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武漢工程大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計（ 論 文）說明書
論文題目 G10鋼管自動切斷機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計
學(xué) 號
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
指導(dǎo)教師
總評成績
2011年 5 月 25 日
steel welding procedure 6 SH3525-2004 petrochemical JB/ T4708-2000 of welding procedure qualification for steel pressure vessels 7 JB/4709-2000 8 JB4730-2005 pressure vessel welding procedures of steel pressure vessel NDT 9 JB/T4744-2000 steel pressure vessel products mechanical properties test of welded plate II, mechanical equipment installation engineering 1 GB150-98 2 GB50128-2005 vertical cylindrical steel pressure vessel steel welded specification for construction and acceptance of oil tank 3 JB/ T4735-1997 steel welded atmospheric pressure vessel 4 GB50231-2009 mechanical equipment installation engineering construction and acceptance specification for 5 GB50275-98 compressor, fan and pump installation engineering construction and acceptance specification for lifting 6 HG20201-2000 construction installation engineering construction standard 7, HG ... Pressure gauges, using an installed spark arrestor for acetylene cylinders, illegal carrying, using gas cylinders, each operator fined 20 Yuan. Gas bottle without the hot sun exposure measures, responsibilities of team a fine of 50 Yuan. (7) at height and the opening and provisional protective measures have been taken, the responsible unit fined 200 Yuan, construction person in charge a fine of 50 Yuan. (8) no permit to work and the job in accordance with the provisions, on the job unit fined 300 yuan, the unit will charge a fine of 100 Yuan. 7.5.3 accident penalties (1) injuries fatalities directly punished 1~2 million. Direct responsibility for the accident and have the corresponding responsibility of leadership, such as concerning administrative sanctions, should be brought to the company or the relevant Department. (2) personal injury accident occurred, the direct punishment 0.5-10,000 yuan, responsible for the direct
武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）
目 錄
目 錄 I
摘 要 II
Abstract III
第一章 緒 論 1
1.1液壓傳動系統(tǒng)的背景 1
1.2液壓式切斷方式的優(yōu)點 2
1.3液壓傳動的工作原理和組成 2
1.4本文主要的設(shè)計任務(wù) 3
第二章 系統(tǒng)方案論證 4
2.1設(shè)計參數(shù) 4
2.2液壓泵站的方案論證 4
2.3液壓執(zhí)行元件的方案論證 6
2.4液壓控制部分的方案論證 7
2.5電氣控制部分的方案論證 9
2.6擬定系統(tǒng)原理圖 11
第三章 主要參數(shù)設(shè)計和元件選擇 15
3.1液壓執(zhí)行元件的設(shè)計計算 15
3.2系統(tǒng)性能系數(shù)的確定 23
3.2.2確定管道尺寸 24
3.3液壓系統(tǒng)元件的選擇 25
第四章 液壓系統(tǒng)性能驗算 31
4.1系統(tǒng)壓力損失驗算 31
4.2系統(tǒng)溫升驗算 32
第五章 液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 34
5.1液壓泵站的類型及其組件的選擇 34
5.2液壓裝置的類型 35
5.3油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 35
5.4集成塊的設(shè)計 36
總 結(jié) 40
致 謝 41
參考文獻(xiàn) 42
摘 要
本論文主要闡述了鋼管自動切斷機(jī)床液壓系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計參數(shù)，對一個具體功能的機(jī)床設(shè)計其液壓系統(tǒng)，建立了液壓系統(tǒng)原理圖，實現(xiàn)的工作循環(huán)是：定位→夾緊→快進(jìn)→工進(jìn)→停留→快退，分析了系統(tǒng)的特點和系統(tǒng)在各個動作循環(huán)中系統(tǒng)油液流動情況和元件的工作情況，根據(jù)設(shè)計要求確定了各元件的型號，并且設(shè)計計算和校核了液壓缸的尺寸，基本符合設(shè)計的理論要求。
本液壓系統(tǒng)的設(shè)計，除了滿足主機(jī)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(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用維修方便等一些公認(rèn)的普遍設(shè)計原則。液壓系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計。
液壓技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一，特別是與電子和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，使得液壓技術(shù)進(jìn)入了一個全新的發(fā)展階段。液壓技術(shù)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，在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位的制造業(yè)領(lǐng)域得以健康快速發(fā)展。
綜上所述，設(shè)計者應(yīng)樹立正確的設(shè)計思想，努力掌握先進(jìn)的科學(xué)文化知識，還要堅持理論聯(lián)系實際，并在實踐中不斷總結(jié)和積累設(shè)計經(jīng)驗，不斷地去學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，才能較好地完成機(jī)械設(shè)計任務(wù)。
關(guān)鍵字：自動切斷機(jī)床；液壓系統(tǒng)；液壓缸；液壓泵
Abstract
This paper mainly expounds the hydraulic system of automatic cutting machine tool steel, according to the design parameters of a specific functional machine tool , the machine designed its hydraulic system and established the hydraulic system diagram, the realized work cycle is: positioning - clamping - fast forward - work into - stay - fast rewind , which analyzes the characteristics and the condition of system in each movement cycle of oil flow field and the working of component system. Identifying various component models , designing calculation and checking the hydraulic cylinder size according to the design requirements. Which basic comply with the design theory requirements
Besides contented with requirements of host in action and performance, This hydraulic system design, must comply with some accepted generally design principles.such as; small volume, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation, convenient usage and maintenance etc . According to the known condition hydraulic system is designed to determine the hydraulic pressure working scheme, hydraulic flow rate, pressure and hydraulic pump and other components design.
Hydraulic technology is one of the fastest developing technologies of mechanical equipment , particularly connecting with electronic and computer technologies, it makes that hydraulic technology has entered a new stage of development. Hydraulic technology is not only important as a kind of basic traditional form , but also becomes a kind of important controling means with good dynamic and static performance ,it plays an important role in promoting health rapid development of manufacturing sector in China's national economy.
To sum up, designers should establish correct design ideas and strive to master advanced knowledge of science and culture, but also insists connect the theory with practice, to achieve the duty cycle is:work fast forward feed situ return to stop,hyaraulic technology is mechanical equipment in the fastest growing technologies.
Key word:modular machine tool ;hydraulic system ;pump hydraulic ;ylinder valve
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第一章 緒 論
1.1液壓傳動系統(tǒng)的背景
1.1.1液壓傳動的發(fā)展與應(yīng)用
液壓傳動相對于機(jī)械傳動來說，是一門發(fā)展較晚的技術(shù)。液壓傳動是更具17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新型的技術(shù)。自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓力算起，液壓傳動技術(shù)只有二三百年的歷史。直到20世紀(jì)30年代才較普遍地應(yīng)用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。隨著液壓傳動在各種機(jī)械復(fù)制運動的實現(xiàn)和控制所方面得到的廣泛應(yīng)用，目前液壓行業(yè)已成為機(jī)械工業(yè)的重要組成部分。液壓傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
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(jī)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(jī)及自動生產(chǎn)線，從而使它在機(jī)械制造、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)得到推廣應(yīng)用。20世紀(jì)60年代以來，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計算機(jī)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(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助測試(CAT)、計算機(jī)直接控制(CDC)、機(jī)電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)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(jì)50年代，最初只應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備上，后來又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械?，F(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進(jìn)一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。盡管如此，我國的液壓元件與國外先進(jìn)的同類產(chǎn)品相比，在性能上，在種類上、在規(guī)格上仍存在著較大的差距。我國已瞄準(zhǔn)世界發(fā)展主流的液壓元件系列型譜，有計劃地引進(jìn)、消化、吸收國外最先進(jìn)的液壓技術(shù)和產(chǎn)品，大力開展產(chǎn)品國產(chǎn)化工作。我國的液壓技術(shù)在21世紀(jì)必將獲得更快的發(fā)展。
1.1.2切斷設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r
鋼管自動切斷機(jī)床是鋼管加工必不可少的設(shè)備之一。切斷技術(shù)是現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的加工方法之一，應(yīng)用于汽車工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、家用電器、電子儀表、國防工業(yè)等部門，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。而切斷設(shè)備是完成切斷的先決條件，現(xiàn)在切斷方法有液壓切斷機(jī)床、電火花切斷機(jī)床、機(jī)械切斷機(jī)床，其中尤以液壓切斷機(jī)床廣受歡迎，具有重量輕、耗能小、效率高、精度高等特點。
1.2液壓式切斷方式的優(yōu)點
切割機(jī)的原理是當(dāng)鋼管進(jìn)入機(jī)器承料器時，向前出動定尺信號，該信號出發(fā)，液壓裝置進(jìn)行運動，帶動活塞桿頭部的切刀向下運動，這樣就可以切斷鋼管。雖然液壓切割機(jī)的出現(xiàn)晚于機(jī)械式的切割裝置，但是其優(yōu)越性十分明顯，其優(yōu)勢大致如下：
1）液壓的可調(diào)控性使液壓作用可以產(chǎn)生很大的沖擊力，這樣在對鋼管進(jìn)行剪切是可以適應(yīng)各種鋼管 強(qiáng)度，這樣可以提高剪切的效率。
2）由于傳動系統(tǒng)主要是液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)本身的特性是噪音小，而且由于減少了純粹的機(jī)械傳動過程，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，減小了部件的磨損，提高了壽命。
3）由于液壓系統(tǒng)的壓力可控性，使得切割機(jī)實現(xiàn)了一機(jī)多用的實際操作功能，可以進(jìn)行多種加工工作，如彎折、穿孔等。
4）提高了工作的可靠性。設(shè)備中減少了各種離合裝置，使得機(jī)器不會因為離合問題而產(chǎn)生連切。同時使得設(shè)備很容易實現(xiàn)自動化，引入控制系統(tǒng)實現(xiàn)定尺剪切，并可以保證質(zhì)量。
5）隨著技術(shù)的進(jìn)步，超高壓小電流的液壓技術(shù)應(yīng)用到切割機(jī)上，使得設(shè)備的體積和重量大大減輕，設(shè)備更容易攜帶。
1.3液壓傳動的工作原理和組成
液壓傳動的基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作的介質(zhì)來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動力的。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相似。
在液壓傳動中，液壓缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析它的工作過程，可以清楚地了解液壓傳動系統(tǒng)的基本原理。
液壓系統(tǒng)的組成：液壓系統(tǒng)主要由動力元件（油泵），執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)五部分組成。
1）動力元件。其作用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。
2）執(zhí)行元件。其作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動負(fù)載作直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動。
3）控制元件?？刂圃?即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、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(diào)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(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。
4）輔助元件。包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位油溫計等。
5）工作介質(zhì)。是指各類液壓傳動中的液壓油和乳化液，它經(jīng)過油泵和液壓機(jī)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。
1.4本文主要的設(shè)計任務(wù)
本文主要的設(shè)計任務(wù)是設(shè)計鋼管自動切斷機(jī)床液壓系統(tǒng)，包括機(jī)床的液壓系統(tǒng)的設(shè)計方案論證，并對液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算，確定標(biāo)準(zhǔn)零部件的型號、規(guī)格及數(shù)量，完成設(shè)計圖紙的繪制和編寫技術(shù)資料，通過對系統(tǒng)的設(shè)計和論證，最終達(dá)到設(shè)計任務(wù)書中對液壓工作臺循環(huán)動作的要求，即實現(xiàn)機(jī)床對鋼管的自動切斷。
鋼管自動切斷機(jī)床的主要動作循環(huán)為：定位→夾緊→快進(jìn)→1工進(jìn)→2工進(jìn)→停留→快退→松夾→停止。
第二章 系統(tǒng)方案論證
2.1設(shè)計參數(shù)
設(shè)計鋼管自動切斷機(jī)床帶有工作液壓定位和夾緊裝置。要求實現(xiàn)的動作循環(huán)為：定位→夾緊→快進(jìn)→1工進(jìn)→2工進(jìn)→停留→快退→松夾→停止。主要參數(shù)為：切斷鋼管最大直徑ф100mm，最大切削負(fù)載4000N，運動部件總質(zhì)量100N，快進(jìn)行程100mm，最快行程速度50mm/s，工進(jìn)行程100mm，工進(jìn)速度2.0mm/s，夾緊力100N，工作臺采用水臺導(dǎo)軌。
2.2液壓泵站的方案論證
2.1.1液壓泵
液壓泵站一般由液壓泵、集成塊和閥組合、郵箱以及一些液壓輔助元件（過濾器、溫控元件、熱交換器、儲能器、壓力表及管件等）組成。其工作原理：電機(jī)帶動油泵旋轉(zhuǎn)，油泵從郵箱中吸油，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能，液壓油通過集成塊（或閥組合）被液壓閥實現(xiàn)了方向、壓力、流量調(diào)節(jié)后，經(jīng)外接管路傳輸?shù)揭簤簷C(jī)械的油缸或馬達(dá)中，實現(xiàn)液壓機(jī)械的方向的變換，速度的快慢，推動各種液壓機(jī)械的做功。
在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓泵是將動力機(jī)械傳輸?shù)臋C(jī)械能轉(zhuǎn)換成流動液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置，屬動力元件，其功用是給液壓系統(tǒng)提供足夠的壓力油以驅(qū)動系統(tǒng)工作。它的工作原理都是依靠液壓泵密封工作腔容積大小交替變換來實現(xiàn)的。
液壓泵的主要技術(shù)參數(shù)包括：壓了、排量、流量、轉(zhuǎn)速、功率、效率等。
液壓泵的種類很多。按泵的排量是否可調(diào)可分為定量泵和變量泵兩種，按排油方式可分為單向泵和雙向泵，按內(nèi)含泵數(shù)量可分為單泵式和雙聯(lián)泵及多聯(lián)泵，按劑子的結(jié)構(gòu)可分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵，其中齒輪泵又可分為外齒合式和內(nèi)齒合式，葉片泵可分為單作用式和雙作用式，柱塞泵可分為軸向式和徑向式。
單作用葉片泵的工作原理是葉片靠離心力和根部油的壓力作用伸出緊貼在定子內(nèi)表面上。兩兩葉片之間的轉(zhuǎn)子的外圓柱面，定子內(nèi)圓柱面及前、后配流盤構(gòu)成了與葉片數(shù)相等的密封空間。由于轉(zhuǎn)子和東子不同心，有偏心距e，隨著轉(zhuǎn)子帶動葉片旋轉(zhuǎn)，每個密封腔內(nèi)的容積都在發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)，左半部分每個密封腔內(nèi)的容積都在增大，產(chǎn)生真空，吸進(jìn)油液，而右半部分每個密封腔都在逐漸減小，排除油液。
雙作用液壓泵的工作原理與單作用葉片泵的工作原理基本一樣，不同之處只是雙作用葉片泵中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，有兩次吸油和兩次抽油過程。同時，轉(zhuǎn)子和定子的中心軸線重合，轉(zhuǎn)子外表面為圓柱面，定子內(nèi)表面近似橢圓形，由兩段長徑圓弧，兩段短徑圓弧和四段過渡曲線組成。
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，采用這種限壓式葉片泵時，系統(tǒng)的最高壓力由泵調(diào)節(jié)，其值為泵出于無流量輸出時的壓力值。
2.2.2液壓輔助元件
液壓輔助元件有濾油器、蓄能器、管件、密封件、油箱和熱交換器等。液壓輔助元件和液壓元件一樣，都是液壓系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。它們對系統(tǒng)的性能、效率、溫升、噪聲和壽命的影響不亞于液壓元件本身。
為了保持油液清潔，一方面應(yīng)盡可能防止或減少油液污染，另一方面把已污染的油液凈化，在液壓系統(tǒng)中一般采用過濾器來濾去外部混入或系統(tǒng)工作中內(nèi)部產(chǎn)生在液壓油中的固體雜質(zhì)，保持液壓油的清潔，延長液壓元件使用壽命，保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性，因而在本次畢業(yè)設(shè)計中需要采用過濾器。
儲能器是儲存和釋放液體壓力能的裝置。它儲存高壓油，在需要的場合和時間使用。在液壓系統(tǒng)中，儲能器和主要用途：（1）作為輔助動力源，短期大量供油。（2）維持系統(tǒng)壓力。（3）吸收沖擊壓力和脈動壓力。由于本系統(tǒng)采用的油泵能夠保證工作循環(huán)中對壓力的要求，所以暫不采用儲能器。
液壓系統(tǒng)在適宜的工作溫度下保持熱平衡，不僅是系統(tǒng)所必須的，而且有利于減小機(jī)械設(shè)備的熱變形，提高工作精度。為了使油溫控制在最佳范圍內(nèi)，通常使用冷卻器冷卻，使用加熱器預(yù)熱。因而是否采用熱交換器，要等對系統(tǒng)熱平衡計算完畢后以及系統(tǒng)升溫情況而定。
2.2.3油箱
油箱在液壓系統(tǒng)中的主要功用是：
1）儲存供油系統(tǒng)循環(huán)所需的油液。
2）散發(fā)系統(tǒng)工作時所產(chǎn)生的熱量。
3）釋放出混在油液中的氣體。
4）為系統(tǒng)中的元件的安裝作準(zhǔn)備。
液壓系統(tǒng)中油箱有整體式油箱、分離式油箱、分開式油箱、閉式油箱、上置式油箱、下置式油箱、旁置式油箱等之分。
整體式油箱是采用主機(jī)的內(nèi)腔作為油箱，結(jié)構(gòu)緊湊、易于回收漏油，但維修不便，散熱條件不好，且會使主機(jī)產(chǎn)生熱變形。分離式油箱單獨設(shè)置，與主機(jī)分開，減少了油箱發(fā)熱和液壓源的震動對主機(jī)工作精度的影響，應(yīng)用較為廣泛。
所謂開式油箱是油箱液面和大氣相通的油箱應(yīng)用最廣。而閉式油箱則是油箱液面和大氣隔絕。這種油箱的特點在于泵的吸油條件較好，但系統(tǒng)的回油管、泄油管要承受背壓。油箱還須配置安全閥。電接點壓力表等以穩(wěn)定充氣壓力，所以它只在特殊場合下使用。
根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計采用的是分離式的開式上置式油箱。
2.3液壓執(zhí)行元件的方案論證
將液壓介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置叫做液壓執(zhí)行元件。它依靠壓力油液驅(qū)動與其外伸桿或軸相連的工作機(jī)構(gòu)運動而做功。按輸出運動形式的不同，液壓執(zhí)行元件有液壓缸、液壓馬達(dá)和擺動液壓馬達(dá)三類。
液壓缸是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的執(zhí)行元件，液壓缸一般用于實現(xiàn)直線往復(fù)運動和擺動運動等。由于它的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，因而在很多液壓傳動機(jī)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。由于本系統(tǒng)中的液壓缸是用作推動鋼管自動切斷機(jī)床工作臺，實現(xiàn)的是直線往復(fù)運動，所以本次設(shè)計采用液壓缸。
液壓缸的種類繁多。按作用方式可分為單作用和雙作用液壓缸。液壓缸只有一個工作油口，在壓力油的作用下，活塞桿或者柱塞伸出，返回行程靠重力或彈簧力等實現(xiàn)，雙作用液壓缸有兩個工作油口，活塞的往復(fù)運動都是在壓力油的作用下實現(xiàn)的。按結(jié)構(gòu)形式液壓缸又可分為柱塞式液壓缸、活塞式液壓缸、伸縮套筒式液壓缸、組合式液壓缸等，其中組合式液壓缸有串聯(lián)式、增壓式、多位式、齒條傳動活塞液壓缸，齒條傳動柱塞液壓缸。
活塞式液壓缸有缸體固定和活塞桿固定兩種形式，本系統(tǒng)采用缸體固定的形式。
活塞式液壓缸主要有缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿、密封件等零件組成。 活塞式液壓缸有雙活塞桿式和單活塞桿式，活塞桿有實心的也有空心的。由于機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)獅子工作臺的單側(cè)進(jìn)行推動作用的，所以采用單作用式的活塞桿。
單桿活塞液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。由于兩個工作腔的活塞有效作用面積不相同，其連接方式具有三種，分別是無桿腔進(jìn)油、有桿腔進(jìn)油和差動連接。由于差動連接時，雙向輸出力和速度不同，單桿活塞液壓缸特別適合滿速重載前進(jìn)和快退輕載退回的工作機(jī)構(gòu)，如果要求在快速退回的速度與快進(jìn)速度相同，可將單桿差動連接，也可采用回路調(diào)壓、調(diào)流的方式實現(xiàn)運動速度的調(diào)整。
由于本系統(tǒng)中的液壓缸需要在換向閥及其它閥類的控制下完成往復(fù)運動，即液壓缸的伸出行程和返回行程都是在壓力油的作用下完成的，所以系統(tǒng)采用的液壓缸是雙作用活塞式，這樣才能保證工作循環(huán)中快進(jìn)、工進(jìn)和快退的動作的有效實現(xiàn)。綜合考慮，機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)采用的執(zhí)行元件采用直線往復(fù)雙作用單活塞式液壓缸。
2.4液壓控制部分的方案論證
液壓系統(tǒng)中的控制元件是指各類液壓控制閥，其功用是通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中油液的流向、壓力和流量，使執(zhí)行元件及其驅(qū)動的工作機(jī)構(gòu)獲得所需的運動方向、推力及運動速度，滿足不同的動作要求。液壓閥性能的優(yōu)劣、工作是否可靠對整個液壓系統(tǒng)能否正常工作產(chǎn)生直接影響。
液壓閥按用途可分為壓力閥（溢流閥、減壓閥、順序閥、平衡閥）、流量閥（節(jié)流閥、調(diào)速閥、同步閥）、方向閥（單向閥、換向閥）；按閥的管路連接方式分為螺紋連接、板式連接、法蘭連接；按壓力級別分為中低壓系列、高中壓系列、高壓系列；按操縱方法可以分為手動式、機(jī)動式、電動式、液壓式和電液動式。
液壓閥的工作原理是利用閥芯在閥體內(nèi)的相對運動來改變發(fā)出口的通斷面積，從而控制壓力、流量和方向。
本系統(tǒng)設(shè)置溢流閥和減壓閥來維持系統(tǒng)的工作壓力，保護(hù)系統(tǒng)的安全運行，以帶有壓力和溫度補償?shù)碾p串聯(lián)的調(diào)速閥和電磁閥的并聯(lián)回路和單向調(diào)速閥進(jìn)行調(diào)速控制，從而實現(xiàn)進(jìn)給缸在工作過程中不同階段對進(jìn)給速度的要求。
2.4.1方向控制閥
方向控制閥是用來使液壓系統(tǒng)中的油路通斷或改變油液的流動方向，從而控制液壓執(zhí)行元件的啟動或停止，改變其運動方向的閥類，如單向閥、換向閥等。
單向閥有普通單向閥和液控單向閥兩類。普通單向閥的作用是使油液只能沿一個方向流動，不許它反向倒流。液控單向閥具有良好的單向密封性能，常用于執(zhí)行元件需要較長時間保壓、鎖緊等情況，也用于防止立式液壓缸停止是自動下滑及速度換接等回路中。
換向閥是利用閥芯和閥體見相對位置的不同來變換閥體上各主油路的通斷關(guān)系，實現(xiàn)各油路連通、切斷、或改變液流方向的閥類。按照結(jié)構(gòu)形式，換向閥可以分為滑閥式、轉(zhuǎn)閥式、球閥式和錐閥式。按照操作方式，換向閥可分為手動、機(jī)動、電磁控制、液動、電液動、氣動。按照工作位置和控制的通道數(shù)，換向閥可分為二位二通、二二位三通、二位四通、三位四通等。
本系統(tǒng)以三位四通和二位三通換向閥實現(xiàn)進(jìn)給油缸往復(fù)運動的方向轉(zhuǎn)換控制，以普通單向閥來起到防止回路中特定部位液體反向流動的作用。用三位四通電磁閥來控制夾緊、松動換向動作時，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，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。
2.4.2流量控制閥
流量控制閥是通過改變閥口通流面積的大小或通道長短來改變局部阻力，從而實現(xiàn)對流量的控制。流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、旁通調(diào)速閥和分流集流閥等。
調(diào)速閥是進(jìn)行了壓力補償?shù)墓?jié)流閥，它是單向閥與節(jié)流閥串聯(lián)而成的復(fù)合閥。它的優(yōu)點是流量穩(wěn)定性好，但是由于液流經(jīng)過調(diào)速閥時，多經(jīng)過一個液阻，壓力損失比較大，常用于負(fù)載變化大而對速度控制精度高不高的定量泵供油節(jié)流調(diào)速液壓系統(tǒng)。采用兩個調(diào)速閥串聯(lián)的流量控制回路的好處是調(diào)速范圍大，調(diào)速過程簡單，且調(diào)速閥可實現(xiàn)電氣化啟動與停止的控制，回路還起到單向截止的作用。調(diào)速時只要依次控制單個或兩個調(diào)速閥的開啟和閉合就可以控制流經(jīng)回路油液的流量，進(jìn)而起到對執(zhí)行元件運行速度的調(diào)節(jié)和控制，達(dá)到設(shè)計任務(wù)書中關(guān)于循環(huán)過程中快進(jìn)、工進(jìn)行程中對于速度的要求。
本系統(tǒng)中的流量控制由兩個串聯(lián)帶有溫度和壓力補償?shù)恼{(diào)速閥控制。
2.4.3壓力控制閥
壓力控制閥是用來調(diào)節(jié)和控制液壓系統(tǒng)中油液壓力的閥類。按照其功能和用途可分為溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等，它們的共同特點是利用作用于閥芯上的液壓作用力和彈簧力相平衡的原理進(jìn)行工作。
減壓閥是通過調(diào)節(jié)，將進(jìn)口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動保持穩(wěn)定的閥門。從流體力學(xué)的觀點看，減壓閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動能改變，造成不同的壓力損失，從而達(dá)到減壓的目的。然后依靠控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使閥后壓力的波動與彈簧力相平衡，使閥后壓力在一定的誤差范圍內(nèi)保持恒定。
溢流閥是維持閥進(jìn)口壓力近于恒定，系統(tǒng)中多余的流體通過該閥回流的壓力控制閥。主要用途有兩種：一是你過來報紙系統(tǒng)或回路的壓力恒定；二是在系統(tǒng)中作安全閥。此外，溢流閥還可作背壓閥、卸荷閥、制動閥、平衡閥、限速閥等使用。
在本系統(tǒng)中采用溢流閥來對系統(tǒng)起過載保護(hù)作用，在夾緊油路中采用減壓閥來得到恒定壓力。
2.5電氣控制部分的方案論證
電氣控制裝置是實現(xiàn)液壓工作控制的重要部分，是液壓系統(tǒng)設(shè)計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。
本系統(tǒng)采用PLC控制，控制電路得到很大的簡化。控制電路設(shè)計主要依據(jù)系統(tǒng)工作循環(huán)各節(jié)拍或不同工作狀態(tài)下的電磁鐵動作順序。液壓系統(tǒng)的電氣控制回路的控制回路包括電動機(jī)驅(qū)動回路，主液壓控制回路和輔助液壓回路的控制電路。電機(jī)在系統(tǒng)中的工作時間很長，不經(jīng)常啟動，可設(shè)置簡單的啟動停止開關(guān)控制，主液控回路的控制則主要由PLC完成。
電器控制柜的內(nèi)部用來安放各類繼電器、接觸器或PLC等電氣元件和外露各種控制按鈕及信號指示燈及其標(biāo)牌。電器控制柜不僅造型美觀，而且外露按鈕及信號燈排列整齊，方便操作與維護(hù)。
2.5.1繼電器控制
壓力繼電器是利用液體的壓力來啟閉電氣觸點的液壓電氣轉(zhuǎn)換元件。通常由壓力——位移轉(zhuǎn)換部分和微動開關(guān)兩部分組成，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)定值時，發(fā)出電信號，使電氣元件（如電磁鐵、電機(jī)、時間繼電器、電磁離合器等）動作，使油路卸壓、換向，執(zhí)行元件實現(xiàn)順序動作，或關(guān)閉電動機(jī)使系統(tǒng)停止工作，起安全保護(hù)作用等。壓力繼電器有柱塞式、膜片式、彈簧管式和波紋管式四種結(jié)構(gòu)形式，采用最廣泛的彈簧管式和柱塞式。
本次系統(tǒng)設(shè)計采用柱塞式壓力繼電器。
2.5.2 PLC控制
由于系統(tǒng)采用了PLC控制，可以適應(yīng)技術(shù)條件 變更，而且能夠使電控裝置小型化，PLC控制程序的編寫可根據(jù)系統(tǒng)循環(huán)動作各個階段繼電器的斷開情況來設(shè)定。PLC可編程控制器是微機(jī)技術(shù)與繼電器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制閥和微機(jī)控制閥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微機(jī)處理器為核心，用作數(shù)字控制的專用計算機(jī)，它主要有電源，中央處理單元cpu、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通訊模塊組成。
其工作原理如下：
當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。
(一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
(二) 用戶程序執(zhí)行階段
在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。
在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。
(三) 輸出刷新階段
當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。
綜上所述，該系統(tǒng)基本回路方案論證結(jié)果如下：
1）供油方式：考慮到該機(jī)床在_丁作進(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。現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵，采用這種限壓式葉片泵時，系統(tǒng)的最高壓力由泵調(diào)節(jié)，其值為泵處于無流量輸出時的壓力值。
2）調(diào)速方式的選擇：根據(jù)機(jī)床工作時對低速性能和速度負(fù)載特性都有一定的要求，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。容積節(jié)流調(diào)速回路采用壓力補償型變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)入或流出液壓缸的流量來調(diào)節(jié)其運動速度，并使變量泵的輸油量自動地與液壓缸所需流量相適應(yīng)。這種調(diào)速回路沒有溢流損失、效率較高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。
3）速度換接方式：該系統(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)性差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可以改用行程閥切換的速度換接回路。此外液壓系統(tǒng)的快進(jìn)、工進(jìn)和快退可以采用快速運動回路中的液壓缸差動連接回路來實現(xiàn)。
4）夾緊回路的選擇：用三位四通電磁閥來控制夾緊、松動換向動作時，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，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。
2.6擬定系統(tǒng)原理圖
在選定上述基本原件和回路后，配上其他輔助回路，為簡化系統(tǒng)，去掉重復(fù)的元件，是作用相近的回路合并，為確保系統(tǒng)的安全，必要時增設(shè)安全回路，保證設(shè)備和操作人員的安全，為了便于系統(tǒng)的安全、維修、檢查、管理，在回路上要適當(dāng)裝設(shè)一些截留閥或測試點。這樣擬定一個完整的液壓系統(tǒng)，原理如下圖所示：
1.濾油器 2.變量液壓泵 3、17單向閥 4.溢流閥 5、17壓力表
6、16三位四通換向閥 7.單向調(diào)速閥 8.調(diào)速閥 9.二位三通換向閥
10、13壓力繼電器 11機(jī)床動力滑臺 12工作缸 14夾緊缸
15單向節(jié)流閥 19順序閥
圖2.1 G10鋼管自動切斷機(jī)床液壓系統(tǒng)原理圖
2.6.1系統(tǒng)分析
該系統(tǒng)可實現(xiàn)“夾緊——快進(jìn)——I工進(jìn)——II工進(jìn)——快退——原位停止——松開”的工作循環(huán)。其工作循環(huán)如表2.1所示，系統(tǒng)在各個動作循環(huán)中油液的流向如下所示。
1）夾緊工件
按下啟動按鈕，使電磁鐵換向閥的16的開關(guān)5YA通電，溢流閥4關(guān)閉，減壓閥19打開，安裝并定位工件。當(dāng)工件定好位之后，發(fā)出信號使電磁鐵換向閥的16的開關(guān)5YA斷電夾緊工件，此時油路為：
進(jìn)油路：變量液壓泵2→單向閥3→順序閥19→單向閥l→換向閥16(右位)一→單向節(jié)流閥15→夾緊缸14(下腔)
回油路：夾緊缸14(上腔)→油箱
(2)進(jìn)給缸快進(jìn)
當(dāng)工件夾緊后油壓升高，壓力繼電器13發(fā)出信號使換向閥6中的1YA通電，換向閥6的左位開始工作，溢流閥4關(guān)閉，油液到達(dá)油缸，油缸達(dá)到一定壓力，壓力繼電器10發(fā)出信號使換向閥9中的3YA通電，油路打開。由于快進(jìn)是滑臺負(fù)載較小，系統(tǒng)工作壓力不高，因而變量液壓泵2輸入最大流量，減壓閥19關(guān)閉，此時進(jìn)給缸作差動連接。此時油路如下：
進(jìn)油路：變量液壓泵2→單向閥3→換向閥6(左位) →工作缸12(左腔)
回油路：工作缸12(右腔)→換向閥9(左位)→單向調(diào)速閥7→工作缸12(左腔)
(3) I工進(jìn)
當(dāng)滑臺快進(jìn)到指定位置時，壓力繼電器13發(fā)信號使調(diào)速閥8中的6YA斷電通右位，回油路液壓油從調(diào)速閥6YA的右位、調(diào)速閥7中通過，此時調(diào)速閥7起節(jié)流調(diào)速作用，使工作臺的運動速度達(dá)到I工進(jìn)的速度。同時由于調(diào)速閥7接入系統(tǒng)，溢流閥4打開，減壓閥19關(guān)閉，變量液壓泵2自動減小其輸出量，以與調(diào)速閥7的流量相適應(yīng)。此時油路為：
進(jìn)油路：變量液壓泵2→單向閥3→換向閥6(左位)→工作缸12(左腔)
回油路：工作缸12(右腔)→換向閥9(左位)→調(diào)速閥6YA（右位）→單向調(diào)速閥7→油箱
II工進(jìn)
當(dāng)?shù)谝淮喂みM(jìn)到位時，工作臺達(dá)到一定位置，此時壓力繼電器13發(fā)信號使調(diào)速閥8中的6YA通電通左位，此時出現(xiàn)油路截斷，回油路液壓油從調(diào)速閥7、8中通過，此時調(diào)速閥7、8起節(jié)流調(diào)速作用，使工作臺的運動速度降低至II工進(jìn)的速度，由于調(diào)速閥7、8同時接入系統(tǒng)，使系統(tǒng)的壓力進(jìn)一步升高，溢流閥4仍然打開，減壓閥19仍然關(guān)閉，變量泵2進(jìn)一步減小其輸出流量。此時的油路為：
進(jìn)油路：變量液壓泵2→單向閥3→換向閥6(左位)→工作缸12(左腔)
回油路：工作缸12(右腔)→換向閥9(左位) →調(diào)速閥8→單向調(diào)速閥7→油箱
(4)進(jìn)給腔快退
當(dāng)?shù)诙喂みM(jìn)到位時，按下返回按鈕，發(fā)出信號使換向閥6中的2YA通電打開，此時油泵輸出的壓力油回路連接換向閥6中的右位，調(diào)速閥8出于閉合狀態(tài)，此時的油路為：
進(jìn)油路：變量液壓泵2→單向閥3→換向閥6(右位)→單向調(diào)速閥7→換向閥9(左位)→液壓缸12(右腔)
回油路：工作缸12(左腔)→換向閥6(右位)→油箱
此時工作臺快速退回，液壓油從調(diào)速閥中的單向閥通過，調(diào)速閥并不起節(jié)流調(diào)速的作用，相當(dāng)于直接進(jìn)給缸右腔，推動工作臺左移，而進(jìn)給缸左缸的液壓油也直接流回油箱。
(5) 原位停止
工作臺快速退回之后，壓力繼電器10發(fā)出信號使換向閥6斷電，此時多余的液壓油直接經(jīng)過換向閥中路進(jìn)入油箱，達(dá)到卸荷液壓油的目的。其油路為：
卸荷油路：變量液壓泵2→單向閥3→換向閥6(中位)→油箱
(6)松開工件
當(dāng)進(jìn)給缸退回原位時，壓力繼電器13發(fā)出信號使電磁換向閥16中的4YA通電，放松被夾緊的工件。此時，油路接通，液壓油經(jīng)單向閥3、減壓閥19、單向閥17、換向閥16(左位)進(jìn)入夾緊缸上缸，推動活塞桿向下移動，進(jìn)而讓夾緊缸中的液壓油經(jīng)單向節(jié)流閥15、換向閥16(左位)流進(jìn)油箱，系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)。此時的油路為：
進(jìn)油路：變量液壓泵1→單向閥3→減壓閥19→單向閥17→換向閥16(左位)→夾緊缸14(有桿腔)
回油路：夾緊缸14(下腔)→單向節(jié)流閥15→換向閥16(左位)→油箱
表2-1 液壓系統(tǒng)的動作循環(huán)
動作
名稱
信號
來源
電磁鐵工作情況
液壓元件工作狀態(tài)
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
溢流閥4
減壓閥19
夾緊
按下啟動按鈕
—
—
—
—
+
—
關(guān)閉
打開
快進(jìn)
壓力繼電器10發(fā)信號
+
—
+
—
—
—
關(guān)閉
I工進(jìn)
壓力繼電器13發(fā)信號
+
—
—
—
—
—
打開
II工進(jìn)
壓力繼電器13發(fā)信號
+
—
—
—
—
+
快退
按下返回按鈕
—
+
—
—
—
—
停止
壓力繼電器10發(fā)信號
—
—
—
—
—
—
關(guān)閉
松開
壓力繼電器13發(fā)信號
—
—
—
+
—
—
打開
2.6.2該系統(tǒng)的特點
1）系統(tǒng)采用“限壓式變量液壓泵——調(diào)速閥”組成的容積調(diào)速回路，它能保證液壓缸的穩(wěn)定低速運動、較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍。
2）系統(tǒng)采用了限壓式變量液壓泵和液壓差動連接兩項措施來實現(xiàn)快進(jìn)，可以得到較大的快進(jìn)速度，且能量利用也較合理?；_停止運動時，采用單向閥和M型中位機(jī)能的換向閥來使液壓泵在低壓下卸荷，既減少能量耗損，又使控制油路保持一定的壓力，以保證下一動作順利啟動。
3）回油節(jié)流調(diào)速回路的節(jié)流閥使液壓缸回油腔形成一定的背壓，在負(fù)值負(fù)載時，背壓能阻止工作部件的前沖。
4）在回油節(jié)流調(diào)速回路中，由于回油路上節(jié)流小孔對缸的運動有阻尼作用，同時空氣也不易滲入，可獲得更為穩(wěn)定的運動。
第三章 主要參數(shù)設(shè)計和元件選擇
通過第二章的分析和論證，根據(jù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，初步確定了系統(tǒng)方案和液壓系統(tǒng)圖。本章主要根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中所給出的主要設(shè)計參數(shù)來對液壓系統(tǒng)進(jìn)行性能參數(shù)的確定，泵的確定與泵所需的功率的計算等。
3.1液壓執(zhí)行元件的設(shè)計計算
前面系統(tǒng)方案論證中已經(jīng)確定本系統(tǒng)的執(zhí)行元件為單桿活塞式液壓缸，通過它在液壓油的作用下的左右移動來實現(xiàn)工作臺的快進(jìn)、工進(jìn)、快退等運動，通過對執(zhí)行元件的受力分析和計算可以確定液壓缸的尺寸和液壓系統(tǒng)的其它重要性能參數(shù)。
3.1.1設(shè)計任務(wù)書給定的技術(shù)參數(shù)
切斷鋼管最大直徑：φ100mm 夾緊力： 1000N
最大切削負(fù)載：4000N 運動部件總重量：1000N
快進(jìn)行程：100mm 快進(jìn)行程速度：50mm/s
工進(jìn)行程：100mm 工進(jìn)速度：2.0 mm/s
3.1.2液壓缸的設(shè)計計算
1基本參數(shù)的確定
1）工作負(fù)載與液壓缸的推力
液壓缸的工作負(fù)載FR是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)載的情況下，以一定速度起動時對液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即FR=F1+Ff+Fg
式中 F1——工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載，自重等對液壓缸產(chǎn)生的作用力;
Ff——工作機(jī)構(gòu)在滿足負(fù)載下運動時的靜摩擦力;
Fg——工作機(jī)構(gòu)滿足負(fù)載起動時的慣性力。
i. 計算外負(fù)載阻力
F=4000N
ii. 摩擦力
運動部件對滑軌的重量壓力為Fn=1000N，
取靜摩擦力系數(shù)fs=0.2 動摩擦力系數(shù)fd=0.1
則:靜摩擦力Ffs=Fn?fs=1000×0.2=200N
動摩擦力Ffd= Fn?fd=1000×0.1=100N
iii. 慣性力
由牛頓第二定律知切削部位起動或減速時的慣性力
Fg=ma=(Fn/g)?(Δv/Δt)
其中Δt——起動時間，Δt一般在0.1~0.5s之間，數(shù)值與運動部件質(zhì)量大小成正比。
Δv——速度變化值
取Δt=0.2s，Δv=0.05m/s
則Fg=（1000/9.8）×（0.05/0.2）=25.5N
a.液壓缸在運動循環(huán)各階段推力如下：
啟動時：F1=Ffs=200N
加速時：F2=Fg+Ffd=25.5N+100N=125.5N
快進(jìn)時：F3=Ffd=200N
工進(jìn)時：F4=F+Fg=4000N+25.5N=4025.5N
反向啟動：F5=Ffs=200N
快進(jìn)：F6=Ffd=100N
制動：F7=Ffd–Fg=100N–25.5N=74.5N
b.運動速度
液壓缸的運動速度與其輸入流量和活塞、活塞桿的面積有關(guān)，本設(shè)計任務(wù)書中給定：
快進(jìn)速度為50mm/s，
工進(jìn)速度2.0mm/s，
快退速度50mm/s。
則：快進(jìn)時間T1=200/50=4s
工進(jìn)時間T2=100/2=50s
快退時間T3=300/50=6s
2）根據(jù)計算結(jié)果繪制液壓缸的F–L圖，V–L圖。
3-1圖（F–L圖）， 3-2圖（V–L圖）
3）缸筒內(nèi)徑
缸筒內(nèi)徑即活塞外徑，為液壓缸的主要參數(shù)，可根據(jù)以下原則確定
F=FR=PAηm (3.1)
式中P——為液壓流量給定的工作壓力
A——為液壓缸的有效工作面積
由于本系統(tǒng)設(shè)備屬于組合機(jī)床，本系統(tǒng)采用中低壓系統(tǒng)，取工作壓力為P1=3.0MPa;回油路帶有順序閥和背壓閥，取P2=1.0MPa.
油路采用差動連接，則A1=2A2，取ηm=0.95.
則：F=(P1A1-P2A2)? ηm 可得
A2=F/(2p1-p2)? ηm=4000/0.95×(2×3-1)=8.5×10-4m2
A1=2A2=1.7×10-3m2
查表可取標(biāo)準(zhǔn)值50㎜
工作腔面積A1=D2/4=3.14×(5×10-2)2/4=19.625×10–4㎡
4)活塞桿直徑的確定
確定活塞直徑d時，通常應(yīng)先滿足液壓缸速度或者速比的要求，然后再校核其結(jié)構(gòu)張度和穩(wěn)定性，若速比為，則：
（D為缸筒的內(nèi)徑） (3.2)
取，則：
查《機(jī)械設(shè)計手冊》取標(biāo)準(zhǔn)值36mm，即d=36mm
活塞桿面積：
有效工作面積：
則液壓缸的實際工作壓力為：
5） 最小導(dǎo)向長度的確定
當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度H.如果導(dǎo)向長度過短，將使缸因配合間隙引起的初始繞度增大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性。因此，設(shè)計必須保證缸有一定的最小導(dǎo)向長度，一般缸的最小導(dǎo)向長度滿足：
(3.3)
式中L—液壓缸的最大行程
D—缸筒內(nèi)徑
根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求取L=300㎜
則有：
活塞的寬度，一般?。?
導(dǎo)向套滑動面的長度
為了保證最小導(dǎo)向長度，過分增大A和B都是不合適的，必要時可在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套，其長度C由需要的最小導(dǎo)向長度H決定，即：
6） 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算與穩(wěn)定校核
?缸筒外徑
缸筒內(nèi)徑確定后，由溫度條件計算壁厚，然后求出缸筒外徑D外，當(dāng)缸筒壁厚與內(nèi)徑D的比值小于0.1時，稱為薄壁缸筒。可用薄壁缸筒的實用計算式：
(3.4)
式中 ——液壓缸的最大工作壓力
——缸筒材料的許用應(yīng)力，MPa