液壓傳動(dòng)組合機(jī)床控制畢業(yè)設(shè)計(jì).pdf

畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論（論 文）文） 題題 目目： 系別： 專(zhuān)業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 審閱： 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20年月日 摘要摘要 液壓系統(tǒng)具有廣泛的工藝適應(yīng)性、優(yōu)良的控制性能、反應(yīng)快、輸出力(或力矩) 大等優(yōu)點(diǎn)，在組合機(jī)床中被廣泛采用。 液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來(lái)與微電子、計(jì)算 機(jī)技術(shù)結(jié)合，使液壓技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，機(jī)、電、液、氣一體是當(dāng)今 機(jī)械設(shè)備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機(jī)械設(shè)備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術(shù)。作為數(shù) 控技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的學(xué)生初步學(xué)會(huì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，熟悉分析液壓系統(tǒng)的工作原理 的方法，掌握液壓元件的作用與選型及液壓系統(tǒng)的維護(hù)與修理將是十分必要的。 本論文主要闡述了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（包括系統(tǒng)工況分析，擬定液壓系統(tǒng)原理圖， 液壓元件的計(jì)算和選擇以及液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算等）、液壓缸主要零部件的設(shè)計(jì) 及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 液壓動(dòng)力滑臺(tái)是利用液壓缸將泵站提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)榛_(tái)運(yùn)動(dòng)所需的機(jī)械 能，來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并完成一定得動(dòng)作循環(huán)，是一種以速度變換為主的中、低壓 液壓系統(tǒng)，在高效、專(zhuān)用、自動(dòng)化程度較高的機(jī)床中已得到廣泛的應(yīng)用。因此， 在液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)中具有綜合性和代表性，通過(guò)本畢業(yè)設(shè)計(jì)可以全面的應(yīng)用 和鞏固所學(xué)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高機(jī)械設(shè)計(jì)能力和繪圖能力，培養(yǎng)學(xué)生 學(xué)習(xí)新技術(shù)、獲取信息和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，特別是使學(xué)生在液壓傳動(dòng)與控制 的基本理論和應(yīng)用方面得到進(jìn)一步的提高。 【關(guān)鍵詞】:液壓系統(tǒng) 液壓傳動(dòng) 液壓元件 Abstract Hydraulic system with a wide range of adaptability, excellent process control performance, fast response, output force (or torque) and other advantages of combined machine tools that are widely used. technology in machinery and equipment, especially in recent years combined with microelectronics, computer technology, hydraulic technology has entered a new stage of development, mechanical, electrical, hydraulic, gas integration is the development of machinery and equi Hydraulic drive technology is one of the fastest growing pment today. Has been widely referenced in the CNC machining equipment hydraulic technology. As technology students learn hydraulic numerical control system design, familiar with the working principle of the method of analysis of hydraulic systems, control and selection of hydraulic units and hydraulic systems maintenance and repair is necessary. This paper mainly on the design of the hydraulic system (including system condition analysis, development of hydraulic system schematics, calculation and selection of hydraulic components, and checking the performance of the hydraulic system, and so on), design and structure of the main components of hydraulic cylinder design 【Key Words】: hydraulic system hydraulic transmission hydraulic components 目錄目錄 1.緒 論. - 1 - 1.1 研究背景.- 1 - 1.2 研究目的及意義.- 2 - 2 液壓傳動(dòng)的工作原理和組成以及優(yōu)缺點(diǎn).- 2 - 2.1 工作原理- 2 - 2.2 液壓系統(tǒng)的基本組成- 3 - 2.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)- 3 - 2.3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)- 3 - 2.3.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)- 4 - 3 液壓系統(tǒng)工況分析.- 5 - 3.1 運(yùn)動(dòng)分析- 5 - 3.2 運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù).- 5 - 3.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖.- 6 - 3.3.1 選擇基本回路- 7 - 3.4 選擇液壓泵和電機(jī).- 7 - 3.4.1 確定液壓泵的工作壓力- 7 - 3.4.2 液壓泵的流量- 8 - 3.4.3 選擇電機(jī)- 8 - 3.5 閥類(lèi)元件的選擇.- 10 - 4 液壓缸主要零部件設(shè)計(jì).- 12 - 4.1 液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算：- 12 - 4.2 確定液壓缸的工作壓力.- 12 - 4.3 確定缸筒內(nèi)徑 D，活塞桿直徑 d- 13 - 4.4 液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算- 13 - 4.5 最低穩(wěn)定速度驗(yàn)算- 13 - 5 選擇液壓回路.- 13 - 5.1 調(diào)速回路的選擇.- 13 - 5.2 快速運(yùn)動(dòng)回路與速度環(huán)節(jié)回路.- 14 - 6 液壓工作原理：- 14 - 6.1 快速前進(jìn).- 14 - 6.2 工作進(jìn)給.- 15 - 6.3 快速退回.- 15 - 6.4 原位停止.- 16 - 7 組合機(jī)床的電力控制- 16 - 7.1 主電路.- 16 - 8 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算- 20 - 8.1 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算.- 20 - 8.1.1 判斷油流類(lèi)型- 20 - 8.1.2 沿程壓力損失P1- 21 - 8.1.3 局部壓力損失P2- 21 - 8.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算- 23 - 8.2.1 液壓泵的輸入功率- 23 - 8.2.2 有效功率- 23 - 8.2.3 系統(tǒng)發(fā)熱功率 Ph.- 23 - 8.2.4 散熱面積- 24 - 8.2.5 油液溫升t- 24 - 9 總結(jié)致謝- 24 - 10 參考文獻(xiàn).- 25 - 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 1 - 1.緒緒 論論 液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來(lái)與微電子、 計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，使液壓技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，機(jī)、電、液、氣一體是 當(dāng)今機(jī)械設(shè)備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機(jī)械設(shè)備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術(shù)。作 為數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的學(xué)生初步學(xué)會(huì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，熟悉分析液壓系統(tǒng)的工作 原理的方法，掌握液壓元件的作用與選型及液壓系統(tǒng)的維護(hù)與修理將是十分必要 的。 液壓傳動(dòng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)都得到了廣泛的應(yīng)用，但是各部門(mén)采用液壓傳 動(dòng)的處發(fā)點(diǎn)不盡相同：例如，工程機(jī)械、壓力機(jī)械采用液壓傳動(dòng)的主要原因是取 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出力大；航空工業(yè)采用液壓傳動(dòng)的主要原因是取其重量輕、體積 小；機(jī)床上采用液壓傳動(dòng)的主要原因則是取其在工作過(guò)程中能無(wú)級(jí)變速，易于實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化，能實(shí)現(xiàn)換向頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。 1.1 研究背景研究背景 液壓傳動(dòng)因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、反應(yīng)速度快、輸出力大、可方 便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)頻繁換向、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，使其從民用到國(guó)防， 從一般傳動(dòng)到精確度很高的控制系統(tǒng)，都得到了廣泛的應(yīng)用。 在機(jī)床工業(yè)中，目前機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)有 85%采用液壓傳動(dòng)與控制，如磨床、刨 床、拉床、壓力機(jī)、剪床及組合機(jī)床等。 在冶金工業(yè)中，電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機(jī)的控制系統(tǒng)、平爐裝料、轉(zhuǎn)爐裝料、 高爐裝料、帶材跑偏及恒張力裝置等都采用了液壓技術(shù)。 在工程機(jī)械中，普遍采用了液壓傳動(dòng)，如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、起重機(jī)、推土機(jī)、 鏟運(yùn)機(jī)、平地機(jī)、壓路機(jī)等。 在農(nóng)業(yè)機(jī)械中，采用液壓技術(shù)也很廣泛，如拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等。 在汽車(chē)工業(yè)中，液壓越野車(chē)、液壓自卸式汽車(chē)、液壓高空作業(yè)車(chē)、消防車(chē)等 均采用了液壓技術(shù)。 在輕紡工業(yè)中，采用液壓技術(shù)的有塑料注塑機(jī)、造紙機(jī)、印刷機(jī)及紡織機(jī)等。 在國(guó)防工業(yè)中，飛機(jī)、坦克、艦艇、雷達(dá)、火炮、導(dǎo)彈和火箭等武器裝備都采用 了液壓傳動(dòng)與控制。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 2 - 在船舶工業(yè)中，應(yīng)用液壓技術(shù)很普遍，如全液壓挖泥船、打撈船、采油平臺(tái) 及船舶輔機(jī)等。 隨著液壓機(jī)械自動(dòng)化程度的不斷提高，液壓元件數(shù)量急劇增加，元件小型化、 系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢(shì)。特別是近年來(lái)，機(jī)電技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù) 與傳感技術(shù)、微電子技術(shù)密切結(jié)合，出現(xiàn)了許多新型元件，如電液比例閥、數(shù)字 閥、電液伺服液壓缸等機(jī)（液）電一體化元器件，使液壓技術(shù)正向高壓、大功率、 節(jié)能高效、低噪聲、長(zhǎng)壽命、高集成化等方面發(fā)展。同時(shí)，液壓元件和液壓系統(tǒng) 的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制也是當(dāng)前 液壓技術(shù)的發(fā)展方向。 1.2 研究目的及意義研究目的及意義 隨著時(shí)代的發(fā)展,社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步,人民生活狀態(tài)得到了顯著改善。然而,生活 中我們會(huì)發(fā)現(xiàn),雖然生活水平、 科技水平不斷提高,但隨之而來(lái)的問(wèn)題也愈發(fā)的引起 我們的思考。例如,傳統(tǒng)的液壓傳動(dòng)技術(shù)油壓傳動(dòng)存在易磨損、效率低、浪費(fèi) 能源和破壞環(huán)境的缺點(diǎn),已經(jīng)難以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要,尤其是在能源緊缺、 生 態(tài)文明、可持續(xù)發(fā)展的新世紀(jì),新的技術(shù)、現(xiàn)代液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展勢(shì)在必行。在 眾多新技術(shù)中,利用水作為驅(qū)動(dòng)的純水液壓傳動(dòng)技術(shù),既符合綠色發(fā)展理念,又具有 保護(hù)生態(tài)環(huán)境、使用清潔能源的意義。本文通過(guò)分析純水液壓技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)和 所面臨的各種問(wèn)題,對(duì)發(fā)展現(xiàn)代純水液壓傳動(dòng)技術(shù)提出相關(guān)的建議,并且介紹現(xiàn)代 純水液壓傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域。 2 液壓傳動(dòng)的工作原理和組成以及優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)的工作原理和組成以及優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，利用壓力能來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式。 驅(qū) 動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)是由油箱、過(guò)濾器、液壓泵、溢流閥、開(kāi)停閥、節(jié)流閥、 換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭等組成。 2.1 工作原理工作原理 （1)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵經(jīng)濾油器從油箱中吸油，油液被加壓后,從泵的輸出口輸入 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 3 - 管路。油液經(jīng)開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞而使工作臺(tái)左右移 動(dòng)。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。 （2)工作臺(tái)的移動(dòng)速度是通過(guò)節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開(kāi)大時(shí)，進(jìn)入液壓缸的 油量增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量減少， 工作臺(tái)的移動(dòng)速度減少。由此可見(jiàn)，速度是由油量決定的。 2.2 液壓系統(tǒng)的基本組成液壓系統(tǒng)的基本組成 （1）能源裝置液壓泵。它將動(dòng)力部分（電動(dòng)機(jī)或其它遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）所輸出的機(jī)械 能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。 （2）執(zhí)行裝置液壓機(jī)（液壓缸、液壓馬達(dá)）。通過(guò)它將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能， 推動(dòng)負(fù)載做功。 （3）控制裝置液壓閥（流量閥、壓力閥、方向閥等）。通過(guò)它們的控制和調(diào) 節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、 速度和方向。 （4）輔助裝置油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開(kāi)關(guān)等.通過(guò) 這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)各種工作循環(huán)。 （5）工作介質(zhì)液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來(lái)傳遞能量或 信息。 2.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 2.3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) （1）在相同的體積下，液壓執(zhí)行裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動(dòng)力。在同等功 率的情況下，液壓執(zhí)行裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積重量 只有同等功率電動(dòng)機(jī)的 12%左右。 （2）液壓執(zhí)行裝置的工作比較平穩(wěn)。由于液壓執(zhí)行裝置重量輕、 慣性小、 反應(yīng)快， 所以易于實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)、制動(dòng)和頻繁地?fù)Q向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)到每分鐘 500 次，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)每分鐘 1000 次。 （3）液壓傳動(dòng)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速比可達(dá) 1：2000），并可在液壓 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 4 - 裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。 （4）液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因?yàn)樗菍?duì)液體的壓力、流量和流動(dòng)方向進(jìn)行控 制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。當(dāng)液壓控制和電氣控制或氣動(dòng)控制結(jié)合使用時(shí)，能實(shí)現(xiàn) 較復(fù)雜的順序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。 （5）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)且液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng) （6）由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制 造和使用都比較方便。 2.3.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) (1) 液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)， 在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免地要有泄漏， 同時(shí)， 液體又不是絕對(duì)不可壓縮的，因此不宜在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合采用，例如螺紋 和齒輪加工機(jī)床的內(nèi)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)。 (2) 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中有較多的能量損失，如摩擦損失、泄漏損失等，故不宜 于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。 (3) 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，油溫變化會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。因此，在低 溫和高溫條件下，采用液壓傳動(dòng)有一定的困難。 (4) 為了減少泄露，液壓元件的制造精度要求高，因此，液壓元件的制造成本高， 而且對(duì)油液的污染比較敏感。 (5) 液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難， 因此對(duì)維修人員提出了更高的要求， 既要系統(tǒng) 地掌握液壓傳動(dòng)的理論知識(shí)，又要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 (6)隨著高壓、高速、高效率和大流量化，液壓元件和系統(tǒng)的噪聲日益增大，這也 是要解決的問(wèn)題。 總而言之，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是突出的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)將 得到克服，液壓傳動(dòng)將日益完善，液壓技術(shù)與電子技術(shù)及其它傳動(dòng)方式的結(jié)合更 是前途無(wú)量。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 5 - 3 液壓系統(tǒng)工況分析液壓系統(tǒng)工況分析 3.1 運(yùn)動(dòng)分析運(yùn)動(dòng)分析 繪制動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)圖 按設(shè)備的工藝要求，把執(zhí)行元件在各階段的負(fù)載用曲線(xiàn)表示出來(lái)，稱(chēng)執(zhí)行元 件的負(fù)載位移（時(shí)間）曲線(xiàn)圖（負(fù)載圖）。由此圖可直接的看出在運(yùn)動(dòng)過(guò)程 充何時(shí)受力最大，何時(shí)受力最小等各種情況，以此作為以后的設(shè)計(jì)依據(jù)。液壓缸 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的負(fù)載 F 為 F=Ft+Ff+Fa = 6340N 3.2 運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù) (1) 工作負(fù)載 工作負(fù)載是液壓缸負(fù)載的主要組成部分，它與設(shè)備的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)，不同機(jī)械的 工作負(fù)載其形式各不相同，對(duì)于機(jī)床，切削力是工作負(fù)載。工作負(fù)載可以是恒定 的，也可以是變化的；可能是正值，也可能是負(fù)值，負(fù)載的方向與液壓缸（或活 塞）的運(yùn)動(dòng)方向相反者為正，相同者為負(fù)。 Ft =3000N （2）摩擦阻力 摩擦阻力是指主機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)與導(dǎo)軌或支撐面間的摩擦力， 其值恒為正值。 Ff=fFN =(0.2+0.1)x9800=2840N 式中：FN運(yùn)動(dòng)部件及外負(fù)載對(duì)支撐面的正壓力； 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 6 - f摩擦系數(shù)，分為靜摩擦系數(shù)（fs0.20.3）和動(dòng)摩擦系數(shù)（fd0.050.1）。 （3）慣性負(fù)載 慣性負(fù)載是指運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中， 因速度變換由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載， 可由牛頓第二定律計(jì)算。 Fs=ma=G/gv/t =9800/908x0.1/0.2=500N 式中：m運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，Kg； a運(yùn)動(dòng)部件的加速度，m/s； G運(yùn)動(dòng)部件的重力 N g重力加速度，m/s2； v速度的變化量，m/s； t速度變化所需要的時(shí)間，s。 除此之外，液壓缸的受力還有活塞和活塞桿處的密封裝置的摩擦阻力，其計(jì)算方 法和密封裝置的類(lèi)型、液壓缸的制造質(zhì)量和工作壓力有關(guān)，由于詳細(xì)計(jì)算比較麻 煩，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般將其考慮在液壓缸的機(jī)械效率中，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取 m=0.850.97，另外，還有背壓力，可在最后計(jì)算時(shí) （4）由于動(dòng)力滑臺(tái)為臥式放置，所以不考慮重力負(fù)載。 （5）關(guān)于液壓缸內(nèi)部密封裝置摩擦阻力 Fm 的影響，計(jì)入液壓缸的機(jī)械效率中。 （6）背壓負(fù)載 初算時(shí)暫不考慮 3.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)原理圖是表示系統(tǒng)的組成和工作原理的圖樣。擬定系統(tǒng)原理圖是設(shè) 計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵，它對(duì)系統(tǒng)的性能及沒(méi)計(jì)方案的合理性、經(jīng)濟(jì)性具有決定性的影響， 也是整個(gè)設(shè)計(jì)中重要的一部分。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 7 - 3.3.1 選擇基本回路選擇基本回路 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)以及速度、負(fù)載循環(huán)陶，可以針對(duì)不同的動(dòng)作循環(huán)選擇 相應(yīng)的基本回路，包括確定系統(tǒng)的供油方式、調(diào)速方式、速度換接方式和夾緊回 路的方式等。 3.4 選擇液壓泵和電機(jī)選擇液壓泵和電機(jī) 3.4.1 確定液壓泵的工作壓力確定液壓泵的工作壓力 由前面可知，液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為 4.4MPa，本系統(tǒng)采 用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，選取進(jìn)油管道壓力損失為 0.6MPa。 由于采用壓力繼電器，溢流閥的調(diào)整壓力一般應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大 0.5MPa，故泵 的最高壓力為 Pp1=（4.4+0.6+0.5）MPa=5.5MPa 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 8 - 這是小流量泵的最高工作壓力（穩(wěn)態(tài)），即溢流閥的調(diào)整工作壓力。 液壓泵 的公稱(chēng)工作壓力 Pr 為 Pr=1.25 Pp1 =1.255.5MPa=6.7MPa 大流量泵只在快速時(shí)向液壓缸輸油，由壓力圖可知，液壓缸快退時(shí)的工作壓 力比快進(jìn)時(shí)大，這時(shí)壓力油不通過(guò)調(diào)速閥，進(jìn)油路比較簡(jiǎn)單，但流經(jīng)管道和閥的 油流量較大。取進(jìn)油路壓力損失為 0.5MPa，故快退時(shí)泵的工作壓力為 Pp2=（0.99+0.5）MPa=1.49MPa 這是大流量泵的最高工作壓力，此值是液控順序閥 7 和 8 調(diào)整的參考數(shù)據(jù)。 3.4.2 液壓泵的流量液壓泵的流量 由流量圖 2（b）可知，在快進(jìn)時(shí)，最大流量值為 23Lmin, 取 K=1.1，則可計(jì)算泵的最大流量 qvpK(qv)max qvp =1.123Lmin=25.3Lmin 在工進(jìn)時(shí)，最小流量值為 0.39 Lmin.為保證工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)壓力較穩(wěn)定，應(yīng)考慮溢流 閥有一定的最小溢流量，取最小溢流量為 1 Lmin（約 0.01710-3m3s）故 小流量泵應(yīng)取 1.39Lmin 根據(jù)以上計(jì)算數(shù)值， 選用公稱(chēng)流量分別為 18Lmin、 12Lmin； 公稱(chēng)壓力為 70MPa 壓力的雙聯(lián)葉片泵。 3.4.3 選擇電機(jī)選擇電機(jī) 由功率圖 2 （c） 可知， 最大功率出現(xiàn)在快退階段， 其數(shù)值按下式計(jì)算 Pp= Pp2 （qv1+ qv2）p=1.35106（0.2+0.3）10-30.75=993W 式中 qv1大泵流量， qv1=18 Lmin（約 0.310-3m3s） qv2小泵流量，qv2=12Lmin（約 0.2 10-3m3s） p液壓泵總效率，取p =0.75。 圖 2 (a) 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 9 - (c) 根據(jù)快退階段所需功率 993W 及雙聯(lián)葉片泵要求的轉(zhuǎn)速，選用功率為 1.1KWJ526 型的異步電機(jī)。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 10 - 3.5 閥類(lèi)元件的選擇閥類(lèi)元件的選擇 閥類(lèi)元件的選擇是根據(jù)閥的最大工作壓力和流經(jīng)閥的最大流量來(lái)選擇閥的規(guī) 格。即所選用的閥類(lèi)元件的額定壓力和額定流量要大于系統(tǒng)的最高工作壓力及實(shí) 際通過(guò)閥的最大流量。在條件不允許時(shí)，可適當(dāng)增大通過(guò)閥的流量，但不得超過(guò) 閥的額定流量的 20%，否則會(huì)引起壓力損失過(guò)大。具體地講選擇壓力閥時(shí)應(yīng)考慮 調(diào)壓范圍，選擇流量閥時(shí)應(yīng)注意其最小穩(wěn)定流量，選擇換向閥時(shí)除應(yīng)考慮壓力、 流量外，還應(yīng)考慮其中位機(jī)能及操作方式。 根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過(guò)閥的實(shí)際流量，選擇各種液壓元件和輔助元件的規(guī) 格。 表-1 液壓元件說(shuō)明 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 11 - 注：以上元件除液壓泵、濾油器外，均為板式連接。 2.6 確定管道尺寸 液壓缸進(jìn)、出油管的管徑應(yīng)按輸入、輸出的最大流量計(jì)算，由于液壓泵具體選定 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 12 - 之后，液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出流量以與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算。管 路內(nèi)徑的選擇是以降低流動(dòng)造成的壓力損失為前提的，液壓管路中流體的流動(dòng)多 為層流，壓力損失正比于油液在管路中的平均流速，因此根據(jù)流速確定管徑是常 用的簡(jiǎn)便方法 由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，油管內(nèi)通油量較大，其實(shí)際流量 qv 24 L min(0.510-3m3s),取允許流速 u=0.5ms,則主壓力油管 d 用下式計(jì)算 圓整化， 取 d=12mm。 油管壁厚一般不需計(jì)算，根據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查液壓傳動(dòng)手冊(cè)的有關(guān)表格得 管的壁厚。 選用 14mm12mm 冷拔無(wú)縫鋼管。 其它油管按元件連接口尺寸決定尺寸，測(cè)壓管選用 4mm3mm 紫銅管或鋁管。 管接頭選用卡套式管接頭，其規(guī)格按油管通徑選取。 4 液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)液壓缸主要零部件設(shè)計(jì) 4.1 液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算：液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算： （取cm=0.9） （1）啟動(dòng)時(shí) F1=Fuj/cm=1962/0.9=2180N （2）加速時(shí) F2=（Fud+Fa）/cm=（981+4004）/0.9=5538N （3）快進(jìn)時(shí) F3=Fud/cm=981/0.9N=1090N （4）工進(jìn)時(shí) F4=(Fq+Fud)/cm=(28000+981)/0.9N=32201N （5）快退時(shí) F5=Fud/cm=981/0.9N=1090N 4.2 確定液壓缸的工作壓力確定液壓缸的工作壓力 參考課本資料,初選液壓缸工作壓力 p1=40106 Pa 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 13 - 4.3 確定缸筒內(nèi)徑確定缸筒內(nèi)徑 D，活塞桿直徑，活塞桿直徑 d A=Fmaxp=7276 按 GB/T23481993，取 D=100mm d=0.71D=71mm 按 GB/T23481993，取 d=70mm 4.4 液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算 無(wú)桿腔面積 A1=D2/4=3.141002/4 mm2=7850mm2 有桿腔面積 A2=（D2d2）/4=3.14（1002702）/4 mm2=4004 mm2 活塞桿面積 A3=D2/4=3.14702/4 mm=3846 mm 22 4.5 最低穩(wěn)定速度驗(yàn)算最低穩(wěn)定速度驗(yàn)算 最低穩(wěn)定速度為工進(jìn)時(shí) u=50mm/min，工進(jìn)采用無(wú)桿腔進(jìn)油，單向行程調(diào)速閥調(diào) 速，查得最小穩(wěn)定流量 qmin=0.1L/min A1qmin/umin=0.1/50=0.002 m2=2000 mm2 滿(mǎn)足最低穩(wěn)定速度要求。 5 選擇液壓回路選擇液壓回路 5.1 調(diào)速回路的選擇調(diào)速回路的選擇 由工況圖可知，該液壓系統(tǒng)效率較小，工作負(fù)載變化不大，故可選用節(jié)流調(diào)速 方式，由于鉆孔屬于連續(xù)切削而且是正負(fù)載，故采用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速為好， 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 14 - 為防止共建鉆通時(shí)，工作負(fù)載突然小時(shí)而引起前沖現(xiàn)象，應(yīng)在回油路上加背油 閥。 5.2 快速運(yùn)動(dòng)回路與速度環(huán)節(jié)回路快速運(yùn)動(dòng)回路與速度環(huán)節(jié)回路 選用差動(dòng)型液壓缸實(shí)現(xiàn)“快、慢、快”的回路。由于快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)有平穩(wěn)性 要求，故采用行程閥工進(jìn)轉(zhuǎn)快退則利用壓力繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 5.3 壓力控制回路的選擇 由于采用雙泵供油回路，故采用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用溢流閥調(diào) 整高壓小流量泵的供油壓力。為了觀察調(diào)整壓力，載液壓泵的出口處、背壓閥和 液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)。 6 液壓工作原理：液壓工作原理： 6.1 快速前進(jìn)快速前進(jìn) 按下起動(dòng)按鈕，電磁經(jīng)鐵 1YA 通電，電磁換向閥 A 的左拉接入回路，液動(dòng)換 向閥 B 在制油液的作用下其左位接入系統(tǒng)工作，這時(shí)系統(tǒng)中油液的通路為： 進(jìn)油路：過(guò)濾器 1變量泵 1 換向閥 A單向閥 C換向閥 B 左端 回油路：換 向閥右端節(jié)流閥 F換向閥 A油箱。 于是，換向閥 B 的閥芯右移，使其左位接入系統(tǒng)。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 15 - 主油路 進(jìn)油路：過(guò)濾器 1變量泵 1單向閥 3換向閥 B行程閥 11液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔換向閥 B單向閥 6行程閥 11液壓缸左腔，形成差動(dòng) 連接。 此時(shí)由于負(fù)載較小，液壓系統(tǒng)的工作壓力較低，所以液控順序閥 5 關(guān)閉，液壓缸 形成差動(dòng)連接，又因變量泵 2 在低壓下輸出流量為最大，所以動(dòng)力滑臺(tái)完成快速 前進(jìn)。 6.2 工作進(jìn)給工作進(jìn)給 當(dāng)滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，控制擋鐵壓下行程閥 11。切斷了快進(jìn)油路，電液 動(dòng)換向閥 7 的工作狀態(tài)不變(閥 B 和閥 A 的左位仍接入系統(tǒng)工作)，壓力油須經(jīng)調(diào) 速閥 8、二位二通電磁 12 才能進(jìn)入液壓缸的左腔，由于油液流經(jīng)調(diào)速閥而使系統(tǒng) 壓力升高，于是液控順序閥 5 打開(kāi)，單向閥 6 關(guān)閉，使液壓缸右腔的油液經(jīng)閥 5、 背壓閥 4 流回油箱，使滑臺(tái)轉(zhuǎn)換為工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其主要油路： 進(jìn)油路： 過(guò)濾器1 變量泵2單向閥3換向閥B 調(diào)速閥8電磁閥12液壓缸左腔。 回油路： 液壓缸右腔 換向閥 B順序閥 5背壓閥 4油箱。 因?yàn)楣ぷ鬟M(jìn)給時(shí)系統(tǒng)壓力升高，所以變量泵 2 的輸出流量便自動(dòng)減小，以適應(yīng)工 作進(jìn)給的城要，進(jìn)給速率的大小由調(diào)速閥 8 來(lái)調(diào)節(jié)。 6.3 快速退回快速退回 時(shí)間繼電器延時(shí)發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵 YA 停電，2YA 通電，這時(shí)換向閥 A 的右位接 入回路，控制油液換向閥 B 的右位拉入系統(tǒng)工作，此時(shí)，由于滑臺(tái)返回的負(fù)載小， 系統(tǒng)壓力較低，變量泵 2 的流量自動(dòng)增大至最大，所以動(dòng)力滑臺(tái)快速退回。這時(shí) 系統(tǒng)油液的通路為： 控制油路 進(jìn)油路： 過(guò)濾器 1變量泵 2換向閥 A單向閥 D換向閥 B 右端。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 16 - 回油路： 換向閥 B 左端節(jié)流閥 E換向閥 A油箱。 主油路 進(jìn)油路： 過(guò)濾器 1變量泵 2單向閥 3換向閥 B液壓缸右腔。 回油路： 液壓缸左腔單向閥 10換向閥 B油箱。 動(dòng)力滑臺(tái)快速后退，當(dāng)其快退到一定位置(即工進(jìn)的起始位置)時(shí)， 行程閥 11 復(fù)位， 使回油路更為暢通，但不影響快速退回動(dòng)作。 6.4 原位停止原位停止 當(dāng)滑臺(tái)退回到原位時(shí)，擋鐵壓下行程開(kāi)關(guān)而發(fā)出信號(hào)，使 2YA 斷電，換向閥 A、B 都處于中位，液壓缸失去動(dòng)力源，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。變量泵 2 輸出的油液經(jīng)單向閥 3、換向閥 B 流回油箱，液壓泵卸荷。單向閥 3 使泵卸荷時(shí)，控制油路中仍保持一 定的壓力。這樣，當(dāng)電磁換向閥 A 通電時(shí)，可保證液動(dòng)換向閥 B 能正常工作。 表-4 系統(tǒng)工作循環(huán) 7 組合機(jī)床組合機(jī)床的電力控制的電力控制 7.1 主電路主電路 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主電路大致分為三個(gè)部分。首先看第一部分，主軸電機(jī)。主 軸電機(jī)工作方式有兩種：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。根據(jù)不同的工作要求，主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)向不 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 17 - 同。因主軸電機(jī)的功率較小，故可以直接啟動(dòng)。 其主電路圖如下 7-1 所示： 圖 7-1 主軸電機(jī) 當(dāng) KM1、KM2 的線(xiàn)圈得電吸合分別使電機(jī) M1、M2 正轉(zhuǎn)；當(dāng) KM9、KM10 的 線(xiàn)圈得電吸合分別是電機(jī) M1、M2 反轉(zhuǎn)。通過(guò) PLC 的輸出就可以使不同的接觸器 線(xiàn)圈得電，從而使電機(jī)的轉(zhuǎn)向不同。 其次看第二部分，快速電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求知左、右兩動(dòng)力頭均要求 快進(jìn)工進(jìn)快退的工作循環(huán)，并且左、右兩動(dòng)力頭可以同時(shí)工作，也可進(jìn)行單 獨(dú)調(diào)整。所以就要求快速電機(jī) M5、M6 能夠正反轉(zhuǎn)，工作進(jìn)給電機(jī)為 M3、M4 能 夠正轉(zhuǎn)即可。其主電路如下圖 7-2 所示。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 18 - 圖 7-2 快速電機(jī)和進(jìn)給電路 因?yàn)檫@ 4 個(gè)功率都較小，所以可以直接啟動(dòng)。 M3、M4 只要接觸器 KM3、KM4 的線(xiàn)圈得電就會(huì)吸合，就能正轉(zhuǎn)；M5、M6 分別當(dāng)接觸器 KM5、KM6 線(xiàn)圈得電時(shí) 正轉(zhuǎn)，當(dāng)接觸器 KM7、KM8 分別得電就反轉(zhuǎn)。最后看第三部分，照明電路和信號(hào) 指示部分。當(dāng)機(jī)床工作時(shí)，為了警告旁人不要誤動(dòng)作，故要有信號(hào)指示說(shuō)明，告 訴別人正在進(jìn)行工作，不要誤動(dòng)作。信號(hào)指示也能顯示機(jī)床是否是在正常工作、 有無(wú)問(wèn)題。有時(shí)候需要晚上工作，所以需要必要的照明。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 19 - 圖 7-3 指示信號(hào)燈 如圖 7-3，其指示著組合機(jī)床的工作狀態(tài)，指示燈分別與與之對(duì)應(yīng)的接觸器的常開(kāi) 觸點(diǎn)連接，當(dāng)接觸器的線(xiàn)圈得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，通過(guò) 6.3V 電壓使之亮。KM1、 KM9 分別是控制 M1 的正反轉(zhuǎn)的接觸器；KM2、KM10 分別是控制 M2 的正反轉(zhuǎn)的 接觸器；KM3、KM4 分別是控制左右工進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)的接觸器；KM5、KM7，KM6、 KM8 分別是左右快進(jìn)快退電機(jī)。這樣就可以把所有的電機(jī)的狀態(tài)顯示出來(lái)。照明 燈如下圖 7-4 所示。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 20 - 圖 7-4 照明燈 8 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 必要時(shí)，對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進(jìn)行驗(yàn)算，如果有經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐 考驗(yàn)的同類(lèi)設(shè)備可供類(lèi)比參考，或有可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，那么液壓可以不再進(jìn)行驗(yàn) 算 8.1 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 由于有同類(lèi)型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考， 故一般不必驗(yàn)算壓力損失值。 下面以工進(jìn)時(shí)的管路壓力損失為例計(jì)算如下： 8.1.1 判斷油流類(lèi)型判斷油流類(lèi)型 利用下式計(jì)算出雷諾數(shù) Re=1.273qv104dv=1.2730.006510-1041.2310-3/1.5662000 為層流。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 21 - 8.1.2 沿程壓力損失沿程壓力損失P1 利用公式分別算出進(jìn)、回油壓力損失，然后相加即得到總的沿程損失。 （1）進(jìn)油路上 43P1=4.41012v.l.qvd=4.310121.51.50.006510- 124Pa =0.0313105Pa （2）回油路上 其流量 qv=0.75 Lmin（0.012510-3m3s）（差動(dòng)液壓缸 A12A2）, 壓力損 失為 P1=4.31012v.l.qvd4=4.310121.51.50.00325 10-3124Pa =0.01532105Pa 由于是差動(dòng)液壓缸，且 A12A2，故回油路的損失只有一半折合到進(jìn)油腔，所以 工進(jìn)時(shí)總的沿程損失為 P1=（0.03103+0.50.01532）105Pa=0.039105Pa 8.1.3 局部壓力損失局部壓力損失P2 由于采用液壓裝置為集成塊式，故考慮閥類(lèi)元件和集成塊內(nèi)的壓力損失。 為方便起見(jiàn)，將工進(jìn)時(shí)油流通過(guò)各種閥的流量和壓力損失列于下表-5 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 22 - 計(jì)算各閥局部壓力損失之和Pv 如下 Pv=2105（0.3925）2+2105（0.3925）+5105+0.51.5（0.39 25）2+0.56105Pa=8.1105Pa 取油流通過(guò)集成塊時(shí)的壓力損失為 PJ=0.3105Pa 故工進(jìn)時(shí)總的局部壓力損失為 P2=（8.1+0.3）105Pa=8.4105Pa 所以 P=（0.5+8.4）105Pa=9105Pa 這個(gè)數(shù)值加上液壓缸的工作壓力（由外負(fù)載決定的壓力）和壓力繼電器要求系統(tǒng) 調(diào)高的壓力（取其值為 5105Pa），可作為溢流閥調(diào)整壓力的參考數(shù)據(jù)。其壓力 調(diào)整值 p 為 P= PP15105 式中 P1液壓缸工進(jìn)時(shí)克服外負(fù)載所需壓力。 而 P1= F0A1