自動鋸床液壓系統(tǒng)設計【全自動金屬帶鋸床液壓系統(tǒng)設計】

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In the specific design of the structure, is mainly directed against the system relates to the valve element design, circuit board design and so on. Key words:Automatic metal band sawing machine; Hydraulic system; Hydraulic components; Hydraulic system diagram 1 1 前言 傳統(tǒng)意義上的金屬鋸切常被認為是簡單的切斷下料工序。金屬帶鋸床作為機械加 工制造的第一道工序所需設備，其加工精度和自動化程度直接關系到后續(xù)工序的效率 和質量 1。隨著現(xiàn)代制造工業(yè)朝著高效、高精度和經(jīng)濟性的方向發(fā)展，鋸切作為金切 加工的起點，已成為零件加工過程中重要的組成環(huán)節(jié) 2。鋸切可以節(jié)約材料、減少二 次加工量和提高生產(chǎn)效率。全自動金屬鋸床是專為高產(chǎn)量連續(xù)切割而設計的結構新穎、 功能完備的中型鋸切加工設備，具有結構緊湊、造型美觀、加工精度高、工作可靠、 噪聲低、操作簡便、節(jié)材和節(jié)能效果顯著等特點，主要適用于切割普通碳鋼、高速工 具鋼、軸承鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁材、銅材等各種棒材和管材。可滿足任何大量 生產(chǎn)切斷加工的需要，因此鋸床特別是自動化鋸床已廣泛地應用于鋼鐵、機械、汽車、 造船、石油、礦山和航天航空等國民經(jīng)濟各個領域 1,2.3。 2 鋸床的基本組成 全自動金屬帶鋸床由九個部分組成，其結構特點分述如下 2： 1 全自動金屬帶鋸床 的床身、立柱：床身為箱形焊接結構為整個機床的基座， 并用作液壓油箱及冷卻液池。立柱由一圓一方雙立柱組成，圓立柱座位鋸架運動導軌 用以支撐鋸架，并保證精確的導向，用以實現(xiàn)進給運動，方立柱起輔助作用從而保證 進行正常的切削。 2 鋸架及據(jù)帶傳動部分：它由鋸架及主傳動、據(jù)帶張緊機構組成，鋸架為焊接 結構，主傳動采用減速機減速，由電機驅動，通過皮帶輪變速，實現(xiàn)五種切削速度； 據(jù)帶張緊采用絲帶及滑座使鋸輪移動來實現(xiàn)鋸帶張緊。 3 全自動金屬帶鋸床工件夾緊裝置：工件采用液壓夾緊，由電磁閥操縱通過夾 緊采用絲桿及滑座使鋸座，使切削正常進行。 4 導向部分：用以保證鋸帶運行的穩(wěn)定與準確，從而提高切削精度它由導向壁 導向頭，導向滾子及導向塊組成。鋸帶采用雙重滾子導向，即固定在鋸架上的與裝在 導向頭上的兩組導向滾子組成，以減小導向臂的負荷，確保導向精度。 5 機床液壓系統(tǒng)：有裝于床身一側的液壓站組成，通過電磁閥控制，用以實現(xiàn) 機床的工作進給、工作夾緊。 6 機床電氣系統(tǒng)：有安裝在機床前方一側的操縱臺組成，用以按一定的工作程 序控制各部件的運動，實現(xiàn)正常的切削工作循環(huán)，并保證各運動部件之間的動作連鎖 協(xié)調(diào)地，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。 2 3 設計要求及給定參數(shù) 現(xiàn)欲設計制造一臺全自動金屬鋸床用于高速工具鋼、軸承鋼、低合金鋼、不銹鋼、 鋁材、銅材等各種棒料和管材的鋸切加工。該機床的主機由床身、鋸架、鋸刀、夾緊 虎鉗等組成。工作時，要加工的工件由送料缸和夾緊虎鉗的相互配合運送到待加工位 置并由相應的夾具夾緊在夾緊虎鉗上，鋸架帶動鋸頭 6 下降至工件待加工部位，鋸頭 與樣件緊密接觸，通過與帶傳動同步轉動的鋸帶形成的鋸切的直線主運動（切削）加 工工件。夾緊虎鉗、鋸架、送料均由液壓驅動。根據(jù)表 1 的設計要求和給定參數(shù)設計 其電液位置伺服系統(tǒng)。工作時，前虎鉗由兩對液壓缸驅動，用于夾緊鋸切材料，后虎 鉗由一對液壓缸驅動，用于夾緊鋸切材料，并在送料液壓缸的作用下完成送料工作， 一只液壓缸用于驅動鋸頭的上升和下降，一只液壓缸用于驅動送料裝置完成鋸切材料 的輸送工作，供下一次鋸切。鋸頭的主運動為直線運動，則由 2.2kw 的電機驅動主動 輪轉動，用鋸帶帶動從動輪同步轉動，形成鋸切的直線運動，相互配合完成鋸頭的上 升、下降、快進、工進以及鋸切材料的送料等工作。 表 1 設計要求和給定參數(shù) Table 1 Design requirements and certain parameters 項目 符號 參數(shù) 單位 質量 Mt 1000 Kg 最大摩擦力 Ff 200 N 最大行程 Smax 0.8 m 工進行程 快進行程 工進速度 S 工 S 快 v 0.5 0.2 0.002 m m m/s 最大速度 Vmax 8x10-2 m/s 最大加速度 amax 1 m /s2 鋸 架 供油壓力 Ps 4 MPa 切削負載力 FL 3850 N 送料運動速度 v 0.02 m /s 送料等效質量 m 20 Kg 最大行程 ymax 0.11 m 起動換向時間 夾緊力 T F 0.2 8000 S N 送 料 能源壓力 P 2 MPa 4 負載分析 此全自動金屬鋸床液壓系統(tǒng)包括 4 個液壓缸，四個液壓缸分別為架舉升液壓缸、 送料液壓缸、鋸前夾緊缸和后夾緊缸。現(xiàn)分別逐個對四個液壓缸進行分析與計算。 3 3.1 鋸架舉升液壓缸 3.1.1 負載分析 工作負載 Fw=13850N，重力負載 FG =9800，按起動換向時間和運動部件重量計算 得到慣性負載 Fa = 1000N，摩擦力負載 Ff=200N。 取液壓缸機械效率為 nm=0.9，則液壓缸工作階段的負載值見表 2。 表 2 液壓缸工作階段的負載 Tab. 2 The work stage load of hydraulic cylinder 工作循環(huán) 計算公式 負載 f/N 啟動加速 F=(Ff+Fa)/nm 1333 快進 F=Ff/nm 222 工進 F=(Ff+Fw)/nm 15611 快退 F=Ff/nm 222 3.1.2 速度分析 根據(jù)已知速度和上述分析可繪制出速度循環(huán)圖和負載循環(huán)圖 4-9。 圖 1 速度和壓力循環(huán)圖 Fig.The circulant graph of velocity and pressure 4 3.2 送料液壓缸 3.2.1 負載分析 工作負載 Fw=13850N，重力負載 FG =0N，按起動換向時間和運動部件重量計算得 到慣性負載 Fa = 10N，摩擦力負載 Ff=40N。 取液壓缸機械效率為 nm=0.9，則液壓缸工作階段的負載值見表 3。 3.2.2 速度分析 根據(jù)已知速度和上述分析課繪制出負載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖（略） 表 3 送料液壓缸的負載 Tab. 3 The hydraulic cylinder load of material supply 工作循環(huán) 計算公式 負載 f/N 工進 F=(Ff+Fw)/nm 15433 3.3 夾緊液壓缸 3.3.1 負載分析 由全自動金屬鋸床的設計要求可知，夾緊缸的夾緊力為 8000N。 4 確定各液壓缸的主要參數(shù) 4.1 計算各液壓缸的結構參數(shù) 4.1.1 鋸架液壓缸 根據(jù)鋸架液壓缸的工作要求選擇雙作用活塞缸 4-10，設液壓缸兩有效面積為 A1 和 A2，且 A1=2A2,即 d=0.707D。為防止液壓缸發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓 P2 取 0.6MPa，而液壓缸快退時背壓取 0.5MPa。 由工進工況下液壓缸的平衡力平衡方程 p1A1=p2A2+F （1 ） 可得； A 3=F/(p1-0.5p2) =15433/（2*10 6-0.5*0.6*106）cm 2 = 90.8cm2 液壓缸的內(nèi)徑 D=107mm，對 D 進行圓整，取 D=110mm，d=0.707D，經(jīng)圓整得 d=78mm。計算出液壓缸的有效面積 A3=28cm2，A4=14cm 2 。 工進時采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量 qmin=0.05L/min ，設計要求最低工進速 度 vmin=20mm/min，經(jīng)驗算可知滿足要求。 5 4.1.2 前夾緊缸 根據(jù)夾緊缸的工作情況選擇單作用彈簧活塞缸，設液壓缸兩有效面積為 A1和 A2，且 A1=2A2,即 d=0.707D。為防止液壓缸發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓 P2 取 0.6MPa，而液壓缸快退時背壓取 0.5MPa。 由工進工況下液壓缸的平衡力平衡方程 p1A1=p2A2+F （ 2 ） 可得：A 5=F/(p1-0.5p2) =8000/（2*10 6-0.5*0.6*106） cm 2 = 47cm2 液壓缸活塞桿的內(nèi)徑 D=74.5mm，對 D 進行圓整，取 D=80mm，d=0.707D，經(jīng)圓整 得 d=56.56mm。計算出液壓缸的有效面積 A5=28cm2，A6=14cm 2 。經(jīng)驗算可知滿足要 求。 4.1.3 后夾緊缸 根據(jù)夾緊缸的工作情況選擇單作用彈簧活塞缸，設液壓缸兩有效面積為 A1和 A2，且 A1=2A2,即 d=0.707D。為防止液壓缸發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓 P2 取 0.6MPa，而液壓缸快退時背壓取 0.5MPa。 由工進工況下液壓缸的平衡力平衡方程 p1A1=p2A2+F （ 3 ） 可得：A 5=F/(p1-0.5p2) =8000/（2*10 6-0.5*0.6*106） cm 2 = 47cm2 液壓缸活塞桿的內(nèi)徑 D=74.5mm，對 D 進行圓整，取 D=80mm，d=0.707D，經(jīng)圓整 得 d=56.56mm。計算出液壓缸的有效面積 A5=28cm2，A6=14cm 2 。經(jīng)驗算可知滿足要 求。 4.1.4 送料缸 根據(jù)送料缸的工作情況選雙作用活塞缸，設液壓缸兩有效面積為 A1和 A2，且 A1=2A2,即 d=0.707D。為防止液壓缸發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓 P2 取 0.6MPa， 而液壓缸快退時背壓取 0.5MPa。 由工進工況下液壓缸的平衡力平衡方程 p1A1=p2A2+F （ 4 ） 可得； A 3=F/(p1-0.5p2) 6 =4545/（2*10 6-0.5*0.6*106）cm 2 = 27cm2 液壓缸活塞桿的內(nèi)徑 D=2.9cm，對 D 進行圓整，取 D=3cm，d=0.707D，經(jīng)圓整得 d=21.21mm。計算出液壓缸的有效面積 A3=28cm2，A4=14cm 2 。 工進時采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量 qmin=0.05L/min ，設計要求最低工進速 度 vmin=20mm/min，經(jīng)驗算可知滿足要求。 4.2.1 計算鋸架液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 差動時液壓缸有桿腔壓力大于無桿腔壓力 11-13，取兩腔間回路及閥上的壓力損 失為 0.5MPa，則 p2=p1+0.5MPa，其計算結果見表 4： 表 4 鋸架液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 Tab.4 The circulation work pressure, flow and power value of sash hydraulic cylinder in every stage 工作循環(huán) 計算公式 負載 F/KN 回油背壓 p2/MPa 進油壓力 p1/MPa 輸入流量 q1/10-3m3s- 1 輸入功 率 P/KW 快 進 加速 恒速 p1=F+A2(P 2-P1)/(A1-A2) q1=(A1-A2)V1 P=p1q1 1 333 2 22 p2=p 1+ 0.5 1.03 0.59 8 0.50 0.299 工進 p1=(F+A2p2 )/A1 q1=A1V1 P=p1q1 1 5611 0.6 3.42 0.003 1-0.019 0 .011- 0.065 快 退 加速 恒速 p1=(F+A1p2)/A2 q1=A2V1 P=p1q1 1 333 222 0.5 0.5 1.53 1.08 - 0.50 - 0.54 4.2.2 計算夾緊液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 差動時液壓缸有桿腔壓力大于無桿腔壓力，取兩腔間回路及閥上的壓力損失為 0.5MPa，則 p2=p1+0.5MPa，計算結果見表 5。 7 表 5 夾緊液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 Tab. 5 The circulation work pressure, flow and power value of gripping hydraulic cylinder in every stage 工作循環(huán) 計算公式 負載 F/KN 回油背壓 p4/MPa 進油壓力 p3/MPa 輸入流量 q3/10-3m3s- 1 輸入功 率 P/KW 工進 p3=(F+A4p4)/A3 q3=A3V3 P=p3q3 4545 0.6 1.92 0.056 0.108 4.2.3 計算送料液壓缸在工作循環(huán)個階段的壓力、流量和功率值 對夾緊液壓缸在工作循環(huán)個階段的壓力、流量和功率值進行計算，并列表于表 6。 表 6 送料液壓缸在工作循環(huán)個階段的壓力、流量和功率值 Tab. 6 The pressure, flow and power value of supply hydraulic cylinder in working cycle 工作循環(huán) 計算公式 負載 F/KN 回油背壓 p6/MPa 進油壓力 p5/MPa 輸入流量 q5/10-3m3.s- 1 輸入功 率 P/KW 工進 p5=(F+A6p6 )/A5 q5=A5V5 P=p5q5 3000 0.6 1.37 - - 5 液壓系統(tǒng)及其工作原理 5.1 主機功能結構 該機床的主機由床身、夾緊虎鉗、鋸頭、立柱和鋸架等組成（見圖 2） 。全自動金 屬鋸床工作時，要加工的工件由相應的夾具夾緊在工作臺 1 上，刀架臂 5 帶動鋸架 6 下降至工件待加工部位，觸頭 2 與樣件（靠模）緊密接觸，通過工作臺的往復直線主 運動（切削）和鋸架的仿形運動加工出與樣件曲面形狀相同的工件。工作臺和鋸架均 由液壓驅動 5。其中前虎鉗有四個油缸組成，考慮到鋸床加工時需要較大的緊固力， 此時四缸同步控制夾緊，能起到較好的固定作用。后虎鉗由倆個油缸配合組成實現(xiàn)夾 緊，主要起到固定和配合送料的作用。鋸架升降臺由一個油缸控制，主要實現(xiàn)快進、 8 工進、快退三個步驟，工進時需要提供較大的力。送料機構也是由一個油缸控制，送 料油缸與后虎鉗油缸協(xié)同配合完成送料。前虎鉗、后虎鉗、升降鋸架、送料機構四個 部分協(xié)同完成送料、固定、材料切割三個步驟，從而實現(xiàn)材料切割成型的工作內(nèi)容。 圖 2 液壓全自動金屬鋸床的主機結構示意圖 Figure 2 Hydraulic Automatic metal band sawing machinehost structure schematic drawing 帶鋸機床中鋸架的快進、工進、快升及夾緊送料工作循環(huán) 16-18，由電氣控制并 由液壓系統(tǒng)驅動來完成。進給、送夾料的動作順序為：鋸頭下降工進快升前松 后緊后虎鉗送料前進前緊后松后虎鉗后退前后虎鉗同時夾緊鋸頭下降（第 二次工作循環(huán)開始）。工作循環(huán)如圖 3 所示。 圖3 工作循環(huán) Fig.3 working cycle 5.2 擬采用液壓系統(tǒng)及其工作原理 5.2.1. 確定供油方式 考慮到該機床在工作進給時負載較大，速度較低。而在快進、快退時負載較小， 速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油?，F(xiàn) 9 采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。 5.2.2. 調(diào)速方式的選擇 在中小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。 根據(jù)組合機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定要求的特點，決定采用限壓 式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛 性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負切削力的能力。 5.2.3. 速度換接方式的選擇 本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點是結構簡單、調(diào)節(jié)行程比較方 便，閥的安裝也較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則 可改用行程閥切換的速度換接回路。 5.2.4. 夾緊回路的選擇 。 1 油箱；2、9 單向閥；3 過濾器；4 溢流閥；5 電動機；6 液壓泵；7 壓力表開關；8 壓力表； 1013 三位五通電液換向閥；14 節(jié)流閥；15、16 液控單向閥；17 舉升缸；18、19 前夾緊缸； 20 后夾緊缸；21 送料缸；22 二位二通電磁換向閥 1.Tank;2.Check-valve;3.Filter;4.Overflow-valve;5.Electromotor;6.Hydraulic-pump; 7.Pressure- meter-swich;8.Piezometer;1013. The three position five way of Electro hydraulic Directional control valve;14. throttle valve; 15、16.Hydraulic control non return valve;17. Lifting cylinder; 18、19. Before clamping cylinder;20. After the clamping-cylinder; 21.hydro-cylinder; 22. The two position two way electromagnetic valve 圖 4 全自動金屬鋸床液壓系統(tǒng)原理圖 Fig. 4 Automatic metal band sawing machinehydraulic system diagram 用三位四通電磁閥來控制夾緊、松開換向動作時，為了避免工作時突然失電而松 開，應采用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時間可調(diào)節(jié)和當進油路壓力瞬時下降時仍能保 10 持夾緊力，所以接入單向閥保壓。在該回路中還裝有溢流閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小 和保持夾緊力的穩(wěn)定 6。 全自動金屬帶鋸床的液壓系統(tǒng)原理圖如圖 4 所示，系統(tǒng)由電動機 5 驅動的單向變 量液壓泵 6 供油，最大工作壓力由溢流閥 4 設定，壓力表 8 及其開關 7 可觀測系統(tǒng)壓 力。系統(tǒng)的液壓執(zhí)行器有舉升缸 17，前夾緊缸 18、19兩對缸并聯(lián)，且上腔裝有復位 彈簧，后夾緊缸 20 和送料缸 21.各類缸的運動方向依次由電液換向閥 10-13 控制。單 向閥 2 作背壓閥用，單向閥 9 可防止油液倒灌，以保護液壓泵。電磁換向閥 22 和溢 流閥 4 用于控制缸 17 的快慢速轉換，液控單向閥可鎖緊前夾緊缸，以保證夾緊的可 靠性。 整個系統(tǒng)的工作過程是：啟動電動機 5 及液壓泵 6 后，電磁鐵 1YA 和 9YA 通電是 換向閥 10 和 22 均切換至左位，泵 6 的壓力油經(jīng)單向閥 9、換向閥 10 和閥 22 進入舉 升缸 17 的下腔，缸 17 上腔經(jīng)閥 10 和單向閥 2 向油箱排油，鋸頭快速下降，并在電 氣控制下完成工進（回油經(jīng)節(jié)流閥 14）。當控制系統(tǒng)檢測到 SQ1 有輸入時，完成一次 切削，電磁鐵 1YA 和 9YA 重新通電動作，鋸頭在舉升缸 17 的作用下上升，同時電磁 鐵 6YA 通電使換向閥 12 切換至右位、后虎鉗松開后，電磁鐵 8YA 通電使換向閥 13 切 換至右位，后虎鉗在送料缸 21 的作用下后退。當控制系統(tǒng)檢測到 SQ3 有輸入時，電 磁鐵 5YA 通電使換向閥 12 切換至左位，后虎鉗夾緊鋸切材料，與此同時電磁鐵 4YA 通電使換向閥 11 切換至右位，前夾緊缸 18、19 在上腔復位彈簧的作用下打開液控單 向閥，下腔回油、前夾緊缸松開。然后電磁鐵 7YA 通電使換向閥 13 切換至左位，后 虎鉗夾持鋸切物料在送料缸 21 的作用下前進。當控制系統(tǒng)檢測到 SQ4 有輸入時電磁 鐵 7YA 斷電使換向閥 13 復至中位，缸 21 停止前進，同時電磁鐵 3YA 通電使換向閥 11 切換至左位，前夾緊缸 18、19 推動前虎鉗夾緊鋸切材料。這時控制系統(tǒng)再次檢測到 SQ2 有輸入，則第二次切削工作循環(huán)開始。 全自動金屬鋸床的液壓系統(tǒng)電磁鐵的動作順序如表 7 所示： 表 7 電磁鐵的動作順序 Tab. 7 The order action of solenoid 電磁鐵 工況 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 鋸頭快升 鋸頭快進 11 鋸頭工進 送料前進 虎鉗前松后緊 后虎鉗后退 虎鉗前緊后松 6 液壓元件的選擇 6.1 液壓泵及驅動電動機功率的確定 6.1.1 液壓泵的工作壓力 已知定量液壓泵的最大工作壓力為 4.02MPa，取進油路上壓力損失為 1MPa，則小 最高工作壓 5.02MPa，選擇泵的額定壓力應為 pn=(5.02+5.02*0.25%)=6.27MPa。大流 量變量液壓泵在液壓缸工進時工作壓力較大，其工作壓力最高位（1.92+0.4） MPa=2.32MPa，卸荷閥的調(diào)整壓力應高于此值。 6.1.2 液壓泵流量計算 取系統(tǒng)的泄露系數(shù) K=1.2，則泵的最小供油壓力 qp由公式（3）得 qp= kqmax （ 3 ） =1.2*0.5*10-3m3/s =36L/min 由于工進時所需的最大流量是 1.9x10-5m3/s,溢流閥最小穩(wěn)定流量為 0.05x10- 3m3/s,小流量泵最小流量為 qp1=4.4L/min。 大流量泵最小流量為 qp2=qp-qp1 （ 4 ） =31.6l/min 6.1.3 確定液壓泵規(guī)格 對照產(chǎn)品樣本可選擇兩個 YB-A-40/7 雙作用葉片泵，其額定轉速為 1450r/min。 其為我過第一代國產(chǎn)葉片泵第五次改型產(chǎn)品；結構簡單，性能穩(wěn)定，排量范圍大，噪 聲低、壽命長，適用于機床設備和其他中低壓液壓傳動系統(tǒng) 19-21。 變量泵可以選擇型號為 YBX-40/6.3 的單作用彈簧泵。其最高轉速可以達到 1800r/min，容積效率大于 90%。為外反饋式限壓變量泵。工作時，根據(jù)系統(tǒng)負載的變 12 化通過分別位于定子兩邊的變量活塞和預緊彈簧的力平衡原理，改變定子與轉子的偏 心距，從而改變泵的流量,適用于組合機床等 19-20。 故以上兩種葉片泵均滿足系統(tǒng)要求。 6.1.4 確定液壓泵驅動功率 根據(jù)系統(tǒng)需求，液壓泵在快退階段時的功率要求最大。取液壓缸在進油路上壓力 損失為 0.5MPa，則液壓泵的輸出壓力為 1.58MPa,液壓泵的總效率為 0.8，液壓泵的流 量為 40L/min，則液壓泵驅動快退所需的功率 9由公式( 5 )計算可得： P=pq/n ( 5 ) =1.58x106x40 x10-3/(60 x0.8)=1317W。 據(jù)此選用型號為 Y100L-6 的三相異步電動機，其額定功率為 1.5KW，滿載轉速為 940r/min。 另外一個電動機可選擇型號為 Y802-4 的三相異步電動機，其額定功率為 0.75KW，滿載轉速為 1390r/min。 6.2 液壓控制閥和液壓輔件的選擇 液壓系統(tǒng)應盡可能多的由標準液壓控制元件組成，液壓控制元件的主要選擇依據(jù) 是閥所在的油路的最大工作壓力和通過該閥的最大實際流量。因此，首先根據(jù)所選擇 的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，算出液壓缸在各階段的實際進出流量、運動速度和持 續(xù)時間，以便為其他液壓控制閥及輔件的選擇及系統(tǒng)的性能計算奠定基礎 16。 6.2.1 壓力控制閥 壓力控制閥的選用原則 10、19 壓力：壓力控制閥的額定壓力應大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力，以保證壓力 控制閥正常工作。 壓力調(diào)節(jié)范圍：系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力應在法的壓力調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。 流量：通過壓力控制閥的實際流量應小于壓力控制閥的額定流量。 結構類型：根據(jù)結構類性及工作原理，壓力控制閥可以分為直動型和先導型兩種， 直動型壓力控制閥結構簡單，靈敏度高，但壓力受流量的變化影響大，調(diào)壓偏差大， 不適用在高壓大流量下工作。但在緩沖制動裝置中要求壓力控制閥的靈敏度高，應采 用直動型溢流閥，先導型壓力控制閥的靈敏度和響應速度比直動閥低一些，調(diào)壓精度 比直動閥高，廣泛應用于高壓，大流量和調(diào)壓精度要求較高的場合。 此外，還應考慮閥的安裝及連接形式，尺寸重量，價格，使用壽命，維護方便性， 貨源情況等。 13 6.2.2 流量控制閥 流量控制閥的選用原則如下： 壓力：系統(tǒng)壓力的變化必須在閥的額定壓力之內(nèi)。 流量：通過流量控制閥的流量應小于該閥的額定流量。 測量范圍：流量控制閥的流量調(diào)節(jié)范圍應大于系統(tǒng)要求的流量范圍，特別注意， 在選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，所選閥的最小穩(wěn)定流量應滿足執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度要 求。 根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過個液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查產(chǎn)品樣本 所選擇的元件型號規(guī)格如表 8 所列。 表 8 全自動金屬鋸床液壓閥明細表 Tab. 8 The hydraulic valvesdetail list of automatic metal band sawing machine 序號 名稱 實際流量（L/min） 選用規(guī)格 1 二位二通電磁換向閥 108 4WE56.0/W220R 2 遠程自動調(diào)壓閥 70 FD6-B10 3 三位五通液動換向閥 108 4WEH10-20/8AW220-50 4 三位四通電磁換向閥 36 4WE6-61/W220-50 5 單向閥 108 PVP-8 6 壓力表 30 YTXG-150 7 溢流閥 2.78 DZ20-30/210 8 節(jié)流閥 20 MG8G1.2 9 冷卻器 108 2LQFW 10 精過濾器 72 PFB-35-75F 11 壓力繼電器 20 HEDZO 12 二位三通電磁換向閥 20 23QDF6K/315E24 13 伺服閥 36 QDY6 14 蓄能器 20 NXQA-25/20-L 15 柱塞液壓缸 108 2G-E40 16 仿形液壓缸 72 2HG20-125/80F250 17 夾緊液壓缸 86 YGX-30 14 6.3 油箱的有效容積 油箱的有效容積可按公式(6)確定 UaqVp ( 6 ) 式中 a 為經(jīng)驗系數(shù)，對中壓系統(tǒng)取 a=5.所選泵的總流量為 201.4L/min，液壓泵 每分鐘排出的壓力油的體積為 0.2 3m，算的油箱的有效容積由公式（7）得，為 312.05Vuqvd4 ( 7 ) 6.4 油管內(nèi)徑計算 本系統(tǒng)管理較為復雜，取其主要幾條（其余略），根據(jù)公式計算，得有關參數(shù)及 計算結果列于下表 9。 表 9 主要管路內(nèi)徑 Tab. 9 Main pipeline inside diameter 管路名稱 通過流量/(L/s) 允許流速/(m/s) 管路內(nèi)徑/m 實際取 值/m 泵吸油管 3.6 0.85 0.073 0.07 泵排油管 3.6 4.5 0.032 0.03 工作臺液壓缸 進油管路 1.4 4.5 0.019 0.02 7 液壓系統(tǒng)性能驗算 7.1 驗算回路中的壓力損失 本系統(tǒng)較為復雜，有多個液壓執(zhí)行元件動作回路，其中環(huán)節(jié)較多，管路損失較大 的要算工作臺液壓缸動作回路，故主要驗算由泵到工作臺液壓缸這段管路的損失。 7.1.1 驗算回路中的壓力損失 沿程壓力損失，主要是工作臺液壓缸快速注射時進油管路的壓力損失。此管路長 5m，管內(nèi)徑 0.032m，快速時通過流量 2.7L/s，選用 20 號機械系統(tǒng)損耗油，正常運轉 后油的運動粘度 smv/27，油的密度 3/918mkg。 油在管中的實際流速為： ssdquv /6./02.7432 ( 8 )2309811.6Re5v 15 油在管路中呈絮流動狀態(tài)，其沿程阻力系統(tǒng)為： 25.0e 3164R ( 9 )dup1 ( 10 ) 按式 求得沿程壓力損失為： MPap03.1203.98198654. ( 11 ) 7.1.2 局部壓力損失 局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失 2p，以及 通過控制閥的局部壓力損失 3p。其中管路局部壓力損失相對來說小得多，故主要計 算通過控制閥的局部壓力損失。 參看圖，從泵出口到工作臺液壓缸進油口，要經(jīng)過換向閥 11，及單向節(jié)流閥。 換向閥的額定流量為 300L/min，額定壓力損失為 0.6 MPa。電液換向閥的額定流 量為 190L/min,額定壓力損失 0.3MPa。單向節(jié)流閥的額定流量為 150L/min，額定壓力 損失之和為 0.2MPa。 通過各閥的局部壓力損失之和由公式(12)可得，為： a15062.190.4573.2301.46231 MPp ( 12 )a.68.P3 由以上計算結果可求得快進時： 泵到工作臺液壓缸之間總的壓力損失為 Map36.1.031 泵出口壓力為：6.3MPa。 由計算結果看，大小泵的實際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所 選泵是合適的。 另外還要說明的一點是：在整個工作過程中，工作壓力是不斷變化的，工作臺液 壓缸的進口壓力也隨之由小到大變化，當工作壓力達到最大時，工作臺液壓缸活塞的 16 運動速度也將近似等于零，此時管路的壓力損失隨流量的減小而減小。泵的實際出口 壓力要比以上計算值小一些 8。 綜合考慮各工況的需要，確定系統(tǒng)的最高工作壓力為 6MPa，也就是溢流閥的調(diào)定 壓力。 7.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算 7.2.1 計算發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)的功率損失全部轉化為熱量。按式( 13 )計算其發(fā)熱功率 ovp1 ( 13 ) 對本系統(tǒng)來說， 1p是整個工作循環(huán)中三泵的平均輸入功率。 ZiiptqT1 ( 14 )iT -系統(tǒng)工作循環(huán)周期；ip -執(zhí)行裝置的工作壓力；iq -執(zhí)行裝置的流量；it -執(zhí)行裝置工作時間； -執(zhí)行裝置的總效率 這樣，可算得雙泵平均輸入功率 1p=12KW。 系統(tǒng)的總輸出功率為( 15 )： mjjwjiniWto tTSFT11 ( 15 ) 式中:tT -系統(tǒng)工作循環(huán)周期；wiF -液壓缸輸出的推力；iS -液壓缸運動的距離；wjT -液壓馬達輸出的轉矩；j -液壓馬達輸出的角度； 17 jt-液壓馬達工作時間； 由前面給定參數(shù)及計算結果可知： 工作臺液壓缸的外載荷為 15KN，行程 0.8m；鋸架液壓缸的外載荷為 4.5KN，行程 0.11m； KWpo 31502.109.35014. 35 總的發(fā)熱功率為： KWPV. 。 7.2.2 計算散熱功率 前面初步求得油箱的有效容積為 1 3m，按 V=0.8abh 求得油箱各邊之積由( 16 ) 可得； 3325.8.0hba ( 16 ) 取 a 為 1.25m，b、h 分別為 1m。 根據(jù)公式，求得油箱散熱面積為： 229.5.125.18.5.18. maAt 油箱散熱功率由( 17 )可得，為： TAKptc ( 17 ) 式中 tK 油箱散熱系數(shù)，查表 23.4-12， t取 )./(162CWo;T 油溫與環(huán)境溫度之差，取 CTO35。KpKpRc 3.2.9.16 由此可見，油箱的散熱遠遠滿足不了系統(tǒng)散熱的要求，管路散熱是極小的，需要 另設冷卻器 9。 7.2.3 冷卻器所需冷卻面積的計算 冷卻面積由( 18 )可得： m CRtKPA ( 18 ) 18 式中 K傳熱系數(shù)，用管式冷卻器時，取 )/(162CmWK o ; 其中： mt 平均溫升， 2 11tTtm ， 取油進入冷卻器的溫度 C ot60 ，油流出冷卻器的溫度 CTo502，冷卻水入口 溫度 CTo251，冷卻水出口溫度 32，則：t Om2350 （ 19 ） 所需冷卻器的散熱面積由（ 19 ）可得，為： 2238.5.7160.2mA 考慮到冷卻器長期使用時，設備腐蝕和油垢，水垢對傳熱的影響，冷卻面積應比 計算值大 30%，實際選用冷卻器散熱面積為式（ 20 ）： 226.38.1A （ 20 ） 8 總結 經(jīng)過一段時間的論文設計，至此已基本完成了任務書所規(guī)定的任務。本設計 涉及的課程很多，涉及到液壓傳動、流體動力學、液壓、電氣控制等相關課程的知識。 通過完成該設計，自我感覺收獲很多，能力提高很大。首先，對大學四年所學過的主 要專業(yè)知識進行了一遍較系統(tǒng)的復習。在論文完成的過程中，基本上是在不斷翻閱課 本，加以總結和聯(lián)系的基礎上獨立來完成的，因此，可以說通過本次畢業(yè)設計使自己 在專業(yè)知識方面得到了一次較大的提高。其次，設計的過程中，不免會遇到很多問題 和難點，在問題面前，我學會了獨立思考解決問題和協(xié)作。在論文完成的過程中，我 通過查找資料，請教老師和同學，使難點和問題逐個擊破，感覺很充實，收獲頗多。 參考文獻 1梁應選.全自動金屬帶鋸床液壓控制系統(tǒng)設計J.液壓與氣動.2008(5):59-60 2楊久青.一種全自動金屬帶鋸床液壓控制系統(tǒng)設計J.科技信息.2010(9):59-60 3郭北濤.國內(nèi)外金屬鋸床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.制造技術與機床，2004（2）:32-33 4 Bernd Gromoll.Advanced Micro Air-Cooling Systems for High Density Packaging.Tenth IEEE 19 THERM Symposium .1994：259-280 5許賢良、王傳禮.液壓傳動系統(tǒng)M.北京：國防工業(yè)出版社，2008 年：125-128 6成大先.機械設計手冊單行本-液壓傳動與控制M.北京：機械設計手冊編委會，2007:88-92 7王守成，段俊勇.液壓元件及選用M.北京：化學工業(yè)出版社，2007:253-321 8范存德.液壓技術手冊M.遼寧：遼寧科學技術出版社，2004 年:167-261 9王積偉、章宏甲、黃宜.液壓傳動M.北京：機械工業(yè)出版社，2004 年：65-180 10張利平.液壓控制系統(tǒng)及設計M.北京：化學工業(yè)出版社，2006 年:156-165 11劉延俊.液壓系統(tǒng)使用與維修M.北京：化學工業(yè)出版社，2006 年：89-96 12王先逵.機械制造工藝學M.北京：機械工業(yè)出版社,2006.1 :235-267 13徐學林.互換性與測量技術基礎M.長沙：湖南大學出版社,2005.8：55-67 14丁年雄.機械加工工藝辭典M.北京：學苑出版社，1990：230-268 15李洪.機械加工工藝手冊M.北京：北京出版社,1990.12：129-136 16于駿一.典型零件制造工藝M.北京：機械工業(yè)出版社,1989：149-166 17成大先.液壓系統(tǒng)工作介質使用規(guī)范M.北京：機械工業(yè)出版社，2007 年：129-189 18黃克孚.王先逵.機械制造工藝學M.北京：機械工業(yè)出版社，1989：139-231 19周恩濤.液壓系統(tǒng)設計元器件選型手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，2007 年：165-189 20雷天覺.機械設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，2001 年：38-55 21 G.E.McCreey.Liquid flow and vapor formation phenomena a flat heat pipe.Heat Transfer Engineering.1994(4):33-41 22 Zong-Yi LE.Transient thermoelastic problem on the vapor flow of heat pipe.Applied Mathematics and Cpmputation.2004(154):127-151 致 謝 本論文是在劉啟定老師的悉心指導下完成的。在歷時十幾周的緊張有序的過程中， 學到了很多東西，不止書上的知識，還有獨立思考、解決問題的能力。記得初涉設計 時，主、客觀問題層出不窮，按著設計計劃，設計思路有序地進行，圍繞全自動、鋸 床、液壓三個關鍵詞，既了解了全自動鋸床的有關規(guī)范，又涉及到了專業(yè)知識，加強 了自己的專業(yè)，拓寬了知識面。在無數(shù)次的奔波于圖書館，設計教室后，發(fā)現(xiàn)設計不 僅僅是設計，還包括了實踐、耐心、耐力、毅力。在不斷的探索中，我也在不斷的進 步，慢慢的學著獨立的完成一件事，這個過程自我感覺非常充實，這也是學校、老師 20 讓我們設計的目的所在。 大學四年里面，劉老師一直都是很有耐心地教導我們，在此，我要深深的感謝老 師的幫助，從老師身上我不僅學會了很多專業(yè)知識，而且學會了很多做人的道理這對 我以后步入社會有很大的幫助。 同時要感謝論文答辯組專家的精心指導。感謝大學四年里面教導我們的專業(yè)課老 師，是你們讓我認識到了機械專業(yè)的博大精深，機械設備的變化多端及精妙。 即將畢業(yè)，感觸良多，但愿能成為一個有價值的人,多為社會做貢獻，多為人民 多為社會創(chuàng)造勞動價值。