm
0
-1090 -2180 (a)
l/mm
-7 (b)
图9.2.1 组合机床液压缸的负载图和速度图 (a) 负载图 (b) 速度图
9.2 液压系统设计计算实例
9.2.3 液压缸主要参数的确定
0.034 l／mm 0.487 1.45
Ø液压泵的选择：从工况图得知，该系统工作循环内，液压缸交
替地要求油源提供低压大流量和高压小流量的油液。最大流量与 最小流量之比约为70，而快进快退所需的时间tl和工进所需的时间 t2分别为： t1 ＝（l1/υ1）＋（l2/υ3）＝[（60×100）/7×1000＋ （60×150）/（7×1000）] s＝2.14s ； t2＝l2/υ2＝（60×50）/ （0.053×1000）s＝56.6s 即t2/t1≈26。因此从提高系统效率、节省能量的角度上来看，采 用单个定量泵作为油源显然是不合适的，宜选用国内比较成熟的 产品——双联式定量叶片泵作为油源，如图9.2.3（a）所示。
Ø步骤：先选定执行元件的形式及其工作压力p，再按最大负载和预估的执行元件机械效率求出
A或VM，并通过各种必要的验算、修正和圆整后定下这些参数，最后再算出最大流量qmax来。
Ø在初步的验算中，必须使执行元件的最低工作速度υmin或nmin符合下述要求： qmin min 液压缸 式中：qmin—节流阀或调速阀、变量泵的最小 A 稳定流量，由产品性能表查出。 qmin nmin 液压马达 VM Ø液压系统执行元件的工况图：在执行元件结构参数确定之后，根据设计任务要求，算出不同
9.2 液压系统设计计算实例
9.2.3 液压缸主要参数的确定
Ø确定液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值：（如下表所示）
工况 快进 启动 (差动) 回速 恒速 工进 负载 F/N 2180 1738 1090 34943 回油腔压力 p2/Mpa p2＝0 p2＝pl＋△p （△p＝0.5 Mpa） 0.8 进油腔压 力 p1/Mpa 0.434 0.791 0.662 4.054 输入流量 输入功 Q/(L/min) 率 P/kw 计算式 p1＝（F＋A2Δp）/ （A1－A2） q=（A1－A2）υl P＝plq1 p1＝（F＋p2A2）/Al q＝Alυ2 P＝p1q p1＝（F+p2Al）/A2 q=A2υ2 P＝plq
Ø回油压力p2的确定：在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压p2，取p2＝0.8 Mpa， 以防孔被钻通时滑台突然前冲。快进时液压缸虽作差动连接，但由于油管中有压降△P存 在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取△P≈0.5 Mpa。快退时回油腔中是有背压的 这时p2亦可按0.5 Mpa估算。 Ø液压缸截面积的计算：F / m A1 P1 A2 P2 A1 P1 ( A1 / 2) P2
F p 0 .8 2 A1 ( ) /( p1 2 ) ( 34943 ) /( 4 )m 0.0097 m 2 97cm 2 m 2 2
D (4A 1 )/ 11 .12cm; d 0.707 D 7.86cm
Ø液压缸参数的确定：当按GB 2348－80将这些直径圆整成就近标准值时得：D＝11 cm， d＝8 cm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：A1＝πD2/4＝95.03 cm2，A2＝π（D2 －d2）/4＝44.77 cm2。经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。
阶段中的实际工作压力、流量和功率之后作出的（见图9.1.2）。工况图显示液压系统在实现整个工 作循环时这三个参数的变化情况。当系统中包含多个执行元件时，其工况图是各个执行元件工况图 的综合。
9.1 液压传动系统的设计
9.1.3 确定主要参数——确定执行元件的工作压力和最大流量
Ø液压执行元件的工况图是选择系统中其它液压元件和液压基本回路的依据，也是 拟定液压系统方案的依据，这是因为： l液压泵和各种控制阀的规格是根据工况图中的最大压力和最大流量选定的。 l各种液压回路及其油源形式都是按工况图中不同阶段内的压力和流量变化情 况初选后，再通过评比确定的。 l将工况图所反映的情况与调研得来的参考方案进行对比，可以对原来设计参 数的合理性作出鉴别，或进行调整。例如，在工艺情况允许的条件下，调整 有关工作阶段的时间或速度，可以减少所需的功率；当功率分布很不均匀时， 适当修改参数，可以避开或削减功率“峰值”等。
0
密封及背压阻力 （a）
l
l
9.1 液压传动系统的设计
9.1.3 确定主要参数——确定执行元件的工作压力和最大流量
Ø确定依据：执行元件的工作压力可以根据负载图中的最大负载来选取（见表9.1.1），也可以根
据主机的类型来选取（见表9.1.2）；最大流量则由执行元件速度图中的最大速度计算出来。这两者 都与执行元件的结构参数（指液压缸的有效工作面积A或液压马达的排量VM）有关。
Ø进油压力P1的确定：由表9.1.1和9.1.2可知，组合机床液压系统在最大负载约为35000N 时宜取p1＝4 Mpa。 Ø液压缸形式的选择：鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可选用单 杆式的，并在快进时作差动连接。这种情况下液压缸无杆腔工作面积A1取为有杆腔工作 面积A2的两倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D成d＝0.707D的关系。
9.2 液压系统设计计算实例
9.2.1 分析系统工况——负载分析
Ø工作负载：由切削原理课程可知，高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力F，与钻头 直径D（以mm计）、每转进给量s（以mm/r计）和铸件硬度HB之间的经验算式为 Ft＝25.5Ds0.8（HB）0.6 Ø根据组合机床加工特点，钻孔时的主轴转速“和每转进给量s可选用下列数值： 对Φ13.9 mm的孔来说 n1＝360r／min，sl＝0.147 mm/r 对Φ8.5 mm的孔来说 n2＝550r／min，s2＝0.096 mm/r Ø代入上式：Ft ＝14×25.5×13.9×0.1470.8×2400.6＋2×25.5×8.5×0.0960.8×2400.6N ＝ 30468N Ø惯性负载 : F ( g )( t ) ( 9.81 )( 60 0.2 ) N 563 N
第9章 液压系统的设计计算
§9.1 液压传动系统的设计 §9.2 液压系统设计计算实例
9.1 液压传动系统的设计
设计步骤：明确系统设计要求，分析系统工况，确定主要参数，拟定液压系 统图，选择液压元件，绘制工作图，编制技术文件。
9.1.1 明确系统设计要求
Ø主机的用途、结构、总体布局； Ø主机的工作循环及运动方式； Ø液压执行元件的负载及运动速度的大小； Ø主机各执行元件的动作顺序或互锁要求； Ø对液压系统工作性能、工作效率、自动化程度等方面的要求； Ø液压系统的工作环境和工作条件等； Ø液压装置的重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限制。
9.1 液压传动系统的设计
9.1.5 选择液压元件
Ø液压泵最大工作压力的选择：必须大于或等于液压执行元件最大工作压力和进油路上 总压力损失这两者之和。 Ø液压泵流量的选择：必须大于或等于几个同时工作的液压执行元件总流量的最大值 以及回路中泄漏量这两者之和。 Ø液压泵的选取 ：在参照产品样本选取液压泵时，泵的额定压力应选得比上述最大工 作压力高25％～60％，以便留有压力储备；额定流量按上述最大流量选取即可。 Ø阀件的选择：阀类元件的规格按液压系统的最大压力和通过该阀的实际流量从产品 样本上选定。 Ø油管的选择：油管的规格一般是由它所连接的液压件接口处的尺寸决定的。
9.1 液压传动系统的设计
9.1.4 拟定液压系统图
Ø包含的内容：确定系统类型，选择液压回路和拼搭液压系统。 Ø确定系统类型：液压系统在类型上究竟采用开式还是采用闭式，主要取决于它的调 速方式和散热要求。 Ø选择液压回路：根据系统的设计要求和工况图从众多的成熟方案中评比挑选出来的。 挑选时既要保证满足各项主题要求，也要考虑符合节省能源、减少发热、减少冲击等原 则。挑选工作首先从对主机主要性能起决定性作用的调速回路开始，然后再根据需要考 虑其它辅助回路。 Ø拼搭液压系统 ：把挑选出来的各种液压回路综合在一起，进行归并整理，增添必要 的元件或辅助油路，使之成为完整的系统，并在最后检查一下：这个系统能否圆满地 实现所要求的各项功能？要否需再进行补充或修正？有无作用相同或相近的元件或油 路可以合并？等等。 Ø备注：对可靠性要求特别高的系统来说，拟定系统草图时还要考虑“结构储备”问 题。
m
G
9810
7
Ø阻力负载： 静摩擦阻力Ffs＝0.2×9810N＝1962 N 动摩擦阻力Ffd＝0.1×9810N＝981 N Ø液压缸的机械效率取ηm＝0.9，由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表：
9.2 液压系统设计计算实例