钻床液压传动系统设计

1、摘 要本论文中提出了一种液压在实际工程中的应用及设计方案，即专用钻床的液压系统。鉴于时间及所学知识的限制，本论文中仅对专用钻床的液压系统的控制方案、液压元件的选择、系统原理、工况分析、液压装载机系统维护等做以介绍。本课题的主要设计内容有：确定专用钻床的液压系统的基本方案，对液压元件的选择、对专用钻床的液压系统的工况分析及液压系统的主要参数的设计、确定液压原理图、对专用钻床的液压系统故障的维护的介绍。关键词：专用钻床的液压系统设计1目 录一 摘 要1第一章 绪 论1.1液压传动的定义和发展概况11.2液压传动的系统组21.3课题的来源及意义21.4本论文的主要研究内容2第二章 摇臂钻床2.1摇臂

2、钻床的简介32.2摇臂钻床的主要结构42.3摇臂钻床的运动形式42.4摇臂钻床电气拖动特点及控制要求42.5摇臂钻床安全操作规程52.6摇臂钻床日常检查及保养52.7摇臂钻床主要特点62.8摇臂钻床技术参数6第三章 钻床液压系统的设计3.1工况分析83.2拟定液压系统的原理图93.3液压系统的计算和选择液压元件103.4液压缸的设计计算17第四章 钻床液压系统的设计4.1绘制液压系统图224.2液压泵的在工程机械中的应用224.3液压马达的选择244.4液压阀的选择254.5液压缸的设计274.6计算工作装置铲斗液压缸的主要尺寸294.7液压油管的设计304.8油箱容量的选择314.9装载机的

3、工况分析及液压系统的主要参数31第五章 钻床液压系统的故障分析5.1附录一钻床常见故障及排除方法325.2负载分析3435.3液压缸的选择355.4液压泵的选择365.5选择阀及液压回路设计365.6电气控制回路设计36第六章 结论38 参考文献39 致 谢403第一章 绪论1.1 液压传动的定义和发展概况1.1.1 液压传动的定义一部完整的机器由原动部分、传动机构及控制部分、工作机部分（含辅助装置）组成。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器工作任务的直接工作部分，如剪床的剪刀车床的刀架等。由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度的变化范围以及性能要求，在

4、原动机和工作机之间设置了传动机构，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。一切机械都有其相应的传动机构，借助于它达到对动力的传递和控制的目的。 传动机构通常分为机械传动、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。液压传动和气压传动主要是利用液体和气体的压力能来传递能量，而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。1.1.2 液压传动的发展概况液压传动是一门新的学科，虽然从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有二三百年的历史，但直到20世纪30年代它才较普遍

5、地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，液压技术迅速转向名用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。20世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方面发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方

6、向。我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备，后来又用于拖拉机和工程机械上。我国在从国外引进一些液压元件、生产技术的同时，也进行自行研制和设计，液压元件现已形成了系列，并在各种机械设第 1 页 共 47 页备上得到了广泛的使用。1.2 液压传动的系统组成液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的。一个完整的液压传动系统由以下几部分组成：动力元件：是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件。其作用是向液压系统提供压力油，最常见的形式为各种液压泵。液压泵是液压系统的心脏。执行元件：是将液体的压力能转换成机械能的以驱动工作机构的元件。这类元件包括各类液压缸和液压马达。控制元件：是用来控制或调节液压系

7、统中油液的压力、流量或方向，以保证执行装置完成预期工作的元件。这类元件主要包括各种液压阀，如溢流阀、节流阀以及换向阀等。辅助元件：将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起储油、过滤、测量和密封等作用。例如管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等，是液压系统不可缺少的组成部分。1.3课题的来源及意义随着生产加工的不断需求，液压钻床的适用范围也在逐步拓宽。下文就将以一个典型液压钻床来具体研究它的液压系统。1.4本论文的主要研究内容在现代的钻床中液压系统已经被普遍所应用，然而液压系统也在占有不可或缺的作用，因此在本论文中主要研究液压系统在钻床中的应用。主要对液压系统进行设计，其中包括液压

8、泵、液压阀、液压缸等参数的设计以及负载分析、运动过程分析。确定主要参数、拟定液压原理图。计算和选择相关元件、并进行元件的性能验算。绘制液压缸总装配图，并编写技术文件。第 2 页 共 47 页第二章 摇臂钻床2.1摇臂钻床的简介钻床是一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。按用途和结构分类，钻床可以分为立式钻床、台式钻床、多孔钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。目前国内较大的摇臂钻床生产厂家主要有：沈阳中捷机床、沈阳机床集团、

9、山东鲁南精机、山东翔宇机床有限公司等。摇臂钻床简介 图1主轴箱可在摇臂上移动，并随摇臂绕立柱回转的钻床（见上图）。摇臂还可沿立柱上下移动，以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床加工范围广，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船等行业。万向摇臂钻床的摇臂除可作垂直和回转运动外，并可作水平移动，主第

10、3 页 共 47 页轴箱可在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。2.2摇臂钻床的主要结构摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360度。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂

11、移动。2.3摇臂钻床的运动形式当进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给，其运动形式为：1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；2）进给运动为主轴的纵向进给；3）辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。2.4摇臂钻床电气拖动特点及控制要求（1）摇臂钻床运动部件较多，为了简化传动装置，采用多台电动机拖动。例如Z3040型摇臂钻床采用4台电动机拖动，他们分别是主轴电动机，摇臂升降电动机，液压泵电动机和冷却泵电动机，这些

12、电动机都采用直接启动方式。（2）为了适应多种形式的加工要求，摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围，一般情况下多由机械变速机构实现。主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。（3）摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动，为此这两项运动有一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构，进给传动机构实现主轴的旋转和进给。（4）在加工螺纹时，要求主轴能正反转。摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法实现。因此主轴电动机仅需要单向旋转。第 4 页 共 47 页（5）摇臂升降电动机要求能正反向旋转。（6）内外主轴的夹紧与放松、主轴与摇臂的夹紧与放松可用机械操作、电气机械装置，电气液压或电气液压机械等控制方法实

13、现。若采用液压装置，则备有液压泵电机，拖动液压泵提供压力油来实现，液压泵电机要求能正反向旋转，并根据要求采用点动控制。（7）摇臂的移动严格按照摇臂松开移动摇臂夹紧的程序进行。因此摇臂的夹紧与摇臂升降按自动控制进行。（8）冷却泵电动机带动冷却泵提供冷却液，只要求单向旋转。（9）具有连锁与保护环节以及安全照明、信号指示电路。2.5摇臂钻床安全操作规程1工作前对所用钻床和工卡量进行全面检查，确认无误时方可工作。2严禁戴手套操作，女生发辫应挽在帽子内。3工件装夹必须牢固可靠。钻小件时，应用工具夹持，不准用手拿着钻。4使用自动走刀时，要选好进给速度，调整好行程限位块。手动进刀时，一般按照逐渐增压和逐渐减

14、压原则进行，以免用必过猛造成事故。5钻头上绕有长铁屑时，要停车清除。禁止用风吹、用手拉，要用刷子或铁钩清除。6精铰深孔时拔取圆器和销棒，不可用力过猛，以免手撞在刀具上。7不准在旋转的刀具下，翻转、卡压或测量工件。手不准触摸旋转的刀具。8使用摇臂钻时，横臂回转范围内不准有障碍物。工作前，横臂必须卡紧。9横臂和工作台上不准存放物件，被加工件必须按规定卡紧，以防工件移位造成重大人身伤害事故和设备事故。10工作结束时，将横臂降到最低位置，主轴箱靠近立柱，并且都要卡紧。2.6摇臂钻床日常检查及保养1清洗机床外表及死角，拆洗各罩盖，要求内外清洁、无锈蚀、无黄袍，漆见本色铁见光。2清洗导轨面及清除工作台面毛

15、刺。3检查补齐螺钉、手球、手板，检查各手柄灵活可靠性。4检查油质，保持良好，油量符合要求。第 5 页 共 47 页5清除主轴锥孔毛刺。6清洗液压变速系统、滤油网，调整油压。7检查调整升降机构和夹紧机构达到灵敏可靠。8清洗油毡，要求油杯齐全、油路畅通，油窗明亮。9清洗冷却泵、过滤器及冷却液槽。10检查冷却液管路，要求无漏水现象。11清扫电机及电器箱内外尘土。12. 关闭电源,打开电器门盖,检查电器接头和电器元件是否有松动、老化。13. 检查限位开关是否工作正常。（需要通电检查，注意安全）14. 开门断电是否起到作用。15. 检查液压系统是否正常，有无漏油现象。16.各电器控制开关是否正常。2.7

16、摇臂钻床主要特点1采用液压预选变速机构，可节省辅助时间。2主轴正反转、停车（制动）、变速、空挡等动作，用一个手柄控制，操纵轻便。3主轴箱、摇臂、内外柱采用液压驱动的菱形块夹紧机构，夹紧可靠。4摇臂上导轨、主轴套筒及内外柱回转滚道等处均进行淬火处理，可延长使用寿命。5主轴箱的移动除手动外，还能机动。6有完善的安全保护装置和外柱防护及自动润滑装置。2.8摇臂钻床技术参数最大钻孔直径 100毫米 主轴中心线至立柱母线距离最大3150毫米，最小 570毫米。主轴箱水平移动距离 2580毫米。主轴端面至底座工作面距离 最大 2500毫米 ，最小750毫米。 摇臂升降距离 1250毫米 摇臂升降速度 0.

17、61米/分 摇臂回转角度 360度。主轴圆锥孔 莫氏6 主轴转速范围 8-1000转/分，主轴转速级数 22级。主轴进给量范围 0.06-3.2毫米/转 主轴进给量级数 16级。 主轴行程 500毫米 刻度盘每转钻孔深度 170毫米。第 6 页 共 47 页主轴允许最大扭转力矩 2450牛·米。 主轴允许最大进给抗力 50×103牛顿。主电机功率 15千瓦 摇臂升降电机功率 3千瓦。主轴箱及摇臂液压夹紧电机功率 0.75千瓦 立柱液压夹紧电机功率 0.75千瓦。主轴箱水平移动电机功率 0.25千瓦。主轴箱水平移动速度 7.6米/分冷却泵电机功率 0.09千瓦 机床重量（约）

18、 20000公斤 机床轮廓尺寸（长×宽×高） 4650×1630×4525。图2第 7 页 共 47 页第三章 液压钻床的系统分析3.1工况分析首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图3图3.1 速度循环图然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。液压缸所受外负载F包括三种类型，即F=Fw+Ff+Fa式中，Fw为工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本设计中Fw为20000N；Fa为运动部件速度变化时的惯性负载；Ff为导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，对于平导轨Ff可由下式求得Ff=f(G+Frn)式中G为运动部件重力；Fr

19、n为垂直于导轨的工作负载，本设计中为零； f为导轨摩擦系数，在本设计中取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。则求得 Ffs=0.210000(N)=2000(N)Ffa=0.110000(N)=1000(N)式中，Ffs为静摩擦阻力；Ffa为动摩擦阻力。 GvFa= gt式中，g为重力加速度；t为加速或减速时间，一般t=0.01-0.5s；u为t时间内的速度变化量。在本设计中 100004Fa=(N)=340(N) 9.80.260根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表3.1）,并画出如图3.2所示的负载循环图5第 8 页 共 47 页负载循环图图53.2拟定液压系统的原理图确

20、定供油方式 考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低；而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。 如图第 9 页 共 47 页调速方式的选择 在中、小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据钻削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量叶片泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。速度换接方式的选择 本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调

21、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。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。加紧回路的选择 用二位四通电磁阀来控制加紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电加紧方式。考虑到加紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。3.3 液压系统的计算和选择液压元件液压缸主要尺寸的确定第 10 页 共 47 页计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个：缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。(1)缸筒内径D。液压缸的缸筒内径D是根据负载

22、的大小来选定工作压力或往返运动速度比，求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB234880标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。根据负载和工作压力的大小确定D：以无杆腔作工作腔时?(4-32)以有杆腔作工作腔时?(4-33)式中：pI为缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定；Fmax为最大作用负载。(2)活塞杆外径d。活塞杆外径d通常先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。若速度比为v，则该处应有一个带根号的式子：(4-34)也可根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，d=0.30.5D。受压力作用时：pI5MPa时，d=0.50

23、.55D5MPapI7MPa时，d=0.60.7DpI7MPa时,d=0.7D第 11 页 共 47 页(3)缸筒长度L。缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即：L=l+B+A+M+C式中：l为活塞的最大工作行程；B为活塞宽度，一般为(0.6-1)D;A为活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D;M为活塞杆密封长度，由密封方式定；C为其他长度。一般缸筒的长度最好不超过内径的20倍。另外，液压缸的结构尺寸还有最小导向长度H工作压力p的确定。工作压力p可根据负载大小及机器的类型来初步确定FF0C现参阅表1.2取液压缸工作压力为3MPa。第 12 页 共 47 页计算液压缸内径D和活塞

24、杆直径d。由负载图知最大负载F为21000N，按表1.3可取p2为0.5MPa，cm为0.95，考虑到快进、快退速度相等，取dD为0.7。上述数据代入公式 D=4Fp1dp1cm1-1- p2D2可得D=421000(m)=0.1013(m)5253.1430100.951-1-(0.7)30 根据表1.5,将液压缸内径圆整为标准系列直径按工作要求加紧力由两个加紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为2.5MPa。回油背压力为零，cm为0.95，则按式（）可得D=421000-2()(m) m=8.961053.1425100.95按表1

25、.1及表1.2液压缸内径D和活塞杆直径d的尺寸系列，取好夹紧液压缸的D和d按最低工进速度演算液压缸的最小稳定速度，由公式可得qmin0.05103=(cm2)=5(cm2) A>vmin10式中，qmin是由产品样本查得GE系列调速阀AQF3-E10B的最小稳定流量为0.05min。第 13 页 共 47 页本设计中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，即A=4(D2-d2)=4(102-72)(cm2)=40(cm2)可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。计算在各工作阶段液压缸所需的流量2dv快进=(710-2)24m3443=15.41

26、0-（m3）=15.（4Lmin）q快进=22Dv工进=0.125010-3m3443=0.3910-（m3min）=0.39（min）q工进=q快退=D2-d2）v快退=(0.12-0.072)4m3443=1610-（m3min）=16（min）2dv快进=(710-2)24m3443=15.410-（m3）=15.（4Lmin）q快进=确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格。考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为pp=p1+p式中，pp为液压泵为最大工作压力；p1为执行元件最大工作压力；p为进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5MPa，复杂系统取0.51

27、.5MPa，本系统取0.5MPa。pp=p1+p=3+0.5(MPa)=3.5(MPa)上述计算所得的 pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外，考虑到一定压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力pp应满足pn(1.251.6)pp公式。中低压系统取小值，高压系统取最大值。液压泵的最大流量应为qpKL(q)max公式中，qp为液压泵的最大流量；(q)max为同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值，如果这时溢流阀正进行工作，尚需加溢流阀的最小溢流量23min；KL为系统泄露系数，一般取KL=1.11.3min，现取KL=1.2。第 14 页

28、 共 47 页qp=KL(q)max=1.216(Lmin)=19.2(Lmin)选择液压泵的规格。根据以上算得的pp和qp再查阅有关手册，现选用YBS-16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每排量q0=16mLr，泵的额定压力pn=6.3MPa，电动机转速nH=1450rmin，容积效率v=0.85，总效率=0.7。与液压泵匹配的电动机的选定。首先分别算出快进与共进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般当流量在0.21min范围内时，可取=0.030.14。同时还应注意到，为了使所选则的电动机在经过泵的流量特性曲线最

29、大功率点时不致停转，需进行验算，即 pBqp2Pn Pn为所选电动机额定功率；pB为限压式变量泵的限定压力；式中，qp为压力为pB时，泵的输出流量。首先计算快进时的功率，进时的外负载为1000N，进油路的压力损失定为0.3MPa，由式（）可得pp=10000.072410-6+0.3(MPa)=0.56(MPa)快进时所需电动机功率为P=ppqp=0.5616(kW)=0.45(kW) 600.7工进时所需电动机功率为P=ppqp=0.5616(kW)=0.45(kW) 600.7查阅电动机产品样本，选用Y90S-4型电动机，其额定功率为1.1kW，额定转速为1400rmin。根据产品样本可查

30、得YBX-16的流量-压力特性曲线。再由已知的快进时流量为24Lmin，工进时的流量为11Lmin，压力为3.5MPa，做出泵的实际工作时的流量-压力特性曲线，如图所示，第 15 页 共 47 页液压阀的选择 本液压系统可采用力士乐系统或GE系列得阀。方案一：控制液压缸部分选用力士乐系列的阀，其夹紧部分选用叠加阀。方案二：均选用GE系列阀。根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表3.8所示。)第 16 页 共 47 页确定管道尺寸 油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量q=40mi

31、n，压油管的允许流速取v=4ms,则内径d为d=4.6qv=4.6404(mm)=14.5(mm)若系统主油路流量按快退时取q=20Lmin，则可算得油管内径d=10.3mm。综合诸多因素，现取油管内劲d为12mm。吸油管同样可按上式计算（），现参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为25mm。液压油箱容积的确定： 本设计为中液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的57倍来确定，现选用容量为160L的油箱。3.4液压缸的设计计算液压缸工作压力的确定： 液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时，可用类比法来确

32、定。表1.2列出的数据，可供选定工作压力时参考。液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 以单活塞杆液压缸为例说明计算过程。4D2p1=F+4(D2-d2)p2+FfcD2=F+4(D2-d2)p2+Ffc式中，p1为液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力pp；p2为液压缸回油腔背压力，初算时无法准确计算，可先根据表1.3估算；dD为活塞杆直径与液压缸内径之比，可按表1.4选取；F为工作循环中最大的外负载；Ffc为液压缸密封处摩擦力，它的精确值不易求第 17 页 共 47 页得，常用液压缸的机械效率cm进行估算。F+Ffc=Fcm公式中，cm为液压缸的机械效率，一般cm=0.90.97。 将？入式，可

33、求得D为D=4Fp1dp1cm1-1- p2D2活塞杆直径可由值算出，由计算所得的D与d值分别按表1.5与表1.6圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。第 18 页 共 47 页对选定后的液压缸内径D，必须进行最小稳定速度的演算。要保证液压缸节流腔的有效工作面积A，必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积Amin，即A>Amin。Amin qmin vmin式中，qmin为流量阀的最小稳定流量，一般从选定流量阀的产品样本中查得；vmin为液压缸的最低速度，由设计要求给定。如果液压缸节流腔的有效工作面积A不大于计算所得最小有效面积Amin，则说明液压缸不能保证最小稳定速度，此时必须增

34、大液压缸的内径，以满足速度稳定的要求。液压缸壁厚和外径的计算，液压缸壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参照表中的系列尺寸来选取标准值。第 19 页 共 47 页注：液压缸活塞行程参数依、次序优先选用。缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两种公式进行近似计算。无孔情况下t 0.433D2pypy 有孔情况下t 0.433D2式中，t为缸盖有效

35、厚度，m；D2为缸盖止口内径，m；d0为缸盖孔的直径，m。最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞杆支撑面中心到缸盖滑动支撑面中心的距离H称为最小导向长度，如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。第 20 页 共 47 页对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求H LD 202式中，L为液压缸的最大行程；D为液压缸的内径。活塞的宽度B一般取（0.61.0）D；缸盖滑动支撑面的长度l1，根据液压缸内径D而定。当D<80mm时，取l1=（0.61.0）D；当D>80mm时，取l1=（0.61.0

36、）d。为保证最小导向长度H，若过分增大l1和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H来决定，即C=H（l1B）缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。活塞杆稳定性的演算 当液压缸支撑长度LB （1015）d时，需考虑活塞杆弯曲稳定性并进行演算。液压缸的支撑长度LB是指活塞杆全部外伸时，液压缸支撑点与活塞杆前端连接处之间的距离；d为活塞杆直径，具体计算方法可参考有关资料。第 21 页 共 47 页 12第四章 钻床液压系统的设计

37、4.1 绘制液压系统图整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要连续工作。各液压元件尽量采用标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有

38、电磁铁、行程阀。 液压泵是液压传动系统中的能源装置，即动力元件。它的作用是把原动机的机械能转换成油液压力能，向系统提供一定压力和流量的油液，拖动外负载或运动。4.2液压泵的在工程机械中的应用液压泵的主要优点是结构简单紧凑，体积小，重量轻，工艺性好， 价格便宜，字吸能力强，对油液污染不敏感，转速范围大，维护方便，工作可靠。已经广泛应用于工程机械、农业机械船舶机械和航空技术 下面就针对齿轮泵在装载机中的应用进行进一步的介绍。1.齿轮泵齿轮泵的种类很多，按工作压力大致可分为低压齿轮泵（P<=2.5MPa） 中压齿轮泵（P<2.5-8MPa）、中高压齿轮泵（P<8-16MPa）、高压

39、齿轮泵（P<16-32MPa）四种。而在装载机中多用高压齿轮泵。下面是外啮合齿轮泵的工作原理图此轮泵的工作原理图该泵的壳内装有一第 22 页 共 47 页对相同的外啮合齿轮，齿轮两侧靠端盖封闭。壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封的工作腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔由于啮合着的轮齿逐渐脱开，密封工作腔的容积逐渐增大，因而形成部分真空。油箱里的油液在大气压的作用下，经吸油管被吸入，充填所形成的部分真空，并随着齿轮旋转。当油液到达左侧压油区时，由于轮齿在这里逐渐进入啮合，密封工作腔的容积不断减小，因而油液被挤压出去。液压泵不断的旋转，吸油、压油过程便连续进行。这就是齿轮泵的工作

40、原理。齿轮泵的吸油区和压油区是由相互啮合的齿轮、端盖及泵体分隔开的。2.齿轮泵排量和流量的计算齿轮泵每转一周把两个齿轮所有齿槽中所存的油液全部排出。若近似地认为齿槽的容积等于轮齿的体积，则当齿轮齿数为Z、节园直径为D 、齿高为H、模数为M、齿宽为B时，齿轮泵每转一周所排出液体的体积可近似等于外径为mz+2m,内径为mz-2m.厚度为B的圆环体积.即:Qp=Dhb=2zm2b由于齿槽容积比轮齿体积稍大，因而实际几何排量还要大一些，所以通常取：Qp=6.66zm2b齿轮泵的实际输出流量为;Qp=QpNpvp=6.66zm2bNpvp3.齿轮泵会出现的问题（1）困油现象为使传动平稳，啮合齿轮的重叠系

41、数必须大于1，也就是说存在着两对轮齿同时啮合的情况。这样就有一部分油液被困在两队轮齿啮合点之间的密封腔内。消除齿轮泵上述困油现像的办法，通常是在端盖上开出卸荷槽，使密封腔在其容积由大变小时通过左边的卸荷槽和压油腔相通；容积由小变大时，通过右边的卸荷槽和吸油腔相通。（2）泄露问题齿轮泵的泄漏比较大，其高压腔的压力油通过三条途径泄漏到低压腔：一是通过齿顶圆和泵体内孔间的径向间隙；二是通过齿轮端面与端盖之间的轴向间隙；三是轮齿啮合线处的接触间隙。途径一、三的泄漏量较小，途径二的泄漏量较大，一般约占总泄漏量的第 23 页 共 47 页75%-80%。因此，普通齿轮泵的容积效率比较低，输出压力也不易提高

42、。在高压齿轮泵中，一般都使用轴向间隙补偿装置以减少轴向泄漏，提高其容积效率。（3）径向受力平衡问题如图3-2所示，齿轮泵的左册是压油腔，右侧是吸油腔，这两腔的压力是不平衡的，因此齿轮受到了来自压油腔高压油油压的作用；另一方面，压油腔油液沿泵体内孔和齿顶圆之间的径向间隙向吸油腔泄露时，其油压力是递减的，这部分不平衡的油压力也作用于齿轮上。上面两个力联合的结果，使齿轮泵的上、下两个齿轮及其轴承都受到一个径向不平衡的作用。压力油越高，这个径向不平衡力就越大。其结果不仅加速了轴承的磨损，降低了轴承的寿命，甚至使轴弯曲变形，造成齿顶于泵体内孔的摩擦。为了解决这个问题，有的泵采用开压力平衡槽的办法，有的采

43、用缩小压油腔的办法来减小径向力不平衡。4.3液压马达的选择回转机构包括回转驱动装置和回转支承。回转驱动装置一般采用定量马达经过回转减速机的两级行星齿轮及小齿轮与回转支承的内齿圈相啮合而实现转台的回转，具有结构紧凑、体积小、效率高、速比大、承载能力强、发热量和功率损失小、工作可靠等优点。回转支承一般采用滚动轴承式回转支承，其结构相当于放大了的滚动轴承，其中用得最广泛的是单排滚球式和双排滚柱式回转支承。回转支承的座圈滚道与滚球的间隙为0203 mm。双排球式回转支承的外座圈上下可分开，在使用过程中如发现间隙过大，可用千斤顶将转台顶起来，松开外座圈上、下联结螺栓，再适量调整垫片的厚度。在本次设计中我

44、们选用由安徽马鞍山方圆回转支承股份有限公司生产的zl50 型回转支乘回转马达选用日本KYB株式会社生产的MSG-27P-23E型液压回转马达。其最大扭矩为2KN/M，最高转速为70r/min。液压马达的负载计算工作机构作旋转运动时，液压马达必须克服的外负载为：M=Me+Mf+Mi?(1)工作负载力矩Me。工作负载力矩可能是定值，也可能随时间变化，应根据机器工作条件进行具体分析。(2)摩擦力矩Mf。为旋转部件轴颈处的摩擦力矩，其计算公式为：第 24 页 共 47 页Mf=GfR(N·m)式中：G为旋转部件的重量(N)；f为摩擦因数，启动时为静摩擦因数，启动后为动摩擦因数；R为轴颈半径(

45、m)。(3)惯性力矩Mi。为旋转部件加速或减速时产生的惯性力矩，其计算公式为：Mi=J=J (N·m)式中：为角加速度(r/s2)；为角速度的变化(r/s)；t为加速或减速时间(s)；J为旋转部件的转动惯量(kg·m2)，J=1GD2/4g。式中：GD2为回转部件的飞轮效应(Nm2)。图3-4液压马达的工作原理4.4液压阀的选择液压控制阀是液压系统中用来控制液流的压力、流量和流动方向的控制元件、是影响液压系统性能，可靠性和经济性的重要元件。在我设计的装载机中使用的是二位四通手动电磁换向阀（1）方向控制阀方向控制阀简称方向阀，主要用来通断油路或切换油液流动的方向，以满足对执行

46、元件的启停和运动方向的要求。其中有单向阀和换向阀两种。1) 单向阀的选择单向阀在系统中的作用是只允许油液朝一个方向流动，不能反方向流动。常用的单向阀有直控单向阀和液控单向阀。而在我设计的液压系统中采用的是利用直控单向阀完成单向阀的作用即：只允许油液朝一个方向流动，不能反方向流动，利用两个液控单向阀组合使用完成液压锁的功能。具体原理如下。第 25 页 共 47 页图3-5液压锁结构原理图图中两个液控单向阀共用一个阀体和控制活塞，两个锥阀芯分别置于控制活塞的两侧，锥阀芯中装有卸荷阀芯。当P1腔通压力油时，一方面打开左面的锥阀芯使腔P1 与P2腔相通；另一方面由于控制活塞右移，先顶开右面的卸荷阀芯，

47、进而顶开右面的锥阀芯。使P3与P4也相通。同样，P3腔通压力油时也可以使两个锥阀同时打开。即P1、P3中任一腔有压力油时可使P1与 P2以及P3与 P4导通；而P1和 P3腔都不通压力油时，P2和P4腔被两个单向阀封闭。这种阀通常用在系统停止供油时，要求执行原件仍保持锁紧的场合。2) 换向阀的选择换向阀的 作用是利用阀芯和阀体间的相对运动，来变换油液流动的方向。以实现工作机构的直线往复或正反转，也可利用换向阀来接通或关闭油路。在我设计中采用的是二位四通滑阀式手动电磁换向阀，它的工作原理因为很简单就不做详细的介绍了。（2）压力控制阀在液压传动中，用来控制和调节液压系统压力高低的阀类称压力控制阀。

48、按其功能和用途不同可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。1） 溢流阀溢流阀 的功能是靠阀芯的调节作用，可使阀的进口压力不超过或保持恒定值。根据结构不同有直动式、差动式、先导式。由于直动式溢流阀适用于低压液压系统，而先导式溢流阀 调压范围大，适用于高压液压系统，因此此次设计中采用先导式溢流阀 。2） 减压阀第 26 页 共 47 页在此次的设计中为了 防止供油不足所造成不不必要的故障、在设计液压系统时采用了辅助泵，不会出现压力不足，因此也就不需要减压阀。3） 顺序阀顺序阀用来控制液压系统的几个执行元件的先后顺序。控制顺序阀动作的作用力可以是进油路自身压力，也可以是外来油源压力。4） 压力继

49、电器图3-6压力继电器能够自动感到压力变化，但压力达到预定压力时，可以自动将电路进行通断的仪表。压力预定值是根据压力控制要求，预先在压力校验台还是调定的点触点动作的压力值。根据要求查机械设计手册得：HED10A20/35L24/2 压力继电器4.5液压缸的设计图液压缸(1) 液压缸参数的选择每斗料的重量M = 1.21.65 = 1980 (Kg)第 27 页 共 47 页G = mg = 19809.8 = 19404 (KN) 由卸料斗的尺寸图按极限情况计算得所挖斗料自重G与铲斗液压缸产生的推力F在卸料斗底板轴承铰接处转距平衡即 F拉L1 = GL2工作压力的选定关系到设计出和系统是否经济

50、合理；工作压力低，则要求执行元件的容量大，即尺寸大、重量重，系统所需流量也大；压力过高，则对元件的制造精度和系统的使用维护要求提高，并使容积效率降低。一般是根据机械的类型来选择工作压力。执行元件工作压力可以根据总负载值或者主机设备类型选取，如表3-1所示。表3-1各类机械常用的系统工作压力由负载值大小查上表，参考同类型挖掘机，取液压缸工作压力为25MPa安装方式选择缸头耳环带衬套，活塞杆端连接方式选择杆端外螺纹杆头耳环带衬套。又因其伸缩速度缓慢但压力大，故选择带缓冲，油口连接方式选择外螺纹。4.6计算工作装置铲斗液压缸的主要尺寸第 28 页 共 47 页活塞杆直径d与缸筒内径D的计算受拉时：

51、d=(0.3-0.5)D受压时： d=(0.5-0.55)D (p1<5mpa)d=(0.6-0.7)D(5mpa< p1<7mpa)d=0.7D(p1>7mpa)(1) 液压油缸的缸径、杆径和工作压力确定根据技术条件：确定液压缸径和杆径及行程为：缸径D=125mm，杆径d=0.7D=85mm 由此计算出液压系统工作压力为：P=32MPa 4F1(D2-d2)（2847×103）/（×（1252-852）式中F为锁紧力，F=284KN(2) 缸筒壁厚计算根据机械设计手册，在此液压系统中，3.2D/16，故缸筒壁厚应用中等壁厚计算公式，此时：=：强度系

52、数，对无缝钢管， =1C：用来圆整壁厚数 Py:液压缸内最高工作压力。Py=10Mpa D：缸筒内径= s/2.5=175/2.5=70Mpa PyD+C (2.3-3Py)=10×220/(2.3×60-3×10)+C=25mm故油缸缸筒外圆取D1=125mm.(4) 活塞杆长度和缸筒长度计算根据设计要求的行程，来设计活塞杆的长度；本油缸的行程为1020mm，故油缸的活塞杆的长度为1265mm，缸筒的长度为1500 mm4.7液压油管的设计第 29 页 共 47 页1.油管类型的选择图3-8液压油管液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和

53、承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。(1)钢管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。(2)铜管：紫铜管工作压力在6.510?MPa以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。(3)软管：用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为2.58MPa，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。综上

54、所述因此在此次设计中我采用的管道是钢管2.油管尺寸的确定(1)油管内径d按下式计算：式中：q为通过油管的最大流量(m3/s)；为管道内允许的流速(m/s)。一般吸油管取0.55(m/s)；压力油管取2.55(m/s)；回油管取1.52(m/s)。(2)油管壁厚按下式计算：p·d/2式中：p为管内最大工作压力；为油管材料的许用压力，=b/n；b为材料的抗拉强度；n为安全系数，钢管p7MPa时，第 30 页 共 47 页取n=8；p17.5MPa时，取n=6；p17.5MPa时，取n=4。 根据计算出的油管内径和壁厚，查手册选取标准规格油管.4.8油箱容量的选择初步确定油箱的有效容积,跟据经验公式来确定油箱的容量V=qv式中qv-液压泵每分钟排出的压力油的容积