3464 雙面鏜孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng) 油路塊與泵站總成設(shè)計(jì)
3464 雙面鏜孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng) 油路塊與泵站總成設(shè)計(jì),雙面,鏜孔,組合,機(jī)床,液壓,系統(tǒng),油路,泵站,總成,設(shè)計(jì)
雙面鏜孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)油路塊與泵站總成設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院班級：070102 班姓名：馮麗指導(dǎo)老師：田彥摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是雙面鏜孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)、油路塊與泵站總成設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程包括：設(shè)計(jì)方案分析，負(fù)載與速度分析，確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)，擬定液壓系統(tǒng)原理圖，計(jì)算和選擇液壓元件。本設(shè)計(jì)首先介紹了液壓系統(tǒng)的組成及工作原理，分析了液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢及其優(yōu)缺點(diǎn)，然后根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及要求，提出了設(shè)計(jì)方案，對設(shè)計(jì)要求及工況進(jìn)行了分析，確定了液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，選取了液壓缸的工作壓力，最后計(jì)算了液壓缸的尺寸。在設(shè)計(jì)方案擬定的基礎(chǔ)上，確定了液壓系統(tǒng)原理圖，其中包括幾種基本回路，如：調(diào)速回路，夾緊回路和調(diào)壓回路等。計(jì)算和選擇了液壓元件，如：流量閥和溢流閥的選擇，油管的選擇，確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率，確定了油箱容積。最后進(jìn)行了液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算，其中包括幾種工況情況下壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整，整體液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算。關(guān)鍵詞: 液壓傳動 液壓泵 液壓缸AbstractThe subject of the graduation project is double-sided boring machine tool hydraulic system and oil blocks and pump station assembly design, including: design scheme analysis, load and velocity analysis, confirming the main parameters of the hydraulic system, draw up hydraulic system diagram, calculation and selection of hydraulic components.Firstly, this design introduced the hydraulic system structure and working principle, analyzes the development trend of the technology of hydraulic and their advantages and disadvantages, then according to the characteristics and requirements of the project, this paper puts forward the design plan. In the scheme, the requirements and working conditions were analyzed to determine the main parameters of the hydraulic system, select the working pressure of the hydraulic cylinder, and finally calculate the size of the hydraulic cylinder.Programming in the design, based on the diagram to determine the hydraulic system, including several basic circuit, such as: speed loop, clamping circuit and the voltage regulator circuit and so on. Calculation and selection of hydraulic components, such as: the choice of flow valve and pressure relief valve, tubing choice, to determine the specifications of hydraulic pump and motor power to determine the tank volume.Finally, the performances of the hydraulic system are checked, which includes several conditions to testing the pressure loss and adjusting the pump pressure , and checking the heating and temperature rise of the overall hydraulic system? Keywords: hydraulic hydraulic cylinder hydraulic pump?目錄摘要 .............................................................................................................................................................IAbstract ......................................................................................................................................................II目錄 ...........................................................................................................................................................III第一章 緒論 .............................................................................................................................................11.1 液壓系統(tǒng)的組成及工作原理： .................................................................................................11.2 液壓傳動的工作原理及特征 ......................................................................................................11．2．1 力的傳遞 ......................................................................................................................21．2．2 運(yùn)動的傳遞 ..................................................................................................................31.3 液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn) ......................................................................................................................31.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢 .............................................................................................41.4.1 液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史 .....................................................................................................41.4.2 液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢 ......................................................................................................5第二章 設(shè)計(jì)方案 .......................................................................................................................................62.1 設(shè)計(jì)方案分析 ..............................................................................................................................62．2 設(shè)計(jì)要求 ............................................................................................................................62．3 工況分析 ...........................................................................................................................62.4 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) ..............................................................................................................92.4.1 初選液壓缸的工作壓力 ..................................................................................................92.4.2 液壓缸的主要尺寸的計(jì)算 ............................................................................................10第三章 液壓系統(tǒng)原理圖 .........................................................................................................................133.1 基本回路的選擇 .......................................................................................................................133.1.1 調(diào)速回路 .........................................................................................................................133．1.2 快速和速度換接回路 ..................................................................................................133.1.3 卸荷回路 ........................................................................................................................173.1.4 夾緊回路 .....................................................................................................................173.1.5 調(diào)壓回路 .......................................................................................................................183.2 液壓系統(tǒng)回路 ...........................................................................................................................19第四章 液壓元件的計(jì)算和選擇 .........................................................................................................234.1 確定液壓泵的規(guī)格以及電動機(jī)功率 ........................................................................................234.1.1 確定液壓泵的最大工作壓力 .......................................................................................234.1.2 確定液壓泵的流量 ........................................................................................................234.1.3 電動機(jī)的選擇 ................................................................................................................244.2 閥類元件 ...................................................................................................................................254.2.1 流量閥的選擇 ...............................................................................................................254.2.2 .溢流閥的選擇 .............................................................................................................254.2.3 .單向閥及液控單向閥的選擇 .....................................................................................254.2.4 換向閥的選擇 .............................................................................................................264.2.5 液壓閥的配置形式 .....................................................................................................264.3 油管的選擇 ................................................................................................................................294.4 聯(lián)軸器的選擇 ...........................................................................................................................294.4.1 選擇聯(lián)軸器的原則 .......................................................................................................294.4.2 計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ...........................................................................................304.4.3 確定聯(lián)軸器的型號 ........................................................................................................304.5 油箱容積的確定 ................................................................................................................................30第五章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算及泵站總成 .............................................................................................335.1 壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 ............................................................................................335.1.1.工進(jìn)時壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力調(diào)整 ...............................................................335.1.2.快退時壓力損失驗(yàn)算和大流量泵卸載壓力調(diào)整。 ...................................................335.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱驗(yàn)算 ...............................................................................................................355.3 泵站總成設(shè)計(jì) ....................................................................................................................35結(jié)論 ...........................................................................................................................................................37致謝 ...........................................................................................................................................................38參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................................39第一章 緒論1.1 液壓系統(tǒng)的組成及工作原理：液壓傳動系統(tǒng)主要由以下五部分組成：（1）能源裝置 （2 ）執(zhí)行元件 （3）控制元件 （4 ）輔助元件 （5 ）工作介質(zhì)能源裝置主要是壓站又稱液壓泵站，是系統(tǒng)的液壓裝置，它按驅(qū)動裝置（主機(jī)）要求供油，并控制油流的方向、壓力和流量，它適用于主機(jī)與液壓裝置可分離的各種液壓機(jī)械下。將液壓站與主機(jī)上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油缸和油馬達(dá)）用油管相連，液壓機(jī)械即可實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的動作、工作循環(huán)。液壓站是由泵裝置、集成塊或閥組合、油箱、電氣盒組合而成。1.2 液壓傳動的工作原理及特征液壓傳動的基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動力的。液壓傳動是利用帕斯卡原理！帕斯卡原理大概就是：在密閉環(huán)境中，向液體施加一個力，這個液體會向各個方向傳遞這個力！力的大小不變！ 液壓傳動就是利用這個物理性質(zhì)，向一個物體施加一個力，利用帕斯卡原理使這個力變大！從而起到舉起重物的效果！現(xiàn)以圖 1-1 所示液壓千斤頂來簡述液壓傳動的工作原理。圖 1-1 液壓千斤頂工作原理圖1-小液壓缸 2-排油單向閥 3-吸油單向閥 4-油箱5-截止閥 6-大液壓缸由液壓千斤頂?shù)脑砜芍?，小液壓?1 與單向閥 2、3 一起完成吸油與排油，將杠桿的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能輸出，稱為（手動）液壓泵。大液壓缸 6 將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出，抬起重物，稱為（舉升）液壓缸。在這里大、小液壓缸組成最簡單的液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了力和運(yùn)動的傳遞。1．2．1 力的傳遞設(shè)液壓缸活塞面積為 A2，作用在活塞上的負(fù)載力為 F2。該力在液壓缸中所產(chǎn)生的液體壓力為 P2=F2/A2。根據(jù)帕斯卡原理，“ 在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳遞到液體各點(diǎn)”，液壓泵的排油壓力 P1 應(yīng)等于液壓缸中的液體壓力，即 P1=P2=P,液壓泵的排油壓力又稱為系統(tǒng)壓力。為了克服負(fù)載力使液壓缸活塞運(yùn)動，作用在液壓泵活塞上的作用力 F1 應(yīng)為F1=P1A1=P2A1=PA1 (1-1)式中 A1-液壓泵活塞面積。在 A1,A2 一定時，負(fù)載力 F2 越大，系統(tǒng)中的壓力 P 也越高，所需的作用力 F1也越大，即系統(tǒng)壓力與外負(fù)載密切相關(guān)。這是液壓傳動工作原理的第一個特征：液壓傳動中工作壓力取決于負(fù)載。1．2．2 運(yùn)動的傳遞如果不考慮液體的可壓縮性、漏損和缸體、管路的變形，液壓泵排出的液體體積必然等于進(jìn)入液壓缸的液體體積。設(shè)液壓泵活塞位移為 S1,液壓缸活塞位移為S2，則有S1A1=S2A2 (1-2)上式兩邊同時除以運(yùn)動時間 t，得q1=v1A1=v2A2=q2 (1-3)式中 v1、v2-液壓泵活塞和液壓缸活塞的平均運(yùn)動速度；q1、q2-液壓泵輸出的平均流量和液壓缸輸出的平均流量。由上述可見，液壓傳動是靠密閉工作容積變化相等的原則實(shí)現(xiàn)運(yùn)動（速度和位移）傳遞的。調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量 q，即可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動速度 v，這是液壓傳動工作原理的第二個特征：活塞的運(yùn)動速度只取決于輸入流量的大小，而與外負(fù)載無關(guān)。從上面的討論還可以看出，與外負(fù)載力相對應(yīng)的流體參數(shù)是流體壓力，與運(yùn)動速度相對應(yīng)的流體參數(shù)是流體流量。因此，壓力和流量是液壓傳動中兩個最基本的參數(shù)。1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)與機(jī)械傳動和電力拖動系統(tǒng)相比，液壓傳動與控制技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）單位功率的重量輕，有利于機(jī)械設(shè)備及其控制系統(tǒng)的微型化、小型化，并進(jìn)行大功率作業(yè)。2）布局靈活方便。液壓元件的布置不受嚴(yán)格的空間位置限制，容易按照機(jī)器的需要通過管道實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的各部分的鏈接，布局安裝具有很大的柔性，能夠成用其他方法難以組成的系統(tǒng)。3）調(diào)速范圍大。通過控制閥，液壓傳動可以在運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)液壓執(zhí)行期大范圍的無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá) 2000.4）工作平穩(wěn)、快速性好。油液具有彈性，可吸收沖擊，故液壓傳動傳遞運(yùn)動均勻平穩(wěn)；易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁換向。5）易于操縱控制并實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。液壓系統(tǒng)操縱控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動控制、遠(yuǎn)距離遙控和過載保護(hù)；運(yùn)轉(zhuǎn)時可自行潤滑，有利于散熱和延長使用壽命。6）易于實(shí)現(xiàn)自動化和機(jī)電液一體化。液壓技術(shù)容易與電氣、電子控制技術(shù)相結(jié)合，組成機(jī)電液一體化的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動工作循環(huán)。7）易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動。8) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)方便。液壓元件屬于機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)件，已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。液壓傳動的缺點(diǎn)：1）傳動過程中，能量需經(jīng)兩次轉(zhuǎn)換，傳動效率偏低。2）由于傳動介質(zhì)的可壓縮性和泄漏等因素的影響，不能嚴(yán)格保證定比傳動。3） 液壓傳動性能對溫度比較敏感，不能在高溫下工作，采用石油基液壓油作傳動介質(zhì)時還需要注意防火問題。4）液壓元件制造精度高，系統(tǒng)工作過程中發(fā)生故障不易診斷?？偟膩碚f液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)是主要的，其缺點(diǎn)將隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展會不斷得到克服。例如，將液壓傳動與氣壓傳動、電力傳動機(jī)械傳動合理地聯(lián)合使用，構(gòu)成氣液、電液（氣） 、機(jī)液（氣）等聯(lián)合傳動，以進(jìn)一步發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，相互補(bǔ)充，彌補(bǔ)某些不足之處。1.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢1.4.1 液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史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)，1795 年英國約瑟夫?布拉曼，在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機(jī)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(jī)。1905年將工作介質(zhì)水改為油，又進(jìn)一步得到改善。第一次世界大戰(zhàn)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(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925 年維克斯發(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?尼斯克對能量波動傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)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(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)期間,在美國機(jī)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 20 多年。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 20~30 年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，居世界領(lǐng)先地位。1.4.2 液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高技術(shù)成果，如自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、磨擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。盡管如此，走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。綜合國內(nèi)外專家的意見，其主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個方面：1．減少能耗 ,充分利用能量液壓技術(shù)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換方面，已取得很大進(jìn)展，但一直存在能量損耗，主要反映在系統(tǒng)的容積損失和機(jī)械損失上。如果全部壓力能都能得到充分利用，則將使能量轉(zhuǎn)換過程的效率得到顯著提高。2．主動維護(hù)液壓系統(tǒng)維護(hù)已從過去簡單的故障拆修，發(fā)展到故障預(yù)測，即發(fā)現(xiàn)故障苗頭時，預(yù)先進(jìn)行維修，清除故障隱患，避免設(shè)備惡性事故的發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)主動維護(hù)技術(shù)必須要加強(qiáng)液壓系統(tǒng)故障診斷方法的研究。另外，還應(yīng)開發(fā)液壓系統(tǒng)自補(bǔ)償系統(tǒng)，包括自調(diào)整、自潤滑、自校正，在故障發(fā)生之前，進(jìn)市補(bǔ)償，這是液壓行業(yè)努力的方向。3．機(jī)電一體化電子技術(shù)和液壓傳動技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的液壓傳協(xié)與控制技術(shù)增加了活力，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域。液壓行業(yè)的發(fā)展趨勢：液壓元件將向高性能、高質(zhì)量、高可靠性、系統(tǒng)成套方向發(fā)展；向低能耗、低噪聲、振動、無泄漏以及污染控制、應(yīng)用水基介質(zhì)等適應(yīng)環(huán)保要求方向發(fā)展；開發(fā)高集成化高功率密度、智能化、機(jī)電一體化以及輕小型微型液壓元件；積極采用新工藝、新材料和電子、傳感等高新技術(shù)。第二章 設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)方案分析雙面鏜孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)要求液壓系統(tǒng)完成的工作循環(huán)是手工安裝→夾緊油缸夾緊→滑臺快進(jìn)→滑臺 1 工進(jìn)→滑臺 2 工進(jìn)→滑臺快退→回轉(zhuǎn)工作臺升起→回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)位→回轉(zhuǎn)工作臺下降鎖緊→滑臺快進(jìn)→滑臺 1 工進(jìn)→滑臺 2 工進(jìn)→滑臺快退→夾緊油缸松開→退料油缸升起退料→退料油缸退回→手工取下工件。在設(shè)計(jì)過程中要注意液壓設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)：在滑臺的速度變化較大，當(dāng)滑臺由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時，為減少液壓沖擊，須使用背壓閥等。方案：選用單桿活塞缸來實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)所要求的快進(jìn)以及 1 工進(jìn) 2 工進(jìn)運(yùn)動，利用液壓缸差動連接來實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退，而對于有大沖擊，工作阻力不定對加工過程的影響，使用在回油路上接背壓閥和在進(jìn)油路上用調(diào)速閥和行程閥的組合來實(shí)現(xiàn)。為減少熱變形對加工精度的影響，減少熱源，選用遠(yuǎn)離機(jī)床床身的開式油箱。對于多缸運(yùn)動工況分段情況很大，借鑒同類機(jī)床多數(shù)采用雙泵供油來節(jié)約能源。2．2 設(shè)計(jì)要求要求設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：手工安裝→夾緊油缸夾緊→滑臺快進(jìn)→滑臺 1 工進(jìn)→滑臺 2 工進(jìn)→滑臺快退→回轉(zhuǎn)工作臺升起→回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)位→回轉(zhuǎn)工作臺下降鎖緊→滑臺快進(jìn)→滑臺 1 工進(jìn)→滑臺 2 工進(jìn)→滑臺快退→夾緊油缸松開→退料油缸升起退料→退料油缸退回→手工取下工件。動力滑臺的滑臺油缸實(shí)現(xiàn)的循環(huán)是：快進(jìn)→1 工進(jìn)→2 工進(jìn)→快退。夾緊油缸的循環(huán)為：快進(jìn)→工進(jìn)夾緊→保壓→快退。退料油缸快進(jìn)→快退。主要性能參數(shù)與性能要求如下：切削阻力 FL=24000N；運(yùn)動部件所受重力 G=10000N；快進(jìn)、快退速度 ?1=3m/min =4m/min，1 工進(jìn)速度4??2=0.2m/min；2 工進(jìn)速度 =0.1m/min 快進(jìn)行程 L1=105mm，1 工進(jìn)行程 L2=9mm；23工進(jìn)行程 =4mm;往復(fù)運(yùn)動的加速時間 Δ t=0.2s；動力滑臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系3L數(shù) μ s=0.2，動摩擦系數(shù) μ d=0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。2．3 工況分析工況分析主要指對執(zhí)行元件進(jìn)行工況分析，分析每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的速度和負(fù)載的變化規(guī)律。1）運(yùn)動分析運(yùn)動分析就是研究設(shè)備按工藝要求，以怎樣的運(yùn)動規(guī)律完成一個工作循環(huán)，并繪出速度循環(huán)圖。 圖 2-1 所示為液壓缸驅(qū)動組合機(jī)床動力滑臺的動作循環(huán)圖，工作臺完成快進(jìn) 1 工進(jìn) 2 工進(jìn)快退的工作循環(huán)。圖 2-2 所示 為速度循環(huán)圖，由圖可以看出，液壓缸在工作過程中經(jīng)歷了加速、恒速（穩(wěn)態(tài)）和減速制動等工況。另外速度循環(huán)圖也是計(jì)算液壓元件的慣性負(fù)載及繪制其負(fù)載循環(huán)圖的依據(jù)。圖 2-1 動作循環(huán)圖圖 2-2 速度循環(huán)圖圖 2-3 負(fù)載循環(huán)圖2）負(fù)載分析負(fù)載分析是通過計(jì)算確定各液壓執(zhí)行元件的負(fù)載大小和方向，并分析各執(zhí)行元件運(yùn)動過程中的振動、沖擊及過載能力等情況。根據(jù)工藝要求，把執(zhí)行元件在各階段的負(fù)載用曲線表示出來，即形成負(fù)載循環(huán)圖，如圖 2-3 所示。由圖可直觀的看出執(zhí)行元件在運(yùn)動過程中何時受力最大、何時受力最小等各種情況，以此為設(shè)計(jì)依據(jù)。本例負(fù)載分析中，暫不考慮回油箱的背壓負(fù)載，液壓缸的密封圈產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮；因工作部件水平放置，重力的水平分力為零。因此，需要考慮的負(fù)載有：工作負(fù)載阻力、慣性負(fù)載阻力和摩擦負(fù)載阻力（1）工作負(fù)載 工作負(fù)載即切削阻力， =Ft=24000NwFwF（2）慣性負(fù)載 Fm 慣性負(fù)載是運(yùn)動部件在啟動加速或減速制動過程中產(chǎn)生的慣性力，其值可按牛頓第二定律計(jì)算（2-1） )(4602.98.10NtgGtvma??????式中， m-----運(yùn)動部件質(zhì)量；a------運(yùn)動部件的加速度；Δν---Δt 時間內(nèi)速度的變化量；Δt -----啟動或制動時間。一般機(jī)械系統(tǒng)取 0.1~0.5s；行走機(jī)械系統(tǒng)取0.5~1.5s；機(jī)床運(yùn)動系統(tǒng)取 0.25~0.5s；機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)取 0.05~0.2s。工作部件較輕或運(yùn)動速度較慢時取小值。（3）摩擦阻力 Ff 摩擦阻力是指液壓缸驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)工作時所需克服的機(jī)械摩擦阻力。摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力.對于機(jī)床來說，即導(dǎo)軌的摩擦阻力，其值與導(dǎo)軌形狀、安放位置、潤滑條件及運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。靜摩擦阻力 （2-2）fs0.210FGN????動摩擦阻力(2-3)fd.各運(yùn)動階段運(yùn)動時間 快進(jìn) （2-4） min035.i31051?????Lt1 工進(jìn) （2-5）i4.in2.92?t2 工進(jìn) （2-6）i0.i1.0433?????Lt快退 （2-min029.i41)95(min)(34214 ?????t7）設(shè)液壓缸的機(jī)械效率 η cm=0.95，得出滑臺液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力表 2-1 滑臺液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況 負(fù)載組成 負(fù)載值 F/N 推力（F/ ）/Nm?啟動 fsF?2000 2105加速 mfd?1460 1537快進(jìn) f 1000 1052工進(jìn) wfdF?25000 26316快退 f 1000 10522.4 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)2.4.1 初選液壓缸的工作壓力由表 2-2 和表 2-3 可知，組合機(jī)床在最大負(fù)載為 30000N 時液壓系統(tǒng)易取壓力=4MPa。表 2-2 按負(fù)載選擇壓力1P負(fù)載/kN 50工作壓力/MPa ≦1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 >5表 2-3 按設(shè)備類型選擇系統(tǒng)工作壓力機(jī)床設(shè)備類型 磨床 組合機(jī)床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)工作壓力/MPa0.8～23～5 2～8 8～1010～18 20～322.4.2 液壓缸的主要尺寸的計(jì)算選用單活塞桿式液壓缸并在快進(jìn)時作差動連接。工進(jìn)時為防止負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參照表 2-4，選背壓為 =1.0MPa。2P表 2-4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型 背壓力/Mpa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2~0.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.4~0.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.5~1.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.8~1.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.2~3回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)根據(jù)所給數(shù)據(jù)：液壓缸直徑 D=80mm，活塞桿直徑 d=55mm，按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出2221 .5084cmDA????22 5.6)()(d?按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查液壓產(chǎn)品樣本手冊，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因 2 工進(jìn)速度 v=0.1m/min 為最小速度，則由式minq0.5/inL?得，??imvvA?223min1 510.5cmvq????本例 =50.2 滿足最低速度的要求。A2c?根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時背壓按 代入，快退時背abP610??壓按 代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列入表 2-5 中。5bap10??表 2-5 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率負(fù)載 F 進(jìn)油壓力Pj回油壓力Pb所需流量輸入功率p工作循環(huán)計(jì)算公式N Pa Pa L/min KW差動快進(jìn)2j1pFPA????2qv（ ）jpP?1153 5 34.10?539.10?1.35 0.075工進(jìn)b2j1FA?qv?jpP221056105.7?5810?0.25 0.016快退b1j2FA?qv?jpP1253 510.6?5106.25 0.135注：1.Δ p 為液壓缸差動連接時，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取 Δ p=0.5Mpa,而 pb=pj+Δ p。2．快退時，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為 pj，無桿腔回油，壓力為 pb。第三章 液壓系統(tǒng)原理圖3.1 基本回路的選擇3.1.1 調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速是液壓傳動控制系統(tǒng)的重要組成部分,由于其回路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用維護(hù)方便,在工程機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。對調(diào)速回路的基本要求如下：1）在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)能靈敏、平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，具有良好的調(diào)節(jié)特性。2）負(fù)載變化時，工作部件速度變化?。ㄔ谠试S范圍內(nèi)） ，即具有良好的速度剛性。3）效率高，發(fā)熱少，具有良好的功率特性。在液壓系統(tǒng)采用定量泵供油時，因泵輸出的流量 q 一定，因此要改變輸入執(zhí)行元件的流量 q1，必須在泵的出口旁接一條支路，將泵多余的流量溢回油箱,這種調(diào)速回路稱為定量泵節(jié)流調(diào)速回路，它由定量泵、執(zhí)行元件、流量控制閥（節(jié)流閥、調(diào)速閥等）和溢流閥等組成，其中流量控制閥起流量調(diào)節(jié)作用，溢流閥起壓力補(bǔ)償或安全作用。定量泵節(jié)流調(diào)速回路根據(jù)流量控制閥在回路中安放位置的不同分為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速、回油節(jié)流調(diào)速、旁路節(jié)流調(diào)速三種基本形式：（1）將節(jié)流閥串聯(lián)在液壓泵和液壓缸之間，用它來控制進(jìn)入液壓缸的流量達(dá)到調(diào)速的目的，為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。 （2）將節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的回油路上，借助節(jié)流閥控制液壓缸的排油流量來實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，為回油節(jié)流調(diào)速回路。 （3）將節(jié)流閥裝在液壓缸并聯(lián)的支路上，為旁路節(jié)流調(diào)速回路。換向閥在液壓系統(tǒng)中其主要功用為:接通、切斷或改變油液在液壓系統(tǒng)中的流動方向。除此之外，在工程機(jī)械中還利用了它的一個特殊的功用:就是能夠起到節(jié)流的作用。在工程機(jī)械中，節(jié)流調(diào)速回路的換向閥采用的是零封閉或負(fù)封閉的換向閥，它的結(jié)構(gòu)主要是由閥芯和閥體兩部分組成。在其閥芯臺肩上切槽或磨出錐面，當(dāng)閥芯相對閥體移動時，其節(jié)流口大小將發(fā)生變化，從而改變流量達(dá)到節(jié)流調(diào)速的目的。 3．1.2 快速和速度換接回路快速運(yùn)動回路的功用是使執(zhí)行元件獲得盡可能大的工作速度，以提高生產(chǎn)率或充分利用功率。一般采用差動缸，雙泵供油，充液增速和儲能器來實(shí)現(xiàn)。1.液壓缸差動連接快速運(yùn)動回路如圖 3-1 所示，換向閥處于原位時，液壓缸有桿腔的回油和液壓泵的供油合在一起進(jìn)入液壓缸無桿腔，使活塞快速向右運(yùn)動。這種回路結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多，但液壓缸的速度加快有限，差動連接與非差動連接的速度比為 ,有112v//()A??’時仍不能滿足快速運(yùn)動的要求，常常需要和其他方法聯(lián)合使用。在差動回路中，泵的流量和液壓缸有桿腔排除的流量合在一起流過的閥和管路應(yīng)按合成流量來選則其規(guī)格，否則會導(dǎo)致壓力過大，泵空載時供油壓力過高。2．采用儲能器輔助供油快速運(yùn)動回路這種回路適用于短時間內(nèi)需要大流量的場合，并可用小流量的液壓泵使液壓缸獲得較大的快速運(yùn)動速度。但系統(tǒng)在整個工作循環(huán)內(nèi)需有足夠的停歇時間，以使液壓泵完成對儲能器的充液工作。3．雙泵供油快速運(yùn)動回路如圖 3-2 所示，低壓大流量泵 1 和高壓小流量泵 2 組成的雙聯(lián)泵做動力源。外控順序閥 3（卸載閥）和溢流閥 5 分別設(shè)定雙泵供油和小流量泵 2 供油時系統(tǒng)的最高工作壓力。換向閥 6 處于圖示位置，系統(tǒng)壓力低于卸載閥 3 調(diào)定壓力時，兩個泵同時向系統(tǒng)供油，活塞快速向右運(yùn)動；換向閥 6 處于右位，系統(tǒng)壓力達(dá)到或超過卸載閥 3 的調(diào)定壓力，大流量泵 1 通過閥 3 卸載，單向閥 4 自動關(guān)閉，只有小流量泵向系統(tǒng)供油，活塞慢速向右運(yùn)動。卸載閥 3 的調(diào)定壓力至少應(yīng)比溢流閥 5 的調(diào)定壓力低 10%-20%,大流量泵 1 卸載減少了動力消耗，回路效率較高。常用在執(zhí)行元件和工進(jìn)速度相差較大的場合。根據(jù)本系統(tǒng)的運(yùn)動方式和要求選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動。即快進(jìn)時，由大小泵同時供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動連接。圖 3-1 液壓缸差動連接快速運(yùn)動回路圖 3-2 雙泵供油快速運(yùn)動回路考慮到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位四通電磁換向閥。為提高換向的位置精度，采用行程閥控制換向回路。速度換接回路用于執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)速度的切換，因切換前后的速度不同，有快速——慢速，慢速——慢速的換接。本機(jī)床要求工作行程有兩種進(jìn)給速度，第一進(jìn)給速度大于第二進(jìn)給速度，為實(shí)現(xiàn)兩次工進(jìn)速度，采用兩個調(diào)速閥串聯(lián)在油路中，用行程閥進(jìn)行切換。如圖 3-3，通過行程閥來調(diào)節(jié)速度，行程閥的擋塊放在機(jī)床固定位置，液壓油首先通過行程閥下方的通道，不經(jīng)過調(diào)速閥，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，接近工件換速時，行程閥接通中間通道，液壓油只經(jīng)過右邊的調(diào)速閥，實(shí)現(xiàn) 1 工進(jìn)，到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)，行程閥接通上方的通道，液壓油經(jīng)過兩個調(diào)速閥，實(shí)現(xiàn)二級調(diào)速，從而得到 2 工進(jìn)速度。行程閥在安裝時需要經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算和定位，以確保加工的精確。圖 3-3 行程閥控制的換接回路3.1.3 卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺工進(jìn)時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，不再另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺工進(jìn)和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺停止時雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。3.1.4 夾緊回路保壓回路使系統(tǒng)在液壓缸不動或因工件變形而產(chǎn)生微小位移的工況下保持穩(wěn)定不變的壓力從而實(shí)現(xiàn)夾緊功能。保壓回路主要有 3 種形式：1.采用單向閥和液控單向閥的保壓回路。2.自動補(bǔ)油保壓回路。3.采用蓄能器的保壓回路。儲能器是液壓系統(tǒng)中一種儲存和釋放油液壓力能的裝置。其主要功用有以下五種：（1）作輔助動力源 （2）補(bǔ)償泄露和保持恒壓 （3）作緊急動力源 （4） 吸收脈動，降低噪音 （5） 吸收液壓沖擊本機(jī)床選用采用儲能器的保壓回路。如圖 3-4 所示，SP1,SP2 為壓力繼電器，壓力繼電器利用液體壓力來啟閉電器開關(guān)。當(dāng)與壓力繼電器相連壓力達(dá)到繼電器調(diào)定壓力時，發(fā)出信號，使電器元件動作即開啟或閉合儲能器，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保壓。 圖 3-4 利用儲能器的保壓回路3.1.5 調(diào)壓回路調(diào)壓回路的功能在于調(diào)定或限制液壓系統(tǒng)的最高工作壓力，或使執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工作過程不同階段實(shí)現(xiàn)多級壓力變換。一般由溢流閥來實(shí)現(xiàn)這一功能。調(diào)壓回路一般有遠(yuǎn)程調(diào)壓回路，多級調(diào)壓回路和無級調(diào)壓回路，根據(jù)本機(jī)床的要求采用遠(yuǎn)程調(diào)壓回路，如圖 3-5 所示，當(dāng)改變節(jié)流閥 2 的開口來調(diào)節(jié)液壓缸速度時，溢流閥 1 始終開啟溢流，使系統(tǒng)工作壓力穩(wěn)定在溢流閥 1 調(diào)定壓力附近，溢流閥 1 作定壓閥用。若系統(tǒng)中無節(jié)流閥，溢流閥 1 則作安全閥用，當(dāng)系統(tǒng)工作壓力達(dá)到或超出溢流閥調(diào)定壓力時，溢流閥開啟，對系統(tǒng)起安全保護(hù)作用。如果在先導(dǎo)型溢流閥 1 的遙控口上接一遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 3，則系統(tǒng)壓力可由閥 3 遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制。主溢流閥的調(diào)定壓力必須大于遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的調(diào)定壓力。圖 3-5 調(diào)壓回路圖3.2 液壓系統(tǒng)回路經(jīng)過對各個基本回路和機(jī)床要求的分析，將選擇的各回路組合在一起，根據(jù)工況作適當(dāng)調(diào)整。得到的液壓系統(tǒng)原理圖如圖 3-6 所示。圖中，為了解決滑臺工進(jìn)時進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，以及為了避免機(jī)床停止工作時回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺運(yùn)動的平穩(wěn)性，增加了單向閥。考慮到這臺機(jī)床用于鏜孔加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個壓力繼電器。當(dāng)滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，發(fā)出快退信號，操縱閥換向。3-6 液壓系統(tǒng)圖該系統(tǒng)用雙泵供油，三位四通電磁換向閥換向，用液壓缸差動連接實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，用行程閥控制快慢速度的換接及保證進(jìn)給位置精度。表 3-1 為該系統(tǒng)的電磁鐵動作順序表（表中“+”代表電磁鐵得電） 。表 3-1 電磁鐵動作順序表1.按下啟動按鈕，電磁鐵 YV 1 得電，僅用小泵供油，YV 7 得電，電磁換向閥13處于右位。主油路的進(jìn)油路：泵 2→單向閥 11→減壓閥 12→雙單向節(jié)流閥 14→液壓缸左腔?；赜吐罚阂簤焊子仪弧p單向節(jié)流閥 14→電磁換向閥 13→油箱。壓力繼電器 SP1 開啟儲能器，使夾緊缸加速。加工過程中，工件一直處于夾緊狀態(tài)，為保證此狀態(tài)的穩(wěn)定性，用減壓閥控制高壓，用壓力繼電器和儲能器控制低壓，使夾緊油缸的壓力控制在一個很小的范圍內(nèi)。2. 電磁鐵 YV 2 得電，電磁換向閥 4 位于左位，YV 4 得電，電磁換向閥 8 位于左位。主油路的進(jìn)油路：泵 2→電磁換向閥 4→行程閥→液壓缸右腔；泵 2→電磁換向閥 8→行程閥→液壓缸右腔。回油路：液壓缸左腔→單向閥 3→油箱；液壓缸左腔→單向閥 7→油箱。該過程實(shí)現(xiàn)左右滑臺快進(jìn)。變背壓閥 6 控制進(jìn)油路壓力，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。①中所有元件不變，互不影響。3.YV 1 失電，雙泵供油，YV 2 得電，電磁換向閥 4 位于左位，YV 4 得電，電磁換向閥 8 位于左位。行程閥到達(dá)指定位置，轉(zhuǎn)換到中位。主油路的進(jìn)油路：泵2→電磁換向閥 4→調(diào)速閥→行程閥→液壓缸右腔；泵 2→電磁換向閥 8→調(diào)速閥→行程閥→液壓缸右腔?；赜吐罚阂簤焊鬃笄弧鷨蜗蜷y 3→油箱；液壓缸左腔→單向閥 7→油箱。該過程實(shí)現(xiàn)左右滑臺 1 工進(jìn)。變背壓閥 6 控制進(jìn)油路壓力，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。①中所有元件不變，互不影響。4.行程閥到達(dá)指定位置轉(zhuǎn)位。進(jìn)油路經(jīng)過兩個調(diào)速閥，實(shí)現(xiàn)左右滑臺 2 工進(jìn)，其他不變。5. YV 1 得電，小泵供油， YV 3 得電，電磁換向閥 4 位于右位，YV 5 得電，電磁換向閥 8 位于右位，YV 11 得電，電磁換向閥 20 位于右位。主油路的進(jìn)油路：泵 2→單向閥 5→液壓缸左腔；泵 2→單向閥 9→液壓缸左腔；泵 2→單雙向節(jié)流閥21→液控單向閥 22→液壓缸下腔?；赜吐罚阂簤焊子仪弧鷨蜗蜷y→電磁換向閥 4→油箱；液壓缸右腔→單向閥→電磁換向閥 8→油箱；液壓缸上腔→單雙向節(jié)流閥21→電磁換向閥 20→油箱。該過程實(shí)現(xiàn)的是左右滑臺快退，抬起油缸抬起。液控單向閥 22 對液壓缸起鎖緊作用，以防液壓缸由于重力作用出現(xiàn)下滑現(xiàn)象。夾緊油缸仍處于夾緊狀態(tài)。6. YV 1 得電，小泵供油， YV 11 在 YV 12 得電的延遲時間后得電，以防刀具劃傷工件。夾緊油缸處于夾緊狀態(tài)。主油路的進(jìn)油路：泵 2→電磁換向閥 20→雙單向節(jié)流閥 21→液壓缸上腔，延遲時間后，泵 2→電磁換向閥 20→雙單向節(jié)流閥21→液控單向閥 22→液壓缸下腔?；赜吐罚阂簤焊紫虑弧嚎貑蜗蜷y 22→雙單向節(jié)流閥 21→電磁換向閥 20→油箱；延遲時間后，液壓缸上腔→雙單向節(jié)流閥 21→電磁換向閥 20→油箱。液控單向閥對液壓缸起鎖緊作用，以防液壓缸由于重力作用出現(xiàn)下滑現(xiàn)象。7.奇數(shù)循環(huán) YV 11 得電，電磁換向閥 20 位于左位，YV 13 得電，電磁換向閥23 位于右位。主油路的進(jìn)油路：泵 2→電磁換向閥 20→單雙向節(jié)流閥 21→液控單向閥 22→液壓缸下腔；泵 2→電磁換向閥 23→單雙向節(jié)流閥 24→液壓缸左腔?；赜吐罚阂簤焊咨锨弧鷨坞p向節(jié)流閥 21→電磁換向閥 20→油箱；液壓缸右腔→單雙向節(jié)流閥24→電磁換向閥 23→油箱。該過
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