2264 半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2264 半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),半自動(dòng),專用,銑床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì) - 1 -半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要通過(guò)對(duì)半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)的工況要求和工作原理的理解，制定了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中最主要的是液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并掌握液壓系統(tǒng)的原理，以及液壓系統(tǒng)的典型零件裝配圖的認(rèn)識(shí)。采用計(jì)算機(jī)軟件既可以極大地提高編程質(zhì)量又增加計(jì)算的準(zhǔn)確性。通過(guò)大量的搜集資料和認(rèn)真學(xué)習(xí)研究，本文提出了基于參數(shù)要求的一套半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，驗(yàn)證了該方法能夠滿足要求，最終得以實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：半自動(dòng)；銑床；液壓系統(tǒng)；設(shè)計(jì)Abstractthrough understanding of principles of the hydraulic system of Semi-automatic Special Milling machineand working condition demands, Developed a hydraulic system design. The most important is the hydraulic system design and application.Using software programming can greatly enhance both the quality and accuracy of the calculated added.Through a lot of data collection and deeply study and research, this paper puts forward a set of requirements based on parameters of hydraulic system for semi-automatic milling machine design methods.Through the computer programming, the method is proven, which finally can meet the requirements to achieve.Key words： Semi-automatic; Milling machines; Hydraulic System; design - 2 -第一章 緒論近十年來(lái)，液壓傳動(dòng)在防漏、治污、降噪、節(jié)能和材質(zhì)研究等各個(gè)方面都有長(zhǎng)足的進(jìn)步，它和電子技術(shù)的結(jié)合也由拼裝、混合到整合，步步深入。時(shí)至今日，在盡可能小的空間內(nèi)傳出盡可能大的功率并加以精確控制這一點(diǎn)上，液壓傳動(dòng)已穩(wěn)居各種傳動(dòng)方式之首，無(wú)可替代。因此研究液壓系統(tǒng)是十分必要的。1.1 液壓傳動(dòng)的定義一部完整的機(jī)器是由原動(dòng)機(jī)(Prime Mover)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(Transmission Section)及控制部分(Control Section)、工作機(jī)(End-use Device)(含輔助裝置)組成。原動(dòng)機(jī)包括電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。工作機(jī)即完成該機(jī)器之工作任務(wù)的直接工作部分，如剪床的剪刀，車床的刀架、車刀、卡盤等。由于原動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速變化范圍有限，為了適應(yīng)工作機(jī)的工作力和工作速度變化范圍較寬，以及其它操縱性能的要求，在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用是把原動(dòng)機(jī)輸出功率經(jīng)過(guò)變換后傳遞給工作機(jī)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)(Mechanics)、電氣傳動(dòng)(Electrics)和流體傳動(dòng)(Fluid Power)機(jī)構(gòu)。流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液壓傳動(dòng)(Hydraulic Power Transmission )、液力傳動(dòng)(Fluid drive)和氣壓傳動(dòng)(Pneumatics) 。液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式 【1】 。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來(lái)傳遞能量；而液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來(lái)傳遞能量。由于液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建筑、石油化工、交通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機(jī)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時(shí)，也被應(yīng)用到航天航空、海洋開(kāi)發(fā)、核能工程和地震預(yù)測(cè)等各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域。 1.2 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，它是一門新學(xué)科，從 17 世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動(dòng)原理，18 世紀(jì)末英國(guó)制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)已有 23 百年的歷史，只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動(dòng)技術(shù)沒(méi)有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)技術(shù)的要求越來(lái)越高，液壓傳動(dòng)技術(shù)自身也在不斷發(fā)展，- 3 -特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，由于軍事及建設(shè)需求的刺激，液壓技術(shù)日趨成熟。第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動(dòng)裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用機(jī)床到本世紀(jì) 30 年代才用上了液壓傳動(dòng)。第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善及各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化而在機(jī)械制造，工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)中推廣開(kāi)來(lái)。近 30 年來(lái)，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都得到了應(yīng)用，如工程機(jī)械、數(shù)控加工中心、冶金自動(dòng)線等。采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷創(chuàng)新不斷的提高和改進(jìn)元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場(chǎng)需求。液壓技術(shù)的持續(xù)發(fā)展體現(xiàn)在如下一些重要的特征上 【2】 ：(1)提高元件性能，創(chuàng)新新型元件，不斷小型化和微型化。(2)高度的組合化、集成化和模塊化。(3)和微電子技術(shù)相結(jié)合，走向智能化。(4)研究和開(kāi)發(fā)特殊傳動(dòng)介質(zhì)，推進(jìn)工作介質(zhì)多元化。1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)（1）液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 1）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動(dòng)機(jī)的 1020%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過(guò)載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊。 2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá) 1：2000(一般為 1：100） 。 3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制。 5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤(rùn)滑，磨損小，使用壽- 4 -命長(zhǎng)。 6）操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高。 7）容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。8)液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和使用。（2）液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) 1）使用液壓傳動(dòng)對(duì)維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔。 2）對(duì)液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高。 3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平。 4）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化較敏感，這會(huì)影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動(dòng)不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-1560范圍內(nèi)較合適。5）液壓傳動(dòng)在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)效率較低。- 5 -第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)目的本次設(shè)計(jì)屬于機(jī)械類科目，這一課題涉及液壓傳動(dòng)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)制圖等多方面的知識(shí)，通過(guò)這次設(shè)計(jì)不僅能夠使我綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用，而且鍛煉我的實(shí)際手動(dòng)能力和創(chuàng)新能力。進(jìn)一步加深了我對(duì)液壓系統(tǒng)工作原理的理解，使我更全面的了解半自動(dòng)專用液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程以及銑床在工作過(guò)程中的要求。2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求半自動(dòng)專用銑床的液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，主要是明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，進(jìn)行工況分析，擬定和分析液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)方案，繪制液壓系統(tǒng)工作原理圖，計(jì)算和設(shè)計(jì)主要液壓元件，液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算，編寫說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)必須首先明確設(shè)計(jì)要求：（1）主機(jī)的用途、主要結(jié)構(gòu)、總統(tǒng)布局；主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空間尺寸以及質(zhì)量上的限制。（2）主機(jī)的工藝流程或工作循環(huán)；液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式及其工作范圍。（3）液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度的大小及其變化范圍。（4）主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序或互鎖要求，各動(dòng)作的同步要求及同步精度。（5）對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能、工作效率、自動(dòng)化程度等方面的要求。（6）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動(dòng)等。（7）其他方面的要求，如液壓裝置在外觀、色彩、經(jīng)濟(jì)性等方面的規(guī)定或限制。2.2.1 機(jī)床類型及動(dòng)作循環(huán)要求本設(shè)計(jì)以一臺(tái)臥式半自動(dòng)專用銑床為例，要求設(shè)計(jì)出驅(qū)動(dòng)它的動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)“手工上料按電鈕開(kāi)始手工定位夾緊工作臺(tái)快進(jìn)銑削進(jìn)給鞏固總臺(tái)快退夾具松開(kāi)手工卸料”的工作循環(huán) 【3】 。2.2.2 機(jī)床對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的具體參數(shù)要求通過(guò)綜合比較，可以將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定為如下：定位缸負(fù)載力 200N移動(dòng)重件力 20N，- 6 -移動(dòng)行程 10mm定位夾緊時(shí)間 1S夾緊缸負(fù)載力 4000N加工直徑 =38mm快進(jìn)行程 300mm,工進(jìn)行程 80mm,快進(jìn)、快退速度 6m/min,0.345m/min 動(dòng)力滑臺(tái)采用半導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù) f =0.3s動(dòng)摩擦系數(shù) f =0.15d2.3 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析（1）計(jì)算工作負(fù)載工作負(fù)載即為切削力，經(jīng)資料得 【4】 ，切削力可為:F=20000N（2）計(jì)算工進(jìn)速度 切削速度可按 孔的切削用量計(jì)算，選擇切削用量為：鉆 38 孔時(shí)，取半自動(dòng)38專用銑床的切削用量 s=0.2mm/r,切削速度 v=40m/min,則主軸轉(zhuǎn)速為n= 360r/min，則工進(jìn)速度 v =ns= 0.2=1.2(mm/s)=1.210 (m/s)dv1026033（3）計(jì)算摩擦負(fù)載靜摩擦阻力 F =u G (2-1) Ss動(dòng)摩擦阻力 F =u G (2-2)d（4）計(jì)算慣性負(fù)載F = (2-3)gtvG以上參數(shù) F 、F 、F 的具體計(jì)算方法見(jiàn)用 MATLAB 程序設(shè)計(jì) 【5】 編制的程序一：gSd程序一：參數(shù)計(jì)算Function f % 工作負(fù)載的參數(shù)計(jì)算G=9800;g=9.8;deltat=0.5;Deltav=0.1; % 單位：m/sFs=0.2; % 導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)Fd=0.1 % 導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)- 7 -Fa=(G/g*(deltav/deltat) %運(yùn)動(dòng)部件慣性負(fù)載Fs=fs*G % 導(dǎo)軌靜摩擦力Fd=fd*G % 導(dǎo)軌動(dòng)摩擦力運(yùn)行結(jié)果：Fg=500 Fs=1960 Fd=980其他運(yùn)行程序同上，得出各工作階段液壓缸的負(fù)載，如表 2-1 所示。表 2-1 液壓缸負(fù)載計(jì)算工況 計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 F/N 液壓缸驅(qū)動(dòng)力 F /N0啟動(dòng) F=u Gs 1960 2180加速 F=u G+(G/g)( )dtu/1480 1650快進(jìn) F=u Gd980 1090工進(jìn) F=F +u Gt30980 34422反向啟動(dòng) F=u Gd1960 2180加速 F=u G+(G/g)( )dtu/1480 1650快退 F=u Gd980 1090注：（1）液壓缸的機(jī)械效率 =0.9。m（2）不考慮動(dòng)力滑臺(tái)上的顛覆力矩的作用。2.4 液壓缸參數(shù)2.4.1 初選液壓缸工作壓力參照表 2-2，初選液壓缸工作壓力 p =4MPa。為使快進(jìn)、快退速度相等并使系統(tǒng)油1源所需最大流量減小 1/2 倍，選用 A =2A 差動(dòng)液壓缸。快進(jìn)時(shí)液壓缸作差動(dòng)連接，由2于管路中有壓力損失，液壓缸有桿腔壓力 p 必須大于無(wú)桿腔壓力 p ,計(jì)算中取兩者之1- 8 -差 =p -p =0.5MPa；同時(shí)還要注意到，啟動(dòng)瞬間活塞尚未移動(dòng)，此時(shí) 。工進(jìn)p21 0p時(shí)為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔應(yīng)有背壓，設(shè)此背壓為 0.6MPa 。同時(shí)假定，快退時(shí)間油壓損失為 0.7MPa【6】 。表 2-2【3】 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載 F/KN 5 510 1020 2030 3050 50工作壓力p/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 572.4.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸由工進(jìn)時(shí)的推力式 F =(p A -p A ) 【7】 計(jì)算液壓缸面積12mA = = = =103.410 （cm ）1pm)/(21610)/.4(9.0342(2-4)液壓缸直徑為D= (2-5)A取標(biāo)準(zhǔn)直徑 D= 115mm；因?yàn)?A =2A ,所以12d=0.7D【8】 (2-6)則液壓缸的有效面積A=A -A = - (D -d )=50.2(cm ) (2-7)124D22液壓缸直徑 D 和活塞桿直徑 d 的計(jì)算，見(jiàn)用 MATLAB 語(yǔ)言編制的程序二。程序二：液壓缸直徑和活塞桿直徑的參數(shù)設(shè)計(jì)function dA=103.4D=(4*A)/pi)(1/2)If 110D=115 d=802.4.3 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率根據(jù)液壓缸的負(fù)載和速度要求及液壓缸的有效工作面積，可以計(jì)算出液壓缸工作過(guò)程中各階段的壓力、流量和功率。在計(jì)算過(guò)程中，工進(jìn)時(shí)因回油節(jié)流調(diào)速，背壓p=0.6MPa。計(jì)算公式及結(jié)果如表 2-3 所示。表 2-3 各工況所需壓力、流量和功率工況 計(jì)算公式 F /N0回油腔壓力 p /Mpa2進(jìn)油腔壓力 p /Mpa1輸入流量Q/(L/s)輸入功率 P/KW啟動(dòng) 2180 0 0.434 - -加速 1650 1.36 0.86 - -快進(jìn)恒速p =120APFQ=Au1P=p q 1090 1.25 0.75 0.5 0.375工進(jìn) p =1120AFq=A u P=p Q234422 0.6 3.63 0.012 0.045啟動(dòng) 2180 - 0.48 - -加速 1650 0.7 1.85 - -快退恒速p =120q=A u1P=p Q 1090 0.7 1.74 0.5 0.87- 10 -2.5 擬定液壓系統(tǒng)圖2.5.1 選擇基本回路（1）調(diào)速回路與油路循環(huán)形式的確定考慮到所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)功率較小，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。如圖 2-1，為選用的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。圖 2-1 進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起動(dòng)力部件前沖，在回油路上加背壓閥，由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。（2）油源形式的確定半自動(dòng)專用銑床的液壓系統(tǒng)的功率不大，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，應(yīng)采用定量泵供油,泵的供油壓力和卸荷由電磁溢流閥控制，壓力可由壓力表及其開(kāi)關(guān)顯示。（3）快速、換向與速度換接回路的確定液壓馬達(dá)的進(jìn)油和轉(zhuǎn)速由二位四通電磁換向閥和節(jié)流閥控制與調(diào)節(jié)，考慮到在鉆頭不斷屑、切屑排除困難導(dǎo)致堵塞而使系統(tǒng)壓力升高，可設(shè)置壓力繼電器用于液壓馬達(dá)的扭轉(zhuǎn)保護(hù)，在壓力升高時(shí)發(fā)出信號(hào)；液壓缸的工作壓力有減壓閥設(shè)定并通過(guò)壓力表及其開(kāi)關(guān)顯示；液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向由三位四通電磁換向閥控制，快慢速度換接由二位二通電磁換向閥控制，進(jìn)給通過(guò)節(jié)流閥回油節(jié)流調(diào)速。另外考慮到系統(tǒng)需要散熱，故在系統(tǒng)的總的回油管路上設(shè)置冷卻器。- 11 -2.5.2 組成系統(tǒng)圖將所選擇的回路結(jié)合起來(lái)，并經(jīng)過(guò)修改和完善，便組成圖 2-2 所示的完整的液壓系統(tǒng)原理圖。2.5.3 液壓系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)啟動(dòng)后，電磁鐵 1YA 通電，液壓泵由卸荷轉(zhuǎn)為升壓并向液壓馬達(dá)和液壓缸同時(shí)供油狀態(tài)。電磁鐵 5YA 通電使換向閥 6 切換至右位，液壓泵 1 的壓力油經(jīng)換向閥 6、節(jié)流閥 9 進(jìn)入液壓馬達(dá) 14 的壓油腔，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)（同時(shí)馬達(dá)回油腔經(jīng)冷卻器 5 向油箱排油） 。與此同時(shí)，電磁鐵 2YA 通電使換向閥 7 切換至右位，泵 1 的壓力油經(jīng)減壓閥 3 換向閥 7 進(jìn)入液壓缸 13 的無(wú)桿腔（有桿腔油液經(jīng)閥 11 和 7 排回油箱） ，活塞桿驅(qū)動(dòng)鉆頭鐵速前進(jìn)；當(dāng)固定于滑座前端的擋鐵碰觸行程開(kāi)關(guān) SQ1 時(shí)，電磁鐵 4YA通電使換向閥 11 切換至右位，則液壓缸無(wú)桿腔回油只能經(jīng)節(jié)流閥 10 和換向閥 7 回油，活塞桿變?yōu)槁俟みM(jìn)，機(jī)床進(jìn)入鉆削階段，工進(jìn)速度由節(jié)流閥 10 的開(kāi)度決定。工件孔鉆通后，擋鐵碰觸行程開(kāi)關(guān) SQ2，電磁鐵 3YA 通電使換向閥 7 切換至左位，泵 1 的壓力油經(jīng)換向閥 7、11 進(jìn)入液壓缸 13 的有桿腔，使活塞桿連同滑座及其上的鉆頭快速后退，滑座后端的擋鐵碰觸行程開(kāi)關(guān) SQ3 時(shí)，則后退停止，工件亦停轉(zhuǎn)。鉆削加工中，如出現(xiàn)鉆頭不斷屑、切屑排除困難，導(dǎo)致堵塞故障時(shí)，則液壓馬達(dá)扭距增大，使馬達(dá)進(jìn)油壓力上升，當(dāng)壓力超過(guò)壓力繼電器 12 的設(shè)定值時(shí)發(fā)信使電磁鐵3YA 通電，4YA 斷電，換向閥 7 和 11 均切換至左位，泵 1 的壓力油進(jìn)入液壓缸 13 的有桿腔，活塞桿連鉆頭快速后退。待檢查或處理不斷屑故障后，重新工作。本設(shè)計(jì)中，為了使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，在變量泵與定量泵之間選擇了定量泵。定量泵是每轉(zhuǎn)的理論排量不變的泵。定量泵用于鎂合金熔化以及保溫熔爐，可定量供給鎂合金液用于壓鑄之使用。其主要特點(diǎn)是 【9】 ：1、自行設(shè)計(jì)的定量泵轉(zhuǎn)子，可提供客戶規(guī)定范圍之供液能力。 2、獨(dú)特的正壓式結(jié)構(gòu)，使熔液流動(dòng)速度更加穩(wěn)定。 3、根據(jù)客戶要求定做，可與各品牌型號(hào)之壓鑄設(shè)備配合。- 12 -1定量液壓泵； 2電磁溢流閥； 3減壓閥； 4、8壓力表；5冷卻器；6二位四通電磁換向閥；7三位四通電磁換向閥；9、10節(jié)流閥；11二位二通電磁換向閥；12壓力繼電器；13液壓缸；14雙向定量液壓馬達(dá)圖 2-2 半自動(dòng)專用銑床系統(tǒng)原理圖該系統(tǒng)既能單獨(dú)動(dòng)作，又能連續(xù)自動(dòng)工作，其自動(dòng)循環(huán)工作時(shí)電磁鐵動(dòng)作順序如表 2-4。表 2-4 電磁鐵動(dòng)作順序1YA 2YA 3YA 4YA 5YA快進(jìn) + + - - +工進(jìn) + + - + +快退 - - + - -2.5.4 技術(shù)特點(diǎn) （1）該半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)采用定量泵供油；液壓馬達(dá)為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速；液壓缸為回油節(jié)流調(diào)速；液壓泵可通過(guò)電磁溢流閥卸荷。（2）通過(guò)壓力繼電器實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的扭矩保護(hù)。（3）液壓缸通過(guò)電磁換向閥實(shí)現(xiàn)快慢進(jìn)給的轉(zhuǎn)換。（4）機(jī)床的床身兼做液壓系統(tǒng)的油箱，減小機(jī)床的占地面積；系統(tǒng)設(shè)有冷卻器，減小了油液發(fā)熱對(duì)機(jī)床精度的影響。- 13 - 14 -第三章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算3.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失實(shí)際液體是有粘性的，所以流動(dòng)時(shí)粘性阻力要損耗一定能量，這種能量損失表現(xiàn)為壓力損失。損耗的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，使液壓系統(tǒng)溫度升高，甚至性能變差。因此在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮盡量減小壓力損失。液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失分為兩種：一種是液體在等直徑管內(nèi)流動(dòng)時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，稱為沿程壓力損失；另一種是液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、閥口及變化的截面等處時(shí)，因流速或流向發(fā)生急劇變化而在局部區(qū)域產(chǎn)生流動(dòng)阻力所造成的壓力損失，稱為局部壓力損失 【10】 。計(jì)算系統(tǒng)的壓力損失，必須知道管道的直徑和管道長(zhǎng)度。已知選定油管的直徑d=20mm，進(jìn)、回油管長(zhǎng)度都定為 l=2m；查表 2-8【14】 取油液的運(yùn)動(dòng)粘度取為=110 m /s，油液的密度取為 =0.917410 Kg/m 。42 3（1）判斷流動(dòng)狀態(tài)由雷諾數(shù)Re= = (3-1) vdQ4可知，在油液粘度 、管道內(nèi)徑 d 一定的條件下，Re 的大小與 Q 成正比，又由表3-5 可知:在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油路中所通過(guò)的流量以快退時(shí)回油量為 Q=63.9L/min 最大，由此可知，此時(shí)的雷諾數(shù)也最大。雷諾數(shù)的具體計(jì)算方法見(jiàn)用 MATLAB 程序設(shè)計(jì)編制的程序五：程序五：雷諾數(shù)的計(jì)算Function Re % 雷諾系數(shù)的計(jì)算V=1: % 液的運(yùn)動(dòng)粘度q1=63.9: % 快退時(shí)的最大回油量d=18： % 油管內(nèi)徑Re=(4*q1)/(pi*60*d*v*10(-4) % 雷諾系數(shù)運(yùn)行結(jié)果Re=753.7155因?yàn)樽畲蟮睦字Z系數(shù)小于臨界雷諾系數(shù)（2300） 【11】 ，故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的流動(dòng)狀態(tài)均為層流 。19（2）計(jì)算系統(tǒng)壓力損失為了計(jì)算上的方便，首先將計(jì)算沿程壓力損失的公式簡(jiǎn)化，為此，將適用于層流流動(dòng)狀態(tài)的沿程阻力系數(shù)- 15 -= = (3-2)Re75Qdv4和溶液在管道內(nèi)的流量u= (3-3)2d0同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式= (3-4)pl2v整理得= q (3-5)4275dl可見(jiàn)，沿程壓力損失的大小與其通過(guò)的流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道局部壓力損失 常按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算p=0.1 (3-6)p各工況下的閥類元件的局部壓力損失按下式計(jì)算= （ ） (3-7)vnq2式中： 沿程壓力損失，Pa；p管道局部壓力損失，Pa；閥類元件局部壓力損失，Pa；vq通過(guò)閥的實(shí)際流量，m /s；3q 閥的額定流量，m /s；n閥的額定壓力損失，Pa。p計(jì)算各工況下的閥類元件的局部壓力損失：其中的 由產(chǎn)品樣品查出，q 和 qnp數(shù)值由表 2-4 查出 【12】 。n壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)的不同階段分別進(jìn)行。下面以快進(jìn)工況，進(jìn)油路中的壓力損失計(jì)算如下：在進(jìn)油路上的壓力損失分別為：=8.2210 q (3-8)p7進(jìn)=0.1 (3-9)- 16 -=0.2（ ） +0.2（ ） MPa (3-10)vp6015260372= + + (3-11)1pvp在回油路上，壓力損失分別為：=8.2210 q (3-12)17進(jìn)=0.1 (3-13)p1=0.3( )MPa (3-14)v603= + + (3-15)2P1vp根據(jù)以上三公式計(jì)算出各工況下的進(jìn)回油管的沿程、局部和閥類元件的壓力損失，如表 3-1 所示。表 3-1【13】 管路的壓力損失數(shù)值表快進(jìn) 工進(jìn) 快退p0.0744 0 0.0330.0742 0 0.0033v0.2926 0.5 0.0022進(jìn)油路 p0.3742 0.5 0.0590.0507 0 0.04950.00507 0 0.00495vp0.1142 0.5 0.232回油路0.17 0.5 0.2764注：工進(jìn)時(shí)管路中的流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都很小，可以忽略不計(jì)。（3）確定系統(tǒng)的調(diào)整壓力根據(jù)上述計(jì)算可知：溢流閥 2 的調(diào)整壓力應(yīng)為液壓缸工進(jìn)階段的工作壓力與進(jìn)油- 17 -壓力損失之和 【14】p (3.63+0.5)Mpa=4.13Mpa (3-16)1此值是調(diào)整溢流閥 2 的調(diào)整壓力值時(shí)的主要參考數(shù)據(jù)。減壓閥 3 的調(diào)整壓力應(yīng)為液壓缸工進(jìn)階段的工作壓力與進(jìn)油壓力損失之和p (3.63+0.5)Mpa=4.13Mpa (3-17)1此值是調(diào)整溢流閥 2 的調(diào)整壓力值時(shí)的主要參考數(shù)據(jù)。3.2 估計(jì)系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升由已知條件及表 3-6 可計(jì)算出快進(jìn)、工進(jìn)及快退所需的時(shí)間t = =1.82(s) (3-18)160/57.23t = =125(s) (3-19)2/48.3t = =1.95(s) (3-20)360/1.3由上可以看出，在一個(gè)工作循環(huán)周期中，快進(jìn)、快退僅占 3%，而工進(jìn)占 97%，系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升完全可以用工進(jìn)時(shí)的效率來(lái)代表整個(gè)循環(huán)的效率。根據(jù) 9-32【15】 中的公式可算出工進(jìn)階段回路效率(3-21)1ppcq式中： 輸 入 流 量 乘 積 的 總 和 ；各 執(zhí) 行 器 的 負(fù) 載 壓 力 和1qp。流 量 乘 積 的 總 和液 壓 泵 供 油 壓 力 和 輸 出前面已取定量液壓泵的總效率 ，取液壓缸的總效率 ，則可計(jì)89.0m95.0A17算得此液壓系統(tǒng)的效率(3-22)Ac工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率為 【16】 P = (3-23)rmpq1根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)熱量計(jì)算公式可算得工進(jìn)階段的發(fā)熱功率 【17】H=P （1- ） (3-24) pi- 18 -取散熱系數(shù) K=15W/(m )，算得系統(tǒng)溫升 【18】T= (3-25)23065.VKH該機(jī)床溫度環(huán)境 t=25，加上此溫升后有T =T+tT (3-26)11式中：T 最高允許溫度，取T =65 【19】 。1第四章 結(jié)論本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括液壓缸、液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等的計(jì)算與選擇，還有對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的效率、發(fā)熱和溫升的驗(yàn)算。其中還綜- 19 -合了油管、油箱及油液、液壓輔助元件的選擇。我深刻的認(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格的工程設(shè)計(jì)人員只是掌握本專業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)。在計(jì)算過(guò)程難免會(huì)存在這樣那樣的問(wèn)題，由于本人的專業(yè)水平限制，以及對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的理解程度不夠深入和透徹，還有理論過(guò)程與實(shí)際過(guò)程之間的差異的考慮較少，在對(duì)一些設(shè)計(jì)參數(shù)的估計(jì)上存在著或多或少的偏差，這就直接導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果與實(shí)際正確值之間的誤差。這是本設(shè)計(jì)最大的不足之處。此外，我并沒(méi)有過(guò)多從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)考慮系統(tǒng)，由于對(duì)材料成本方面了解的欠缺，我們只能從性能的角度來(lái)討論問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)性能方面的問(wèn)題有所提及，但是涉及的非常少。這也是此設(shè)計(jì)的一個(gè)不足之處。我們的生活正一天天地變得更好。電氣化已經(jīng)不再是遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想，即中國(guó)的廣大農(nóng)村和中小城鎮(zhèn)，人們也已經(jīng)可以感覺(jué)到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)給他們帶來(lái)的巨大的好處。我相信只有將書(shū)本中學(xué)到的東西運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，知識(shí)才能真正的為我所用，才能真正實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值。- 20 -參考文獻(xiàn)1 劉衛(wèi)國(guó)主編.MATLAB 程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用（第二版）M.北京：高等教育出版社，2006.72 許賢良，王傳禮主編.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.53 王積偉等主編.液壓傳動(dòng)（第二版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.124 許福玲主編.液壓與氣壓傳動(dòng)（第三版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.55 袁子榮主編.液壓傳動(dòng)與控制M.重慶：重慶大學(xué)出版社，2006.76 宋學(xué)義主編.袖珍液壓氣動(dòng)手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995.6-967 雷天覺(jué)主編.液壓工程手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19908 王守成，段俊勇主編.液壓元件及選用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2007.49 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200410 李壯云主編.液壓氣動(dòng)與液力工程手冊(cè)（上冊(cè)）M.北京：電子工業(yè)出版社，2008.2 3-411 路涌祥主編.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，197912 何存興.液壓元件M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，198213 李壯云，葛宜遠(yuǎn).液壓元件與系統(tǒng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199914 盛敬超主編.工程流體力學(xué)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，198815 雷天覺(jué)主編.新編液壓工程手冊(cè)M.北京理工大學(xué)出版社，2006.33816 張利平主編.液壓氣動(dòng)技術(shù)速查手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.1217 章宏甲編.液壓與氣壓傳動(dòng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.6.50-6818 汪國(guó)健. 液壓半自動(dòng)專用銑床J.液壓與氣動(dòng). 2000 年第三期.81-8419 郭鴻勛. 半自動(dòng)專用銑床的設(shè)計(jì)及使用J.機(jī)械產(chǎn)品與科技. 1999 年 3 期.34-35- 21 -致 謝經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師（）老師。老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料，到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是（）老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩（）老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。江 蘇 大 學(xué) 成 教 院畢 業(yè) 論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目：半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名 鄭雅蓉學(xué)院專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化年級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2011 年 7 月 15 日目 錄第一章 緒論 .2引言 .21.1 液壓傳動(dòng)的定義 .21.2 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況 .21.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) .3第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .42.1 設(shè)計(jì)目的 .42.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 .42.2.1 機(jī)床類型及動(dòng)作循環(huán)要求 .42.2.2 機(jī)床對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的具體參數(shù)要求 .42.3 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 .52.4 液壓缸參數(shù) .62.4.1 初選液壓缸工作壓力 .62.4.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸 .72.4.3 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率 .82.5 擬定液壓系統(tǒng)圖 .92.5.1 選擇基本回路 .92.5.2 組成系統(tǒng)圖 .102.5.3 液壓系統(tǒng)工作原理 .102.5.4 技術(shù)特點(diǎn) .12第三章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 .133.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失 .133.2 估計(jì)系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升 .16第四章 結(jié)論 .18參考文獻(xiàn) .19致 謝 .20江蘇大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告書(shū)課題名稱 半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 鄭雅蓉 學(xué) 號(hào) 院（系） 、專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 2011年 月 日一、課題的意義近十年來(lái)，液壓傳動(dòng)在防漏、治污、降噪、節(jié)能和材質(zhì)研究等各個(gè)方面都有長(zhǎng)足的進(jìn)步，它和電子技術(shù)的結(jié)合也由拼裝、混合到整合，步步深入。時(shí)至今日，在盡可能小的空間內(nèi)傳出盡可能大的功率并加以精確控制這一點(diǎn)上，液壓傳動(dòng)已穩(wěn)居各種傳動(dòng)方式之首，無(wú)可替代。因此研究液壓系統(tǒng)是十分必要的。通過(guò)對(duì)半自動(dòng)專用銑床的原有液壓系統(tǒng)的分析和了解，結(jié)合已學(xué)的液壓方面的知識(shí)，對(duì)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)有更進(jìn)一步的提高和認(rèn)識(shí)。二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，它是一門新學(xué)科，從 17 世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動(dòng)原理，18 世紀(jì)末英國(guó)制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)已有 23 百年的歷史，只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動(dòng)技術(shù)沒(méi)有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)技術(shù)的要求越來(lái)越高，液壓傳動(dòng)技術(shù)自身也在不斷發(fā)展，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，由于軍事及建設(shè)需求的刺激，液壓技術(shù)日趨成熟。第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動(dòng)裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用機(jī)床到本世紀(jì) 30 年代才用上了液壓傳動(dòng)。第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善及各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化而在機(jī)械制造，工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)中推廣開(kāi)來(lái)。近 30 年來(lái)，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都得到了應(yīng)用，如工程機(jī)械、數(shù)控加工中心、冶金自動(dòng)線等。采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷創(chuàng)新不斷的提高和改進(jìn)元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場(chǎng)需求。液壓技術(shù)的持續(xù)發(fā)展體現(xiàn)在如下一些重要的特征上：(1)提高元件性能，創(chuàng)新新型元件，不斷小型化和微型化。(2)高度的組合化、集成化和模塊化。(3)和微電子技術(shù)相結(jié)合，走向智能化。(4)研究和開(kāi)發(fā)特殊傳動(dòng)介質(zhì)，推進(jìn)工作介質(zhì)多元化。液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來(lái)傳遞能量；而液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來(lái)傳遞能量。由于液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建筑、石油化工、交通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機(jī)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時(shí)，也被應(yīng)用到航天航空、海洋開(kāi)發(fā)、核能工程和地震預(yù)測(cè)等各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域。近年來(lái)我國(guó)國(guó)內(nèi)液壓技術(shù)有很大的提高，不再單純地使用國(guó)外的液壓技術(shù)進(jìn)行加工。三、本課題的研究?jī)?nèi)容、方法、手段及預(yù)期成果內(nèi)容：半自動(dòng)專用銑床的液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，主要是明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，進(jìn)行工況分析，擬定和分析液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)方案，繪制液壓系統(tǒng)工作原理圖，計(jì)算和設(shè)計(jì)主要液壓元件，液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算，編寫說(shuō)明書(shū)。本設(shè)計(jì)以一臺(tái)臥式半自動(dòng)專用銑床為例，要求設(shè)計(jì)出驅(qū)動(dòng)它的動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)“手工上料按電鈕開(kāi)始自動(dòng)定位夾緊工作臺(tái)快進(jìn)銑削進(jìn)給鞏固總臺(tái)快退夾具松開(kāi)手工卸料”的工作循環(huán)。可分為以下幾個(gè)部分：1）液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)；2）液壓元件的計(jì)算與選擇；3）裝配圖的設(shè)計(jì)與計(jì)算；方法、手段：1） 了解半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)的組成及功能， 2） 根據(jù)工作數(shù)據(jù)分析負(fù)載和運(yùn)動(dòng)，得出執(zhí)行元件參數(shù)；3） 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)原理圖，計(jì)算和選擇液壓元件；4） 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能；預(yù)期成果：本次設(shè)計(jì)屬于機(jī)械類科目，這一課題涉及液壓傳動(dòng)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)制圖等多方面的知識(shí)，通過(guò)這次設(shè)計(jì)不僅能夠使我綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用，而且鍛煉我的實(shí)際手動(dòng)能力和創(chuàng)新能力。進(jìn)一步加深了我對(duì)液壓系統(tǒng)工作原理的理解，使我更全面的了解半自動(dòng)專用液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程以及銑床在工作過(guò)程中的要求。四、任務(wù)安排的階段安排及時(shí)間安排和完成任務(wù)所具備的條件因素及參考文獻(xiàn)：1）時(shí)間安排 第 12 周：實(shí)習(xí)，查找收集相關(guān)資料，分析相關(guān)資料，制定研究，設(shè)計(jì)提綱；第 37 周：完成設(shè)計(jì)初稿，審核；第 810 周：完善設(shè)計(jì)初稿；第 1112 周：終審；第 13 周：準(zhǔn)備論文答辯。2）完成任務(wù)所具備的條件因素：結(jié)合所學(xué)知識(shí)，查閱學(xué)校圖書(shū)館中相關(guān)圖書(shū)及資料，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)查詢相關(guān)信息。設(shè)計(jì)中遇到的疑難問(wèn)題，及時(shí)與老師和同學(xué)探討、交流，爭(zhēng)取圓滿完成設(shè)計(jì)任務(wù)。3）參考文獻(xiàn)1 劉衛(wèi)國(guó)主編.MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用（第二版）M.北京：高等教育出版社，2006.72 許賢良，王傳禮主編.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.53 王積偉等主編.液壓傳動(dòng)（第二版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.124 許福玲主編.液壓與氣壓傳動(dòng)（第三版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.55 袁子榮主編.液壓傳動(dòng)與控制M.重慶：重慶大學(xué)出版社，2006.76 宋學(xué)義主編.袖珍液壓氣動(dòng)手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995.6-967 雷天覺(jué)主編.液壓工程手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19908 王守成，段俊勇主編.液壓元件及選用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2007.49 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200410 李壯云主編.液壓氣動(dòng)與液力工程手冊(cè)（上冊(cè)）M.北京：電子工業(yè)出版社，2008.2 3-411 路涌祥主編.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，197912 何存興.液壓元件M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，198213 李壯云，葛宜遠(yuǎn).液壓元件與系統(tǒng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199914 盛敬超主編.工程流體力學(xué)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，198815 雷天覺(jué)主編.新編液壓工程手冊(cè)M.北京理工大學(xué)出版社，2006.33816 張利平主編.液壓氣動(dòng)技術(shù)速查手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.1217 章宏甲編.液壓與氣壓傳動(dòng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.6.50-6818 汪國(guó)健. 液壓半自動(dòng)專用銑床J.液壓與氣動(dòng). 2000年第三期.81-8419 郭鴻勛. 半自動(dòng)專用銑床的設(shè)計(jì)及使用J.機(jī)械產(chǎn)品與科技. 1999年3期.34-35五、指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日 六、教研室審查意見(jiàn)教研室主任（簽名） 年 月 日 七、院（系）審查意見(jiàn)院（系）主任（簽名） 年 月 日 備 注- 1 -半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要通過(guò)對(duì)半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)的工況要求和工作原理的理解，制定了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中最主要的是液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并掌握液壓系統(tǒng)的原理，以及液壓系統(tǒng)的典型零件裝配圖的認(rèn)識(shí)。采用計(jì)算機(jī)軟件既可以極大地提高編程質(zhì)量又增加計(jì)算的準(zhǔn)確性。通過(guò)大量的搜集資料和認(rèn)真學(xué)習(xí)研究，本文提出了基于參數(shù)要求的一套半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，驗(yàn)證了該方法能夠滿足要求，最終得以實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：半自動(dòng)；銑床；液壓系統(tǒng)；設(shè)計(jì)Abstractthrough understanding of principles of the hydraulic system of Semi-automatic Special Milling machineand working condition demands, Developed a hydraulic system design. The most important is the hydraulic system design and application.Using software programming can greatly enhance both the quality and accuracy of the calculated added.Through a lot of data collection and deeply study and research, this paper puts forward a set of requirements based on parameters of hydraulic system for semi-automatic milling machine design methods.Through the computer programming, the method is proven, which finally can meet the requirements to achieve.Key words： Semi-automatic; Milling machines; Hydraulic System; design - 2 -第一章 緒論近十年來(lái)，液壓傳動(dòng)在防漏、治污、降噪、節(jié)能和材質(zhì)研究等各個(gè)方面都有長(zhǎng)足的進(jìn)步，它和電子技術(shù)的結(jié)合也由拼裝、混合到整合，步步深入。時(shí)至今日，在盡可能小的空間內(nèi)傳出盡可能大的功率并加以精確控制這一點(diǎn)上，液壓傳動(dòng)已穩(wěn)居各種傳動(dòng)方式之首，無(wú)可替代。因此研究液壓系統(tǒng)是十分必要的。1.1 液壓傳動(dòng)的定義一部完整的機(jī)器是由原動(dòng)機(jī)(Prime Mover)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(Transmission Section)及控制部分(Control Section)、工作機(jī)(End-use Device)(含輔助裝置)組成。原動(dòng)機(jī)包括電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。工作機(jī)即完成該機(jī)器之工作任務(wù)的直接工作部分，如剪床的剪刀，車床的刀架、車刀、卡盤等。由于原動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速變化范圍有限，為了適應(yīng)工作機(jī)的工作力和工作速度變化范圍較寬，以及其它操縱性能的要求，在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用是把原動(dòng)機(jī)輸出功率經(jīng)過(guò)變換后傳遞給工作機(jī)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)(Mechanics)、電氣傳動(dòng)(Electrics)和流體傳動(dòng)(Fluid Power)機(jī)構(gòu)。流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液壓傳動(dòng)(Hydraulic Power Transmission )、液力傳動(dòng)(Fluid drive)和氣壓傳動(dòng)(Pneumatics) 。液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式 【1】 。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來(lái)傳遞能量；而液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來(lái)傳遞能量。由于液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建筑、石油化工、交通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機(jī)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時(shí)，也被應(yīng)用到航天航空、海洋開(kāi)發(fā)、核能工程和地震預(yù)測(cè)等各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域。 1.2 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，它是一門新學(xué)科，從 17 世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動(dòng)原理，18 世紀(jì)末英國(guó)制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)已有 23 百年的歷史，只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動(dòng)技術(shù)沒(méi)有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)技術(shù)的要求越來(lái)越高，液壓傳動(dòng)技術(shù)自身也在不斷發(fā)展，- 3 -特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，由于軍事及建設(shè)需求的刺激，液壓技術(shù)日趨成熟。第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動(dòng)裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用機(jī)床到本世紀(jì) 30 年代才用上了液壓傳動(dòng)。第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善及各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化而在機(jī)械制造，工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)中推廣開(kāi)來(lái)。近 30 年來(lái)，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都得到了應(yīng)用，如工程機(jī)械、數(shù)控加工中心、冶金自動(dòng)線等。采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷創(chuàng)新不斷的提高和改進(jìn)元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場(chǎng)需求。液壓技術(shù)的持續(xù)發(fā)展體現(xiàn)在如下一些重要的特征上 【2】 ：(1)提高元件性能，創(chuàng)新新型元件，不斷小型化和微型化。(2)高度的組合化、集成化和模塊化。(3)和微電子技術(shù)相結(jié)合，走向智能化。(4)研究和開(kāi)發(fā)特殊傳動(dòng)介質(zhì)，推進(jìn)工作介質(zhì)多元化。1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)（1）液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 1）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動(dòng)機(jī)的 1020%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過(guò)載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊。 2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá) 1：2000(一般為 1：100） 。 3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制。 5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤(rùn)滑，磨損小，使用壽- 4 -命長(zhǎng)。 6）操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高。 7）容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。8)液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和使用。（2）液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) 1）使用液壓傳動(dòng)對(duì)維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔。 2）對(duì)液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高。 3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平。 4）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化較敏感，這會(huì)影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動(dòng)不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-1560范圍內(nèi)較合適。5）液壓傳動(dòng)在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)效率較低。- 5 -第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)目的本次設(shè)計(jì)屬于機(jī)械類科目，這一課題涉及液壓傳動(dòng)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)制圖等多方面的知識(shí)，通過(guò)這次設(shè)計(jì)不僅能夠使我綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用，而且鍛煉我的實(shí)際手動(dòng)能力和創(chuàng)新能力。進(jìn)一步加深了我對(duì)液壓系統(tǒng)工作原理的理解，使我更全面的了解半自動(dòng)專用液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程以及銑床在工作過(guò)程中的要求。2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求半自動(dòng)專用銑床的液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，主要是明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，進(jìn)行工況分析，擬定和分析液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)方案，繪制液壓系統(tǒng)工作原理圖，計(jì)算和設(shè)計(jì)主要液壓元件，液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算，編寫說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)必須首先明確設(shè)計(jì)要求：（1）主機(jī)的用途、主要結(jié)構(gòu)、總統(tǒng)布局；主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空間尺寸以及質(zhì)量上的限制。（2）主機(jī)的工藝流程或工作循環(huán)；液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式及其工作范圍。（3）液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度的大小及其變化范圍。（4）主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序或互鎖要求，各動(dòng)作的同步要求及同步精度。（5）對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能、工作效率、自動(dòng)化程度等方面的要求。（6）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動(dòng)等。（7）其他方面的要求，如液壓裝置在外觀、色彩、經(jīng)濟(jì)性等方面的規(guī)定或限制。2.2.1 機(jī)床類型及動(dòng)作循環(huán)要求本設(shè)計(jì)以一臺(tái)臥式半自動(dòng)專用銑床為例，要求設(shè)計(jì)出驅(qū)動(dòng)它的動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)“手工上料按電鈕開(kāi)始手工定位夾緊工作臺(tái)快進(jìn)銑削進(jìn)給鞏固總臺(tái)快退夾具松開(kāi)手工卸料”的工作循環(huán) 【3】 。2.2.2 機(jī)床對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的具體參數(shù)要求通過(guò)綜合比較，可以將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定為如下：定位缸負(fù)載力 200N移動(dòng)重件力 20N，- 6 -移動(dòng)行程 10mm定位夾緊時(shí)間 1S夾緊缸負(fù)載力 4000N加工直徑 =38mm快進(jìn)行程 300mm,工進(jìn)行程 80mm,快進(jìn)、快退速度 6m/min,0.345m/min 動(dòng)力滑臺(tái)采用半導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù) f =0.3s動(dòng)摩擦系數(shù) f =0.15d2.3 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析（1）計(jì)算工作負(fù)載工作負(fù)載即為切削力，經(jīng)資料得 【4】 ，切削力可為:F=20000N（2）計(jì)算工進(jìn)速度 切削速度可按 孔的切削用量計(jì)算，選擇切削用量為：鉆 38 孔時(shí)，取半自動(dòng)38專用銑床的切削用量 s=0.2mm/r,切削速度 v=40m/min,則主軸轉(zhuǎn)速為n= 360r/min，則工進(jìn)速度 v =ns= 0.2=1.2(mm/s)=1.210 (m/s)dv1026033（3）計(jì)算摩擦負(fù)載靜摩擦阻力 F =u G (2-1) Ss動(dòng)摩擦阻力 F =u G (2-2)d（4）計(jì)算慣性負(fù)載F = (2-3)gtvG以上參數(shù) F 、F 、F 的具體計(jì)算方法見(jiàn)用 MATLAB 程序設(shè)計(jì) 【5】 編制的程序一：gSd程序一：參數(shù)計(jì)算Function f % 工作負(fù)載的參數(shù)計(jì)算G=9800;g=9.8;deltat=0.5;Deltav=0.1; % 單位：m/sFs=0.2; % 導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)Fd=0.1 % 導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)- 7 -Fa=(G/g*(deltav/deltat) %運(yùn)動(dòng)部件慣性負(fù)載Fs=fs*G % 導(dǎo)軌靜摩擦力Fd=fd*G % 導(dǎo)軌動(dòng)摩擦力運(yùn)行結(jié)果：Fg=500 Fs=1960 Fd=980其他運(yùn)行程序同上，得出各工作階段液壓缸的負(fù)載，如表 2-1 所示。表 2-1 液壓缸負(fù)載計(jì)算工況 計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 F/N 液壓缸驅(qū)動(dòng)力 F /N0啟動(dòng) F=u Gs 1960 2180加速 F=u G+(G/g)( )dtu/1480 1650快進(jìn) F=u Gd980 1090工進(jìn) F=F +u Gt30980 34422反向啟動(dòng) F=u Gd1960 2180加速 F=u G+(G/g)( )dtu/1480 1650快退 F=u Gd980 1090注：（1）液壓缸的機(jī)械效率 =0.9。m（2）不考慮動(dòng)力滑臺(tái)上的顛覆力矩的作用。2.4 液壓缸參數(shù)2.4.1 初選液壓缸工作壓力參照表 2-2，初選液壓缸工作壓力 p =4MPa。為使快進(jìn)、快退速度相等并使系統(tǒng)油1源所需最大流量減小 1/2 倍，選用 A =2A 差動(dòng)液壓缸?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸作差動(dòng)連接，由2于管路中有壓力損失，液壓缸有桿腔壓力 p 必須大于無(wú)桿腔壓力 p ,計(jì)算中取兩者之1- 8 -差 =p -p =0.5MPa；同時(shí)還要注意到，啟動(dòng)瞬間活塞尚未移動(dòng)，此時(shí) 。工進(jìn)p21 0p時(shí)為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔應(yīng)有背壓，設(shè)此背壓為 0.6MPa 。同時(shí)假定，快退時(shí)間油壓損失為 0.7MPa【6】 。表 2-2【3】 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載 F/KN 5 510 1020 2030 3050 50工作壓力p/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 572.4.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸由工進(jìn)時(shí)的推力式 F =(p A -p A ) 【7】 計(jì)算液壓缸面積12mA = = = =103.410 （cm ）1pm)/(21610)/.4(9.0342(2-4)液壓缸直徑為D= (2-5)A取標(biāo)準(zhǔn)直徑 D= 115mm；因?yàn)?A =2A ,所以12d=0.7D【8】 (2-6)則液壓缸的有效面積A=A -A = - (D -d )=50.2(cm ) (2-7)124D22液壓缸直徑 D 和活塞桿直徑 d 的計(jì)算，見(jiàn)用 MATLAB 語(yǔ)言編制的程序二。程序二：液壓缸直徑和活塞桿直徑的參數(shù)設(shè)計(jì)function dA=103.4D=(4*A)/pi)(1/2)If 110D=115 d=802.4.3 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率根據(jù)液壓缸的負(fù)載和速度要求及液壓缸的有效工作面積，可以計(jì)算出液壓缸工作過(guò)程中各階段的壓力、流量和功率。在計(jì)算過(guò)程中，工進(jìn)時(shí)因回油節(jié)流調(diào)速，背壓p=0.6MPa。計(jì)算公式及結(jié)果如表 2-3 所示。表 2-3 各工況所需壓力、流量和功率工況 計(jì)算公式 F /N0回油腔壓力 p /Mpa2進(jìn)油腔壓力 p /Mpa1輸入流量Q/(L/s)輸入功率 P/KW啟動(dòng) 2180 0 0.434 - -加速 1650 1.36 0.86 - -快進(jìn)恒速p =120APFQ=Au1P=p q 1090 1.25 0.75 0.5 0.375工進(jìn) p =1120AFq=A u P=p Q234422 0.6 3.63 0.012 0.045啟動(dòng) 2180 - 0.48 - -加速 1650 0.7 1.85 - -快退恒速p =120q=A u1P=p Q 1090 0.7 1.74 0.5 0.87- 10 -2.5 擬定液壓系統(tǒng)圖2.5.1 選擇基本回路（1）調(diào)速回路與油路循環(huán)形式的確定考慮到所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)功率較小，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。如圖 2-1，為選用的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。圖 2-1 進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起動(dòng)力部件前沖，在回油路上加背壓閥，由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。（2）油源形式的確定半自動(dòng)專用銑床的液壓系統(tǒng)的功率不大，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，應(yīng)采用定量泵供油,泵的供油壓力和卸荷由電磁溢流閥控制，壓力可由壓力表及其開(kāi)關(guān)顯示。（3）快速、換向與速度換接回路的確定液壓馬達(dá)的進(jìn)油和轉(zhuǎn)速由二位四通電磁換向閥和節(jié)流閥控制與調(diào)節(jié)，考慮到在鉆頭不斷屑、切屑排除困難導(dǎo)致堵塞而使系統(tǒng)壓力升高，可設(shè)置壓力繼電器用于液壓馬達(dá)的扭轉(zhuǎn)保護(hù)，在壓力升高時(shí)發(fā)出信號(hào)；液壓缸的工作壓力有減壓閥設(shè)定并通過(guò)壓力表及其開(kāi)關(guān)顯示；液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向由三位四通電磁換向閥控制，快慢速度換接由二位二通電磁換向閥控制，進(jìn)給通過(guò)節(jié)流閥回油節(jié)流調(diào)速。另外考慮到系統(tǒng)需要散熱，故在系統(tǒng)的總的回油管路上設(shè)置冷卻器。- 11 -2.5.2 組成系統(tǒng)圖將所選擇的回路結(jié)合起來(lái)，并經(jīng)過(guò)修改和完善，便組成圖 2-2 所示的完整的液壓系統(tǒng)原理圖。2.5.3 液壓系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)啟動(dòng)后，電磁鐵 1YA 通電，液壓泵由卸荷轉(zhuǎn)為升壓并向液壓馬達(dá)和液壓缸同時(shí)供油狀態(tài)。電磁鐵 5YA 通電使換向閥 6 切換至右位，液壓泵 1 的壓力油經(jīng)換向閥 6、節(jié)流閥 9 進(jìn)入液壓馬達(dá) 14 的壓油腔，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)（同時(shí)馬達(dá)回油腔經(jīng)冷卻器 5 向油箱排油） 。與此同時(shí)，電磁鐵 2YA 通電使換向閥 7 切換至右位，泵 1 的壓力油經(jīng)減壓閥 3 換向閥 7 進(jìn)入液壓缸 13 的無(wú)桿腔（有桿腔油液經(jīng)閥 11 和 7 排回油箱） ，活塞桿驅(qū)動(dòng)鉆頭鐵速前進(jìn)；當(dāng)固定于滑座前端的擋鐵碰觸行程開(kāi)關(guān) SQ1 時(shí)，電磁鐵 4YA通電使換向閥 11 切換至右位，則液壓缸無(wú)桿腔回油只能經(jīng)節(jié)流閥 10 和換向閥 7 回油，活塞桿變?yōu)槁俟みM(jìn)，機(jī)床進(jìn)入鉆削階段，工進(jìn)速度由節(jié)流閥 10 的開(kāi)度決定。工件孔鉆通后，擋鐵碰觸行程開(kāi)關(guān) SQ2，電磁鐵 3YA 通電使換向閥 7 切換至左位，泵 1 的壓力油經(jīng)換向閥 7、11 進(jìn)入液壓缸 13 的有桿腔，使活塞桿連同滑座及其上的鉆頭快速后退，滑座后端的擋鐵碰觸行程開(kāi)關(guān) SQ3 時(shí)，則后退停止，工件亦停轉(zhuǎn)。鉆削加工中，如出現(xiàn)鉆頭不斷屑、切屑排除困難，導(dǎo)致堵塞故障時(shí)，則液壓馬達(dá)扭距增大，使馬達(dá)進(jìn)油壓力上升，當(dāng)壓力超過(guò)壓力繼電器 12 的設(shè)定值時(shí)發(fā)信使電磁鐵3YA 通電，4YA 斷電，換向閥 7 和 11 均切換至左位，泵 1 的壓力油進(jìn)入液壓缸 13 的有桿腔，活塞桿連鉆頭快速后退。待檢查或處理不斷屑故障后，重新工作。本設(shè)計(jì)中，為了使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，在變量泵與定量泵之間選擇了定量泵。定量泵是每轉(zhuǎn)的理論排量不變的泵。定量泵用于鎂合金熔化以及保溫熔爐，可定量供給鎂合金液用于壓鑄之使用。其主要特點(diǎn)是 【9】 ：1、自行設(shè)計(jì)的定量泵轉(zhuǎn)子，可提供客戶規(guī)定范圍之供液能力。 2、獨(dú)特的正壓式結(jié)構(gòu)，使熔液流動(dòng)速度更加穩(wěn)定。 3、根據(jù)客戶要求定做，可與各品牌型號(hào)之壓鑄設(shè)備配合。- 12 -1定量液壓泵； 2電磁溢流閥； 3減壓閥； 4、8壓力表；5冷卻器；6二位四通電磁換向閥；7三位四通電磁換向閥；9、10節(jié)流閥；11二位二通電磁換向閥；12壓力繼電器；13液壓缸；14雙向定量液壓馬達(dá)圖 2-2 半自動(dòng)專用銑床系統(tǒng)原理圖該系統(tǒng)既能單獨(dú)動(dòng)作，又能連續(xù)自動(dòng)工作，其自動(dòng)循環(huán)工作時(shí)電磁鐵動(dòng)作順序如表 2-4。表 2-4 電磁鐵動(dòng)作順序1YA 2YA 3YA 4YA 5YA快進(jìn) + + - - +工進(jìn) + + - + +快退 - - + - -2.5.4 技術(shù)特點(diǎn) （1）該半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)采用定量泵供油；液壓馬達(dá)為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速；液壓缸為回油節(jié)流調(diào)速；液壓泵可通過(guò)電磁溢流閥卸荷。（2）通過(guò)壓力繼電器實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的扭矩保護(hù)。（3）液壓缸通過(guò)電磁換向閥實(shí)現(xiàn)快慢進(jìn)給的轉(zhuǎn)換。（4）機(jī)床的床身兼做液壓系統(tǒng)的油箱，減小機(jī)床的占地面積；系統(tǒng)設(shè)有冷卻器，減小了油液發(fā)熱對(duì)機(jī)床精度的影響。- 13 - 14 -第三章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算3.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失實(shí)際液體是有粘性的，所以流動(dòng)時(shí)粘性阻力要損耗一定能量，這種能量損失表現(xiàn)為壓力損失。損耗的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚挂簤合到y(tǒng)溫度升高，甚至性能變差。因此在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮盡量減小壓力損失。液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失分為兩種：一種是液體在等直徑管內(nèi)流動(dòng)時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，稱為沿程壓力損失；另一種是液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、閥口及變化的截面等處時(shí)，因流速或流向發(fā)生急劇變化而在局部區(qū)域產(chǎn)生流動(dòng)阻力所造成的壓力損失，稱為局部壓力損失 【10】 。計(jì)算系統(tǒng)的壓力損失，必須知道管道的直徑和管道長(zhǎng)度。已知選定油管的直徑d=20mm，進(jìn)、回油管長(zhǎng)度都定為 l=2m；查表 2-8【14】 取油液的運(yùn)動(dòng)粘度取為=110 m /s，油液的密度取為 =0.917410 Kg/m 。42 3（1）判斷流動(dòng)狀態(tài)由雷諾數(shù)Re= = (3-1) vdQ4可知，在油液粘度 、管道內(nèi)徑 d 一定的條件下，Re 的大小與 Q 成正比，又由表3-5 可知:在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油路中所通過(guò)的流量以快退時(shí)回油量為 Q=63.9L/min 最大，由此可知，此時(shí)的雷諾數(shù)也最大。雷諾數(shù)的具體計(jì)算方法見(jiàn)用 MATLAB 程序設(shè)計(jì)編制的程序五：程序五：雷諾數(shù)的計(jì)算Function Re % 雷諾系數(shù)的計(jì)算V=1: % 液的運(yùn)動(dòng)粘度q1=63.9: % 快退時(shí)的最大回油量d=18： % 油管內(nèi)徑Re=(4*q1)/(pi*60*d*v*10(-4) % 雷諾系數(shù)運(yùn)行結(jié)果Re=753.7155因?yàn)樽畲蟮睦字Z系數(shù)小于臨界雷諾系數(shù)（2300） 【11】 ，故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的流動(dòng)狀態(tài)均為層流 。19（2）計(jì)算系統(tǒng)壓力損失為了計(jì)算上的方便，首先將計(jì)算沿程壓力損失的公式簡(jiǎn)化，為此，將適用于層流流動(dòng)狀態(tài)的沿程阻力系數(shù)- 15 -= = (3-2)Re75Qdv4和溶液在管道內(nèi)的流量u= (3-3)2d0同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式= (3-4)pl2v整理得= q (3-5)4275dl可見(jiàn)，沿程壓力損失的大小與其通過(guò)的流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道局部壓力損失 常按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算p=0.1 (3-6)p各工況下的閥類元件的局部壓力損失按下式計(jì)算= （ ） (3-7)vnq2式中： 沿程壓力損失，Pa；p管道局部壓力損失，Pa；閥類元件局部壓力損失，Pa；vq通過(guò)閥的實(shí)際流量，m /s；3q 閥的額定流量，m /s；n閥的額定壓力損失，Pa。p計(jì)算各工況下的閥類元件的局部壓力損失：其中的 由產(chǎn)品樣品查出，q 和 qnp數(shù)值由表 2-4 查出 【12】 。n壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)的不同階段分別進(jìn)行。下面以快進(jìn)工況，進(jìn)油路中的壓力損失計(jì)算如下：在進(jìn)油路上的壓力損失分別為：=8.2210 q (3-8)p7進(jìn)=0.1 (3-9)- 16 -=0.2（ ） +0.2（ ） MPa (3-10)vp6015260372= + + (3-11)1pvp在回油路上，壓力損失分別為：=8.2210 q (3-12)17進(jìn)=0.1 (3-13)p1=0.3( )MPa (3-14)v603= + + (3-15)2P1vp根據(jù)以上三公式計(jì)算出各工況下的進(jìn)回油管的沿程、局部和閥類元件的壓力損失，如表 3-1 所示。表 3-1【13】 管路的壓力損失數(shù)值表快進(jìn) 工進(jìn) 快退p0.0744 0 0.0330.0742 0 0.0033v0.2926 0.5 0.0022進(jìn)油路 p0.3742 0.5 0.0590.0507 0 0.04950.00507 0 0.00495vp0.1142 0.5 0.232回油路0.17 0.5 0.2764注：工進(jìn)時(shí)管路中的流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都很小，可以忽略不計(jì)。（3）確定系統(tǒng)的調(diào)整壓力根據(jù)上述計(jì)算可知：溢流閥 2 的調(diào)整壓力應(yīng)為液壓缸工進(jìn)階段的工作壓力與進(jìn)油- 17 -壓力損失之和 【14】p (3.63+0.5)Mpa=4.13Mpa (3-16)1此值是調(diào)整溢流閥 2 的調(diào)整壓力值時(shí)的主要參考數(shù)據(jù)。減壓閥 3 的調(diào)整壓力應(yīng)為液壓缸工進(jìn)階段的工作壓力與進(jìn)油壓力損失之和p (3.63+0.5)Mpa=4.13Mpa (3-17)1此值是調(diào)整溢流閥 2 的調(diào)整壓力值時(shí)的主要參考數(shù)據(jù)。3.2 估計(jì)系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升由已知條件及表 3-6 可計(jì)算出快進(jìn)、工進(jìn)及快退所需的時(shí)間t = =1.82(s) (3-18)160/57.23t = =125(s) (3-19)2/48.3t = =1.95(s) (3-20)360/1.3由上可以看出，在一個(gè)工作循環(huán)周期中，快進(jìn)、快退僅占 3%，而工進(jìn)占 97%，系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升完全可以用工進(jìn)時(shí)的效率來(lái)代表整個(gè)循環(huán)的效率。根據(jù) 9-32【15】 中的公式可算出工進(jìn)階段回路效率(3-21)1ppcq式中： 輸 入 流 量 乘 積 的 總 和 ；各 執(zhí) 行 器 的 負(fù) 載 壓 力 和1qp。流 量 乘 積 的 總 和液 壓 泵 供 油 壓 力 和 輸 出前面已取定量液壓泵的總效率 ，取液壓缸的總效率 ，則可計(jì)89.0m95.0A17算得此液壓系統(tǒng)的效率(3-22)Ac工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率為 【16】 P = (3-23)rmpq1根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)熱量計(jì)算公式可算得工進(jìn)階段的發(fā)熱功率 【17】H=P （1- ） (3-24) pi- 18 -取散熱系數(shù) K=15W/(m )，算得系統(tǒng)溫升 【18】T= (3-25)23065.VKH該機(jī)床溫度環(huán)境 t=25，加上此溫升后有T =T+tT (3-26)11式中：T 最高允許溫度，取T =65 【19】 。1第四章 結(jié)論本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括液壓缸、液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等的計(jì)算與選擇，還有對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的效率、發(fā)熱和溫升的驗(yàn)算。其中還綜- 19 -合了油管、油箱及油液、液壓輔助元件的選擇。我深刻的認(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格的工程設(shè)計(jì)人員只是掌握本專業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)。在計(jì)算過(guò)程難免會(huì)存在這樣那樣的問(wèn)題，由于本人的專業(yè)水平限制，以及對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的理解程度不夠深入和透徹，還有理論過(guò)程與實(shí)際過(guò)程之間的差異的考慮較少，在對(duì)一些設(shè)計(jì)參數(shù)的估計(jì)上存在著或多或少的偏差，這就直接導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果與實(shí)際正確值之間的誤差。這是本設(shè)計(jì)最大的不足之處。此外，我并沒(méi)有過(guò)多從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)考慮系統(tǒng)，由于對(duì)材料成本方面了解的欠缺，我們只能從性能的角度來(lái)討論問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)性能方面的問(wèn)題有所提及，但是涉及的非常少。這也是此設(shè)計(jì)的一個(gè)不足之處。我們的生活正一天天地變得更好。電氣化已經(jīng)不再是遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想，即中國(guó)的廣大農(nóng)村和中小城鎮(zhèn)，人們也已經(jīng)可以感覺(jué)到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)給他們帶來(lái)的巨大的好處。我相信只有將書(shū)本中學(xué)到的東西運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，知識(shí)才能真正的為我所用，才能真正實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值。- 20 -參考文獻(xiàn)1 劉衛(wèi)國(guó)主編.MATLAB 程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用（第二版）M.北京：高等教育出版社，2006.72 許賢良，王傳禮主編.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.53 王積偉等主編.液壓傳動(dòng)（第二版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.124 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謝經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師（）老師。老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料，到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是（）老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩（）老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。