鉆鏜兩用臥式組合機床液壓動力滑臺設計【含CAD圖紙、說明書】

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陽泉學院 畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)生姓名 ： 劉超輝 專業(yè) ： 機電一體化技術 學號 ： 100522134 指導教師 ： 畢秋生 所屬系（部） ： 機械電子工程系 二〇一三年五月 28 陽泉學院 畢業(yè)設計評閱書 題目：組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計　機電 系　機電一體化技術 專業(yè) 姓名 劉超輝 設計時間：2013年3月15日 ~ 2013年5月15日 評閱意見： 成績： 　　　　　　　　　　　　　　　 指導教師：　　　　　（簽字） 　　　　　　　　　　　　　 職　　務：　　　　　 2013年　月　日 陽泉學院 畢業(yè)設計答辯記錄卡 　機電 系 機電一體化技術 專業(yè) 姓名 劉超輝 答 辯 內(nèi) 容 問 題 摘 要 評 議 情 況 　　　　　　　　　 記錄員： （簽名） 成 績 評 定 指導教師評定成績 答辯組評定成績 綜合成績 注：評定成績?yōu)?00分制，指導教師為30%，答辯組為70%。 專業(yè)答辯組組長：　　　　　（簽名） 　　　　　　　　　 2013年　　月　　日 畢業(yè)設計（論文）題目： 組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的設計 畢業(yè)設計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 一、 要求 1 工作循環(huán)為“快進→工進→死擋鐵停留→快退→原位停止” 2 采用平導軌 二、原始數(shù)據(jù)： 1 加工時最大切削力為28000N 2 快進、快退速度相等，V=0.1m/s 3往復運動加速、減速時間為0.05s 4 靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1 5滑臺快進行程長度為100mm，工進行程為50mm 6 滑臺工進速度50mm/min 7 運動部件總重G=14700N 畢業(yè)設計（論文）任務書 　　 　 畢業(yè)設計（論文）主要內(nèi)容： 1． 用簡明的文字說明設計的原理、依據(jù)。畫出設計相關的圖形、圖標、表格等。 2． 用手畫圖，用CAD畫圖 學生應交出的設計文件（論文）： 說明書，設計的液壓系統(tǒng)圖、液壓缸裝配圖。 專業(yè)班級 學生 要求設計（論文）工作起止日期 指導教師簽字 日期 教研室主任審查簽字 日期 系主任批準簽字 日期 前言 本設計主要是為機床設計的液壓傳動系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)應用在機床中，可以實現(xiàn)機床的自動進給，刀具的自動轉換等。而且可以使機床的運動更平衡，加工精度更高，效率更高，從而實現(xiàn)機床的自動化。為了達到以上效果，我們做了這個設計。 本設計的主要涉及的內(nèi)容有機床負載的分析，運動特性的分析，液壓系統(tǒng)圖的設計，液壓元件的選擇，液壓缸的設計等。 目錄 前言 1 目錄 2 一、液壓傳動的發(fā)展概況 3 二、液壓傳動的工作原理和組成 3 三、液壓傳動的優(yōu)缺點 4 1、優(yōu)點 5 2、液壓傳動的缺點： 5 四、液壓系統(tǒng)的應用領域 5 1、液壓傳動在機械行業(yè)中的應用： 5 2、靜液壓傳動裝置的應用 6 五、液壓系統(tǒng)工況分析 6 1、運動分析 7 六、擬定液壓系統(tǒng)圖 11 1、 調速方式的選擇 11 2、快速回路和速度換接方式的選擇 11 七、液壓工作原理 12 八、液壓元件選擇 14 1、選擇液壓泵和電機 14 2、液壓元件、輔件的選擇 18 九、液壓系統(tǒng)驗算 19 1．管路系統(tǒng)壓力損失驗算 19 2、液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算 21 十、液壓系統(tǒng)最新發(fā)展狀況 23 1、國外液壓系統(tǒng)的發(fā)展 23 2、遠程液壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展 24 十一、注意事項 25 致謝 27 參考文獻 28 一、液壓傳動的發(fā)展概況 液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應用的一門技術。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。 第一個使用液壓原理的是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,以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺水壓機。1905年他又將工作介質水改為油,進一步得到改善。 第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動廣泛應用,特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的20年間,才開始進入正規(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 的逐步建立奠定了基礎。20 世紀初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究;1910年對液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻，使這兩方面領域得到了發(fā)展。 我國的液壓工業(yè)開始于20世紀50年代，液壓元件最初應用于機床和鍛壓設備。60年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個工業(yè)部門，在機床、工程機械、冶金、農(nóng)業(yè)機械、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用。當前液壓技術正向高壓、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，新元件的應用、系統(tǒng)計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化、微機控制等工作，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，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國機械工業(yè)在認真消化、推廣國外引進的先進液壓技術的同時，大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強產(chǎn)品質量可靠性和新技術應用的研究，積極采用國際標準，合理調整產(chǎn)品結構，對一些性能差而且不符合國家標準的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學技術的迅速發(fā)展，液壓技術將獲得進一步發(fā)展，在各種機械設備上的應用將更加廣泛。 二、液壓傳動的工作原理和組成 液壓傳動是以液體為工作介質，利用壓力能來驅動執(zhí)行機構的傳動方式。 驅動機床工作臺的液壓系統(tǒng)是由油箱、過濾器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭等組成。 1、工作原理： 1)電動機驅動液壓泵經(jīng)濾油器從油箱中吸油，油液被加壓后,從泵的輸出口輸入管路。油液經(jīng)開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸，推動活塞而使工作臺左右移動。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。 2)工作臺的移動速度是通過節(jié)流閥來調節(jié)的。當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸的油量增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥關小時，進入液壓缸的油量減少，工作臺的移動速度減少。由此可見，速度是由油量決定的。 2、液壓系統(tǒng)的基本組成： 1）能源裝置——液壓泵。它將動力部分（電動機或其它遠動機）所輸出的機械能轉換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。 2）執(zhí)行裝置——液壓機（液壓缸、液壓馬達）。通過它將液壓能轉換成機械能，推動負載做功。 3）控制裝置——液壓閥（流量閥、壓力閥、方向閥等）。通過它們的控制和調節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向。 4）輔助裝置——油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關等.通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來，以實現(xiàn)各種工作循環(huán)。 5）工作介質——液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。 三、液壓傳動的優(yōu)缺點 1、優(yōu)點 1）在相同的體積下，液壓執(zhí)行裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力。在同等功率的情況下，液壓執(zhí)行裝置的體積小、重量輕、結構緊湊。液壓馬達的體積重量只有同等功率電動機的12%左右。 2）液壓執(zhí)行裝置的工作比較平穩(wěn)。由于液壓執(zhí)行裝置重量輕、慣性小、反應快，所以易于實現(xiàn)快速起動、制動和頻繁地換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復回轉運動時可達到每分鐘500次，實現(xiàn)往復直線運動時可達每分鐘1000次。 3）液壓傳動可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調速（調速比可達1：2000），并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。 4）液壓傳動容易實現(xiàn)自動化，因為它是對液體的壓力、流量和流動方向進行控制或調節(jié)，操縱很方便。當液壓控制和電氣控制或氣動控制結合使用時，能實現(xiàn)較復雜的順序動作和遠程控制。 5）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護且液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。 6）由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設計、制造和使用都比較方便。 2、液壓傳動的缺點： 1)液壓傳動是以液體為工作介質，在相對運動表面間不可避免地要有泄漏，同時，液體又不是絕對不可壓縮的，因此不宜在傳動比要求嚴格的場合采用，例如螺紋和齒輪加工機床的內(nèi)傳動鏈系統(tǒng)。 2）液壓傳動在工作過程中有較多的能量損失，如摩擦損失、泄漏損失等，故不宜于遠距離傳動。 3）液壓傳動對油溫的變化比較敏感，油溫變化會影響運動的穩(wěn)定性。因此，在低溫和高溫條件下，采用液壓傳動有一定的困難。 4）為了減少泄露，液壓元件的制造精度要求高，因此，液壓元件的制造成本高，而且對油液的污染比較敏感。 5）液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難，因此對維修人員提出了更高的要求，既要系統(tǒng)地掌握液壓傳動的理論知識，又要有一定的實踐經(jīng)驗。 6）隨著高壓、高速、高效率和大流量化，液壓元件和系統(tǒng)的噪聲日益增大，這也是要解決的問題。 總而言之，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，隨著科學技術的進步，液壓傳動的缺點將得到克服，液壓傳動將日益完善，液壓技術與電子技術及其它傳動方式的結合更是前途無量。 四、液壓系統(tǒng)的應用領域 1、液壓傳動在機械行業(yè)中的應用： 機床工業(yè)——磨床、銑床、刨床、拉床、壓力機、自動機床、組合機床、數(shù)控機床、加工中心等 工程機械——挖掘機、裝載機、推土機等 汽車工業(yè)——自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車等 農(nóng)業(yè)機械——聯(lián)合收割機的控制系統(tǒng)、拖拉機的懸掛裝置等 輕工機械——打包機、注塑機、校直機、橡膠硫化機、造紙機等 冶金機械——電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機控制系統(tǒng)等 起重運輸機械——起重機、叉車、裝卸機械、液壓千斤頂?shù)? 礦山機械——開采機、提升機、液壓支架等 建筑機械——打樁機、平地機等 船舶港口機械——起貨機、錨機、舵機等 鑄造機械——砂型壓實機、加料機、壓鑄機等 2、靜液壓傳動裝置的應用 靜液壓傳動由于具有無級變速，調速范圍寬，可以實現(xiàn)恒扭或恒功率調速，容易實現(xiàn)電控等優(yōu)點，在工程機械中具有良好的應用前景。但是在鏟土運輸機械和起重機械中作為主要傳動就用卻很少，其主要問題是在于國內(nèi)液壓元件質量差，而國外的液壓元件價格又太高，會造成主同成本過高。90年代以來，國內(nèi)已引進了德國林德公司靜液壓叉車，以及利勃海爾公司靜液壓推土機的裝載機，但在國內(nèi)市場所占份額很小。從國內(nèi)工程機械市場的實際出發(fā)，本文對靜液壓傳動在國內(nèi)的推廣應用提出探討性的意見如下： （1）靜液壓傳動叉車在發(fā)達國家已經(jīng)被廣泛采用，由于國內(nèi)部分倉庫、碼頭和工廠等使用部門對叉車的機動性能（尤其是低速性能）、噪聲已經(jīng)有較高的要求，因此這些部門正在成為國內(nèi)靜液壓叉車用戶。國內(nèi)叉車和液壓元件生產(chǎn)企業(yè)應該看到靜液壓叉車的良好前景，聯(lián)合研究開發(fā)適合我國國情的叉車靜液壓系統(tǒng)，提供能先進，工作可靠，價格適中的產(chǎn)品。也可以采用與國際靜液壓元件制造公司聯(lián)合開發(fā)的方式，加快開發(fā)的速度。 （2）中小型多功能工程機械由于具有挖掘，裝載，叉車和起重等多功能，在發(fā)達國家已經(jīng)得到了廣泛的應用。隨著我國經(jīng)濟建設尤其是城市建設的發(fā)展，中小型多功能工程機械也將在我國推廣應用，而它們無疑將首先采用靜液壓傳動作為其主要傳動裝置。國內(nèi)工程機械企業(yè)應該看到中小型多功能工程機械的發(fā)前景，聯(lián)合國內(nèi)外靜液壓元件生產(chǎn)企業(yè)共同開展對它們的研究開發(fā)，以促進中小型多功能工程機械在我國的發(fā)展。 （3）在國內(nèi)大型鏟土運輸和起重機械中，由于配套的靜液壓與電子控制元件的技術難度大，價格太高，在國內(nèi)用戶中難以接受。因此，在我國暫時不宜將靜液壓傳動研究開發(fā)的重點放在與大型鏟土運輸和起重機械配套上，而應將重點放在上述兩類工程機械上。 五、液壓系統(tǒng)工況分析 1、運動分析 繪制動力滑臺的工作循環(huán)圖 2、負載分析 （1）阻力計算 1）切削阻力 切削阻力為已知 Fq=28000`N 2）摩擦阻力 取靜摩擦系數(shù) =0.2,動摩擦系數(shù)ud=0.1,則： 靜摩擦阻力 =0.2×14700N=2940N 動摩擦阻力 =0.1×14700N=1470N 3）慣性阻力 動力滑臺起動加速，反向起動加速和快退減速制動的加速度的絕對值相等，既△u=0.1m/s，△t=0.05s，故慣性阻力為： =G△u/g△t=14700×0.1÷9.8×0.05=3000N 4）由于動力滑臺為臥式放置，所以不考慮重力負載。 5）關于液壓缸內(nèi)部密封裝置摩擦阻力Fm的影響，計入液壓缸的機械效率中。 6）背壓力 初算時暫不考慮。 （2）液壓缸各階段工作負載計算： 1）啟動 F1=/ηcm=2940/0.9=3267N 2）加速 F2=（+）/ηcm=（1470+3000）/0.9=4470N 3）快進 F3=/ηcm=1470/0.9N=1633N 4）工進 F4=(+)/ηcm=(28000+1470)/0.9N=32744N 5）快退 F5=/ηcm=1470/0.9N=1633N （3）繪制動力滑臺負載——位移曲線圖，速度——位移曲線圖（見圖1） 圖1 （3）、確定缸筒內(nèi)徑D，活塞桿直徑d D= 按GB/T2348——1993，取D=100mm d=0.71D=71mm 按GB/T2348——1993，取d=70mm （4）、液壓缸實際有效面積計算 無桿腔面積 A1=πD2/4=3.14×1002/4 mm2=7850mm2 有桿腔面積 A2=π（D2－d2）/4=3.14×（1002－702）/4 mm2=4004 mm2 活塞桿面積 A3=πD2/4=3.14×702/4 mm2=3846 mm2 （5）、最低穩(wěn)定速度驗算。最低速度為工進時u=50mm/min，工進采用 無桿腔進油，單向行程調速閥調速，查得最小穩(wěn)定流量qmin=0.1L/min A1≥qmin/umin=0.1/50=0.002 m2=2000 mm2 滿足最低速度要求。 （6）、計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力、流量、功率列于表（1） 表（1）液壓缸壓力、流量、功率計算 工 況 差 動 快 進 工 進 快 退 啟 動 加 速 恒 速 啟 動 加 速 恒 速 計 算公 式 p= F/A3 q= u3A3 P=pq p=(F+ p2A2) / A1 q= u1 A1 P=pq p=(F+ p2A1) / A2 q= u2 A2 P=pq 速 度m/s u2=0.1 u1=3×10-4~5×10-3 u3=0.1 有 效面 積m2 A1=7850×10-6 A2=4004×10-6 A3=3846×10-6 負 載N 3266 3000 1633 32744 3266 3000 1633 壓 力MPa 0.85 0.78 0.42 4.4 1.4 1.1 0.99 流 量L/min 23 0.39 24.0 功 率KW 0.16 1.755 0.40 取 背 壓 力 p2=0.4MP 取 背 壓 力 p2=0.3MP 六、擬定液壓系統(tǒng)圖 擬定的液壓系統(tǒng)原理圖 1、 調速方式的選擇 該機床負載變化小，功率中等，且要求低速運動平穩(wěn)性好速度負載特性好，因此采用調速閥的進油節(jié)流調速回路，并在回油路上加背油閥。 2、快速回路和速度換接方式的選擇 本題已選用差動型液壓缸實現(xiàn)“快、慢、快”的回路。由于快進轉工進時有平穩(wěn)性要求，故采用行程閥或電磁閥皆可來實現(xiàn)（比較表如下表2），工進轉快退則利用壓力繼電器來實現(xiàn)。 表2 快進工進的控制方法比較 項目 采用行程閥 采用電磁閥 轉 換 性 能 1． 液壓沖擊小 2． 轉換精度高 3． 可靠性好 4． 控制靈活性小 1． 液壓沖擊較大 2． 轉換精度較低 3． 可靠性較差 4． 控制靈活性大 安 裝 特 點 1． 行程閥裝在滑座上 2． 管路較復雜 3． 須設置液壓撞塊機構（撞塊長度大于工進行程） 1． 電磁閥可裝在液壓站（或控制板）上，安裝靈活性大 2． 管路較簡單 3． 須設置電氣撞塊機構 綜上所述，本系統(tǒng)為進油節(jié)流調速回路與差動回路的組合，為此可以列出不同的方案進行綜合比較后，畫出回路圖，見圖1號圖縱紙。 七、液壓工作原理： 1. 快速前進 按下起動按鈕，電磁經(jīng)鐵1YA通電，電磁換向閥A的左拉接入回路，液動換向閥B在制油液的作用下其左位接入系統(tǒng)工作，這時系統(tǒng)中油液的通路為： 進油路：過濾器1→變量泵1→ 換向閥A→單向閥C→換向閥B左端 回油路：換向閥右端→節(jié)流閥F→換向閥A→油箱。 于是，換向閥B的閥芯右移，使其左位接入系統(tǒng)。 主油路 進油路：過濾器1→變量泵1→單向閥3→換向閥B→行程閥11→液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔→換向閥B→單向閥6→行程閥11→液壓缸左腔，形成差動連接。 此時由于負載較小，液壓系統(tǒng)的工作壓力較低，所以液控順序閥5關閉，液壓缸形成差動連接，又因變量泵2在低壓下輸出流量為最大，所以動力滑臺完成快速前進。 2.工作進給 當滑臺運動到預定位置時，控制擋鐵壓下行程閥11。切斷了快進油路，電液動換向閥7的工作狀態(tài)不變(閥B和閥A的左位仍接入系統(tǒng)工作)，壓力油須經(jīng)調速閥8、二位二通電磁12才能進入液壓缸的左腔，由于油液流經(jīng)調速閥而使系統(tǒng)壓力升高，于是液控順序閥5打開，單向閥6關閉，使液壓缸右腔的油液經(jīng)閥5、背壓閥4流回油箱，使滑臺轉換為工作進給運動。其主要油路： 進油路： 過濾器1 →變量泵2→單向閥3→換向閥B →調速閥8→電磁閥12→液壓缸左腔。 回油路： 液壓缸右腔 →換向閥B→順序閥5→背壓閥4→油箱。 因為工作進給時系統(tǒng)壓力升高，所以變量泵2的輸出流量便自動減小，以適應工作進給的城要，進給速率的大小由調速閥8來調節(jié)。 3.死擋鐵停留 當滑臺第二次工作進給完畢，碰上死擋鐵后停止前進，停留在死擋鐵處，這時液壓缸左腔油液的壓力升高，當升高到壓力繼電器13的調整值時，壓力繼電器動作，發(fā)出信號給時間繼電器，其停留時間由時間繼電器控制，經(jīng)過時間繼電器的延時，再發(fā)出信號使滑臺返回。 4.快速退回 時間繼電器延時發(fā)出信號，使電磁鐵YA停電，2YA通電，這時換向閥A的右位接入回路，控制油液換向閥B的右位拉入系統(tǒng)工作，此時，由于滑臺返回的負載小，系統(tǒng)壓力較低，變量泵2的流量自動增大至最大，所以動力滑臺快速退回。這時系統(tǒng)油液的通路為： 控制油路 進油路： 過濾器1→變量泵2→換向閥A→單向閥D→換向閥B右端。 回油路： 換向閥B左端→節(jié)流閥E→換向閥A→油箱。 主油路 進油路： 過濾器1→變量泵2→單向閥3→換向閥B→液壓缸右腔。 回油路： 液壓缸左腔→單向閥10→換向閥B→油箱。 動力滑臺快速后退，當其快退到一定位置(即工進的起始位置)時，行程閥11復位，使回油路更為暢通，但不影響快速退回動作。 5.原位停止 當滑臺退回到原位時，擋鐵壓下行程開關而發(fā)出信號，使2YA斷電，換向閥A、B都處于中位，液壓缸失去動力源，滑臺停止運動。變量泵2輸出的油液經(jīng)單向閥3、換向閥B流回油箱，液壓泵卸荷。單向閥3使泵卸荷時，控制油路中仍保持一定的壓力。這樣，當電磁換向閥A通電時，可保證液動換向閥B能正常工作。 3、油源的選擇 由液壓缸工況圖（圖2）清楚的看出，其系統(tǒng)特點是快速時低壓、大流量、時間短，工進時高壓、小流量、時間長，故采用雙聯(lián)葉片泵或限壓式變量泵。將兩者進行比較（見表3）考慮本機床要求系統(tǒng)平穩(wěn)、工作可靠。因而采用雙聯(lián)葉片泵。 表3 雙聯(lián)葉片泵 限壓式變量葉片泵 1．流量突變時，液壓沖擊取決于溢流閥的性能，一般沖擊較小 1．流量突變時，定子反應滯后，液壓沖擊大 2內(nèi)部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲小，工作性能較好。 2．內(nèi)部徑向力不平衡，軸承較大，壓力波動及噪聲較大，工作平衡性差 3．須配有溢流閥、卸載閥組，系統(tǒng)較復雜 3．系統(tǒng)較簡單 4．有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較高 4．無溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升較低 系統(tǒng)工作循環(huán)表4 元件名稱 動作循環(huán) 電磁鐵 行 程 閥 壓力繼電器 1Y 2Y 快 進 ＋ － ／ － 工 進 ＋ － 壓 下 ＋（工進終了） 快 退 － ＋ ／ － 停止（或中途停止） － － ／ － 八、液壓元件選擇 1、選擇液壓泵和電機 （1）確定液壓泵的工作壓力 由前面可知，液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作 壓力為4.4MPa，本系統(tǒng)采用調速閥進油節(jié)流調速，選取進油管道壓力損失為0.6MPa。 由于采用壓力繼電器，溢流閥的調整壓力一般應比系統(tǒng)最高壓力大0.5MPa，故泵的 最高壓力為 Pp1=（4.4+0.6+0.5）MPa=5.5MPa 這是小流量泵的最高工作壓力（穩(wěn)態(tài)），即溢流閥的調整工作壓力。 液壓泵的公稱工作壓力Pr為 Pr=1.25 Pp1 =1.25×5.5MPa=6.7MPa 大流量泵只在快速時向液壓缸輸油，由壓力圖可知，液壓缸快退時的工作壓力比快進時大，這時壓力油不通過調速閥，進油路比較簡單，但流經(jīng)管道和閥的油流 量較大。取進油路壓力損失為0.5MPa，故快退時泵的工作壓力為 Pp2=（0.99+0.5）MPa=1.49MPa 這是大流量泵的最高工作壓力，此值是液控順序閥7和8調整的參考數(shù)據(jù)。 （2）液壓泵的流量 由流量圖2（b）可知，在快進時，最大流量值為23L／min, 取K=1.1，則可計算泵的最大流量 ≥K(∑)max =1.1×23L／min=25.3L／min 在工進時，最小流量值為0.39 L／min.為保證工進時系統(tǒng)壓力較穩(wěn)定，應考慮溢流閥有一定的最小溢流量，取最小溢流量為1 L／min（約0.017×10-3m3／s）故 小流量泵應取1.39L／min 根據(jù)以上計算數(shù)值，選用公稱流量分別為18L／min、12L／min；公稱壓力為70MPa壓力的雙聯(lián)葉片泵。 （3）選擇電機 由功率圖2（c）可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，其數(shù)值按下式計算 Pp= Pp2（qv1+ qv2）／ηp=1.35×106（0.2+0.3）×10-3／0.75=993W 式中 qv1——大泵流量，qv1=18 L／min（約0.3×10-3m3／s） qv2——小泵流量，qv2=12L／min（約0.2×10-3m3／s） ηp——液壓泵總效率，取ηp =0.75。 圖2 a b c 根據(jù)快退階段所需功率993W及雙聯(lián)葉片泵要求的轉速，選用功率為1.1KWJ52－6型的異步電機。 2、 元、輔件的選擇 根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過閥的實際流量，選擇各種液壓元件和輔助元件的規(guī)格。 液壓元件說明 編號 元 件 名 稱 型 號 技術數(shù)據(jù)P(MPa) ( L／min) 調整壓力 P（MPa） 1 葉 片 泵 YB－12／18 雙聯(lián)p=7.0，=12 P=5.38 2 葉 片 泵 YB－12／18 雙聯(lián)p=7.0，=18 P=1.35 3 三位五通電磁換向閥 35D－25B p=6.3，=25 4 單向行程調速閥 QCI－25 p=6.3，=25 △P=2～3 qvmin =0.03 5 溢 流 閥 Y－10 p=6.3，≤4 =10，卸荷壓p＜1.5 6 背 壓 閥 B－10B p=6.3，=10背壓力p=0.5～0.6 實際通過流量 ≈1.5 7 液 動 順 序 閥 XY－B10B p=6.3，qv =10卸荷壓力p＜1.5實際通過流量qv =9（做卸荷閥用） P=1.35 8 液 動 順 序 閥 XY－B10B p=6.3，qv =10卸荷壓力p＜1.5實際通過流量qv =1.5 P=1.35+（0.5～0.8） 9 單 向 閥 I－25B p=6.3，qv=25 △P≤2最大實際通過流量qv =22 10 單 向 閥 I－25B p=6.3，qv=25 △P≤2實際通過 流量qv =10 11 單 向 閥 I－25B p=6.3，qv=25 △P≤2實際通過 流量qv ≈15 12 單 向 閥 I－25B p=6.3，qv=25 △P≤2實際通過 流量qv ≈30 13 壓 力 繼 電 器 DP1－63B P=1～6.3，反向區(qū)間壓力調整范圍為0.5～0.8 14 壓 力 表 開 關 K－6B p=6.3，測量6點壓力值，實測4點壓力值 15 濾 油 器 WU－25×180J型 公稱直徑15×10-3m公稱流25（≈0.42×10-3m3／s） 注：以上元件除液壓泵、濾油器外，均為板式連接。 3、確定管道尺寸 由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接時，油管內(nèi)通油量較大，其實際流量 qv ≈24 L／min(0.5×10-3m3／s),取允許流速u=0.5m／s,則主壓力油管d 用下式計算 d= 圓整化，取d=12mm。 油管壁厚一般不需計算，根據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查液壓傳動手冊的有關表格 得管的壁厚δ。 選用14mm×12mm冷拔無縫鋼管。 其它油管按元件連接口尺寸決定尺寸，測壓管選用4mm×3mm紫銅管或鋁管。管接頭選用卡套式管接頭，其規(guī)格按油管通徑選取。 4、確定油箱容量 中壓系統(tǒng)油箱的容量，一般取液壓泵公稱流量的5～7倍 V=7 =7×30L=210L 九、液壓系統(tǒng)驗算 1．管路系統(tǒng)壓力損失驗算 由于有同類型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，故一般不必驗算壓力損失值。下面以工進時的管路壓力損失為例計算如下： 已知：進油管、回油管長約為l=1.5m，油管內(nèi)徑d=1.2×10-3m，通過流量 =0.39 L／min（0.0065×10-3m3／s），選用L－HM32全損耗系統(tǒng)用油，考慮最低溫度 為15℃，v=1.5㎝2／s。 1）判斷油流類型 利用下式計算出雷諾數(shù) Re=1.273×104／ =1.273×0.0065×10-3×104／1.2×10-3/1.5 ≈66<2000 為層流。 （2）沿程壓力損失∑△P1 利用公式分別算出進、回油壓力損失，然后相加即 得到總的沿程損失。 進油路上 △P1=4.4×1012v.l.qv／d4=4.3×1012×1.5×1.5×0.0065×10-3／124Pa =0.0313×105Pa 回油路上，其流量qv=0.75 L／min（0.0125×10-3m3／s）（差動液壓缸A1≈2A2）, 壓力損失為 △P1=4.3×1012v.l.qv／d4=4.3×1012×1.5×1.5×0.00325×10-3／124Pa =0.01532×105Pa 由于是差動液壓缸，且A1≈2A2，故回油路的損失只有一半折合到進油腔，所以 工進時總的沿程損失為 ∑△P1=（0.03103+0.5×0.01532）×105Pa=0.039×105Pa （3）局部壓力損失∑△P2 由于采用液壓裝置為集成塊式，故考慮閥類元件和集成塊內(nèi)的壓力損失。 為方便起見，將工進時油流通過各種閥的流量和壓力損失列于下 閥的流量和壓力損失 編 號 名 稱 實際通過流量 (L／min) 公 稱 流 量 L／min) 公稱壓力損失 △Pr×105(Pa) 1 單 向 閥 0.39 25 2 2 三位五通電磁換向閥 0.39 25 2 3 單向行程調速閥 0.39 25 5 4 液 動 順 序 閥 0.195 25 1.5（卸荷時壓力損失） 5 液 動 順 序 閥 0.195 10 6 計算各閥局部壓力損失之和∑△Pv如下 ∑△Pv=[2×105×（0.39／25）2+2×105×（0.39／25）+5×105+0.5×1.5×（0.39／25）2+0.5×6×105]Pa =8.1×105Pa 取油流通過集成塊時的壓力損失為 ∑△PJ=0.3×105Pa 故工進時總的局部壓力損失為 ∑△P2=（8.1+0.3）×105Pa=8.4×105Pa 所以 ∑△P=（0.5+8.4）×105Pa=9×105Pa 這個數(shù)值加上液壓缸的工作壓力（由外負載決定的壓力）和壓力繼電器要求系統(tǒng)調高的壓力（取其值為5×105Pa），可作為溢流閥調整壓力的參考數(shù)據(jù)。其壓力調整值p為 P= ∑△P＋P1＋5×105 式中 P1——液壓缸工進時克服外負載所需壓力。 而 P1= F0／A1=32744／7850×10-6Pa=41.7×105Pa 所以 P=（41.7+9+5）×105Pa=55.7×105Pa 這個值比估算的溢流閥調整壓力值67×105Pa小。因此，主油路上的元件和油管直徑均可不變。 2、液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算 本機床的工作時間主要是工進工況，為簡化計算，主要考慮工進時的發(fā)熱，故按工進工況驗算系統(tǒng)溫升。 （1）液壓泵的輸入功率 工進時小流量泵的壓力Pp1=54×105Pa，流量 qvp1=12L／min (0.2×10-3m3／s)小流量泵的功率為 P1= Pp1qvp1／ηp=54×0.2×102／0.75W=1440W 式中 ηp——液壓泵的總效率。 工進時大流量泵卸荷，順序閥的壓力損失△P=1.5×105Pa，即大流量泵的工作壓力Pp2=1.5×105Pa，流量qvp2=18L／min (0.3×10-3m3／s)大流量泵的功率P2為 P2= Pp2qvp2／ηp=1.5×0.3×102／0.75W=60W 故雙聯(lián)泵的合計輸出功率Pi為 Pi= P1+ P2=1440+60W=2040W （2）有效功率 工進時，液壓缸的負載F=32744N，取工進速度v=0.00083×10-3m／s 輸出功率P0為 P0=Fv=32744×0.00083W=27W （3）系統(tǒng)發(fā)熱功率Ph 系統(tǒng)總的發(fā)熱功率Ph為 Ph= P i－P0=2013W （4）散熱面積 油箱容積V=210L，油箱近似散熱面積A為 A=0.065 （5）油液溫升△t 假定采用風冷，取油箱的傳熱系數(shù)K t =23W／(㎡.℃),可得 油液溫升為 △ t= Ph／∑K t A=1198／（23×2.296）℃=22.7℃ 設夏天的室溫為30℃，則油溫為（30+22.7）℃=52.7℃，沒有超過最高允許油溫（50～65℃）。 十、液壓系統(tǒng)最新發(fā)展狀況 1、國外液壓系統(tǒng)的發(fā)展 工程機械主要配套件有動力元件、傳動元件、液壓元件及電氣元件等。目前工程機械動力元件基本上都用內(nèi)燃式柴油發(fā)動機(簡稱柴油機)；傳動分機械傳動、液力機械傳動、靜液壓傳動、電傳動等。但目前工程機械用得最多、最普遍的為液力機械傳動及靜液壓傳動。整個傳動系統(tǒng)還包括傳動軸、驅動橋等。靜液壓傳動有多種結構形式，有的有傳動軸、驅動橋，有的沒有，視情況而定；液壓元件主要有缸、泵、閥、密封件及液壓附件等。靜液壓元件的泵(主要是變量泵)、馬達(變量與定量)，以及相應的減速機等；電氣元件以前對工程機械的影響還并不大，最早的工程機械電氣系統(tǒng)，主要是起動電路及照明電路，系統(tǒng)及元件都非常簡單，起動可以用拖起動，白天干活不用照明，因此，這兩個電路系統(tǒng)出了故障也能勉強維持工作。但工程機械發(fā)展到今天，電氣系統(tǒng)及電氣元件已經(jīng)成了工程機械一個非常關鍵的部分，可以說今天的絕大多數(shù)工程機械，電氣系統(tǒng)出了故障根本就不能工作，有的甚至寸步難行，等于一堆廢鋼鐵。因此電氣系統(tǒng)、電器元件目前也是工程機械最關鍵最主要的配套件之一。主要電器元件除傳統(tǒng)的元件外，還有各種傳感器，各種控制元件及微處理機等等。下面就國際上這些工程機械主要配套件的基本情況及發(fā)展趨勢談談看法。 目前國外工程機械主要配套件大多數(shù)都生產(chǎn)歷史悠久，技術成熟、供應充足，生產(chǎn)集中度高，品牌效應突出。配套件的發(fā)展隨主機的發(fā)展而發(fā)展，同時配套件自身的發(fā)展反過來又促進主機的發(fā)展。目前國外工程機械配套件的發(fā)展形勢好過主機的發(fā)展形勢。目前國外工程機械配套件的發(fā)展形勢比較好。 近些年來國外工程機械有一種發(fā)展趨勢，主機制造企業(yè)逐步向組裝企業(yè)方向發(fā)展，配套件逐步由供應商來提供。比如世界上實力最強的主機制造企業(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械主機制造企業(yè)，其配套件的配套能力也是非常強的，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，主機企業(yè)可集中精力把自己的主機產(chǎn)品作好，減少配套件完全由主機企業(yè)自己來承擔的風險，而配套件企業(yè)作得更強更大，有能力迅速提高配套件的質量、技術水平，同時能為主機企業(yè)提供更多的新產(chǎn)品，這樣更容易促進主機產(chǎn)品的發(fā)展。國外工程機械主機企業(yè)從1988年達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，增幅是相當大的。因此，國外工程機械配套件這些年來得到了快速發(fā)展。國外工程機械配套件生產(chǎn)歷史悠久、技術成熟、 品種齊全，完全能滿足各種工程機械的配套需求國外許多工程機械主要配套件企業(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，技術十分成熟，品種也非常齊全，幾乎應有盡有。比如目前世界上生產(chǎn)密封件及減振器最大的企業(yè)，德國的弗羅伊登貝克(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，其品種應有盡有，從技術上、品種上完全能滿足液壓行業(yè)對密封件及密封技術的要求。同時還不斷推出新的密封材料及新的密封結構，推動液壓密封技術不斷向更高技術水平發(fā)展。目前世界上最大的中大型發(fā)動機制造企業(yè)，美國的康明斯(Cummins)發(fā)動機制造公司，成立于1919年，也幾乎有近100年的歷史。37.3kW(50馬力)以上的柴油機可以全方位為各種工程機械，甚至所有需要柴油機動力的各種機械配套，在技術上可以完全滿足最苛刻的歐II、歐III排放標準，甚至可以達到歐IV、歐V排放標準。 在流體產(chǎn)品領域內(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)元件的工程機械整個系統(tǒng)成套配套。還有世界上最大的傳動部件制造企業(yè)，德國的ZF公司，成立于1915年，也有近100年歷史，能為各種工程機械提供品種齊全的傳動部件。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，能滿足工程機械各種高技術水平的電氣系統(tǒng)和電氣元件的要求。 2、遠程液壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展 在科學技術迅猛發(fā)展的今天，計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術等現(xiàn)代化信息技術正對人類 的生產(chǎn)生活產(chǎn)生著前所未有的影響。這些信息技術的進步，為今后制造業(yè)的發(fā)展，設計方法與制造技術模式的改變指明了方向，為數(shù)字化設計資源與制造資源的遠程共享，進一步提高產(chǎn)品開發(fā)效率奠定了基礎。這一點已經(jīng)引起了學術界的廣泛關注，并且有很多科研學者已經(jīng)投入到了這方面的研究。目前在液壓領域中，特別是中小企業(yè)在進行液壓傳動系統(tǒng)的設計時，存在著零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠程設計服務可以解決這些問題。為減輕液壓設計人員的工作負擔，實現(xiàn)現(xiàn)代化設計模式的轉變以及設計資源、技術資源和產(chǎn)品信息的共享，本文提出了建立基于Web的遠程液壓傳動系統(tǒng)設計的新模式。 （1）系統(tǒng)的體系結構 基于Web的遠程液壓傳動設計系統(tǒng)采用B／S(瀏覽器／服務器)模式的體系結構，服務器端上存放了所有與設計計算相關的應用程序，以及用戶信息數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫與專家知識數(shù)據(jù)庫等。用戶在使用該設計系統(tǒng)時，只要客戶端具備上網(wǎng)功能(即安裝了IE瀏覽器并接通網(wǎng)絡)即可訪問使用。這樣的體系結構具有它獨特的優(yōu)勢：克服了傳統(tǒng)單機版應用程序只能單機操作的局限性，實現(xiàn)了設計與技術資源的跨區(qū)域、跨平臺共享，使設計人員的工作變得簡單方便，提高了工作效率。 （2）系統(tǒng)的工作流程 用戶在客戶端啟動IE瀏覽器進入系統(tǒng)初始界面，這里提供了關于遠程液壓傳動設計系統(tǒng)的介紹。如果用戶想提交設計任務，則可以注冊并填人相關信息，然后登錄進入操作頁面。首先，用戶要選擇一種工作模式：過程全自動化智能處理模式或人機交互模式。這兩種模式的主要區(qū)別在于：用戶選擇前者時，只要在一開始提交設計的任務要求、基本參數(shù)以及設計計算過程中需要用到的一些參數(shù)即可，其余的工作都由系統(tǒng)自動完成，直到最后生成設計方案供用戶審核；而后者，就是指系統(tǒng) 在分析、計算過程中每次需要選擇參數(shù)或方案的時候，都要詢問用戶的意見，由用戶來做出選擇。如果提供的眾多參數(shù)或方案中沒有用戶滿意的，或用戶自己有特殊要求，可以自行指定。因此，該工作模式適合于高級用戶或有特殊要求的用戶使用。用戶便可按照所選工作模式的流程來完成設計工作。 十一、注意事項 1、使用液壓系統(tǒng)要注意的問題 　 1）使用者應明白液壓系統(tǒng)的工作原理，熟悉各種操作和調整手柄的位置及旋向等。 　2）開車前應檢查系統(tǒng)上各調整手柄、手輪是否被無關人員動過，電氣開關和行程開關的位置是否正常，主機上工具的安裝是否正確和牢固等，再對導軌和活塞桿的外露部分進行擦拭，而后才可開車。 　 3）開車時，首先啟動控制油路的液壓泵，無專用的控制油路液壓泵時，可直接啟動主液壓泵。 　　4）液壓油要定期檢查更換，對于新投入使用的液壓設備，使用3 個月左右即應清洗油箱，更換新油。以后每隔半年至1 年進行清洗和換油一次。 　 5）工作中應隨時注意油液，正常工作時，油箱中油液溫度應不超過60℃。油溫過高應設法冷卻，并使用粘度較高的液壓油。溫度過低時，應進行預熱，或在運轉前進行間歇運轉，使油溫逐步升高后，再進入正式工作運轉狀態(tài)。 　 6）檢查油面，保證系統(tǒng)有足夠的油量。 　 7）有排氣裝置的系統(tǒng)應進行排氣，無排氣裝置的系統(tǒng)應往復運轉多次，使之自然排出氣體。 　 8）油箱應加蓋密封，油箱上面的通氣孔處應設置空氣過濾器，防止污物和水分的侵入。加油時應進行過濾，使油液清潔。 　 9）系統(tǒng)中應根據(jù)需要配置粗、精過濾器，對過濾器應經(jīng)常地檢查、清洗和更換。 　 10）對壓力控制元件的調整，一般首先調整系統(tǒng)壓力控制閥----溢流閥，從壓力為零時開調，逐步提高壓力，使之達到規(guī)定壓力值；然后依次調整各回路的壓力控制閥。主油路液壓泵的安全溢流閥的調整壓力一般要大于執(zhí)行元件所需工作壓力的10%--25%。快速運動液壓泵的壓力閥，其調整壓力一般大于所需壓力10%--20%。如果用卸荷壓力供給控制油路和潤滑油路時，壓力應保持在0.3--0.6MPa范圍內(nèi)。壓力繼電器的調整壓力一般應低于供油壓力0.3--0.5MPa。 　 11）流量控制閥要從小流量調到大流量，并且應逐步調整。同步運動執(zhí)行元件的流量控制閥應同時調整，要保證運動的平穩(wěn)性。 致謝 經(jīng)過緊張的畢業(yè)設計，我如愿地，較圓滿地完成了設計任務。從中得到了以前許多注意的問題。 本次設計培養(yǎng)了我們對設計工程的設計能力，學習和掌握課件的基本制作方法和步驟，并給我們以后的工作打下堅實的基礎，通過本次設計，我們把以前在課本中學習到的理論知識在此次設計中加以綜合運用設計資料，并懂得，這樣才不至于在設計過程中出現(xiàn)太多錯誤。 經(jīng)過一個月的緊張有序的工作，完成了課程設計，其中我們在設計的過程中遇到很多難題，但是經(jīng)過劉老師的認真講解，使我對其加深了認識。 最后，真誠的感謝輔導老師對我們的指導和幫助。由于我們對所學知識不夠徹底，而且時間較短，又缺乏經(jīng)驗，設計書中難免會存在疏漏和欠缺之處，懇請老師批評指正，以便在以后的工作和學習中不犯類似的錯誤。 參考文獻 張群生主編的《液壓與氣壓傳動》 袁承訓主編的《液壓與氣壓傳動》 宋學義主編的《液壓氣動手冊》 上?？萍汲霭嫔绯霭娴摹兑簤簜鲃釉O計手冊》 周文森 鄭景山 陸業(yè)銚編的《簡明電工手冊》 中國液氣壓網(wǎng) http://www.yeqiya.com