自動鉆床液壓傳動系統(tǒng)課程設(shè)計

1、I目錄目錄1 1 自動加工鉆床工作原理自動加工鉆床工作原理 .1 12 2 鉆床的液壓系統(tǒng)分析鉆床的液壓系統(tǒng)分析.2 23 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計液壓系統(tǒng)的設(shè)計.4 43.13.1 供油方式供油方式.4 43.23.2 調(diào)速方式的選擇調(diào)速方式的選擇.4 43.33.3 速度換接方式的選擇速度換接方式的選擇.5 53.43.4 夾緊回路的選擇夾緊回路的選擇.5 53.53.5 液壓原理圖的擬定與設(shè)計液壓原理圖的擬定與設(shè)計 .5 53.5.13.5.1 送料缸液壓回路送料缸液壓回路 .5 53.5.23.5.2 夾緊缸液壓回路夾緊缸液壓回路 .6 63.5.33.5.3 加工缸液壓回路加工缸液壓回路

2、.7 73.63.6 繪制液壓系統(tǒng)圖繪制液壓系統(tǒng)圖.7 73.6.13.6.1 繪圖要求繪圖要求.7 73.6.23.6.2 液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)原理圖.8 8根據(jù)自動加工鉆床的工作要求和結(jié)合上面對液壓系統(tǒng)的分析，最后擬定出的液壓系根據(jù)自動加工鉆床的工作要求和結(jié)合上面對液壓系統(tǒng)的分析，最后擬定出的液壓系統(tǒng)的原理圖如圖統(tǒng)的原理圖如圖 3-43-4。.8 84 4 液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇.9 94.14.1 液壓缸的選擇液壓缸的選擇.9 94.1.14.1.1 液壓缸主要尺寸的確定液壓缸主要尺寸的確定 .9 94.1.24.1.2 穩(wěn)定速度的驗算穩(wěn)定速度的驗

3、算 .12124.24.2 液壓泵的選擇液壓泵的選擇.13134.2.14.2.1 液壓泵的壓力液壓泵的壓力 .13134.2.24.2.2 液壓泵的流量液壓泵的流量 .14144.2.34.2.3 液壓泵規(guī)格的選擇液壓泵規(guī)格的選擇 .14144.34.3 電動機(jī)的選擇電動機(jī)的選擇.15154.44.4 壓馬達(dá)的選擇壓馬達(dá)的選擇.16164.4.14.4.1 液壓馬達(dá)的負(fù)載計算液壓馬達(dá)的負(fù)載計算 .16164.4.24.4.2 馬達(dá)規(guī)格的選擇馬達(dá)規(guī)格的選擇 .17174.54.5 液壓閥的選擇液壓閥的選擇.17174.5.14.5.1 方向控制閥的選擇方向控制閥的選擇 .17174.5.24.

4、5.2 壓力控制閥的選擇壓力控制閥的選擇 .18184.64.6 液壓缸的選擇液壓缸的選擇.18184.74.7 液壓油管的設(shè)計液壓油管的設(shè)計.20204.7.14.7.1 油管類型的選擇油管類型的選擇 .21214.7.24.7.2 油管尺寸的確定油管尺寸的確定 .21214.84.8 油箱容量的選擇油箱容量的選擇.22225 5 液壓系統(tǒng)性能驗算液壓系統(tǒng)性能驗算 .2323II6 6 電氣控制原理圖的設(shè)計電氣控制原理圖的設(shè)計 .25256.16.1 電氣原理圖設(shè)計中應(yīng)注意的問題電氣原理圖設(shè)計中應(yīng)注意的問題 .25256.26.2 電氣控制原理圖的擬定電氣控制原理圖的擬定 .2525結(jié)論結(jié)論

5、 .2727參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .282812 2 鉆床的液壓系統(tǒng)分析首先根據(jù) z3040 自動鉆床的參數(shù)，繪制運動部件的速度循環(huán)圖，如圖 2-1 所示。圖 2-1 速度循環(huán)圖然后計算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。液壓缸所受外負(fù)載 F 包括三種類型，即： (2-1)afwFFFF式中 工作負(fù)載，對于金屬切削機(jī)床來說，即為沿活塞運動方向的切削力，wF在本設(shè)計中為 13412；wFN運動部件速度變化時的慣性負(fù)載；aF導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動時為靜摩擦阻力，對于平導(dǎo)軌可由下式得：fFfF (2-2)(rnfFGfF式中 運動部件重力；G垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，本設(shè)計中為零；rnF 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，在本設(shè)計中取

6、靜摩擦系數(shù)為 0.2，動摩擦系數(shù)為 0.1。f2則求得：1078N53902 . 0fsF NF53953901 . 0fa式中 靜摩擦阻力；fsF動摩擦阻力。faF (2-3)tvgGaF式中 重力加速度；g加速和減速時間，t=0.2sec；t速度差，v時間差。t在本設(shè)計中NF3 .1321352 . 048 . 95390a根據(jù)上述計算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載，見表 2-1，并畫出如圖 2-2 所示的負(fù)載循環(huán)圖圖 2-2 負(fù)載循環(huán)圖表表 2-1 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載NF工作循環(huán)外負(fù)載NF3啟動、加速afFFF1210.3工進(jìn)fawFFF1395

7、1快進(jìn)FfaF539快退FfaF5393 液壓系統(tǒng)的設(shè)計3.1 供油方式供油方式 考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時負(fù)載較大，速度較低；而在快進(jìn)、快退時負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油?，F(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。3.2 調(diào)速方式的選擇調(diào)速方式的選擇調(diào)速方案對液壓系統(tǒng)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(fù)載特性、液壓缸活塞桿的運動情況和調(diào)速范圍以及經(jīng)濟(jì)性能因素，最后選出合適的調(diào)速方案。需考慮到系統(tǒng)本身的性能要求和一些使用要求以及負(fù)載特性，參照表 3-1。表表 3-1 各種調(diào)速

8、方式的性能比較各種調(diào)速方式的性能比較節(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(bǔ)償閥的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)主要性能進(jìn)油節(jié)流及回油節(jié)流旁路節(jié)流調(diào)速閥在進(jìn)油路調(diào)速閥在旁油路及溢流節(jié)流調(diào)速回路變量泵、 定量馬達(dá)流量適應(yīng)功率適應(yīng)速度剛度差很差好較好好負(fù)載特性承載能力好較差好較好好調(diào)速范圍大小大較大大效率低較低低較低最高較高高功率特性發(fā)熱大較大大較大最小較小小4成本低較低高小最高液壓系統(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

9、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。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粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)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。本設(shè)計采用容積節(jié)流調(diào)速，所以使用變量泵供油。3.3 速度換接方式的選擇速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。3.4 夾緊回路的選擇夾緊回路的選擇用三位四通電磁閥來控制夾緊、松開換向動作時，為了避免工作時突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊

10、方式。考慮到夾緊時間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時下降時仍能保持夾緊力，所以接入一個可調(diào)單向節(jié)流閥。在該回路中還裝有保壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。3.5 液壓原理圖的擬定與設(shè)計液壓原理圖的擬定與設(shè)計3.5.1 送料缸液壓回路送料缸液壓回路 送料液壓缸液壓回路采用了兩個可調(diào)單向節(jié)流閥，其中液壓缸左腔油液的開度設(shè)置 60%，因為送料要求平穩(wěn)，速度不宜過快，故限定油液的流量。為了保證送料缸活塞快速返回，所以液壓缸右腔開度設(shè)置為 100%。5選取了三位四通換向閥，滿足換向要求。具體送料缸液壓回路見圖 3-1 所示。圖 3-1 送料缸液壓回路3.5.2 夾緊缸液壓回路夾緊缸液壓回路夾緊缸液壓

11、回路采用了一個可調(diào)單向節(jié)流閥，液壓缸左腔油液開度設(shè)置為 100%，為的是在工件被運送到位后活塞桿快速向右運動進(jìn)行工件的夾緊。采用了一個保壓閥，使夾緊缸才工作過程中始終保持恒定的可調(diào)夾緊力，保證了工件的夾緊。夾緊缸液壓回路見圖 3-2。圖 3-2 夾緊缸液壓回路63.5.3 加工缸液壓回路加工缸液壓回路加工缸液壓回路采用了兩個可調(diào)單向節(jié)流閥，其中液壓缸左腔油液開度設(shè)置40%，因為加工的時候刀具運動較慢，故限定油液流量，保證加工的質(zhì)量；為了保證加工缸活塞快速返回，所以液壓缸右腔開度設(shè)置為 100%。加工缸液壓回路見圖 3-3。 圖 3-3 加工缸液壓回路3.6 繪制液壓系統(tǒng)圖繪制液壓系統(tǒng)圖3.6.

12、1 繪圖要求繪圖要求（1）整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。（2）各回路相互組合時要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。（3）注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。（4）要盡量減少能量損失環(huán)節(jié),提高系統(tǒng)的工作效率。（5）為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等） 。（6）大型設(shè)備的關(guān)鍵部位，要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時能迅速更換，保證主要連續(xù)工作。（7）各液壓元件盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。（8）對于自行設(shè)計的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。（9）系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱

13、和動作，注明各液壓元件的序號以及7各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程開關(guān)。3.6.2 液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)原理圖根據(jù)自動加工鉆床的工作要求和結(jié)合上面對液壓系統(tǒng)的分析，最后擬定出的液壓系統(tǒng)的原理圖如圖 3-4。圖 3-4 液壓系統(tǒng)原理圖1油箱 2過濾器 3變量液壓泵 4溢流減壓閥 5二位二通電磁換向閥6壓力表 7三位四通電磁換向閥 8可調(diào)單向節(jié)流閥 9雙作用液壓缸表表 3-2 電磁鐵動作順序表電磁鐵動作順序表1Y11Y22Y12Y23Y13Y2送料階段夾緊階段加工階段8停止卸荷注：“+”表示得電， “”表示失電。4 液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇4.1 液壓缸的選擇液壓缸的選擇4.1.1 液壓

14、缸主要尺寸的確定液壓缸主要尺寸的確定 計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有三個：缸筒內(nèi)徑 D、活塞桿外徑d 和缸筒長度 L。（1）缸筒內(nèi)徑 D液壓缸的缸筒內(nèi)徑 D 是根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力或往返運動速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑 D，再從 GB234880 標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計的缸筒內(nèi)徑。根據(jù)負(fù)載和工作壓力的大小確定 D：D= (4-1)cmPF1max4式中 p 缸工作腔的工作壓力，可根據(jù)機(jī)床類型或負(fù)載的大小來確定；1F最大作用負(fù)載。max（2）活塞桿外徑 d活塞桿外徑 d 通常先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。同時也

15、可以根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時，d=0.30.5D。受壓力作用時： p5MPa d=0.50.55D1 5MPap7MPa d=0.60.7D1p7MPa d=0.7D1（3）缸筒長度 L9缸筒長度 L 由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：L=l+B+A+M+C (4-2)式中 l活塞的最大工作行程；B活塞寬度，一般為(0.6-1)D；A活塞桿導(dǎo)向長度，取(0.6-1.5)D；M活塞桿密封長度，由密封方式定；C其他長度。一般缸筒的長度最好不超過內(nèi)徑的 20 倍。另外，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸還有最小導(dǎo)向長度 H。（4）工作壓力的確定。p工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來初

16、步確定為 FF0C，現(xiàn)參閱表 4-1 取液p壓缸工作壓力為 3。MPa表表 4-1 液壓設(shè)備常用的工作壓力液壓設(shè)備常用的工作壓力機(jī)床類型設(shè)備類型磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運輸機(jī)械工作壓力MPap0.82.0352881010162032（5）計算液壓缸內(nèi)徑 D 活塞桿直徑 d負(fù)載圖知最大負(fù)載為 19341，按表 4-2 可取為 0.5，為 0.95，考慮FN2pMPacm到快進(jìn)、快退速度相等，取為 0.7。上述數(shù)據(jù)代入公式：Dd2121114DdppcmpFD可得：1010378m. 0)7 . 0(1 305-195. 0103014. 319341

17、425D根據(jù)表 4-3，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑表表 4-2 執(zhí)行元件背壓的估計值執(zhí)行元件背壓的估計值系統(tǒng)類型背壓MPap2簡單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.50.8回油路帶背壓閥0.51.0中、低壓系統(tǒng)08MPa采用帶補(bǔ)液液壓泵的閉式回路0.81.5中高壓系統(tǒng)816采用帶補(bǔ)液液壓泵的閉式回路比中低壓系統(tǒng)高 50100%高壓系統(tǒng)1632鍛壓機(jī)械等初算時背壓可忽略不計表表 4-3 液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑 D 活塞桿直徑活塞桿直徑 d 關(guān)系關(guān)系按機(jī)床類型選取 d/D按液壓缸工作壓力選取 d/D機(jī)床類型d/D工作壓力 P/PAd/D磨床、珩磨及研磨機(jī)床0.

18、20.320.20.3插床、拉床、刨床0.5250.50.58鉆、鏜、車、銑床0.7570.620.7070.70按工作要求加緊力由兩個加緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給液壓缸的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為 2.5。回油背壓力為零，MPa為 0.95，則按式（4-1）可得：cmm1037.1095. 0102514. 319341425D按表 4-4 及表 4-5 液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的尺寸系列， 取好夾緊液壓缸的Dd=10mm 和=6mm。Dd表表 4-4 液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑 D 寸系列（寸系列（GB2348-80） 單位：單位：mm1181012162025

19、3240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630表表 4-5 活塞桿直徑活塞桿直徑 d（GB2348-80） 單位：單位：mm456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360404.1.2 穩(wěn)定速度的穩(wěn)定速度的驗算驗算要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積，必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效A面積，即。minAAminA (4-3)minminminvqA式中 的最小穩(wěn)定流量，一般從選定流量閥的產(chǎn)品樣本中查得；minq缸

20、的最低速度，由設(shè)計要求給定。minv如果液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積不大于計算所得最小有效面積，則說明AminA液壓缸不能保證最小穩(wěn)定速度，此時必須增大液壓缸的內(nèi)徑，以滿足速度穩(wěn)定的要求。液壓缸壁厚和外徑的計算，液壓缸壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計算。液壓缸壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。按最低工進(jìn)速度演算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由公式（4-3）可得：A23minmin5101005. 0cmvq是由產(chǎn)品樣本查得 GE 系列調(diào)速閥 AQF3-E10B 的最小穩(wěn)定流量為minq0.05。minL1

21、2本設(shè)計中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實際面積，即2222240)710(4)(4cmdDA可見上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。計算在各工作階段液壓缸所需的流量：快進(jìn)快進(jìn)vdq244)107(422 minL4 .15104 .153工進(jìn)工進(jìn)vq2D4 3210501 . 04minL快退快退）（vdDq224 4)07. 01 . 0(422 minL1610163快進(jìn)快進(jìn)vdq24 4)107(422 minL4 .15104 .1534.2 液壓泵的選擇液壓泵的選擇4.2.1 液壓泵的壓力液壓泵的壓力考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損

22、失，所以泵的工作壓力為：13 (4-4)pppp1式中 液壓泵為最大工作壓力；pp執(zhí)行元件最大工作壓力；1p進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取 0.20.5，復(fù)雜paMP系統(tǒng)取 0.51.5，本系統(tǒng)取 0.5。aMPaMPapMPppp5 . 35 . 031上述計算所得的 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)pp的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外，考慮到一定壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足公式。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取最pppnpp)6 .251. 1 (大值。4.2.2 液壓泵的流量液壓泵的流量液壓泵的最大流量應(yīng)為： (4-5)max)(qKqL

23、p式中 泵的最大流量；pq動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，如果這時溢流閥正進(jìn)max)(q行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量 23；minL泄露系數(shù)，一般取=1.11.3，現(xiàn)取=1.2。LKLKminLLKmin2 .19162 . 1)(maxLqKqLp4.2.3 液壓泵規(guī)格的選擇液壓泵規(guī)格的選擇根據(jù)以上所需最大壓力及最大流量并考慮一定的損耗，所選泵的額定流量：QKQ1.12.41 =2.65 L/min泵漏缸所選泵的額定壓力：14PKP= 1.32.91=3.78 Mpa泵壓缸查液壓產(chǎn)品目錄選泵型號：YB1-2.5。額定壓力為 6.3 Mpa，排量為 2.5m /r，轉(zhuǎn)速為 1450r

24、/min。該泵的輸出流量為：Q = 2.51450 =3.6 L/min4.3 電動機(jī)的選擇電動機(jī)的選擇首先分別算出快進(jìn)與共進(jìn)兩種不同工況時的功率，取兩者較大值作為選擇電動機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.21范圍內(nèi)時，可取。同時還應(yīng)注意到，為了使所選則的電動minL0.1403. 0機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗算，即： （4-6）npBPqp2式中 所選電動機(jī)額定功率；nP限壓式變量泵的限定壓力；Bp為時，泵的輸出流量。pqBp首先計算快進(jìn)時的功率，進(jìn)時的外負(fù)載為 1000N，進(jìn)油路的壓力損失定為0.3，由式（3-6）可得

25、：aMPa624051. 03 . 01007. 04539MPPP快進(jìn)時所需電動機(jī)功率為：KWPP15. 07 . 0601641. 0qpp工進(jìn)時所需電動機(jī)功率為：15KWPP15. 07 . 0601641. 0qpp查閱電動機(jī)產(chǎn)品樣本，選用 Y90S-4 型電動機(jī)，其額定功率為 1.1，額定轉(zhuǎn)速kW為 1400。minr根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得 YBX-16 的流量-壓力特性曲線。再由已知的快進(jìn)時流量為 24，工進(jìn)時的流量為 11，壓力為 3.5，做出泵的實際工作時的流量-壓力minLminLaMP特性曲線，如圖 3-3 所示。圖 3-3 YBX-16 液壓泵的流量-壓力特性曲線 1額定流量

26、壓力特性曲線2工作時間的特性曲線4.4 壓馬達(dá)的選擇壓馬達(dá)的選擇4.4.1 液壓馬達(dá)的負(fù)載計算液壓馬達(dá)的負(fù)載計算16工作機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動時，液壓馬達(dá)必須克服的外負(fù)載為：M=Me+Mf+Mi （1)工作負(fù)載力矩 Me作負(fù)載力矩可能是定值，也可能隨時間變化，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作條件進(jìn)行具體分析。（2)摩擦力矩 Mf為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩，其計算公式為：Mf=GfR(Nm) (4-7)式中 G旋轉(zhuǎn)部件的重量，N；f摩擦因數(shù)，啟動時為靜摩擦因數(shù)，啟動后為動摩擦因數(shù)；R軸頸半徑，m。（3）慣性力矩 Mi慣性力矩 Mi 為旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時產(chǎn)生的慣性力矩，其計算公式為： Mi=J=J (Nm) (4-8)式

27、中 角加速度，r/s ；2角速度的變化，r/s；t加速或減速時間，s；J旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量，kgm ，J=1GD /4g；22GD 回轉(zhuǎn)部件的飛輪效應(yīng)，Nm 。224.4.2 馬達(dá)規(guī)格的選擇馬達(dá)規(guī)格的選擇回轉(zhuǎn)支承一般采用滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)于放大了的滾動軸承，其中用得最廣泛的是單排滾球式和雙排滾柱式回轉(zhuǎn)支承?；剞D(zhuǎn)支承的座圈滾道與滾球的間隙為 0203 mm。雙排球式回轉(zhuǎn)支承的外座圈上下可分開，在使用過程中如發(fā)現(xiàn)間隙過大，可用千斤頂將轉(zhuǎn)臺頂起來，松開外座圈上、下聯(lián)結(jié)螺栓，再適量調(diào)整墊片的厚度。在本次設(shè)計中我們選用由安徽馬鞍山方圓回轉(zhuǎn)支承股份有限公司生產(chǎn)的 zl50 型回轉(zhuǎn)支乘回轉(zhuǎn)馬達(dá)選

28、用日本 KYB 株式會社生產(chǎn)的 MSG-27P-23E 型液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)。其最大扭矩為 2KN/M，最高轉(zhuǎn)速為 70r/min。174.5 液壓閥的選擇液壓閥的選擇液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中用來控制液流的壓力、流量和流動方向的控制元件、是影響液壓系統(tǒng)性能，可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要元件。4.5.1 方向控制閥方向控制閥的選擇的選擇方向控制閥簡稱方向閥，主要用來通斷油路或切換油液流動的方向，以滿足對執(zhí)行元件的啟停和運動方向的要求。其中有單向閥和換向閥兩種。（1）單向閥的選擇應(yīng)選擇開啟壓力小的單向閥，開啟壓力較大的單向閥可作為背壓閥使用。所以，本系統(tǒng)選擇疊加式雙單向節(jié)流閥，具體型號和尺寸根據(jù)要求查機(jī)械設(shè)計手冊

29、得：其中疊加式雙單向節(jié)流閥的型號為：Z2FS6-3-L4X/2Q。（2） 換向閥的選取 換向閥的作用是利用閥芯和閥體間的相對運動，來變換油液流動的方向。以實現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)的直線往復(fù)或正反轉(zhuǎn)，也可利用換向閥來接通或關(guān)閉油路。一般來說，流量在 190L/min 以上的適宜用二通插裝閥；190L/min 以下時可采用滑閥式換向閥。70L/min 以下時通常用電磁換向閥?？刂崎y的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也可以有 20%以內(nèi)的短時間過流量。 根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的換向閥為三位四通電磁換向閥具體的型號和尺寸根據(jù)要求查機(jī)械設(shè)計手冊得：4WE6E6X/EG24NZ5L/B10。4.5.2

30、壓力控制閥壓力控制閥的選擇的選擇在液壓傳動中，用來控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓力高低的閥類稱壓力控制閥。按其功能和用途不同可分為溢流閥、減壓閥、順序閥和壓力繼電器等。（1）溢流閥溢流閥的功能是靠閥芯的調(diào)節(jié)作用，可使閥的進(jìn)口壓力不超過或保持恒定值。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同有直動式、差動式、先導(dǎo)式。由于直動式溢流閥適用于低壓液壓系統(tǒng)，而先導(dǎo)式溢流閥 調(diào)壓范圍大，適用于18高壓液壓系統(tǒng)，因此此次設(shè)計中采用先導(dǎo)式溢流閥，型號為 DB10K2-4X-100YV。 （2）壓力繼電器壓力繼電器是利用液體壓力信號來啟動或關(guān)閉電器觸點的液壓電器轉(zhuǎn)換元件。它在油液壓力達(dá)到其設(shè)定壓力時，發(fā)出電信號，控制電器元件動作，實現(xiàn)泵的加載和卸荷

31、。其設(shè)定值通常是比系統(tǒng)正常工作壓力高出約 0.5Mpa，所以本系統(tǒng)的壓力繼電器預(yù)先調(diào)定壓力為 3.5Mpa。根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的壓力繼電器為疊加式壓力繼電器，具體型號和尺寸根據(jù)要求查機(jī)械設(shè)計手冊得：HED10A20/35L24/2。4.6 液壓缸的選擇液壓缸的選擇液壓缸參數(shù)的選擇每斗料的重量：M = 1.2 1.65 = 1980 Kg G = m g = 1980 9.8 = 19404 KN由卸料斗的尺寸圖按極限情況計算得所挖斗料自重 G 與鏟斗液壓缸產(chǎn)生的推力 F在卸料斗底板軸承鉸接處轉(zhuǎn)距平衡即： F L = G L拉12工作壓力的選定關(guān)系到設(shè)計出和系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)合理；工作壓力低，則

32、要求執(zhí)行元件的容量大，即尺寸大、重量重，系統(tǒng)所需流量也大；壓力過高，則對元件的制造精度和系統(tǒng)的使用維護(hù)要求提高，并使容積效率降低。一般是根據(jù)機(jī)械的類型來選擇工作壓力。執(zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載值或者主機(jī)設(shè)備類型選取，如表 4-6 所示。表表 4-6 各類機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力各類機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力負(fù)載 F/KN10102070140140250250工作壓力P/MPa0.8-1.21.5-2.51014182132由負(fù)載值大小查上表，參考同類型挖掘機(jī)，取液壓缸工作壓力為 25MPa 安裝方式選擇缸頭耳環(huán)帶襯套，活塞桿端連接方式選擇桿端外螺紋桿頭耳環(huán)帶襯套。又因其伸縮速度緩慢但壓力大，故

33、選擇帶緩沖，油口連接方式選擇外螺紋?；钊麠U直徑 d 與缸筒內(nèi)徑 D 的計算：19受拉時： d=(0.3-0.5)D受壓時： d=(0.5-0.55)D (p 5MPa) 1 d=(0.6-0.7)D (5MPa p 7MPa)1（1）液壓油缸的缸徑、桿徑和工作壓力確定根據(jù)技術(shù)條件：確定液壓缸徑和桿徑及行程為：缸徑： D=125mm桿徑： d=0.7D=85mm由此計算出液壓系統(tǒng)工作壓力為： =（2847103）/（1252-852） ）=32MPa式中 F鎖緊力，F(xiàn)=284KN。（2）缸筒壁厚計算根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊，在此液壓系統(tǒng)中，3.2D/16，故缸筒壁厚應(yīng)用中等壁厚計算公式，此時：= +C

34、(4-9)3 3 . 2(PyPyD式中 強(qiáng)度系數(shù)； Py液壓缸內(nèi)最高工作壓力，Py=10Mpa；D內(nèi)徑。= s/2.5=175/2.5=70MpammC25103603 . 22210（3）活塞桿長度和缸筒長度計算本例工藝要求送料缸送料速度大于 50mm/s，鉆削缸快進(jìn)速度大于 50mm/s。)(4122dDFP20查液壓傳動產(chǎn)品手冊：選內(nèi)徑活塞桿徑4020mm 的液壓缸作為夾緊缸，則夾緊工件時，液壓缸內(nèi)油的壓力需滿足：P = W /A =43657/3.14/402 =2.91 Mpa缸選該液壓缸行程不小于 40mm。因為鉆削缸要支撐動力頭，又雙向受力，選直徑大一點的液壓缸，另外由于有差動

35、聯(lián)接要使得快進(jìn)和退回的速度較接近而選活塞桿直徑較粗的液壓缸，故選內(nèi)徑活塞桿徑5032mm 的液壓缸作為鉆削缸，則可鉆削工件時，液壓缸內(nèi)油的壓力需滿足：P = F/A =42946/3.14/502 =1.55 Mpa由于鉆削快進(jìn)采用差動聯(lián)接，所以滿足鉆削缸快速進(jìn)給要求時，輸入流量需滿足：Qv3.14d /4=50603.14322/4 = 2.41min2選該液壓缸的行程不小于 35mm。選內(nèi)徑活塞桿徑3216mm 的液壓缸作為送料缸，滿足送料速度要求時輸入流量需滿足：QvA=50603.14322/4 =2.35min液壓缸的行程根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定。4.7 液壓油管的設(shè)計液壓油管的設(shè)計4.7.

36、1 油管類型的選擇油管類型的選擇液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力，同時，應(yīng)盡量縮短管路，避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。（1）鋼管 中高壓系統(tǒng)選用無縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價格低，性能好，使用廣泛。（2）銅管 紫銅管工作壓力在 6.510MPa 以下，易變曲，便于裝配；黃銅管承受壓力較高，達(dá) 25MPa，不如紫銅管易彎曲。銅管價格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應(yīng)盡量少用，只用于液壓裝置配接不方便的部位。（3）軟管 用于兩個相對運動件之間的連接。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物；21低壓橡軟管中夾有棉線或麻線編織物；尼龍管是乳白色半透明管，承壓能力為2.58M

37、Pa，多用于低壓管道。因軟管彈性變形大，容易引起運動部件爬行，所以軟管不宜裝在液壓缸和調(diào)速閥之間。綜上所述因此在此次設(shè)計中我采用的管道是無縫鋼管。4.7.2 油管尺寸的確定油管尺寸的確定（1）油管內(nèi)徑 d 按下式計算： (4-10)vqCd85式中 q油管的最大流量，m /s；3v管道內(nèi)允許的流速，m/s，一般吸油管取 0.55m/s，壓力油管取 2.55m/s，回油管取 1.52m/s。（2）油管壁厚 按下式計算：pd/2 (4-11)式中 p管內(nèi)最大工作壓力； 材料的許用壓力， =/n；b 材料的抗拉強(qiáng)度；bn安全系數(shù)，鋼管 p7MPa 時，取 n=8；p17.5MPa 時，取 n=6；p

38、17.5MPa 時，取 n=4。根據(jù)計算出的油管內(nèi)徑和壁厚，查手冊選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管，選取的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管如圖 4-7 所示。表表 4-7 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管管路名稱通過流量/(L/s)允許流速/(m/s)管道內(nèi)徑/m實際取值/m主泵吸油管2.50.80.04210.045主泵排油管2.5640.0170.0244.8 油箱容量的選擇油箱容量的選擇 初步確定油箱的有效容積,跟據(jù)經(jīng)驗公式來確定油箱的容量：22V= (4-12)qv式中 液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積；qv 經(jīng)驗系數(shù)。已知所選泵的總流量為 162L/min,這樣，液壓泵每分鐘排出的壓力油體積為162L，查表 4-8 選取=7，故

39、：V=60.162=0.9273m表表 4-8油箱經(jīng)驗系數(shù)表油箱經(jīng)驗系數(shù)表系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金系統(tǒng)122457612105 液壓系統(tǒng)性能驗算因為加工在工作循環(huán)中所占的時間最長，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按加工工況來計算加工時液壓泵的輸入功率。通過液壓缸卸荷閥的流量，取壓力損失，21.2 / minqL0.3napMP，1.6 / minnqL則此閥鉆孔時的壓力損失：23 22()nnqppq 21.20.3()0.171.6aMP鉆孔時泵的工作壓力： (取)11.960.172.13papppMP 0.8 21pp qp632.13 101.2/60 1053.30.8W

40、工進(jìn)時液壓缸的輸入功率： 2pFV3450.6 26.92W系統(tǒng)總發(fā)熱功率： 1253.36.9246.38HPPW 320.065AV3220.065 100.3m取郵箱散熱系數(shù)： 29/kWmC油箱溫升為： HtKA 46.3817.179 0.3C設(shè)環(huán)境溫度則熱平衡溫度為：225TC 12125 17.1742.17 55TTTT70 C此溫升值小于允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。246 電氣控制原理圖的設(shè)計電氣控制原理圖的設(shè)計6.1 電氣原理圖設(shè)計中應(yīng)注意的問題電氣原理圖設(shè)計中應(yīng)注意的問題電氣控制設(shè)計中應(yīng)重視設(shè)計、使用和維護(hù)人員在長期實踐中總結(jié)出來的許多經(jīng)驗，使設(shè)計線路簡單、正確

41、、安全、可靠、結(jié)構(gòu)合理、使用維護(hù)方便。通常應(yīng)注意以下問題。25（1）選擇電器元件 盡量減少電器元件的品種、規(guī)格與數(shù)量。在電器元件選用中，盡可能選用性能優(yōu)良、價格便宜的新型器件，同一用途盡可能選用相同型號。（2）減少通電電器的數(shù)量 正常工作過程中，盡可能減少通電電器的數(shù)量，以利節(jié)能，延長電器元件壽命以及減少故障。（3）合理使用電器觸點 在復(fù)雜的繼電接觸控制線路中，各類接觸器、繼電器數(shù)量較多，使用的觸點也多，但主副觸點的使用量不能超過限定對數(shù)，設(shè)計時應(yīng)注意盡可能減少觸點使用數(shù)量.以采用邏輯設(shè)計化簡方法，改變觸點的組合方式，以減少觸點使用數(shù)量，或增加中間繼電器來解決。（4）正確連線 合理安排電器元件

42、及觸點位置，對一個串聯(lián)回路，各電器元件或觸點位置互換，并不影響其工作原理，但從實際連線上卻影響到安全、節(jié)省導(dǎo)線等各方面的問題。6.2 電氣控制原理圖的擬定電氣控制原理圖的擬定本文設(shè)計對象自動加工車床采用電氣控制。采用電氣控制的優(yōu)點是操作方便、簡捷，能自動完成設(shè)計的工作過程。本電氣控制設(shè)計中采用了行程開關(guān)，利用行程開關(guān)能實現(xiàn)各缸之間運動的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)自動控制。三位四通 Y 型雙向電磁換向閥是用來控制液壓缸的運動方向，停機(jī)時三位四通換向閥處于中位，使液壓泵卸荷。根據(jù)自動加工車床的工作原理和結(jié)合各電氣元件的功能，擬定的電氣控制原理圖如圖 6-1 所示。26圖圖 6-1 電氣控制原理圖電氣控制原理圖未啟動的時候三個缸都在初始位置，