卧式钻床动力滑台液压系统设计说明书

目录
1.负载分析 (1)
2.绘制液压工况（负载速度）图 (2)
3.初步确定液压缸的参数 (2)
3.1.初选液压缸的工作压力： (2)
3.2.计算液压缸尺寸： (3)
3.3.计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量及功率： (3)
3.4.绘制液压缸工况图 (4)
4.拟定液压系 (4)
4.1.选择液压回路 (4)
4.2.液压系统的组合 (4)
5.液压元件的计算和选择 (6)
5.1.确定液压泵的容量及驱动电机的功率： (6)
5.2.液压泵的流量 (6)
5.3.选择电动机 (6)
5.4.元件选择 (7)
5.5.确定管道尺寸 (7)
5.6.确定油箱容积： (7)
6.管路系统压力损失验算 (8)
6.1.判断油流状态 (9)
6.2.沿程压力损失 (9)
6.3.局部压力损失 (9)
7.液压系统的发热与温升验算 (10)
7.1.液压泵的输入功率 (10)
7.2.有效功率 (11)
7.3.系统发热功率 (11)
7.4.散热面积 (11)
7.5.油液温升 (11)
8.参考文献： (11)
1. 负载分析
1.切削力： Ft=16000N
2.导轨摩擦阻力 静摩擦力：
fs
F =
W
f S =0.2 ⨯20000 = 4000N 动摩擦力：fd F = W
f d =0.1⨯20000 = 2000N
3.惯性阻力
（1）动力滑台快进惯性阻力
m
F ,动力滑台启动加速、反向启动加速和快退减速制动的加速
度相等，s m v /15.0=∆，s t 20.0=∆
N t v g w F m 153020.015
.08.920000=⨯=∆∆=
（2）动力滑台快进惯性阻力'
m
F ,动力滑台由于转换到制动是减速，取s m v /1074
-⨯=∆，
s t 20.0=∆
N t v g w F
m
14.720
.01078.9200004
'
=⨯⨯=∆∆=- 液压缸各动作阶段负载列表如下： 工况 计算公式 液压缸负载F （N ） 液压缸推力
（m
F
F η
=） 启动 F= W f S 5000 5556 加速 F =W f d + m F 6326 7029 快进 F=W f d 2500 2778 工进 F=t F +W f d 18000 20000 制动 F =W f d — '
m F 2483 2759 快退 F=W f d 2500 2778 制动
F =W f d — m F
—1326
—1473
注：液压缸机械效率：0.9m η=。

2. 绘制液压工况（负载速度）图
根据计算的液压负载和各阶段工作行程、速度，可绘制液压缸的F —T 与 V —t 图 快进
t
1
=v
L 1
1=
0.15
20.075
s = 工进
t m a x 2=v
L
min
22
=
4
0.15
4553.310
s -=⨯
t mn 2=
v
L max
22
=
3
0.15
881.710
s -=⨯ 快退
t 3
=v
L 3
3=0.03
40.75
s =
液压缸负载图和速度图
3. 初步确定液压缸的参数
3.1. 初选液压缸的工作压力：
组合机床液压系统工作压力，一般为（30~50）⨯510Pa,这里选1P =44⨯510Pa,为防止钻通
孔时动力滑台发生前冲，液压缸回油腔应有背压，背压2P =2⨯510Pa 。

初步定快进快退回油压力损失∆2P =5⨯510Pa 3.2. 计算液压缸尺寸：
选定液压缸前、后腔有效面积比为2：1，则液压缸无杆腔工作面积1A
1A =
()210
2
1P P F -= 425
2000048.8106
(44)102m -=⨯-⨯ 取A1=502410m -⨯
液压内径 D=
π
1
4A =
m 24
100.810504--⨯=⨯⨯π
取标准值 D=8.0⨯210-m
活塞杆直径 d=0.7D ≈5.6⨯210-m
液压缸尺寸取标准值之后的有效工作面积
无杆腔面积 1A =4π2D =4π
x(8.0⨯210-)2=39⨯2410m -
有杆腔面积 2A =4π )(22d D -=4π
(8.0226.5-)244106.2510m --⨯=⨯
活塞杆面积 3A = 1A -2A =13.42410m -⨯
3.3. 计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量及功率： 表中0F 为液压缸的驱动力。

液压缸工作循环中各阶段的压力、流量及功率见下表 工况
计算公式
F （N ）
2P （510Pa ） 1P
（510Pa ）
Q （3
10-3m /s ）
P(N)
快进 启动
加速 快进
1P =30
A F +∆2P
Q=3A 1v P=1P Q
5556 7029 2778
0 5 5
41.4 57.4 25.7
0.2
0.514510⨯
工进
1P =1
A F +∆2P
Q=1A 2v
P=1P Q
20000 6
57.2
0.12
0.686510⨯
快退 启动 加速 快退 制动
1P =2
0A F
+22P
5556 7029 2778 -1473
0 5
21.7 27.4 15.8 -0.75
0.3
0.721510⨯
3.4. 绘制液压缸工况图
液压缸工况图
4. 拟定液压系统
4.1. 选择液压回路 （1）调速方式的选择
钻孔床工作时，要求低速运动平稳性好；速度负载性好，从图a 中可看出液压缸快进和工进时功率都较小，负载变化也较小，因此采用调速阀的的进油节流调速回路。

为防止工作负载突然消失（钻通孔）引起前冲现象，在回油路上加背压阀。

（2）快速回路和速度换接方式的选择
我们选用差动液压缸实现“快，慢，快”的回路。

图b 进口节流一次进给回路。

（3）油源的选择：
系统特点从图a 可看出快进时低压大流量时间短，工进时高压小流量时间长。

所以采用双联叶片泵或限压式变量泵。

4.2. 液压系统的组合
选择基本回路后，按拟定液压系统图的几个注意点，可以组成一个完整的系统图。

图中为
了使液压缸快进时实现差动连接，工进时主油路和回油路隔离，在系统中增设一个单向阀11及液控顺序阀8，在液压泵和电磁换向阀3的出口处，分别增设单向阀9和12，以免当液压系统较长时间不工作时，压力油流回油箱，形成真空。

为了过载保护或行程终了利用压力继电器13。

组合成液压系统图组合的液压系统图。

如图所示。

液压系统图
5. 液压元件的计算和选择
5.1. 确定液压泵的容量及驱动电机的功率： （1）、计算液压泵的工作压力与流量：
进油压力损失为57.2⨯510Pa ，系统采用调速阀进油节流调速，选取进油管压力损失为8510⨯ Pa ，由于采用压力继电器，溢流阀的调整压力一般应比系统最高压力大5510⨯Pa ，所以泵的最高工作压力为
551(57.285)1060.210p P Pa =++⨯=⨯
这是小流量泵的最高工作压力（稳定），即溢流阀的调整工作压力 液压泵的公称工作压力n P 为
5
11.25 1.2560.27510n p a P P p ==⨯=⨯
大流量泵只在快进时向液压缸输出，液压缸快退时的工作压力比快进时大，这时压力油不通过调速阀，进油路较简单，但流经管道和阀的油流量较大，取进油路压力损失为5510⨯Pa ，所以快退时，泵的最高工作压力为
552(15.85)1020.810p p Pa =+⨯=⨯
这是大流量泵的最高工作压力，也是调整控顺序阀7和8的参考数据。

5.2. 液压泵的流量
由图可知，最大流量在快进时，其值为330.210/m s -⨯
333()max 1.150.2100.2310/p Q K Q m s --=∑=⨯⨯=⨯
最小流量在工作时，其值为0.12⨯3310/m s -，为了保证工进时系统压力较稳定，应考虑溢流阀有一定的最小流量，取最小溢流量为0.077⨯3310/m s -，所以小流量泵应取0.197⨯
3310/m s -。

根据以上计算数值，选用公称流量为0.2⨯3310/m s -，0.15⨯3310/m s -；公称压力为80510a p ⨯的双联叶片泵。

5.3. 选择电动机 最大功率出现在快退阶段
53212()
20.810(0.20.15)109710.75
p p P
P Q Q P W
η-+⨯⨯+⨯=
==
最后选用功率为31.110W ⨯的标准型号电机。

5.4. 元件选择
根据液压泵的工作压力和通过阀的实际流量，选择各液压元件和辅助元件的规格。

5.5. 确定管道尺寸
由于系统采用液压缸的差动连接，油管内通油量较大，实际流量330.510/Q m s -=⨯，取允许流速5/v m s =，则主压力油管d 为
311.310()d m -====⨯
元整取d=12cm ，壁厚查表。

选用1412⨯的10号冷拔无缝钢管。

其它进油管、回油管和吸油管，按元件连接口尺寸，测压管选用43mm ⨯紫钢管。

5.6. 确定油箱容积：
333(5~7)7151010510n V Q m --==⨯⨯=⨯
所选液压元件的说明 编号
元件名称 参数说明 型号
１ 叶片泵 Ｐ＝３０5
10⨯Pa
ＰＶ２Ｒ１２ ２ 叶片泵
Ｐ＝３０5
10⨯Pa
ＰＶ２Ｒ１２ ３ 三位五通电磁阀 Ｑ＝２５L min
３５ＤＹＦ３Ｙ－Ｅ１０Ｂ
４ 调速阀 Ｑ＝２５L min A x Q F- E 1 0 B ５ 溢流阀 Ｑ＝２５L min ＡＦ３—Ｅ１０Ｂ
６ 背压阀 Ｑ＝２５L min ＡＦ３—Ｅ１０Ｂ
７ 液动顺序阀 Ｑ＝２５L min ＡＦ３—Ｅ１０Ｂ
８ 液动顺序阀
Ｑ＝２５L
min
ＡＦ３—Ｅ１０Ｂ
９ 单向阀 Ｑ＝２５L min ＡＦ３—Ｅ１０Ｂ
１０ 单向阀
Ｑ＝２５L min ＡＦ３—Ｅ１０Ｂ
１１ 单向阀 Ｑ＝２５L min ＡＦ３—Ｅ１０Ｂ
１２ 单向阀 Ｑ＝２５L
min
ＡＦ３—Ｅ１０Ｂ
１３ 压力继电器 Ｐ＝３０5
10⨯Pa ＰＦ－Ｂ８Ｃ １４ 压力表开关 Ｐ＝３０5
10⨯Pa ＫＦ３－Ｅ３８ 1
滤油器 公称流量２５L
min
ＷＵ－２５Ｘ１８０Ｊ
6. 管路系统压力损失验算
由于同类液压系统的压力损失值可以参考，所以一般不必验算压力损失值
详细D=W=G 图=纸：三 二 ③ 1爸 爸 五 四 0 六
全 套 资 料 低 拾10快起 。

下面仅验算工进时管路压力损失：
进、回油管长均为L ＝1.5m ，油管内径d=31210m -⨯。

通过流量Q=0.12⨯310-3m /s ，选用20号机械油，考虑最低工作温度为15c ο，v=1.52cm /s
6.1. 判断油流状态
e R =dv
Q 273.1⨯310=85<2320
流动状态为层流 6.2. 沿程压力损失 进油路上 4.8/min Q L =
5144
800800 1.5 1.5 4.8
0.42101.2
vLQ P Pa d ⨯⨯⨯∆=
==⨯ 回油路上 2.4/min Q L =（液压缸122A A =）
5
244
800800 1.5 1.5 2.40.21101.2
vLQ P Pa d ⨯⨯⨯∆=
==⨯ （如果采用沿程损失公式，结果是一样的）
但由于是差动油缸，所以回油路的压力损失只有一半折合到进油腔。

55
1(0.420.50.21)100.52510P ∑∆=+⨯⨯=⨯
6.3. 局部压力损失
系统采用集成块的液压装置，仅考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。

下表为工进时油流通过各种阀的流量和压力损失。

阀的流量和压力损失 编号 名称
图号
实际流量
Q 310-⨯/603m /s 公称流量
n Q 310-⨯/603
m /s 公称压力损失
n P ∆510⨯Pa
1 2 3 4 5
单向阀
三位五通电磁阀单向行程调速阀液动顺序阀 液动顺序阀
９ ３ ４ ８ ６
4.8 4.8 4.8 2.4 2.4
25 25 25 25 10
2 2 5 1.5 5
各阀局部压力损失之和
222554.8 4.8 2.4[2(
)2()0.5 1.5()0.56]108.4310252525
v P Pa ∑∆=⨯+⨯+⨯⨯+⨯⨯=⨯ 取油流取油流通过集成块时压力损失 50.3210J p ∆=⨯
552(8.430.32)108.7510p Pa ∑∆=+⨯=⨯
55(8.430.525)108.95510p Pa ∑∆=+⨯=⨯
这个数值加上液压缸的工作压力和压力继电器要求系统调高的压力（取其值为5 510⨯ Pa ），可作为溢流阀调整压力的参考数据。

51510p p p =∑∆++⨯
式中 1p ——液压缸工进时克服外负载所需压力
1p = 0
1F A = 452000*********
⨯=⨯ 所以 p=(50+8.955+5) 510⨯ =63.955 510⨯ pa
这个数值比估算的溢流阀调整压力值57510Pa ⨯稍小。

因此，主油路上元件和油管直径均可不变
7. 液压系统的发热与温升验算
由图可知，该系统主要工作时间是工进工况。

主要考虑工进时的发热，所以按工进工况验算系统温升。

7.1. 液压泵的输入功率
工进时小流量泵的压力5160.210p p Pa =⨯，流量3310.1510/p Q m s -=⨯，小流量泵功率为
211
160.20.151012020.75
p p P p Q P η⨯⨯=== 工进时大流量泵卸荷，顺序阀的压力损失51.510p Pa ∆=⨯，即大流量泵的工作压力52 1.510p P Pa =⨯，流量3320.1510/P Q m s -=⨯，大流量泵功率2p 为
2p = P p p Q P η2
2 = 21.50.1510300.75
⨯⨯= 双联泵总输入功率i p =1p +2p =1202+30=1232
7.2. 有效功率
工进时，液压缸的负载F=18000N ，取工进速度v= 31.6710/m s -⨯
输出功率
0p =FV=18000x0.00167=30.06
7.3. 系统发热功率
h p = i p + 0p = 123230.061202-=
7.4. 散热面积 A=0.06532v =1.447
7.5. 油液温升
如果采用风冷、取散热系数2025/T C W m C =
0120233.225 1.447h T P T C C A ∆===∑⨯
设夏天室温为300C ，则油温为30+33.2=63.20C ，没有超过最高允许油温（50--70C ο）
8. 参考文献：
1、机械设计手册．下册：液压传动和气动，北京：石油化学工业出版社，1983，《机械设计手册》联合编写组编
2、机械设计手册：单行本．液压传动，北京：化学工业出版社，2004.1成大先主编
3、机械设计手册．上册：液压传动和气动，北京：石油化学工业出版社，1983，《机械设计手册》联合编写组编
4、液压传动，哈尔滨：黑龙江教育出版社，1995.10，武华，米伯林主编
5、液压传动辅导教材.北京：中央广播电视大学出版社，1986，中央电大《液压传动辅导教材》编写小组编
6、机床液压传动.哈尔滨工程大学出版社，1998.2，武华，米伯林主编
参考文献：
1、机械设计手册．下册：液压传动和气动，北京：石油化学工业出版社，1983，《机械设计手册》联合编写组编
2、《液压传动与控制手册》上海科学技术出版社，陈启松主编
3、《液压传动与控制》天津大学出版社，曹玉平主编
4、《机械设计手册单行本-液压传动与控制》《机械设计手册》编委
5、《液气压传动与控制》冶金工业出版社，张平格主编
6、《机床液压传动》.哈尔滨工程大学出版社，1998.2，武华，米伯林主编
7、《液压传动课程设计指导书》合肥工业大学液压教研室
8、《液压系统设计图集》机械工业出版社，周士昌主编。