2264 半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2264 半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),半自動(dòng),專用,銑床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì) - 1 -半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要通過(guò)對(duì)半自動(dòng)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(jì)方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中最主要的是液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(rèn)識(shí)。采用計(jì)算機(jī)軟件既可以極大地提高編程質(zhì)量又增加計(jì)算的準(zhǔn)確性。通過(guò)大量的搜集資料和認(rèn)真學(xué)習(xí)研究，本文提出了基于參數(shù)要求的一套半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，驗(yàn)證了該方法能夠滿足要求，最終得以實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：半自動(dòng)；銑床；液壓系統(tǒng)；設(shè)計(jì)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(lái)，液壓傳動(dòng)在防漏、治污、降噪、節(jié)能和材質(zhì)研究等各個(gè)方面都有長(zhǎng)足的進(jìn)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(shí)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(diǎn)上，液壓傳動(dòng)已穩(wěn)居各種傳動(dòng)方式之首，無(wú)可替代。因此研究液壓系統(tǒng)是十分必要的。1.1 液壓傳動(dòng)的定義一部完整的機(jī)器是由原動(dòng)機(jī)(Prime Mover)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(Transmission Section)及控制部分(Control Section)、工作機(jī)(End-use Device)(含輔助裝置)組成。原動(dòng)機(jī)包括電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。工作機(jī)即完成該機(jī)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(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速變化范圍有限，為了適應(yīng)工作機(jī)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(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用是把原動(dòng)機(jī)輸出功率經(jīng)過(guò)變換后傳遞給工作機(jī)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)(Mechanics)、電氣傳動(dòng)(Electrics)和流體傳動(dòng)(Fluid Power)機(jī)構(gòu)。流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液壓傳動(dòng)(Hydraulic Power Transmission )、液力傳動(dòng)(Fluid drive)和氣壓傳動(dòng)(Pneumatics) 。液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式 【1】 。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來(lái)傳遞能量；而液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來(lái)傳遞能量。由于液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建筑、石油化工、交通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機(jī)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時(shí)，也被應(yīng)用到航天航空、海洋開發(fā)、核能工程和地震預(yù)測(cè)等各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域。 1.2 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，它是一門新學(xué)科，從 17 世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動(dòng)原理，18 世紀(jì)末英國(guó)制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)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(dòng)技術(shù)沒(méi)有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)技術(shù)的要求越來(lái)越高，液壓傳動(dòng)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(dòng)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(jī)床到本世紀(jì) 30 年代才用上了液壓傳動(dòng)。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(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善及各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化而在機(jī)械制造，工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來(lái)。近 30 年來(lái)，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都得到了應(yīng)用，如工程機(jī)械、數(shù)控加工中心、冶金自動(dòng)線等。采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)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(jìn)元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場(chǎng)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(dòng)介質(zhì)，推進(jìn)工作介質(zhì)多元化。1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)?。?）液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 1）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動(dòng)機(jī)的 10％～20%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過(guò)載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊。 2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá) 1：2000(一般為 1：100） 。 3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制。 5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤(rùn)滑，磨損小，使用壽- 4 -命長(zhǎng)。 6）操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高。 7）容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。8)液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和使用。（2）液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) 1）使用液壓傳動(dòng)對(duì)維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔。 2）對(duì)液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高。 3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平。 4）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化較敏感，這會(huì)影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動(dòng)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(dòng)在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)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(jì)2.1 設(shè)計(jì)目的本次設(shè)計(jì)屬于機(jī)械類科目，這一課題涉及液壓傳動(dòng)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)制圖等多方面的知識(shí)，通過(guò)這次設(shè)計(jì)不僅能夠使我綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用，而且鍛煉我的實(shí)際手動(dòng)能力和創(chuàng)新能力。進(jìn)一步加深了我對(duì)液壓系統(tǒng)工作原理的理解，使我更全面的了解半自動(dòng)專用液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程以及銑床在工作過(guò)程中的要求。2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求半自動(dòng)專用銑床的液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，主要是明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，進(jìn)行工況分析，擬定和分析液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)方案，繪制液壓系統(tǒng)工作原理圖，計(jì)算和設(shè)計(jì)主要液壓元件，液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算，編寫說(shuō)明書。設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)必須首先明確設(shè)計(jì)要求：（1）主機(jī)的用途、主要結(jié)構(gòu)、總統(tǒng)布局；主機(jī)對(duì)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(jī)的工藝流程或工作循環(huán)；液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式及其工作范圍。（3）液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度的大小及其變化范圍。（4）主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序或互鎖要求，各動(dòng)作的同步要求及同步精度。（5）對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能、工作效率、自動(dòng)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(dòng)等。（7）其他方面的要求，如液壓裝置在外觀、色彩、經(jīng)濟(jì)性等方面的規(guī)定或限制。2.2.1 機(jī)床類型及動(dòng)作循環(huán)要求本設(shè)計(jì)以一臺(tái)臥式半自動(dòng)專用銑床為例，要求設(shè)計(jì)出驅(qū)動(dòng)它的動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)“手工上料→按電鈕開始→手工定位夾緊→工作臺(tái)快進(jìn)→銑削進(jìn)給→鞏固總臺(tái)快退→夾具松開→手工卸料”的工作循環(huán) 【3】 。2.2.2 機(jī)床對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的具體參數(shù)要求通過(guò)綜合比較，可以將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定為如下：定位缸負(fù)載力 200N移動(dòng)重件力 20N，- 6 -移動(dòng)行程 10mm定位夾緊時(shí)間 1S夾緊缸負(fù)載力 4000N加工直徑 =38mm?快進(jìn)行程 300mm,工進(jìn)行程 80mm,快進(jìn)、快退速度 6m/min,0.345m/min 動(dòng)力滑臺(tái)采用半導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù) f =0.3s動(dòng)摩擦系數(shù) f =0.15d2.3 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析（1）計(jì)算工作負(fù)載工作負(fù)載即為切削力，經(jīng)資料得 【4】 ，切削力可為:F=20000N（2）計(jì)算工進(jìn)速度 切削速度可按 孔的切削用量計(jì)算，選擇切削用量為：鉆 38 孔時(shí)，取半自動(dòng)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(jìn)速度 v =ns= ×0.2=1.2(mm/s)=1.2×10 (m/s)dv?1026033?（3）計(jì)算摩擦負(fù)載靜摩擦阻力 F =u G (2-1) Ss動(dòng)摩擦阻力 F =u G (2-2)d（4）計(jì)算慣性負(fù)載F = (2-3)gtvG?以上參數(shù) F 、F 、F 的具體計(jì)算方法見(jiàn)用 MATLAB 程序設(shè)計(jì) 【5】 編制的程序一：gSd程序一：參數(shù)計(jì)算Function f % 工作負(fù)載的參數(shù)計(jì)算G=9800;g=9.8;deltat=0.5;Deltav=0.1; % 單位：m/sFs=0.2; % 導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)Fd=0.1 % 導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)- 7 -Fa=(G/g*(deltav/deltat) %運(yùn)動(dòng)部件慣性負(fù)載Fs=fs*G % 導(dǎo)軌靜摩擦力Fd=fd*G % 導(dǎo)軌動(dòng)摩擦力運(yùn)行結(jié)果：>>Fg=500 Fs=1960 Fd=980其他運(yùn)行程序同上，得出各工作階段液壓缸的負(fù)載，如表 2-1 所示。表 2-1 液壓缸負(fù)載計(jì)算工況 計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 F/N 液壓缸驅(qū)動(dòng)力 F /N0啟動(dòng) F=u Gs 1960 2180加速 F=u G+(G/g)( )dtu?/1480 1650快進(jìn) F=u Gd980 1090工進(jìn) F=F +u Gt30980 34422反向啟動(dòng) 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(jī)械效率 η =0.9。m（2）不考慮動(dòng)力滑臺(tái)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(jìn)、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(dòng)液壓缸?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸作差動(dòng)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(wú)桿腔壓力 p ,計(jì)算中取兩者之1- 8 -差 =p -p =0.5MPa；同時(shí)還要注意到，啟動(dòng)瞬間活塞尚未移動(dòng)，此時(shí) 。工進(jìn)p?21 0??p時(shí)為防止孔鉆通時(shí)負(fù)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(shí)假定，快退時(shí)間油壓損失為 0.7MPa【6】 。][表 2-2【3】 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)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(jì)算液壓缸主要尺寸由工進(jìn)時(shí)的推力式 F =(p A -p A ) 【7】 計(jì)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(biāo)準(zhǔn)直徑 D= 115mm；因?yàn)?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(jì)算，見(jiàn)用 MATLAB 語(yǔ)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(jì)function dA=103.4D=((4*A)/pi)^(1/2)If 110>D=115 d=802.4.3 計(jì)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(fù)載和速度要求及液壓缸的有效工作面積，可以計(jì)算出液壓缸工作過(guò)程中各階段的壓力、流量和功率。在計(jì)算過(guò)程中，工進(jìn)時(shí)因回油節(jié)流調(diào)速，背壓p=0.6MPa。計(jì)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(jì)算公式 F /N0回油腔壓力 p /Mpa2進(jìn)油腔壓力 p /Mpa1輸入流量Q/(L/s)輸入功率 P/KW啟動(dòng) 2180 0 0.434 - -加速 1650 1.36 0.86 - -快進(jìn)恒速p =120APF???Q=Au1P=p q 1090 1.25 0.75 0.5 0.375工進(jìn) p =1120AF?q=A u P=p Q234422 0.6 3.63 0.012 0.045啟動(dòng) 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(jì)的液壓系統(tǒng)功率較小，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。如圖 2-1，為選用的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。圖 2-1 進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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(dá)的進(jìn)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(dǎo)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(dá)的扭轉(zhuǎn)保護(hù)，在壓力升高時(shí)發(fā)出信號(hào)；液壓缸的工作壓力有減壓閥設(shè)定并通過(guò)壓力表及其開關(guān)顯示；液壓缸的運(yùn)動(dòng)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(jìn)給通過(guò)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(lái)，并經(jīng)過(guò)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(dòng)后，電磁鐵 1YA 通電，液壓泵由卸荷轉(zhuǎn)為升壓并向液壓馬達(dá)和液壓缸同時(shí)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(jìn)入液壓馬達(dá) 14 的壓油腔，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)（同時(shí)馬達(dá)回油腔經(jīng)冷卻器 5 向油箱排油） 。與此同時(shí)，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(jìn)入液壓缸 13 的無(wú)桿腔（有桿腔油液經(jīng)閥 11 和 7 排回油箱） ，活塞桿驅(qū)動(dòng)鉆頭鐵速前進(jìn)；當(dāng)固定于滑座前端的擋鐵碰觸行程開關(guān) SQ1 時(shí)，電磁鐵 4YA通電使換向閥 11 切換至右位，則液壓缸無(wú)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(jìn)，機(jī)床進(jìn)入鉆削階段，工進(jìn)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(jìn)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(shí)，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(dǎo)致堵塞故障時(shí)，則液壓馬達(dá)扭距增大，使馬達(dá)進(jìn)油壓力上升，當(dāng)壓力超過(guò)壓力繼電器 12 的設(shè)定值時(shí)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(jìn)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(jì)中，為了使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(diǎn)是 【9】 ：1、自行設(shè)計(jì)的定量泵轉(zhuǎn)子，可提供客戶規(guī)定范圍之供液能力。 2、獨(dú)特的正壓式結(jié)構(gòu)，使熔液流動(dòng)速度更加穩(wěn)定。 　3、根據(jù)客戶要求定做，可與各品牌型號(hào)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(dá)圖 2-2 半自動(dòng)專用銑床系統(tǒng)原理圖該系統(tǒng)既能單獨(dú)動(dòng)作，又能連續(xù)自動(dòng)工作，其自動(dòng)循環(huán)工作時(shí)電磁鐵動(dòng)作順序如表 2-4。表 2-4 電磁鐵動(dòng)作順序1YA 2YA 3YA 4YA 5YA快進(jìn) + + - - +工進(jìn) + + - + +快退 - - + - -2.5.4 技術(shù)特點(diǎn) （1）該半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)采用定量泵供油；液壓馬達(dá)為進(jìn)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(guò)電磁溢流閥卸荷。（2）通過(guò)壓力繼電器實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的扭矩保護(hù)。（3）液壓缸通過(guò)電磁換向閥實(shí)現(xiàn)快慢進(jìn)給的轉(zhuǎn)換。（4）機(jī)床的床身兼做液壓系統(tǒng)的油箱，減小機(jī)床的占地面積；系統(tǒng)設(shè)有冷卻器，減小了油液發(fā)熱對(duì)機(jī)床精度的影響。- 13 -- 14 -第三章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算3.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失實(shí)際液體是有粘性的，所以流動(dòng)時(shí)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(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮盡量減小壓力損失。液體在流動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)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(shí)，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(dòng)阻力所造成的壓力損失，稱為局部壓力損失 【10】 。計(jì)算系統(tǒng)的壓力損失，必須知道管道的直徑和管道長(zhǎng)度。已知選定油管的直徑d=20mm，進(jìn)、回油管長(zhǎng)度都定為 l=2m；查表 2-8【14】 取油液的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油路中所通過(guò)的流量以快退時(shí)回油量為 Q=63.9L/min 最大，由此可知，此時(shí)的雷諾數(shù)也最大。雷諾數(shù)的具體計(jì)算方法見(jiàn)用 MATLAB 程序設(shè)計(jì)編制的程序五：程序五：雷諾數(shù)的計(jì)算Function Re % 雷諾系數(shù)的計(jì)算V=1: % 液的運(yùn)動(dòng)粘度q1=63.9: % 快退時(shí)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(yùn)行結(jié)果>>Re=753.7155因?yàn)樽畲蟮睦字Z系數(shù)小于臨界雷諾系數(shù)（2300） 【11】 ，故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的流動(dòng)狀態(tài)均為層流 。]19[（2）計(jì)算系統(tǒng)壓力損失為了計(jì)算上的方便，首先將計(jì)算沿程壓力損失的公式簡(jiǎn)化，為此，將適用于層流流動(dòng)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(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式= (3-4)?p?l2v?整理得= q (3-5)?4275dl??可見(jiàn)，沿程壓力損失的大小與其通過(guò)的流量成正比，這是由層流流動(dòng)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(yàn)公式計(jì)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(jì)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(guò)閥的實(shí)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(jì)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(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)的不同階段分別進(jìn)行。下面以快進(jìn)工況，進(jìn)油路中的壓力損失計(jì)算如下：在進(jìn)油路上的壓力損失分別為：=8.22×10 q (3-8)?p?7進(jìn)=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(jìn)=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(jì)算出各工況下的進(jìn)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(jìn) 工進(jìn) 快退?p?0.0744 0 0.033?0.0742 0 0.0033v0.2926 0.5 0.0022進(jìn)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(jìn)時(shí)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(jì)。（3）確定系統(tǒng)的調(diào)整壓力根據(jù)上述計(jì)算可知：溢流閥 2 的調(diào)整壓力應(yīng)為液壓缸工進(jìn)階段的工作壓力與進(jìn)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(shí)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(jìn)階段的工作壓力與進(jìn)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(shí)的主要參考數(shù)據(jù)。3.2 估計(jì)系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升由已知條件及表 3-6 可計(jì)算出快進(jìn)、工進(jìn)及快退所需的時(shí)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(gè)工作循環(huán)周期中，快進(jìn)、快退僅占 3%，而工進(jìn)占 97%，系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升完全可以用工進(jìn)時(shí)的效率來(lái)代表整個(gè)循環(huán)的效率。根據(jù) 9-32【15】 中的公式可算出工進(jìn)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(fù) 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(jì)89.0?m?95.0?A?]17[算得此液壓系統(tǒng)的效率(3-22)Ac工進(jìn)時(shí)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(jì)算公式可算得工進(jìn)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(jī)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(jì)主要是對(duì)半自動(dòng)專用銑床液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括液壓缸、液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等的計(jì)算與選擇，還有對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的效率、發(fā)熱和溫升的驗(yàn)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(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格的工程設(shè)計(jì)人員只是掌握本專業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)。在計(jì)算過(guò)程難免會(huì)存在這樣那樣的問(wèn)題，由于本人的專業(yè)水平限制，以及對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的理解程度不夠深入和透徹，還有理論過(guò)程與實(shí)際過(guò)程之間的差異的考慮較少，在對(duì)一些設(shè)計(jì)參數(shù)的估計(jì)上存在著或多或少的偏差，這就直接導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果與實(shí)際正確值之間的誤差。這是本設(shè)計(jì)最大的不足之處。此外，我并沒(méi)有過(guò)多從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)考慮系統(tǒng)，由于對(duì)材料成本方面了解的欠缺，我們只能從性能的角度來(lái)討論問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)性能方面的問(wèn)題有所提及，但是涉及的非常少。這也是此設(shè)計(jì)的一個(gè)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(yuǎn)的夢(mèng)想，即中國(guó)的廣大農(nóng)村和中小城鎮(zhèn)，人們也已經(jīng)可以感覺(jué)到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)給他們帶來(lái)的巨大的好處。我相信只有將書本中學(xué)到的東西運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，知識(shí)才能真正的為我所用，才能真正實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值。- 20 -參考文獻(xiàn)[1] 劉衛(wèi)國(guó)主編.MATLAB 程序設(shè)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.5[3] 王積偉等主編.液壓傳動(dòng)（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.12[4] 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謝經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師（）老師。老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料，到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是（）老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩（）老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。