雙端面臥式組合機床液壓系統設計含開題及3張CAD圖

雙端面臥式組合機床液壓系統設計含開題及3張CAD圖,端面,臥式,組合,機床,液壓,系統,設計,開題,cad XXXX XXX設計（XX）開題報告 設計（論文）題目： 雙端面臥式組合機床液壓系統設計 ?！I(yè)、　班　級： 學　生　　姓　名： 指導教師（職 稱）： 20XX年 3月 27日填 一、選題依據 1. 設計（論文）題目 2．研究領域 3．設計（論文）工作的理論意義和應用價值 4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢 1. 設計（論文）題目：組合機床液壓系統設計。 2．研究領域：機械設計——液壓系統設計。 3．設計（論文）工作的理論意義和應用價值： 組合機床液壓傳動系統可以采用機械傳動、采用電氣化、采用液壓傳動。在同等條件下，采用液壓傳動比采用電氣化及機械傳動，具有以下優(yōu)點： （1）便于實現無級調速，調速范圍比較大。 （2）在同等功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、質量輕、慣性小、結構緊湊。 （3）工作平穩(wěn)，反應快、沖擊小，能頻繁啟動和換向。易于吸收沖擊力和自動防止過載。 （4）控制、調節(jié)比較簡單，操縱比較方便、省力，易于實現自動化。 （5）易于實現過載保護，采用油液作工作介質，能自行潤滑，所以壽命長。 （6）易于實現系列化、通用化、標準化，易于設計、制造和推廣使用。 （7）液壓元件的布置不受嚴格的空間位置限制，系統中各部分元件用管道連接，布局安 排有很大的靈活性，能構成用其他方法難以組成的復雜系統。 4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢： 液壓傳動開始應用于十八世紀末，于一七九五年英國制造第一臺水壓機算起已有二 百一十三年的歷史。然而在工業(yè)上被廣泛應用，具有大幅度發(fā)展確是近五六十年的事情。 隨著生產力的不斷提高，于上個世紀五六十年代液壓技術很快轉入民用工業(yè)。在機床 、工程機械、農業(yè)機械、汽車和船舶等行業(yè)獲得較大發(fā)展。尤其在六十年代后，隨著原子能、空間技術、計算機技術的發(fā)展，液壓技術也得到很大的發(fā)展。特別是近十年來，液壓技術與傳感技術、微電子技術密切結合，出現了諸如電液比例控制閥、數字閥、電液伺服閥、液壓缸等機（液）電一體化元件，使其向著高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、長壽命、高度集成化、復合化、小型化以及輕量化等方向發(fā)展。 總之，液壓技術是近代工業(yè)技術的一個重要分支?？梢韵嘈?，它與迅猛發(fā)展起來的電 子技術結合，將進一步顯示出其強大的威力和優(yōu)越性。 二、設計（論文）研究的內容 1．重點解決的問題 2．擬開展研究的幾個主要方面（設計思路或論文寫作大綱） 3．本設計（論文）預期取得的成果 1．重點解決的問題：液壓系統設計。 2．擬開展研究的幾個主要方面（設計思路或論文寫作大綱）： （1）明確組合機床的組成及工作原理。 （2）工況的分析。 （3）擬定液壓系統原理圖。 （4）液壓系統計算及選擇液壓元件。 （5）液壓系統驗算、繪制裝配圖及閥塊零件圖。 3．本設計（論文）預期取得的成果： (1)液壓系統原理圖、裝配圖、閥塊零件圖（即A0圖不少于兩張）。 (2)設計說明書（15000字左右）。 三、設計（論文）工作安排 1．擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數） 2．設計（論文）進度計劃 1．擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）: 要求完成如下動作循環(huán)：夾緊—快進—工進—快退—松開 運動部件重量估計為30000N，快進，快退速度為6m/min，工進速度為100-200mm/min,最大行程為500mm,其中工進行程長度為200mm，最大切削力為18000N，采用平面導軌，夾緊缸的行程為20mm，夾緊力為30000N，夾緊時間為1s。 2．設計（論文）進度計劃： 第1周——第2周 實習參觀 查閱資料 第3周 編寫開題報告 第4周 確定總體設計方案 第5周——第6周 計算選擇元件 第7周——第8周 畫系統裝配圖 第9周——第10周 畫集成塊圖 第11周——第12周 畫總裝配圖并拆畫零件圖 第13周——第14周 編寫設計說明書 第15周 答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 許賢良. 液壓傳動[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社，2006.9: 283-292 [2] 王守城. 液壓傳動[M]. 北京: 北京大學出版社，2007.7 [3]《機械設計手冊》編委會. 液壓傳動與控制[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社，2007.2 [4] 余新陸. 液壓系統說明[J]. 機械制造業(yè)，2005.08: 28-29 [5] 朱廣立. 專用自動鉆床液壓傳動系統設計[J]. 機械制造與自動化，2005.03: 14-15 [6] 鄧英劍. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社，2007.8 [7] 李如松. 組合機床和自動線的技術發(fā)展[J]. 組合機床與自動化加工技術，1999.01: 24-26 [8] 張利平. 液壓傳動系統及設計[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社，2005.8 [9] 宋錦春. 液壓與氣壓傳動[M]. 科學出版社，2006.9 [10] 李秀敏. 組合機床行業(yè)現狀與發(fā)展思考[J]. 航空制造技術，2003.04: 41-43 審 核 意 見 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內容、工作安排等方面進行評閱） 簽字：　　　 年　　月　　日 系主任意見 簽字：　　　　　年　　月　　日 學院教學指導委員會意見 簽字：　　　　　　年　　月　　日 公章： 雙端面臥式組合機床液壓系統設計 摘 要 液壓系統就是通過工作介質進行能量傳遞和控制的一種傳動系統。就是通過各種元件組成具有一定控制功能的傳動系統。 液壓傳動在實現高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經久耐用、高度集成化等方面取得重大進展，在完善比例控制、伺服控制、數字控制等方面也有許多新成就，并且液壓傳動具有許多優(yōu)點。 ⑴結構緊湊，體積小，反應快； ⑵易實現無級調速，調速比大； ⑶運轉平穩(wěn)； ⑷易于實現自動化； ⑸磨損小，壽命長； ⑹液壓元件易于通用化，標準化，大批量生產。 本次設計的題目為組合機床液壓系統設計。 本文根據以上總體趨勢和題目設計的要求，比較幾種方案后確定設計方案，并對液壓系統的原理、負載特性等加以分析，在此基礎上運用所學知識對液壓元件、液壓裝置等主要零部件進行結構設計，最終完成整個液壓系統的結構設計。 同時，本文也對液壓系統的計算等非原理性內容做了較為詳盡的介紹。 關鍵詞： 組合機床； 液壓系統； 液壓傳動 Abstract Hydraulic system is the medium through the work of energy transfer and control of a transmission system. Through a variety of components that have a certain control functions of the transmission system. In the realization of high-pressure hydraulic, high-speed, high power, high efficiency, low noise, durable, highly integrated, and so on to make significant progress in improving the proportion of control, servo control, digital control, there are many new achievements, and hydraulic transmission has many advantages. ⑴ compact structure, small size, fast response; ⑵ easily achieve the stepless speed regulation, speed ratio; ⑶ smooth operation; ⑷ easy to automate; ⑸ wear, long life; ⑹ hydraulic components easy generalization, standardization, high-volume production. The topic of design for the combination machine tools hydraulic system design. In this paper, the overall trend in the light of the above design requirements and the title, after comparing several program design, and the principle of the hydraulic system, load characteristics, such as analysis, on the basis of the use of the knowledge of hydraulic components, hydraulic equipment The main components such as structural design, and ultimately to complete the structural design of the hydraulic system. At the same time, this article on the calculation of the hydraulic system of the contents of non-principle has done more detail. Key words: combination machine tools; hydraulic system; hydraulic transmission  目 錄 引 言 1 1 組合機床液壓系統 4 2 系統總體分析 6 2.1機床類型及動作要求 6 2.1.1機床類型及動作循環(huán)要求 6 2.1.2機床對液壓傳動系統的具體參數要求 6 3組合機床液壓系統設計計算 7 3.1工況分析 7 3.2 液壓系統的計算及液壓元件的選用 10 3.2.1液壓缸主要尺寸的確定 10 3.2.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 12 3.3 液壓閥的選用 14 3.4其他元件的選用及計算 14 3.4.1確定管道尺寸 14 3.4.2液壓油箱內容積的確定 15 3.5擬定液壓系統原理圖 15 3.5.1調速與速度換接回路 16 3.5.2換向回路 16 3.5.3壓力控制回路 16 3.5.4夾緊裝置回路 16 3.5.5行程終點控制 16 3.5.6油泵的選擇 16 3.5.7控制方式 17 4 液壓缸及液壓站的裝置的設計 18 4.1液壓缸的結構形式的確定 18 4.2液壓缸的系統組成 18 4.2.1缸體組件 18 4.2.2活塞組件 19 4.2.3密封裝置 19 4.2.4緩沖裝置 19 4.2.5排氣裝置 20 4.3 液壓油路板的結構與設計 20 4.3.1液壓油路板的結構 20 4.3.2液壓油路板的設計 20 4.3.3液壓元件布局的要求 21 4.4 液壓集成回路的結構與設計 21 4.4.1液壓集成回路的設計 21 4.4.2集成塊設計步驟 21 4.4.3液壓集成塊零件圖的繪制 22 5 液壓集成塊的應用 23 5.1液壓集成塊的優(yōu)勢 23 5.2液壓集成塊智能化設計的基本思想 23 5.3液壓原理圖輸入模塊 23 5.4集成塊方案設計模塊 24 5.5孔道布置模塊 24 5.6孔道通斷校核模塊 24 5.7 液壓集成塊的作用 25 6 液壓系統性能驗算 26 6.1 驗算系統壓力損失 26 6.1.1 判斷流動狀態(tài) 26 6.1.2 計算系統壓力損失 26 6.2 驗算系統發(fā)熱與溫升 29 結 論 31 致 謝 32 參考文獻 33 IV 引 言 ?液壓設備是一種動力傳遞與控制裝置，通過它人們可根據需要實現機械能—液壓能--機械能的轉換。第一個轉換是通過液壓泵實現的，液壓泵旋轉的內部空腔在與油管聯通時逐漸增大，形成吸油腔，將油液吸入；在其與壓油口連同時逐漸減小，形成壓油腔，將油排除系統。第二個轉換是通過執(zhí)行元件液壓缸或液壓馬達來實現的。壓力油依帕斯卡原理推動執(zhí)行元件的運動部分驅動負載運動，各類控制閥則用于限制調解，分配與引導液壓源的壓力流量與流動方向。 近代液壓傳動是由19世紀崛起并蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)推動起來的，最早實踐成功的液壓傳動裝置是艦艇上的炮塔轉位器，第二次世界大戰(zhàn)促進了液壓技術的發(fā)展，戰(zhàn)后液壓技術迅速轉向民用，并隨著各種標準的不斷制定和完善，各類元件的標準化、規(guī)格化、系列化，而在機械制造、工程機械、農業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來。20世紀60年代后原子能技術、空間技術、電子技術等的發(fā)展再次將液壓技術推向前進，使它在民國經濟的各方面都得到了廣泛的應用。 我國的液壓工業(yè)開始于20世紀50年代，其產品最初只用于機床和鍛壓設備，后來才用到工程機械上。自從1964年，從外國引進一些野鴨元件生產技術，用時進行自行設計液壓產品以來，我國的液壓件生產已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。從80年代起更加速了對國外先進液壓產品和技術的有計劃引進、消化、吸收和國產化工作，以確保我國的液壓技術能在產品質量、經濟、效益、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。 近年來，液壓傳動由于應用了計算機技術、信息技術、自動控制技術、摩擦磨損技術及新工藝、新材料等后取得了新的發(fā)展，使液壓系統和元件正向高壓、高速、高精度、高效率、高功率密度的方向發(fā)展。在完善比例控制、伺服控制、數字控制等技術上取得新成就。 液壓元件向著體積小，重量輕，微型化和集成化方向發(fā)展，液壓技術，交流液壓等新興的液壓技術正在開拓。又由于計算機的應用，更大大地推進了液壓技術的發(fā)展，像液壓系統的輔助設計，計算機仿真和優(yōu)化，微機控制等工作，也都取得了顯著成果。 綜上所述，液壓工業(yè)在國民經濟中的作用是很大的，它常常用來衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。 液壓傳動是以流體作為工作介質對能量進行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓的液體經由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。相對于電力拖動和機械傳動而言，液壓傳動具有輸出力大，重量輕，慣性小，調速方便以及易于控制等優(yōu)點，因而廣泛應用于工程機械，建筑機械和機床等設備上。 隨著工業(yè)迅猛發(fā)展逐日發(fā)展壯大，相繼建立了科研機構和專業(yè)生產廠家，從事液壓技術研究和液壓產品生產。他們不但能生產液壓泵，液壓閥等液壓元件，還設計制造了許多新型液壓的元件，如電液比例閥，電液伺服閥等。到目前為止，液壓元件的生產，已成為了我國液壓元件產品的生產系列。 本次液壓系統的設計題目為組合機床液壓系統設計，現在對其進行一番敘述。 液壓傳動系統包括液壓開關傳動系統、液壓伺服傳動系統和比例傳動等多種類型。從傳遞動力的設計角度來看，他們中互相溝通，有其共同之處。因此，在掌握其中一類時就能夠靈活應用并很好的掌握其它方法。在設計的過程中要辨證統一的分析問題，并把現代的高新科學技術方法加以應用，使其成為一個統一整體。 由于本人水平及能力有限，在設計過程中難免會出現錯誤和缺陷，懇請各位老師和專家批評指正，在此不勝感激。 1 組合機床液壓系統 組合機床液壓系統主要有通用滑臺和輔助部分（如定位、夾緊）組成。動力滑臺本身不帶傳動裝置，可根據加工需要安裝不同用途的主軸箱，以已完成鉆、擴、鉸、鏜、刮端面、銑削及攻絲等工序。 因此，本系統的目的就是要求設計出一個液壓系統來執(zhí)行和完成機床所要的運動過程。它包括液壓控制系統、液壓傳動系統的基本原理、液壓傳動的執(zhí)行元件、完成上述工作進程的動力來源及系統性能的檢驗等多個內容。 組合機床在前述時期也有不同類型產品的出現，對機械加工起到了一定作用。本次設計就要求有創(chuàng)新精神，在原有的設計的基礎上加以工藝性改進、提出合理化建議，力爭在保持原來的簡單、高效、低成本、工作可靠的良好性能的基礎上，使其更加能適應現代企業(yè)的加工要求，更加為現代企業(yè)服務。同時，也要把機械化、電氣控制、人工智能綜合運用來達到自動或半自動的要求。 組合機床的工作過程包括：工作臺夾緊、工作臺快進、工作臺工進、工作臺快退和工作臺松開。 按照設計要求，系統力求結構簡單、工作可靠，而且通過計算可得知，在不同的工作過程中，系統油路需要的油量不同，所以要用一個變量泵來完成。同時工進時有可能有負的負載力產生，因此要采用回油路節(jié)流調速回路，為保證工進的過程速度的穩(wěn)定，選用調速閥調速。再有，機床的動力滑臺在調整時需要處于任意位置，在運動時采用行程閥來進行位置控制，采用壓力繼電器發(fā)出訊號來提高系統的可靠性。 最后說明一點，完成不同的工作過程要采用電磁換向閥來做換向操作，使動力滑臺可處于任意位置，并且要求各電磁閥在失電時處于夾緊狀態(tài)，其目的是為了增加系統的可靠性和安全性，并可延長電磁閥的壽命來降低產品成本。 以上就組合液壓機床的組成及基本原理等幾個方面對機床作以簡要的整體結構性分析，它的目的在于為今后的的設計提供整體思路，希望在現有的基礎上多多分析，使液壓系統更加適應現代企業(yè)的需要。 2 系統總體分析 2.1機床類型及動作要求 2.1.1機床類型及動作循環(huán)要求 類型：組合機床 動作及循環(huán)要求：夾緊、快進、工進、快退、松開。 2.1.2機床對液壓傳動系統的具體參數要求 工作循環(huán)：工件夾緊——工作臺快進——工作臺工進——工作臺快退——工件松開。運動部件重30000N，快進、快退速度為6m/min,工進速度為100—200mm/min,最大行程為500mm，其中工進行程為200mm，最大切削力為18000N，采用平面導軌，夾緊缸的行程為20mm，夾緊力為30000N，夾緊時間為1s。 3組合機床液壓系統設計計算 3.1工況分析 首先根據題目所給的已知條件，匯制運動部件的速度循環(huán)圖，如圖（1）所示。 圖1運動部件速度循環(huán)圖 并根據條件計算各階段外部負載，繪制負載圖。 液壓缸共受三個負載力的作用： （3-1） 式中：Fw——液壓缸的外載荷； Fg——工作負載，即沿活塞運動方向的切削力，Fg=18000N； Fα——運動部件速度變化時的慣性負載； Ff——導軌摩擦阻力，啟動時為靜態(tài)摩擦力，運動時為動態(tài)摩擦。 水平導軌： （3-2） 式中：G——運動部件重力； FN——垂直于導軌方向的負載FRN=0； μ——導軌摩擦系數，本題中取靜態(tài)摩擦系數為0.2，動態(tài)摩擦系數 為0.1。 則有： Ffs=0.2×30000=6000N，其中Ffs為靜態(tài)摩擦阻力 Ffα=0.1×30000=3000N, 其中為Ffα靜態(tài)摩擦阻力 （3-3） 式中：g——重力加速度,這里取g=9.8N/Kg； ?T——啟動或制動時間,一般取=0.1～0.5s； ?v——在時間內的速度變化量。 由上面計算結果，列出在各個工況下的負載（表1）并繪制負載循環(huán)圖，如圖（2）所示。 ηm液壓缸的機械效率，一般取0.9 表1各工況負載表 工作循環(huán) 外負載F（N） F/ηm（N） 啟動 F=Ffs 6667 加速 F=Ffs+Ffα 4530 快進 F= Ffα 3333 工進 F= Ffα+Fw 23333 快退 F= Ffα 3333 圖2負載圖 3.2 液壓系統的計算及液壓元件的選用 3.2.1液壓缸主要尺寸的確定 ⑴液壓缸工作壓力的選擇 液壓缸工作壓力主要是根據液壓設備類型的不同來加以選擇。現查閱有關資料，組合機床的工作壓力選為(3～5)MPa，本系統中初選工作壓力為3 MPa。 ⑵液壓缸內徑與活塞桿直徑的計算 由圖（3）可知： 圖3 其中：P1 —液壓缸工作壓力，取系統工作壓力為3MPa； P2 —液壓缸回油腔壓力，初選P2=0.5MPa； d/D—鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等，液壓缸可選用單桿式的，并在快進時作差動連接。此時液壓缸無桿腔工作面積A1應為有桿腔A2的兩倍，即活塞桿外徑d與液壓缸內徑D有d=0.707D的關系； F —工作循環(huán)中最大外負載，本系統中為23333N； ηm—液壓缸機械效率，本系統中取為0.90。 則由上面的公式推導有：D=100mm，d=70mm ，D=10.66cm2 d=0.707D=7.53cm2 根據國家標準GB/T 2348-93液壓缸缸筒內徑和活塞桿外徑尺寸分別為110mm和80mm，由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為 A1==95.03cm2，A2=π(D2－d2)/4=40.06cm2 同理：本系統中工序含有夾緊工序，而夾緊力由兩個夾緊油缸合作完成，而且夾緊油缸壓力應小于工作進給缸壓力，設夾緊油缸壓力2.5MPa，η=0.95，則由上面公式可知：取標準直徑D=100mm，d=70mm 液壓缸的最小穩(wěn)定速度驗算 按最低工進速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定流速，由公式A＞qmin/Vmin可知：A＞0.05×103/10=5cm2，公式中的qmin是按產品樣本查得的GE系列調速閥YF-B10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min，本題目中調速閥安裝在回油路上，故液壓缸有效面積為有桿腔的實際工作面積。即： cm2＞5cm2 滿足液壓缸最小穩(wěn)定流速。 表2 液壓缸在不同階段的壓力、流量和功率值 工況 負載F/N 回油腔壓力P2/MPa 進油腔壓力P1/MPa 輸入流量q/L·min-1 輸入功率 P/KW 計算公式 快進 啟動 6667 0 1.3 — — = 加速 4530 1.35 0.9 — — 恒速 3333 1.35 0.7 30 0.3 工進 23333 0.8 3 1.4 0.07 = 快退 啟動 6667 0 1.5 —　 —　 = 加速 4530 0.5 2.1 —　 —　 恒速 3333 0.5 1.8 27 0.8 夾緊 15789 0.5 2.3 0.003 0.02 = 3.2.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 ⑴泵的工作壓力的確定 由于工進時液壓缸的工作壓力最大，因為正常工作時進油管路有一定的壓力損失，并且壓力繼電器可靠動作需要壓力為0.5MPa，所以泵的工作壓力為PP=P1+∑ΔP。 其中：PP—液壓泵的最大工作壓力； P1—執(zhí)行元件的最大工作壓力； ∑ΔP—進油路中壓力損失，由于本系統為差動系統，則取∑ΔP =0.5 MPa 則有：PP=P1+∑ΔP=(3+0.5+0.5)MPa=4MPa,PP為靜態(tài)時系統壓力，考慮到各工況過程在出現的壓力超過靜態(tài)壓力，需增加一定的儲備壓力，所以選擇額定壓力PR≥1.25PP=1.25×4=5MPa。 ⑵泵流量確定 液壓泵最大流量QP≥K∑qmax 其中： QP—液壓泵的最大流量； ∑qmax—同時動作的各執(zhí)行元件所需要的流量之和的最大值，同時溢流閥也工作，所以設溢流閥的最小溢流量為2.5L/min； K—系統泄漏系數，初取系數為K=1.1。 所以：QP≥1.130=33L/min。 ⑶選擇液壓泵的規(guī)格 根據上面計算的QP=33L/min，PP=4 MPa，查閱有關技術手冊，決定選用YBX—25變量葉片泵。該泵的基本參數為：每轉排量q=25ml/R，泵的額定壓力為Pn=6.3MPa，電機轉數NH=600～1500R/min。 ⑷與液壓泵相匹配的電動機選定 由于液壓缸在快退時輸入功率最大，若取進油路口壓力損失∑?P=0.5 MPa，液壓泵輸出壓力 PP=P1+∑ΔP=1.8+0.5=2.3MPa，流量30L/min時的情況。如取變量泵的總效率為η=0.75，則液壓泵驅動電機所需的功率為： P=PPqP/ηP=[2.3×106×30/(60×103)]/0.75=1533W 查閱電動機功率產品樣本，則選擇Y90S—4型電動機，其額定功率為1.1Kw，額定轉數為1200R/min。 3.3 液壓閥的選用 本系統所選用的液壓元件均采用榆次標準。 表3液壓元件規(guī)格和型號 序號 元件名稱 型號 通過流量L/min 1 變量葉片泵 YBX—25 - 2 三位四通閥 34DYF3Y-E10B 64 3 單向行程調速閥 UCF1G-04-30-30 57 4 單向閥 S10P0.3 30 5 順序閥 DZ1013/21 27 6 缷荷溢流閥 DA10A1-30/80YW220-50 <1 7 二位三通電磁閥 23DYH-H20B 64 8 單向閥 S10P0.3 30 9 濾油器 XU-B32*100 30 10 壓力表開關 KF-L8/14E - 11 減壓閥 DR10-G13/100YM <1 12 單向閥 S10P0.3 <1 13 二位四通電磁閥 24DI1-6B <1 14 單向順序閥 DZ1013/210YM <1 15 壓力繼電器 PF-B8H - 3.4其他元件的選用及計算 3.4.1確定管道尺寸 表4 各工況實際流量 快進L/min 工進L/min 快退L/min 夾緊L/min q1=A1(qp1+qp1)A1-A2= 57 q1=1.4 q1=qp1+qp2=30 q1=0.003 q1=q1A2A1=27 q1=q1A2A1=0.7 q1=q1A2A1=64 q1=q1A1A2=0.005 由表4可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設計要求。 根據表4，管道內允許速度取v=4m/s,計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內徑分別為： 為了統一規(guī)格，按產品樣本選取所有管子均為內徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼管。 3.4.2液壓油箱內容積的確定 油箱的容積： 3.5擬定液壓系統原理圖 組合機床液壓基本回路為 圖4液壓系統原理圖 3.5.1調速與速度換接回路 由工況情況可知：執(zhí)行元件采用油缸實現往復運動，組合機床進給功率較小，同時需要增加進給運動的平穩(wěn)性，因此采用回油路節(jié)流調速回路。為保證切削過程速度的穩(wěn)定，選用調速閥調速。 3.5.2換向回路 本機床的動力滑臺在調整時要求能處于任意位置，故采用三位五通換向閥換向。在機床運動時，采用行程閥來進行位置控制，這樣能使速度換接平穩(wěn)。 3.5.3壓力控制回路 工況特點是在快速時，低壓大流量，時間短；工進時，高壓小流量，時間短長。應采用兩個泵供油（大流量泵和小流量泵各一個）。小泵工作時，大泵可卸載；而大泵工進中，小泵不工作，其間斷短，不必卸荷。 3.5.4夾緊裝置回路 夾緊油路一般低于所需主油路的壓力，故在夾緊油路上安裝減壓閥和單向閥來提高和降低夾緊油缸的壓力，以保證夾緊力的大小和夾緊力的穩(wěn)定性能。 3.5.5行程終點控制 由于本機床為組合液壓機床對加工平面有一定精度要求。因此，采用死擋鐵停留，并通過壓力繼電器來發(fā)出換向信號。 3.5.6油泵的選擇 雙泵供油和變量泵供油均適用于該組合液壓機床的液壓系統。由于變量泵的經濟性更好，所以改用變量泵供油。在換向閥回油箱油路旁安裝一個單向閥。解決組合機床停止時油液流回油箱，導致空氣進入系統，影響滑臺的工作平穩(wěn)性問題。 3.5.7控制方式 由于單個集成塊上要安裝很多的液壓元件而造成該集成塊的位置安排和加工難易程度的增加，為了便于加工和安排，現把單集成塊結合改為多集成塊控制。 25 4 液壓缸及液壓站的裝置的設計 4.1液壓缸的結構形式的確定 液壓缸的結構形式指它的類型、安裝方法、密封形式及緩沖形式與排氣裝置。 本系統有兩個液壓缸，即夾緊液壓缸和工作行程液壓缸。夾緊液壓缸采用單活塞桿式，缸體固定，采用O型密封圈密封。同時，液壓缸缸體與活塞桿同采用鑄鐵即可。考慮到工進行程較小，運動部件重量不大，速度較小，所以不用緩沖裝置結構也可。但排氣的螺栓不可缺少，可用油管接頭來簡單替代。工作行程液壓缸的基本原理與夾緊液壓缸相同。 但有一條值得強調的是，材料為鑄鐵，加工時的粉末、鐵屑及部分氣孔等很容易污染液壓油。因此在內部要采用特殊處理。同時要安裝一個防塵圈，這一點夾緊油缸也要加以注意。 同時，由于本系統為銑削加工機床，對于加工精度有一定的要求，因此在液壓缸要安裝一個壓力繼電器，采用死擋鐵停留，并通過壓力繼電器發(fā)出換向及定位信號來達到預定的位置要求和精度要求。 4.2液壓缸的系統組成 液壓缸按結構組成分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等。 4.2.1缸體組件 缸體組件包括缸筒、缸蓋、缸底等零件，缸筒與缸蓋常見的連接方式有螺栓和螺釘連接、內半環(huán)連接、螺紋連接、焊接連接等幾種形式。本系統中要采用螺紋連接的方式。 螺紋連接適用于缸徑較小的缸筒，對于缸徑較大的缸筒，螺紋尺寸較大，內外徑要求同心，裝拆需要專用工具，優(yōu)點是螺紋對缸筒強度削弱較小。同時工作壓力較小時，缸筒可采用鑄鐵，工作壓力較大時可采用無縫鋼管或鑄鋼和鍛鋼。 4.2.2活塞組件 活塞與活塞桿的的連接形式有螺紋連接、焊接連接、半環(huán)連接、彈簧擋圈連接等幾種形式。本系統采用螺紋連接。 4.2.3密封裝置 液壓系統對于密封裝置有一定的要求，即 ⑴在一定的工作壓力和溫度范圍內具有良好的密封性能。 ⑵密封裝置與運動部件之間的摩擦系數小，并且摩擦力穩(wěn)定。 ⑶耐磨性好，壽命長，不易老化，抗腐蝕能力強，不損壞密封零件表面，磨損后在一定程度上能自動補償。 ⑷制造容易，維護、使用方便，價格低廉。 本系統采用O型密封圈密封。它是由耐油橡膠制成的，起截面為圓形。它的工作原理是依靠O型密封圈預壓縮，消除間隙而實現密封。有關O型密封圈的安裝溝槽、擋圈、O型密封圈都已標準化，在應用時可直接查閱有關的技術手冊。 4.2.4緩沖裝置 當液壓缸所驅動的質量較大、工作部件速度較快時，為避免因動量大在行程終點產生活塞與缸蓋的撞擊，影響工作精度或損壞液壓缸，一般在液壓缸的兩端設置有緩沖裝置，但由于本系統的壓力及速度都較小，不需要采用緩沖裝置。 4.2.5排氣裝置 由于液壓油中混入空氣，以及液壓缸在安裝過程中或長時間停止使用而滲入空氣，液壓缸在運行過程中，會因氣體壓縮性而使執(zhí)行部件出現低速爬行、噪聲等不正?，F象。所以，液壓缸應有排除缸內空氣的措施。本系統中采用油管接頭來代替排氣裝置。 4.3 液壓油路板的結構與設計 4.3.1液壓油路板的結構 液壓油路板一般是用灰鑄鐵來制造，要求材料致密，無縮孔疏松等缺陷。液壓油路板正面用螺釘固定液壓元件，表面粗糙度值為0.8μm，背面連接壓力油管（P）、回油管（T）、泄漏油管（K）和工作油管（A、B）等。油管與液壓油路板通過管接頭用米制細牙螺紋或英制管螺紋連接。液壓元件之間通過液壓油路板內部的孔道連接。除正面外，其他加工面和加工孔道的表面粗糙度值為Ra6.3—12.5m。液壓油路板一般要采用框架固定，要求安裝、維修和檢測方便。它可固定在液壓站上。安裝方式為板式安裝。 4.3.2液壓油路板的設計 液壓油路板上元件布局要緊湊，盡量要把元件裝在一塊板上。板的外形尺寸一般 不大于400mm，板上安裝的閥一般不大于10—12個，同時設計要注意以下幾點： ⑴同一個液壓回路的液壓元件應盡量布置在同一塊液壓油路板上，盡量減少連接孔道。 ⑵組合機床加工自動線或多工位機床液壓系統，結構相同的部分應設計成可互換的通用板，不同結構的部分設計成專用板。 4.3.3液壓元件布局的要求 ⑴液壓閥閥芯應處于水平方向，防止閥芯自重影響液壓閥的靈敏度，特別是換向閥一定要水平布置。 ⑵與液壓油路板上主液壓油路、相通的液壓元件，其相應油口應盡量沿同一坐標軸線布置，以減少加工孔道。 ⑶壓力表開關布置在最上方，如果需要在液壓元件之間布置，則應留足壓力表安裝的空間。 ⑷液壓元件之間的距離應大于5mm，換向上的電磁鐵、壓力閥的先導閥以及壓力表等可適當延伸到液壓油路板的輪廓線外，以減小油路板的尺寸。 4.4 液壓集成回路的結構與設計 4.4.1液壓集成回路的設計 ⑴把液壓回路劃分為若干個單元回路，按照就近原則，、每個回路一般由三個液壓元件組成，采用通用的壓力油路P和回油路T，設計液壓單元集成回路時，優(yōu)先選用通用的液壓單元集成回路，以減少集成塊的設計工作量，提高通用性。 ⑵把各液壓單元集成回路連接起來，組成液壓集成塊。要和系統液壓回路進行比較，并分析工作原理是否相同。 4.4.2集成塊設計步驟 ⑴制做液壓元件樣板。 ⑵決定通道的孔徑。集成塊上公用通道，即壓力油孔、回油孔、泄油孔及四個安裝孔。與液壓油管連接的液壓油孔采用米制細牙螺紋或英制管螺紋。 ⑶集成塊上液壓元件的布置。把制作好的液壓元件樣板圖放在集成塊各視圖上進行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板應以連接板為準。液壓元件在水平面上的孔道若與公共油孔相通，則盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑d范圍內，否則要鉆中間孔道，集成塊前后與左右連接的孔道應互相垂直，不然也要鉆中間孔道。設計專用集成塊時，要注意其高度要比裝在其上的液壓元件的橫向尺寸大2mm，以避免上下集成塊的液壓元件相碰，影響集成塊緊固。 ⑷集成塊上液壓元件的布置程序。電磁換向閥布置在集成塊集成塊的前后，先布置垂直液壓元件泄漏油孔可考慮與回油孔合并。 4.4.3液壓集成塊零件圖的繪制 集成塊的六個面都是加工面，其中有三個側面要裝液壓元件，引出管道。塊內孔道縱橫交錯、層次多，需要多個視圖和2—3個剖面才能看清楚。孔系的位置精度要求較高，因此尺寸、公差及表面粗糙度均應標注清楚，技術要求也應予以說明。集成塊的視圖比較復雜，視圖應盡可能少用虛線表示。為了便于檢查和裝配集成塊，應把單向集成塊回路圖和集成塊上液壓元件布置簡要繪制在視圖旁邊。而且應該將各個孔道編上號碼，列表說明各個孔的尺寸、深度以及與哪些孔相交等情況。 5 液壓集成塊的應用 5.1液壓集成塊的優(yōu)勢 液壓系統采用液壓閥集成配置，具有結構緊湊、安裝方便、振動小、利于實現典型液壓系統的集成化、標準化等特點，因此應用日益廣泛。其中的關鍵零件——液壓集成塊，因為具有密集而復雜的空間孔道系統，其設計工作是一件極其煩瑣、復雜而又極易出錯的工作。 因而，在這種情況下，通過液壓開發(fā)液壓集成塊智能化的設計思路來提高工作效率，設計人員減輕了自己的工作量，保證了設計質量。 5.2液壓集成塊智能化設計的基本思想 液壓集成塊智能化設計的基本思想是：從液壓系統設計的原理圖出發(fā)，考慮確定集成塊的幾何尺寸、閥體在集成塊上的分布方式及孔道的形狀和連接位置。然后根據設計結果生成由計算機控制的集成塊智能化設計方法。 5.3液壓原理圖輸入模塊 液壓原理圖是液壓集成塊設計的主要依據，是實現智能化的前提與基礎。因此要建立一種與之相對應的計算機語言來加以運用，即原理圖的輸入模塊。它包括以下幾個內容： ⑴液壓元件及其安裝表面 ⑵液壓元件在集成塊各表面的安裝位置 ⑶工藝孔的安裝表面及安裝位置 ⑷集成塊的總體尺寸 以上內容應被轉化為相應的計算機語言后形成與之相對應的系統文件來 供計算機使用。 5.4集成塊方案設計模塊 液壓集成塊方案設計有以下兩個基本思想，即設計原則 ⑴孔道之間不發(fā)生干涉。 ⑵集成塊上盡可能少設工藝孔。 根據以上的設計原則來編寫計算機應用程序，設置不同的技術參數模塊來進行總體評價，并決定是否需要手工調整方案。 5.5孔道布置模塊 首先根據原理圖來描述集成塊各表面液壓元件的安裝，并設計自動檢驗及查詢裝置（即李氏算法 Lee—More Algorithm）來檢驗各液壓元件的基本輪廓尺寸，確定各液壓元件的安裝位置。根據各元件的連接關系來實現自動布置。若孔道之間不能直接相通，則輸出一信號來決定是否工藝孔手工布置。 總之，孔道布置模塊應安裝一個閉環(huán)反饋系統，即“設計——校核——調整設計——再校核”來最終完成孔道布置，實現智能化，為后面的孔道通斷校核及圖紙輸出提供正確依據。 5.6孔道通斷校核模塊 孔道通斷校核檢驗是對整個集成塊設計的一個基本也是最重要的一個指標。它的作用舉足輕重。它包括即時通斷校核和整體通斷校核兩方面的內容。 ⑴即時校核：即時校核主要是為人工干預孔道設計或進行局布檢查提供服務。它可以隨時地檢驗各孔道之間的連通關系，可以避免因某處工作失誤而造成的連鎖錯誤反應。 ⑵總體校核：總體校核主要是從整體出發(fā)，對整個系統的集成塊的連通進行校核。因此，要設計出一套程序來進行整體檢驗，即設計出一個閉環(huán)反饋系統來不斷的完善設計內容，最終達到整體的優(yōu)化，即最終的設計結果。 5.7 液壓集成塊的作用 集成塊的智能化設計改變了技術工人過去的舊的設計思路，提高了工作效率，保證了工作質量，減輕了勞動強度，同時也預示著信息時代的高度發(fā)展。 關于集成塊的智能化設計問題，由于筆者個人能力有限，以上僅提出了一種模糊的設計思想，希望能為各位專家、學者在今后的設計和研究中提供一種設計思路。同時敬請各位專家和學者批評與指正。 6 液壓系統性能驗算 6.1 驗算系統壓力損失 由于系統管路布置尚未確定，所以只能估算系統壓力損失。估算時，首先確定管道內液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失?，F取進、回油管長為l=2m，油液的運動黏度取v=1×10-4m2/s,油液的密度取ρ=0.9174×103Kg/m3。 6.1.1 判斷流動狀態(tài) 在快進、工進和快退三種工況下，進、回油管路中所通過的流量以快退時回油流量q2=64L/min為最大，此時，油液流動的雷諾數也為最大。 最大的雷諾數（2000），故可推出：各工況下的進、回油路的油液的流動狀態(tài)全為層流。 6.1.2 計算系統壓力損失 將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數 和油液在管道內流速 同時代入沿程壓力損失計算公式，并將已知數據代入后，得 可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。 在管道結構尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失常按下式作經驗計算，即 計算各工況下的閥類元件的局部壓力損失：其中的由產品樣本查出，qn和q數值由表3和表4列出。 滑臺在快進、和快退工況下的壓力損失計算如下。 ⑴快進 滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥進入無桿腔。在進油路上，壓力損失損失分別為 在回油路上，壓力損失分別為 將回油路上的壓力損失折算到進油路上去，便得出差動快速運動時的總的壓力損失 ⑵工進 滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥、調速閥進入液壓缸無桿腔，在調速閥處的壓力損失為0.5MPa，在回油路上，油液通過電液換向閥、二位三通電磁閥返回油箱。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進油路上總的壓力損失為 此值略小于估計值。 在回油路上總的壓力損失為 重新計算液壓缸的工作壓力 考慮到壓力繼電器的可靠動作要求，則工進時的工作壓力為 ⑶快退 滑臺快退時，在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥進入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥、電液換向閥和電磁閥返回油箱。在進油路上總的壓力損失為 此值遠小于估計值，因此液壓泵的驅動電動機的功率是足夠的。 在回油路止總的壓力損失為 6.2 驗算系統發(fā)熱與溫升 由于工進在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統的發(fā)熱與溫升可按工進工況來計算。在工進時，在液控順序閥卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失 液壓系統的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率 液壓系統輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率 系統的發(fā)熱功率為 工進時系統中的油液溫升 其中傳熱系數K=15W/(m2?℃) 設環(huán)境溫，則熱平衡溫度為 測溫在允許范圍內，油箱散熱面積符合要求，不必設置冷卻器。 結 論 組合機床液壓系統設計是一個簡單的多元件控制回路的典型例子。 利用液壓系統工作過程中的壓力及供油量變化來執(zhí)行不同的元件來完成系統順序進行是液壓系統具有的典型控制特性。 本液壓系統主要考慮因素是簡單、實用、效率高、低成本、技術先進等。 因此，在設計的過程中，設計者始終考慮上述因素，系統功率不大，且油量不一，則采用變量泵及回油路節(jié)流調速回路；同時采用板式結構裝配，并配有壓力繼電器來增加夾緊系統的可靠性和準確性；采用標準油箱來便于制造和安裝、調試和維修；同時采用先進的液壓控制閥來提高系統的準確性及良好的性能；還有，工作滑臺的進給量不大，液壓油缸采用單桿活塞缸的思路也是合理的。 總之，在整個的設計過程中，設計者始終采用先進的設計方法、先進的設計思路，力求在原有的成品設計的基礎上加以改進來使之的性能更具完善。 希望前面的設計內容與思路能為今后的同類的系統設計帶來一點點啟示。 致 謝 畢業(yè)設計是學生在大學期間的最后一次集中自主學習的過程，是對幾年來的學習的深化與升華，是對學生的學習能力及實踐能力的培養(yǎng)和檢驗的重要環(huán)節(jié)，是學生畢業(yè)及學位資格認證的重要依據，因此，作為設計者要給予充分的注視。 三個月的畢業(yè)設計即將接近尾聲，這意味著兩年的大學學習生活即將結束，目前的設計仍在有條不紊的進行著。 經過相當一段的認識，我對畢業(yè)設計有了更深入的理解，設計實際上是一種創(chuàng)造性的思維活動，它實現了理論與實踐、學習與科研、教育與生產、教書與育人的高度統一。它已廣泛地深入到我們的領域中，它更好地培養(yǎng)了學生勇于開拓、勇于探索的精神。 由于本人設計時間倉促及個人能力有限，在設計過程中缺乏經驗，難免會有缺點和錯誤，在此殷切希望各位專家、老師和同學批評指正，多提寶貴意見。 在設計過程中，得到了沈越老師、孫榮權老師和郭易老師及廣大同學的悉心指導和大力支持，也正是由于各位的關心和幫助，我的畢業(yè)設計才得以順利進行，在此一并表示感謝。同時，在各位老師的身上，我看到了誨人不倦、無私奉獻的優(yōu)秀老師形象，這將伴隨我一生的成長，再次表示深深誠摯的謝意。 參考文獻 [1] 許賢良. 液壓傳動[M]. 北京: 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