立式組合機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(論文).doc

立式組合機床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要液壓控制系統(tǒng)在組合機床中有著重要作用，對液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計也是進行組合機床設(shè)計的重要組成部分。做好對液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計，有利于提升組合機床的總體性能，并使液壓動力元件有效可靠的運行。液壓系統(tǒng)設(shè)計是整個機械設(shè)計的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機器的用途、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，在經(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(jié)構(gòu)設(shè)計。本文以立式組合機床液壓控制系統(tǒng)為研究對象，對立式組合機床驅(qū)動動力滑臺液壓控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進行了分析，并以組合鉆床驅(qū)動動力滑臺的液壓控制為切入點，對如何使組合鉆床驅(qū)動動力滑臺實現(xiàn)液壓控制進行了設(shè)計。 關(guān)鍵詞：液壓傳動，電氣控制，系統(tǒng)回路，液壓仿真目 錄1 緒論11.1液壓技術(shù)11.2液壓傳動控制21.3組合機床31.4組合機床液壓傳動系統(tǒng)42 組合機床液壓系統(tǒng)的工況分析52.1負載分析52.2運動分析73 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定84 確定液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖114.1確定液壓系統(tǒng)方案114.2確定基本回路114.3將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)135選擇液壓元件175.1 液壓泵175.1.1液壓泵站的介紹175.1.2液壓泵的計算175.2 閥類元件及輔助元件185.3 油管195.4 油箱的設(shè)計205.4.1油箱的設(shè)計要點205.4.2油箱205.5濾油器的選擇215.6 密封件的選擇215.6.1密封件215.6.2密封件的分類及選擇226驗算液壓系統(tǒng)性能236.1 驗算系統(tǒng)壓力損失236.2 驗算油液溫升247電氣控制回路設(shè)計268液壓系統(tǒng)仿真288.1液壓仿真軟件288.2系統(tǒng)仿真298.2.1建立系統(tǒng)回路298.2.2系統(tǒng)進行仿真299結(jié)論35參考文獻36致謝37附錄38II西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（論文）1 緒論當(dāng)今世界，機械技術(shù)一日千里，為我們所處的時代加上了飛翔的翅膀，機械技術(shù)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展改變了整個人類的生活和思維方式，為人類文明的進程作出了卓越的貢獻，液壓技術(shù)為機械行業(yè)做出了很大的貢獻。隨著機械行業(yè)的不斷發(fā)展，社會經(jīng)濟的日新月異，特別是機械制造行業(yè)，汽車行業(yè)，建筑行業(yè)，電子行業(yè)等等，各個企業(yè)已普遍地使用到液壓系統(tǒng)，所以研究液壓控制系統(tǒng)和使液壓控制系統(tǒng)的使用效率提高、節(jié)能環(huán)保，有重大意義。1.1液壓技術(shù)液壓技術(shù)滲透到很多領(lǐng)域，不斷在民用工業(yè)、在機床、工程機械、冶金機械、塑料機械、農(nóng)林機械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應(yīng)用和發(fā)展，而且發(fā)展成為包括傳動、控制和檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)。現(xiàn)今，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。如發(fā)達國家生產(chǎn)的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動技術(shù)。液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門新技術(shù)。自1795年制成第一臺水壓機起，液壓技術(shù)就進入了工程領(lǐng)域，1906年開始應(yīng)用于國防戰(zhàn)備武器。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要發(fā)應(yīng)快和精度高的自動控制系統(tǒng)，因而出現(xiàn)了液壓伺服系統(tǒng)。20世紀60年代以后，由于原子能、空間技術(shù)、大型船艦及計算機技術(shù)的發(fā)展，不斷地對液壓技術(shù)提出新的要求，液壓技術(shù)相應(yīng)也得到了很大發(fā)展，滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域中。在工程機械、冶金、軍工、農(nóng)機、汽車、輕紡、船舶、石油、航空、和機床工業(yè)中，液壓技術(shù)得到普遍應(yīng)用。近年來液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智能機器人、海洋開發(fā)、宇宙航行、地震預(yù)測及各種電液伺服系統(tǒng)，使液壓技術(shù)的應(yīng)用提高到一個嶄新的高度。目前，液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲和高度集成化等方向發(fā)展；同時，減小元件的重量和體積，提高元件壽命，研制新的傳動介質(zhì)以及液壓傳動系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化設(shè)計、微機控制等工作，也日益取得顯著成果。 解放前，我國經(jīng)濟落后，液壓工業(yè)完全是空白。解放后，我國經(jīng)濟獲得迅速發(fā)展，液壓工業(yè)也和其它工業(yè)一樣，發(fā)展很快。20世紀50年代就開始生產(chǎn)各種通用液壓元件。當(dāng)前，我國已生產(chǎn)出許多新型和自行設(shè)計的系列產(chǎn)品，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電液脈沖馬達以及其它新型液壓元件等。但由于過去基礎(chǔ)薄弱，所生產(chǎn)的液壓元件，在品種與質(zhì)量等方面和國外先進水平相比，還存在一定差距，我國液壓技術(shù)也將獲得進一步發(fā)展，它在各個工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見，液壓技術(shù)也將獲得進一步發(fā)展，它在各個工業(yè)部門中的用應(yīng)，也將會越來越廣泛?，F(xiàn)代機械一般多是機械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個綜合體。液壓傳動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計在現(xiàn)代機械的設(shè)計工作中占有重要的地位。1.2液壓傳動控制液壓傳動控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因為液壓傳動控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實現(xiàn)各種機械和自動控制的學(xué)科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機組合成為完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。從原理上來說，液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞。液壓傳動中所需要的元件主要有動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。液壓動力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動使得液體進行運動。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。 液壓執(zhí)行元件是用來執(zhí)行將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變成機械能的裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達。液壓馬達是與液壓泵做相反的工作的裝置，也就是把液壓的能量轉(zhuǎn)換稱為機械能，從而對外做功。 液壓控制元件用來控制液體流動的方向、壓力的高低以及對流量的大小進行預(yù)期的控制，以滿足特定的工作要求。正是因為液壓控制元器件的靈活性，使得液壓控制系統(tǒng)能夠完成不同的活動。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機械操縱法、電動操縱閥等。 除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的組合機床，其傳動及控制系統(tǒng)大部份采用的是液壓裝置。因此對組合機床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計也將圍繞著對液壓動力元件、液壓執(zhí)行元件、液壓控制元件、液壓輔助元件以及液壓回路的選擇而進行。1.3組合機床組合機床是由通用部件和部分專用部件組成的高效率專用機床。它能完成鉆、擴、鉸、銑和工件的轉(zhuǎn)位、定位、夾緊、輸送等工序，可以用來組成加工自動線。為了縮短加工的輔助時間，滿足各工序的進給速度要求，組合機床液壓系統(tǒng)必須具有良好的換接性能與調(diào)速特性。因此它是一種以速度變換為主的液壓系統(tǒng)，它的控制系統(tǒng)大多采用機、液、電氣相結(jié)合的控制方式。組合機床同時也是一種工序集中的高效率專用機床，它由具有一定功能的通用部件（如動力箱、滑臺等）和部分專用部件（如多軸箱、夾具等）組成。具有加工范圍較廣、自動化程度較高，經(jīng)濟性好等優(yōu)點，故在機械制造業(yè)的成批和大量生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用。按用途和結(jié)構(gòu)的不同，車床主要分為臥式車床和落地車床、立式車床、轉(zhuǎn)塔車床、單軸自動車床、多軸自動和半自動車床、仿形車床及多刀車床和各種專門化車床，如凸輪軸車床、曲軸車床、車輪車床、鏟齒車床。而組合機床也有著同樣的分類，立式車床的主軸垂直于水平面，工件裝夾在水平的回轉(zhuǎn)工作臺上，刀架在橫粱或立柱上移動。適用于加工較大、較重、難于在普通車床上安裝的工件，一般分為單柱和雙柱兩大類。在本文設(shè)計中我們就將針對立式組合機床來設(shè)計它的液壓控制系統(tǒng)。所設(shè)計的組合機床功能主要反映在它所完成的加工工藝上，因而，組合機床的功能需求可通過加工工藝信息進行描述。組合機床的加工工藝信息包括加工工藝面、工藝類型、精度要求，以及各加工工藝面中各個加工元素的幾何形狀和位置信息等。這里所說的加工工藝面不是通常所指的幾何表面，而是指幾何表面上所完成的工藝內(nèi)容，這樣一個幾何表面可能會有銑削頭、鉆削、攻螺紋、鏜頭等多個加工工藝面。組合機床等優(yōu)質(zhì)機械零部件功能除了需完成的工藝內(nèi)容之外，還包括工件的裝夾、照明、冷卻等輔助功能，它們也將與組合機床的夾具和其它的輔助裝置建立一一對應(yīng)的關(guān)系，組合機床的功能如下圖所示。組合機床的功能加工工藝加工工藝面工藝類型精度要求加工元素的幾何形狀和位置信息部件功能包括工件的裝夾、照明、冷卻等輔助功能它能完成鉆、擴、鉸、銑和工件的轉(zhuǎn)位、定位、夾緊、輸送等工序幾何表面會有銑削頭、鉆削、攻螺紋、鏜頭等多個加工工藝面。圖1-1組合機床功能圖1.4組合機床液壓傳動系統(tǒng)動力箱安裝在滑臺上，動力箱上的電動機帶動刀具實現(xiàn)運動。滑臺我采用液壓驅(qū)動，完成刀具的進給運動，根據(jù)不同的加工需要可實現(xiàn)多種進給工作循環(huán)。本文以一臺立式多軸鉆孔組合機床設(shè)計對象，設(shè)計出驅(qū)動它的動力滑臺的液壓系統(tǒng)，以實現(xiàn)“快進工進快退停止”的工作循環(huán)。已知：機床上有主軸16個，加工13.9mm的孔10個，加工8.5mm的孔2個；刀具材料為高速鋼，鉆孔精度高，工件材料為鑄鐵，硬度為260HB；機床工作部件總重量為G=1176N；快進、快退速度為v1=v3=5m/min，快進行程長度為L1=100mm，工進行程長度L2=50mm，往復(fù)運動的加速、減速時間不希望超過0.15s；動力滑臺采用平導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)為Fs=0.2，動摩擦系數(shù)為Fd=0.1；液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件使用液壓缸。2 組合機床液壓系統(tǒng)的工況分析2.1負載分析系統(tǒng)的負載包括切削負載、慣性負載及摩擦阻力負載。（1）切削負載由機械切削加工方面的知識可知，用高速鋼鉆頭（單個）鉆鑄鐵孔時軸向切削力Ft(單位為N)為： Ft=25.5Ds0.8(HB)0.6 （2-1）式中：D鉆頭直徑，單位為mm； s每轉(zhuǎn)進給量，單位為mm/r；HB鑄件硬度。根據(jù)組合機床加工特點，鉆孔時主軸轉(zhuǎn)速n和每轉(zhuǎn)進給量s按“組合機床設(shè)計手冊”?。簩?3.9mm的孔：=360 r/min ，=0.147 mm/r ； 對8.5mm的孔： =550 r/min ，=0.096 mm/r ；所以，系統(tǒng)總的切削負載為：Fq =1025.513.90.1470.82600.6+225.58.50.0960.82600.6=27667.069N （2）慣性負載 （2-2） （3）阻力負載 機床工作部件對動力滑臺導(dǎo)軌的法向力為： （2-3） 靜摩擦阻力： （2-4） 動摩擦阻力： （2-5）由此得出液壓缸在各工作階段的負載，如表2-1所列。表2-1 液壓缸在各工作階段的負載工 況負載組成負載值 F（N）啟 動235.2加 速184.267快 進117.6工 進23485.121快 退117.6按表2-1數(shù)值繪制的動力滑臺負載圖2-1所示。圖2-1組合機床液壓缸負載圖2.2運動分析根據(jù)工作循環(huán)（總行程的計算方法，工進速度的計算方法為這樣），繪制動力滑臺速度圖,如圖2-2所示。圖2-2 組合機床液壓缸速度圖3 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定根據(jù)表3-1、表3-2可知，當(dāng)組合機床在最大負載約為24000N時，取液壓系統(tǒng)工作壓力。表3-1按負載選擇系統(tǒng)工作壓力負載/kN50系統(tǒng)壓力/MPa57表3-2按主機類型選擇系統(tǒng)工作壓力設(shè)備類型機 床農(nóng)用機械或中型工程機械液壓機、重型機械、起重運輸機械磨 床組合機床龍門刨床拉 床工作壓力p/(MPa)0.82.0352881010162032鑒于要求動力滑臺快進、快退速度相等，液壓缸可選用雙作用單活塞桿式，并在快進時作差動連接。在此情況下，通常液壓缸無桿腔的工作面積為有桿腔工作面積的兩倍，即速比。在鉆孔加工時，液壓缸回油路上必須具有背壓，以防止孔鉆通時滑臺突然前沖。在液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)尚未確定之前，一般按經(jīng)驗數(shù)據(jù)估計一個數(shù)值。系統(tǒng)背壓的一般經(jīng)驗數(shù)據(jù)為：回油路有調(diào)速閥或背壓閥的系統(tǒng)取0.5MPa1.5 MPa，現(xiàn)取液壓缸回油背壓推薦值取0.6MPa?？爝M時，液壓缸作差動連接，管路中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按0.3MPa考慮。快退時回油腔中也應(yīng)具有背壓，這時也可按0.6MPa估算。用工進時的負載值計算液壓缸面積（取液壓缸的機械效率0.96）： （3-1） （3-2）將直徑按GB/T 23481993圓整得：；由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為：根據(jù)上述液壓缸兩腔的實際有效面積值，可估算出液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率，如表3-3所示，并據(jù)此繪出工況圖3-1所示。表3-3液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工 況負載回油腔壓力進油腔壓力輸入理論流量輸入功率計算式快進啟動235.200.049 ； ；加速184.2670.14恒速117.60.02440.41860.0102續(xù)表3-3液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工進23485.1210.63.6870.006540.024 ； ；快退啟動235.200.087 ；加速184.2670.62.48恒速117.60.4340.24960.108圖3-1組合機床液壓系統(tǒng)工況圖4 確定液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖4.1確定液壓系統(tǒng)方案由于該機床是固定機械，且不存在外負載對系統(tǒng)做功的工況，并由圖3-1知，液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運動速度低，工作負載變化小，該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流調(diào)速方式和開式系統(tǒng)為宜。從工況圖中可以清楚地看到，在這個液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流量油液。最大流量約為最小流量的64倍，而快進和快退所需的時間和工進所需的時間分別為： 亦即。因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來看，采用單個定量液壓泵作為油源顯然是不合適的，故采用由大、小兩個液壓泵供油的油源方案，如圖4-1所示。 圖4-1動力源4.2確定基本回路由于不存在負載對系統(tǒng)做功的工況，也不存在負載制動過程，故不需要設(shè)置平衡及制動回路。但必須有快速運動、換向、調(diào)速、速度換接、調(diào)壓及卸荷等基本回路。（1）確定調(diào)速回路系統(tǒng)采用進油節(jié)流調(diào)速回路（設(shè)置調(diào)速閥），為解決孔鉆通時滑臺會突然前 沖的問題，在回油路上設(shè)置了背壓閥。（2）確定換向、快速運動及速度換接回路由圖3-1組合機床液壓系統(tǒng)工況圖可知，當(dāng)滑臺從快進轉(zhuǎn)為工進時，輸入液壓缸的流量由25.14L/min降至0.392L/min，滑臺的速度變化較大，可選用行程閥來控制（緩沖制動）速度的換接，以減少液壓沖擊。當(dāng)滑臺由工進轉(zhuǎn)為快退時，回油路中通過的流量很大進油路中通過14.98L/min，回油路中通過14.98（78.5-28.26）L/min =41.597L/min。為了保證換向平穩(wěn)起見，宜采用換向時間可調(diào)的電液換向閥構(gòu)成速度換接回路。如圖4-2所示。圖4-2速度換接回路如圖4-3所示，在本系統(tǒng)中采用三位五通換向閥實現(xiàn)換向及快進、工進、快退速度換接。當(dāng)換向閥處在左工位時，液壓缸實現(xiàn)差動快進。圖4-3換向回路（3）選擇調(diào)壓和卸荷回路油源中設(shè)有溢流閥（見圖4-1）,由溢流閥調(diào)定系統(tǒng)工作壓力（由定量泵與溢流閥構(gòu)成恒壓油源）。由于系統(tǒng)采用進油節(jié)流調(diào)速，故溢流閥常開，即使滑臺被卡住，系統(tǒng)壓力也不會超過溢流閥的調(diào)定值，所以又起安全作用。在雙泵供油油源中設(shè)有液控順序閥作卸荷閥，當(dāng)滑臺工進或停止時，低壓大流量液壓泵可經(jīng)此閥卸荷。由于高壓小流量泵的功率較小，在系統(tǒng)中不再為其單獨設(shè)置卸荷回路。4.3將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)把上述液壓回路組合在一起，就可以得到如圖4-4所示的經(jīng)過初步整合的液壓系統(tǒng)原理圖。圖4-4液壓系統(tǒng)初步整合原理圖1-雙聯(lián)葉片泵；1A-小流量液壓泵；1B-大流量液壓泵；2-三位五通電液換向閥；3-行程閥；4-調(diào)速閥；5-單向閥；6-液壓缸；7-卸荷閥；8-背壓閥；9-溢流閥；10-單向閥；11-過濾器；12-壓力表接點；a-單向閥；b-順序閥；c-單向閥；d-壓力繼電器。經(jīng)過檢查，可以發(fā)現(xiàn)，該圖所示系統(tǒng)在工作中好存在一些問題。為了防止干擾、簡化系統(tǒng)并使其功能更加完善，所以對該系統(tǒng)進行如下整合：（1）為了解決滑臺工進（閥2在左位）時進、回油路相互接通，系統(tǒng)無法建立起工作壓力的問題，必須在換向回路中串接一個單向閥a，將進、回油路隔斷。（2）為了解決滑臺快進時其回油路接通油箱，無法實現(xiàn)液壓缸差動連接的問題，必須在回路上串接一個液控順序閥b。這樣，當(dāng)滑臺快進時，因負載較小而系統(tǒng)壓力較低，閥b關(guān)閉，從而阻止了油液返回油箱。（3）為了解決機床停止后，因回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進入系統(tǒng)，從而影響滑臺運動平穩(wěn)性的問題，在電液換向閥的回油口增設(shè)單向閥c。（4）為了在滑臺工進后完成后，系統(tǒng)能自動發(fā)出快退信號，在調(diào)速閥輸出端增設(shè)一個壓力繼電器d。（5）將順序閥b和背壓閥8的位置對調(diào)一下，可以將順序閥b與油源處的液控順序閥7合并。經(jīng)過修改、整合后的液壓系統(tǒng)原理圖，如圖4-5所示。圖4-5整合后的液壓系統(tǒng)原理圖1-雙聯(lián)葉片泵；1A-小流量液壓泵；1B-大流量液壓泵； 2-三位五通電液換向閥；3-行程閥；4-調(diào)速閥；5-單向閥；6-單向閥；7-順序閥；8-背壓閥；9-溢流閥；10-單向閥；11-過濾器；12-壓力表接點；13-單向閥；14-壓力繼電器。根據(jù)圖4-5整合后的液壓系統(tǒng)原理圖得出液壓系統(tǒng)工作原理：油液流經(jīng)三位五通電磁換向閥，使三位五通電磁換向閥得電工作在左位，油液通過二位二通電磁換向閥流向液壓缸，液壓缸上升。油液通過單向閥又再次流回液壓缸，實現(xiàn)差動連接，液壓系統(tǒng)實現(xiàn)快進。壓下行程換向閥油液通過二位二通電磁換向閥工作在上位，使得油液通過調(diào)速閥流向液壓缸。液壓缸向上緩慢上升，液壓系統(tǒng)實現(xiàn)工進。當(dāng)液壓缸完全伸出，液壓泵繼續(xù)供油，當(dāng)液壓系統(tǒng)達到額定壓力時，壓力繼電器得電，三位五通電磁換向閥工作在右位，液壓缸開始下降，液壓缸實現(xiàn)快退。當(dāng)三位五通電磁換向閥工作在中位，并且液壓系統(tǒng)達到額定壓力時，油液就通過溢流閥流回油箱。5選擇液壓元件5.1 液壓泵5.1.1液壓泵站的介紹液壓泵站是液壓系統(tǒng)的動力源,它向系統(tǒng)提供一定壓力、流量和清潔度的工作介質(zhì)，是液壓系統(tǒng)的重要組成部分。液壓泵站適用于主機與液壓裝置可分義的各種液壓機械上。泵組布置在油箱之上的上置式液壓泵站，當(dāng)電機采用立式安裝，液壓泵置于油箱內(nèi)時，稱炎立式液壓泵站；當(dāng)電機采用臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時，稱為臥式液壓泵站。上置式液壓泵站占地小，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵置于油箱內(nèi)的立式安裝噪聲低。這種結(jié)構(gòu)在中、小功率液壓泵站中被廣泛采用。將泵組布置在底座或地基上的非上置式液壓泵站，如果泵組座落在與油箱一體的公用底座，上則稱為整體型液壓泵站；將泵組單獨安裝在地基上的則稱為分離型液壓泵站。整體型液壓泵站又可分為旁置之不理式液壓泵站和下置式液壓泵站。非上置式液壓泵由于液壓泵置于油箱液面以下，能有效地改善液壓泵的吸入性能。這種泵站裝置高度低，便于維修，但占地面積大。因此，適用于泵的吸入允許高度受限制，傳動功率大，而使用空間不受限制以及開機率低，使用時又要求很快投入運行的場合。5.1.2液壓泵的計算在整個工作循環(huán)中液壓缸的最大工作壓力為3.687MPa。假設(shè)進油路上的壓力損失為0.8 MPa，為使壓力繼電器能可靠地工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力0.5MPa，則小流量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為：大流量液壓泵在快進、快速運動時才向液壓缸輸油，由工況圖可知，快退時液壓缸的工作壓力比快進時大，假設(shè)油路上的壓力損失為0.5MPa（因此時進油不經(jīng)調(diào)速閥，故壓力損失減少），則大流量液壓泵的最高工作壓力為： 由圖3-1工況圖可知，兩液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為25.14L/min，因該系統(tǒng)較簡單，取泄漏系數(shù)，則兩個液壓泵的實際流量應(yīng)為：若溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進時輸入液壓缸的流量為0.392L/min，則由小流量泵單獨供油時，其流量規(guī)格最少應(yīng)為3.392L/min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片液壓泵，其小泵和大泵的排量分別為6mL/r和26mL/r。當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速時該液壓泵的理論流量為30.08 L/min，若取液壓泵的容積效率，則液壓泵的實際輸出流量為：即所選液壓泵的實際流量滿足設(shè)計要求。且由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這時液壓泵工作壓力為0.934MPa、流量為27.1L/min。取液壓泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動電動機所需的功率為：根據(jù)此數(shù)值查閱電動機產(chǎn)品樣本選取Y100L-6型電動機，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。5.2 閥類元件及輔助元件根據(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，如表5-1所列。表5-1 液壓元件和液壓輔助元件的型號及規(guī)格序號元件名稱估計通過流量/(L/min)額定流量/(L/min)額定壓力/MPa額定壓降/MPa型號、規(guī)格1雙聯(lián)葉片泵(5.1+22)17.5PV2R12-6/26Vp=(6+26)mL/r2三位五通電磁閥6080160.535DYF3Y-E10B3行程閥5063160.3AXQF-E10B(單向行程調(diào)速閥)4調(diào)速閥0.50.0750165單向閥6063160.2續(xù)表5-1 液壓元件和液壓輔助元件的型號及規(guī)格6單向閥2563160.2AF3-Ea10B7液控順序閥2563160.3XF3-E10B8背壓閥0.56316YF3-E10B9溢流閥56316YF3-E10B10單向閥2563160.2AF3-Ea10B11濾油器3063160.02XU-J63X8012壓力表開關(guān)16KF3-E3B3測點13單向閥6063160.2AF3-Ea10B14壓力繼電器14PF-B8L8通徑此為電動機額定轉(zhuǎn)速時液壓泵輸出的實際流量5.3 油管各元件間連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進、出油管則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算，如表5-2所列。表5-2液壓缸的進、出流量及運動速度快 進工 進快 退輸入流量/(L/min)續(xù)表5-2液壓缸的進、出流量及運動速度排出流量/(L/min)運動速度/(m/min)由表5-2可以看出，液壓缸在各個工作階段的實際運動速度符合設(shè)計要求。根據(jù)表5-2中的數(shù)值，取推薦流速，計算得與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：液壓缸進、出兩根油管都選用內(nèi)徑15mm、外徑18.2mm的15號冷拔無縫鋼管。5.4 油箱的設(shè)計油箱的作用是儲油，散發(fā)油的熱量，沉淀油中的雜質(zhì)，逸出油中的氣體，其形式有開式和閉式兩種：開式油箱油液液面與大氣相通，閉式油箱油液液面與大氣隔絕。開式油箱應(yīng)用較多。5.4.1油箱的設(shè)計要點（1）油箱應(yīng)有足夠的容積以滿足散熱，同時其容積應(yīng)保證系統(tǒng)中油液全部流回油箱時不滲出，油液液面不應(yīng)超過油箱高度的80%。（2）吸箱管和回油管的間距應(yīng)盡量大。（3）油箱底部應(yīng)有適當(dāng)?shù)男倍?，泄油口?yīng)置于最低處，以便排油。（4）注油器上應(yīng)裝濾網(wǎng)。（5）油箱的箱壁應(yīng)涂耐油防銹涂料。5.4.2油箱油箱容量計算油箱的有效容量v可近似用液壓泵單位時間內(nèi)排出油液的體積確定。取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，則油箱估算容積為：按GB2876-1981規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值。5.5濾油器的選擇選擇濾油器的依據(jù)有以下幾點：（1）承載能力：按系統(tǒng)管路工作壓力確定。（2）過濾精度：按被保護元件的精度要求來確定，選擇時可參閱表5-3。（3）流通能力：按通過最大流量確定。（4）阻力壓降：應(yīng)滿足過濾材料強度與系數(shù)要求。在這里我們選擇吸油的網(wǎng)式過濾器，網(wǎng)式濾油器，其濾芯以銅網(wǎng)為過濾材料，在周圍開有很多孔的塑料或金屬筒形骨架上，包著一層或兩層銅絲網(wǎng)，其過濾精度取決于銅網(wǎng)層數(shù)和網(wǎng)孔的大小。這種濾油器結(jié)構(gòu)簡單，通流能力大，清洗方便，但過濾精度低，一般用于液壓泵的吸油口。表5-3濾油器過濾精度的選擇系統(tǒng)過濾精度（um）元件過濾精度（um）低壓系統(tǒng)100150滑閥13最小間隙70105pa系統(tǒng)50節(jié)流孔17孔徑（孔徑小于1.8mm）100105pa系統(tǒng)25流量控制閥2.530140105pa系統(tǒng)1015安全閥溢流閥1525電液伺服系統(tǒng)5高精度伺服系統(tǒng)2.55.6 密封件的選擇5.6.1密封件液壓系統(tǒng)中密封件的作用是防止工作介質(zhì)的內(nèi)外泄漏，以及防止灰塵，金屬屑等異物侵入液壓系統(tǒng)。能實現(xiàn)上述作用的裝置稱為密封裝置，其中起密封作用的關(guān)鍵元件密封元件，簡稱密封件。系統(tǒng)的內(nèi)外泄漏均會使液壓系統(tǒng)容積效率下降，或達不到要求的工作壓力，甚至使液壓系統(tǒng)不能正常工作。外泄漏還會造成工作介質(zhì)的浪費，污染環(huán)境。異物的侵入會加劇液壓元件的磨損，或使液壓元件堵塞，卡死甚至損壞，造成系統(tǒng)失靈。一般的液壓系統(tǒng)對密封件的主要要求是：（1）在一定的壓力，溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能；（2）有相對運動時，因密封件引起的摩擦應(yīng)盡量小，摩擦系數(shù)應(yīng)盡量穩(wěn)定；（3）耐腐蝕、耐摩性能好，不易老化，工作壽命長，磨損后能在一定程度上自動補償；（4）結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，成本低廉。5.6.2密封件的分類及選擇目前，工廠液壓機械設(shè)備液壓缸常用的液壓組合密封件主要是由O形密封圈與方形密封圈、V形密封圈、形密封圈、形密封圈、形密封圈及其他特殊形狀的液壓密封圈的疊加使用構(gòu)成的。在這里我們選擇形密封圈，形密封圈是截面高度與寬度之比大于并且工作唇于非工作唇不等高的形密封圈，它分為孔用形密封圈和軸用形密封圈，其密封性能一樣，除具有形密封圈的一切優(yōu)點外，形密封圈單獨使用時決不翻滾，進一步提高了其耐壓性及工作穩(wěn)定性。因此形密封圈特別適宜于高壓、高速變壓及快速運動的液壓缸采用。6驗算液壓系統(tǒng)性能6.1 驗算系統(tǒng)壓力損失 由于系統(tǒng)的管路布置尚未確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先估算閥類元件的壓力損失，對壓力損失的驗算按一個工作循環(huán)中不同階段分別進行。（1）快進時滑臺快進時，液壓缸差動連接，由表5-1和表5-2可知，進油路上油液通過單向閥10的流量是22L/min、通過電液換向閥2的流量是27.1 L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量42.34 L/min通過行程閥3并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為：回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是15.242 L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力與無桿腔壓力之差：此值小于設(shè)計估計值0.3MPa，符合要求。（2）工進時工進時，油液在進油路上通過電液換向閥2的流量為0.392L/min，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa；油液在回路上通過換向閥2的流量是0.14 L/min，在背壓閥8處的壓力損失為0.6MPa，通過順序閥7的流量為（0.14+22）L/min 22.14 L/min，折算到進油路上因閥類元件造成的總壓力損失為： 液壓缸回油腔的壓力為：此值略大于原估計值。重新計算工進時液壓缸進油腔壓力，即：考慮到壓力繼電器可靠動作需要壓差，故工進時溢流閥9的調(diào)壓值應(yīng)為：（3）快退時 快退時，油液在進油路上通過單向閥10的流量為22L/min、通過換向閥2的流量為27.1 L/min；油液在回油路上通過單向閥5、換向閥2和單向閥13的流量都是75.28 L/min。因此進油路上總壓降為：此值小于原估計值，所以液壓泵驅(qū)動電動機的功率是足夠的?；赜吐飞峡倝航禐椋核裕焱藭r液壓泵的工作壓力應(yīng)為：因此大流量液壓泵卸荷時順序閥7的調(diào)定壓力應(yīng)大于0.6174MPa。6.2 驗算油液溫升工進在整個工作循環(huán)過程中所占的時間比例達95，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升應(yīng)按工進時的工況來計算。工進時液壓缸的有效功率為：這時大流量液壓泵經(jīng)順序閥7卸荷，小流量泵在高壓下供油。大流量液壓泵通過順序閥7的流量為，故此閥在工進時的壓力損失為：小液壓泵工進時的工作壓力，流量，所以兩個液壓泵的總輸入功率為：液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為：為使溫升不超過允許的值，可按下式計算油箱的最小有效容積：油箱總?cè)莘e：所以該系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。7電氣控制回路設(shè)計為了更好的對液壓系統(tǒng)進行分析和仿真，因此在此章節(jié)中對液壓系統(tǒng)原理圖進行了簡化，由于在仿真時行程閥仿真效果不佳，不便于觀看，所以我們在簡化圖中把行程閥換成了電磁換向閥，便于分析和仿真。根據(jù)圖4-5簡化后的液壓系統(tǒng)原理圖如下圖7-1。圖7-1液壓系統(tǒng)簡化原理圖液壓系統(tǒng)通過電氣控制來實現(xiàn)其快進、工進、快退、停止。由此可設(shè)計出其液壓電氣控制圖7-2。圖7-2液壓電氣控制圖電氣原理：按下SB1，線圈KM1得電，常開觸點KM1閉合，電磁鐵1Y1得電，實現(xiàn)快進。按下SB2，線圈KM2得電，常開觸點KM2閉合，電磁鐵1Y2得電，實現(xiàn)快退。當(dāng)壓力達到固定壓力時壓力繼電器KP得電，其常開觸點KP閉合，常閉觸點KP斷開，線圈KM2得電，其常開觸點KM2閉合，電磁鐵1Y2得電，實現(xiàn)快退。按下SB3，線圈KM3得電，常開觸點KM3閉合，電磁鐵1Y3得電，現(xiàn)實工進。按下停止按鈕SB4，線圈失電，常開斷開，常閉閉合，電磁鐵失電從而實現(xiàn)液壓系統(tǒng)停止。8液壓系統(tǒng)仿真8.1液壓仿真軟件目前的液壓仿真軟件很多，在此我們采用是FluidSIM軟件，F(xiàn)luidSIM軟件的CAD和電氣液壓（氣壓）回路仿真功能。結(jié)合實例說明了FuidSIM軟件在液壓與氣壓傳動課程多媒體教學(xué)中的應(yīng)用。FluidSIM軟件用戶界面直觀，采用類似畫圖軟件似的圖形操作界面，拖拉圖標(biāo)進行設(shè)計，面向?qū)ο笤O(shè)置參數(shù)，易于學(xué)習(xí)，用戶可以很快地學(xué)會繪制電氣液壓（氣壓）回路圖，并對其進行仿真，如圖8-1。圖8-1液壓仿真軟件FluidSIM軟件的主要特征是：（1）CAD功能和仿真功能緊密聯(lián)系在一起，F(xiàn)luidSIM軟件最重要的是可對基于元件物理模型的回路圖進行實際仿真，并有元件的狀態(tài)圖顯示，這樣就使回路圖繪制和相應(yīng)液壓（氣壓）系統(tǒng)仿真相一致，從而能夠在設(shè)計完回路后，驗證設(shè)計的正確性，并演示回路的動作過程。（2）系統(tǒng)學(xué)習(xí)的概念。FluidSIM軟件可用于自學(xué)和教學(xué)。液壓（氣壓）元件可以通過文本說明、圖形以及介紹其工作原理的動畫來描述；各種練習(xí)和教學(xué)影片則講授了重要回路和液壓（氣壓）元件的使用方法。（3）可設(shè)計和液壓氣動回路相配套的電氣控制回路。電氣液壓（氣壓）回路設(shè)計與仿真同時進行，可以提高學(xué)生對電氣動、電液壓的認識和實際應(yīng)用能力。8.2系統(tǒng)仿真8.2.1建立系統(tǒng)回路由圖7-1和圖7-2可建立液壓系統(tǒng)回路圖8-2。圖8-2液壓系統(tǒng)回路圖可根據(jù)圖8-2得出電磁鐵動作順序如表8-1，電磁鐵通電為“+”，斷電為“-”。表8-1電磁鐵動作順序電磁鐵動作1Y11Y21Y3KP快進+-工進+-+-快退-+停止-8.2.2系統(tǒng)進行仿真通過圖8-2和表8-1運用FluidSIM軟件對液壓系統(tǒng)進行仿真，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的快進、工進、快退、停止。（1）快進圖8-3液壓快進圖按下SB1，線圈KM1得電，電磁閥1Y1得電，三位五通電磁換向閥工作在左位，油液通過二位二通電磁換向閥流向液壓缸，液壓缸上升。油液通過單向閥又流回液壓缸，實現(xiàn)差動連接，液壓系統(tǒng)實現(xiàn)快進。（2）工進圖8-4液壓工進圖按下SB1液壓系統(tǒng)實現(xiàn)快進，再按下SB3，KM3線圈得電，電磁閥1Y3得電，二位二通電磁換向閥工作在上位，使得油液通過調(diào)速閥流向液壓缸。液壓缸向上緩慢上升，液壓系統(tǒng)實現(xiàn)工進。（3）壓力繼電器得電圖8-5壓力繼電器得電圖當(dāng)液壓缸完全伸出，液壓泵繼續(xù)供油，當(dāng)液壓系統(tǒng)額定壓力達到14MPa時。壓力繼電器得電，其常開觸點KP閉合，常閉觸點KP斷開。線圈KM2得電，壓力繼電器KP得電，三位五通電磁換向閥工作在右位，液壓缸開始下降。（4）快退圖8-6液壓快退圖當(dāng)壓力繼電器得電，三位五通電磁換向閥工作在右位，液壓缸實現(xiàn)快退。液壓缸開始下降，隨著液壓缸的下降，液壓系統(tǒng)額定壓力減小，壓力繼電器其常開觸點KP斷開，常閉觸點KP閉合。 （5）停止圖8-7液壓停止圖當(dāng)按下停止按鈕SB4，線圈KM2、KM3失電，壓力繼電器KP失電，電磁閥1Y3失電，三位五通電磁換向閥工作在中位，當(dāng)系統(tǒng)壓力達到16MPa時，油液通過溢流閥流回油箱。9結(jié)論通過這次對立式組合機床的液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計讓我收獲了很多，在液壓系統(tǒng)中加入了電氣控制提高了動力滑臺的