半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計

半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計,半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計,半自動,液壓,專用,銑床,系統(tǒng),設(shè)計 半自動專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 通過對半自動專用銑床液壓系統(tǒng)的工況要求和工作原理的理解，制定了液壓系統(tǒng)設(shè)計方案。在設(shè)計過程中最主要的是液壓系統(tǒng)的設(shè)計，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。采用計算機軟件既可以極大地提高編程質(zhì)量又增加計算的準(zhǔn)確性。 整個主要設(shè)計過程分成六個部分：參數(shù)的選擇、方案的制定、圖卡的編制、專用銑床的設(shè)計、液壓系統(tǒng)的設(shè)計以及最后有關(guān)的驗算。主體部分基本在圖的編制和液壓系統(tǒng)的設(shè)計兩部分中完成的。 關(guān)鍵詞：半自動；銑床；液壓系統(tǒng)；設(shè)計 Abstract through 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 目錄 1.1 液壓傳動的定義 4 1.2 液壓傳動的發(fā)展概況 4 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 5 第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 7 2.1 設(shè)計目的 7 2.2 設(shè)計內(nèi)容及要求 7 2.2.1 機床類型及動作循環(huán)要求 7 2.2.2 機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求 7 2.3 負(fù)載與運動分析 8 2.4 液壓缸參數(shù) 8 2.4.1 初選液壓缸工作壓力 8 2.4.2 計算液壓缸主要尺寸 9 2.4.3 計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率 9 2.5 擬定液壓系統(tǒng)圖 10 2.5.1 選擇基本回路 10 2.5.2 組成系統(tǒng)圖 11 2.5.3 液壓系統(tǒng)工作原理 11 2.5.4 技術(shù)特點 13 3.1 驗算系統(tǒng)壓力損失 14 3.2 估計系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升 17 第四章 結(jié)論 18 參考文獻 19 致 謝 20 第一章 緒論 近十年來，液壓傳動在防漏、治污、降噪、節(jié)能和材質(zhì)研究等各個方面都有長足的進步，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上，液壓傳動已穩(wěn)居各種傳動方式之首，無可替代。因此研究液壓系統(tǒng)是十分必要的。 1.1 液壓傳動的定義 一部完整的機器是由原動機(Prime Mover)、傳動機構(gòu)(Transmission Section)及控制部分(Control Section)、工作機(End-use Device)(含輔助裝置)組成。原動機包括電動機、內(nèi)燃機等。工作機即完成該機器之工作任務(wù)的直接工作部分，如剪床的剪刀，車床的刀架、車刀、卡盤等。由于原動機的功率和轉(zhuǎn)速變化范圍有限，為了適應(yīng)工作機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，在原動機和工作機之間設(shè)置了傳動機構(gòu)，其作用是把原動機輸出功率經(jīng)過變換后傳遞給工作機。 傳動機構(gòu)通常分為機械傳動(Mechanics)、電氣傳動(Electrics)和流體傳動(Fluid Power)機構(gòu)。流體傳動是以流體為工作介質(zhì)進行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動。它包括液壓傳動(Hydraulic Power Transmission )、液力傳動(Fluid drive)和氣壓傳動(Pneumatics) 。 液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質(zhì)來進行能量傳遞的傳動方式【1】。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。由于液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機械制造、工程建筑、石油化工、交通運輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時，也被應(yīng)用到航天航空、海洋開發(fā)、核能工程和地震預(yù)測等各個工程技術(shù)領(lǐng)域。 1.2 液壓傳動的發(fā)展概況 液壓傳動相對于機械傳動來說，它是一門新學(xué)科，從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，18世紀(jì)末英國制成第一臺水壓機算起，液壓傳動已有2～3百年的歷史，只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動技術(shù)沒有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對傳動技術(shù)的要求越來越高，液壓傳動技術(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，一些通用機床到本世紀(jì)30年代才用上了液壓傳動。第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動作準(zhǔn)的液壓傳動和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進了液壓技術(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、系列化而在機械制造，工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來。近30年來，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，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，在國民經(jīng)濟的各個部門都得到了應(yīng)用，如工程機械、數(shù)控加工中心、冶金自動線等。采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(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元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場需求。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)研究和開發(fā)特殊傳動介質(zhì)，推進工作介質(zhì)多元化。 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點　 （1）液壓傳動的優(yōu)點 　　1）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達的重量只有電動機的10％～20%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊。 　　2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達1：2000(一般為1：100）。 　　3）換向容易，在不改變電機旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運動的轉(zhuǎn)換。 　　4）液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，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)，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長。 　　6）操縱控制簡便，自動化程度高。 　　7）容易實現(xiàn)過載保護。 　　8)液壓元件實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計、制造和使用。 （2）液壓傳動的缺點 　　1）使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔。 　　2）對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）液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-15℃~60℃范圍內(nèi)較合適。 5）液壓傳動在能量轉(zhuǎn)化的過程中，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。 第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 2.1 設(shè)計目的 本次設(shè)計屬于機械類科目，這一課題涉及液壓傳動、力學(xué)、計算機制圖等多方面的知識，通過這次設(shè)計不僅能夠使我綜合運用所學(xué)的專業(yè)知識，加深對知識的理解和運用，而且鍛煉我的實際手動能力和創(chuàng)新能力。進一步加深了我對液壓系統(tǒng)工作原理的理解，使我更全面的了解半自動專用液壓系統(tǒng)設(shè)計過程以及銑床在工作過程中的要求。 2.2 設(shè)計內(nèi)容及要求 半自動專用銑床的液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計，主要是明確系統(tǒng)設(shè)計要求，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，進行工況分析，擬定和分析液壓系統(tǒng)的傳動方案，繪制液壓系統(tǒng)工作原理圖，計算和設(shè)計主要液壓元件，液壓系統(tǒng)性能驗算，編寫說明書。 設(shè)計液壓系統(tǒng)必須首先明確設(shè)計要求： （1）主機的用途、主要結(jié)構(gòu)、總統(tǒng)布局；主機對液壓系統(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）主機的工藝流程或工作循環(huán)；液壓執(zhí)行元件的運動方式及其工作范圍。 （3）液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運動速度的大小及其變化范圍。 （4）主機各液壓執(zhí)行元件的動作順序或互鎖要求，各動作的同步要求及同步精度。 （5）對液壓系統(tǒng)工作性能、工作效率、自動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、外界沖擊振動等。 （7）其他方面的要求，如液壓裝置在外觀、色彩、經(jīng)濟性等方面的規(guī)定或限制。 2.2.1 機床類型及動作循環(huán)要求 本設(shè)計以一臺臥式半自動專用銑床為例，要求設(shè)計出驅(qū)動它的動力滑臺的液壓系統(tǒng)，以實現(xiàn)“手工上料→按電鈕開始→手工定位夾緊→工作臺快進→銑削進給→鞏固總臺快退→夾具松開→手工卸料”的工作循環(huán)【3】。 2.2.2 機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求 通過綜合比較，可以將液壓傳動系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定為如下： 工進速度 60-1000mm/min， 移動行程 400mm 定位夾緊時間 1S 夾緊缸負(fù)載力 5500N 工進行程 150mm, 快進、快退速度 4.5m/min, 動力滑臺采用半導(dǎo)軌 靜摩擦系數(shù) f=0.2 動摩擦系數(shù) f=0.1 2.3 負(fù)載與運動分析 （1）計算工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削力，經(jīng)資料得【4】，切削力可為: F=30000N （2）計算工進速度 工進速度根據(jù)技術(shù)參數(shù)的要求去用：600-1000mm/min （3）計算摩擦負(fù)載 靜摩擦阻力 F=uG (2-1) 動摩擦阻力F=uG (2-2) （4）計算慣性負(fù)載 F= (2-3) 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、快退速度相等并使系統(tǒng)油源所需最大流量減小1/2倍，選用A=2A差動液壓缸?？爝M時液壓缸作差動連接，由于管路中有壓力損失，液壓缸有桿腔壓力p必須大于無桿腔壓力p,計算中取兩者之差=p-p=0.5MPa；同時還要注意到，啟動瞬間活塞尚未移動，此時。工進時為防止孔鉆通時負(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。同時假定，快退時間油壓損失為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 5～10 10～20 20～30 30～50 ＞50 工作壓力p/MPa ＜0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 ＞5～7 2.4.2 計算液壓缸主要尺寸 由工進時的推力式F=(pA-pA) 【7】計算液壓缸面積 A====103.4×10（cm） (2-4) 液壓缸直徑為 D= (2-5) 取標(biāo)準(zhǔn)直徑D= 115mm；因為A=2A,所以 d=0.7D【8】 (2-6) 則液壓缸的有效面積 A=A-A=-(D-d)=50.2(cm) (2-7) 2.4.3 計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，可以計算出液壓缸工作過程中各階段的壓力、流量和功率。在計算過程中，工進時因回油節(jié)流調(diào)速，背壓p=0.6MPa。計算公式及結(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 計算公式 F/N 回油腔壓力p/Mpa 進油腔壓力p/Mpa 輸入流量Q/(L/s) 輸入功率P/KW 快進 啟動 p= Q=Au P=pq 2180 0 0.434 - - 加速 1650 1.36 0.86 - - 恒速 1090 1.25 0.75 0.5 0.375 工進 p= q=Au P=pQ 34422 0.6 3.63 0.012 0.045 快退 啟動 p= q=Au P=pQ 2180 - 0.48 - - 加速 1650 0.7 1.85 - - 恒速 1090 0.7 1.74 0.5 0.87 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，故選用進口節(jié)流調(diào)速回路。如圖2-1，為選用的進口節(jié)流調(diào)速回路。 圖2-1 進口節(jié)流調(diào)速回路 為防止負(fù)載突然消失引起動力部件前沖，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)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。 （2）油源形式的確定 半自動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關(guān)顯示。 （3）快速、換向與速度換接回路的確定 液壓馬達的進油和轉(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的扭轉(zhuǎn)保護，在壓力升高時發(fā)出信號；液壓缸的工作壓力有減壓閥設(shè)定并通過壓力表及其開關(guān)顯示；液壓缸的運動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，進給通過節(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。 2.5.2 組成系統(tǒng)圖 將所選擇的回路結(jié)合起來，并經(jīng)過修改和完善，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)啟動后，電磁鐵1YA通電，液壓泵由卸荷轉(zhuǎn)為升壓并向液壓馬達和液壓缸同時供油狀態(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進入液壓馬達14的壓油腔，液壓馬達驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)（同時馬達回油腔經(jīng)冷卻器5向油箱排油）。與此同時，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進入液壓缸13的無桿腔（有桿腔油液經(jīng)閥11和7排回油箱），活塞桿驅(qū)動鉆頭鐵速前進；當(dāng)固定于滑座前端的擋鐵碰觸行程開關(guān)SQ1時，電磁鐵4YA通電使換向閥11切換至右位，則液壓缸無桿腔回油只能經(jīng)節(jié)流閥10和換向閥7回油，活塞桿變?yōu)槁俟みM，機床進入鉆削階段，工進速度由節(jié)流閥10的開度決定。工件孔鉆通后，擋鐵碰觸行程開關(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關(guān)SQ3時，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，則液壓馬達扭距增大，使馬達進油壓力上升，當(dāng)壓力超過壓力繼電器12的設(shè)定值時發(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)計中，為了使設(shè)計簡便，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。 其主要特點是【9】： 　　1、自行設(shè)計的定量泵轉(zhuǎn)子，可提供客戶規(guī)定范圍之供液能力。 　　2、獨特的正壓式結(jié)構(gòu)，使熔液流動速度更加穩(wěn)定。 　 3、根據(jù)客戶要求定做，可與各品牌型號之壓鑄設(shè)備配合。 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 圖2-2 半自動專用銑床系統(tǒng)原理圖 該系統(tǒng)既能單獨動作，又能連續(xù)自動工作，其自動循環(huán)工作時電磁鐵動作順序如表2-4。 表2-4 電磁鐵動作順序 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 快進 + + - - + 工進 + + - + + 快退 - - + - - 2.5.4 技術(shù)特點 （1）該半自動專用銑床液壓系統(tǒng)采用定量泵供油；液壓馬達為進油節(jié)流調(diào)速；液壓缸為回油節(jié)流調(diào)速；液壓泵可通過電磁溢流閥卸荷。 （2）通過壓力繼電器實現(xiàn)液壓馬達的扭矩保護。 （3）液壓缸通過電磁換向閥實現(xiàn)快慢進給的轉(zhuǎn)換。 （4）機床的床身兼做液壓系統(tǒng)的油箱，減小機床的占地面積；系統(tǒng)設(shè)有冷卻器，減小了油液發(fā)熱對機床精度的影響第三章 液壓系統(tǒng)性能的驗算 3.1 驗算系統(tǒng)壓力損失 實際液體是有粘性的，所以流動時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)計液壓系統(tǒng)時，應(yīng)考慮盡量減小壓力損失。 液體在流動時產(chǎn)生的壓力損失分為兩種：一種是液體在等直徑管內(nèi)流動時因摩擦而產(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，因流速或流向發(fā)生急劇變化而在局部區(qū)域產(chǎn)生流動阻力所造成的壓力損失，稱為局部壓力損失【10】。 計算系統(tǒng)的壓力損失，必須知道管道的直徑和管道長度。已知選定油管的直徑d=20mm，進、回油管長度都定為l=2m；查表2-8【14】取油液的運動粘度取為=1×10m/s，油液的密度取為=0.9174×10Kg/m。 （1）判斷流動狀態(tài) 由雷諾數(shù) Re== (3-1) 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、工進和快退三種工況下，進、回油路中所通過的流量以快退時回油量為Q=63.9L/min最大，由此可知，此時的雷諾數(shù)也最大。 因為最大的雷諾系數(shù)小于臨界雷諾系數(shù)（2300）【11】，故可推出：各工況下的進、回油路中的流動狀態(tài)均為層流。 （2）計算系統(tǒng)壓力損失 為了計算上的方便，首先將計算沿程壓力損失的公式簡化，為此，將適用于層流流動狀態(tài)的沿程阻力系數(shù) == (3-2) 和溶液在管道內(nèi)的流量 u= (3-3) 同時代入沿程壓力損失計算公式 = (3-4) 整理得 =q (3-5) 可見，沿程壓力損失的大小與其通過的流量成正比，這是由層流流動所決定的。 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)驗公式計算 =0.1 (3-6) 各工況下的閥類元件的局部壓力損失按下式計算 =（） (3-7) 式中：—沿程壓力損失，Pa； —管道局部壓力損失，Pa； —閥類元件局部壓力損失，Pa； q—通過閥的實際流量，m/s； q—閥的額定流量，m/s； —閥的額定壓力損失，Pa。 計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q數(shù)值由表2-4查出【12】。 壓力損失的驗算應(yīng)按一個工作循環(huán)的不同階段分別進行。下面以快進工況，進油路中的壓力損失計算如下： 在進油路上的壓力損失分別為： =8.22×10q (3-8) =0.1 (3-9) =[0.2×（）+0.2×（）]MPa (3-10) =++ (3-11) 在回油路上，壓力損失分別為： =8.22×10q (3-12) =0.1 (3-13) =[0.3×()]MPa (3-14) =++ (3-15) 根據(jù)以上三公式計算出各工況下的進回油管的沿程、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 工進 快退 進油路 0.0744 0 0.033 0.0742 0 0.0033 0.2926 0.5 0.0022 0.3742 0.5 0.059 回油路 0.0507 0 0.0495 0.00507 0 0.00495 0.1142 0.5 0.232 0.17 0.5 0.2764 注：工進時管路中的流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都很小，可以忽略不計。 （3）確定系統(tǒng)的調(diào)整壓力 根據(jù)上述計算可知：溢流閥2的調(diào)整壓力應(yīng)為液壓缸工進階段的工作壓力與進油壓力損失之和【14】 p≥(3.63+0.5)Mpa=4.13Mpa (3-16) 此值是調(diào)整溢流閥2的調(diào)整壓力值時的主要參考數(shù)據(jù)。 減壓閥3的調(diào)整壓力應(yīng)為液壓缸工進階段的工作壓力與進油壓力損失之和 p≥(3.63+0.5)Mpa=4.13Mpa (3-17) 此值是調(diào)整溢流閥2的調(diào)整壓力值時的主要參考數(shù)據(jù)。 3.2 估計系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升 由已知條件及表3-6可計算出快進、工進及快退所需的時間 t==1.82(s) (3-18) t==125(s) (3-19) t==1.95(s) (3-20) 由上可以看出，在一個工作循環(huán)周期中，快進、快退僅占3%，而工進占97%，系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升完全可以用工進時的效率來代表整個循環(huán)的效率。 根據(jù)9-32【15】中的公式可算出工進階段回路效率 (3-21) 式中： 。 前面已取定量液壓泵的總效率，取液壓缸的總效率，則可計算得此液壓系統(tǒng)的效率 (3-22) 工進時液壓泵的輸入功率為【16】 P= (3-23) 根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)熱量計算公式可算得工進階段的發(fā)熱功率【17】 H=P（1-） (3-24) 取散熱系數(shù)K=15W/(m·℃)，算得系統(tǒng)溫升【18】 T= (3-25) 該機床溫度環(huán)境t=25℃，加上此溫升后有 T=T+t≤[T] (3-26) 式中：[T]—最高允許溫度，取[T]=65℃【19】。 第四章 結(jié)論 本次設(shè)計主要是對半自動專用銑床液壓系統(tǒng)進行設(shè)計，包括液壓缸、液壓泵、驅(qū)動電機等的計算與選擇，還有對整個液壓系統(tǒng)的效率、發(fā)熱和溫升的驗算。其中還綜合了油管、油箱及油液、液壓輔助元件的選擇。 我深刻的認(rèn)識到，要想成為一名合格的工程設(shè)計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的，我們應(yīng)該具有更加淵博的知識。 在計算過程難免會存在這樣那樣的問題，由于本人的專業(yè)水平限制，以及對國家標(biāo)準(zhǔn)的理解程度不夠深入和透徹，還有理論過程與實際過程之間的差異的考慮較少，在對一些設(shè)計參數(shù)的估計上存在著或多或少的偏差，這就直接導(dǎo)致了計算結(jié)果與實際正確值之間的誤差。這是本設(shè)計最大的不足之處。 此外，我并沒有過多從經(jīng)濟性的角度來考慮系統(tǒng)，由于對材料成本方面了解的欠缺，我們只能從性能的角度來討論問題，經(jīng)濟性能方面的問題有所提及，但是涉及的非常少。這也是此設(shè)計的一個不足之處。我們的生活正一天天地變得更好。電氣化已經(jīng)不再是遙遠的夢想，即中國的廣大農(nóng)村和中小城鎮(zhèn)，人們也已經(jīng)可以感覺到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)給他們帶來的巨大的好處。我相信只有將書本中學(xué)到的東西運用到實踐當(dāng)中，知識才能真正的為我所用，才能真正實現(xiàn)自己的人生價值。 參考文獻 [1] 劉衛(wèi)國主編.MATLAB程序設(shè)計與應(yīng)用（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2006.7 [2] 許賢良，王傳禮主編.液壓傳動系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.5 [3] 王積偉等主編.液壓傳動（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.12 [4] 許福玲主編.液壓與氣壓傳動（第三版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.5 [5] 袁子榮主編.液壓傳動與控制[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2006.7 [6] 宋學(xué)義主編.袖珍液壓氣動手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，1995.6-96 [7] 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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)計的每個階段，從查閱資料，到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是（）老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。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學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 - 19 - 課題名稱 專用銑床的液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)號 專業(yè)、年級 課題任務(wù)： 一臺專用銑床，若工作臺、工件和夾具的總重力為5500N，軸向切削力為30KN，工作臺總行程為400mm，工作行程為150mm，快進、快退速度為4.5m/min、工進速度為60~1000mm/min，加速、減速時間均為0.05s，工作臺采用平導(dǎo)軌、靜摩擦系數(shù)為0.2s，動摩擦系數(shù)為0.1。 1.設(shè)計機床的液壓傳動系統(tǒng)。 2.完成液壓缸結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 3.繪制工作圖，完成其設(shè)計說明書。 進度計劃： 1. 第一、二周（2014.2.24~3.7）查閱文獻、開題。 2.第三周(3.10~3.16)整理資料、熟悉液壓傳動原理、進行工況分析。 3.第四周(3.17~3.23) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖。 4.第五（3.24~3.30計算和選擇液壓元件、驗算液壓系統(tǒng)的性能。 5.第六、第七周(3.31~4.13)完成液壓缸結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 6.第八、第九周(4.14~4.27) 繪制工作圖，完成其設(shè)計說明書。 7.第十周(4.28~5.2)答辯 提交文檔： 1. 設(shè)計說明書。 2. 液壓缸總裝圖。 3. 各零件圖。 發(fā)出日期 課題計劃完成日期 指導(dǎo)教師簽名 學(xué)生簽名 學(xué)院公章 注：本表裝入學(xué)生資料袋。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 課題名稱： 專用銑床的液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 姓 名： 學(xué) 號： 專業(yè)年級： 指導(dǎo)教師： 教務(wù)處制 1、 課題意義 液壓系統(tǒng)設(shè)計是一個綜合實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該畢業(yè)設(shè)計，要求達到以下目的： 1. 鞏固和深化已學(xué)知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合分析問題、解決問題能力； 2. 正確合理地確定執(zhí)行機構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)； 3. 熟悉并會運用有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對學(xué)生在計算、制圖、運用設(shè)計資料以及經(jīng)驗估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。 2、 文獻綜述 1、 理論的淵源及演進過程： 液壓傳動是用液體作為工作介質(zhì)，利用液體的壓力能來實現(xiàn)運動和力的傳遞的一種的傳動方式。液壓傳動能傳遞能量和對系統(tǒng)進行控制。液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀(jì)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(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 1795年英國約瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機。1905年將工作介質(zhì)水改為油，即當(dāng)代液壓傳動系統(tǒng)的雛形。 第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動廣泛應(yīng)用，特別是1920年以后，發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在19世紀(jì)末20世紀(jì)初的20年間才開始進入正規(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(chǔ)。20世紀(jì)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(lǐng)域得到了發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間，在美國機床中有30%應(yīng)用了液壓傳動。應(yīng)該指出，日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近二十多年。但是在1955年前后，日本迅速發(fā)展液壓傳動，1956年成立了“液壓工業(yè)會”。近二三十年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，已居世界領(lǐng)先地位。 雖然液壓傳動相對于機械傳動是一門新技術(shù)，但是經(jīng)過多年的改進發(fā)展，隨著液壓油液壓元件的改進升級，使液壓系統(tǒng)變得更簡單、更方便、更加安全可靠，成本也更加低廉。液壓傳動的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)非常廣泛：一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械，汽車、鋼鐵工業(yè)用的冶金機械，提升裝置、軋輥調(diào)整裝置；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)；發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲以及液壓元件和系統(tǒng)的經(jīng)久耐用、高度集成化等方面取得了重大的進展；在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多成就。將液壓傳動應(yīng)用于板料折彎機中，將優(yōu)化機器性能，改善能源利用方式，減少成本，降低噪聲，控制方便，安全可靠，操作簡單。將液壓傳動應(yīng)用到銑床機床，對減少能耗、提高工作效率和安全性，改善工作環(huán)境都有重大意義。 2、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及待解決問題： “十五”以來，尤其是最近二、三年，隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和國家對國產(chǎn)數(shù)控機床的大力支持，我國許多重要行業(yè)對加工中心和數(shù)控銑床的需求愈來愈大。有需求有市場，就有生產(chǎn)，這是市場經(jīng)濟規(guī)律。所以國內(nèi)不少從未涉及制造銑床的廠家，都紛紛上陣，通過引進技術(shù)、合作生產(chǎn)等形式，開發(fā)研制各種加工中心和數(shù)控銑床，滿足廣大用戶的需求。根據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會對重點骨干企業(yè)的統(tǒng)計資料和其他有關(guān)資料表明，2005年我國已有11個企業(yè)批量生產(chǎn)各種加工中心422臺，生產(chǎn)特種數(shù)控銑床75臺。其中年產(chǎn)超過80臺的企業(yè)有3家：沈陽機床（集團）有限責(zé)任公司、寧波海天精工機械有限公司、威海華東數(shù)控股份有限公司。而沈陽機床集團在2005年生產(chǎn)包括五軸聯(lián)動加工中心等各種產(chǎn)品135臺，占銑床加工中心總產(chǎn)量的32%。 “十五”期間，是我國機床工具行業(yè)發(fā)展最快的五年，通過引進技術(shù)合作生產(chǎn)等形式，在新產(chǎn)品研發(fā)方面取得較大進展。在高速、高精、多軸、復(fù)合等方面都有較大突破，尤其是加工中心和數(shù)控銑床更為突出。從1999年江蘇多棱（原常州機床總廠）帶頭打破西方封鎖，試制成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的我國第一臺五軸聯(lián)動數(shù)控龍門鏜銑床以來，已有濟南二機、桂林機床、北京一機等多家公司推出五軸聯(lián)動加工中心和數(shù)控銑床。尤其是今年2月份在上海舉辦的中國數(shù)控機床展覽會（CCMT2006）上，實力雄厚的沈陽機床集團，一次推出6臺大型加工中心，其中3臺具有五軸聯(lián)動功能，1臺具有五面加工功能，1臺為車銑加工中心，這也突出體現(xiàn)了我國加工中心和數(shù)控銑床在五軸聯(lián)動功能上，開始走向成熟。近年來，有的廠產(chǎn)品在主軸轉(zhuǎn)速、快速進給、機床精度等主要技術(shù)參數(shù)已接近或達到國際先進水平。尤其是北京一機截止到今年6月底，僅一年半的時間就簽約生產(chǎn)工作臺寬度4米、5米的超重型動梁加工中心和數(shù)控銑床10臺，說明我國生產(chǎn)中、高檔重型和超重型加工中心和數(shù)控銑床的廠家在產(chǎn)量和技術(shù)水平上有的已邁進國際機床大廠的行列。 在近幾屆國內(nèi)機床展覽會上，看到我國加工中心和數(shù)控銑床在結(jié)構(gòu)性能、技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量等方面，都有很大提高。但是，與發(fā)達國家同類產(chǎn)品相比，還有較大差距，首先是自主創(chuàng)新能力不夠，當(dāng)前多以仿制為主，或引進技術(shù)合作生產(chǎn)，缺乏自主知識品牌的高檔產(chǎn)品，往往關(guān)鍵的核心技術(shù)，關(guān)鍵的功能部件，還是從國外購買。例如，在今年CCMT2006上海機床展會上，共展出了8臺五軸聯(lián)動龍門加工中心，采用的關(guān)鍵部件——雙擺角銑頭，除了濟南二機和桂林機床是自己開發(fā)的以外，其余6臺都是購買意大利意薩、菲迪亞等國外公司產(chǎn)品。其次是產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是整機可靠性，還有較大差距，這也是用戶最關(guān)注的問題之一。應(yīng)該看到，目前除少數(shù)企業(yè)外，龍門類產(chǎn)品技術(shù)含量普遍較低，數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化程度不高。這些都是國內(nèi)主機廠需要下大力氣認(rèn)真改進、努力提高的地方。 3、 課題研究內(nèi)容與方法 1、 主要研究內(nèi)容： （1） 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟如下：a.液壓系統(tǒng)的工況分析 b.擬定液壓系統(tǒng)原理圖 c.液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 d.對液壓系統(tǒng)進行驗算。 （2） 液壓缸的設(shè)計 液壓缸的設(shè)計包括液壓缸主要尺寸的確定和液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （3） 集成油路的設(shè)計 集成油路的設(shè)計包括液壓油路板的結(jié)構(gòu)與設(shè)計，液壓集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計和疊加閥裝置設(shè)計。 （4） 液壓站的設(shè)計 液壓站的設(shè)計包括液壓油箱的設(shè)計和液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2、 重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路： 擬定液壓系統(tǒng)原理圖是設(shè)計液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵，也是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中最重要的一步，它是從油路原理上來具體體現(xiàn)設(shè)計任務(wù)中提出的各項性能要求的。 擬定液壓系統(tǒng)原理圖包括兩項內(nèi)容：1.分析、對比選出合適的液壓回路：根據(jù)工況圖上壓力、流量和功率的大小以及系統(tǒng)對溫升、工作平穩(wěn)性等方面的要求選擇調(diào)速回路，調(diào)速回路一旦確定，快速回路也基本上就確定了，選擇壓力控制回路時，應(yīng)該仔細推敲這種回路在選用時所考慮的問題以及各種方案的特點和適用場合；2.把選出的回路組成液壓系統(tǒng)，常采用經(jīng)驗法。 4、 課題研究進度安排 1、第一、二周（2014.2.24~3.7）查閱文獻、開題。 2、第三周(3.10~3.16)整理資料、熟悉液壓傳動原理、進行工況分析。 3、第四周(3.17~3.23) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖。 4、第五（3.24~3.30計算和選擇液壓元件、驗算液壓系統(tǒng)的性能。 5、第六、第七周(3.31~4.13)完成液壓缸結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 6、第八、第九周(4.14~4.27) 繪制工作圖，完成其設(shè)計說明書。 7、第十周(4.28~5.2)答辯。 五、主要參考文獻目錄 [1] 張群聲.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002 [2] 俞啟榮.機床液壓傳動[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1984 [3] 俞啟榮.液壓傳動[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1990 [4] 丁樹模，姚如一. 液壓傳動[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1992 [5] 章宏甲，周邦俊.金屬切削機床液壓傳動[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1997 [6] 龔曙光.ANSYS工程應(yīng)用實例解析.北京：機械工業(yè)出版社，2003 [7] 章宏甲，黃誼. 機床液壓傳動[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1987 [8] 楊培元，朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1991 [9] 王春行.液壓伺服控制系統(tǒng)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1987 注：本表裝入學(xué)生資料袋。