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摘 要
液壓傳動(dòng)是通過流動(dòng)液體的壓力能來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的。液壓傳動(dòng)在各個(gè)領(lǐng)域都有著非常廣泛的運(yùn)動(dòng)，尤其在工業(yè)生產(chǎn)中，而且，越高科技的設(shè)備，運(yùn)用的液壓部分就越多。此次設(shè)計(jì)主要是將自己所學(xué)的知識(shí)結(jié)合輔助材料運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，掌握并深入了解已學(xué)知識(shí)，熟悉液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和方法，合理的選取執(zhí)行機(jī)構(gòu)并選用液壓元件和液壓基本回路，最終設(shè)計(jì)出滿足要求的液壓系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：銑加工、專用機(jī)床、液壓站、 液壓傳動(dòng)
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Abstract
Hydraulic transmission is realized through the pressure of flowing liquid. Hydraulic transmission in various fields has a very wide range of sports, especially in industrial production, and, the more high-tech equipment, the more the use of hydraulic parts. This design is mainly will be applied to design of auxiliary materials according to the knowledge of their own master and in-depth understanding of knowledge, familiar with the procedures and methods of the hydraulic system design, reasonable selection of actuating mechanism and selection of hydraulic components and hydraulic basic circuit, final design satisfy the request of the hydraulic system.
Key words: Milling; Special purpose machines; Hydraulic pressure station; Hydraulic transmission
目 錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
緒論 1
0.1 課題研究背景 1
0.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
0.3 課題研究的主要內(nèi)容 1
第1章 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況及應(yīng)用 3
1.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況 3
1.2 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 3
第2章 液壓傳動(dòng)的工作原理及組成 5
2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理 5
2.2 液壓系統(tǒng)的基本組成 5
第3章 液壓系統(tǒng)的工況分析 6
3.1 確定執(zhí)行元件 6
3.2 動(dòng)力分析 6
3.2.1 液壓缸負(fù)載分析 6
3.2.2 夾緊缸與定位負(fù)載分析 8
3.3 運(yùn)動(dòng)分析 8
3.4 繪制負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖 9
第4章 確定主要技術(shù)參數(shù) 10
4.1 初選液壓缸工作壓力 10
4.2 確定液壓缸主要尺寸 10
4.2.1 進(jìn)給液壓缸的尺寸計(jì)算 10
4.2.2 夾緊液壓缸的尺寸計(jì)算 12
4.2.3 定位液壓缸的尺寸計(jì)算 13
4.3 計(jì)算最大流量 14
4.3.1 進(jìn)給液壓缸的流量計(jì)算 14
4.3.2 夾緊液壓缸的流量計(jì)算 14
4.3.3 定位液壓缸的流量計(jì)算 15
4.4 繪制液壓系統(tǒng)工況圖 15
第5章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 16
5.1 速度控制回路的選擇 16
5.2 換向和速度換接回路的選擇 16
5.3 油源的選擇和能耗控制 16
5.4 壓力控制回路的選擇 17
5.5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 17
第6章 液壓元件的選擇 18
6.1 液壓泵和電動(dòng)機(jī)規(guī)格的選擇 18
6.1.1 泵的選擇 18
6.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 19
6.2 閥類元件和輔助元件的選擇 20
6.3 油管的選擇 20
6.4 油箱的設(shè)計(jì) 22
第7章 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 23
7.1 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 23
7.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算 25
第8章 結(jié)論 27
參考文獻(xiàn) 28
致謝 29
緒 論
0.1 課題研究背景
隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)高功率、高效率、高精度、高響應(yīng)的工業(yè)領(lǐng)域和技術(shù)領(lǐng)域的追求更大，液壓控制系統(tǒng)的需求量正在逐步礦大，尤其在液壓系統(tǒng)中使用越來越多的就是反饋控制，它將先進(jìn)的液壓技術(shù)與電子技術(shù)結(jié)合在了一起，這一技術(shù)無論在元件系統(tǒng)還是在理論運(yùn)用上，都已經(jīng)變得完善和成熟，并使液壓系統(tǒng)在當(dāng)今機(jī)械設(shè)計(jì)中擁有著重要的位置。
0.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
近幾年來，由于國外液壓技術(shù)普遍應(yīng)用了高新技術(shù)成果，使基礎(chǔ)產(chǎn)品在品種、水平及擴(kuò)展應(yīng)用規(guī)模方面都有很大的提高和發(fā)展。
目前我國的液壓技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到前列，并且科研體系也已經(jīng)基本完善，尤其是近十幾年以來，我國大力支持基礎(chǔ)產(chǎn)品工業(yè)，使得生產(chǎn)水平相對(duì)提高，已經(jīng)能夠生產(chǎn)品種齊全的產(chǎn)品，而且也能為各個(gè)領(lǐng)域提供品種基本齊全的產(chǎn)品。并且在產(chǎn)品CAD和CAT方面取得了顯著地成績，其應(yīng)用也非常的廣泛。而且在海內(nèi)成立了不少獨(dú)資和合資企業(yè)，在提高我國技術(shù)水平的同時(shí)，也為客戶提供了足以滿足他們需求的高科技產(chǎn)品。
盡管已取得了上述成果，但目前就國內(nèi)的需求和國外的先進(jìn)水平相比較還有很大的差距，包含產(chǎn)品趨同化、構(gòu)成不合理、性能較低、可靠性較差、創(chuàng)新和自我開發(fā)能力較弱以及自行設(shè)計(jì)水平較低。為了在目前的市場(chǎng)中能夠站穩(wěn)腳步，這對(duì)設(shè)計(jì)師是一個(gè)足夠大的考驗(yàn)，通過此次設(shè)計(jì)，使我們?cè)跈C(jī)械制圖、液壓設(shè)計(jì)與計(jì)算、工程軟件的應(yīng)用、英文翻譯、獨(dú)立工作能力等方面應(yīng)獲得作為一個(gè)工程師的初步訓(xùn)練，能達(dá)到培養(yǎng)專業(yè)目標(biāo)的要求。
0.3 課題研究的主要內(nèi)容
我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為立式成型銑加工專用機(jī)床液壓動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)是根據(jù)工件的具體加工工況來實(shí)現(xiàn)工作的。機(jī)床的驅(qū)動(dòng)由液壓系統(tǒng)來完成，再和一些專用部件構(gòu)成了專用機(jī)床。組合機(jī)床在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)過程中有著相當(dāng)關(guān)鍵的作用，它是通過液壓驅(qū)動(dòng)力的大小來進(jìn)行鉆孔的。本設(shè)計(jì)主要是依據(jù)各種文獻(xiàn)材料靈活的設(shè)計(jì)，根據(jù)我在學(xué)校所學(xué)的知識(shí)以及深入學(xué)習(xí)書本知識(shí)，熟悉液壓設(shè)計(jì)的流程以及一些計(jì)算過程，然后選取正確的執(zhí)行元件以及其他液壓元件，并且選取合理的液壓基本回路，用以液壓系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的基本要求。在設(shè)計(jì)過程中，最重要的是圖紙的繪制，這不僅可以清晰的展示出設(shè)計(jì)的內(nèi)容，而且可以看出所掌握的知識(shí)是否準(zhǔn)確。
本設(shè)計(jì)在經(jīng)過對(duì)專用機(jī)床技術(shù)要求的細(xì)心分析下，依據(jù)對(duì)其功能的一些需求后才進(jìn)行的，主要在于介紹該系統(tǒng)的工作原理和它的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選件及其組成部分，數(shù)據(jù)的計(jì)算和校核，保證系統(tǒng)具有良好的性能、穩(wěn)定的工作。同時(shí)，也滿足效率高、體積小、成本低、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作和維修方便等設(shè)計(jì)原則。
第1章 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況及應(yīng)用
第1章 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況及應(yīng)用
1.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況
在十九世紀(jì)初，石油工業(yè)逐漸發(fā)展壯大，從而推動(dòng)了近代液壓技術(shù)的發(fā)展，然而戰(zhàn)艦上的炮塔轉(zhuǎn)位器是最早應(yīng)用液壓的，隨后又出現(xiàn)了一些簡(jiǎn)單的通用機(jī)床，直到二十世紀(jì)三十年代末，液壓傳動(dòng)技術(shù)才真正走向成熟。二戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，出現(xiàn)了以電液伺服系統(tǒng)為基礎(chǔ)的高科技液壓產(chǎn)品，從而推動(dòng)了液壓技術(shù)的快速發(fā)展。到二十世紀(jì)五十年代，隨著世界各國的經(jīng)濟(jì)逐漸恢復(fù)，自動(dòng)化水平越來越高，從而導(dǎo)致液壓技術(shù)運(yùn)用到了民用工業(yè)上，在機(jī)械、航空等眾多領(lǐng)域得到了廣泛而深入的應(yīng)用。二十世紀(jì)六十年代以來，核能、航天技術(shù)得到飛速發(fā)展，以至于液壓技術(shù)有了更廣泛的應(yīng)用，國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面有了空前的提高。
1.2 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用
液壓技術(shù)是關(guān)于液體流動(dòng)和液體壓力規(guī)律的研究。現(xiàn)如今，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)也得到了空前絕后的快速發(fā)展，涉及的領(lǐng)域幾乎包涵了各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)部門。特別是在機(jī)床行業(yè)中，液壓傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)頻繁換向，所以其應(yīng)用在不斷擴(kuò)大和改進(jìn)。
液壓傳動(dòng)相比于機(jī)械傳動(dòng)有著機(jī)械傳動(dòng)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，它是靠著液體傳遞動(dòng)力，輕而易舉的可實(shí)現(xiàn)非常大的力和力矩，并且傳動(dòng)的功率大，可無級(jí)調(diào)速，并且可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，操作更簡(jiǎn)單。對(duì)操作者的要求也不高，還具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、維護(hù)保養(yǎng)方便以及元件使用壽命長等等的優(yōu)點(diǎn)。
通過與其他的傳動(dòng)方式比較，液壓傳動(dòng)有以下優(yōu)缺點(diǎn)：
（1）優(yōu)點(diǎn)
1）、功率密度大。
2）、布局安置靈活方便。
3）、調(diào)速范圍大。
4）、工作平穩(wěn)、快速性好。
5）、操作控制方便，易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。
6）、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制以及機(jī)電液一體化。
7）、易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。
8）、可簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，減少零件數(shù)目。
9）、便于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造、推廣使用和維護(hù)。
（2）缺點(diǎn)
1）、不能保證定比傳動(dòng)。
2）、傳動(dòng)效率偏低。
3）、工作安全性容易受溫度所影響。
4）、造價(jià)及使用維護(hù)要求較高。
5）、故障診斷排除困難。
4
第2章 液壓傳動(dòng)的工作原理及組成
第2章 液壓傳動(dòng)的工作原理及組成
2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理
液壓傳動(dòng)是一種以液體（液壓油）作為傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的工作介質(zhì)，經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換，先把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體壓力能，然后把液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能對(duì)外做功，通過密封容積內(nèi)容積的變化來傳遞能量的。首先電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵旋轉(zhuǎn)，從油箱中吸油，液壓油通過濾油器進(jìn)入液壓泵，隨后油液通過泵輸出進(jìn)入壓力管中，經(jīng)過開停閥、節(jié)流閥、換向閥等元件流進(jìn)液壓缸左腔，從而推動(dòng)活塞右移。此時(shí)，液壓缸右腔的液壓油通過換向閥和回油管流回油箱。若是換向閥換向，則壓力管中的液壓油將通過開停閥、節(jié)流閥和換向閥等元件流進(jìn)液壓缸右腔，從而推動(dòng)活塞左移，并使液壓缸左腔的液壓油通過換向閥和回油管流回油箱。
2.2 液壓系統(tǒng)的基本組成
在擁有液壓傳動(dòng)的機(jī)械裝置中，其液壓系統(tǒng)多數(shù)都選用的是液壓油等作為工作介質(zhì)的。通過液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體壓力能，然后經(jīng)過各種控制閥將液壓油送至執(zhí)行元件中，最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來驅(qū)動(dòng)。一般液壓系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，分別為動(dòng)力裝置、執(zhí)行裝置、控制調(diào)節(jié)裝置、輔助裝置以及工作介質(zhì)。
5
第3章 液壓系統(tǒng)的工況分析
第3章 液壓系統(tǒng)的工況分析
3.1 確定執(zhí)行元件
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的專用機(jī)床工作循環(huán)是：工件上位-夾具定位夾緊-工作頭垂直快進(jìn)-成型銑刀進(jìn)給加工-工作臺(tái)快退-夾具松開-手工卸料。定位缸推力1000N，行程50mm；夾緊缸夾緊力5000N，行程60mm；定位、夾緊運(yùn)動(dòng)時(shí)間都約為1s。銑削加工進(jìn)給缸負(fù)載4000N，運(yùn)動(dòng)部件總重量約5500N，快進(jìn)、快退速度為5m/min，工進(jìn)速度0.030m/min?？爝M(jìn)、工進(jìn)、快退行程分別為300mm、10mm、310mm。啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間都為0.5s?；_(tái)均采用平導(dǎo)軌，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)分別為0.1和0.2。
根據(jù)要求可知，夾緊缸只需實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的夾緊和松夾作用。而定位缸同理也只需實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的定位作用，兩缸并無其他特殊的要求。據(jù)文獻(xiàn)[5]表21-2-9知一般用于工件夾緊或定位的液壓缸為活塞缸或者是柱塞缸，這里選擇為活塞缸。而又因該缸只需在缸一端作用，故選定夾緊缸的類型為單出桿活塞缸。
而進(jìn)給液壓缸需要實(shí)現(xiàn)的工藝運(yùn)動(dòng)循環(huán)為：“快進(jìn)→工進(jìn)→快退”。其對(duì)缸出桿的速度以及出桿的力均有要求。參考文獻(xiàn)[5]表21-2-9與夾緊缸一樣選擇工作缸為單出桿的活塞缸。其特點(diǎn)為：一般連接時(shí)往返速度和出力不同，差動(dòng)連接可以實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，其應(yīng)用范圍較廣。
因此確定一下（表3.1）執(zhí)行元件：
表3.1 執(zhí)行元件表
機(jī)構(gòu)名稱
執(zhí)行缸名稱
執(zhí)行元件
夾緊機(jī)構(gòu)
夾緊缸
單桿活塞缸
定位機(jī)構(gòu)
定位缸
單桿活塞缸
加工機(jī)構(gòu)
進(jìn)給液壓缸
單桿活塞缸
3.2 動(dòng)力分析
3.2.1 液壓缸負(fù)載分析
首先進(jìn)給液壓缸各個(gè)階段的負(fù)載需要計(jì)算，具體有如下：?jiǎn)?dòng)、快速、加速、工進(jìn)等階段的負(fù)載。這里取液壓缸的機(jī)械效率為0.9。
l 啟動(dòng)階段的負(fù)載
=G
式中 —靜摩擦阻力。=0.2。
G—運(yùn)動(dòng)部件的總重。G=5500N。
即：=0.2×5500=1100N
l 加速階段的負(fù)載
=G+
—慣性阻力。牛頓第二定律求出：=ma==≈93N
—?jiǎng)幽Σ磷枇Γ?=0.1；
—已知快進(jìn)的速度為0.083m/s，
—取加速時(shí)間為0.5s；
所以=0.1×5500+93=643N
l 快速階段的負(fù)載
=G
式中—?jiǎng)幽Σ磷枇Α?0.1。
=5500×0.1=550N
l 工進(jìn)階段的負(fù)載
=+
式中 —銑削力4000N；
所以：=+=0.1×5500+4000=4550N
l 快退啟動(dòng)負(fù)載與快進(jìn)啟動(dòng)負(fù)載一樣
l 快退加速負(fù)載與快進(jìn)加速負(fù)載一樣
l 快速階段的負(fù)載與快進(jìn)一樣
l 各工況分析計(jì)算見表3.2
表3.2 執(zhí)行件液壓缸的負(fù)載計(jì)算
工況
計(jì)算公式
負(fù)載/N
液壓缸驅(qū)動(dòng)力/N
快進(jìn)啟動(dòng)
=G
1100
1222
加速
=G+
643
714
快進(jìn)
=G
550
611
工進(jìn)
=G +
4550
5056
快退啟動(dòng)
=G
1100
1222
加速
=G+
643
714
快退
=G
550
611
設(shè)液壓缸的機(jī)械效率=0.9
3.2.2 夾緊缸與定位負(fù)載分析
由于已知，定位缸推力1000N。夾緊缸夾緊力5000N。很容易得知負(fù)載力。
3.3 運(yùn)動(dòng)分析
快進(jìn)
工進(jìn)
快退
L1為快進(jìn)行程；L2為工進(jìn)行程； L3為快退行程； V1為快進(jìn)速度；V2為工進(jìn)速度；V3為快退速度。
3.4 繪制負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果繪制進(jìn)給液壓缸的負(fù)載循環(huán)圖F-L和速度循環(huán)圖v-L，如下3-1圖：
圖3-1 液壓缸負(fù)載循環(huán)圖與速度循環(huán)圖
29
第4章 確定主要技術(shù)參數(shù)
第4章 確定主要技術(shù)參數(shù)
4.1 初選液壓缸工作壓力
由工況分析，負(fù)載力最大為工進(jìn)階段，工作壓力可根據(jù)負(fù)載來確定。所以根據(jù)表4.1，現(xiàn)取工作壓力P=3 MPa。
表4.1 按負(fù)載確定工作壓力
負(fù)載/KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作壓/MPa
<0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
>=5
4.2 確定液壓缸主要尺寸
4.2.1 進(jìn)給液壓缸的尺寸計(jì)算
根據(jù)進(jìn)給液壓缸的速度循環(huán)可知，液壓缸在快速運(yùn)動(dòng)和快速快退時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度相差不大?？紤]到液壓系統(tǒng)的節(jié)能、成本和空間，液壓缸的連接形式我們選用差動(dòng)連接的方式，即液壓缸排出的油回到供油端，可節(jié)省液壓泵對(duì)系統(tǒng)的供油，這樣選取泵的排量時(shí)，可以選的小一點(diǎn)。液壓缸采用差動(dòng)連接時(shí)，根據(jù)文獻(xiàn)[4]30-2-10可知，我們應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成速度比為2的結(jié)構(gòu)形式，即無桿腔的工作面積為有桿腔的面積的2倍，即A1=2A2，這樣的話，d=0.707D （d-活塞桿直徑，D-缸筒直徑）。
在差動(dòng)連接的情況下，盡管液壓缸排出的油與液壓泵的油會(huì)流向液壓缸的無桿腔。但是，只要有管路的連接，就會(huì)存在著一定的壓降。因此，液壓缸無桿腔的壓力必須小于有桿腔的壓力。計(jì)算時(shí)取0.6MPa。
表4.3 執(zhí)行元件背壓力
系統(tǒng)類型
背壓力/MPa
簡(jiǎn)單系統(tǒng)
回油路有節(jié)流閥的系統(tǒng)
回油路有背壓閥的系統(tǒng)
補(bǔ)油泵閉式系統(tǒng)
回油路相對(duì)復(fù)雜的工程機(jī)械系統(tǒng)
回油路路短且直接回油
忽略不計(jì)
負(fù)載力F的計(jì)算公式：
，
（液壓缸在工進(jìn)的情況下）
式中：F —負(fù)載力
hm—液壓缸機(jī)械效率
A1—液壓缸無桿腔的有效面積
A2—液壓缸有桿腔的有效面積
p1—液壓缸無桿腔壓力
p2—液壓缸有桿腔壓力
所以，有上述數(shù)據(jù)可得。液壓缸無桿腔的有效作用面積：
液壓缸缸筒直徑為
根據(jù)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2348-1993）下表4.4與4.5所示。對(duì)計(jì)算所得的液壓缸缸筒直徑和活塞桿的直徑進(jìn)行取整。取D=50mm。
通過前面所得可知選取液壓缸的連接方式為差動(dòng)連接，活塞桿與缸筒的關(guān)系公式為d=0.707×50=35.35mm，根據(jù)下表4.5取活塞桿直徑為36mm。
表4.4 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
320
400
500
表4.5 活塞桿直徑系列
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
4.2.2 夾緊液壓缸的尺寸計(jì)算
液壓缸缸筒直徑為
根據(jù)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2348-1993）上表4.4與4.5所示。對(duì)計(jì)算所得的液壓缸缸筒直徑和活塞桿的直徑進(jìn)行取整。取D=50mm。
根據(jù)下表4.6與4.7，缸筒和活塞桿直徑的關(guān)系。選擇速比為1.33，所以缸筒與活塞桿的關(guān)系為：d=0.5×50=25mm，根據(jù)上表4.5取活塞桿直徑為25mm。
表4.6 按工作壓力選取
工作壓力/MPa
表4.7 按速比要求確定
1.15
1.25
1.33
1.46
1.61
2
0.3
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：V1—有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度
V2—無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度
4.2.3 定位液壓缸的尺寸計(jì)算
液壓缸缸筒直徑為
根據(jù)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2348-1993）上表4.4與4.5所示。對(duì)計(jì)算所得的液壓缸缸筒直徑和活塞桿的直徑進(jìn)行取整。取D=25mm。
根據(jù)上表4.6與4.7，缸筒和活塞桿直徑的關(guān)系。選擇速比為1.33，所以缸筒與活塞桿的關(guān)系為：d=0.5×25=12.5mm，根據(jù)上表4.5取活塞桿直徑為14mm。
4.3 計(jì)算最大流量
4.3.1 進(jìn)給液壓缸的流量計(jì)算
根據(jù)前面的計(jì)算。下表4.8更詳細(xì)的計(jì)算執(zhí)行件在各個(gè)工況中的壓力流量以及功率的值。如下圖所示：
表4.8各工況下的主要參數(shù)值
工況
推力
回油腔壓力
進(jìn)油腔壓力
輸入流量
輸入功率
計(jì)算公式
快
進(jìn)
啟動(dòng)動(dòng)
1222
0
1.76
—
—
加速
714
1.86
1.26
—
—
恒速
611
1.76
1.16
5.01
0.098
工進(jìn)
5056
0.6
2.86
0.06
0.003
快退
啟動(dòng)
1222
0
2.54
—
—
加速
714
0.6
2.00
—
—
恒速
611
0.6
1.89
4.73
0.149
4.3.2 夾緊液壓缸的流量計(jì)算
按液壓缸流量計(jì)算公式：
Q1=A×V×0.1
式中 V—油缸伸出速度，m/min
A—液壓缸無桿腔的面積，cm2；
所以Q1=（3.14×52/4）×3.6×0.1=7 L/min
4.3.3 定位液壓缸的流量計(jì)算
按液壓缸流量計(jì)算公式：
Q1=A×V×0.1
式中 V—油缸伸出速度，m/min
A—液壓缸無桿腔的面積，cm2；
所以Q1=（3.14×2.52/4）×3×0.1=1.5 L/min
4.4 繪制液壓系統(tǒng)工況圖
第5章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
第5章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
5.1 速度控制回路的選擇
液壓油缸的形式明確后，液壓運(yùn)動(dòng)的控制方向與速度的回路是重點(diǎn)要選擇的。在流量不大的場(chǎng)合中，液壓系統(tǒng)大部分采用的是通過常規(guī)的閥與閥之間有效的配合來實(shí)現(xiàn)各種工況要求的動(dòng)作。而在流量較大的高壓場(chǎng)合中，為了滿足大流量的工作需求，液壓系統(tǒng)則需要利用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合去實(shí)現(xiàn)。
液壓系統(tǒng)回路中，速度控制的原理是去改變進(jìn)入執(zhí)行器的流量或在密閉的空間內(nèi)改變體積來實(shí)現(xiàn)。對(duì)應(yīng)的控制方法有節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速，或者有時(shí)也使用雙容積節(jié)流調(diào)速的形式。
容積調(diào)速的回路，是去改變動(dòng)力源泵或者馬達(dá)的排量達(dá)到調(diào)速的要求。采用此種調(diào)速回路有很多優(yōu)點(diǎn)，其中最大特點(diǎn)就是無溢流和節(jié)流的壓力損失。還有在效率方面，節(jié)流調(diào)速的效率要高。但是為了散熱和補(bǔ)充回路中的泄漏，不得不添加輔助泵。此種調(diào)速的回路，一般經(jīng)常用于功率較大，速度較高的場(chǎng)合，因此設(shè)計(jì)成本也較高。所以本系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速。
節(jié)流調(diào)速通常是在定量回路中調(diào)節(jié)節(jié)流閥閥口的大小，控制開口度和進(jìn)入液壓缸的流量，通過這樣的方法調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式擁有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及成本低。節(jié)流控制有三種形式：進(jìn)氣節(jié)流閥、回油節(jié)流閥和旁路節(jié)流閥。進(jìn)氣節(jié)流閥的影響較小，而回油節(jié)流閥通常用于負(fù)載軸承，而旁路節(jié)流閥則用于高速。
5.2 換向和速度換接回路的選擇
該設(shè)計(jì)要求快進(jìn)和快退時(shí)速度較大，且保證工作平穩(wěn)以及連接方式為差動(dòng)連接，所以，我們選用三位五通換向閥來實(shí)現(xiàn)這些要求。
5.3 油源的選擇和能耗控制
在一個(gè)系統(tǒng)工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要保證系統(tǒng)動(dòng)力部分能夠在快進(jìn)和快退時(shí)提供低壓大流量，并且能夠在工進(jìn)時(shí)提供高壓小流量，所以可以看出高壓小流量要在系統(tǒng)的一個(gè)工作循環(huán)中占用絕大部分時(shí)間。因此要提高系統(tǒng)的工作效率并且降低制造成本，選用單定量葉片泵是不合理的。所以本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力源要選用雙聯(lián)葉片泵，或者是限壓式變量泵。限壓式變量泵作為動(dòng)力源時(shí)在工作時(shí)容易造成系統(tǒng)流量的不穩(wěn)定，很容易使機(jī)床工作臺(tái)在運(yùn)行過程中不穩(wěn)，這樣會(huì)影響工件的加工效果。由于雙聯(lián)葉片泵能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)供油，并且能夠加快油缸的運(yùn)動(dòng)速度。綜合考慮，選取雙聯(lián)式葉片泵是最適合本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)。
5.4 壓力控制回路的選擇
本設(shè)計(jì)要求液壓缸在工作時(shí)其工作壓力要在正常范圍內(nèi)。但有時(shí)候需要多級(jí)調(diào)節(jié)，這就要通過溢流閥來調(diào)低。而在容積調(diào)速系統(tǒng)中，通常是由溢流閥當(dāng)安全閥使用，起到保護(hù)系統(tǒng)安全的作用。一般在定量泵供油的系統(tǒng)中，溢流閥的作用是調(diào)節(jié)工作需要的壓力。
5.5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
經(jīng)過前面對(duì)系統(tǒng)的分析與選擇回路。綜合考慮分析，去掉多余的元件，保證執(zhí)行件的準(zhǔn)確運(yùn)行，使系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單，盡可能使回路的壓力損失小，發(fā)揮液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，保證工作效率，擬定如下5-1液壓原理圖：
圖5-1 液壓系統(tǒng)原理圖
第6章 液壓元件的選擇
第6章 液壓元件的選擇
6.1 液壓泵和電動(dòng)機(jī)規(guī)格的選擇
6.1.1 泵的選擇
(1) 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力
由于小流量泵在系統(tǒng)快進(jìn)和工進(jìn)的時(shí)候會(huì)向液壓缸不斷地提供液壓油，由上面計(jì)算可知，液壓缸工進(jìn)時(shí)的最大工作壓力為 ，假如在進(jìn)油時(shí)進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路總壓力損失選 ，而壓力繼電器運(yùn)作時(shí)需要壓差為，所以小流量泵所要承受的最大工作壓力為：
由原理圖可知，在液壓缸快進(jìn)和快退的時(shí)候，大流量泵要向液壓缸不斷地提供大量的油。通過前面的計(jì)算可知，液壓缸在快退時(shí)最大工作壓力為。通過原理圖可以知道，液壓缸在快退的時(shí)候液壓油是不經(jīng)過調(diào)速閥的，因此壓力損失較小?？蛇x取 ，則大流量泵能夠承受的最大工作壓力大約為：
(2) 計(jì)算液壓泵的流量
由上表可知，在快退時(shí)，液壓缸流進(jìn)的最大流量值為 。如果取回路泄漏系數(shù)K=1.1。則兩個(gè)泵的總流量為：
由文獻(xiàn)可知，在溢流閥工作的最低流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為0.06L/min的情況下，所以小流量泵最低流量為3.1L/min。
(3) 確定液壓泵的規(guī)格
通過以上計(jì)算數(shù)值可知，并查閱相關(guān)資料，可以知道泵的額定壓力一定要比最大工作壓力高20%-60%。所以可以求得：
只要液壓泵的額定流量大于系統(tǒng)計(jì)算的最大流量都是可以的。綜合考慮選取雙聯(lián)定量葉片泵，其型號(hào)為PV2R12-14/6。
額定流量則只須滿足上述最大流量即可。最后確定選取PV2R12-14/6型雙聯(lián)葉片泵，其額定的壓力值為14MPa，小流量泵排量為6mL/r，大流量泵的排量為14mL/r。當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速取np=940r/min時(shí)，流量理論值分別為5.6L/min和13L/min。如果液壓泵容積效率取ηv=0.9。則液壓泵的實(shí)際輸出流量為5L/min和11.7L/min。
6.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)的選取首先要計(jì)算好其功率，但應(yīng)當(dāng)注意的是匹配泵的轉(zhuǎn)速一定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速允許范圍內(nèi)。由于輸入功率最大的時(shí)候?yàn)橐簤焊自诳焱说臅r(shí)候。若取液壓泵總效率 。液壓泵的總效率見表6.1所示。
表6.1液壓泵的總效率
液壓泵的類型
齒輪泵
葉片泵
柱塞泵
螺桿泵
總效率
這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為：
根據(jù)數(shù)據(jù)查閱相關(guān)資料可得，我們選用電動(dòng)機(jī)規(guī)格相近的Y90L—6型電動(dòng)機(jī)。其額定功率為1.1KW。額定轉(zhuǎn)速為940r/min。
6.2 閥類元件和輔助元件的選擇
閥類元件和輔助元件見下表6.2所示：
表6.2液壓元件規(guī)格及型號(hào)
序號(hào)
元件名稱
規(guī)格
型號(hào)
額定流量
額定壓力
1
雙聯(lián)葉片泵
11.7/5
14
2
三位五通電液換向閥
63
6.3
3
行程閥
63
6.3
4
調(diào)速閥
6
6.3
5
單向閥
100
6.3
6
單向閥
100
6.3
7
液控順序閥
63
6.3
8
背壓閥
10
6.3
9
溢流閥
10
6.3
10
單向閥
100
6.3
11
濾油器
80
6.3
12
壓力表開關(guān)
—
—
13
單向閥
100
6.3
14
壓力繼電器
—
14
15
減壓閥
30
2.5
6.3 油管的選擇
按設(shè)計(jì)要求，根據(jù)表6.3，取油管內(nèi)允許流速為：
壓力油：
回油管：
表6.3推薦流量
管道
推薦流速/(m/s)
吸油管道
，一般取1以下
壓油管道
，壓力高，管道短，粘度小取大
回油管道
整個(gè)系統(tǒng)中，壓力油管最大流量為泵出口，由于油缸的速比為2，因此回油量為進(jìn)油量的2倍，因此，回油量為26L/min。
（1）進(jìn)油管內(nèi)徑的確定
可按下式計(jì)算：
d=
（2）回油管內(nèi)徑的確定
（3）按標(biāo)準(zhǔn)選取油管
可按標(biāo)準(zhǔn)選?。?
進(jìn)油管內(nèi)徑,壁厚為2mm的無縫鋼管；
回油管內(nèi)徑,壁厚為1mm的無縫鋼管。
6.4 油箱的設(shè)計(jì)
油箱的容量按式估算，現(xiàn)取α=7，得v=117L。根據(jù)下表6.4，我們可以確定該油箱容量為160L。又實(shí)際裝油量為油箱容積的80%，故設(shè)計(jì)油箱的容積約為200L。
表6.4 油箱容量
如果取油箱內(nèi)寬W1，高H1，長L1比例為1:1.5:2，可得長L1=825mm,寬W1=454mm,高h(yuǎn)1=596mm，取油箱的壁厚為3mm，油箱的底部厚度為4mm，由于油箱頂部需要安放眾多其他元件，故取油箱頂部厚度為10mm，因?yàn)橛拖湫枰?，且方便搬移，故取油箱底部到地面的距離為80mm。因此，油箱基底的總長、總寬以及總高分別為:
長L=831mm，寬W=460mm，高H=690mm
第7章 液壓系統(tǒng)的性能計(jì)算
第7章 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
7.1 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算
因?yàn)橄到y(tǒng)管路還沒有選定，所以只能初步確定系統(tǒng)的壓力損失。首先估算時(shí)先要了解液體的壓力損失，并且計(jì)算各種狀態(tài)下總的壓力損失，如果沒有問題，再取進(jìn)油管道長度和回油管道長度各為L=2m以及油液的運(yùn)動(dòng)粘度取和油液的密度取。
(1)判斷流動(dòng)狀態(tài)
通過之前的各種計(jì)算可以知道，在進(jìn)油和回油管路中，以快退時(shí)所通過的回油流量最大，同時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)也是最大的。所以可以推得各種工況下的進(jìn)油和回油油路中，其流動(dòng)狀態(tài)全為流層。
(2)計(jì)算系統(tǒng)壓力損失
由相關(guān)資料可知層流的流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)公式為，以及在管道內(nèi)油液的速度為，然后將這兩個(gè)公式帶入沿程壓力損失公式，并將上述已經(jīng)得到的數(shù)據(jù)帶入這個(gè)公式后，得
由此可見，沿程壓力損失是與液壓系統(tǒng)中的流量成正比的。
由于管道的結(jié)構(gòu)還沒有定下，因此管道的壓力損失可按公式計(jì)算，
可以根據(jù)公式來計(jì)算各工況下的閥類元件的局部壓力損失。
各種工況下的壓力損失的計(jì)算如下：
在快進(jìn)的進(jìn)油管路上，壓力損失分別為：
在回油管路上，壓力損失分別為
最后將回油管路上的壓力損失帶入進(jìn)油管路的壓力損失中去，可以得到總的壓力損失為：
在工的進(jìn)油管路上， 若不計(jì)算管路的沿程壓力損失以及局部壓力損失，那么在進(jìn)油管路上總的壓力損失為：
可見該值與之前所預(yù)估的背壓基本相同。
因此液壓缸的工作壓力需要再一次計(jì)算，計(jì)算所得為
由于壓力繼電器的動(dòng)作壓差。所以則小流量泵的工作壓力為
該值也與之前預(yù)估的值基本相同，這可以作為調(diào)整溢流閥壓力的參考。
在快退的進(jìn)油管路上總的壓力損失為：
該值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于之前預(yù)估的值，因此電機(jī)的功率符合液壓泵所需要的驅(qū)動(dòng)功率。在回油管路上總的壓力損失為
7.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算
由于整個(gè)過程工進(jìn)的時(shí)間是最長的，所以可以按工進(jìn)時(shí)來計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升
則壓力損失：
液壓系統(tǒng)的總輸入功率就可知為：
液壓缸的輸出有效功率也可知為：
通過上面的計(jì)算可以得到系統(tǒng)的發(fā)熱功率為：
工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)中的油液溫升可以按照公式進(jìn)行計(jì)算，即為：
公式中的傳熱系數(shù)。
設(shè)環(huán)境溫度，則熱平衡溫度為：
故滿足要求。
第8章 結(jié)論
第8章 結(jié) 論
本次設(shè)計(jì)是對(duì)立式成型銑加工專用機(jī)床液壓動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先我要熟悉液壓系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)，繪出液壓系統(tǒng)原理圖，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行計(jì)算，最后選定元件。通過此次課題的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一系列過程，我了解到做一個(gè)系統(tǒng)必須先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作循環(huán)和工況進(jìn)行整體了解，利用學(xué)到的液壓知識(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算液壓系統(tǒng)的各方面的參數(shù)，并為系統(tǒng)選取回路以及元件。本次設(shè)計(jì)可以基本達(dá)到任務(wù)要求的輕質(zhì)量、低成本、小體積、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、高工作效率并經(jīng)常使用及維修方便。
當(dāng)然，在自己現(xiàn)在的知識(shí)水平上，設(shè)計(jì)有可能會(huì)顯得有點(diǎn)單一。雖然本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)和其他相比較具有很多優(yōu)點(diǎn)，也基本符合了此次設(shè)計(jì)的基本要求，但是由于本人是初次設(shè)計(jì)，對(duì)液壓方面的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)還不是很足，設(shè)計(jì)中如有什么不足之處，望各位老師們多多指點(diǎn)，在今后設(shè)計(jì)中我一定會(huì)加以注意。
參考文獻(xiàn)
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致謝
致 謝
在這次設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于缺少這方面的設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中有一些考慮不周全的方面以及一些選用的錯(cuò)誤，如果沒有老師的指導(dǎo)，完成設(shè)計(jì)任務(wù)還有一定的困難。指導(dǎo)老師對(duì)我們進(jìn)行細(xì)心的指導(dǎo)，每個(gè)階段的任務(wù)都督促我們完成，使我們能夠按時(shí)完成畢業(yè)系統(tǒng)里的任務(wù)，幫我指導(dǎo)設(shè)計(jì)過程中的一些錯(cuò)誤，我對(duì)指導(dǎo)老師表示衷心的感謝！其次感謝大學(xué)四年所有的老師，為我們打下了專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，使畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利地完成。