2264 半自動專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計,半自動,專用,銑床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計 - 1 -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)量又增加計算的準確性。通過大量的搜集資料和認真學習研究，本文提出了基于參數(shù)要求的一套半自動專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計方法，通過計算機編程，驗證了該方法能夠滿足要求，最終得以實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：半自動；銑床；液壓系統(tǒng)；設(shè)計Abstractthrough 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 - 2 -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，它是一門新學科，從 17 世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，18 世紀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，- 3 -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 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，并隨著各種標準的不斷制訂和完善及各類元件的標準化、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、微電子技術(shù)等學科的發(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?。?）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- 4 -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)了標準化、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，工藝復雜，成本較高。 3）液壓元件維修較復雜，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。- 5 -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、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：定位缸負載力 200N移動重件力 20N，- 6 -移動行程 10mm定位夾緊時間 1S夾緊缸負載力 4000N加工直徑 =38mm?快進行程 300mm,工進行程 80mm,快進、快退速度 6m/min,0.345m/min 動力滑臺采用半導軌靜摩擦系數(shù) f =0.3s動摩擦系數(shù) f =0.15d2.3 負載與運動分析（1）計算工作負載工作負載即為切削力，經(jīng)資料得 【4】 ，切削力可為:F=20000N（2）計算工進速度 切削速度可按 孔的切削用量計算，選擇切削用量為：鉆 38 孔時，取半自動38??專用銑床的切削用量 s=0.2mm/r,切削速度 v=40m/min,則主軸轉(zhuǎn)速為n= ≈360r/min，則工進速度 v =ns= ×0.2=1.2(mm/s)=1.2×10 (m/s)dv?1026033?（3）計算摩擦負載靜摩擦阻力 F =u G (2-1) Ss動摩擦阻力 F =u G (2-2)d（4）計算慣性負載F = (2-3)gtvG?以上參數(shù) F 、F 、F 的具體計算方法見用 MATLAB 程序設(shè)計 【5】 編制的程序一：gSd程序一：參數(shù)計算Function f % 工作負載的參數(shù)計算G=9800;g=9.8;deltat=0.5;Deltav=0.1; % 單位：m/sFs=0.2; % 導軌靜摩擦系數(shù)Fd=0.1 % 導軌動摩擦系數(shù)- 7 -Fa=(G/g*(deltav/deltat) %運動部件慣性負載Fs=fs*G % 導軌靜摩擦力Fd=fd*G % 導軌動摩擦力運行結(jié)果：>>Fg=500 Fs=1960 Fd=980其他運行程序同上，得出各工作階段液壓缸的負載，如表 2-1 所示。表 2-1 液壓缸負載計算工況 計算公式 液壓缸負載 F/N 液壓缸驅(qū)動力 F /N0啟動 F=u Gs 1960 2180加速 F=u G+(G/g)( )dtu?/1480 1650快進 F=u Gd980 1090工進 F=F +u Gt30980 34422反向啟動 F=u Gd1960 2180加速 F=u G+(G/g)( )dtu?/1480 1650快退 F=u Gd980 1090注：（1）液壓缸的機械效率 η =0.9。m（2）不考慮動力滑臺上的顛覆力矩的作用。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1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2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1- 8 -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p?21 0??p時為防止孔鉆通時負載突然消失發(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】 按負載選擇執(zhí)行元件工作壓力負載 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 ＞5～72.4.2 計算液壓缸主要尺寸由工進時的推力式 F =(p A -p A ) 【7】 計算液壓缸面積12?mA = = = =103.4×10 （cm ）1pm?)/(21?610)/.4(9.03??4?2(2-4)液壓缸直徑為D= (2-5)?A取標準直徑 D= 115mm；因為 A =2A ,所以12d=0.7D【8】 (2-6)則液壓缸的有效面積A=A -A = - (D -d )=50.2(cm ) (2-7)124D?22液壓缸直徑 D 和活塞桿直徑 d 的計算，見用 MATLAB 語言編制的程序二。程序二：液壓缸直徑和活塞桿直徑的參數(shù)設(shè)計function dA=103.4D=((4*A)/pi)^(1/2)If 110>D=115 d=802.4.3 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 /N0回油腔壓力 p /Mpa2進油腔壓力 p /Mpa1輸入流量Q/(L/s)輸入功率 P/KW啟動 2180 0 0.434 - -加速 1650 1.36 0.86 - -快進恒速p =120APF???Q=Au1P=p q 1090 1.25 0.75 0.5 0.375工進 p =1120AF?q=A u P=p Q234422 0.6 3.63 0.012 0.045啟動 2180 - 0.48 - -加速 1650 0.7 1.85 - -快退恒速p =120?q=A u1P=p Q 1090 0.7 1.74 0.5 0.87- 10 -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，工作負載為阻力負載且工作中變化小，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)速回路為防止孔鉆通時負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。- 11 -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。- 12 -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。- 13 -- 14 -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?，使液壓系統(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=1×10 m /s，油液的密度取為 =0.9174×10 Kg/m 。?4?2 ?3（1）判斷流動狀態(tài)由雷諾數(shù)Re= = (3-1) ?vd?Q4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。雷諾數(shù)的具體計算方法見用 MATLAB 程序設(shè)計編制的程序五：程序五：雷諾數(shù)的計算Function Re % 雷諾系數(shù)的計算V=1: % 液的運動粘度q1=63.9: % 快退時的最大回油量d=18： % 油管內(nèi)徑Re=(4*q1)/(pi*60*d*v*10^(-4)) % 雷諾系數(shù)運行結(jié)果>>Re=753.7155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 。]19[（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)- 15 -= = (3-2)?Re75Qdv4?和溶液在管道內(nèi)的流量u= (3-3)2d?]0[同時代入沿程壓力損失計算公式= (3-4)?p?l2v?整理得= q (3-5)?4275dl??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?p?=0.1 (3-6)?p??各工況下的閥類元件的局部壓力損失按下式計算= （ ） (3-7)vnq2式中： —沿程壓力損失，Pa；?p?—管道局部壓力損失，Pa；?—閥類元件局部壓力損失，Pa；vq—通過閥的實際流量，m /s；3q —閥的額定流量，m /s；n—閥的額定壓力損失，Pa。p?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 qnp?數(shù)值由表 2-4 查出 【12】 。n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：=8.22×10 q (3-8)?p?7進=0.1 (3-9)??- 16 -=[0.2×（ ） +0.2×（ ） ]MPa (3-10)vp?6015260372= + + (3-11)1p???vp?在回油路上，壓力損失分別為：=8.22×10 q (3-12)1?7進=0.1 (3-13)p?1?=[0.3×( )]MPa (3-14)v??603= + + (3-15)2P1??vp??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?p?0.0744 0 0.033?0.0742 0 0.0033v0.2926 0.5 0.0022進油路 p?0.3742 0.5 0.059?0.0507 0 0.0495?0.00507 0 0.00495vp?0.1142 0.5 0.232回油路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- 17 -壓力損失之和 【14】p ≥(3.63+0.5)Mpa=4.13Mpa (3-16)1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)1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)160/57.23??t = =125(s) (3-19)2/48.3?t = =1.95(s) (3-20)360/1.3??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)1ppcq???式中： 輸 入 流 量 乘 積 的 總 和 ；各 執(zhí) 行 器 的 負 載 壓 力 和?―1qp。流 量 乘 積 的 總 和液 壓 泵 供 油 壓 力 和 輸 出―前面已取定量液壓泵的總效率 ，取液壓缸的總效率 ，則可計89.0?m?95.0?A?]17[算得此液壓系統(tǒng)的效率(3-22)Ac工進時液壓泵的輸入功率為 【16】 P = (3-23)rmpq?1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) pi- 18 -取散熱系數(shù) K=15W/(m·℃ )，算得系統(tǒng)溫升 【18】T= (3-25)23065.VKH該機床溫度環(huán)境 t=25℃，加上此溫升后有T =T+t≤[T ] (3-26)11式中：[T ]—最高允許溫度，取[T ]=65℃ 【19】 。1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- 19 -合了油管、油箱及油液、液壓輔助元件的選擇。我深刻的認識到，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，以及對國家標準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)代科學技術(shù)給他們帶來的巨大的好處。我相信只有將書本中學到的東西運用到實踐當中，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。- 20 -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：重慶大學出版社，2006.7[6] 宋學義主編.袖珍液壓氣動手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，1995.6-96[7] 雷天覺主編.液壓工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990[8] 王守成，段俊勇主編.液壓元件及選用[M].北京：化學工業(yè)出版社.2007.4[9] 成大先主編.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004[10] 李壯云主編.液壓氣動與液力工程手冊（上冊）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.2 3-4[11] 路涌祥主編.液壓氣動技術(shù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1979[12] 何存興.液壓元件[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982[13] 李壯云，葛宜遠.液壓元件與系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999[14] 盛敬超主編.工程流體力學[M].北京：機械工業(yè)出版社，1988[15] 雷天覺主編.新編液壓工程手冊[M].北京理工大學出版社，2006.338[16] 張利平主編.液壓氣動技術(shù)速查手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.12[17] 章宏甲編.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.6.50-68[18] 汪國健. 液壓半自動專用銑床[J].液壓與氣動. 2000 年第三期.81-84[19] 郭鴻勛. 半自動專用銑床的設(shè)計及使用[J].機械產(chǎn)品與科技. 1999 年 3 期.34-35- 21 -致 謝經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個學生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。在這里首先要感謝我的導師（）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。我的設(shè)計較為復雜煩瑣，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，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。江 蘇 大 學 成 教 院畢 業(yè) 論文（設(shè)計）任務(wù)書設(shè)計題目：半自動專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計姓名 鄭雅蓉學院專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化年級學號指導教師2011 年 7 月 15 日目 錄第一章 緒論 .........................................................2引言 ..............................................................21.1 液壓傳動的定義 ................................................21.2 液壓傳動的發(fā)展概況 ............................................21.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 ..............................................3第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 ...............................................42.1 設(shè)計目的 ......................................................42.2 設(shè)計內(nèi)容及要求 ................................................42.2.1 機床類型及動作循環(huán)要求 ....................................42.2.2 機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求 ..........................42.3 負載與運動分析 ................................................52.4 液壓缸參數(shù) ....................................................62.4.1 初選液壓缸工作壓力 ........................................62.4.2 計算液壓缸主要尺寸 ........................................72.4.3 計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率 ............82.5 擬定液壓系統(tǒng)圖 ................................................92.5.1 選擇基本回路 ..............................................92.5.2 組成系統(tǒng)圖 ...............................................102.5.3 液壓系統(tǒng)工作原理 .........................................102.5.4 技術(shù)特點 .................................................12第三章 液壓系統(tǒng)性能的驗算 ..........................................133.1 驗算系統(tǒng)壓力損失 .............................................133.2 估計系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升 .....................................16第四章 結(jié)論 ........................................................18參考文獻 ...........................................................19致 謝 ..............................................................20江蘇大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告書課題名稱 半自動專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計 學生姓名 鄭雅蓉 學 號 院（系） 、專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師 2011年 月 日一、課題的意義近十年來，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。通過對半自動專用銑床的原有液壓系統(tǒng)的分析和了解，結(jié)合已學的液壓方面的知識，對液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計等方面的知識有更進一步的提高和認識。二、國內(nèi)外發(fā)展狀況液壓傳動相對于機械傳動來說，它是一門新學科，從 17 世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，18 世紀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 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，并隨著各種標準的不斷制訂和完善及各類元件的標準化、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、微電子技術(shù)等學科的發(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：(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。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。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)、核能工程和地震預測等各個工程技術(shù)領(lǐng)域。近年來我國國內(nèi)液壓技術(shù)有很大的提高，不再單純地使用國外的液壓技術(shù)進行加工。三、本課題的研究內(nèi)容、方法、手段及預期成果內(nèi)容：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。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→自動定位夾緊→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)?？煞譃橐韵聨讉€部分：1）液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計；2）液壓元件的計算與選擇；3）裝配圖的設(shè)計與計算；方法、手段：1） 了解半自動專用銑床液壓系統(tǒng)的組成及功能， 2） 根據(jù)工作數(shù)據(jù)分析負載和運動，得出執(zhí)行元件參數(shù)；3） 設(shè)計液壓系統(tǒng)原理圖，計算和選擇液壓元件；4） 驗算液壓系統(tǒng)性能；預期成果：本次設(shè)計屬于機械類科目，這一課題涉及液壓傳動、力學、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。四、任務(wù)安排的階段安排及時間安排和完成任務(wù)所具備的條件因素及參考文獻：1）時間安排 第 1—2 周：實習，查找收集相關(guān)資料，分析相關(guān)資料，制定研究，設(shè)計提綱；第 3—7 周：完成設(shè)計初稿，審核；第 8—10 周：完善設(shè)計初稿；第 11—12 周：終審；第 13 周：準備論文答辯。2）完成任務(wù)所具備的條件因素：結(jié)合所學知識，查閱學校圖書館中相關(guān)圖書及資料，并運用計算機及網(wǎng)絡(luò)查詢相關(guān)信息。設(shè)計中遇到的疑難問題，及時與老師和同學探討、交流，爭取圓滿完成設(shè)計任務(wù)。3）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：重慶大學出版社，2006.7[6] 宋學義主編.袖珍液壓氣動手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，1995.6-96[7] 雷天覺主編.液壓工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990[8] 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