智能石材切割液壓控制系統(tǒng)設計

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智能石材切割液壓控制系統(tǒng)設計說明書 目錄 摘要 1 Abstract 2 第一章、緒論 3 1.1課題的來源與研究的目的與意義..............................................................................4 1.2液壓傳動在機械行業(yè)中的應用.........................................................................5 1.3液壓系統(tǒng)的基本組成..............................................................................................6 1.4 液壓傳動的優(yōu)缺點.................................................................................................6 1.5液壓傳動技術的發(fā)展及應用............................................................................7 第二章、液壓缸的負載以及工況分析............................................................................8 2.1 液壓缸的工作負載 9 2.2 液壓缸的摩擦阻力 10 2.3 液壓缸的慣性負荷 11 第三章、 負載圖和速度圖...........................................12 第四章、液壓缸的設計及計算............................................14 4.1液壓缸的類型及結構形式..........................................15 4.2 液壓缸的工作壓力...............................................17 4.3 液壓缸尺寸計算.................................................20 4.4液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算..........................21 4.5 繪制液壓缸的工況圖.............................................22 第五章、擬定液壓系統(tǒng)圖...........................................24 5.1選擇液壓基本回路................................................25 5.2 組成系統(tǒng)圖.....................................................26 第六章、選擇液壓元件.................................................28 6.1確定液壓泵的容量及電機功率......................................30 6.2控制閥的選擇....................................................30 6.3確定油管直徑....................................................31 6.4確定油箱容積....................................................32 第七章、液壓系統(tǒng)的性能驗算.............................................34 7.1液壓系統(tǒng)的壓力損失計算.........................................35 7.2液壓系統(tǒng)的熱量溫升計算.........................................36 結論 37 致謝 38 參考文獻 38 摘 要 作為現(xiàn)代機械設備實現(xiàn)傳動與控制的重要技術手段，液壓技術在國民經(jīng)濟各領域得到了廣泛的應用。與其他傳動控制技術相比，液壓技術具有能量密度高﹑配置靈活方便﹑調速范圍大﹑工作平穩(wěn)且快速性好﹑易于控制并過載保護﹑易于實現(xiàn)自動化和機電液一體化整合﹑系統(tǒng)設計制造和使用維護方便等多種顯著的技術優(yōu)勢， 因而使其成為現(xiàn)代機械工程的基本技術構成和現(xiàn)代控制工程的基本技術要素。 智能石材切割機是加工各種石材的主要設備，適用于各類石材廠的石材的加工，如下料、開孔、開槽、拉伸等。本文根據(jù)智能石材切割機的用途﹑特點和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進行系統(tǒng)的結構設計。智能石材切割機的液壓系統(tǒng)呈長方形布置，外形新穎美觀，動力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結構簡單、緊湊、動作靈敏可靠。該機并設有腳踏開關，可實現(xiàn)半自動工藝動作的循環(huán)。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(JosephBram, 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。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。 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，對居家環(huán)境的要求也進一步提 高，因此作為高檔次的居家裝修材料——石材的需求量也逐年增加，由于天然石材的不規(guī)則性和石材資源的有限性使用使得石材的合理使用方法——石材切割技術得到迅速的發(fā)展。因此石材切割機的需求量也大量增加，國內外各種高性能的石材切割機種類很多，但是價格也極為昂貴，不適合我省大量中小型企業(yè)的需求，設計出在性能上滿足中小企業(yè)要求的經(jīng)濟型石材切割機就顯得尤為迫切.近年來我國引進了不少石材切割機,其機械性能和技術參數(shù)在不同程度上反映出石材切割技術的現(xiàn)代水平。目前在石材切割機國產(chǎn)化過程中，調查研究使用情況和存在問題，吸收其合理的先進的技術參數(shù)和機械結構，改進不足之處，對研制新穎，可靠，先進的設備，改變我國石材切割技術的落后狀態(tài)，關鍵的一招，為了滿足社會的需求，各國爭先恐后的研制出不同得石材切割機來彌補現(xiàn)在石材切割機的不足，主要有： 1.單臂石材切割機單臂石材切割機憑借其結構緊湊，工作平穩(wěn)，操縱輕便 靈活，安裝維修方便的特點在石材加工中得到廣泛地應用。該機主要用于小型石材加工廠，石材市場，板材經(jīng)銷商，現(xiàn)場加工及建筑單位現(xiàn)場施工。 2.移動式石材切割機 . 該機可直接在荒山礦料上直接切割加工生產(chǎn)各種規(guī)格板材，可徹底淘汰取代傳統(tǒng)炸藥與鑿巖等開采方式。該機可直接安裝在礦床上，自動切割加工各種石材，效果與傳統(tǒng)鋸石機完全一樣。該機操作靈活，安裝方便，加工效率快，板材成品率高。 3.DBS-1雙向石材切割機 . 該機為單柱臂式，工作臺液壓推進，無級調速， 結構先進合理，操作方便，維修容易，適于切割塊度較小的荒料，是各類石材企業(yè)，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)理想的石材加工設備。切割荒料的最大規(guī)格為長2.1米， 寬1.1米，高1.3米，能切割在長度方向上拼接的荒料。該機主要切割大理石，也可切割花崗石等材料。 4.超薄型石材切割機 .該機可鋸10mm以下的石材，該機具有手動和自控兩種功能，可任意選擇鋸片，工作臺移動行程大，分片準確，板面誤差小于0.5mm， 鋸片最小厚度達 6mm。 5.數(shù)控超薄型天然復合石材切割機 該機主要用來切割花崗巖，大理石，大面積超薄型石材，主要優(yōu)點： 1.運動平穩(wěn)， 2.金剛石工具刀口小，石材利用率高，能節(jié)省石材資源和能源。 3.石材表面切割質量好尺寸精度高，廢品率低.。 4.綜合生成成本低。 5能切割高檔次的超薄型天然復合材。 6.電動石材切割機 . 該機適用于建筑裝潢，石材加工，對水磨石，大理石，花崗巖，玻璃，水泥制版等含硅酸鹽的非金屬脆性材料進行切割，開槽作業(yè)，它具 有切削效率高，加工質量好，使用簡便，勞動強度低的特點。綜合各種石材切割機，我所設計的石材切割機采用全液壓系統(tǒng)，設備由操作面板，電氣控制裝置，動力裝置，機械裝置和狀態(tài)檢測控制裝置五大部分組成，機械裝置包括翻轉式回轉工作臺，床身平移裝置，橫梁，圓鋸片拖板等構成，整套設備安裝在鋼筋混凝土造成的基礎上，床身平移行走和切割，，行走通過電動機，減速器，齒輪，齒條嚙合傳動，圓鋸片旋轉采用帶輪傳動，圓鋸片升降由滑板升降液壓裝置實現(xiàn)精準控制，橫梁上裝有可調位置的行程開關， 床身橫移切割的位移量由刻度尺示讀床身平移導軌上安裝有磁柵尺和讀數(shù)頭組成的位移檢測裝置，反饋床身的位移數(shù)據(jù)由PLC實現(xiàn)分片控制，以使整套設備在自動控制系統(tǒng)的作用下按程序完成加工工序。在操作過程中分為手動和自動，自動按鈕按下后刀盤向下下降一個切削量，接著刀盤向左切削石材，刀盤到達左限位開關時，停止右移，又下降一個切削量，如此反復，直到刀盤在下降中碰到下限位開關時，停止下降并向相反方向切割最后一刀，以保證石材根部切割完整。 absraote Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of mincing ma-chine were introduced.The productingcapacity was analysed.Keywords Mincing machine Holds plate Cutting blade Transfer auger This paper discusses the meat processing machinery - crusher working principle, main technical parameters, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis. Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required. Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom. 第一章 緒論 1.1課題的來源及研究的目的和意義 本機器適用于石材廠的大型石材板材的加工等，本機器具有獨立的動力機構和電氣系統(tǒng)。采用按鈕集中控制，可實現(xiàn)調整、手動及半自動三種操作方式。本機器的工作壓力、壓制速度、空載快速下行和減速的行程范圍均可根據(jù)工藝需要進行調整，并能完成一般大理石、花崗石板材的切削加工，延時、自動回程、延時自動退回等動作。本機器主機呈長方形，外形新穎美觀，動力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結構簡單、緊湊、動作靈敏可靠。該機并設有腳踏開關，可實現(xiàn)半自動工藝動作的循環(huán)。 19世紀問世以來發(fā)展很快，液壓機在工作中的廣泛適應性，使其在國民經(jīng)濟各部門獲得了廣泛的應用。由于液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結構方面，已經(jīng)比較成熟，目前國內外液壓機的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機電液一體化，以充分合理利用機械和電子的先進技術促進整個液壓系統(tǒng)的完善；自動化、智能化，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調整，具有故障預處理功能；液壓元件集成化、標準化，以有效防止泄露和污染等四個方面。 作為液壓機兩大組成部分的主機和液壓系統(tǒng)，由于技術發(fā)展趨于成熟，國無較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機器在過濾、冷卻及防止沖擊和振動方面，有較明顯改善。在油路結構設計方面，國內外液壓機都趨向于集成化、封閉式設計，插裝閥、疊加閥和復合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應用。 特別是集成塊可以進行專業(yè)化的生產(chǎn)，其質量好、性能可靠而且設計的周期也比較短。 近年來在集成塊基礎上發(fā)展起來的新型液壓元件組成的回路也有其獨特的優(yōu)點，不需要另外的連接件其結構更為緊湊，體積也相對更小，重量也更輕無需管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動和噪聲。邏輯插裝閥具有體積小、重量輕、密封性能好、功率損失小、動作速度快、易于集成的從70年代初期開始出現(xiàn)，至今已得到了很快的發(fā)展。我國從液壓機具有點動、手動和半自動等工作方式，操作方便； 1.2 液壓傳動在實際生產(chǎn)中的應用 液壓傳動在實際生產(chǎn)中的應用有一下幾部分： 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)取? 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。 本機器適用于各類石材的加工，例如大理石，花崗石等等。本機器具有獨立的動力機構和電氣系統(tǒng)。采用按鈕集中控制，可實現(xiàn)調整、手動及半自動三種操作方式。本機器的工作壓力、空載快速下行和減速的行程范圍均可根據(jù)工藝需要進行調整，并能完成一般壓制工藝。其總體方案圖結構圖如下： 智能石材切割機總體方案與布局圖 本次設計的石材切割機液壓控制系統(tǒng)的設計主要是為石材的加工而做的，這樣，只有當需要切割石材時，液壓缸才會打開行程，切割機開始工作。設計中采用PLC控制石材切割機的正反轉動作，既可以簡化控制線路，節(jié)省成本，又可以提高勞動生產(chǎn)率。 1.3液壓傳動技術的發(fā)展及應用 液壓技術，從１７９５年英國制造出世界上第一臺水壓機誕生算起，已經(jīng)有２００多年的歷史了，然而在工業(yè)上的真正推廣使用卻是２０世紀中葉的事情了。第二次世界大戰(zhàn)期間，在一些武器裝備上用上了功率大、反應快、動作準的液壓傳動和控制裝置，大大的提高了武器裝備的性能。同時，也加速了液壓技術本身的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術迅速由軍事轉入民用，在機械制造、工程機械、鍛壓機械、冶金機械、汽車、船舶等行業(yè)中得到了廣泛的應用和發(fā)展。２０世紀６０年代以后，原子能技術、空間技術、電子技術等的迅速發(fā)展，再次將液壓技術向前推進，使其在各個工業(yè)領域得到了更加廣泛的應用。 現(xiàn)代液壓技術與微電子技術、計算機技術、傳感技術的緊密結合已經(jīng)形成并發(fā)展成為一種包括傳動、控制、檢測在內的自動化技術。當前，液壓技術在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善發(fā)展比例控制和伺服控制、開發(fā)數(shù)字控制技術上也有許多新成果。同時，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計(CAD)和測試(CAT)、微機控制、機電一體化、液電一體化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化等方面也是液壓技術發(fā)展和研究的方向。繼續(xù)擴大應用服務領域，采用更先進的設計和制造技術，將使液壓技術發(fā)展成為內涵更加豐富完整的綜合自動化技術。 目前，液壓技術已廣泛應用于各個工業(yè)領域的技術裝備上，例如機械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機械，上至航空、航天工業(yè)，下至地礦、海洋開發(fā)工程，幾乎無處不見液壓技術的蹤跡。液壓技術的應用領域大致上可以歸納為以下幾個主要方面： （1）各種舉升、搬運作業(yè)。尤其在行走機械和較大驅動功率的場合，液壓傳動已經(jīng)成為一種主要方式。如起重機、起錨機等。 （2）各種需要作用力大的推、擠、挖掘等作業(yè)裝置。例如，各種液壓機、塑料注射成型機等。 （3）高響應、高精度的控制。飛機和導彈的姿態(tài)控制等裝置。 （4）多種工作程序組合的自動操作與控制。如組合機床、機械加工自動線。 （5）特殊工作場合。例如地下水下、防爆等。 1.4液壓傳動優(yōu)缺點 優(yōu)點： 〈1〉體積小、重量輕，單位重量輸出的功率大（一般可達32MPa,個別場合更高）。 〈2〉可在大范圍內實現(xiàn)無級調速。 〈3〉操縱簡單，便于實現(xiàn)自動化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時，易于實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。 〈4〉慣性小、響應速度快，起動、制動和換向迅速。(液壓馬達起動只需0.1s) 〈5〉易于實現(xiàn)過載保護，安全性好；采用礦物油作為工作介質，自潤滑性好。 〈6〉液壓元件易于實現(xiàn)系列化 標準化和通用化。 缺點： 〈1〉由于液壓傳動系統(tǒng)中存在的泄漏和油液的壓縮性，影響了傳動的準確性，不易實現(xiàn)定比傳動。 〈2〉不適應在溫度變化范圍較大的場合工作。 〈3〉由于受液體流動阻力和泄漏的影響，液壓傳動的效率還不是很高，不易遠距離傳動。 〈4〉液壓傳動出現(xiàn)故障不易查找。 第二章 液壓缸的負載以及工況分析 2.1液壓缸的工作負載 1. 液壓缸的工作負載 由提供的一些數(shù)據(jù)可知，液壓缸的負載Fw=500P/ν=500P/(πDn/601000)=60106P/πDn =607.5106/π300150 N =1596N。 2. 液壓缸的摩擦阻力 靜摩擦阻力為： Ffj=fj(G1+G2)=0.2(2000+1800) N=880 N 動摩擦阻力為： Ffd=fd(G1+G2)=0.1(2000+1800) N=290 N G1-工作臺重量 G2-工件和夾具最大重量 3. 液壓缸的慣性負荷 Fg=(G1+G2) ν/gt=(4000+1800) 2.5/9.80.160 N =246N g –重力加速度9.8m/s2 ν –工進速度 t –往返加減速時間 第三章 負載圖和速度圖 取液壓缸的機械效率η=0.9，計算液壓缸各工作階段的負載情況 啟動：F=Ffj=880N F‵=F/η=1160/0.9 N=1289 N 加速：F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20 N F‵=F/η=1073.20/0.9=1193 N 快進：F=Ffd=290 N F‵=F/η=580/0.9=645 N 工進：F=Ffd+Fw=580+3183=3763 N F‵=F/η=3763/0.9=4182 N 快退：F=Ffd=290N F‵=F/η=580/0.9=645 N 液壓缸各階段負載情況 階段 負載計算公式 液壓缸負載F/N 液壓缸推力F‵/N 啟動 F=Ffj 1160 1289 加速 F=Ffd+Fg 1073.20 1193 快進 F=Ffd 580 645 工進 F=Ffd+Fw 3763 4182 快退 F=Ffd 580 1193 根據(jù)工況負載F及行程S，繪制負載圖： 根據(jù)快進速度ν1、工進速度v 第四章液壓缸的選型及設計 4.1液壓缸的類型及結構形式 液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結構形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式四大類。 其中，單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。 空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒10，活塞8，活塞桿1、15，缸蓋18、24，密封圈4、7、17，導向套6、19，壓板11、20等主要零件組成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動工作臺作往復運動。活塞用錐銷9、22與空心活塞桿連接，并用堵頭2堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環(huán)12、21，用于阻止壓板11、20向外移動，從而通過螺栓將缸蓋18、24與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結合面安放了密封圈和紙墊?？招幕钊麠U和其上的油口a、c提供了液壓缸的進、出油口。當缸筒移動到左、右終端時，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對運動部件起到制動緩沖作用。在缸蓋上設有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔5、14，可以排出液壓缸中的空氣，使運動更加平穩(wěn)。 表2-1液壓缸的類型和特點 類型 速度 作用力 特點 單 作 用 液 壓 缸 雙活塞桿液壓缸 U=q/A3 F=p1A1 活塞的兩側都裝有活塞桿，只能向活塞一側供給壓力油，由外力使活塞反向運動 單活塞桿液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 活塞僅單向運動，返回行程利用自重或負荷將活塞推回 柱塞式液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 柱塞僅單向運動，由外力使柱塞反向運動 差動液壓缸 U3=q/A3 F3=p1A1 可使速度加快，但作用力相應減小 伸縮液壓缸 --- --- 以短缸獲得長行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回 雙 作用液壓缸 雙活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 雙邊有桿，雙向液壓驅動，雙向推力和速度均相等 單活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 單邊有桿，雙向液壓驅動，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2 伸縮液壓缸 --- --- 雙向液壓驅動，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回 組 合 液 壓 缸 彈簧復位液壓缸 --- --- 單向由液壓驅動，回程彈簧復位 串聯(lián)液壓缸 U1=q/（A1+A2） U2=q2A2 F1=p1（A1-A2）-2qA2 F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2） 用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得在的推力 增 壓 缸 --- --- 由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入A腔，B腔輸出高壓油 齒條液壓缸 --- --- 活塞的移動通過傳動機構變成齒輪的往復回轉運動 擺動液壓缸 單葉片液壓缸 W =8q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/8 把液壓能變?yōu)榛剞D的機械能，輸出軸擺動角 < 300度 雙葉片液壓缸 W =4q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/4 把液壓能變?yōu)榛剞D的機械能，輸出軸擺動角 < 150度 注：b—葉片寬度；D—葉片的底端 、頂端直徑；w—葉片軸的角速度；T-- 理論轉矩 4.2液壓缸的工作壓力 根據(jù)負載并查表，初選工作壓力 P1=3MPa 4.3計算液壓缸尺寸 鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等，可選用單桿式差動液壓缸。無桿腔工作面積A1，有桿腔工作面積A2， 且A1=2A2，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d=0.707D的關系。 回油路上背壓P2取0.8MPa 油路壓力損失△P取0.5MPa A1=F/(P1-P2/2)=418210-6/(3-0.8/2)m2=0.0016m2 D==45.13mm d=0.707D=31.91mm 按GB/T2348-2001將直徑元整成就進標準值 D=50mm d=35mm; 液壓缸兩腔的實際有效面積為： A1=πD2/4=19.6310-4m2 A2=π(D2-d2)/4=10.0110-4m2 根據(jù)上述D與d的值，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力 4.4液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算 工況 推力 F/N 回油腔壓力P2/MPa 進油腔壓力P1/MPa 輸入流量 輸入功率 計算公式 快進 啟動 1289 0 1.86 — - 加速 1193 △P=0.5 1.76 — - 恒速 645 1.29 4.81 0.10 工進 4182 0.8 2.54 1.57～0.098 0.07 快退 啟動 1289 0 1.29 — - 加速 1193 0.5 2.17 — - 恒速 645 1.62 5.01 0.135 4.5液壓缸工況圖 第五章 擬定液壓系統(tǒng)圖 5.1 選擇液壓基本回路 選擇調速回路。該系統(tǒng)的流量、壓力較小，可選用定量泵和溢流閥組成的供油源，液壓系統(tǒng)功率小，滑臺運動速度低，工作負載變化小，銑床加工有順銼和逆銼之分，可采用進流口節(jié)流的調速形式，具有承受負切削的能力，如圖（a） (a) 選擇快速運動回路和換向回路。系統(tǒng)采用節(jié)流調速回路后，不管采用什么油源形式都必須有單獨的油路直接通向液壓缸兩腔，以實現(xiàn)快速運動。在本系統(tǒng)中，單桿液壓缸要作差動連接，為保證換向平穩(wěn)，采用電液換向閥式換接回路，如圖（b） （b） 選擇速度換接回路。避免液壓沖擊，宜選用行程閥來控制速度換接，如圖（c） （c） 5.2 組成液壓系統(tǒng)圖 根據(jù)各液壓基本回路組成液壓系統(tǒng)圖,如圖（d） 系統(tǒng)油路分析: 1)、快進 進油路：油箱→濾油器1→油泵2→單向閥3→換向閥4左位→行程閥5左位→液壓缸8右腔 回油路：液壓缸8左腔→換向閥4左位→單向閥9→行程閥5左位→液壓缸8右腔 （d） 2）、工進 進油路：油箱→濾油器1→油泵2→單向閥3→換向閥4左位→調速閥6→液壓缸8右腔 回油路：液壓缸8左腔→換向閥4左位→溢流閥10→順序閥11→油箱 3）、快退 進油路：油箱→濾油器1→油泵2→單向閥3→換向閥4右位→液壓缸8左腔 回油路：液壓缸8右腔→單向閥7→換向閥4右位→單向閥13→油箱 第六章 選擇液壓元件 6.1 確定液壓泵的容量及電機功率 1）液壓泵油路壓力損失△P=0.5MPa，回油路泄露系數(shù)取1.1，則液壓泵的最高工作壓力為：pB=p1+△p=(2.54+0.5) MPa=3.04 MPa。 總流量：QB=KQmax=(1.1x5.01) L/min=5.511 L/min。 根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)查泵的產(chǎn)品目錄,選用YB-A9B定量式葉片泵,輸出流量6.9L/min。 ２）確定驅動電動機功率。 由工況圖表明，最大功率出現(xiàn)在快退階段，液壓泵總效率η＝0.75,則電動機功率為：P== kW=0.283 kW; 根據(jù)此數(shù)據(jù)按JB/T9616—1999，查閱電動機產(chǎn)品樣本選取Y90S型三相異步電動機，其額定功率P=0.75Kw,額定轉速n=1000r/min。 6.2 控制閥的選擇 根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格，如下表： 序號 元件名稱 額定流量L/min 額定壓力MPa 型號規(guī)格 1 濾油器 16 6.18 XU—10x200 2 定量式葉片泵 6.9 7 YB-A9B 3 單向閥 63 16 AF3-Ea10B 4 三位五通電液閥 80 18 35DYF3Y-E10B 5 行程閥 63 16 AXQF-E10B 6 調速閥 0.07~50 16 7 單向閥 63 16 9 單向閥 63 16 AF3-Ea10B 10 背壓閥 63 6.3 YF3-10B 11 順序閥 20 3~7 X2F-L10F 12 溢流閥 63 6.3 YF3-10B 13 單向閥 63 16 AF3-Ea10B 6.3 定油管直徑 各元件間連接管道的規(guī)格按原件接口尺寸決定，液壓缸則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算，如下表所示。 油液在壓油管中的流速取3m/min， d≥2=2mm=9.3mm 油液在吸油管中的流速取1m/min, d≥2=2mm=11.3mm 兩個油管都按GB/T2351-2005選用外徑Φ15mm、內徑Φ12mm的無縫鋼管。 流量、速度 快進 工進 快退 輸入流量L/min q1=(A1qp)/(A1-A2`) =(19.63x6)/(19.63-10.01) =12.24 q1=0.5 q1=qp=6 排出流量L/min q2=(A2q1)/A1 =(10.01x12.24)/19.63 =6.24 q2=(A2q1)/A1 =(0.5x10.01)/19.63 =0.25 q2=(A1q1)/A2 =(19.63x6)/10.01 =11.76 6.4定油箱容積 取ξ為7時，求得其容積為： V=ξqp=76 L=42 L 按JB/T7938-1999規(guī)定，取標準值V=100L。 第七章 液壓系統(tǒng)性能的驗算 7.1液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 1）、快進 滑臺快進時，液壓缸差動連接，進油路上通過單向閥3的流量是6L/min，通過電液換向閥4，液壓缸有桿腔的回油與進油路匯合，以12.24L/min通過行程閥5并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為 ∑△pv=[0.2(6/63)2+0.5(6/80)2+0.3(12.24/63)2] =(0.019+0.038+0.058)MPa=0.115MPa 壓力閥不會被打開，油泵的流量全部進入液壓缸。回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥4和單向閥9的流量都是6.24L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥5流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力p2與無桿腔壓力p1之差 △p=p2-p1=[0.5(6.24/80)2+0.2(6.24/63)2+0.3(12.24/63)2] =(0.039+0.020+0.058)MPa =0.117MPa此值小于原估計值0.5MPa，所以是安全的。 2）、工進 工進時，油液在進油路上通過電液換向閥4的流量為0.5L/min,在調速閥7處得壓力損失為0.5MPa，油液在回油路上通過換向閥4的流量是0.25L/min，在背壓閥10處得壓力損失為0.5MPa，通過順序閥11的流量為（6+0.24）=6.24L/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力p2為p2=[0.5(0.24/80)2+0.5+0.3(6.24/63)2] =(0.002+0.5+0.030)MPa =0.532MPa 此值小于原估計值0.8MPa。 重新計算工進時液壓缸進油腔壓力p1 p1=(F`+p2A2)/A1 =(4182+0.53210610.0110-4)/19.6310610-4 =2.40 MPa 此數(shù)值與2.54MPa接近。 3）、快退 快退時，油液在進油路上通過換向閥4的流量為6L/min；油液在回油路上通過單向閥7、換向閥4和單向閥13的流量都是11.76L/min，因此進油路上總壓降為 ∑△pv1=[0.2(6/63)2+0.5(6/80)2]=(0.019+0.038)MPa=0.057 MPa 此值較小，所以液壓泵驅動電動機的功率是足夠的?；赜吐飞峡倝航禐? ∑△pv2=[0.2(11.76/63)2+0.5(11.76/80)2+0.2（11.76/63）2] =(0.037+0.074+0.037)MPa=0.148MPa 此值與0.135MPa接近，不必重算。所以快退時液壓泵的最大工作壓力pp應為 pp=p1+∑△pv1=(2.17+0.057)MPa=2.227MPa； 因此液壓泵卸荷的順序閥11的調壓應大于2.227MPa。 7.2液壓系統(tǒng)的熱量溫升驗算 工進在整個工作循環(huán)過程中所占的時間幾乎占據(jù)整個工作循環(huán)周期，所統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進時的情況來計算。 工進時液壓缸的有效功率為: PO=Fv= kW=0.056 Kw 液壓泵的輸入總功率 Pi==0.32Kw 由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量 Hi=Pi-Po=(0.32-0.056)Kw=0.264kW 油液溫升的近似值 △ T=(0.264103)/℃=6.7℃ 溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不需要設置冷卻器。 結 論 本文所設計的智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計原理比較簡單，功能比較簡單，設計比較合理，能夠滿足部分不同規(guī)格石材的切割等功能，方便快捷。 在論文完成之際，我首先向我的導師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導師在學業(yè)上嚴格要求，精心指導，在生活上給了我無微不至的關懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學業(yè)階段的學業(yè)的同時，也學到了很多做人的道理，明確了人生目標。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，實事求是的作風，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。 經(jīng)過近半年努力的設計與計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應用和體現(xiàn)。 四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 參考文獻 [1]張福學編著.智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計及其應用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。 [2]何發(fā)昌著，邵遠編著.智能 石材切割液壓控制系統(tǒng)的原理及應用.北京：高等教育出版社，1996。 [3]張利平著. 液壓技術速查手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.12。 [4]李寶仁著. 液壓技術—低成本綜合自動化. 北京：機械工業(yè)出版社，1999.9。 [5]宋學義著. 智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計速查手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.3。 [6]陳奎生著. 液壓與氣壓傳動. 武漢：武漢理工大學出版社，2008.5。 [7]SMC（中國）有限公司. 智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計實用技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.10 [8]徐文燦著. 智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1995。 [9]曾孔庚.智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢. 機器人技術與應用論壇。 [10]壽慶豐.一種多指多關節(jié)機器手爪. 機械設計1999年第3期，第3卷。 [11]高微,楊中平,趙榮飛等.智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計. 機械設計與制造2006.1。 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