組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的設計.doc

畢業(yè)設計論文 1 摘要 本論文主要闡述了組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng) 能實現(xiàn)的工作循環(huán)是 快 速前進 工作進給 快速退回 原位停止 液壓技術是機械設備中發(fā)展速度 最快的技術之一 特別是近年可與微電子 計算機技術相結合 使液壓技術進 入了一個新的發(fā)展階段 目前 已廣泛應用在工業(yè)各領域 由于近年來微電子 計算機技術的發(fā)展 液壓元器件制造技術的進一步提高 使液壓技術不僅在作 為一種基本的傳統(tǒng)形式上占有重要地位而且以優(yōu)良的靜態(tài) 動態(tài)性能成為一種 重要的控制手段 面對我國經(jīng)濟近年來的快速發(fā)展 機械制造工業(yè)的壯大 在國民經(jīng)濟中占 重要地位的制造業(yè)領域得以健康快速的發(fā)展 制造裝備的改進 使得作為制造 工業(yè)重要設備的各類機加工藝裝備也有了許多新的變化 尤其是孔加工 其在 今天的液壓系統(tǒng)的地位越來越重要 本液壓系統(tǒng)的設計 除了滿足主機在動作和性能方面規(guī)定的要求外 還必 須符合體積小 重量輕 成本低 效率高 結構簡單 工作可靠 使用和維修 方便等一些公認的普遍設計原則 液壓系統(tǒng)的設計主要是根據(jù)已知的條件 來 確定液壓工作方案 液壓流量 壓力和液壓泵及其它元件的設計 綜上所述 完成整個設計過程需要進行一系列艱巨的工作 設計者首先應 樹立正確的設計思想 努力掌握先進的科學技術知識和科學的辯證的思想方法 同時 還要堅持理論聯(lián)系實際 并在實踐中不斷總結和積累設計經(jīng)驗 向有關 領域的科技工作者和從事生產(chǎn)實踐的工作者學習 不斷發(fā)展和創(chuàng)新 才能較好 地完成機械設計任務 關鍵詞 組合機床 液壓系統(tǒng) 液壓缸 液壓泵換向閥 Abstract Abstract The face of China s economy developed rapidly in recent years the growth of machinery manufacturing industry in the national economy accounts for an important position in the field of manufacturing industry to be healthy and rapid development Improvement of manufacturing equipment making an important equipment manufacturing industry as a wide range of machining processes and equipment have been many new changes especially the hole processing in today s hydraulic system is becoming more and more important Boring machine hydraulic system design in addition to the host in action and meet the performance requirements of the provisions but also must meet the small size light weight low cost high efficiency simple structure reliable operation convenient use and maintenance of a number of generally recognized design principles The design of the hydraulic system is the basis of known conditions to determine the work program of hydraulic hydraulic flow pressure and hydraulic pumps and other components of the design To sum up the need to complete the entire design process to conduct a series of hard work In recent years in particular with the microelectronics computer technology so that the hydraulic technology has entered a new stage of development At present it has been widely used in industry in 畢業(yè)設計論文 2 various fields In recent years microelectronics computer technology hydraulic components to further improve manufacturing technology so that hydraulic technology as a fundamental not only in traditional form but also occupies an important position with excellent static and dynamic performance has become an important means of control Enter here Abstract In this paper focused on the combination of dual use horizontal boring drilling machine hydraulic system to achieve the duty cycle is work fast forward feed situ rapid return to stop hydraulic technology is mechanical equipment in the fastest growing technologies KeyKey wordswords modular machine tool hydraulic system pump hydraulic cylinder valve 畢業(yè)設計論文 3 目錄目錄 1 液壓傳動的發(fā)展液壓傳動的發(fā)展概況概況和應用和應用 7 1 1 液壓傳動的發(fā)展概況 7 1 2 液壓傳動在機械行業(yè)中的應用 7 1 3 靜液壓傳動裝置的應用 8 2 2 液壓傳動的工作原理和組成液壓傳動的工作原理和組成 9 2 1 工作原理 9 2 2 液壓系統(tǒng)的基本組成 9 3 3 液壓傳動的優(yōu)缺點液壓傳動的優(yōu)缺點 10 3 1 液壓傳動的優(yōu)點 10 3 2 液壓傳動的缺點 10 4 4 液壓系統(tǒng)工況分析液壓系統(tǒng)工況分析 12 4 1 運動分析 12 4 2 負載分析 12 4 2 1 負載計算 12 4 2 2 液壓缸各階段工作負載計算 12 4 2 3 繪制動力滑臺負載循環(huán)圖 速度循環(huán)圖 見圖 1 13 4 2 4 確定液壓缸的工作壓力 14 4 2 5 確定缸筒內徑 D 活塞桿直徑 d 14 4 2 6 液壓缸實際有效面積計算 14 4 2 7 最低穩(wěn)定速度驗算 14 4 2 7 計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力 流量 功率列于表 1 14 5 5 擬定液壓系統(tǒng)圖擬定液壓系統(tǒng)圖 16 5 1 液壓泵型式的選擇 16 5 2 選擇液壓回路 16 5 3 組成液壓系統(tǒng) 17 6 6 液壓元件選擇液壓元件選擇 19 6 1 選擇液壓泵和電機 19 6 1 1 確定液壓泵的工作壓力 19 6 1 2 液壓泵的流量 19 6 1 3 選擇電機 19 6 2 輔件元件的選擇 22 6 3 確定管道尺寸 23 7 7 液壓系統(tǒng)的性能驗算液壓系統(tǒng)的性能驗算 24 7 1 管路系統(tǒng)壓力損失驗算 24 畢業(yè)設計論文 4 7 1 1 判斷油流類型 24 7 1 2 沿程壓力損失 P1 24 7 1 3 局部壓力損失 P2 24 7 2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算 27 7 2 1 液壓泵的輸入功率 27 7 2 2 有效功率 27 7 2 3 系統(tǒng)發(fā)熱功率 Ph 27 7 2 4 散熱面積 27 7 2 5 油液溫升 t 27 8 8 液壓系統(tǒng)最新發(fā)展狀況液壓系統(tǒng)最新發(fā)展狀況 28 8 1 國外液壓系統(tǒng)的發(fā)展 28 8 2 遠程液壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展 29 9 9 注意事項注意事項 31 結束語 32 謝辭 33 文 獻 34 畢業(yè)設計論文 5 1 液壓傳動的發(fā)展液壓傳動的發(fā)展概況概況和應用和應用 1 11 1 液壓傳動的發(fā)展液壓傳動的發(fā)展概況概況 液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動 是根據(jù) 17 世紀帕斯卡提出的液體靜壓 力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術 是工農業(yè)生產(chǎn)中廣為應用的一門技術 如今 流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志 第一個使用液壓原理的是 1795 年英國約瑟夫 布拉曼 Joseph Braman 1749 1814 在倫敦用水作為工作介質 以水壓機的形式將其應用于工 業(yè)上 誕生了世界上第一臺水壓機 1905 年他又將工作介質水改為油 進一步得 到改善 第一次世界大戰(zhàn) 1914 1918 后液壓傳動廣泛應用 特別是 1920 年以后 發(fā)展 更為迅速 液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的 20 年間 才開始進入正規(guī) 的工業(yè)生產(chǎn)階段 1925 年維克斯 F Vikers 發(fā)明了壓力平衡式葉片泵 為近代液 壓元件工業(yè)或液壓傳動 的逐步建立奠定了基礎 20 世紀初康斯坦丁 尼斯克 G Constantimsco 對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究 1910 年對液力傳動 液力聯(lián)軸節(jié) 液力變矩器等 方面的貢獻 使這兩方面領域得到了發(fā)展 我國的液壓工業(yè)開始于 20 世紀 50 年代 液壓元件最初應用于機床和鍛壓 設備 60 年代獲得較大發(fā)展 已滲透到各個工業(yè)部門 在機床 工程機械 冶 金 農業(yè)機械 汽車 船舶 航空 石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應 用 當前液壓技術正向高壓 高速 大功率 高效率 低噪聲 低能耗 長壽 命 高度集成化等方向發(fā)展 同時 新元件的應用 系統(tǒng)計算機輔助設計 計 算機仿真和優(yōu)化 微機控制等工作 也取得了顯著成果 目前 我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列 并生產(chǎn)出許多新型元件 如插裝式錐閥 電液比例閥 電液伺服閥 電業(yè)數(shù)字控制閥等 我國機械工業(yè) 在認真消化 推廣國外引進的先進液壓技術的同時 大力研制 開發(fā)國產(chǎn)液壓 件新產(chǎn)品 加強產(chǎn)品質量可靠性和新技術應用的研究 積極采用國際標準 合 理調整產(chǎn)品結構 對一些性能差而且不符合國家標準的液壓件產(chǎn)品 采用逐步 淘汰的措施 由此可見 隨著科學技術的迅速發(fā)展 液壓技術將獲得進一步發(fā) 展 在各種機械設備上的應用將更加廣泛 1 21 2 液壓傳動在機械行業(yè)中的應用液壓傳動在機械行業(yè)中的應用 機床工業(yè) 磨床 銑床 刨床 拉床 壓力機 自動機床 組合機床 數(shù)控機床 加工中心等 工程機械 挖掘機 裝載機 推土機等 汽車工業(yè) 自卸式汽車 平板車 高空作業(yè)車等 畢業(yè)設計論文 6 農業(yè)機械 聯(lián)合收割機的控制系統(tǒng) 拖拉機的懸掛裝置等 輕工機械 打包機 注塑機 校直機 橡膠硫化機 造紙機等 冶金機械 電爐控制系統(tǒng) 軋鋼機控制系統(tǒng)等 起重運輸機械 起重機 叉車 裝卸機械 液壓千斤頂?shù)?礦山機械 開采機 提升機 液壓支架等 建筑機械 打樁機 平地機等 船舶港口機械 起貨機 錨機 舵機等 鑄造機械 砂型壓實機 加料機 壓鑄機等 1 31 3 靜液壓傳動裝置的應用靜液壓傳動裝置的應用 靜液壓傳動由于具有無級變速 調速范圍寬 可以實現(xiàn)恒扭或恒功率調速 容易實現(xiàn)電控等優(yōu)點 在工程機械中具有良好的應用前景 但是在鏟土運輸機 械和起重機械中作為主要傳動就用卻很少 其主要問題是在于國內液壓元件質 量差 而國外的液壓元件價格又太高 會造成主同成本過高 90 年代以來 國 內已引進了德國林德公司靜液壓叉車 以及利勃海爾公司靜液壓推土機的裝載 機 但在國內市場所占份額很小 從國內工程機械市場的實際出發(fā) 本文對靜 液壓傳動在國內的推廣應用提出探討性的意見如下 1 靜液壓傳動叉車在發(fā)達國家已經(jīng)被廣泛采用 由于國內部分倉庫 碼 頭和工廠等使用部門對叉車的機動性能 尤其是低速性能 噪聲已經(jīng)有較高的 要求 因此這些部門正在成為國內靜液壓叉車用戶 國內叉車和液壓元件生產(chǎn) 企業(yè)應該看到靜液壓叉車的良好前景 聯(lián)合研究開發(fā)適合我國國情的叉車靜液 壓系統(tǒng) 提供能先進 工作可靠 價格適中的產(chǎn)品 也可以采用與國際靜液壓 元件制造公司聯(lián)合開發(fā)的方式 加快開發(fā)的速度 2 中小型多功能工程機械由于具有挖掘 裝載 叉車和起重等多功能 在發(fā)達國家已經(jīng)得到了廣泛的應用 隨著我國經(jīng)濟建設尤其是城市建設的發(fā)展 中小型多功能工程機械也將在我國推廣應用 而它們無疑將首先采用靜液壓傳 動作為其主要傳動裝置 國內工程機械企業(yè)應該看到中小型多功能工程機械的 發(fā)前景 聯(lián)合國內外靜液壓元件生產(chǎn)企業(yè)共同開展對它們的研究開發(fā) 以促進 中小型多功能工程機械在我國的發(fā)展 3 在國內大型鏟土運輸和起重機械中 由于配套的靜液壓與電子控制元 件的技術難度大 價格太高 在國內用戶中難以接受 因此 在我國暫時不宜 將靜液壓傳動研究開發(fā)的重點放在與大型鏟土運輸和起重機械配套上 而應將 重點放在上述兩類工程機械上 畢業(yè)設計論文 7 2 2 液壓傳動的工作原理和組成液壓傳動的工作原理和組成 液壓傳動是用液體作為工作介質來傳遞能量和進行控制的傳動方式 液壓 系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能 通過液體壓力能的變 化來傳遞能量 經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞 借助于液壓執(zhí)行元件 缸或馬達 把 液體壓力能轉換為機械能 從而驅動工作機構 實現(xiàn)直線往復運動和回轉運動 驅動機床工作臺的液壓系統(tǒng)是由油箱 過濾器 液壓泵 溢流閥 開停閥 節(jié) 流閥 換向閥 液壓缸以及連接這些元件的油管 接頭等組成 2 12 1 工作原理工作原理 1 電動機驅動液壓泵經(jīng)濾油器從油箱中吸油 油液被加壓后 從泵的輸出口 輸入管路 油液經(jīng)開停閥 節(jié)流閥 換向閥進入液壓缸 推動活塞而使工作臺 左右移動 液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱 2 工作臺的移動速度是通過節(jié)流閥來調節(jié)的 當節(jié)流閥開大時 進入液壓 缸的油量增多 工作臺的移動速度增大 當節(jié)流閥關小時 進入液壓缸的油量 減少 工作臺的移動速度減少 由此可見 速度是由油量決定的 2 22 2 液壓系統(tǒng)的基本組成液壓系統(tǒng)的基本組成 1 能源裝置 液壓泵 它將動力部分 電動機或其它遠動機 所輸出的 機械能轉換成液壓能 給系統(tǒng)提供壓力油液 2 執(zhí)行裝置 液壓機 液壓缸 液壓馬達 通過它將液壓能轉換成機 械能 推動負載做功 3 控制裝置 液壓閥 通過它們的控制和調節(jié) 使液流的壓力 流速和 方向得以改變 從而改變執(zhí)行元件的力 或力矩 速度和方向 根據(jù)控制功能 的不同 液壓閥可分為村力控制閥 流量控制閥和方向控制閥 壓力控制閥又 分為益流閥 安全閥 減壓閥 順序閥 壓力繼電器等 流量控制閥包括節(jié)流 閥 調整閥 分流集流閥等 方向控制閥包括單向閥 液控單向閥 梭閥 換 向閥等 根據(jù)控制方式不同 液壓閥可分為開關式控制閥 定值控制閥和比例 控制閥 4 輔助裝置 油箱 管路 蓄能器 濾油器 管接頭 壓力表開關等 通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來 以實現(xiàn)各種工作循環(huán) 5 工作介質 液壓油 絕大多數(shù)液壓油采用礦物油 系統(tǒng)用它來傳遞能 量或信息 畢業(yè)設計論文 8 3 3 液壓傳動的優(yōu)缺點液壓傳動的優(yōu)缺點 3 13 1 液壓傳動的優(yōu)點液壓傳動的優(yōu)點 1 在相同的體積下 液壓執(zhí)行裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力 在同 等功率的情況下 液壓執(zhí)行裝置的體積小 重量輕 結構緊湊 液壓馬達的體 積重量只有同等功率電動機的 12 左右 2 液壓執(zhí)行裝置的工作比較平穩(wěn) 由于液壓執(zhí)行裝置重量輕 慣性小 反 應快 所以易于實現(xiàn)快速起動 制動和頻繁地換向 液壓裝置的換向頻率 在 實現(xiàn)往復回轉運動時可達到每分鐘 500 次 實現(xiàn)往復直線運動時可達每分鐘 1000 次 3 液壓傳動可在大范圍內實現(xiàn)無級調速 調速比可達 1 2000 并可在 液壓裝置運行的過程中進行調速 4 液壓傳動容易實現(xiàn)自動化 因為它是對液體的壓力 流量和流動方向 進行控制或調節(jié) 操縱很方便 當液壓控制和電氣控制或氣動控制結合使用時 能實現(xiàn)較復雜的順序動作和遠程控制 5 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護且液壓件能自行潤滑 因此使用壽命長 6 由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化 系列化和通用化 所以液壓系統(tǒng)的設 計 制造和使用都比較方便 3 23 2 液壓傳動的缺點液壓傳動的缺點 1 液壓傳動是以液體為工作介質 在相對運動表面間不可避免地要有泄漏 同時 液體又不是絕對不可壓縮的 因此不宜在傳動比要求嚴格的場合采用 例如螺紋和齒輪加工機床的內傳動鏈系統(tǒng) 2 液壓傳動在工作過程中有較多的能量損失 如摩擦損失 泄漏損失等 故不宜于遠距離傳動 3 液壓傳動對油溫的變化比較敏感 油溫變化會影響運動的穩(wěn)定性 因此 在低溫和高溫條件下 采用液壓傳動有一定的困難 4 為了減少泄露 液壓元件的制造精度要求高 因此 液壓元件的制造成 本高 而且對油液的污染比較敏感 5 液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難 因此對維修人員提出了更高的要求 既要系統(tǒng)地掌握液壓傳動的理論知識 又要有一定的實踐經(jīng)驗 6 隨著高壓 高速 高效率和大流量化 液壓元件和系統(tǒng)的噪聲日益增 大 這也是要解決的問題 總而言之 液壓傳動的優(yōu)點是突出的 隨著科學技術的進步 液壓傳動的 缺點將得到克服 液壓傳動將日益完善 液壓技術與電子技術及其它傳動方式 畢業(yè)設計論文 9 的結合更是前途無量 畢業(yè)設計論文 10 4 4 液壓系統(tǒng)工況分析液壓系統(tǒng)工況分析 4 14 1 運動分析運動分析 繪制動力滑臺的工作循環(huán)圖 4 24 2 負載分析負載分析 4 2 14 2 1 負載計算負載計算 1 工作負載 工作負載為已知 FL 28000 N 2 摩擦阻力負載 已知采用平導軌 且靜摩擦因數(shù) 0 1 動摩擦因數(shù) ud 0 2 則 ju 靜摩擦阻力 0 1 9810N 981NujF 動摩擦阻力 0 2 9810N 1962NudF 3 慣性負載 動力滑臺起動加速 反向起動加速和快退減速制動的加 速度的絕對值相等 既 u 0 2m s t 0 05s 故慣性阻力為 ma G u g t 9810 0 2 9 8 0 05 4004NaF 4 由于動力滑臺為臥式放置 所以不考慮重力負載 5 關于液壓缸內部密封裝置摩擦阻力 Fm 的影響 計入液壓缸的機械效率 中 6 背壓負載 初算時暫不考慮 4 2 24 2 2 液壓缸各階段工作負載計算 液壓缸各階段工作負載計算 1 啟動時 F1 cm 1962 0 9 2180NujF 2 加速時 F2 cm 981 4004 0 9 5538NudFaF 3 快進時 F3 cm 981 0 9N 1090NudF 4 工進時 F4 cm 28000 981 0 9N 32201NqFudF 畢業(yè)設計論文 11 5 快退時 F5 cm 981 0 9N 1090NudF 4 2 34 2 3 繪制動力滑臺負載循環(huán)圖 速度循環(huán)圖 見圖繪制動力滑臺負載循環(huán)圖 速度循環(huán)圖 見圖 1 1 圖 1 畢業(yè)設計論文 12 4 2 44 2 4 確定液壓缸的工作壓力確定液壓缸的工作壓力 參考課本資料 初選液壓缸工作壓力 p1 40 106 Pa 4 2 54 2 5 確定缸筒內徑確定缸筒內徑 D D 活塞桿直徑 活塞桿直徑 d d A Fmax p 7276 D 6 44 7276 10 96 3 14 A mmmm 按 GB T2348 1993 取 D 100mm d 0 71D 71mm 按 GB T2348 1993 取 d 70mm 4 2 64 2 6 液壓缸實際有效面積計算液壓缸實際有效面積計算 無桿腔面積 A1 D2 4 3 14 1002 4 mm2 7850mm2 有桿腔面積 A2 D2 d2 4 3 14 1002 702 4 mm2 4004 mm2 活塞桿面積 A3 D2 4 3 14 702 4 mm2 3846 mm2 4 2 74 2 7 最低穩(wěn)定速度驗算最低穩(wěn)定速度驗算 最低穩(wěn)定速度為工進時 u 50mm min 工進采用無桿腔進油 單向行程 調速閥調速 查得最小穩(wěn)定流量 qmin 0 1L min A1 qmin umin 0 1 50 0 002 m2 2000 mm2 滿足最低穩(wěn)定速度要求 4 2 74 2 7 計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力 流量 功率列計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力 流量 功率列 于表 于表 1 1 表 1 液壓缸壓力 流量 功率計算 差 動 快 進快 退 工 況 啟 動 加 速 恒 速 工 進 啟 動 加 速 恒 速 畢業(yè)設計論文 13 工 況 差 動 快 進 工 進 快 退 啟 動 加 速 恒 速 啟 動 加 速 恒 速 計 算 公 式 p F A3 q u3A3 P pq p F p2A2 A1 q u1 A1 P pq p F p2A1 A2 q u2 A2 P pq 速 度 m s u2 0 1 u1 3 10 4 5 10 3 u3 0 1 有 效 面 積 m2 A1 7850 10 6A2 4004 10 6A3 3846 10 6 負 載 N 32663000163332744326630001633 壓 力 MPa 0 850 780 424 41 41 10 99 流 量 L min 230 3924 0 功 率 KW 0 161 7550 40 取 背 壓 力 p2 0 4MP 取 背 壓 力 p2 0 3MP 畢業(yè)設計論文 14 5 5 擬定液壓系統(tǒng)圖擬定液壓系統(tǒng)圖 5 15 1 液壓泵型式的選擇液壓泵型式的選擇 由工況圖可知 系統(tǒng)循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量兩個階段組成 而且是順序進行的 從提高系統(tǒng)效率考慮 選用限壓式變量葉片或雙聯(lián)葉片泵 教適宜 將兩者進行比較 見表 2 故采用雙聯(lián)葉片泵較好 表 2 雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵 1 流量突變時 液壓沖擊取決于 溢流閥的性能 一般沖擊較小 1 流量突變時 定子反應滯后 液 壓沖擊大 2 內部徑向力平衡 壓力平衡 噪 聲小 工作性能較好 2 內部徑向力不平衡 軸承較大 壓力波動及噪聲較大 工作平衡性 差 3 須配有溢流閥 卸載閥組 系 統(tǒng)較復雜 3 系統(tǒng)較簡單 4 有溢流損失 系統(tǒng)效率較低 溫升較高 4 無溢流損失 系統(tǒng)效率較高 溫 升較低 5 25 2 選擇液壓回路選擇液壓回路 1 選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出 在工作循環(huán)內 液壓缸要求油 源提供快進 快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液 最大流 量與最小流量之比qmax qmin 0 5 0 84 10 2 60 其相應的時間之比 t1 t3 t2 1 1 5 56 8 0 044 這表明在一個工作循環(huán)中的大部分時間都處于高壓 小流量工作 從提高系統(tǒng)效率 節(jié)省能量角度來看 選用單定量泵油源顯然是 不合理的 為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源 考慮到前者流量 突變時液壓沖擊較大 工作平穩(wěn)性差 且后者可雙泵同時向液壓缸供油實現(xiàn)快 速運動 最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案 如圖 2a 所示 2 選擇快速運動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油 畢業(yè)設計論文 15 兩種快速運動回路實現(xiàn)快速運動 考慮到從工進轉快退時回油路流量較大 故 選用換向時間可調的電液換向閥式換向回路 以減小液壓沖擊 由于要實現(xiàn)液 壓缸差動連接 所以選用三位五通電液換向閥 如圖 2b 所示 3 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺由快進轉為工進時 速度變化大 1 2 0 1 0 88 10 3 114 為減少速度換接時的液壓沖擊 選用行程閥 控制的換接回路 如圖 2c 所示 4 選擇調壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后 調壓和卸荷問題 都已基本解決 即滑臺工進時 高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調 定 無需另設調壓回路 在滑臺工進和停止時 低壓大流量泵通過液控順序閥 卸荷 高壓小流量泵在滑臺停止時雖未卸荷 但功率損失較小 故可不需再設 卸荷回路 5 35 3組成液壓系統(tǒng)組成液壓系統(tǒng) 將上面選出的液壓基本回路組合在一起 并經(jīng)修改和完善 就可得到完整 的液壓系統(tǒng)工作原理圖 如圖 3 所示 在圖 3 中 為了解決滑臺工進時進 回 油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題 增設了單向閥 6 為了避免機床停止工 作時回路中的油液流回油箱 導致空氣進入系統(tǒng) 影響滑臺運動的平穩(wěn)性 圖 中添置了一個單向閥 13 考慮到這臺機床用于鉆孔 通孔與不通孔 加工 對 位置定位精度要求較高 圖中增設了一個壓力繼電器 14 當滑臺碰上死擋塊后 圖 2 選擇的基本回路 畢業(yè)設計論文 16 系統(tǒng)壓力升高 它發(fā)出快退信號 操縱電液換向閥換向 圖 3 整理后的液壓系統(tǒng)原理圖 畢業(yè)設計論文 17 6 6 液壓元件選擇液壓元件選擇 6 16 1 選擇液壓泵和電機選擇液壓泵和電機 6 1 16 1 1 確定液壓泵的工作壓力確定液壓泵的工作壓力 由前面可知 液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為 4 4MPa 本系統(tǒng) 采用調速閥進油節(jié)流調速 選取進油管道壓力損失為 0 6MPa 由于采用壓力繼電器 溢流閥的調整壓力一般應比系統(tǒng)最高壓力大 0 5MPa 故泵的最高壓力為 Pp1 4 4 0 6 0 5 MPa 5 5MPa 畢業(yè)設計論文 18 這是小流量泵的最高工作壓力 穩(wěn)態(tài) 即溢流閥的調整工作壓力 液壓泵的公稱工作壓力 Pr 為 Pr 1 25 Pp1 1 25 5 5MPa 6 7MPa 大流量泵只在快速時向液壓缸輸油 由壓力圖可知 液壓缸快退時的工作 壓力比快進時大 這時壓力油不通過調速閥 進油路比較簡單 但流經(jīng)管道和 閥的油流量較大 取進油路壓力損失為 0 5MPa 故快退時泵的工作壓力為 Pp2 0 99 0 5 MPa 1 49MPa 這是大流量泵的最高工作壓力 此值是液控順序閥 7 和 8 調整的參考數(shù)據(jù) 6 1 26 1 2 液壓泵的流量液壓泵的流量 由流量圖 4 b 可知 在快進時 最大流量值為 23L min 取 K 1 1 則可計算泵的最大流量 K max vp q v q 1 1 23L min 25 3L min vp q 在工進時 最小流量值為 0 39 L min 為保證工進時系統(tǒng)壓力較穩(wěn)定 應 考慮溢流閥有一定的最小溢流量 取最小溢流量為 1 L min 約 0 017 10 3m3 s 故 小流量泵應取 1 39L min 根據(jù)以上計算數(shù)值 選用公稱流量分別為 18L min 12L min 公稱壓力 為 70MPa 壓力的雙聯(lián)葉片泵 6 1 36 1 3 選擇電機選擇電機 由功率圖 4 c 可知 最大功率出現(xiàn)在快退階段 其數(shù)值按下式計算 Pp Pp2 qv1 qv2 p 1 35 106 0 2 0 3 10 3 0 75 993W 式中 qv1 大泵流量 qv1 18 L min 約 0 3 10 3m3 s qv2 小泵流量 qv2 12L min 約 0 2 10 3m3 s p 液壓泵總效率 取 p 0 75 圖 4 畢業(yè)設計論文 19 a b 畢業(yè)設計論文 20 c 根據(jù)快退階段所需功率 993W 及雙聯(lián)葉片泵要求的轉速 選用功率為 1 1KWJ52 6 型的異步電機 6 26 2 輔件元件的選擇輔件元件的選擇 根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過閥的實際流量 選擇各種液壓元件和輔助元 件的規(guī)格 表 2 液壓元件及型號 規(guī)格 序號元件名稱 通過的最 大流量 q L min 型號額定流量 qn L min 額定壓力 Pn MPa 額定壓降 Pn MPa 1雙聯(lián)葉片 泵 PV2R12 6 33 5 1 27 9 16 2三位五通 電液換向 閥 70 35DY 100BY 1006 30 3 3行程閥62 3 22C 100BH 1006 30 3 4調速閥 1 Q 6B 66 3 5單向閥70 I 100B 1006 30 2 畢業(yè)設計論文 21 6單向閥29 3 I 100B 1006 30 2 7液控順序 閥 28 1XY 63B 636 30 3 8背壓閥 1 B 10B 106 3 9溢流閥5 1 Y 10B 106 3 10單向閥27 9 I 100B 1006 30 2 11濾油器36 6 XU 80 200 806 30 02 12壓力表開 關 K 6B 13單向閥70 I 100B 1006 30 2 14壓力繼電 器 PF B8L 14 注 以上元件除液壓泵 濾油器外 均為板式連接 6 36 3 確定管道尺寸確定管道尺寸 由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接時 油管內通油量較大 其實際流量 qv 24 L min 0 5 10 3m3 s 取允許流速 u 0 5m s 則主壓力油管 d 用下式計算 d 3 3 40 5 10 1 131 1311 3 10 5 vv qq mm vv 圓整化 取 d 12mm 油管壁厚一般不需計算 根據(jù)選用的管材和管內徑查液壓傳動手冊的有關 表格得管的壁厚 選用 14mm 12mm 冷拔無縫鋼管 其它油管按元件連接口尺寸決定尺寸 測壓管選用 4mm 3mm 紫銅管或鋁 管 管接頭選用卡套式管接頭 其規(guī)格按油管通徑選取 4 確定油箱容量 中壓系統(tǒng)油箱的容量 一般取液壓泵公稱流量的vq 5 7 倍 V 7 7 30L 210Lvq 畢業(yè)設計論文 22 7 7 液壓系統(tǒng)的性能驗算液壓系統(tǒng)的性能驗算 7 17 1 管路系統(tǒng)壓力損失驗算管路系統(tǒng)壓力損失驗算 由于有同類型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考 故一般不必驗算壓力損失 值 下面以工進時的管路壓力損失為例計算如下 已知 進油管 回油管長約為 l 1 5m 油管內徑 d 1 2 10 3m 通過流量 0 39 L min 0 0065 10 3m3 s 選用 L HM32 全損耗系統(tǒng)用油 考慮最vq 低溫度為 15 v 1 5 2 s 7 1 17 1 1 判斷油流類型判斷油流類型 利用下式計算出雷諾數(shù) Re 1 273 104 1 273 0 0065 10 3 104 1 2 10 3 1 5 66 2000vqdv 為層流 7 1 27 1 2 沿程壓力損失沿程壓力損失 P P1 1 利用公式分別算出進 回油壓力損失 然后相加即得到總的沿程損失 畢業(yè)設計論文 23 進油路上 P1 4 4 1012v l qv d4 4 3 1012 1 5 1 5 0 0065 10 3 124Pa 0 0313 105Pa 回油路上 其流量 qv 0 75 L min 0 0125 10 3m3 s 差動液壓缸 A1 2A2 壓力損失為 P1 4 3 1012v l qv d4 4 3 1012 1 5 1 5 0 00325 10 3 124Pa 0 01532 105Pa 由于是差動液壓缸 且 A1 2A2 故回油路的損失只有一半折合到進油腔 所以 工進時總的沿程損失為 P1 0 03103 0 5 0 01532 105Pa 0 039 105Pa 7 1 37 1 3 局部壓力損失局部壓力損失 P P2 2 在管道結構尚未確定的情況下 管道的局部壓力損失 p 常按下式作經(jīng)驗 計算 l 1 0pp 各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計算 2 n nv q q pp 其中的 pn由產(chǎn)品樣本查出 qn和q數(shù)值查表可列出 滑臺在快進 工進和快 退工況下的壓力損失計算如下 1 快進 滑臺快進時 液壓缸通過電液換向閥差動連接 在進油路上 油液通過單 向閥 10 電液換向閥 2 然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥 3 進入無 桿腔 在進油路上 壓力損失分別為 MPa05688 0 MPa10 60 10 3 62 105478 0 105478 0 6 3 88 li qp MPa005688 0 MPa05688 0 1 01 0 li i pp MPa1647 0 MPa 100 3 62 3 0 100 33 3 0 100 9 27 2 0 222 vi p MPa2273 0 MPa1647 0 005688 0 05688 0 vi ili i pppp 畢業(yè)設計論文 24 在回油路上 壓力損失分別為 MPa02675 0 MPa10 60 10 3 29 105478 0 105478 0 6 3 88 lo qp MPa002675 0 MPa02675 0 1 01 0 lo o pp MPa1594 0MPa 100 3 62 3 0 100 3 29 2 0 100 3 29 3 0 222 vo p MPa1888 0 MPa1594 0 002675 0 02675 0 vo olo o pppp 將回油路上的壓力損失折算到進油路上去 便得出差動快速運動時的總的 壓力損失 MPa316 0 MPa 95 7 44 1888 0 2273 0 p 2 工進 滑臺工進時 在進油路上 油液通過電液換向閥 2 調速閥 4 進入液壓缸 無桿腔 在調速閥 4 處的壓力損失為 0 5MPa 在回油路上 油液通過電液換向 閥 2 背壓閥 8 和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥 7 返回油箱 在背壓 閥 8 處的壓力損失為 0 6MPa 若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失 則 在進油路上總的壓力損失為 MPa5 0MPa5 0 100 5 0 3 0 2 vi i pp 此值略小于估計值 在回油路上總的壓力損失為 MPa66 0 MPa 63 9 2724 0 3 06 0 100 24 0 3 0 22 vo o pp 該值即為液壓缸的回油腔壓力p2 0 66MPa 可見此值與初算時參考表 4 選取的 背壓值基本相符 按表 7 的公式重新計算液壓缸的工作壓力為 MPa99 3MPa 101095 10 7 441066 0 34942 64 46 1 220 1 A ApF p 此略高于表 7 數(shù)值 考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差 pe 0 5MPa 則小流量泵的工作壓 力為 MPa99 4 5 05 099 3 ei11p pppp 畢業(yè)設計論文 25 此值與估算值基本相符 是調整溢流閥 10 的調整壓力的主要參考數(shù)據(jù) 3 快退 滑臺快退時 在進油路上 油液通過單向閥 10 電液換向閥 2 進入液壓缸 有桿腔 在回油路上 油液通過單向閥 5 電液換向閥 2 和單向閥 13 返回油箱 在進油路上總的壓力損失為 MPa048 0 MPa 100 33 3 0 100 9 27 2 0 22 vi i pp 此值遠小于估計值 因此液壓泵的驅動電動機的功率是足夠的 在回油路上總的壓力損失為 MPa343 0MPa 100 70 2 0 100 70 3 0 100 70 2 0 222 vo o pp 此值與表 7 的數(shù)值基本相符 故不必重算 大流量泵的工作壓力為 MPa48 1 048 0 43 1 12p i ppp 此值是調整液控順序閥 7 的調整壓力的主要參考數(shù)據(jù) 7 27 2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算 本機床的工作時間主要是工進工況 為簡化計算 主要考慮工進時的發(fā)熱 故按工進工況驗算系統(tǒng)溫升 7 2 17 2 1 液壓泵的輸入功率液壓泵的輸入功率 工進時小流量泵的壓力 Pp1 54 105Pa 流量 qvp1 12L min 0 2 10 3m3 s 小流量泵的功率為 P1 Pp1qvp1 p 54 0 2 102 0 75W 1440W 式中 p 液壓泵的總效率 工進時大流量泵卸荷 順序閥的壓力損失 P 1 5 105Pa 即大流量泵的 工作壓力 Pp2 1 5 105Pa 流量 qvp2 18L min 0 3 10 3m3 s 大流量泵的功率 P2為 P2 Pp2qvp2 p 1 5 0 3 102 0 75W 60W 故雙聯(lián)泵的合計輸出功率 Pi為 Pi P1 P2 1440 60W 2040W 7 2 27 2 2 有效功率有效功率 工進時 液壓缸的負載 F 32744N 取工進速度 v 0 00083 10 3m s 畢業(yè)設計論文 26 輸出功率 P0為 P0 Fv 32744 0 00083W 27W 7 2 37 2 3 系統(tǒng)發(fā)熱功率系統(tǒng)發(fā)熱功率 P Ph h 系統(tǒng)總的發(fā)熱功率 Ph 為 Ph P i P0 2013W 7 2 47 2 4 散熱面積散熱面積 油箱容積 V 210L 油箱近似散熱面積 A 為 A 0 065 332222 0 0651052 296Vmm 7 2 57 2 5 油液溫升油液溫升 t t 假定采用風冷 取油箱的傳熱系數(shù) K t 23W 可得 油液溫升為 t Ph K t A 1198 23 2 296 22 7 設夏天的室溫為 30 則油溫為 30 22 7 52 7 沒有超過最高 允許油溫 50 65 8 8 液壓系統(tǒng)最新發(fā)展狀況液壓系統(tǒng)最新發(fā)展狀況 8 18 1 國外液壓系統(tǒng)的發(fā)展國外液壓系統(tǒng)的發(fā)展 工程機械主要配套件有動力元件 傳動元件 液壓元件及電氣元件等 目 前工程機械動力元件基本上都用內燃式柴油發(fā)動機 簡稱柴油機 傳動分機械 傳動 液力機械傳動 靜液壓傳動 電傳動等 但目前工程機械用得最多 最 普遍的為液力機械傳動及靜液壓傳動 整個傳動系統(tǒng)還包括傳動軸 驅動橋等 靜液壓傳動有多種結構形式 有的有傳動軸 驅動橋 有的沒有 視情況而定 液壓元件主要有缸 泵 閥 密封件及液壓附件等 靜液壓元件的泵 主要是變 量泵 馬達 變量與定量 以及相應的減速機等 電氣元件以前對工程機械的 影響還并不大 最早的工程機械電氣系統(tǒng) 主要是起動電路及照明電路 系統(tǒng) 及元件都非常簡單 起動可以用拖起動 白天干活不用照明 因此 這兩個電 路系統(tǒng)出了故障也能勉強維持工作 但工程機械發(fā)展到今天 電氣系統(tǒng)及電氣 元件已經(jīng)成了工程機械一個非常關鍵的部分 可以說今天的絕大多數(shù)工程機械 電氣系統(tǒng)出了故障根本就不能工作 有的甚至寸步難行 等于一堆廢鋼鐵 因 此電氣系統(tǒng) 電器元件目前也是工程機械最關鍵最主要的配套件之一 主要電 器元件除傳統(tǒng)的元件外 還有各種傳感器 各種控制元件及微處理機等等 下 面就國際上這些工程機械主要配套件的基本情況及發(fā)展趨勢談談看法 畢業(yè)設計論文 27 目前國外工程機械主要配套件大多數(shù)都生產(chǎn)歷史悠久 技術成熟 供應充 足 生產(chǎn)集中度高 品牌效應突出 配套件的發(fā)展隨主機的發(fā)展而發(fā)展 同時 配套件自身的發(fā)展反過來又促進主機的發(fā)展 目前國外工程機械配套件的發(fā)展 形勢好過主機的發(fā)展形勢 目前國外工程機械配套件的發(fā)展形勢比較好 近些年來國外工程機械有一種發(fā)展趨勢 主機制造企業(yè)逐步向組裝企業(yè)方 向發(fā)展 配套件逐步由供應商來提供 比如世界上實力最強的主機制造企業(yè)美 國的卡特彼勒 Caterpillar 凱斯 Case 日本的小松 Komatsu 瑞典的沃爾沃 Volvo 等世界上這些大型的工程機械主機制造企業(yè) 其配套件的配套能力也是 非常強的 它們的配套件外配的數(shù)量也是在逐年大幅度地增長 一些中小工程 機械企業(yè)就更是如此 配套件逐步主要由零部件制造企業(yè)來提供 這樣做有幾 大好處 主機企業(yè)可集中精力把自己的主機產(chǎn)品作好 減少配套件完全由主機 企業(yè)自己來承擔的風險 而配套件企業(yè)作得更強更大 有能力迅速提高配套件 的質量 技術水平 同時能為主機企業(yè)提供更多的新產(chǎn)品 這樣更容易促進主 機產(chǎn)品的發(fā)展 國外工程機械主機企業(yè)從 1988 年達 850 億美元的銷售額以來 基本上沒有多大變化 而相反這些年來配套件從 150 億美元 增長到 1000 億美 元 增幅是相當大的 因此 國外工程機械配套件這些年來得到了快速發(fā)展 國外工程機械配套件生產(chǎn)歷史悠久 技術成熟 品種齊全 完全能滿足各種工 程機械的配套需求國外許多工程機械主要配套件企業(yè)都有 50 年 甚至 100 年以 上的發(fā)展歷史 企業(yè)的規(guī)模都相對較大 技術十分成熟 品種也非常齊全 幾 乎應有盡有 比如目前世界上生產(chǎn)密封件及減振器最大的企業(yè) 德國的弗羅伊 登貝克 Freudenberg 公司 成立于 1849 年 生產(chǎn)密封件及減振器已有 100 多年 歷史 其品種應有盡有 從技術上 品種上完全能滿足液壓行業(yè)對密封件及密 封技術的要求 同時還不斷推出新的密封材料及新的密封結構 推動液壓密封 技術不斷向更高技術水平發(fā)展 目前世界上最大的中大型發(fā)動機制造企業(yè) 美 國的康明斯 Cummins 發(fā)動機制造公司 成立于 1919 年 也幾乎有近 100 年的 歷史 37 3kW 50 馬力 以上的柴油機可以全方位為各種工程機械 甚至所有需 要柴油機動力的各種機械配套 在技術上可以完全滿足最苛刻的歐 II 歐 III 排 放標準 甚至可以達到歐 IV 歐 V 排放標準 在流體產(chǎn)品領域內 目前世界上最大的流體產(chǎn)品 主要是液壓件 密封件及 液壓附件等 制造企業(yè) 美國的派克 Parket 公司 成立于 1918 年 也有近 100 年歷史 可以提供品種齊全的 高技術水平的液壓件 密封件及所有的液壓附 件 目前世界上最大的用于靜液壓系統(tǒng)的變量液壓元件制造企業(yè) 德國的博 士 力士樂公司 已有 200 多年的歷史 從 1953 年開始全面制造液壓元件 也有 50 年以上歷史 其最具特色的產(chǎn)品是用于靜液壓傳動的變量系統(tǒng)液壓元件 畢業(yè)設計論文 28 無論是斜盤式或斜軸式 閉式 泵控 或開式 閥控 系統(tǒng)液壓元件品種都非常齊全 能為各種需要靜液壓系統(tǒng)元件的工程機械整個系統(tǒng)成套配套 還有世界上最大 的傳動部件制造企業(yè) 德國的 ZF 公司 成立于 1915 年 也有近 100 年歷史 能為各種工程機械提供品種齊全的傳動部件 在電氣配套件方面 世界最大的 德國西門子電氣公司 以及日本的東芝公司 川崎公司 德國的博士 Bose 公 司等 都有 50 年以上 甚至 100 年以上的悠久歷史 能滿足工程機械各種高技 術水平的電氣系統(tǒng)和電氣元件的要求 8 28 2 遠程液壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展遠程液壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展 在科學技術迅猛發(fā)展的今天 計算機技術 網(wǎng)絡技術 通信技術等現(xiàn)代化 信息技術正對人類 的生產(chǎn)生活產(chǎn)生著前所未有的影響 這些信息技術的進步 為今后制造業(yè)的發(fā)展 設計方法與制造技術模式的改變指明了方向 為數(shù)字化 設計資源與制造資源的遠程共享 進一步提高產(chǎn)品開發(fā)效率奠定了基礎 這一 點已經(jīng)引起了學術界的廣泛關注 并且有很多科研學者已經(jīng)投入到了這方面的 研究 目前在液壓領域中 特別是中小企業(yè)在進行液壓傳動系統(tǒng)的設計時 存 在著零部件種類繁多 系統(tǒng)集成復雜 參考資料缺乏等一系列困難 而遠程設 計服務可以解決這些問題 為減輕液壓設計人員的工作負擔 實現(xiàn)現(xiàn)代化設計 模式的轉變以及設計資源 技術資源和產(chǎn)品信息的共享 本文提出了建立基于 Web 的遠程液壓傳動系統(tǒng)設計的新模式 基于 Web 的遠程液壓傳動設計系統(tǒng)采 用 B S 瀏覽器 服務器 模式的體系結構 服務器端