专用钻床液压系统设计说明书
目录
一．液压与液力传动设计任务书 (1)
1.设计题目和目的 (1)
2.设计步骤和内容 (1)
二．运动分析和负载分析 (2)
1.运动分析 (2)
2.负载分析 (2)
3.负载图与速度图的绘制 (3)
三．确定液压缸的主要参数 (5)
1.初选液压缸的工作压力 (5)
2.确定液压缸尺寸 (5)
3.计算液压缸的最大流量 (5)
4.绘制工况图 (5)
四．拟定液压系统图 (7)
五．液压元件的选择 (8)
1.液压泵及驱动电机功率的确定 (8)
2.元件、辅件选择 (9)
六．液压系统的性能验算 (11)
1.压力损失几调定压力的确定 (11)
2.系统的发热与温升 (13)
七.设计小结 (13)
八.参考文献 (15)
一．液压与液力传动设计任务书
1.设计题目和目的
题目：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=0.2sec,机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=0.2,Fd=0.1
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，能进行必要的设计计算，合理地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。
2.设计步骤和内容
液压系统的设计步骤和内容大致如下：
（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、拟订液压系统原理图；
（4）计算和选择液压元件；
（5）验算液压系统的性能；
（6）液压缸设计；
（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。
以上步骤中各项工作内容有时是互相穿插、交叉进行的。对某些复杂的问题，需要进行多次反复才能最后确定。在设计某些较简单的液压系统时，有些步骤可合并和简化处理。
液压缸各阶段的负载
工况计算公式总负载F/N 缸推力F/N 启动F fs+F L14490 17047.1 加速F L+F fd + F a114157 16655.34 快进F fd+F L 13951 16412.94 减速F L+F fd - F a213747.71 16173.78 工进F L + F fd13951 16412.94 制动F L+F fd– F a313948.25 16409.7 反向加速F fd + F a4745.04 876.52 快退F fd539 634.12 制动F fd– F a5332.96 391.72
三．确定液压缸的主要参数
1.初选液压缸的工作压力
根据最大负载F=17047N, 初选液压缸的工作压力为3MPa
（取自《液压传动与控制》表9-3、表9-4）
2.确定液压缸的尺寸
A=F/P=17047/3000000=0.00568 m2
D=85mm
按标准取D = 90mm(壁厚5mm，单重11.17kg/m)
根据快进与快退的速度比值来确定活塞杆的直径
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.计算液压缸的最大流量
q 快进=A1×v快进= 0.0006359×0.075m/s=0.000477m3/s=28.6L/min
q 工进= A1×v工进=0.0006359×0.001m/s=6.359×10-6 m3/s =0.382L/min q 快退= A2×v快退=45.69 ×10-4×0.075m/s=21.5L/min
4.绘制工况图
工作循环中的各个工作阶段的液压缸的压力、流量和功率为：快进：P=4F/(3.14d×d)
工进：P=F/A1 快退：P=F/A2
由上表可绘制出液压缸的工况图：
液压缸各工作阶段的压力、流量和功率为工况压力p/Mpa 流量（L/min）功率P/W 快进 2.19 28.6 104.39 工进max 2.19 3.82 13.94 工进min 2.19 0.382 1.39
快退0.113 21.5 4.05
四．拟定液压系统图
供油方式：由工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需流量较大，可用单泵供油回路。
六．液压系统的性能验算 1.压力损失几调定压力的确定
在快退、快进时，系统工作压力很低，所以不必验算。 快进时液压缸的速度为：
V 1= q p /A 1 = (7.76×10-3)/( 63.59×10-4×60)=20mm/s
此时油液在进油管的流速为
V= q p /A=(7.76×10-3)/(0.25π×82×10-6×60)=2.57m/s
⑴ 沿程压力损失
首先要判断管中的流态，设采用N32液压油，室温为20℃时，γ =0.0001m 2/s ，所以有R e =v ×d/γ=(2.57×8×10-3)/(0.1×10-3)=205.6<2320
管中为层流，则阻力损失关系系数 λ=75/R e =0.36
若取进出口油管长度约为2m,油液的密度ρ=890kg/m3，则其进油路上的沿程压力损失为
?P λ1=λ2ρ
d l × v 2=0.36×(2/8×10-3)×(890/2)×2.572=0.265Mpa
⑵ 局部压力损失
局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失,前者视管道具体结构而定,一般取沿层压力损失的10﹪;而后者则与通过阀的流量大小有关,若阀的额定流量和额定压力损失为q n 和⊿p n ,则当通过阀的流量为q 时的阀的压力损失⊿p v 为:
⊿p v =⊿p n ×(q/q n )2
因为GE 系列10mm 通径的阀的额定流量为63 l/min ，叠加阀10mm
通径系列的额定流量为42 l/min ，而在本题中通过每个阀的最大流量仅为7.76 l/min ，所以，通过整个阀的压力损失很小可忽略不计。
同理，工进时回油路上的流量为：
q 2=A 2×q 1/ A 1=( 4769×7.76)/ 6359=5.82 l/min
则回油路油管上的流速：
v= q p /A=(5.82×10-3)/(60×0.25π×82×10-6)=1.93m/s 由此可得R e =v ×d/γ=(1.93×8×10-3)/(0.1×10-3)=154.4（层流）
λ=75/R e =0.49
所以回油路上沿程压力损失为：
?P λ=λ2ρ
d l × v 2=0.49×(2/8×10-3)×(890/2)×1.932=0.203Mpa
⑶ 总压力损失
∑?P=?P 1+（A 2/A 1）×?P 2
=(0.265+0.0265)+(4768/6359)×(0.203+0.0203)=0.459Mpa 所以原设∑?P=0.4Mpa ，这与结果无差异。 ⑷ 压力阀的调定值
P p = F/A 1+∑?P=2.58+0.459=3.04Mpa
所以卸荷阀得调定压力应取3.1Mpa 为宜。
溢流阀的调定压力大于卸荷阀压力0.3—0.5Mpa ,所以取溢流阀调定压力为4Mpa 。
2.系统的发热与温升
快进时电机输出功率为:
P p= p p×q p/ηp=(3.1×106×7.76×10-3)/(60×0.72)=556.9w 工进时电机输出功率为:
P p1= p p1×q p1/ηp=(4×106×3.88×10-3)/(60×0.72)=359.3w 而快进时有效功率为：
P1=(2.58×106×7.76×10-3)/(60)=333.7 w
工进时有效功率为：
P2=13.88 w
所以快进时的功率损失为556.9-333.7=223.2 w，而工进时的功率损失为359.3-13.88=231.12 w,比较大的值231.12 w来校核其热平衡,求出温升: 设油箱得三边长在1:1:1-1:2:3范围内，则散热面积为
A=0.06532v=0.065×2102/3=2.30m2
假设通风良好,取h=15×0.001 KW/(m2·℃),所以油液的温升为: ∴△t=H/（hA）=0.53/(15×10-3×2.30)= 15.36℃
室温为20 ℃,热平衡温度为35.36℃<65 ℃,没有超出允许范围。七.设计小结
液压是一们机械专业十分重要的专业基础课。同时液压在实际生产的应用上也发挥了契机巨大的作用。在工业生产的各个部门应用液压传动技术。工程机械，矿上机械，压力机械和航天工业中，常常采用液压传动，
因为其结构简单，体积小，重量轻，输出力大；机床上采用液压传动是取其能在工作过程中方便的实现无级调速，易于实现频繁的换向，易于实现自动化；在电子工业，包装机械，印染机械，食品机械等方面应用气压传动主要是取其操作方便，无油，无污染。由此可见，液压的应用很广泛，发挥的作用也十分巨大。
液压课程设计是是对液压课程所学理论知识的一次具体的应用和实践，增强学生所学知识以及具体方法的实际应用有很大的帮助。通过这次课程设计，使我对于液压系统设计有了一个更加形象和直观的认识与掌握。这个过程中锻炼了我分析解决问题，应用和查阅相关机械资料进行设计的能力。
由于这次课程设计是在教学结束后进行的，刚刚学过的理论知识印象还很深刻，但要在在短短的一周时间做好液压课程是不是一件容易的事，做课程设计又需要很多的相关的知识，这次课程设计又相当于让自己再次温固了一遍课程。真正做到理论与实践的相统一。
查找资料是在整个设计过程中也是一项至关重要的事情，因为我们都没有经验，要想在短短的时间里完成一套设计，有用的资料是必不可少的。图书馆中找到了一些和我们的题目相近的设计实例，设计实例可以快速给我们设计思路，设计过程中要包括哪几个方面的内容也一目了然，于是大概是怎么样的一个过程就有了；液压设计工程手册提供了我们需要选取的元件，这些都是标准件，比如电磁换向阀，液压泵等等
整个课程设计过程中理论与实践相结合的效果特别好，自己也收获了不少的东西。全盘规划，具体分析，付诸实施，合理调整，以及团队协作
等等科学的做事方法都得到了很好的体现。
八.参考文献
文献[1]《液压与液力传动》（教材）北京大学出版社文献[2]《机械零件设计手册》（液压与气动部分）冶金出版社文献[3]《组合机床设计》（液压传动部分）机械出版社