第8章 液压系统设计一、液压系统设计步骤和内容1. 液压系统的工况分析 确定该机器中哪些运动需要液压传动来完成 确定各运动的工作顺序和各执行元件的工作循环 确定液压系统的主要工作性能。例如：执行元件的运动速度、调速范围、最大行程以及对运动平稳性的要求等 确定各执行元件所承受的负载及其变化范围。一、液压系统设计步骤和内容2. 拟定液压系统原理图 采用何种形式的执行机构。 确定调速方案和速度换接方法。 如何完成执行机构的自动循环和顺序动作； 系统的调压、卸荷及执行元件的换向和安全互锁等要求； 压力测量点的合理选择。一、液压系统设计步骤和内容3. 液压系统的计算和选择液压元件 计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量 计算液压泵的工作压力、流量和传动功率 选择液压泵和电机的类型和规格 选择阀类元件和辅助元件的规格一、液压系统设计步骤和内容4. 对液压系统进行验算计算压力损失、发热温升等5. 编制正式工作图和编制技术文件 正式工作图包括：液压系统原理图，自行设计的全套设计图（指液压缸、油箱等非标准件），泵、阀及管路安装总图。 技术文件包括：基本件、标准件、通用件及外购件汇总表，液压元件安装和测试要求，设计说明书等。液压油路板连接集成块连接叠加阀连接一、液压系统设计步骤和内容4. 对液压系统进行验算计算压力损失、发热温升等5. 编制正式工作图和编制技术文件 正式工作图包括：液压系统原理图，自行设计的全套设计图（指液压缸、油箱等非标准件），泵、阀及管路安装总图。 技术文件包括：基本件、标准件、通用件及外购件汇总表，液压元件安装和测试要求，设计说明书等。二、液压系统设计实例例题1：设计一台卧式单面多轴组合机床动力滑台液压系统。要求液压系统完成的工作循环是：快进-工进-快退-停止。 运动部件的重力：10000N，快进快退速度：4m/min，工进速度：0.05m/min，快进行程：100mm，工进行程：50mm，最大切削力：20000N，采用平面导轨，加速减速时间0.2S，动摩擦系数0.2，静摩擦系数0.1。1. 工况分析速度循环图：二、液压系统设计实例例题1：设计一台卧式单面多轴组合机床动力滑台液压系统。要求液压系统完成的工作循环是：快进-工进-快退-停止。 运动部件的重力：10000N，快进快退速度：4m/min，工进速度：0.05m/min，快进行程：100mm，工进行程：50mm，最大切削力：20000N，采用平面导轨，加速减速时间0.2S，动摩擦系数0.2，静摩擦系数0.1。1. 工况分析1. 工况分析负载计算F=Fw+Ff+Fa Fw-工作载荷，Ff-摩擦阻力， Fa-惯性力Fw=20000N, Ff=0.2x10000=2000N 静摩擦 Ff=0.1x10000=1000N 动摩擦Fa=G/gxv/t=10000/9.8x4/(0.2x60)=342N二、液压系统设计实例例题1：设计一台卧式单面多轴组合机床动力滑台液压系统。要求液压系统完成的工作循环是：快进-工进-快退-停止。 运动部件的重力：10000N，快进快退速度：4m/min，工进速度：0.05m/min，快进行程：100mm，工进行程：50mm，最大切削力：20000N，采用平面导轨，加速减速时间0.2S，动摩擦系数0.2，静摩擦系数0.1。1. 工况分析1. 工况分析负载计算二、液压系统设计实例例题1：设计一台卧式单面多轴组合机床动力滑台液压系统。要求液压系统完成的工作循环是：快进-工进-快退-停止。 运动部件的重力：10000N，快进快退速度：4m/min，工进速度：0.05m/min，快进行程：100mm，工进行程：50mm，最大切削力：20000N，采用平面导轨，加速减速时间0.2S，动摩擦系数0.2，静摩擦系数0.1。2 液压系统方案设计 确定供油方式 执行元件的选择 调速方式的选择 速度换接方式的选择 换向回路的选择 组成液压系统原理图二、液压系统设计实例例题1：设计一台卧式单面多轴组合机床动力滑台液压系统。要求液压系统完成的工作循环是：快进-工进-快退-停止。 运动部件的重力：10000N，快进快退速度：4m/min，工进速度：0.05m/min，快进行程：100mm，工进行程：50mm，最大切削力：20000N，采用平面导轨，加速减速时间0.2S，动摩擦系数0.2，静摩擦系数0.1。3. 液压系统的计算和液压元件的选择液压缸主要尺寸的确定工作压力p: 由负载大小和机器类型确定，查书表8-1。初选p=4MPa计算液压缸内径D和活塞杆直径d: 按表8-2取背压0.8MPa, m=0.95， 按快进、快退速度相等，取d/D=0.7 A1p1=A2p2+F, 计算并圆整D=90mm, d=63mm校核最小速度二、液压系统设计实例例题1：设计一台卧式单面多轴组合机床动力滑台液压系统。要求液压系统完成的工作循环是：快进-工进-快退-停止。 运动部件的重力：10000N，快进快退速度：4m/min，工进速度：0.05m/min，快进行程：100mm，工进行程：50mm，最大切削力：20000N，采用平面导轨，加速减速时间0.2S，动摩擦系数0.2，静摩擦系数0.1。3. 液压系统的计算和液压元件的选择液压缸在各工作阶段流量的确定注意：1.差动快速运动：有杆腔压力增大0.5MPa； 2.快退回油腔无背压，但管路有损失，取背压为0.5MPa。二、液压系统设计实例例题1：设计一台卧式单面多轴组合机床动力滑台液压系统。要求液压系统完成的工作循环是：快进-工进-快退-停止。 运动部件的重力：10000N，快进快退速度：4m/min，工进速度：0.05m/min，快进行程：100mm，工进行程：50mm，最大切削力：20000N，采用平面导轨，加速减速时间0.2S，动摩擦系数0.2，静摩擦系数0.1。3. 液压系统的计算和液压元件的选择确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格泵的工作压力： Pp=p1+p+0.5MPa=4.8MPa小泵流量： q11.1x0.32+2.5=2.85L/min大泵流量： q21.1x12.9-q1=11.35L/min选择产品样本，选用YB-4/12型双联叶片泵。 额定压力6.3MPa，额定转速960r/min 小泵：qe=4L/min, 大泵qe=12L/min二、液压系统设计实例例题1：设计一台卧式单面多轴组合机床动力滑台液压系统。要求液压系统完成的工作循环是：快进-工进-快退-停止。 运动部件的重力：10000N，快进快退速度：4m/min，工进速度：0.05m/min，快进行程：100mm，工进行程：50mm，最大切削力：20000N，采用平面导轨，加速减速时间0.2S，动摩擦系数0.2，静摩擦系数0.1。3. 液压系统的计算和液压元件的选择电机的选择 分阶段计算电机所需的功率，取效率为0.5 经计算快退时的功率最大，查产品样本，选Y90L异步电动机。该电机功率为1.1KW，额定转速910r/min液压元件选择 由流量和压力进行选择，查产品样本二、液压系统设计实例例题1：设计一台卧式单面多轴组合机床动力滑台液压系统。要求液压系统完成的工作循环是：快进-工进-快退-停止。 运动部件的重力：10000N，快进快退速度：4m/min，工进速度：0.05m/min，快进行程：100mm，工进行程：50mm，最大切削力：20000N，采用平面导轨，加速减速时间0.2S，动摩擦系数0.2，静摩擦系数0.1。4 液压系统验算压力损失验算发热温升验算二、液压系统设计实例例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。1. 工况分析速度循环图：二、液压系统设计实例例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。1. 工况分析负载计算F=Fw+Ff+Fa Fw-工作载荷，Ff-摩擦阻力， Fa-惯性力Fw=18000N, Ff=0.2x25000=5000N 静摩擦 Ff=0.1x25000=2500N 动摩擦Fa=G/gxv/t=25000/9.8x5/(0.05x60)=4230N二、液压系统设计实例1. 工况分析负载计算例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。二、液压系统设计实例2. 拟定液压系统原理 确定供油方式调速方式的选择速度换接方式的选择夹紧回路的选择例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。二、液压系统设计实例3. 液压系统的计算和液压元件的选择液压缸主要尺寸的确定工作压力p: 由负载大小和机器类型确定，查书表8-1。初选p=3MPa计算液压缸内径D和活塞杆直径d: 按表8-2取背压0.5MPa, m=0.95， 按快进、快退速度相等，取d/D=0.7 A1p1=A2p2+F, 计算并圆整D=100mm, d=70mm同样，夹紧缸取P=2.5MPa, 背压为0，计算并圆整得： D=100mm,d=70mm例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。二、液压系统设计实例3. 液压系统的计算和液压元件的选择液压缸在各工作阶段流量的确定Q工进=/4D2xv工进=9.42L/minQ快进=19.2L/minQ快退=20L/minQ夹紧=9.42l/min例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。二、液压系统设计实例3. 液压系统的计算和液压元件的选择确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格泵的工作压力： Pp=p1+p=3+0.5=3.5MPa 为保证一定的压力储备，pe=1.25Pp=4.4MPa泵的流量： qpK(q)max=1.3x20L/min=24L/min选择液压泵的规格：查有关手册：选用ybx-16限压式变量叶片泵。 基本参数为：额定压力： 6.3MPa，电动机转速：1450r/min， 转排量:16ml/r，容积效率：0.85，总效率：0.7例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。二、液压系统设计实例3. 液压系统的计算和液压元件的选择确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格与液压泵匹配的电机的选择： 计算最大功率，作为选择电机的依据。 快进：P=0.45KW, 工进：P=0.79KW查阅电机产品样本，选y90s-4型电动机，额定功率1.1KW, 额定转速1400r/min例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。二、液压系统设计实例3. 液压系统的计算和液压元件的选择确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格做出实际流量压力特性曲线。例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。二、液压系统设计实例 现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。3. 液压系统的计算和液压元件的选择液压阀的选择二、液压系统设计实例3. 液压系统的计算和液压元件的选择确定管道尺寸 差动连接：q=40l/min,压油管允许流速v=4m/s 计算内径d=14.5mm 快退时q=20L/min,可计算内径d=10.3mm, 所以取d=12mm液压油箱容积的确定 取5-7分钟泵的流量，取160L例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。二、液压系统设计实例4. 液压系统验算压力油的选择：l-hl-32液压油验算压力损失系统温升的验算例题2：现设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧-工作台快进-工作台工进-工作台快退-工件松开。 运动部件的重力：25000N，快进快退速度：5m/min，工进速度：100120mm/min，最大行程：400mm，其中工进行程：180mm，最大切削力：18000N，采用平面导轨，夹紧缸行程：20mm，夹紧力：30000N，夹紧时间为1S。