數(shù)控車床夾盤液壓系統(tǒng)設(shè)計論文.docVIP

畢業(yè)設(shè)計（論文）數(shù)控車床夾盤液壓系統(tǒng)設(shè)計（機械類）前言液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門發(fā)展較晚的技術(shù)。自18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，液壓傳動技術(shù)只有二三百年的歷史。直到20世紀30年代它才較普遍地用于起重機、機床及工程機械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，液壓技術(shù)不斷應(yīng)用于各種自動機及自動生產(chǎn)線，從而使它在機械制造、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)得到推廣應(yīng)用。20世紀60年代以來，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，并滲透到各個工業(yè)領(lǐng)域中。液壓技術(shù)開始向高速、高壓、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計CAD、計算機輔助測試CAT、計算機直接控制CDC、機電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。我國的液壓工業(yè)開始于20世紀50年代，最初只應(yīng)用于機床和鍛壓設(shè)備上，后來又用于拖拉機和工程機械。現(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進行自行設(shè)計，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛的使用。我國的液壓技術(shù)在21世紀必將獲得更快的發(fā)展。本次設(shè)計機床的夾盤液壓系統(tǒng)，運用了液壓傳動系統(tǒng)的各方面知識，通過對夾盤液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)和工況分析計算其技術(shù)參數(shù)，選擇系統(tǒng)的回路、元件、附件等。在滿足其使用要求的前提下使系統(tǒng)質(zhì)量輕，體積小，性能完善，維護方便。1緒論1.1液壓技術(shù)的應(yīng)用液壓技術(shù)是涉及液體流動和液體壓力規(guī)律的科學技術(shù)。近十幾年來，液壓技術(shù)發(fā)展非?？欤瑧?yīng)用領(lǐng)域也不斷拓展，幾乎囊括了國民經(jīng)濟的各個部門：工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防等各個部門。如機械制造業(yè)、其中設(shè)備、礦山機械、工程機械、農(nóng)業(yè)機械以及化工機械；又如軍艦上的舵機、雷達掃描設(shè)備、坦克、火炮、飛機、導彈等都采用了液壓技術(shù)。特別是在機床行業(yè)中，油液采用液壓傳動可以實現(xiàn)無極變速、自動化和在往復運動中實現(xiàn)頻繁的換向等，所以它的應(yīng)用正在不斷的擴大和完善。例如，液壓傳動經(jīng)常應(yīng)用在機床的如下方面。1）機床往復運動龍門刨床的工作臺、牛頭刨床或插床的滑枕、組合機床動力滑臺、拉床刀桿等都是采用液壓傳動來實現(xiàn)高速往復運動。與機械傳動相比，采用液壓技術(shù)可以大大地減少換向沖擊，降低能量消耗，并能縮短換向時間，有利于提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。2）機床回轉(zhuǎn)運動機床和銑床主軸采用液壓傳動來實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，可是主軸無極變速。但是，由于液壓傳動泄漏是難免的，加之液體的可壓縮性使液壓傳動不能保證有嚴格的傳動比；因此，車床的螺紋傳動鏈、齒輪機床的展成傳動鏈，亦即具有內(nèi)聯(lián)系的運動，尚不能采用液壓傳動。3）機床進給運動液壓傳動在機床進給運動裝置中應(yīng)用的比較多，如磨床砂輪架快進、快退運動的傳動裝置；六角車床、自動車床的刀架或轉(zhuǎn)塔架；磨床、鉆床、銑床、刨床的工作臺；組合機床的動力滑臺等都廣泛采用了液壓技術(shù)。4）機床仿形運動在車床、銑床、刨床上應(yīng)用液壓伺服系統(tǒng)進行仿形加工，實現(xiàn)復雜曲面加工自動化。隨著電液伺服閥和電子技術(shù)的發(fā)展，各種數(shù)字程序控制機床和加工中心開始普及，提高了機床自動化水平和加工精度，并為計算機輔助制造創(chuàng)造了條件。5）機床輔助運動機床上的卡緊裝置，變速操縱裝置，絲杠螺母間隙消除機構(gòu)，分度裝置，工件和道具的裝卸、輸送、儲存裝置，都采用了液壓技術(shù)。這樣不但簡化了機床結(jié)構(gòu)，而且提高了機床的自動化程度。此外，為了提高機床的承載能力，滿足高精度、高效率的需要，在大型機床上應(yīng)用了靜壓技術(shù)，如靜壓導軌、靜壓軸承和靜壓絲杠等。1.2液壓技術(shù)的發(fā)展我國的液壓行業(yè)開始于20世紀50年代，隨著工業(yè)迅速發(fā)展逐日發(fā)展壯大，相繼建立了科研機構(gòu)和專業(yè)生產(chǎn)廠家，從事液壓技術(shù)研究和液壓產(chǎn)品生產(chǎn)。他們不但生產(chǎn)液壓泵、液壓閥等液壓元件，還設(shè)計制造了許多新型的液壓元件，如電液比例閥、電液伺服閥等。到目前為止，液壓元件的生產(chǎn)，已經(jīng)形成了我國液壓元件產(chǎn)品的生產(chǎn)系列。液壓技術(shù)的發(fā)展正向著高效率、高精度、高性能方向邁進；液壓元件向著體積小、重量輕、微型化和集成化方向發(fā)展；靜壓技術(shù)、交流液壓等新興的液壓技術(shù)正在開拓。又由于計算機的應(yīng)用，更大大推進了液壓技術(shù)的發(fā)展，像液壓系統(tǒng)的輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化、微機控制等工作，也都取得了顯著的成績。可以預(yù)見，為滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，液壓技術(shù)也將繼續(xù)獲得飛速的發(fā)函，它在各個工業(yè)部門中的應(yīng)用越來越廣泛。綜上所述，在機床行業(yè)，尤其是在卡緊和拖料架等需要往復運動并且頻繁換向的機構(gòu)上，選用液壓系統(tǒng)作為其控制系統(tǒng)是最為合理的。在設(shè)計的過程中，要盡量發(fā)揮液壓傳動與其他傳動形式相比所體現(xiàn)出的長處，把液壓系統(tǒng)的缺點限制到最小，還必須符合重量輕、體積小、成本低、效率高等特點，盡量滿足顧客的所有要求，才是設(shè)計的宗旨。2液壓系統(tǒng)設(shè)計2.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求本次設(shè)計是完成數(shù)控車床上高、低壓夾盤裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計。具體的設(shè)計要求如下：夾盤裝置要實現(xiàn)“夾盤油缸前進夾盤夾緊保壓夾盤油缸后退”的行程循環(huán)。整個裝置全部采用滑臺裝置，其靜摩擦系數(shù)0.2，動摩擦系數(shù)0.1，運動行程見表2-1.表2-1車床夾盤的運動參數(shù)和動力參數(shù)Tab.2-1themovementanddynamicparametersoftheLatheclamp工況行程速度時間最大夾緊力運動部件重力啟動、制動時間/mm/t/s/NG/Nt/s快進2000.0752.510000.05夾緊保壓005000高壓3000低壓快退2000.07522.2液壓系統(tǒng)的功能設(shè)計析由表2-1中的運動過程，分析卡盤液壓缸的負載情況，具體的計算結(jié)果見表2-2。表2-2夾盤液壓缸外負載計算結(jié)果Tab.2-2Theloadcalculationresultsofclampingcylinder工況計算公式外負載/N啟動200加速253快進100夾緊保壓5100反向啟動200加速253快退100上表中靜摩擦負載：（21）0.2（1000+0）100N其中負載對動力滑臺的法向力。動摩擦負載：（22）0.1（1000+0）100N慣性負載：（23）153N其中平均速度/。作技術(shù)參數(shù)參考表2-3初選液壓缸的高壓設(shè)計壓力4.5MPa，低壓設(shè)計壓力3MPa，為了防止夾緊結(jié)束時發(fā)生前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓。參考表24暫取背壓0.4MPa，并取液壓缸的機械效率0.94，設(shè)定液壓缸有桿腔為工作腔，則計算出液壓缸有桿腔的有效面積為（24）11.59式中F油缸的外負載；系統(tǒng)的工作壓力。由速比和有桿腔的面積分別列式23，24：（25）（26）11.59解（23）（24）得液壓缸內(nèi)徑：D4.4cm；活塞桿直徑：d2.2cm，按GB/T2348-1980取標準值：D50mm，d25mm。液壓缸實際有效面積為無桿腔：有桿腔：由本設(shè)計分析，只要液壓缸的桿徑能滿足高壓工作的工況，就能滿足低壓工作的工況，所以在低壓工作時也采用此桿徑值。表2-3按主機類型選擇系統(tǒng)壓力Tab.2-3SelectsystempressureBythetypes主機類型設(shè)計壓力/MPa機床精加工機床0.82半精加工機床35龍門刨床28主機類型設(shè)計壓力/MPa機床拉床810農(nóng)用機械、小型工程機械、工程機械輔助機構(gòu)1016液壓機、大中型挖掘機、中型機械、起重運輸機械2032地質(zhì)機械、冶金機械、地道車輛維護機械，各類液壓機具等25100表2-4液壓執(zhí)行器的背壓力Tab.2-4ThebackpressureofthehydraulicActuator系統(tǒng)類型背壓力/MPa中低壓系統(tǒng)簡單系統(tǒng)和和一般輕栽節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)回油帶背壓閥調(diào)整壓力回油路設(shè)流量調(diào)節(jié)閥的進給系統(tǒng)滿載工作時0.5設(shè)補油泵的閉式系統(tǒng)高壓系統(tǒng)初算是可忽略不計根據(jù)上述條件經(jīng)計算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率見表2-5、表2-6、表2-7、表2-8。表2-5夾盤油缸高壓正向工作Tab.2-5Thehighpressurepositiveworkoftheclampingcylinder工作階段計算公式負載回油腔壓力工作腔壓力輸入流量輸入功率F/N/MPa/MPa/N/w啟動2000.68加速2530.40.72恒速1000.40.66.666夾緊保壓51000.44.26.6464反向啟動2000.4工作階段計算公式負載回油腔壓力工作腔壓力輸入流量輸入功率F/N/MPa/MPa/N/w加速2530.40.44恒速1000.40.358.851表2-6夾盤油缸高壓反向工作Tab.2-6Thehighpressurereverseworkoftheclampingcylinder工作階段計算公式負載回油腔壓力工作腔壓力輸入流量輸入功率F/N/MPa/MPa/N/w啟動2000.68加速2530.40.72恒速1000.40.66.666夾緊保壓51000.43.18.8455反向啟動2000.4加速2530.40.44恒速1000.40.358.851表2-7夾盤油缸低壓正向工作Tab.2-7Thelowpressurepositiveworkoftheclampingcylinder工作階段計算公式負載回油腔壓力工作腔壓力輸入流量輸入功率F/N/MPa/MPa/N/w啟動2000.68加速2530.40.72恒速1000.40.66.666夾緊保壓31000.42.76.6298反向啟動2000.4加速2530.40.44恒速1000.40.358.851表2-8夾盤油缸低壓反向工作Tab.2-8Thelowpressurereverseworkoftheclampingcylinder工作階段計算公式負載回油腔壓力工作腔壓力輸入流量輸入功率F/N/MPa/MPa/N/w啟動2000.68加速2530.40.72恒速1000.40.66.666夾緊保壓31000.42.08.8294反向啟動2000.4工作階段計算公式負載回油腔壓力工作腔壓力輸入流量輸入功率F/N/MPa/MPa/N/w加速2530.40.44恒速1000.40.358.8512.3執(zhí)行元件流量的確定液壓缸所需最大流量按其實際有效工作面積和所要求的最大速度來計算，即（27）8.8L式中液壓缸的最大流量；A液壓缸有效工作面積；液壓缸的最大速度；執(zhí)行元件的容積效率，取0.94。同理，液壓缸所需最小流量按其實際有效工作面積和所要求的最小速度來計算，即（28）6.6L式中液壓缸的最小流量；A液壓缸有效工作面積；液壓缸的最大速度；執(zhí)行元件的容積效率，取0.94。3液壓系統(tǒng)方案確定和原理圖的擬定3.1基本方案的確定液壓系統(tǒng)方案設(shè)計是根據(jù)主機的工作情況、主機對液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求、液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境條件以及成本、經(jīng)濟性、供貨情況等諸多因素，進行全面、綜合的設(shè)計，從而擬訂出一個各方面比較合理的、可實現(xiàn)的液壓系統(tǒng)的方案。其內(nèi)容包括：1油路循環(huán)方式的分析與選擇；2調(diào)速方案的分析和選擇；3油源形式的分析與選擇；4液壓回路的分析、選擇與合成；5液壓系統(tǒng)原理圖的擬訂與設(shè)計。油路循環(huán)方式的分析和選擇液壓系統(tǒng)油路循環(huán)方式分為開式和閉式兩種，他們各自的特點及相互比較見表31。表3-1開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較Tab.2-1CompareofHolddyadicsystemandShutdyadicsystem油液循環(huán)方式開式閉式散熱條件較方便，但是油箱較大較復雜，需要用輔泵來換油冷卻抗污染性較差，但可采用壓力油箱或者油箱呼吸器來改善較好，但是油液過濾要求較高系統(tǒng)效率管路壓力損失較大，用節(jié)流調(diào)速時效率低管路腰里損失較小，容積調(diào)速時效率較高限速制動形式用平衡閥進行能耗限速，用制動閥進行能耗制動，引起油液發(fā)熱液壓泵由電動機拖動時，限速及制動過程中拖動電能向電網(wǎng)輸電，回收部分能量，即是再生限速和再生制動其他對泵的自吸性能要求高對主泵的自吸性能要求低油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件。一般來說，凡是有較大空間可以存放油箱而且不需要另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)，要求結(jié)構(gòu)盡可能簡單的系統(tǒng)，采用節(jié)流調(diào)速或者容積節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，均宜采用開式系統(tǒng)。在本設(shè)計中，油泵向兩個液壓執(zhí)行元件供油而且功率較小，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也比較簡單，所以本設(shè)計采用開式系統(tǒng)。案的分析和選擇調(diào)速方案對主機的性能起到?jīng)Q定性的作用。調(diào)速方案包括節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速三種。選擇調(diào)速方案時，應(yīng)根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負載特性和調(diào)速范圍以及經(jīng)濟性能因素，最后選出合適的調(diào)速方案?？紤]到系統(tǒng)本身的性能要求和一些使用要求以及負載特性，參照表32，本設(shè)計決定采用容積節(jié)流調(diào)速表3-2各種調(diào)速方式的性能比較Tab.3-2variousformsofSpeedPerformanceComparison主要性能節(jié)流調(diào)速容積調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路簡式節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)帶壓力補償閥的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)變量泵定量馬達流量適應(yīng)功率適應(yīng)進油節(jié)流及回油節(jié)流旁路節(jié)流調(diào)速閥在進油路調(diào)速閥在旁油路及溢流節(jié)流調(diào)速回路負載速度剛度差很差好較好好特性承載能力好較差好較好好調(diào)速范圍大小大較大大功率特性效率低較低低較低最高較高高發(fā)熱大較大大較大最小較小小成本低較低高最高適用范圍小功率輕載或者低速的中低壓系統(tǒng)及工程機械非經(jīng)常性調(diào)速的場合大功率高速中高壓系統(tǒng)負載變化小，速度剛度要大的中小功率，中壓系統(tǒng)負載變化大速度剛度較大的中高壓系統(tǒng)式的分析與選擇液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有過濾器，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。液壓原理圖的擬定與設(shè)計根據(jù)上述分析，可以擬定整個液壓系統(tǒng)的原理圖如下：1油箱、2空氣過濾器、3油溫油位計、4吸油過濾器5電機、6泵、7單向閥、8安全閥、9蓄能器10壓力表開關(guān)、11壓力表、12壓力表、13二位四通換向閥14三位四通換向閥、15疊加式減壓閥、16疊加式減壓閥18通道體、19壓力繼電器、20液控單向閥圖21液壓系統(tǒng)的原理圖Fig.2-1Hydraulicsystemdiagram電磁鐵的動作順序表見表23表23電磁鐵動作順序表Tab.2-3Actionsequencetableofthesolenoidvalve動作名稱電磁鐵工作狀態(tài)YV1.1YV1.2YV1.3YV1.4夾盤高壓外夾緊+-+-外松開-+-內(nèi)夾緊-+-內(nèi)松開+-+-夾盤低壓外夾緊+-+外松開-+-+動作名稱電磁鐵工作狀態(tài)YV1.1YV1.2YV1.3YV1.4夾盤低壓內(nèi)夾緊-+-+內(nèi)松開+-+注：“+”通電；“-”斷電。4計算和選擇液壓元件液壓元件的計算是指計算元件在工作中承受的壓力和流量，以便選擇零件的規(guī)格和型號，此外還要計算原動機的功率和油箱的容量。選擇元件時應(yīng)盡量選擇標準件。4.1液壓泵的確定液壓泵的類型選擇液壓泵有齒輪泵、葉片泵、螺桿泵、和柱塞泵等多種類型，各種泵間的特性有很大差異，見表31，選擇液壓泵的主要依據(jù)是其最大工作壓力和最大流量，同時還要考慮定量或變量、原動機類型、轉(zhuǎn)速、容積效率、自吸特性、噪聲等因素。這些因素通常在產(chǎn)品樣本或型錄中均有反映。參照表31，比較各種泵的性能參數(shù)，本設(shè)計選擇葉片泵。表31液壓泵的類型及特性Tab.3-1ThetypesandcharacteristicsofthePump特性齒輪泵葉片泵螺桿泵柱塞泵軸向式徑向式額定壓力/MPa低壓泵2.5高壓泵達25低壓8中壓16高壓322.510約40約40排量/0.5650135025150041006500最高轉(zhuǎn)速/300700050040001000230050001800最大功率/kW1203203902660260總效率/%75907590708585958092適用黏度/2050020200194920200自吸能力非常好好最好差變量能力否單作用葉片泵能變量否好功率質(zhì)量/中大小大輸出壓力脈動大小小小污染敏感度小大小大特性齒輪泵葉片泵螺桿泵柱塞泵軸向式徑向式歷時變化齒輪磨損后效率下降葉片磨損效率下降較小螺桿磨損效率下降配流盤、滑靴或分配閥磨損時效率下降較大黏度對效率的影響很大稍小很小噪聲小大小中最小中大價格最低中高高使用場合機床、工程機械、車輛等機床、液壓機飛機及噪聲較低的場合機密機床、輕紡化工、石油機械工程機械、礦山冶金機械、鍛壓機械、建筑機械、船舶、飛機液壓泵站按照泵組的布置方式可以分為上置式、柜式和非上置式。液壓泵組置于油箱之上的上置式液壓泵站，分為立式和臥式兩種，上置式液壓泵站結(jié)構(gòu)緊湊，占地小，被廣泛應(yīng)用于中、小功率液壓系統(tǒng)中。考慮到整個安裝空間的布置，本設(shè)計選擇上置式的臥式安裝。液壓泵的計算與選擇液壓泵的最大工作壓力為（41）式中液壓執(zhí)行元件最大工作壓力；液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間所有的沿程壓力損失和局部壓力損失之和。初算時按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵?，管中流速不大時，取;管路復雜而且管中流速較大或者有調(diào)速元件時，取。由上述選取0.3MPa，然后帶入公式（41）計算得4.2+0.34.5MPa在選擇泵的額定壓力時應(yīng)考慮到動態(tài)過程和制造質(zhì)量等因素，要使液壓泵有一定的壓力儲備。一般泵的額定工作壓力應(yīng)比上述最大工作壓力高2060，所有最后算得的液壓泵的額定壓力應(yīng)為4.5（1+0.2）5.4Mpa液壓泵的流量按照下式進行計算，即K（42）式中K考慮系統(tǒng)泄漏和溢流閥保持最小溢流量的系數(shù)，一般取K；同時工作的執(zhí)行元件的最大總流量。本設(shè)計取泄漏系數(shù)K1.1，帶入公式（42）得1.18.89.7L/min由維樂樣本查的VP-12-FA2低壓變量葉片泵滿足上述估算得到的壓力和流量要求：該泵的額定壓力為7MPa，公稱排量V8.3，額定轉(zhuǎn)速為1800?，F(xiàn)取泵的容積效率0.85，當選用轉(zhuǎn)速n1400的驅(qū)動電機時，泵的實際流量為Vn（43）8.30.85140010.0式中V泵的公稱排量；n電機轉(zhuǎn)速；泵的容積效率。由前面計算可知泵的最大功率出現(xiàn)在夾緊保壓階段，參照表3-2取泵的總效率為0.75，則933W選用電動機型號：由于內(nèi)軸式電動機可以與相對應(yīng)的泵直接連接，無需用連軸器，從而減少安裝空間，裝配方便。所以由維樂樣本查的CT-01-1HP-4P-3-J-V式電動機滿足上述要求，其轉(zhuǎn)速為1450，額定功率為0.735KW。表液壓泵的總效率Tab.3-2Thetotalefficiencyofhydraulicpumps液壓泵類型齒輪泵螺桿泵葉片泵柱塞泵總效率.4-2Theactualworkingconditionsoftheclampingcylinder工作階段無桿腔/有桿腔/速度/時間/s快進13.3100.082s快退13.3100.112.5s4.2液壓控制閥的確定液壓控制閥在液壓系統(tǒng)中的功能是通過控制調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中的油液的流向、壓力和流量使執(zhí)行器及其驅(qū)動的工作機構(gòu)獲得所需的運動方向、推力（轉(zhuǎn)矩）及運動速度（轉(zhuǎn)速）等。同一工藝的目的的液壓機械設(shè)備，通過液壓閥的不同的組合使用，可以組成有路截然不同的多種液壓系統(tǒng)方案，因此，液壓閥是液壓技術(shù)中品種與規(guī)格最多的、應(yīng)用最廣泛、最活躍的部分（元件）。所設(shè)計的液壓系統(tǒng)，將來是否按照既定要求正?？煽窟\行，很大程度上取決與其中所采用的各種液壓閥的性能優(yōu)劣及參數(shù)匹配是否合理。足見液壓閥的在整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中占有相當重要的地位。各種液壓控制閥的規(guī)格型號，可以系統(tǒng)的最高壓力和通過閥的實際流量為依據(jù)，并考慮閥的控制特性、穩(wěn)定型及油口的尺寸、外型尺寸與重量、安裝連接方式、操縱方式、適應(yīng)性與維修方便性、貨源及產(chǎn)品歷史，從相關(guān)的設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本中選取。選擇壓力控制閥時，應(yīng)考慮壓力控制閥的壓力調(diào)節(jié)范圍、流量變化范圍、所要求的壓力靈敏度和平穩(wěn)性等。選擇流量控制閥時，應(yīng)考慮流量閥的流量調(diào)節(jié)范圍，流量壓力特性，最小穩(wěn)定流量，壓力補償要求或者溫度補償要求，對濾油器過濾精度的要求，閥進出口壓差的大小以及閥內(nèi)泄漏的大小等。選擇方向控制閥時，應(yīng)考慮方向閥的換向頻率，響應(yīng)時間，閥口的壓力損失以及閥的內(nèi)泄漏的大小等。通過各類閥的實際流量最多不應(yīng)超過其額定流量的120。根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計要求，本系統(tǒng)需要有管式單向閥，安全閥，疊加式減壓閥，疊加式單向閥，液控單向閥，電磁換向閥。4.3液壓附件的計算和選擇蓄能器的選擇液壓系統(tǒng)使用蓄能器的目的很多，但歸納起來主要是蓄能保壓、吸收液壓沖擊和吸收液壓脈動等三種，詳細作用見表4-3。按照加載方式不同，蓄能器有彈簧加載、重力加載和氣體加載等三種類型。其中氣體加載型蓄能器按照氣體與油液是否隔開，又分為隔離式和非隔離式兩大類，而隔離按照物體的材料及工作的形態(tài)又分為非可撓式和可撓式兩種主要形式，可撓式中的皮囊式蓄能器應(yīng)用最多，詳細分類見表4-4。由于本設(shè)計中使用變量泵，會有脈動；而且在卡緊過程中有液壓沖擊。所以本設(shè)計中蓄能器主要用途是吸收脈動、緩和沖擊與保壓。結(jié)合表4-3和4-4，選擇直通氣囊式蓄能器型號為NXQA-0.63/10-L，容量10L。表4-3蓄能器的用途Tab.4-3Theuseofaccumulator用途說明蓄能用于間歇型機械的液壓系統(tǒng)，可以存儲在執(zhí)行器間歇或低速運動時液壓泵輸出的油液（充液蓄能），并在執(zhí)行器快速運動需要大流量時，作為輔助能源與液壓泵一起向系統(tǒng)提供油液。從而實現(xiàn)了液壓泵組及整個液壓裝置的小型化，達到了節(jié)能的目的吸收沖擊液壓換向閥快速啟閉和負載的驟然變化，系統(tǒng)會產(chǎn)生沖擊壓力，從而導致振動和噪聲，甚至損壞機器。蓄能器緩和、吸收這些流體的沖擊壓力吸收脈動能吸收或減小各種液壓泵的流量脈動和壓力脈動，從而降低系統(tǒng)噪聲減震就有吸收氣體彈簧的作用，可用于吸收車輛等行走機械機身與車輪之間的振動平衡可把立置執(zhí)行器（液壓缸）及其負載下降時的重力勢能轉(zhuǎn)化為液壓能進行儲存，同時產(chǎn)生極限阻力；立置執(zhí)行器上升時，蓄能器釋放吸收的能量，與泵一起向液壓缸供油。從而實現(xiàn)了平衡和節(jié)能補油在執(zhí)行器鎖緊回路里的液體，隨著溫度的變化而膨脹或縮小，它的壓力也上升或下降，會引起回路故障或機器損壞。蓄能器能吸收或補充這種因溫度變化而導致的油量變化保壓在工件夾緊時液壓泵卸載的液壓回路中，蓄能器可保持執(zhí)行器所需的壓力以補償液壓泵卸載系統(tǒng)所產(chǎn)生的泄漏表4-4蓄能器的詳細分類及特點Tab.4-4thedetailedclassificationandcharacteristicsoftheAccumulator類型特點用途響應(yīng)噪聲容量限制/L最大壓力/MPa漏氣溫度/蓄能吸收脈動沖擊傳送異性液體彈簧加載式不好有小1.2-50120可不太好不可重力加載式不好有可做較大容量45-50120可不好不可類型特點用途響應(yīng)噪聲容量限制/L最大壓力/MPa漏氣溫度/蓄能吸收脈動沖擊傳送異性液體非隔離式良好有大5有可不限制可可不可非可撓式活塞式不太好有較大21小量-50120可不太好可差動活塞式不太好有較大45無-50120可不太好不可氣體加載式隔離式柱塞式不太好有較大45小量-50120可不太好可皮囊式良好無480200無-10120可可可可撓式隔膜式良好無0.9511.57無-1070可可可直通氣囊式好無小21無-1070可很好不可盤式好無小21無-1070不可很好不可金屬波紋管式良好無小21無-50120不可可不可活塞隔膜式良好無較大7小量-1070可可可過濾器的確定由于液壓系統(tǒng)的各類故障絕大多數(shù)由油液的污染造成，而過濾器是保持油液清潔的主要手段，所以合理選擇過濾器顯得非常重要。按照過濾器在液壓系統(tǒng)中安放部位的不同，過濾器有多種類型。詳細分類見表4-5。表4-5過濾器的類型Tab.4-5Thetypesofthefilters序號類型作用1吸油過濾器保護液壓泵2高壓過濾器保護液壓泵以外的液壓元件3回油過濾器濾出液壓元件磨損后生成的污物4離線過濾器獨立于系統(tǒng)之外，連續(xù)清除系統(tǒng)雜質(zhì)5泄油過濾器防止生成物進入油箱6注油過濾器防止注油時污物侵入7安全過濾器保護抗污能力低的液壓元件過濾器的主要指標有：過濾精度（濾除各種不同尺寸的污染顆粒的能力）、液降特性性和納垢量（壓力降達到規(guī)定限值之前，可以濾除并容納的）。按照過濾精度的不同，過濾器又可分為粗過濾器、普通過濾器、精過濾器和特精過濾器四類，各類過濾器的精度及其適用的液壓系統(tǒng)見表4-6。本設(shè)計中液壓系統(tǒng)是低壓系統(tǒng)過濾器的主要作用是保護液壓泵，所以選擇吸油過濾器型號為MF-02。表4-6各類過濾器的過濾精度Tab.4-6Theaccuracyofthefilters類型過濾精度適用系統(tǒng)及元件粗過濾器100重型設(shè)備、低壓液壓系統(tǒng)普通過濾器10100機床、液壓機、船舶的設(shè)備的液壓系統(tǒng)，齒輪泵、葉片泵、一般液壓閥、疊加閥、插裝閥精過濾器510一般電液伺服、比例液壓系統(tǒng)，柱塞泵、工業(yè)伺服閥、比例閥特精過濾器15航空航天設(shè)備、飛船的精密電液伺服系統(tǒng)、高性能伺服閥等綜上所述，現(xiàn)選定卡盤液壓系統(tǒng)的各個液壓元件的類型如表4-4所示。表44液壓系統(tǒng)元件選型Tab.4-4Varioustypesofhydrauliccomponentsofchoice序號名稱通過流量/L額定流量/額定壓力/MPa額定壓降/MPa型號規(guī)格1空氣過濾器AB-11622油溫油位計LS-3”3吸油過濾器10201MF-024單向閥1040250.05CI-T02-05-105安全球閥1035200.1YJZQ-J106蓄能器10NXQA-0.63/10-L7壓力表開關(guān)102121GCT-038壓力表10I-21/2-100-B19壓力表5I-21/2-50-B110二位四通換向閥1063100.2SWH-G02-C2-D24-20-LS11三位四通換向閥106350.2SWH-G02-D2-D24-20-LS12疊加式減壓閥1035250.1MPR-02A-K-1-2013疊加式減壓閥1035250.1MPR-02B-K-1-2014疊加式單向閥1035210.1MC-02AB-05-3015壓力繼電器353.5PS70-1-2016液控單向閥1035210.1MPC-02W-50-30確定油箱容積液壓系統(tǒng)的散熱主要是靠油箱，油箱大散熱塊，油箱小則油溫較高。初始設(shè)計時，應(yīng)注意以下幾個方面：1油箱必須有足夠大的容積。一方面盡可能地滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)；而工作時又能保持適當?shù)囊何?吸油管及回油管應(yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100m左右的網(wǎng)式或線隙式過濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過濾器。回油管口要斜切45角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時也有利于散熱吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠些，之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的2/33/4。（44）式中液壓泵每分鐘排出的液體體積；經(jīng)驗系數(shù)。低壓系統(tǒng)取24；中壓系統(tǒng)取57；高壓系統(tǒng)取612；行走機械取12。將數(shù)值帶入公式（44）得V71070L確定管件的尺寸由表42和43得知液壓缸有桿腔和無桿腔油管的實際最大流量分別為13.3L/min和10L/min，按照表45的推薦值取油管內(nèi)油液的允許流速為4m/min，管徑的計算公式為d（45）式中q通過油管的最大流量；V油管中允許流速；d油管內(nèi)徑；將數(shù)值帶入公式（45）得8.4mm7.3mm根據(jù)JB82766，同時考慮到制作方便，兩根油管同時選用101（外徑10mm，壁厚1mm）的冷拔無縫鋼管。由機械設(shè)計手冊查得管材的抗拉強度為412MPa，由表56取安全系數(shù)為8，按公式（46）對油管的強度進行校核，公式如下：（46）式中p管內(nèi)最高工作壓力；d油管內(nèi)徑；n安全系數(shù)；管材抗拉強度；油管壁厚。將數(shù)值帶入公式（46）得0.26mm因為0.26mm1mm,所以所選油管壁厚安全。表45油管中的允許流速Tab.4-5Allowthepipelineflow油液流經(jīng)油管吸油管高壓管回油管短管及局部收縮處允許速度（m/s）2.5557表46安全系數(shù)Tab.4-6SafetyFactor管內(nèi)最高工作壓力7717.517.5安全系數(shù)8645液壓油的選擇與維護5.1液壓油的種類液壓油可分為三大類:礦油型、合成型和含水型。國內(nèi)常用的液壓油有L-HL液壓油、L-HM抗磨液壓油、LHV低溫抗磨液壓油、L-HS低凝抗磨液壓油、L-HG液壓導軌油和抗燃液壓油等。油品的主要性能及適用范圍:1）50.6，粘度指數(shù)90，閃點，凝點,油的密度為918kg5.3液壓油的維護合理選好油液是液壓機械設(shè)備工作的開始，在工作過程中，油液的維護也很重要。首先，應(yīng)了解液壓油污染物的來源，液壓油污染物的來源可分為外部影響，包括:油液運輸過程帶來的污染;液壓元件內(nèi)存在的污染;周圍環(huán)境的污染。其次是了解使用過程中產(chǎn)生的影響，包括:運動部件磨損產(chǎn)生的影響;油液發(fā)生化學變化產(chǎn)生的影響;外來污染物、統(tǒng)維修和元件更換過程的污染。在工作開始前和工作過程中，對液壓油應(yīng)注意以下幾點:防止油污染1）使用前保持油的清潔。購買油品時，雖經(jīng)化驗合格，但存放時間或保管環(huán)境都可能使油品的清潔受到影響。因此，使用前應(yīng)重新化驗，如有問題及時處理。2）安裝和運轉(zhuǎn)前保持液壓系統(tǒng)的清潔。液壓元件加工和安裝過程殘存的金屬粉末等雜質(zhì)，如未及時清洗干凈，會帶進油液中隨著油流動，引起液壓元件的磨損、卡死或堵塞油路，甚至造成事故。因此，安裝和運轉(zhuǎn)前一定要對系統(tǒng)進行清洗。清洗時最好用液壓裝置所需的工作油或試車油，尤其是系統(tǒng)選用水一乙二醇、乳化液及高水基液時，更要用這些液體本身進行沖洗，以取得更好的效果。3）工作過程中保持油品清潔。運動和振動引起元件磨損，所產(chǎn)生的微粒隨油循環(huán)，引起元件進一步磨損，造成油膜被破壞、潤滑性變差、元件使用壽命縮短。另外，油在工作過程中會受到環(huán)境的污染，空氣、塵埃、冷卻水、蒸汽等會使油氧化變質(zhì)，產(chǎn)生膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和炭渣等污染物，需隨時除去。要保持壓油的清潔，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求，選用不同過濾精度的過濾器，過濾器的材質(zhì)要與所用油品相適應(yīng)，選擇過濾器的原則如下:根據(jù)被過濾微粒的大小，選擇適當網(wǎng)目的過濾器；系統(tǒng)壓力及可接受的壓力降；過濾器的成本、費用。過濾器的位置可根據(jù)工作系統(tǒng)的要求而布置。多數(shù)情況下，液壓設(shè)備用的是礦油液壓油，一般濾器材質(zhì)都適用，但帶活性材料的濾油器不宜采用，以免影響液壓油中的添加劑。防止空氣混人空氣進人液壓系統(tǒng)會產(chǎn)生以下不良影響:1）產(chǎn)生氣蝕。氣體的存在，會產(chǎn)生大量氣泡，致使油泵的容積效率顯著下降，在油泵和節(jié)流的地方產(chǎn)生氣蝕，引起元件的磨損，縮短使用壽命；2）產(chǎn)生噪音、振動和爬行，使運轉(zhuǎn)特性不穩(wěn)定；3）空氣中的氧與油起反應(yīng)，使油過早變質(zhì)，影響使用。防止水分混人冷卻水及蒸汽的混人會帶來以下不利影響:1）對液壓系統(tǒng)中的金屬起腐蝕作用，縮短元件；的使用壽命;銹蝕的微粒落到系統(tǒng)中，會加速磨損；2）加速油變質(zhì)，特別是有鐵、銅、錳等微粒存在時，水與大氣中的氧會使油迅速氧化，產(chǎn)生油泥；3）使油的潤滑性下降，水含量由0增到1.0%,油的燒結(jié)負荷由73.5N降至30N，水含量越大，潤滑性越差。一般規(guī)定液壓油的水含量不超過0.5%?？刂埔簤河偷氖褂脺囟瓤刂朴偷氖褂脺囟?，對液壓系統(tǒng)極為重要。油升溫會加速油的氧化變質(zhì)，不僅縮短油的使用壽命，而且氧化生成的酸性物質(zhì)還會對金屬起腐蝕作用，增加磨損，引起泄漏。在實際工作中，常會碰到各種油品互相更換的問題，尤其是液壓系統(tǒng)原來使用礦油產(chǎn)品，為了解決防火問題而更換成水-乙醇液體后，就要求把礦油放盡，用水乙醇置換兩次，再裝入水乙醇正式使用，切不可各種油品互相混用。液壓系統(tǒng)運行故障中選用油不當是一個重要的因素。因此正確合理地選用液壓油可提高液壓設(shè)備運行的可靠性，延長系統(tǒng)和元件的使用壽命，節(jié)約開支，對企業(yè)有著明顯的經(jīng)濟效益。6密封裝置的選擇與維護、保養(yǎng)6.1密封圈的選用液壓元件與系統(tǒng)的工作條件情況復雜，影響密封裝置，密封性能的因素很多，各種工作條件對密封件的選擇具有相應(yīng)要求。在選擇密封件的結(jié)構(gòu)、型式及材料時，應(yīng)從以下幾個方面來考慮。1）根據(jù)工作介質(zhì)和工作溫度，選擇密封件材料類型；2）根據(jù)密封副偶件相對滑移面的運動速度，選擇密封件的結(jié)構(gòu)型式；3）根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力高低，考慮密封件的結(jié)構(gòu)參數(shù)及裝置滑移面的間隙尺寸；4）根據(jù)運動偶件的運動跳動量，選擇材料的硬度或調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，以增強隨動性；5）根據(jù)工況條件，選擇合理的偶合面粗糙度及密封件安裝腔體的結(jié)構(gòu)型式、尺寸和位置精度。最常用的密封圈是O形圈、Y形圈、V形圈和橡膠材料與低摩擦材料聚四氟乙烯并用的組合式密封圈。O形橡膠密封圈是動、靜密封均可用的密封件，安裝方便，價格低。工作壓力大與7Mpa時，必須配置擋圈。與唇形密封圈相比，壽命