Z40组合钻床滑台液压系统设计.docx

2016 届毕业（设计）论文题 目 Z40组合钻床滑台液压系统设计 专业班级 机械设计制造及其自动化 学 号 1 2 0 3 0 1 0 4 2 8 学生姓名 章 超 明 第一指导教师 廖 义 德 指导教师职称 教 授 第二指导教师 卢 尧 君 指导教师职称 高 工 学院名称 机 电 工 程 学 院 完成日期： 2016 年 5 月 24 日Z40组合钻床滑台液压系统设计The Design of Z40 Combination Drilling Power Sliding Table Hydraulic System 学生姓名 章超明 第一指导教师 廖义德 第二指导教师 卢尧君 武汉工程大学本科毕业（设计）论文摘 要作为组合钻床的重要组成部分，液压系统的工作性能设计是主机设计的重要部分，驱动组合钻床工作台的液压系统是由油箱、液压泵、液压缸、液压控制阀及各种连接元件组成。本文主要介绍了组合钻床的滑台液压系统设计，对液压系统进行工况分析计算，比较方案拟定液压系统原理图，实现动作循环：定位 夹紧 快进 工进停留快退 拔销松夹 停止，实现组合钻床的最终功能。本次设计过程主要涵盖机床负载的分析，运动工况的分析，系统原理图的设计，液压元件的选择，液压油缸的设计，液压系统的验算等等。综上所述，完成整个设计过程需要进行一系列的工作。设计者首先需要正确的设计思想，同时努力掌握先进的理论知识和科学的辩证思维。同时，还要坚持理论联系实际，并在实践中不断总结和积累设计经验，向有关领域的科技工作者和从事生产实践的工作者学习，不断发展和创新，才能较好地完成机械设计任务。关键词 ：组合钻床；液压系统；液压缸AbstractAs an important part of the combination drilling machine, the working performance of hydraulic system design is an important part of the design of the host and drive combination drilling machine working table of the hydraulic system is by the tank, hydraulic pump, hydraulic cylinder, hydraulic control valve and connecting elements.Are introduced in this paper combination drilling machine hydraulic slide system design, the working condition of the hydraulic system by calculation and analysis, draw up a plan of schematic diagram of hydraulic system, realize the action cycle: positioning clamping forward working feed fast backward stay pull pin pine folder stop, to achieve the ultimate function of the combination of drilling machine.The design process mainly involves the analysis of the load of the machine tool, the analysis of the motion characteristic, the design of the hydraulic system diagram, the choice of the hydraulic components, the design of the hydraulic cylinder, the checking computations of the hydraulic system, etc.In summary, the completion of the entire design process requires a series of work. Designers first need the correct design ideas, and strive to master the advanced theoretical knowledge and scientific dialectical thinking. At the same time, we must adhere to the combination of theory and practice, and in practice constantly sum up and accumulate design experience, to related fields of scientific and technical workers and engaged in the practice of workers learning, we development and innovation to better completed the mechanical design tasks.Keywords: Combination Drilling Machine; hydraulic system; hydraulic cylinder.目 录摘 要ABSTRACT第1章 绪论 1 1.1液压传动工作原理2 1.2液压系统的基本组成3 1.3液压传动的优缺点4 1.4液压传动技术的发展趋势 5第2章 液压系统方案拟定7 2.1液压执行元件的方案论证7 2.2 液压控制元件的方案论证7 2.3 液压站的方案论证9 2.4 液压系统原理图的方案论证 12第3章 液压系统负载与运动分析15 3.1 系统设计要求15 3.2 运动分析15 3.3 负载分析15第4章 液压系统计算和液压元件的选择18 4.1 初选系统工作压力18 4.2计算液压缸尺寸 18 4.3 最低稳定速度验算21 4.4 液压缸在各工作阶段所需要的压力、流量、功率22第5章 液压元件的计算和选择24 5.1 液压泵的工作压力确定 24 5.2 确定液压泵的最大供油流量 24 5.3电机的选择 25 5.4 液压阀的选择 255.5确定管道尺寸 275.6油箱容积的确定 28第6章 液压系统验算 30 6.1 管路压力损失的计算 30 6.2 液压系统温升的验算32第7章 液压装置的结构设计34 7.1 液压装置的结构类型34 7.2 液压泵站的设计34 7.3 油箱的结构设计35 7.4 集成块的结构设计36总结 38致 谢39参考文献4041第1章 绪 论对于一部完整的机器而言，主要有原动机、传动机构、控制部分和工作机（含辅助装置）四部分。其中传动机构又分为机械传动、电气传动和流体传动机构。流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动。液压传动技术是以液体作为工作介质，并利用液体压力实现机械设备的运动或能量传递,并控制其功能。随着现代科技的发展，液压传动在机床、工程机械、交通运输机械、农业机械、化工机械、船舶及航空航天等领域都得到了广泛的应用。由于液压技术充分应用了21世纪新型技术成果，如自动化技术、计算机控制技术、微电子集成技术、可靠性技术及新型工艺和新型材料，揭开了传统技术的新的篇章，同时也相应提高了液压系统和元件的质量及水平。纵然如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，惟其借助现有技术的改进和扩展，才能不断发展其应用领域以满足未来的要求。液压系统与我们比较熟悉的电气系统相类似。液压系统由动力装置（油泵）、执行装置（油缸）、控制调节元件（各种阀类元件等）以及辅助装置等组成，而电气系统有电源、耗电设备、控制装置（包括电键、继电器、接触器等）以及导线等组成。液压油泵相当于电源，液压油缸相当于用电器，液压控制调节元件相当于电键、继电器等，油管则相当于导线。液压传动介质则相当于电流，液压油的压力和流量，则相当于电压和电流；液压马达的工作循环几乎和电动机一样，电动机接通电源，转子旋转向外输出扭矩，而液压马达输入压力油液时，也是转子旋转向外输出扭矩；液压元件在回路中既可以串联连接，又可以并联连接等。液压技术的发展历史并不长，但发展速度却很快。尤其是电子技术日益发展的今天，液压与气压传动技术深深应用到我们的生活中去了，与我们生活比较接近的拖拉机、联合收割机的液压悬挂系统，汽车、拖拉机等机动车辆的刹车系统，汽车起重机的控制系统等，都广泛使用了液压或气压传动技术。因此，学好本课程，对我们今后的学习和工作有着十分重要的意义。1.1液压传动的工作原理如图1-1所示是一台磨床的液压系统结构原理图，用以实现工作台水平往复运动控制。1-油箱；2-过滤器；3,12,14-回油管；4-液压泵；5-弹簧；6-钢球；7-溢流阀；8,10-压力油管；9-手动换向阀；11,16-换向手柄；13-节流阀；15-换向阀；17-活塞；18-液压缸；19-工作台 图1-1磨床工作台液压传动系统工作原理图 液压传动系统工作时，液压泵4的驱动力是由电机提供的,其作用为向系统供给一定流量的压力油。该泵是由一对相互啮合的齿轮来完成吸油和排油过程的，是一种齿轮泵。齿轮泵的结构组成虽和千斤顶的手动泵不同，且动力是由电机驱动的，但其功能都相同，都是向液压系统供给具有一定流量、压力的油液。 由液压泵吸入的压力油经手动换向阀11，节流阀13、换向阀15流入液压缸18的左腔，使活塞17和工作台19向右移动，液压缸18右腔的油液经换向阀15排回油箱。 当手动换向阀15转换方向后，液压油进入液压油缸18的右腔，使活塞杆17和液压工作台19向左移动。当液压节流阀调大时，进入液压油缸18的油液会增多，液压工作台的移动速度会增大；而当液压节流阀调小时，工作台的移动速度又会减小。 若将手动换向阀9改变为如图11（C）所示的状态，液压泵输出的油液通过手动换向阀9回到油箱，这时工作台停止运动，液压系统处卸荷状态。由上面的例子可以看出：液压传动在进行动力传递时以液体作为工作介质；液压传动是以液体在密封腔中形成压力来完成动力和运动的传递；液压系统中的工作介质在其工作时要受到控制和调节。 如图1-2所示为液压系统的能量转换和传递图，这种能量的转换和传递能够满足实际生产中的需要。工作装置液压执行元件液压油缸液压马达液压控制及调节元件液压泵驱动装置电机液压能机械能液压能机械能 图1-2 液压传动系统中的能量传递和转换1.2 液压系统的基本组成液压传动系统主要由下列5部分组成：（1）动力装置，指液压油泵，主要表现在将原动机的机械能转变为液压动能（表现为压力、流量），其作用是为液压系统提供压力油，是系统的动力源5。（2）执行装置，包括液压缸和液压马达，主要表现在将液压能转变为机械能从而对外做功，其中液压油缸能驱动工作机构完成循环直线运动，液压马达可实现回转运动。（3）控制调节装置，指各种阀利用这些元件可以实现对液压系统中液体的压力、流量和方向的控制和调节，以保证执行装置能按照人们预期的目的工作。（4）辅助装置，包括管道、管接头、密封件、蓄能器、油箱等。这些元件为使系统正常工作并便于监控提供了必要的条件。（5）工作介质，即传动液体，通常称液压油。液压系统通常是经工作介质完成运动和动力传递的，另外对液压元件中相互运动的零件而言，液压油还可以起到润滑作用。1.3 液压传动的优缺点1.3.1液压传动的优点1）在同样的体积下，液压执行元件能比电气装置产生出更大的动力。在相同功率的要求下，液压执行元件的体积小、重量轻、结构紧凑。2）液压执行元件工作时较为平稳。由于液压元件具有重量轻、运动惯性小、反应快等特点，故而易于完成快速起动、制动和高频换向等工作循环。3）液压传动可以在大范围内实现无级调速（调速比可达1：2000），并可在液压装置运行的过程中进行调速。4）液压传动容易通过自动化控制，操控起来较为便捷。当液压控制和电气控制或气动控制相互结合时，还可实现一些相当复杂的顺序动作和远程控制等操作。5）液压系统过载保护能力强，且液压元件可自行润滑，因此生命周期长。6）由于液压元件已完成了标准化、系列化和通用化设计，所以液压系统在设计、制造和使用时都较为方便。1.3.2液压传动的缺点：1)液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。2）液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动。3）液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。因此，在油温较高或较低时，系统要采用液压传动均会有一定的困难。4）为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的生产成本高，而且对油液的污染敏感度高。 5）液压装置故障的诊断比较困难，故而对维修人员提出了更多的要求，既要系统地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。 6）在高压、高速、高效率和大流量化的发展趋势下，液压元件和系统的工作噪声日益增大，这也是亟需解决的问题。总之，液压传动技术的优点是明显的、积极的，而随着新的科学技术的出现和发展，液压技术的缺点也会得到进一步改善，在液压技术与电子技术及其它传动方式的结合下，还将会有更好的发展。1.4液压传动技术的发展趋势液压传动属于流体传动的一种，17世纪物理学家帕斯卡提出了液体静压力传动原理，流体传动是依据其成长起来的新兴技术，在工农业生产中得到广泛应用。当今世界，流体传动已逐渐成为工业发展的风向标。第一个应用液压技术的是英国的约瑟夫布拉曼，1795年他以水为工作介质，以水压机的形式制造了世界上第一台水压机。然后他又将工作介质由水改为油，进一步改善了其工作性能。在流体传动的工业帝国里，著名的有美国的派克（Parket）公司、德国的博士力士乐公司和德国的ZF公司等。其中，成立于1918年美国的派克（Parket）公司，可以提供品种丰富的、高技术水平的液压件、密封件及所有的液压附件，位于行业前列。而德国的博士力士乐公司，主要服务于静液压系统的变量液压元件制造，也已有200多年的历史，其生产的用于静液压传动的变量系统液压元件，无论是斜盘式或斜轴式，闭式（泵控）或开式（阀控）系统液压元件品种都非常齐全，能配合各种需要静液压系统元件的工程机械完整系统使用。还有德国的ZF公司，成立于1915年，可生产各种工用机械所需的传动部件，为本行业内种类最全。在电气配套件方面，世界最大的德国西门子公司、博士公司，以及日本的东芝公司、川崎公司等，实力都很雄厚，能满足工程机械所要求的高水平电气系统及元件的需要。第一次世界大战后液压传动开始广泛应用，特别是20世纪20年代以后，更加是迅猛发展。液压元件大约在19世纪末上世纪初的20来年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯（F. Vikers）发明了压力平衡式叶片泵，为近现代液压传动元件工业的逐步建立奠定了实践基础。第二次世界大战期间,在美国30%的机床应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会”。近2030 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。我国液压工业源于建国初期，液压元件最开始只用于机床和一些锻压设备。60年代开始有了较大发展，逐渐渗透到各个工业产业链，在各类机械、机床、石油、汽车等生产生活以及军工工业中都得到了广泛的使用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率等方向发展，同时兼顾了低噪声、低能耗、长寿命以及高度集成化等特点。此外，新型元件的应用和计算机辅助设计、仿真优化及微机控制等工作，也是硕果显著。当前，我国的液压件从低压到高压排列，已形成系列，并创造出许多新的液压元件，例如插装阀等各种液压阀。我国机械工业不但注重引进和学习西方先进液压技术，更是大力研制、开发属于本国技术的新型液压产品，在保证产品质量可靠性的前提下，着力进行新技术应用的研究。在满足国际标准的前提下，合理调整现有的产品结构，逐步淘汰当前存在的性能差，且不符国标的液压件产品。由此可见，我国的液压技术也在自己的发展道路上越走越远，液压传动在机械设备上的应用将越来越广泛。进入21世纪科学技术持续飞速发展，计算机技术、网络技术、通信技术等现代化电子信息技术正对人类的生产生活产生着深刻的影响。这些信息技术的发展，保证今后制造业的先进性，为新的设计方法与制造技术模式指明了前进的方向，为实现远程共享数字化设计资源与制造资源的目标，进一步提高产品开发效率奠定了理论基础。这一方向已经引起了学术界的广泛关注，并且有较大部分科研学者已经投入到了相关内容的研究。当前，在液压领域（特别是中小企业），在进行液压传动系统的设计时，都普遍存在着存在着一系列生产上的困难，例如零部件繁琐多样、系统集成复杂、参考资料稀少等，而远程设计服务可以满足相关的需要。第2章 液压传动方案拟定2.1 液压执行元件的方案论证液压执行元件是液压系统的输出部分，必须要满足机器设备的运动功能、性能的要求及结构、安装上的限制。根据要求的负载运动形态，选用不同的液压执行元件配置。在给定的参数（元件种类、负载质量、位移量、速度、加速度、摩擦力）要求下，经过基本的计算，确定压力、流量的量值。为了满足各种主机的不同用途，液压油缸有多种类型。按供油方向分，可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧输入高压油，靠其他外力使活塞反向回程，双作用缸分别向缸的两侧输入压力油。活塞的正反向运动均靠液压力完成。按结构形式分，可分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸和伸缩套筒缸。按活塞杆的形式分，可分为单活塞缸和双活塞杆缸。按缸的特殊用途分，可分为串联缸、增压缸、增速缸和伸缩套筒缸。本液压系统采用双作用单活塞式液压缸。2.2 液压控制元件的方案论证 各种液控阀的规格及型号，均从产品样本或型号目录中选取。选材时可由系统的最高压力和通过阀的实际流量为依据，同时考虑阀的控制特性和稳定性、油口尺寸和外形尺寸、安装连接方式和操纵方式等。液压系统中配套各类液压控制阀选择注意事项如下：1）液压阀的实际流量液压阀的实际流量与油路的串、并联有关：串联油路各处流量相等;同时工作的并联油路的流量等于各条油路流量之和。2）液压阀的额定压力和额定流量各液压控制阀的额定压力和额定流量一般应与其使用压力和流量相接近。当系统可靠性要求较高时，应使阀的额定压力较多高出其实际工作压力。若额定压力和额定流量小于工作压力和流量，会出现液压卡紧现象，同时对阀的工作能力和寿命都会有不良影响;对系统需要的顺序阀和减压阀而言，要求其通过流量尽量接近额定流量，否则会有振动或其他不稳定现象。对于流量阀，应注意其最小稳定流量。3）液压阀的安装连接方式合理选择阀的安装连接方式，对后续设计的液压装置的结构形状而言至关重要。选择液压阀之前，要确保对液控装置的集成方式有足够了解。对于板式连接液压阀来说，因液压阀可以组装在油路板上，一来可以实现系统集成化，二来可以合理化设计液压装置，另一方面，更换液压阀时，不需要拆卸油管，这样就便于安装维护;而选择叠加阀，则需根据压力和流量观察叠加阀的系列型谱进行选型，等等。2.2.1方向控制阀的选用 方向控制阀用于控制和改变液压系统中液流的方向，实现执行元件的启动、换向和制动控制，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。对普通单向阀而言，因其结构简单，合理选择其开启压力即可。开启压力较低时，可以有效减小油液经过单向阀时的各种阻力损失;但是，当单向阀作为背压阀使用时，为满足背压力的要求，就需要有较高开启压力。选择液控单向阀时，为避免系统的异常振动和噪音等影响，需要我们合理选用其泄压方式：当液控单向阀的出口存在背压时，宜选用外泄式，其他情况可选内泄式。对于换向阀而言，要以满足系统的自动化和运行周期的要求为出发点，合理选用其操纵型式（手动、机械、电磁、电液动）。正确选用滑阀式换向阀的中位机能，并把握其过渡准状态机能。本次液压系统的设计对平稳性的要求不高，流量较小，压力较低，为便于实现差动连接，换向回路采用三位五通电磁换向阀。采用二位三通电磁换向阀控制夹紧缸的夹紧与松开。考虑到夹紧时间可调节，且当进油路压力下降时仍能保持夹紧力，采用接入单向阀保持压力。2.2.2压力控制阀的选用压力控制阀用于控制和改变液压系统中液流的压力，实现执行元件的输出力或力矩的控制，以适应负载的要求，如溢流阀、减压阀等。当系统需卸载时，应注意卸载溢流阀与外控顺序阀的区别。其中，对于装有蓄能器的液压回路，我们一般选用卸载溢流阀，这时如若选取外控顺序阀，将导致液压泵出口压力偏离规定的状态，引发系统故障。对于先导式减压阀而言，较其他液压阀的泄漏量大，且只要阀处于工作状态，泄漏始终存在，这一点在选择液压泵的容量时应充分注意。同时还应注意减压阀的最低调节压力，保证其进出口的压力差为0.3-1Mpa。本系统采用溢流阀对系统过载保护，在夹紧回路中采用减压阀保持夹紧的恒定压力。2.2.3流量控制阀的选用流量控制阀用于控制或调节液压系统中液流的流量，实现执行元件的运动速度的调节，如节流阀、调速阀等。 节流阀、调速阀的最小稳定流量应满足执行器最低工作速度的要求。为了保证调速阀的控制精度，应保证一定压差。对于环境温度变化较大的情况，应选用温度补偿型调速阀。2.3 液压站的方案论证液压站又称液压泵站，电动机带动油泵转动，泵从油箱中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油通过油路块（或阀组合）被液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到液压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。液压泵站是整个液压系统的一个重要部件。其设计的优劣对液压设备性能关系很大。液压泵站包括有液压泵组、油箱组件、控温组件、过滤器组件等五个部分，尽管它们之间相对独立，但设计者在进行液压泵站装置设计时，除了根据设备的工况特点和使用的具体要求合理进行取舍外，经常需要通过适当的组合，将其合理构成一个部件。2.3.1 液压泵的选择 选择液压泵的原则:根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格和型号。 表2-1 液压泵的主要特点和应用类型 特点 齿轮泵齿轮泵主要用于低压或噪声水平限制不严的场合。一般机械的润滑泵以及非自吸式泵的辅助泵都采用齿轮泵。 优点：结构简单，工作可靠，维护方便，价格低，自吸性强。 缺点：易产生振动和噪声，泄露大，容积效率低，径向液压力不平衡，流量不可调。工作压力：一般用于低压。叶片泵叶片泵主要用于中压、中速、精度要求较高的液压系统中。在机床液压系统中应用广泛；在工程机械中，由于工作环境不清洁，应用较少。优点：输油量均匀，压力脉动小，容积效率高。缺点：结构复杂，难以加工，叶片易被脏物卡死工作压力：中压柱塞泵由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。优点：结构紧凑，径向尺寸小，容积效率高。 缺点：结构复杂，价格较贵。 工作压力：高压螺杆泵优点：结构简单，体积小，质量轻，运转平稳，噪声小，使用寿命长，自吸能力强，容积效率高。缺点：螺杆齿形复杂，不易加工，精度难以保证。工作压力：440MPa 表2-2 定、变量叶片泵的比较双联叶片泵限压式变量叶片泵1流量突变时，液压冲击取决于溢流阀的性能，一般冲击较小1流量突变时，定子反应滞后，液压冲击大2内部径向力平衡，压力平衡，噪声小，工作性能较好。2内部径向力不平衡，轴承较大，压力波动及噪声较大，工作平衡性差3须配有溢流阀、卸载阀组，系统较复杂3系统较简单4有溢流损失，系统效率较低，温升较高4无溢流损失，系统效率较高，温升较低 由表2-1和表2-2选择本液压系统的液压泵为双联叶片泵。 2.3.2 液压辅助原件液压辅助元件有滤油器、蓄能器、管件、密封件、油箱和热交换器等。液压辅助元件和液压元件一样，都是液压系统不亚于液压元件本身。1) 油箱油箱用以储存油液，以保证供给液压系统充分的工作油液，同时还具散热，使渗入油液中的污物沉淀分离等作用。液压系统中油箱有整体式与分离式、开式与闭式、上置式与下置式之分，本液压系统采用分离式的开式上置式油箱。2）冷却器和加热器 冷却器应该放在回油管或低压油路上，如溢流阀的出口等地方。要求散热效率高，压力损失小。 加热器一般采用电力加热，发热部分浸在油箱中的油液流动处。由于油导热性能不佳，因此功率不宜过大，或分散加热。 3）滤油器 滤油器是液压系统重要的保护元件，通过过滤油液中的杂质来来确保液压元件及系统不受污染物的侵袭，保持系统工作时的稳定性。本次选用表面型滤油器即可。 4）密封元件 密封装置的作用是防止液压元件和系统中液压油的内漏和外漏，保证液压系统能建立必要的工作压力，还可以防止外漏油液污染环境。 5）蓄能器 蓄能器是储存和释放液体压力能的装置，它可作为辅助动力源、补漏保压。由于本系统采用的油泵能够保持工作循环对压力的要求，所以暂不采用储能器。2.4 液压系统原理图的方案论证拟定系统原理图是液压系统设计中最重要的一步，它是从工作原理和结构组成上来具体体现设计任务中的各项要求，不需精确计算和选择元件规格，只需选择功能合适的元件、原理合理的基本回路组合成系统。2.4.1 系统方案分析1）确定供油方式 上文分析已选用双联叶片泵供油。2）调速方式的选择 该组合钻床负载变化较小，功率不高，且要求低速运动平稳性好，速度负载特性好，因此采用带有调速阀的进油节流调速回路，同时还要在回油路上安装背油阀。 3）速度换接方式的选择 本题已选用差动型液压缸实现“快、慢、快”的回路。由于快进转工进时有平稳性要求，故采用行程阀或电磁阀皆可来实现（比较表如下表2-3），工进转快退则利用压力继电器来实现。 表2-3 快进工进的控制方法比较 项目采用行程阀采用电磁阀转换性能1.液压冲击小2.转换精度高3.可靠性好4.控制灵活性小1.液压冲击较大2.转换精度较低3.可靠性较差4.控制灵活性大安装特点1.行程阀装在滑座上2.管路较复杂3.须设置液压撞块机构（撞块长度大于工进行程）1 电磁阀可装在液压站（或控制板）上，安装灵活性大2 管路较简单3. 须设置电气撞块机构2.4.2 液压系统原理图选定调速方案和液压基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些辅助性油路，如控制油路、润滑油路、测压油路等，并对回路进行归并和整理，可将液压回路合成为液压系统，即组成如图2-1所示的液压系统图 图2-1 液压系统原理图1-滤油器 2-变量泵 3-单向阀 4-压力表 5-三位五通电磁换向阀 6-行程阀 7-调速阀 8-单向阀 9-压力继电器 10-单向阀 11-顺序阀 12-背压阀 13-减压阀 14-单向阀 15-二位三通电磁阀 16-单向阀 17-调速阀 18-压力继电器 表2-4 电磁铁和行程阀的动作表 工况元件1YA2YA行程阀压力继电器快进 +-_-减速 +-+-工进 +-+-快退 -+原位停止 -+ _- 表里“+”号表示电磁铁通电或行程阀压下；“-”号表示电磁铁断电或行程阀复位。2.4.2 液压系统原理图的工作过程1.快进电磁铁1YA开始得电，由泵输出的压力经过三位五通电磁换向阀的左侧，使其左位进入系统，这是的主油路为：进油路：泵2 单向阀3 三位五通电磁换向阀5（左位） 行程阀6（下位） 液压缸左腔。回油路;液压缸右缸 三位五通电磁换向阀5（左位） 单向阀10 行程阀6（下位） 液压缸左腔。形成差动连接。2.减速当滑台快速运动到需要减速的位置时，行程阀6动作，使通往这的油路中断，油液经过调速阀7进入液压缸左腔。其主油路为:进油路：泵2 单向阀3 三位五通电磁换向阀5（左位） 调速阀7 液压缸左腔。回油路：液压缸右腔 三位五通电磁换向阀5（左位） 顺序阀11 背压阀12 油箱。3.工进工进阶段的主油路为：进油路：泵2 单向阀3 三位五通电磁换向阀5（左位） 调速阀7 液压缸左腔。回油路:液压缸右腔 三位五通电磁换向阀5（左位） 顺序阀11 背压阀12 油箱。4.快退电磁铁2YA通电，1YA断电，其主油路为：进油路：泵2 单向阀3 三位五通电磁换向阀5（右位） 液压缸右腔。回油路：液压缸左腔 单向阀8 三位五通电磁换向阀5（右位） 油箱。5.停止电磁铁1YA、2YA都断电，三位五通电磁换向阀5处于中位状态。压力油经换向阀5直接回到油箱，泵卸荷，动力滑台停止运动。第3章 液压系统负载与运动分析3.1 系统设计要求组合钻床带有工件液压定位与夹紧装置。系统的工作循环包括：定位夹紧快进工进停留快退拔销松夹停止 该系统的主要参数与性能要求如下： 最大切削负载FT=35000N 运动部件总重力G=3500N快进行程L1=160mm 快进快退的速度为V快进=65mm/s工进行程L2=135mm 工进速度为V快进=1.5mm/s夹紧力3500N取加速减速时间t=0.1s,静摩擦系数f0=0.2,动摩擦系数fd=0.1。3.2运动分析绘制动力滑台的工作循环图，如图3-1所示: 图3-1 动力滑台的工作循环图3.3 负载分析(1) 工作负载： FT=35000N(2) 摩擦负载： 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力 静摩擦阻力：Ffs= f0G=700N 动摩擦阻力：Ffd=fdG=350N(3)惯性负载： 惯性负载是运动部件发生速度变化时，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算：Fa=Ggvt=232N(4)运动时间：快进：t1=L1V1=2.5s 工进：t2=L2V3=90s 快退：t3=L1+L2V3=4.5s液压缸的机械效率取，由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表3-1所示,并画出如图3-2所示的负载循环 表3-1 液压缸在各工作阶段的负载值 工况负载组成负载值F/N推力/N启动F= Ffs700777.8加速F= Ffd+ Fa582646.7快进F= Ffd350388.9工进F= Ffd+ FT3535039277.8快退350388.9 (a)速度循环图 (b)负载循环图 图3-2 液压缸负载图和速度图第4章 液压系统计算和液压元件的选择4.1初选系统工作压力 系统工作压力由设备类型、载荷大小、结构要求和工艺水平而定。若系统压力取得过低，则液压设备的尺寸和重量增加；若系统压力取得过高，液压元件的性能及对密封的要求将会提高，因此要选择合适的系统工作压力。这里，根据上一章所绘制的液压缸的F-S图知，液压缸所受到的最大负载为F=39227.8N，参照表4-1，选定系统的设计压力为： P1=4MPa表4-1 按机床类型选择工作压力设备类型磨床组合机床龙门刨床拉床农用机械或中型工程机械液压机、重型机械工作压力P/（MPa）0.82.03528810101620324.2计算液压缸尺寸4.2.1 液压缸内径和活塞杆直径 由基本设计参数知，液压缸快进、快退的速度相等。为了满足这一要求，并使得所需流量较小，令液压缸的无杆腔作为主工作腔，并将液压缸接成差动连接以实现快进。由于快进、快退速度相同，因此液压缸的无杆腔与有杆腔的有效工作面积和应满足。由上一章的计算可知，液压缸在工进阶段，所受负载最大，液压缸的主要结构参数应该在工进时进行计算，即取负载F=39227.8N，工进时液压油缸无杆腔进油，有杆腔回油，如下图所示： 为了避免工进结束时，发生前冲的现象，通常油缸需要有一定的回油背压力，根据表4-2暂取工进时回油背压为p2=0.5MPa。 表4-2 执行元件背压的估计值系统类型 背压p2(MPa)中低压系统08MPa简单的系统和一般的轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的调速系统0.50.8回油路带背压阀0.51.5采用带补液压泵的闭式回路0.81.5中高压系统816MPa同上比中低压系统高50%100% 高压系统1632MPa如锻压机械初算时可忽略不计由图知，代入有关数据计算得，A1=Fcm p1-p22=353500.9(4-0.52)10000000=0.01m2则活塞直径D=4A1=40.01=0.115m=115mm按表4-3，取D=125mmd=D/2=82mm按表4-4，取d=80mm 表4-3 液压缸内径尺寸系列810121620253240506380（90）100（110）125（140）160 表4-4 活塞杆直径系列2022252832364045505663708090100110125140160则液压缸实际有效工作面积为:无杆腔面积 A1=D2/4=3.141252/4=12266mm2有杆腔面积 A2=（D2-d2）=3.14(1252-802)/4=7242mm2活塞杆面积 A3=d2/4=3.14802/4=5024 mm24.2.2 液压缸壁厚、外径、工作行程 液压缸的壁厚是由液压缸的强度条件来计算。 起重的运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其计算公式：PyD2=1.253.4960.1252100=0.0027m=3mm 式中-液压缸壁厚 D-液压缸内径 Py-试验压力，一般取最大工作压力的1.25-1.5倍由机械设计手册取A系列缸筒壁厚13.5mm。则液压缸外径为：D1=D+2=152mm由第三章得快进行程L1=160mm，工进行程L2=135mm，则总行程 L= L1+ L2=295mm由液压缸活塞杆行程参数系列，取标准值320mm。4.2.3缸盖厚度 一般液压缸为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。 无孔时t0.433D2=0.433 有孔时t0.433D2=0.433脳100=45mm4.2.4 最小导向长度的确定 对于普通的液压缸，其最小导向长度H： HL/20+D/2=320/20+1