臥式單面多孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)

1、合肥工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目臥式單面多孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成績(jī)主要內(nèi)容某廠要自制一臺(tái)臥式單面多孔組合機(jī)床，有主軸16根，其中鉆13.9mm孔14個(gè)，鉆8.5mm孔2個(gè)；要求的工作循環(huán)是：鉆頭快速接近工件工進(jìn)鉆孔快速退回原位自動(dòng)停止。工件材料為鑄鐵、硬度HB=240；假定運(yùn)動(dòng)部件重量G=9800N，快進(jìn)、快退速度u1=0.1m/s；動(dòng)力滑臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fu=0.1；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間為0.2s；快進(jìn)行程L1=100mm，工進(jìn)行程L2=50mm。試設(shè)計(jì)計(jì)算液壓系統(tǒng)。指導(dǎo)教師意見(jiàn)簽名： 200 年 月 日目錄前言 1一、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 2二、負(fù)載

2、與運(yùn)動(dòng)分析 22.1 負(fù)載的計(jì)算 22.1.1 切削負(fù)載 22.1.2 慣性負(fù)載 22.1.3 阻力負(fù)載 3 2.2 負(fù)載循環(huán)圖與速度循環(huán)圖的繪制 3三、確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 5 3.1 確定液壓缸的工作壓力 53.2 計(jì)算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 5四、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 84.1 速度控制回路的選擇 84.2 選用執(zhí)行元件 84.3 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 94.4 速度換接回路的選擇 94.5 組成液壓系統(tǒng)原理圖 10五、液壓元件的選擇 135.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 135.2 閥類(lèi)元件和輔助元件的選擇 145.2.1 閥類(lèi)元件的選擇 145.2.2 過(guò)濾器的選擇 155.2.3

3、空氣濾清器的選擇 165.3 油管的選擇 165.4 油箱的設(shè)計(jì) 175.4.1 油箱長(zhǎng)寬高的確定 175.4.2 隔板尺寸的確定 185.4.3 各種油管的尺寸 18六、液壓系統(tǒng)主要性能的驗(yàn)算 196.1 判斷流動(dòng)狀態(tài) 196.1.1 計(jì)算系統(tǒng)壓力損失 196.1.2 液壓泵工作壓力的估算 20七、集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 21總結(jié) 22參考文獻(xiàn) 23前言 本課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的主要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，是在完成液壓與氣壓傳動(dòng)課程理論教學(xué)以后所進(jìn)行的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。本課程的學(xué)習(xí)目的在于使學(xué)生綜合運(yùn)用液壓與氣壓傳動(dòng)課程及其它先修課程的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，進(jìn)行液壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)實(shí)踐，使理論

4、知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)緊密結(jié)合起來(lái)，從而使這些知識(shí)得到進(jìn)一步的鞏固、加深和擴(kuò)展。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)際訓(xùn)練，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及解決工程問(wèn)題打下良好的基礎(chǔ)。液壓產(chǎn)品的設(shè)計(jì)包括液壓系統(tǒng)的功能分析、工作原理方案設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)等。這些設(shè)計(jì)內(nèi)容可作為液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。很明顯，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身如果存在問(wèn)題，常常屬于根本性的問(wèn)題，可能造成液壓機(jī)床的災(zāi)難性的失誤。因此我們必須重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。作為一種高效率的專(zhuān)用機(jī)床，組合機(jī)床在大批、大量機(jī)械加工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本次課程設(shè)計(jì)將以臥式單面多孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)為例，介紹該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，其中包括組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓

5、系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗(yàn)算和液壓集成塊的設(shè)計(jì)與組裝等。組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專(zhuān)用部件和夾具而組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專(zhuān)用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時(shí)加工的方式，能完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔、攻絲、車(chē)、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈活、操作方便、

6、調(diào)速范圍大、可無(wú)級(jí)連讀調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在組合機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。1、 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求某廠要自制一臺(tái)臥式單面多孔組合機(jī)床，有主軸16根，其中鉆13.9mm孔14個(gè)，鉆8.5mm孔2個(gè)；要求的工作循環(huán)是：鉆頭快速接近工件工進(jìn)鉆孔快速退回原位自動(dòng)停止。工件材料為鑄鐵、硬度HB=240；假定運(yùn)動(dòng)部件重量G=9800N，快進(jìn)、快退速度u1=0.1m/s；動(dòng)力滑臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fu=0.1；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間為0.2s；快進(jìn)行程L1=100mm，工進(jìn)行程L2=50mm。試設(shè)計(jì)計(jì)算液壓系統(tǒng)。2、 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析2.1 負(fù)載的計(jì)算 負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液

7、壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：夾緊力，導(dǎo)軌摩擦力，慣性力。在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析時(shí)，本設(shè)計(jì)實(shí)例只考慮組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)所受到的工作負(fù)載、慣性負(fù)載和機(jī)械摩擦阻力負(fù)載，其他負(fù)載可忽略。切削負(fù)載 工作負(fù)載是在工作過(guò)程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載。切削負(fù)載(確定切削負(fù)載應(yīng)具備機(jī)械切削加工方面的知識(shí))用高速鋼鉆頭(單個(gè))鉆鑄鐵孔時(shí)的軸向切削力Ft(單位為N)為 (81)式中：D鉆頭直徑，單位為mm；s每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位為mmr； HBS鑄件硬度。根據(jù)

8、組合機(jī)床加工特點(diǎn)，鉆孔時(shí)主軸轉(zhuǎn)速n和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s按組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)?。簩?duì)13.9mm的孔：n1=360rmin，sl=0.147mmr；對(duì)8.5mm的孔：n2=550rmin，s2=0.096mmr；所以，系統(tǒng)總的切削負(fù)載Ft為：Ft=14x25.5x13.9x0.1470.8x2400.6+2x25.5x8.5x0.0960.8x2400.6=30500N令Ft=Fq=30500N慣性負(fù)載往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速，減速時(shí)間不希望超過(guò)0.2s，所以取為0.2s, Fm=mV/t=(9800/9.8)x(0.1/0.2)=500N阻力負(fù)載機(jī)床工作部件對(duì)動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌的法向力為： Fn=G=9800N靜摩擦阻

9、力：Ftf=fsFn=0.2x9800=1960N動(dòng)摩擦阻力： Ffd=fdFn=0.1x9800=980N加速負(fù)載： =1480N 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率=0.9，根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸在各個(gè)工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表1所列。表1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載工況負(fù)載組成負(fù)載值F工況負(fù)載組成負(fù)載值F啟動(dòng)1960快退980快進(jìn)980停止480工進(jìn)31480注：在負(fù)載分析中，沒(méi)有考慮動(dòng)力滑臺(tái)上傾翻力矩的作用按表1數(shù)值繪制的動(dòng)力滑臺(tái)負(fù)載圖如圖1(a)所示。 圖1 a）2.2負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)

10、圖的繪制根據(jù)工作循環(huán)(總行程L1+L2=150mm工進(jìn)速度V2=n1s1=n2s2=0.88x10-3m/s,繪制動(dòng)力滑臺(tái)速度圖,如圖8-1(b)所示?？爝M(jìn)、工進(jìn)和快退的時(shí)間可由下式分析求出?？爝M(jìn)： t1=l1/v1=0.1/0.1=1s工進(jìn)： t2=l2/v2=0.05/(0.88x10-3)=56.6s快退： t3=(l1+l2)/v3=0.15/0.1=1.5s根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)繪制組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)繪制負(fù)載圖（F-t）如圖1(b),速度循環(huán)圖如圖1（c)所示。 b） c）圖1 速度負(fù)載循環(huán)圖 b）負(fù)載圖 c)速度循環(huán)圖3、 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)3.1 確定液壓缸工作壓力 由表2和表

11、3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為30000N時(shí)宜取4MP。表2按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/KN50工作壓力/MPa 0.811.522.5334455表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類(lèi)型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門(mén)刨床拉床工作壓力/Mpa0.823528810101820323.2 計(jì)算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 由于工作進(jìn)給速度與快速運(yùn)動(dòng)速度差別較大，且快進(jìn)、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應(yīng)確定采用單桿雙作用液壓缸的差動(dòng)連接方式。通常利用差動(dòng)液壓缸活塞桿較粗、可以在活塞桿中設(shè)置通油孔的有利條件，最好采用活塞桿固定，

12、而液壓缸缸體隨滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的常用典型安裝形式。這種情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無(wú)桿腔工作面積是有桿腔工作面積兩倍的形式，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d = 0.707D的關(guān)系。 工進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過(guò)設(shè)置背壓閥的方式)，選取此背壓值為p2=0.8MPa。 快進(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接（即有桿腔與無(wú)桿腔均與液壓泵的來(lái)油連接），但連接管路中不可避免地存在著壓降，且有桿腔的壓力必須大于無(wú)桿腔，估算時(shí)取0.7MPa?？焱藭r(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取被壓值=0.6MPa。工進(jìn)時(shí)液壓缸的推力計(jì)算公式為，式中：F 負(fù)載力h

13、m液壓缸機(jī)械效率A1液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積A2液壓缸有桿腔的有效作用面積p1液壓缸無(wú)桿腔壓力p2液壓有無(wú)桿腔壓力因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積可計(jì)算為 A1=97.16cm2 液壓缸缸筒直徑為 D=(4xA1/3.14)(1/2)=111.25mm由于有前述差動(dòng)液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系，d = 0.707D，因此活塞桿直徑為d=0.707109.89=78.66mm，根據(jù)GB/T23481993對(duì)液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=110mm，活塞桿直徑為d=80mm。此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： A1=3.14D2/

14、4=95cm2 A2=3.14(D2-d2)/4=47cm2工作臺(tái)在快進(jìn)過(guò)程中，液壓缸采用差動(dòng)連接，此時(shí)系統(tǒng)所需要的流量為q快進(jìn)=（A1-A2）xv1=28.8L/min工作臺(tái)在快退過(guò)程中所需要的流量為: q快退=A2v3=28.2L/min工作臺(tái)在工進(jìn)過(guò)程中所需要的流量為:根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率值，如表4所示。表4液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率值工況負(fù)載FL/N回油腔壓力P2/MPa進(jìn)油腔壓力P1/MPa輸入理論流量q/(L/s)輸入功率P/kW計(jì)算式快迸(差動(dòng))啟動(dòng)196001.17-加速14801.005-恒速980

15、0.8040.480.441工進(jìn)314800.84.880.00840.041快退啟動(dòng)196000.38-加速14800.60.573-恒速9800.4240.470.205并據(jù)表4可繪制出液壓缸的工況圖，如圖2所示。.470.48圖2 組合機(jī)床液壓缸工況圖四、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。4.1選用執(zhí)行元件因系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求正向快進(jìn)和

16、工進(jìn)，反向快退，且快進(jìn)，快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無(wú)桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的兩倍。4.2速度控制回路的選擇工況圖表明，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路即可。雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低，但適合于小功率場(chǎng)合，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負(fù)載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，加工過(guò)程中切削力變化不大，因此鉆削過(guò)程中負(fù)載變化不大，采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路即

17、可。但由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時(shí)的瞬間，存在負(fù)載突變的可能，因此考慮在工作進(jìn)給過(guò)程中采用具有壓差補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回油路上設(shè)置背壓閥。由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開(kāi)式循環(huán)回路，以提高散熱效率，防止油液溫升過(guò)高。從工況圖中可以清楚地看到，在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流量的油液。而快進(jìn)快退所需的時(shí)間和工進(jìn)所需的時(shí)間。有=20因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，如果選用單個(gè)定量泵作為整個(gè)系統(tǒng)的油源，液壓系統(tǒng)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于大流量溢流狀態(tài)，從而造成能量的大量損失，這樣的設(shè)計(jì)顯然是不合理的。如果采用一個(gè)大流量定量泵和一個(gè)小流量定量泵雙泵

18、串聯(lián)的供油方式，由雙聯(lián)泵組成的油源在工進(jìn)和快進(jìn)過(guò)程中所輸出的流量是不同的，此時(shí)液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要消耗的功率估大，除采用雙聯(lián)泵作為油源外，也可選用限壓式變量泵作油源。但限壓式變量泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，最后確定選用雙聯(lián)液壓泵供油方案，有利于降低能耗和生產(chǎn)成本，如圖3所示。圖3 雙泵供油油源4.3選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路根據(jù)本設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接與雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。本設(shè)計(jì)采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站

19、上，由工作臺(tái)的行程開(kāi)關(guān)控制，管路較簡(jiǎn)單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液控順序閥與單向閥來(lái)切斷差動(dòng)油路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。4.4速度換接回路的選擇所設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓系統(tǒng)對(duì)換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價(jià)格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用三位五通電磁換向閥。為了調(diào)整方便和便于增設(shè)液壓夾緊支路，應(yīng)考慮選用Y型中位機(jī)能。由前述計(jì)算可知，當(dāng)工作臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，進(jìn)入液壓缸的流量由0.5485 L/S降0.0084 L/S，可選二位二通行程換向閥來(lái)進(jìn)行速度換接，以減少速度換接過(guò)程中的液壓沖擊，如圖4所示。由于工作壓力較低，控制閥均用普

20、通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，在回路上并聯(lián)了一個(gè)單向閥以實(shí)現(xiàn)速度換接。為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用死擋塊加壓力繼電器的行程終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制。a.換向回路 b.速度換接回路圖4 換向和速度切換回路的選擇參考同類(lèi)組合機(jī)床，選用雙作用葉片泵雙泵供油，調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速的開(kāi)式回路，溢流閥做定壓閥。為了換速以及液壓缸快退時(shí)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值Pb=0.8MPa。4.5組成液壓系統(tǒng)原理圖選定調(diào)速方案和液壓基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些輔助性油路，如控制油路、潤(rùn)滑油路、測(cè)壓油路等，并對(duì)回路進(jìn)行歸并和整理，就可將液壓回路合成為液壓系統(tǒng)，即組成如圖5所示的

21、液壓系統(tǒng)圖。 圖5 液壓系統(tǒng)原理圖1雙聯(lián)葉片液壓泵；2三位五通電液閥 ；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；ll過(guò)濾器；12壓力表接點(diǎn)；13單向閥；l4壓力繼電器；15單向閥；16液壓缸。系統(tǒng)圖的原理：1 快進(jìn) 快進(jìn)如圖所示，按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵1YA通電，由泵輸出地壓力油經(jīng)2三位五通換向閥的左側(cè)，這時(shí)的主油路為： 進(jìn)油路：泵 單向閥10三位五通換向閥2（1YA得電）行程閥3液壓缸右腔。 回油路：液壓缸左腔三位五通換向閥2（1YA得電）單向閥6行程閥3液壓缸右腔。由此形成液壓缸兩腔連通，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)，由于快進(jìn)負(fù)載壓力小，系統(tǒng)壓力低，變量泵輸出最大流

22、量。2工進(jìn) 減速終了時(shí)，擋塊還是壓下，行程開(kāi)關(guān)使3YA通電，二位二通換向閥將通路切斷，這時(shí)油必須經(jīng)調(diào)速閥4才能進(jìn)入液壓缸左腔，回油路和減速回油完全相同，此時(shí)變量泵輸出地流量自動(dòng)與工進(jìn)調(diào)速閥4的開(kāi)口相適應(yīng)，故進(jìn)給量大小由調(diào)速閥4調(diào)節(jié)，其主油路為：進(jìn)油路：泵 單向閥10三位五通換向閥2（1YA得電）調(diào)速閥4液壓缸右腔?；赜吐罚阂簤焊鬃笄蝗晃逋〒Q向閥2背壓閥8油箱。3.快退滑臺(tái)停留時(shí)間結(jié)束后，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵1YA、3YA斷電，2YA通電，這時(shí)三位五通換向閥2接通右位，因滑臺(tái)返回時(shí)的負(fù)載小，系統(tǒng)壓力下降，變量泵輸出流量又自動(dòng)恢復(fù)到最大，滑快速退回，其主油路為：進(jìn)油路：泵 單向閥10三位

23、五通換向閥2（2YA得電）液壓缸左腔。回油路：液壓缸右腔單向閥5三位五通換向閥2（右位）油箱。4.原位停止當(dāng)滑臺(tái)退回到原位時(shí)，擋塊壓下原位行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)，使2YA斷電，換向閥處于中位，液壓兩腔油路封閉，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。這時(shí)液壓泵輸出的油液經(jīng)換向2直接回油箱，泵在低壓下卸荷。電磁鐵和行程閥動(dòng)作順序表五、液壓元件的選擇本設(shè)計(jì)所使用液壓元件均為標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，因此只需確定各液壓元件的主要參數(shù)和規(guī)格，然后根據(jù)現(xiàn)有的液壓元件產(chǎn)品進(jìn)行選擇即可。5.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率（1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力由于本設(shè)計(jì)采用雙泵供油方式，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工況圖，大流量液壓泵只需在快進(jìn)和快退階段向液壓缸供油，因此

24、大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運(yùn)動(dòng)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，而液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，因此對(duì)大流量液壓泵和小流量液壓泵的工作壓力分別進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計(jì)算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失之和。對(duì)于調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，同時(shí)考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓力繼電器動(dòng)作壓力與最大工作壓力的壓差為0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力可估算為大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，圖4表明，快退時(shí)液壓缸中的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力為：（2）計(jì)

25、算總流量 表3表明，在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中，液壓油源應(yīng)向液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快進(jìn)工作階段，為0.5485 L/S，若整個(gè)回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的10%計(jì)算，則液壓油源所需提供的總流量為：=36.2L/min工作進(jìn)給時(shí)，液壓缸所需流量約為0.0084L/s，但由于要考慮溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量0.05 L/s，故小流量泵的供油量最少應(yīng)為0.0584L/s。 據(jù)據(jù)以上液壓油源最大工作壓力和總流量的計(jì)算數(shù)值，因此選取PV2R12-12/32型雙聯(lián)葉片泵，其中小泵的排量為12mL/r，大泵的排量為32mL/r，若取液壓泵的容積效率=0.9，則當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速=940r/min時(shí)，液壓泵的實(shí)際輸出

26、流量為 由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為0.97MPa、流量為37.224r/min。取泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為：根據(jù)上述功率計(jì)算數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)選取Y100L-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。參數(shù)如表5。表5 液壓泵參數(shù)元件名稱(chēng)估計(jì)流量規(guī)格額定流量額定壓力MPa型號(hào)雙聯(lián)葉片泵37.224最高工作壓力為21 MPaPV2R12-12/325.2閥類(lèi)元件和輔助元件的選擇圖5液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、換向閥、單項(xiàng)閥等閥類(lèi)元件以及濾油器、空氣濾清器等輔助元件。5.2.1閥類(lèi)元件的選擇根據(jù)上述流量及壓力計(jì)算結(jié)果，對(duì)圖5初步擬定的液壓系統(tǒng)原理圖中各種閥類(lèi)元件及輔助元

27、件進(jìn)行選擇。其中調(diào)速閥的選擇應(yīng)考慮使調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)小于液壓缸工進(jìn)所需流量。通過(guò)圖5中4個(gè)單向閥的額定流量是各不相同的，因此最好選用不同規(guī)格的單向閥。圖5中溢流閥9、背壓閥8和順序閥7的選擇可根據(jù)調(diào)定壓力和流經(jīng)閥的額定流量來(lái)選擇閥的型式和規(guī)格，其中溢流閥2的作用是調(diào)定工作進(jìn)給過(guò)程中小流量液壓泵的供油壓力，因此該閥應(yīng)選擇先導(dǎo)式溢流閥，連接在大流量液壓泵出口處的順序閥7用于使大流量液壓泵卸荷，因此應(yīng)選擇外控式。背壓閥8的作用是實(shí)現(xiàn)液壓缸快進(jìn)和工進(jìn)的切換，同時(shí)在工進(jìn)過(guò)程中做背壓閥，因此采用內(nèi)控式順序閥。最后本設(shè)計(jì)所選擇方案如表6所示，表中給出了各種液壓閥的型號(hào)。 表6 閥類(lèi)元件的選擇序號(hào)元件名

28、稱(chēng)通過(guò)的最大流量q/L/min規(guī)格型號(hào)額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵PV2R12-6/2637162三位五通電液換向閥5035DYE10B80160.53行程閥60AXQF-E10B63160.34調(diào)速閥2xqp=2x37L/min=74L/min選用EF系列液壓空氣濾清器，其主要參數(shù)如表8所示。表8 液壓空氣濾清器參數(shù)型號(hào)過(guò)濾注油口徑mm注油流量L/min空氣流量L/min油過(guò)濾面積L/minAmmBmmammbmmcmm四只螺釘均布mm空氣過(guò)濾精度mm油過(guò)濾精度mEF2-32281410512010050475964M580.279125注：液

29、壓油過(guò)濾精度可以根據(jù)用戶(hù)的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。5.3油管的選擇圖5中各元件間連接管道的規(guī)格可根據(jù)元件接口處尺寸來(lái)決定，液壓缸進(jìn)、出油管的規(guī)格可按照輸入、排出油液的最大流量進(jìn)行計(jì)算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以應(yīng)對(duì)液壓缸進(jìn)油和出油連接管路重新進(jìn)行計(jì)算，如表8所示。根據(jù)表9中數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時(shí)，可算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：d=2 =2x d=2 =2x mm=16.23mm因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T2351-2005選用公稱(chēng)通徑為和的無(wú)縫鋼管或高壓軟管。如果液壓缸采用缸筒固定式，則兩根連接管采用無(wú)縫

30、鋼管連接在液壓缸缸筒上即可。如果液壓缸采用活塞桿固定式，則與液壓缸相連的兩根油管可以采用無(wú)縫鋼管連接在液壓缸活塞桿上或采用高壓軟管連接在缸筒上。表9各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量流量、速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/(L/min）=73.67排出流量/(L/min）=75.24運(yùn)動(dòng)速度/(L/min）由表可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。5.4 油箱的設(shè)計(jì)油箱長(zhǎng)寬高的確定油箱的主要用途是貯存油液，同時(shí)也起到散熱的作用，參考相關(guān)文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)資料，油箱的設(shè)計(jì)可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法計(jì)算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對(duì)油箱的容積進(jìn)行校核。油箱中能夠容納的油液容積按JB/T7

31、9381999標(biāo)準(zhǔn)估算，取時(shí)，求得其容積為按JB/T79381999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。 如果取油箱內(nèi)長(zhǎng)l1、寬w1、高h(yuǎn)1比例為3：2：1，可得長(zhǎng)為：=1107mm，寬=738mm，高為=369mm。對(duì)于分離式油箱采用普通鋼板焊接即可，鋼板的厚度分別為：油箱箱壁厚3mm，箱底厚度5mm，因?yàn)橄渖w上需要安裝其他液壓元件，因此箱蓋厚度取為10mm。為了易于散熱和便于對(duì)油箱進(jìn)行搬移及維護(hù)保養(yǎng)，取箱底離地的距離為160mm。因此，油箱基體的總長(zhǎng)總寬總高為：長(zhǎng)為：寬為：高為：為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜角度為。隔板尺寸的確定為起到消除氣泡和使油液中雜質(zhì)有效沉淀的作用，油箱中應(yīng)采用隔板把油

32、箱分成兩部分。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，隔板高度取為箱內(nèi)油面高度的3/4，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，隔板的高度應(yīng)為：隔板的厚度與箱壁厚度相同，取為3mm。各種油管的尺寸油箱上回油管直徑可根據(jù)前述液壓缸進(jìn)、出油管直徑進(jìn)行選取，上述油管的最大內(nèi)徑為20mm，外徑取為28mm。泄漏油管的尺寸遠(yuǎn)小于回油管尺寸，可按照各順序閥或液壓泵等元件上泄漏油口的尺寸進(jìn)行選取。油箱上吸油管的尺寸可根據(jù)液壓泵流量和管中允許的最大流速進(jìn)行計(jì)算。液壓泵流量為41.36L/min，取吸油管中油液的流速為1m/s。可得：m=29.6mm。 液壓泵的吸油管徑應(yīng)盡可能選擇較大的尺寸，以防止液壓泵內(nèi)氣穴的發(fā)生。因此根據(jù)上述數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)取公稱(chēng)直徑為d=2

33、8mm，外徑為35mm。六、液壓系統(tǒng)主要性能的驗(yàn)算計(jì)算系統(tǒng)壓力，必須知道管道的直徑和管道長(zhǎng)度。管道直徑確定為d=20mm,進(jìn)、回管道長(zhǎng)度都定為l=2m；油液的運(yùn)動(dòng)黏度取，油液的密度取。3、 判斷流動(dòng)狀態(tài)由雷諾數(shù)可知，在油液粘度，管道內(nèi)徑d一定條件下，的大小與成正比。在整個(gè)舉升過(guò)程中最大流量=60L/min,由此可知，此時(shí)的Re=（4x60x10-3）/（60x3.14x20x10-3x1x10-4） =636.9也為最大。因?yàn)樽畲蟮木托∮谂R界雷諾數(shù)（2000），故可推論出進(jìn)、回油路中油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。6.1.1計(jì)算系統(tǒng)壓力損失 層流流動(dòng)狀態(tài)的沿程阻力系數(shù) 溶液在管道內(nèi)的流速 同時(shí)代入沿程

34、壓力損失計(jì)算并將已知公式，數(shù)據(jù)代入后，得 =0.5478x108q=(0.5478x108x60x10-3)/60=0.5478x105Pa在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失按下式作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，即所以， =0.1x0.5478x105 =0.5478x104 Pa 根據(jù)公式 計(jì)算各閥類(lèi)原件的局部壓力損失：其中的液壓閥的額定壓力損失是由產(chǎn)品樣本查出，是液壓閥的額定流量，是液壓閥的實(shí)際流量。從液壓泵出來(lái)的油經(jīng)壓力補(bǔ)償閥9（溢流閥）：額定流量為63L/min，額定壓力損失為2x105Pa；單向閥10：額定流量為63L/min,額定壓力損失為0.2x105Pa；三位五通電液換向閥2：額定流量

35、為80L/min ，額定壓力損失為5x105Pa；單向閥5：額定流量為63L/min，額定壓力損失為2x105Pa。所以通過(guò)各閥的局部壓力損失之和為：Pv=0.2x(60/63)2+0.02x(60/63)2+0.5x(60/80)2+0.2x(60/63)2 =6.62x105Pa回路中的總壓力損失為： =0.5478x105+0.5478x104+6.62x105 =7.22x105Pa6.1.2液壓泵工作壓力的估算 液壓泵最大壓力等于液壓缸工作腔壓力加上進(jìn)油路上的壓力損失，即大流量泵: =0.97Mp+7.22x105Pa =1.692Mp小流量泵：Pp=6.18Mp+7.22x105P

36、a =6.902Mp由計(jì)算結(jié)果看，泵的實(shí)際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所選泵是合適的，此值也是負(fù)荷傳感閥（調(diào)整溢流閥）9的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。7、 集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)一般意義上講，集成塊就是指集成電路，集成塊是集成電路的實(shí)體，也是集成電路的通俗叫法。從字面意思來(lái)講，集成電路是一種電路形式，而集成塊則是集成電路的實(shí)物反映。集成塊是由底版、集成塊、蓋板和安裝在集成塊上的閥組成。7.1液壓集成回路設(shè)計(jì)（1）回路劃為為若干單元回路，每個(gè)單元回路一般由三個(gè)液壓元件組成，采用通用的壓力油路P和回油路，這樣的單元回路稱(chēng)液壓?jiǎn)卧苫芈?。設(shè)計(jì)液壓?jiǎn)卧苫芈窌r(shí)，優(yōu)先選用通用液壓?jiǎn)卧苫芈?，?/p>

37、減少集成塊設(shè)計(jì)工作量，提高通用性。(2)連接起來(lái)，組成液壓集成回路。一個(gè)完整的液壓集成回路由底板、供油回路、壓力控制回路、方向回路、調(diào)速回路、頂蓋及測(cè)壓回路等單元液壓集成回路組成。液壓集成回路設(shè)計(jì)完成之后，要和液壓回路進(jìn)行比較,分析工作原理是否相同,否則說(shuō)明液壓集成回路出了差錯(cuò)。7.2液壓集成塊及其設(shè)計(jì)若液壓?jiǎn)卧蓧K回路中液壓元件較多或者不好安排時(shí)，可以采用過(guò)渡板把閥與集成塊連接起來(lái)。如：集成塊某側(cè)面要固定兩個(gè)液壓元件有困難，如果采用過(guò)渡板則會(huì)使問(wèn)題比較容易解決。使用過(guò)渡板時(shí)，應(yīng)注意，過(guò)渡板不能與上下集成塊上的元件碰撞，避免影響集成塊的安裝，過(guò)渡板的高度應(yīng)比集成塊小2mm。過(guò)渡板一般安裝在集成塊的正面，過(guò)渡板厚度為3540mm，在不影響其部件工作的條件下，其長(zhǎng)度可稍大于集成塊尺寸。過(guò)渡板上孔道的設(shè)計(jì)與集成塊相同?？刹捎孟葘⑵溆寐葆斉c集成塊連好，再將閥裝在其上的方法安裝。決定通道的孔徑。集成塊上的公用通道，即壓力油孔P、回油孔T、泄漏孔L（有時(shí)不用）及四個(gè)安裝孔。壓力油孔由液壓