臥式組合鉆孔機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙】

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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - I - 摘 要 面對我國經(jīng)濟(jì)近年來的快速發(fā)展，機(jī)械制造工業(yè)的壯大，在國民經(jīng)濟(jì)中 占重要地位的制造業(yè)領(lǐng)域得以健康快速的發(fā)展。制造裝備的改進(jìn)，使得作為 制造工業(yè)重要設(shè)備的各類機(jī)加工藝裝備也有了許多新的變化，尤其是孔加工， 其在今天的液壓系統(tǒng)的地位越來越重要。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要闡述了組 合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快速前進(jìn) 工作進(jìn)給 快速退回 原位停止。 綜上所述，完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程需要進(jìn)行一系列的工作。設(shè)計(jì)者首先應(yīng)樹 立正確的設(shè)計(jì)思想，努力掌握先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)和科學(xué)的辯證的思想方法。 同時(shí)，還要堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，并在實(shí)踐中不斷總結(jié)和積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，向有 關(guān)領(lǐng)域的科技工作者和從事生產(chǎn)實(shí)踐的工作者學(xué)習(xí)，不斷發(fā)展和創(chuàng)新，才能 較好地完成機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)。 關(guān)鍵詞 組合機(jī)床；液壓系統(tǒng)；液壓缸；液壓泵；換向閥 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - II - Abstract Boring machine hydraulic system design, in addition to the host in action and meet the performance requirements of the provisions, but also must meet the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation, convenient use and maintenance of a number of generally recognized design principles. The design of the hydraulic system is the basis of known conditions to determine the work program of hydraulic, hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other components of the design. To sum up, the need to complete the entire design process to conduct a series of hard work. Enter here Abstract In this paper, focused on the combination of dual-use horizontal boring drilling machine hydraulic system, to achieve the duty cycle is: work fast forward feed situ rapid return to stop, hydraulic technology is mechanical equipment in the fastest growing technologies. Key words :modular machine；tool hydraulic system；pump hydraulic；cylinder 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - III - 目 錄 摘 要 .I Abstract.II 第 1 章 緒 論 .1 1.1 研究意義 .1 1.1.1 液壓技術(shù)及其應(yīng)用 .2 1.1.2 組合機(jī)床液壓系統(tǒng) .2 1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及其組成部分 .3 1.2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理 .3 1.2.2 液壓傳動(dòng)的組成 .4 1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) .5 1.3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) .5 1.3.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) .6 1.4 液壓技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 .6 1.5 課題的來源及研究的目的和意義 .7 1.6 課題的研究內(nèi)容 .9 第 2 章 組合鉆孔機(jī)床液壓系統(tǒng)分析 .10 2.1 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)分析 .10 2.1.1 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖 .10 2.1.2 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)工作過程 .11 2.1.3 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)分析 .12 2.2 雙泵動(dòng)力滑臺(tái)供油液壓系統(tǒng) .12 2.2.1 雙泵供油動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖 .12 2.2.2 雙泵供油液壓系統(tǒng)工作過程 .13 2.2.3 雙泵供油液壓系統(tǒng)分析 .14 2.3 帶蓄能器的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng) .15 2.3.1 帶蓄能器的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖 .15 2.3.2 帶蓄能器的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)工作過程 .15 2.3.3 帶蓄能器的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)分析 .17 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - IV - 第 3 章 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .18 3.1 明確系統(tǒng)要求 .18 3.2 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 .18 3.2.1 工作負(fù)載 .18 3.2.2 慣性負(fù)載 .19 3.2.3 阻力負(fù)載 .19 3.2.4 負(fù)載圖和速度圖的繪制 .20 3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 .21 3.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .23 3.4.1 選用執(zhí)行元件 .24 3.4.2 速度控制回路的選擇 .24 3.4.3 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 .24 3.4.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 .24 3.4.5 液壓系統(tǒng)工作過程 .26 3.4.6 液壓系統(tǒng)工作過程 .27 3.5 液壓元件的選擇 .28 3.5.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 .28 3.5.1.1 選擇液壓泵 .28 3.5.1.2 選擇電動(dòng)機(jī) .28 3.5.2 選其它元件及輔助元件 .29 第 4 章 組合鉆孔機(jī)床液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .32 4.1 動(dòng)力滑臺(tái)液壓站結(jié)構(gòu)圖 .32 4.2 閥塊總裝結(jié)構(gòu)圖 .33 4.3 閥塊結(jié)構(gòu)圖 .33 4.4 液壓缸結(jié)構(gòu)圖 .35 4.4.1 缸筒與缸蓋的連接形式 .35 4.4.2 缸筒材料選擇 .35 4.4.3 液壓缸壁厚的確定 .35 4.4.4 缸筒底部厚度 .35 4.4.5 缸筒頭部法蘭厚度 .35 4.4.6 缸筒與缸蓋的連接計(jì)算 .36 4.4.7 螺釘連接計(jì)算 .36 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - V - 第 5 章 液壓缸的有限元分析 .38 5.1 液壓缸三維模型的建立 .38 5.2 有限元分析基本理論 .38 5.2.1 有限元法的發(fā)展概況 .39 5.2.2 有限元分析的基本思想 .40 5.2.3 有限元法分析過程 .42 5.2.4 ADINA 軟件簡介 .43 5.3 靜力分析 .43 5.4 結(jié)果總結(jié)與分析 .46 第 6 章 組合鉆孔機(jī)床液壓站成本估算 .47 6.1 元件明細(xì) .47 6.2 液壓站報(bào)價(jià)明細(xì) .48 結(jié) 論 .49 致 謝 .50 參考文獻(xiàn) .51 附錄 1.52 附錄 2.55 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 1 - 第 1 章 緒 論 1.1 研究意義 組合機(jī)床（如圖 1-1 所示）是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形 和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。它一般 采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用 機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活 配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)， 在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。 圖 1-1 組合機(jī)床實(shí)物圖 組合機(jī)床一般用于加工箱體類或非凡外形的零件。加工時(shí)，工件一般不 旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、 锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的 組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些 回轉(zhuǎn)體類零件（如飛輪、汽車后橋半軸等）的外圓和端面加工。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 2 - 專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機(jī)床中某些部件 因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。 組合機(jī)床的研制和推廣，是加速機(jī)械工業(yè)技術(shù)革命的有效途徑之一。它 是機(jī)械工業(yè)，特別是汽車、拖拉機(jī)、電動(dòng)機(jī)、儀表以及軍工等生產(chǎn)部門進(jìn)行 機(jī)床革新、推動(dòng)生產(chǎn)發(fā)展的重要設(shè)備。 1.1.1 液壓技術(shù)及其應(yīng)用 液壓技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一，已成為工業(yè)機(jī) 械、工程建設(shè)機(jī)械及國際尖端產(chǎn)品不可缺少的重要技術(shù)基礎(chǔ)。是它們向自動(dòng) 化、高精度、高效率、高速度、小型化、輕量化方向發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。世界 工業(yè)發(fā)達(dá)國家都將液壓工業(yè)列為競爭發(fā)展的行業(yè)，其發(fā)展速度遠(yuǎn)高于機(jī)械工 業(yè)的發(fā)展速度。液壓元件及其控制已發(fā)展成為綜合的液壓工程技術(shù)。 機(jī)械制造是為國民經(jīng)濟(jì)各部門和自身技術(shù)改造提供先進(jìn)技術(shù)裝備的工業(yè) 部門。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、及切削等是機(jī)械制造工業(yè)獲取毛坯、成 形產(chǎn)品及提高零件機(jī)械性能的重要生產(chǎn)方法，在眾多金屬冷、熱加工機(jī)器設(shè) 備中普遍使用液壓技術(shù)，其中壓力機(jī)和金屬切削機(jī)床是應(yīng)用液壓技術(shù)較早較 廣的領(lǐng)域 1。 在車、銑、刨、磨、鉆各類液壓機(jī)床中，主要利用液壓技術(shù)可在較寬范 圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速，具有良好的換向及換接性能，易于實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)， 完成工件及刀具的夾緊、控制進(jìn)給速度和驅(qū)動(dòng)主軸作業(yè)，盡管現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床、 加工中心等先進(jìn)制造設(shè)備中采用電伺服系統(tǒng)，但采用液壓傳動(dòng)與控制仍然是 現(xiàn)代金屬切削機(jī)床自動(dòng)化的重要途徑。在鍛造機(jī)、液壓機(jī)、折彎機(jī)、剪切機(jī) 等壓力加工設(shè)備中，主要利用液壓傳動(dòng)傳遞力較大、便于壓力調(diào)節(jié)控制和過 載保護(hù)的特點(diǎn)，進(jìn)行下料、成形加工等作業(yè)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等 機(jī)器設(shè)備的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境極為惡劣，溫度高、粉塵多、濕度大、有腐蝕性氣 體、振動(dòng)噪聲大。因此要求機(jī)器要有良好的適應(yīng)性、可靠性和維護(hù)性。在造 型機(jī)及澆鑄機(jī)、焊接機(jī)、淬火機(jī)等鑄造、焊接及熱處理機(jī)器設(shè)備中，主要利 用液壓技術(shù)便于無級調(diào)速和遠(yuǎn)距離遙控作業(yè)等特點(diǎn)，進(jìn)行造型及鑄型輸送與 澆鑄、高溫零件抓取等作業(yè)，以減輕勞動(dòng)者勞動(dòng)強(qiáng)度、避免和減少熱輻射和 有害氣體對人身的侵襲并提高生產(chǎn)率。 1.1.2 組合機(jī)床液壓系統(tǒng) 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)主要由通用滑臺(tái)和輔助部分（如定位、夾緊）組成。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 3 - 液壓動(dòng)力滑臺(tái)是組合機(jī)床上的一種通用部件，可根據(jù)加工需要安裝不同用途 的主軸箱，以完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、刮端面、銑削及攻絲等工序 2。 1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及其組成部分 液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的 塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng) 業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土 木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā) 電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車） 、船 頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、 升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、 飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等 3。 1.2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理 液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體 壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行 元件（液壓缸或馬達(dá)）把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí) 現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它 的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類似。 圖 1-2 是組合鉆床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)原理圖 2。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 4 - 9 1 1 死 擋 鐵 停 留 3 4 5 6 1 2 P 2 P 3 快 進(jìn) 一 工 進(jìn) 二 工 進(jìn) 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 1 1 2 7 2 Y A 1 Y A 4 Y A 3 Y A 8 1 0 1-過濾器；2-限壓式變量泵；3，6-單向閥；4-背壓閥；5-順序閥； 7-電液磁換向閥；8，10-單向調(diào)速閥；9，11- 電磁閥；12-壓力繼電器 1-2 組合鉆床 動(dòng)力滑臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖 1.2.2 液壓傳動(dòng)的組成 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由下列 5 部分組成： （1）動(dòng)力元件，即液壓泵，其職能是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的 壓力動(dòng)能（表現(xiàn)為壓力、流量） ，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是系統(tǒng) 的動(dòng)力源 5。 （2）執(zhí)行元件，指液壓缸或液壓馬達(dá)，其職能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械 能而對外做功，液壓缸可驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)） ，液壓 馬達(dá)可完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （3）控制調(diào)節(jié)元件，指各種閥利用這些元件可以控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng) 中液體的壓力、流量和方向等，以保證執(zhí)行元件能按照人們預(yù)期的要求進(jìn)行 工作。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 5 - （4）輔助元件，包括油箱、過濾器、管路及接頭、冷卻器、壓力表等。 它們的作用是提供必要的條件使系統(tǒng)正常工作并便于監(jiān)測控制。 （5）工作介質(zhì)，即傳動(dòng)液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過工作介 質(zhì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的，另外液壓油還可以對液壓元件中相互運(yùn)動(dòng)的零件 起潤滑作用。 1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 1.3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) （1）傳動(dòng)平穩(wěn) 在液壓傳動(dòng)裝置中，由于液壓油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以 認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。油液有吸振能力，在油路中 還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，因此不像機(jī)械機(jī)構(gòu)因加工和裝配誤差會(huì)引起振動(dòng) 扣撞擊，使傳動(dòng)十分平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求 傳動(dòng)平穩(wěn)的機(jī)械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動(dòng)。 （2）質(zhì)量輕/體積小 液壓傳動(dòng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體 積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動(dòng)作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動(dòng) 控制和要求減輕質(zhì)量的機(jī)器來說，是特別重要的。例如我國生產(chǎn)的 1m3 挖掘 機(jī)在采用液壓傳動(dòng)后，比采用機(jī)械傳動(dòng)時(shí)的質(zhì)量減輕了 1t5。 （3）承載能力大 液壓傳動(dòng)易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機(jī)、隧道掘進(jìn)機(jī)、 萬噸輪船操舵機(jī)和萬噸水壓機(jī)等。 （4）容易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速 在液壓傳動(dòng)中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實(shí)現(xiàn)無級凋速，并且凋速范圍很大， 可達(dá) 2000:1，很容易獲得極低的速度。 （5）易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù) 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護(hù)措施，能夠自動(dòng)防止過載，避免發(fā)生事 故。 （6）液壓元件能夠自動(dòng)潤滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動(dòng)裝置能自動(dòng)潤滑，因此元件 的使用壽命較長。 （7）容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 6 - 采用液壓傳動(dòng)能獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作，如仿形車床的液壓仿形刀架、 數(shù)控銑床的液壓工作臺(tái)，可加工出不規(guī)則形狀的零件。 （8）簡化機(jī)構(gòu) 采用液壓傳動(dòng)可大大地簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而減少了機(jī)械零部件數(shù)目。 （9）便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣 裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。目前，液壓傳動(dòng)在組合機(jī)床 和自動(dòng)線上應(yīng)用得很普遍。 1.3.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) （1）液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較格。 （2）實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)困難 液壓傳動(dòng)是以液壓油液為工作介質(zhì)，在相對運(yùn)動(dòng)表面間不可避免的要有 泄漏，同時(shí)油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格 的場合，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。 （3）液壓油液受溫度的影響 由于液壓油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下 工作。 （4）不適宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力。 （5）油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動(dòng)和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受 到影響。 （6）油液容易污染油液污染后，會(huì)影響系統(tǒng)工作的可靠性。 （7）發(fā)生故障不易檢查和排除。 1.4 液壓技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù) 17 世紀(jì)帕斯卡提出的液體 靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一 門技術(shù)。如今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重 要標(biāo)志。第一個(gè)使用液壓原理的是 1795 年英國約瑟夫布拉曼（Joseph Braman，1749-1814 ） ，在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 7 - 于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905 年他又將工作介質(zhì)由水改為 油，使其性能得到了進(jìn)一步的到改善 6。 在流體產(chǎn)品領(lǐng)域內(nèi)，目前世界上最大的流體產(chǎn)品（主要是液壓件、密封 件及液壓附件等）制造企業(yè)，美國的派克（Parket）公司，成立于 1918 年， 也有近 100 年歷史，可以提供品種齊全的、高技術(shù)水平的液壓件、密封件及 所有的液壓附件。目前世界上最大的用于靜液壓系統(tǒng)的變量液壓元件制造企 業(yè)，德國的博士力士樂公司，已有 200 多年的歷史，從 1953 年開始全 面制造液壓元件，也有 50 年以上歷史。其最具特色的產(chǎn)品是用于靜液壓傳 動(dòng)的變量系統(tǒng)液壓元件，無論是斜盤式或斜軸式，閉式（泵控）或開式（閥 控）系統(tǒng)液壓元件品種都非常齊全，能為各種需要靜液壓系統(tǒng)元件的工程機(jī) 械整個(gè)系統(tǒng)成套配套。還有世界上最大的傳動(dòng)部件制造企業(yè)，德國的 ZF 公 司，成立于 1915 年，也有近 100 年歷史，能為各種工程機(jī)械提供品種齊全 的傳動(dòng)部件。在電氣配套件方面，世界最大的德國西門子電氣公司，以及日 本的東芝公司、川崎公司、德國的博士（Bose）公司等，都有 50 年以上， 甚至 100 年以上的悠久歷史，能滿足工程機(jī)械各種高技術(shù)水平的電氣系統(tǒng)和 電氣元件的要求。 第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）后液壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用，特別是 1920 年以 后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初的 20 年間，才開始 進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925 年維克斯（F. Vikers）發(fā)明了壓力平衡式葉 片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動(dòng)的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。 20 世紀(jì)初康斯坦丁尼斯克（G. Constantimsco）對能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)行 的理論及實(shí)際研究；1910 年對液力傳動(dòng)（液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等）方 面的貢獻(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了展。 我國的液壓工業(yè)開始于 20 世紀(jì) 50 年代，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛 壓設(shè)備。60 年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個(gè)工業(yè)部門，在機(jī)床、工程機(jī) 械、冶金、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了 普遍的應(yīng)用。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低 能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時(shí)，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也取得了顯著成果。 目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件， 如插裝閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國機(jī)械工業(yè)在 認(rèn)真消化、推廣國外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓 件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 8 - 合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對一些性能差，而且不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采 用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得 進(jìn)一步發(fā)展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。 近些年來國外工程機(jī)械有一種發(fā)展趨勢，主機(jī)制造企業(yè)逐步向組裝企業(yè) 方向發(fā)展，配套件逐步由供應(yīng)商來提供。比如世界上實(shí)力最強(qiáng)的主機(jī)制造企 業(yè)美國的卡特彼勒（Caterpillar） 、凱斯（Case ） 、日本的小松（Komatsu ） 、 瑞典的沃爾沃（Volvo）等世界上這些大型的工程機(jī)械主機(jī)制造企業(yè)，其配 套件的配套能力也是非常強(qiáng)的，它們的配套件外配的數(shù)量也是在逐年大幅度 地增長，一些中小工程機(jī)械企業(yè)就更是如此，配套件逐步主要由零部件制造 企業(yè)來提供。這樣做有幾大好處，主機(jī)企業(yè)可集中精力把自己的主機(jī)產(chǎn)品作 好，減少配套件完全由主機(jī)企業(yè)自己來承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)，而配套件企業(yè)作得更強(qiáng) 更大，有能力迅速提高配套件的質(zhì)量、技術(shù)水平，同時(shí)能為主機(jī)企業(yè)提供更 多的新產(chǎn)品，這樣更容易促進(jìn)主機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展。國外工程機(jī)械主機(jī)企業(yè)從 1988 年達(dá) 850 億美元的銷售額以來，基本上沒有多大變化，而相反這些年 來配套件從 150 億美元，增長到 1000 億美元，增幅是相當(dāng)大的。因此，國 外工程機(jī)械配套件這些年來得到了快速發(fā)展。國外工程機(jī)械配套件生產(chǎn)歷史 悠久、技術(shù)成熟、品種齊全，完全能滿足各種工程機(jī)械的配套需求國外許多 工程機(jī)械主要配套件企業(yè)都有 50 年，甚至 100 年以上的發(fā)展歷史，企業(yè)的 規(guī)模都相對較大，技術(shù)十分成熟，品種也非常齊全，幾乎應(yīng)有盡有。比如目 前世界上生產(chǎn)密封件及減振器最大的企業(yè)，德國的弗羅伊登貝 （Freudenberg ）公司，成立于 1849 年，生產(chǎn)密封件及減振器已有 100 多年 歷史，其品種應(yīng)有盡有，從技術(shù)上、品種上完全能滿足液壓行業(yè)對密封件及 密封技術(shù)的要求。同時(shí)還不斷推出新的密封材料及新的密封結(jié)構(gòu)，推動(dòng)液壓 密封技術(shù)不斷向更高技術(shù)水平發(fā)展。目前世界上最大的中大型發(fā)動(dòng)機(jī)制造企 業(yè)，美國的康明斯（Cummins）發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司，成立于 1919 年，也幾乎 有近 100 年的歷史。37.3kW（50 馬力）以上的柴油機(jī)可以全方位為各種工 程機(jī)械，甚至所有需要柴油機(jī)動(dòng)力的各種機(jī)械配套，在技術(shù)上可以完全滿足 最苛刻的歐 II、歐 III 排放標(biāo)準(zhǔn)，甚至可以達(dá)到歐 IV、歐 V 排放標(biāo)準(zhǔn) 8。 在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代 化信息技術(shù)正對人類 的生產(chǎn)生活產(chǎn)生著前所未有的影響。這些信息技術(shù)的 進(jìn)步，為今后制造業(yè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)方法與制造技術(shù)模式的改變指明了方向， 為數(shù)字化設(shè)計(jì)資源與制造資源的遠(yuǎn)程共享，進(jìn)一步提高產(chǎn)品開發(fā)效率奠定了 基礎(chǔ)。這一點(diǎn)已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并且有很多科研學(xué)者已經(jīng)投入 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 9 - 到了這方面的研究。目前在液壓領(lǐng)域中，特別是中小企業(yè)在進(jìn)行液壓傳動(dòng)系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，存在著零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復(fù)雜、參考資料缺乏等一系 列困難，而遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)服務(wù)可以解決這些問題。為減輕液壓設(shè)計(jì)人員的工作負(fù) 擔(dān)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變以及設(shè)計(jì)資源、技術(shù)資源和產(chǎn)品信息的共享。 1.5 課題的來源及研究的目的和意義 課題來源于哈爾濱通用液壓機(jī)械制造有限公司。 研究的目的：通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要學(xué)習(xí)掌握綜合運(yùn)用液壓傳動(dòng)、機(jī)械 設(shè)計(jì)、工程系統(tǒng)等課程中所學(xué)理論知識(shí)的能力；著重突出液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的獨(dú) 立性和實(shí)用性，培養(yǎng)和提高獨(dú)立分析問題和解決實(shí)際問題的能力，為今后適 應(yīng)工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 研究的意義：組合機(jī)床是以系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少 量的專用部件組成的專用機(jī)床。它適宜于在大批、大量生產(chǎn)中對一種或幾種 類似零件的一道或幾道工序進(jìn)行加工。這種機(jī)床既有專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡單、 生產(chǎn)率和自動(dòng)程度較高的特點(diǎn)，又具有一定的重新調(diào)整能力，以適應(yīng)工件變 化的需要。其中液壓系統(tǒng)是組合機(jī)床必不可少的部分，由于液壓傳動(dòng)的各種 元件，可以根據(jù)需要方便、靈活地來布置，而且重量輕、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性 小、反應(yīng)速度快，還可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 1.6 課題的研究內(nèi)容 對現(xiàn)有的臥式組合鉆孔機(jī)床液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研和分析，明確組合鉆床液 壓系統(tǒng)的工作機(jī)理和分類，設(shè)計(jì)組合鉆床液壓系統(tǒng)中的相關(guān)部分，并對其進(jìn) 行總結(jié)。其中包括： （1）分析現(xiàn)有組合鉆床的組成和工作原理； （2）設(shè)計(jì)組合鉆床液壓油源系統(tǒng)原理圖； （3）設(shè)計(jì)組合鉆床液壓油源； （4）設(shè)計(jì)液壓缸的裝配圖； （5）設(shè)計(jì)液壓缸的部分零件圖； （6）設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的閥塊裝配圖； （7）設(shè)計(jì)閥塊的零件圖； （8）撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 10 - 第 2 章 組合鉆孔機(jī)床液壓系統(tǒng)分析 2.1 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)分析 2.1.1 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖 圖 2-1 為 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖，下面以實(shí)現(xiàn)二次工作進(jìn)給的 自動(dòng)循環(huán)為例，說明其工作原理 3。 8 1 2 死 擋 鐵 停 留 3 4 5 6 1 3 P 2 P 3 快 進(jìn) 一 工 進(jìn) 二 工 進(jìn) 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 1 1 2 7 2 Y A 1 Y A 3 Y A 1 0 1 1 9 1-過濾器；2-限壓式變量泵；3，6，10-單向閥；4- 背壓閥；5-順序閥； 7-電液磁換向閥； 8,9-調(diào)速閥；11-下行程閥；12-電磁閥；13- 壓力繼電器 圖 2-1 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖 2.1.2 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)工作過程 1快進(jìn) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 11 - 按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵 1YA 通電，電磁換向閥 7 的先導(dǎo)閥左位，液動(dòng) 換向閥在控制壓力油作用下將作為接入系統(tǒng)。 進(jìn)油路 油箱過濾器 1泵 2單向閥 3閥 7閥 11液壓缸左腔 回油路 液壓缸右腔閥 7單向閥 6閥 11液壓缸左腔 2第一次工進(jìn) 當(dāng)滑臺(tái)快進(jìn)到預(yù)定位置時(shí)，壓下行程閥 11，切斷快進(jìn)通道，這時(shí)壓力 油經(jīng)調(diào)速閥 8、電磁閥 12 進(jìn)入液壓缸左腔。由于液壓泵供油壓力高，順序 閥 5 已被打開。 進(jìn)油路 油箱-過濾器 1泵 2單向閥 3閥 7調(diào)速閥 8閥 12液 壓缸左腔 回油路 液壓缸右腔閥 7順序閥 5背壓閥 4油箱 3第二次工進(jìn) 一工進(jìn)結(jié)束時(shí)，擋塊壓下行程閥開關(guān)使電磁鐵 3YA 通電，這時(shí)壓力油 經(jīng)調(diào)速閥 8 和 9 進(jìn)入液壓缸的左腔液壓缸右腔的回油路線與一工進(jìn)時(shí)相同。 此時(shí)，變量泵輸出的流量自動(dòng)與二工進(jìn)調(diào)速閥 9 的開口相適應(yīng)。 4死擋鐵停留 當(dāng)滑臺(tái)以二工進(jìn)速度進(jìn)行碰到死檔鐵時(shí)，滑臺(tái)即停留在死擋鐵處，此時(shí) 液壓缸左腔壓力升高，使壓力繼電器 13 動(dòng)作，發(fā)出電信號(hào)給時(shí)間繼電器。 停留時(shí)間由時(shí)間電器調(diào)定。 5快退 停留結(jié)束后，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵 1YA、3YA 斷電，2YA 通電，電液磁換向閥 7 的先導(dǎo)閥右位工作，液動(dòng)換向閥在控制壓力油作用下 將右位接入系統(tǒng)。 進(jìn)油路 泵 2單向閥 3閥 7液壓缸右腔 回油路 液壓缸左腔閥 10閥 7油箱 6原位停止 當(dāng)滑快退到原位時(shí)，擋塊壓下終點(diǎn)行程開關(guān)，使電磁鐵 2YA 斷電，電 磁先導(dǎo)閥和液動(dòng)換向閥都處于中位液壓缸兩腔油路封閉，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。這 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 12 - 時(shí)泵輸出的油液經(jīng)閥 3 和閥 7 進(jìn)入油箱，泵在低壓卸荷。 2.1.3 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)分析 （1）采用容積節(jié)流調(diào)速回路，無溢流功率損失，系統(tǒng)效率較高，且能 保證穩(wěn)定的低速運(yùn)動(dòng)，較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍。 （2）限壓式變量泵加上差動(dòng)連接的快速回路，即解決了快慢速度相差 懸殊的難題，又使能量利用經(jīng)濟(jì)合理。 （3）采用行程閥實(shí)現(xiàn)快慢速換接，使動(dòng)作的可靠性、轉(zhuǎn)換精度和平穩(wěn) 性都較高。一工進(jìn)和二工進(jìn)之間的轉(zhuǎn)換，由于通過調(diào)速閥 8 的流量很小，采 用電磁閥式換接已能保證所需的轉(zhuǎn)換精度。 （4）限壓式變量泵本身就能按預(yù)先調(diào)定的壓力限制其最大工作壓力， 故在采用限壓式變量泵的系統(tǒng)中，一般不需要另外設(shè)置安全閥。 （5）采用換向閥式低壓卸荷回路，可以減少能量損耗，結(jié)構(gòu)也比較簡 單。 （6）采用三位五通電液換向閥，具有換向性能好，滑臺(tái)可在任意位置 停止，快進(jìn)時(shí)構(gòu)成差動(dòng)連接等優(yōu)點(diǎn)。 2.2 雙泵動(dòng)力滑臺(tái)供油液壓系統(tǒng) 2.2.1 雙泵供油動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖 圖 2-2 為雙泵供油動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖，下面以實(shí)現(xiàn)一次工作進(jìn)給的自 動(dòng)循環(huán)為例，說明其工作原理。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 13 - 8 2 1 0 9 6 P 2 P 3 快 進(jìn) 工 進(jìn) 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 1 3 1 2 Y A 1 Y A 7 P 1 4 3 5 1 1 1 2 死擋鐵停留 1-雙聯(lián)葉片泵；2-溢流閥；3，4，8- 單向閥；5-三位五通電磁換向閥； 6-壓力繼電器；7-單向行程調(diào)速閥；9- 背壓閥；10-外控順序閥； 11-壓力表；12-壓力表開關(guān)；13- 壓力繼電器 圖 2-2 雙泵供油液壓系統(tǒng)圖 2.2.2 雙泵供油液壓系統(tǒng)工作過程 1快進(jìn) 快進(jìn)如圖 2-2 所示，按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵 1YA 通電，由泵 1 輸出地 壓力油經(jīng)三位五通換向閥 5 的左側(cè)，這時(shí)的主油路為： 進(jìn)油路：泵單向閥 3、4三位五通換向閥 2（1YA 得電）單向行 程調(diào)速閥 7液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔三位五通換向閥 5（1YA 得電）單向閥 8單 向行程調(diào)速閥 7液壓缸左腔。 由此形成液壓缸兩腔連通，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)，由于快進(jìn)負(fù)載壓力小，系統(tǒng) 壓力低，變量泵輸出最大流量。 2工進(jìn) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 14 - 當(dāng)滑臺(tái)快到預(yù)定位置時(shí)，此時(shí)要工進(jìn)。擋塊壓下單向行程調(diào)速閥 7 內(nèi)的 行程閥，切斷了該通路，這時(shí)，壓力油只能經(jīng)過單向行程調(diào)速閥 7 的調(diào)速閥 進(jìn)入液壓缸的左腔。由于減速時(shí)系統(tǒng)壓力升高，變量泵的輸出油量便自動(dòng)減 小，且與調(diào)速閥開口向適應(yīng)，此時(shí)液控順序閥 10 打開，單向閥 8 關(guān)閉，切 斷了液壓缸的差動(dòng)連接油路，由于閥 3 壓力升高，背壓閥 9 被打開，液壓缸 右腔的回油經(jīng)背壓閥 9 流回油箱，這樣經(jīng)過調(diào)速閥就實(shí)現(xiàn)了液壓油的速度下 降，從而實(shí)現(xiàn)減速，其主油路為： 進(jìn)油路：泵 單向閥 3三位五通換向閥 5（1YA 得電）單向行程 調(diào)速閥 7液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔三位五通換向閥 5背壓閥 9液控順序閥 10 油箱。 3死擋鐵停留 當(dāng)滑臺(tái)完成工進(jìn)進(jìn)給碰到死鐵時(shí)，滑臺(tái)即停留在死擋鐵處，此時(shí)液壓缸 左腔的壓力升高，使壓力繼電器 6 發(fā)出信號(hào)給時(shí)間繼電器，滑臺(tái)停留時(shí)間由 時(shí)間繼電器調(diào)定。 4快退 滑臺(tái)停留時(shí)間結(jié)束后，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵 1YA 斷電， 2YA 通電，這時(shí)三位五通換向閥 5 接通右位，因滑臺(tái)返回時(shí)的負(fù)載小，系 統(tǒng)壓力下降，變量泵輸出流量又自動(dòng)恢復(fù)到最大，滑快速退回，其主油路為： 進(jìn)油路：泵 單向閥 3、4三位五通換向閥 5（ 2YA 得電）液壓缸 右腔。 回油路：液壓缸左腔單向行程調(diào)速閥 7三位五通換向閥 5（右位） 油箱。 5原位停止 當(dāng)滑臺(tái)退回到原位時(shí)，擋塊壓下單向行程調(diào)速閥 7 的原位行程開關(guān)，發(fā) 出信號(hào)，使 2YA 斷電，換向閥處于中位，液壓兩腔油路封閉，滑臺(tái)停止運(yùn) 動(dòng)。 2.2.3 雙泵供油液壓系統(tǒng)分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 15 - 該液壓系統(tǒng)采用雙泵供油，系統(tǒng)的功率損失小、效率高、節(jié)約能源。 再回路上設(shè)有背壓閥，提高了滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。把調(diào)速閥設(shè)在進(jìn)油路 上，具有啟動(dòng)沖擊小、便于壓力繼電器發(fā)訊控制、容易獲得較低速度。 2.3 帶蓄能器的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng) 2.3.1 帶蓄能器的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖 圖 2-3 為帶蓄能器動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖，下面以實(shí)現(xiàn)一次工作進(jìn)給的自 動(dòng)循環(huán)為例，說明其工作原理 10。 死 擋 鐵 停 留 快 進(jìn) 一 工 進(jìn) 二 工 進(jìn) 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 2 P 3 P 1 1 2 3 4 8 6 5 7 1 Y A 2 Y A 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1-蓄能器；2- 截止閥；4，6，11，14-單向閥；5，17- 壓力繼電器；7- 限壓式變量葉片泵； 8，12，15-調(diào)速閥；9-三位四通電磁換向閥；10- 順序背壓閥；13，16-行程閥 圖 2-3 帶蓄能器的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 16 - 2.3.2 帶蓄能器的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)工作過程 1快進(jìn) 快進(jìn)如圖所示，按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵 1YA 通電，三位四通電磁換向 閥左位，截止閥 2 打開，順序背壓閥無背壓，因此處于左位。 進(jìn)油路分兩個(gè)方向進(jìn)入油路。 液壓泵 7單向閥 6節(jié)流閥 8電磁換向閥 9行程閥 13行程閥 16液壓缸左腔； 蓄能器 1截止閥 2節(jié)流閥 3單向閥 4電磁換向閥 9油箱； 回油路：液壓缸右腔順序背壓閥 10電磁換向閥 9油箱。 2一工進(jìn) 當(dāng)滑臺(tái)快進(jìn)結(jié)束，液壓缸處于工進(jìn)開始位置，此時(shí)液壓缸擋塊把行程閥 13 的推桿壓下，行程閥 13 關(guān)閉，截止閥 2 關(guān)閉，順序背壓閥有背壓，因此 處于右位。 進(jìn)油路：液壓泵 7單向閥 6節(jié)流閥 8電磁換向閥 9調(diào)速閥 12 行程閥 16液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔順序背壓閥 10電磁換向閥 9油箱。 3二工進(jìn) 當(dāng)滑臺(tái)完成一工進(jìn)后，液壓缸處于二工進(jìn)開始位置，此時(shí)液壓缸上的擋 塊把行程閥 16 的推桿壓下，行程閥 16 關(guān)閉，回路中仍有背壓，順序閥處于 右位，工作平穩(wěn)。 進(jìn)油路：液壓泵 7單向閥 6節(jié)流閥 8電磁換向閥 9調(diào)速閥 12 調(diào)速閥 15液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔順序背壓閥 10電磁換向閥 9油箱。 4死擋鐵停留 當(dāng)滑臺(tái)以二工進(jìn)速度進(jìn)行碰到死檔鐵時(shí)，滑臺(tái)即停留在死擋鐵處，此時(shí) 液壓缸左腔壓力升高，使壓力繼電器 17 動(dòng)作，發(fā)出電信號(hào)給時(shí)間繼電器。 停留時(shí)間由時(shí)間電器調(diào)定。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 17 - 5快退 停留結(jié)束后，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，壓力繼電器 17 控制電磁鐵 1YA 斷 電、2YA 通電，電磁換向閥 9 右位，液壓缸有桿腔進(jìn)油，無桿腔回油，截 止閥 2 打開蓄能器向油路供油，由于回油路壓力低，因此順序背壓閥回復(fù)到 原位。 進(jìn)油路分兩個(gè)方向進(jìn)入油路。 液壓泵 7單向閥 6節(jié)流閥 8電磁換向閥 9順序背壓閥 10液 壓缸右腔； 蓄能器 1截止閥 2節(jié)流閥 3單向閥 4電磁換向閥 9順序背 壓閥 10油箱； 回油路：液壓缸左腔單向閥 14單向閥 11電磁換向閥 9油箱。 6原為停止 當(dāng)滑臺(tái)完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)后，電磁鐵 1YA 和 2YA 都斷電，電磁換向閥 9 處于中位，此時(shí)單向閥 4 出口壓力升高，單向閥關(guān)閉，蓄能器停止供油， 由于電磁換向閥 9 采用了 O 型中位機(jī)能，液壓泵不能夠通過換向閥的中位 實(shí)現(xiàn)卸荷，系統(tǒng)停止工作。 2.3.3 帶蓄能器的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)分析 （1）系統(tǒng)采用了“ 限壓是變量葉片泵 調(diào)速閥背壓閥” 調(diào)速回路，采 用容積節(jié)流調(diào)速回路并在回油上設(shè)有背壓閥，能保證系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、低速 穩(wěn)定性好的要求。 （2）節(jié)流閥串聯(lián)實(shí)現(xiàn)二次進(jìn)給，兩次工進(jìn)速度的換接采用由電磁閥切 換的調(diào)速閥串聯(lián)的回路，保證了換接精度，避免換接時(shí)滑臺(tái)前沖，且油路的 布局簡單、靈活。 （3）系統(tǒng)回路中的單向閥作用不同，子系統(tǒng)中與節(jié)流閥和行程閥并聯(lián) 的單向閥是為了防止油液倒流，而蓄能器與系統(tǒng)連接的單向閥是為了防止回 路之間的動(dòng)作干涉。由于單向閥的存在，工進(jìn)和快進(jìn)系統(tǒng)互不干涉 11。 （4）節(jié)流閥同時(shí)起到調(diào)速、防止子系統(tǒng)之間油路相互干涉、增加阻尼 和防止沖擊的作用。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 18 - 第 3 章 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 明確系統(tǒng)要求 加工對象為變速箱箱體孔，材料為鑄鐵（硬度 HB = 240） ，該鉆孔機(jī)床 主軸箱上有 16 根主軸，加工 14 個(gè) 13.9 的孔和兩 8.5 的孔；并對這 16 個(gè) 孔進(jìn)行擴(kuò)孔加工；刀具為高速鋼組合鉆頭，工件重 400kg，加工動(dòng)作順序如 下 動(dòng)力滑臺(tái)快速趨近工件一工進(jìn)（鉆孔加工）二工進(jìn)（擴(kuò)孔加工） 加工結(jié)束快退原位停止。 工作負(fù)載：工作切削阻力，一工進(jìn)時(shí)軸向阻力 Ft2 = 1400（N） ，二工進(jìn) 時(shí)軸向阻力 Ft2 = 8000（N） ；滑臺(tái)移動(dòng)質(zhì)量 m = 510kg； 工作速度：快進(jìn) v 快 = 3.5m/min 0.06m/s；v 快退 = v 快進(jìn) 一工進(jìn) v1 = （80100）mm/min = （1.331.67） 10-3 m/s 二工進(jìn) v2 = （3050）mm/min = （58.33）10 -4 m/s 加減速時(shí)間：t0.2 s。 滑臺(tái)移動(dòng)行程：快進(jìn) s = 200mm，一工進(jìn) s1 = 100mm，二工進(jìn) s2 = 50mm 滑臺(tái)導(dǎo)軌型式：平導(dǎo)軌。靜摩擦系數(shù) fs = 0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)：f d = 0.1. 工作性能要求：運(yùn)動(dòng)速度要平穩(wěn)，滑臺(tái)往復(fù)次數(shù)不大于 30 次/分，液壓 缸效率 = 0.9。 3.2 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 3.2.1 工作負(fù)載 由于切削原理可知，高速鋼鉆頭鉆鑄鐵孔時(shí)的軸向切削力 與鉆頭直tF 徑 D(mm)、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 s(mm/r)和鑄件硬度 HB 之間的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為 6.08)(52HBDsFt 根據(jù)組合鉆床加工的特點(diǎn)，鉆孔時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速 n 和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 s 可選用 下列數(shù)值。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 19 - 對 13.9mm 的孔來說， r/min， mm/r。3601n147.0s 對 8.5mm 的孔來說， r/min， mm/r。52 962 利用上式，求得 N=30468.06.08.0 58417935.214 tF 8N 3.2.2 慣性負(fù)載 NmF()273=064+51=.tv 式中 Fm慣性負(fù)載(N)； m滑臺(tái)和工件的總質(zhì)量(kg)； 單位是時(shí)間速度變化量(m/s)。v 3.2.3 阻力負(fù)載 靜摩擦阻力 N61783=902=.mgfFs 動(dòng)摩擦阻力 N1df 式中 fs靜摩擦系數(shù)； fd動(dòng)摩擦系數(shù)； g重力加速度(m/s 2)。 液壓缸的機(jī)械效率取 ，由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載9.0m 如表 3-1 所示 13。 表 3-1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值 工況 負(fù)載組成 負(fù)載值 F/N 推力 /Nm F 啟動(dòng) sF1783.6 1982 加速 mfd1164.8 1294 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 20 - 快進(jìn) fdF891.8 991 一工進(jìn) +=t FtI 32759.8 36400 二工進(jìn) fdF t 39359.8 43733 快退 891.8 991 3.2.4 負(fù)載圖和速度圖的繪制 已知滑臺(tái)移動(dòng)行程快進(jìn) s=200mm、一工進(jìn) mm，二工進(jìn)10=s mm，快退 mm。負(fù)載圖按上面計(jì)算的數(shù)據(jù)50=2s 35+=21T 繪制，如圖 3-1（a ）所示。速度圖則按已知數(shù)據(jù) 3.5m/min、 0.1m/min、 =0.05m/min 如圖 3-1（b）所示。41v2v3v 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 s / m m F / N 1 9 8 2 9 4 1 3 6 4 0 0 4 3 7 3 3 0 - 1 9 8 2 - 9 4 1 (a) 負(fù)載圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 21 - 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 s / m m v / m / m i n 3 . 5 0 . 1 0 . 0 5 3 . 5 （b）速度圖 圖 3-1 組合機(jī)床液壓缸的負(fù)載圖和速度圖 3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 液壓缸內(nèi)徑 D 和工作壓力選擇及況圖繪制 根據(jù)快進(jìn)與快退速度相等要求，液壓缸可選擇為差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，即 ( 為大腔面積， 為小腔面積)，活塞上力平衡方程（穩(wěn)態(tài)）為：21A12A 14。Fpm=)- 組合機(jī)床為半精加工設(shè)備，取工作壓力 MPa；背壓可取4=1p =0.5MPa 同時(shí)考慮到鉆孔結(jié)束時(shí)可能發(fā)生前沖現(xiàn)象，取 =0.8MPa；最2 2 大負(fù)載 =43733N。maxF 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 22 - m =0.012m).-()-(max 621 1028437=pFA 22 m ， d=0.0874m01AD 式中 d活塞桿直徑(m)。 按 GB/T2348-199315將這些直徑圓整成標(biāo)準(zhǔn)值，為 D=125mm， d=90mm。由此求得液壓缸兩腔實(shí)際有效面積為 cm ， cm712=41.DA2 63=4=2.）-(dDA2 根據(jù)上述 D 與 d 的值可估算液壓缸在個(gè)各工作階段中的壓力、流量和 功率，如表 3-2 所示，并據(jù)此繪出工況圖如圖 3-2 所示。 表 3-2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值 工 況 負(fù)載 F/N 回油腔 壓力 /MPa2p 進(jìn)油腔 壓力 /MPa1 輸入流 量 /Lmiq n 1 輸入功 率 P/kW 計(jì)算式 啟 動(dòng) 1982 0 0.31 )-(2121+=ApAFp ,)(2vqqP= 加 速 1294 1.17 0.67 211 ,2Ap 恒 速 991 1.12 0.62 22.26 0.23 )-(211+=AFp ,)(2vqqP= 一 工 進(jìn) 36400 0.8 3.35 1.23 0.07 11 p ,2A 二 工 進(jìn) 43733 0.8 3.95 0.61 0.04 11 +=Fp)( ,2vqqpP 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 23 - 啟 動(dòng) 1982 P=0 0.34 pAFp2121+=/)( ,2vqqP 加 速 1294 0.5 1.26 211 ,2Ap= 恒 速 991 0.5 1.21 20.69 0.42 211+AFp/)( ,2vqqP p / M P a q / L / m i n P / k M 0 . 3 1 0 . 6 7 0 . 6 2 3 . 3 5 3 . 9 5 1 . 2 1 p P 0 . 2 3 0 . 0 7 0 . 0 4 0 . 4 2 q 2 2 . 2 6 1 . 2 3 0 . 6 1 2 0 . 6 9 s / m m 0 . 3 4 1 . 2 6 圖 3-2 組合機(jī)床液壓缸工況圖 3.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對調(diào)速范圍、 低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問題。速度的 換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 24 - 的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單，成本低，節(jié)約能 源，工作可靠 16。 3.4.1 選用執(zhí)行元件 因系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求正向快進(jìn)和工進(jìn)，反向快退，且快進(jìn)，快退速度相 等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無桿腔面積 等于有桿腔1A 面積 的兩倍。2A 3.4.2 速度控制回路的選擇 圖 3-2 表明，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所需要的 功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路即 可。雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低，但適合于小功率場合，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本 低。該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負(fù)載特性，因此有 三種速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量 泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速 16。 鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，加工過程中切削力變化不大，因此鉆削過 程中負(fù)載變化不大，但要求泵輸出不同的流量，所以采用容積節(jié)流調(diào)速回路。 由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時(shí)的瞬間，存在負(fù)載突變的可能，因此 考慮在工作進(jìn)給過程中采用具有壓差補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回 油路上設(shè)置背壓閥。 由于選定了容積節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開式循環(huán)回路，以提高散 熱效率，防止油液溫升過高。 3.4.3 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 根據(jù)本設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn)快速 運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，由限壓式變量泵供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。 本設(shè)計(jì)采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與 采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，另外采用液控順序閥與單 向閥來切斷差動(dòng)油路。因此速度換接回路與壓力控制形式。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 25 - 3.4.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 選定調(diào)速方案和液壓基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些輔 助性油路，如控制油路、潤滑油路、測壓油路等，并對回路進(jìn)行歸并和整理， 可將液壓回路合成為液壓系統(tǒng)，即組成如圖 3-3 所示的液壓系統(tǒng)圖。 9 1 1 死 擋 鐵 停 留 3 4 5 6 1 2 P 2 P 3 快 進(jìn) 一 工 進(jìn) 二 工 進(jìn) 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 1 1 2 7 2 Y A 1 Y A 4 Y A 3 Y A 8 1 0 1-過濾器；2-限壓式變量泵；3，6-單向閥；4-背壓閥；5-順序閥； 7-電液磁換向閥；8，10-單向調(diào)速閥；9，11- 電磁閥；12-壓力繼電器 3-3 組合鉆床 動(dòng)力滑臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖 為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處，順序閥和液壓腔進(jìn)口處設(shè)置 測壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開關(guān)，這樣只需一個(gè)壓力表即能觀察各壓力。要 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)作，即要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作順序?yàn)椋簡?dòng)加速快進(jìn)減速一 工進(jìn)二工進(jìn)快退停止。則可得出液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表 3-3 所示。表中“+”號(hào)表示電磁鐵通電或行程閥壓下； “-”號(hào)表示電磁鐵斷電 或行程閥復(fù)位。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 26 - 表 3-3 電磁鐵動(dòng)作表 電磁鐵 工況 1YA 2YA 3YA 4YA 快進(jìn) + - - - 一工進(jìn) + - + - 二工進(jìn) + - + + 快退 - + - - 停止 - - - - 3.4.5 液壓系統(tǒng)工作過程 1快進(jìn) 按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵 1YA 通電，電磁換向閥 7 的先導(dǎo)閥左位，液動(dòng) 換向閥在控制壓力油作用下將作為接入系統(tǒng)。 進(jìn)油路 油箱過濾器 1泵 2單向閥 3閥 7閥 9閥 11液壓缸 左腔 回油路 液壓缸右腔閥 7單向閥 6閥 9閥 11液壓缸左腔 2第一次工進(jìn) 當(dāng)滑臺(tái)快進(jìn)到預(yù)定位置時(shí)，電磁鐵 3YA 通電。 進(jìn)油路 油箱過濾器 1泵 2單向閥 3閥 7調(diào)速閥 8閥 10液 壓缸左腔 回油路 液壓缸右腔閥 7順序閥 5背壓閥 4油箱 3第二次工進(jìn) 一工進(jìn)結(jié)束時(shí)，電磁鐵 4YA 通電。 進(jìn)油路 油箱-過濾器 1泵 2單向閥 3閥 7調(diào)速閥 8調(diào)速閥 10液壓缸左腔 回油路 液壓缸右腔閥 7順序閥 5背壓閥 4油箱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 27 - 4死擋鐵停留 當(dāng)滑臺(tái)以二工進(jìn)速度進(jìn)行碰到死檔鐵時(shí)，滑臺(tái)即停留在死擋鐵處，此時(shí) 液壓缸左腔壓力升高，使壓力繼電器 12 動(dòng)作，發(fā)出電信號(hào)給時(shí)間繼電器。 停留時(shí)間由時(shí)間電器調(diào)定。 5快退 停留結(jié)束后，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵 1YA 斷電，2YA 通電， 電液磁換向閥 7 的先導(dǎo)閥右位工作，液動(dòng)換向閥在控制壓力油作用下將右位 接入系統(tǒng)。 進(jìn)油路 泵 2單向閥 3閥 7液壓缸右腔； 回油路 液壓缸左腔閥 10閥 8閥 7油箱。 6原位停止 當(dāng)滑快退到原位時(shí)，使電磁鐵 3YA、4YA 斷電，再使電磁鐵 2YA 斷電， 電磁先導(dǎo)閥和液動(dòng)換向閥都處于中位液壓缸兩腔油路封閉，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。 這時(shí)泵輸出的油液經(jīng)閥 3 和閥 7 進(jìn)入油箱。 3.4.6 液壓系統(tǒng)工作過程 （1）節(jié)流閥串聯(lián)實(shí)現(xiàn)二次進(jìn)給，兩次工進(jìn)速度的換接采用由電磁閥切 換的調(diào)速閥串聯(lián)的回路，保證了換接精度，避免換接時(shí)滑臺(tái)前沖，且油路的 布局簡單、靈活。 （2）采用容積節(jié)流調(diào)速回路，無溢流功率損失，系統(tǒng)效率較高，且能 保證穩(wěn)定的低速運(yùn)動(dòng)，較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍。 （3）限壓式變量泵加上差動(dòng)連接的快速回路，即解決了快慢速度相差 懸殊的難題，又使能量利用經(jīng)濟(jì)合理。 （4）采用換向閥式低壓卸荷回路，可以減少能量損耗，結(jié)構(gòu)也比較簡 單。 （5）采用三位五通電液換向閥，具有換向性能好，滑臺(tái)可在任意位置 停止，快進(jìn)時(shí)構(gòu)成差動(dòng)連接等優(yōu)點(diǎn)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 28 - 3.5 液壓元件的選擇 3.5.1 確定液