《液压传动技术》综合训练项目。
指导书。适用专业：机械设计与制造（液压气动技术方向）
编写人吴百中。
温州职业技术学院机械工程系。
第一部分设计内容及要求。
一、项目实施目的
液压系统的设计是液压驱动设备整机设计的重要组成部分，主要任务是综合运用《液压传动技术》课程所学的基本知识和方法，通过源于企业的真实课题模拟设计，学习和掌握液压系统的设计步骤、内容和方法。通过综合实践训练，使学生能根据工作要求确定液压系统的主要参数、设计和绘制系统油路原理图，掌握必要的技术参数设计计算方法，合理地选择和确定液压控制元件的类型和规格，对所设计的液压系统性能进行校验算，并能利用液压传动综合训练实验台进行模拟装搭和调试，为进一步进行液压系统结构设计打下良好的基础。
二、预备知识和能力要求。
根据机械设计与制造专业液压气动技术方向人才培养方案安排，该项目在第四学期末或第五学期初实施。在项目实施前，学生已经学习了《机械制。
将全班分为5个设计小组，各组的原始数据不同）
图》、《机械设计基础》、《电气控制技术》、《液压传动技术》等课程，掌握了图样绘制技能，油路图绘制方法，常见液压回路的装调技能，液压系统技术参数一般计算方法等。
三、项目设计具体内容和任务。
设计一台立式镗孔专用机床液压系统，要求该系统驱动的工作滑台能完成以下工作循环：
快进 ——工进 ——死挡铁停留 ——快退 ——原位停止（半自动循环）专机采用平导轨，设计原始数据如下表所示。
附专机结构示意图：
需完成的主要设计工作：
1) 明确设计要求，对专机进行工况分析；
2) 确定液压系统的主要性能参数；
3) 拟订液压系统原理图；
4) 计算和选择液压缸、泵及液压控制元件；
5) 验算液压系统的性能，并在液压实验台上进行模拟装搭和调试；
6) 编写技术文件（设计说明书）；
四、项目实施成果形式。
学生通过该综合实践的训练，应完成和提供下列的技术资料：
1) 液压系统原理图1张（a3）；
2) 液压缸、泵及控制元件、辅件清单；
(3) 设计计算说明书1份。
（4）电气控制系统的设计任务书1份。
五、项目设计进度安排（总课时：二周，48学时）
六、考核方式。
对参加项目训练的每个学生按照下表设置的项目进行考核，按照百分制记录，综合得分值折算为五级制。
100 ~ 90分为优，89 ~ 80分为良，79 ~ 70分为中，69 ~ 60分为及格，低于60分为不及格。）
第二部分设计步骤与方法。
一、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；
2)确定液压系统的主要性能参数；
3)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。
1. 明确设计要求，进行工况分析。
1.1 明确设计要求。
对液压系统的设计要求是设计液压系统的依据，设计前必须将它搞清楚。明确设计要求往往从以下几个方面考虑：
1.1.1主机的概况了解
一般液压系统是为主机配套的，因此明确设计要求一般应从了解主机开始。了解主机概况一般从以下几方面着手：
1）主机的用途、总体布局、主要结构，主机对液压装置的位置和空间尺寸的限制。
2）主机的工艺流程或工作循环、技术参数与性能要求。
3）作业环境与条件等。
1.1.2明确主机对液压系统提出的任务和要求。
1）主机要求液压系统完成的动作和功能，执行元件的运动方式**动、移动或摆动）、动作循环及其工作范围。
2）外界负载大小、性质及变化范围，执行元件运动速度大小及变化范围。
3）各液压执行元件的动作顺序、转换及互锁要求。
4）对液压系统的工作性能方面的要求，如运动平稳性、定位和转换精度、停留时间、自动化程度、工作效率、噪声等方面的要求，对于高精度、高生产率的自动化主机，不仅会对液压系统提出静态性能指标，往往还会提出动态性能指标。
1.1.3明确其它要求。
1）明确液压系统的工作条件和环境条件，如环境的温度、湿度、污染和振动冲击情况。有无腐蚀性和易燃性物质存在，这牵涉到液压元件和工作介质的选用，也牵涉到所需采用的防护措施等。
2）对液压系统的重量、外形尺寸、经济性等方面的要求。
1.2工况分析。
工况分析就是要分析执行元件在整个工作过程中速度和负载的变化规律，求出工作循环中各动作阶段的速度和负载的大小，画出速度图和负载图（简单系统可不画）。从这两张图中可以方便地看出系统对液压执行元件作用的负载和速度的要求及它们的变化范围，还可方便地确定最大负载值、最大速度值，以及它们所在的工作阶段，这是确定液压系统方案、确定液压系统性能参数和执行元件结构参数的主要依据。
1.2.1速度分析速度图。
速度分析就是对执行元件在整个工作循环中各阶段所要求的速度进行分析，速度图即是用图形将这种分析结果表示出来的图形。速度图一般用速度—时间（v—t）或速度—位移（v—l）曲线表示。图1（a）为一机床进给油缸的动作循环图例，及图1（b）是其相应的速度图例。
1.2.2负载分析与负载图。
负载分析就是对执行元件在整个工作循环中各阶段所要求克服的负载大小及其性质进行分析，负载图即是用图形将这种分析结果表示出来的图形。负载图一般用负载—时间（f—t）或负载—位移（f—l）曲线表示。
1）液压缸的负载分析。
液压缸在做直线往复运动时，要克服以下负载：工作负载、摩擦负载阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和背压力。前四种属于外负载，后两种属于内负载。
在不同的动作阶段，负载的类型和大小是不同的。下面分别予以讨论。
1） 启动阶段。
启动阶段的液压缸活塞或缸体及其与它们相连的运动部件处于要动而未动状态，其负载f由以下2项组成。
式中 ffs——静摩擦力；
fn——作用在摩擦面（如导轨面或支承面）上的正压力；
fs——摩擦面的静摩擦系数，其数值与润滑条件、导轨的种类和材料有关（见表1）；
fg——垂直或倾斜放置的运动工作部件重量在油缸运动方向的分量，工作部件向上运动时为正负载，向下运动时为负负载。若工作部件是水平放置时，则fg=0。
(2) 加速阶段。
加速阶段的液压缸活塞或缸体及其与它们相连的运动部件从速度为零到恒速（一般为非工作阶段的快速运动）阶段，这时的负载f由下式计算。
式中 ffd——动摩擦力；
fd——动摩擦系数(见表1)；
fm——惯性阻力，这是液压缸活塞或缸体及其与它们相连的运动部件在加速（或制动减速）过程中得到惯性阻力， 其值可按牛顿第二定律求出，加速时阻力为正，制动减速时为负；
△v——速度的改变量，即恒速值；
△t——启动或制动时间，机床一般取△t =0.01~0.5s，轻载低速运动部件取小值，重载高速运动部件取大值。行走机械可取△v / t =0.5~1.5m/s2；
g——运动部件的重量；
g——重力加速度。
表1 导轨摩擦系数。
3）恒速阶段。
该阶段负载由下式决定。
式中 fl——工作负载，如切削力等。其方向与液压缸运动方向相反时取正值，相同时取负值。在非工作行程(如快进)时取fl =0.
4） 制动阶段。
该阶段负载由下式决定。
因制动时是减速，因此惯性力fm为负值。
上述四个动作阶段，在液压缸的反向运动中，也都存在，只是在快退过程中不存在工作行程，因此整个快退恒速阶段取fl =0。
以上计算均是计算液压缸的外负载，要计算液压缸的总负载力，还应计算液压缸的内负载力，即密封阻力和运动的背压阻力。前者是指密封装置零件在相对运动中产生的密封摩擦力， 其值与密封装置的结构类型、液压缸的制造质量和工作压力有关，具体计算比较繁琐，一般在初步计算中都将其考虑在液压缸的机械效率（ηm）中。后者是指液压缸回油腔的背压阻力，它是由回油管路上的液压阻力决定的。
在系统方案与结构尚未确定前，它是无法计算的。在液压缸尺寸已知的情况下，可根据表2所示的经验数据进行估算。一般可先忽略不计，待系统回路和液压执行元件结构尺寸确定时再将其计算进去。
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