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江 蘇 大 學(xué) 成 教 院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
課程名稱(chēng)： 雙頭組合車(chē)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
進(jìn)行日期 2011 年 06 月13 日至 2011 年 09 月 16 日
學(xué)生姓名： 汪 璇
專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： 李 欣
所屬站名： 江蘇省交通技師學(xué)院
站 長(zhǎng)：
第1頁(yè)
課題主要參數(shù)及依據(jù)：
液壓技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械工程的基本技術(shù)構(gòu)成和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素，應(yīng)用液壓技術(shù)的程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志之一，所以正確、合理地提高設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)，具有十分重要的意義。同時(shí)讓同學(xué)們學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，提高實(shí)踐能力，使我們的設(shè)計(jì)更具實(shí)用性。
一、課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義
本設(shè)計(jì)為雙頭組合車(chē)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，組合機(jī)床是一種工序集中、效率較高的專(zhuān)用機(jī)床。通過(guò)組合車(chē)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以使學(xué)生進(jìn)一步掌握液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和方法，并使所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)得到更為全面的運(yùn)用。本設(shè)計(jì)課題的內(nèi)容分為以下幾個(gè)部分：
(1) 液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)；
(2) 液壓元件的計(jì)算與選擇；
(3) 裝配圖的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
通過(guò)對(duì)雙頭組合車(chē)床的原有液壓系統(tǒng)的分析和了解，結(jié)合已學(xué)的液壓方面的知識(shí)，對(duì)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和提高。
二、液壓系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)及技術(shù)要求
1、原始數(shù)據(jù)
(1)最大切削力F=11000N；
(2)所移動(dòng)的總重量為G=16000N；
(3)工作進(jìn)給速度范圍為0.025-1.1m/min；
(4)快進(jìn)快退速度為4m/min。
2、技術(shù)要求
(1)系統(tǒng)控制的動(dòng)作循環(huán)為“快進(jìn)-工進(jìn)-快退-停止”；
(2)進(jìn)給速度在規(guī)定范圍內(nèi)，且能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，在低速時(shí)有良好穩(wěn)定性；
(3)各車(chē)削頭的速度能夠單獨(dú)調(diào)節(jié)；
三、設(shè)計(jì)要求
1、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份；
2、液壓系統(tǒng)原理圖一張；(圖形符號(hào)符合GB786.1-93)
3、液壓系統(tǒng)典型零件裝配圖一份；
4、典型零件圖若干；
第2頁(yè)
進(jìn) 度 表
起止日期
內(nèi)容提要
備 注
第1-2周
第3-7周
第8-10周
第11-12周
第13周
收集資料、分析相關(guān)材料
制定研究、設(shè)計(jì)提綱
完成設(shè)計(jì)初稿、審核
完善設(shè)計(jì)初稿
終審
準(zhǔn)備論文答辯
第3頁(yè)
J I A N G S U U N I V E R S I T Y
本 科 畢 業(yè) 論 文
雙頭組合車(chē)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
Double the hydraulic system design combination lathe
學(xué)院名稱(chēng)： 江蘇大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名： 汪 璇
指導(dǎo)教師姓名：
指導(dǎo)教師職稱(chēng)：
2011年 9月
摘要
本文是關(guān)于雙頭車(chē)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程的闡述。主要包括系統(tǒng)方案的確定、液壓集成塊與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和總體布局的設(shè)計(jì)幾個(gè)方面的內(nèi)容。雙頭車(chē)床加工時(shí)，由于零件較長(zhǎng)，擬采用零件固定，刀具旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的加工方式，其加工動(dòng)作循環(huán)方式是：快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止，同時(shí)要求各個(gè)車(chē)削頭能單獨(dú)調(diào)整。顯而易見(jiàn)，采用雙頭車(chē)床能使原需多道工序的產(chǎn)品能一次切削完成，使工序簡(jiǎn)化，生產(chǎn)效益大大提高。且這種設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的產(chǎn)品對(duì)成均勻，精度高。對(duì)于雙頭車(chē)床的動(dòng)力執(zhí)行部分，本設(shè)計(jì)采用液壓伺服機(jī)構(gòu)。液壓伺服機(jī)構(gòu)較其他機(jī)構(gòu)有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小、驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在漏油、爬行、體積大等缺點(diǎn)。
為了盡量避免液壓系統(tǒng)的上述缺點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)用集成塊來(lái)代替管路，在液壓系統(tǒng)采用液壓閥集成配置，可以顯著減少管路聯(lián)接和接頭，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)添加和更改回路的柔性，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護(hù)方便、泄漏少、振動(dòng)小、利于實(shí)現(xiàn)典型液壓系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：雙頭車(chē)床? 液壓系統(tǒng) 液壓伺服機(jī)構(gòu)
Abstract
This text is a concerning of hydraulic system of the double-head lathe. In this text ,it primarily includes the determination of hydraulic system? program, the design of the hydraulic manifold block and control system, and the design of the total layout of the contents.
When we use the double-head lathe to work the components, because they are relatively long, we plan adopt the way of components fixing, cutting tool revolving and aheading. The circulate pattern of working movement is speeding→aheading→withdrawing→halting. Meanwhile, each turning head is required to adjust solely. Tell its own tale, it can made the produce needed several working procedure formerly cut completely only once , predigest the working procedure and improve the manufacture benefit enormously. And the produce manufactured by the design may be symmetry ,uniformity and high precision. For the drive perform part of the double-head lathe ,the design adopts hydraulic pressure servo mechanism. When compared to other institutions,it has many advances such as driving calmly, small noise, drive power greatcontemporary, it exists several shortcomings such as leaking oil,creeping big vulume.
In order to avoid the above shortcomings as far as possible,during the design of hydraulic system .I use the hydraulic manifold block to replace the oil tube.So that it can use less oil tube and tube joint, decrease complexity of the system, increase the flexibility of appending and altering the system on the spot, tight the system,install and uphold handily, littler seeping oil, lower vibration, and help for accomplish the integration and standardization of the characteristic hydraulic system.
Keywords:? Double-head lathe；Hydraulic system；Hydraulic servo
目 錄
引 言 1
第一章 制定基本方案及繪制液壓系統(tǒng)原理圖 5
1.1確定對(duì)液壓系統(tǒng)的工作要求 5
1.1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5
1.1.2 方向回路 5
1.1.3 調(diào)速回路 6
1.2擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖 7
第二章 計(jì)算和選擇液壓元件 11
2.1原始數(shù)據(jù) 11
2.2工作負(fù)載及慣性負(fù)載計(jì)算 11
2.2.1密封阻力的計(jì)算 12
2.2.2導(dǎo)軌摩擦阻力的計(jì)算 ..12
2.2.3回油背壓造成的阻力計(jì)算 13
2.2.4確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力 14
2.3油泵的計(jì)算 18
2.3.1確定油泵的實(shí)際工作壓力，選擇油泵 18
2.3.2確定液壓泵電機(jī)的功率 19
第三章 液壓元件計(jì)算與選擇 20
3.1選擇控制元件 20
3.2油管的計(jì)算和選擇 22
3.3管接頭的選擇 24
3.4油箱的設(shè)計(jì) 24
3.5液壓油的選擇 27
第四章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 27
4.1計(jì)算液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段的進(jìn)、排油量 28
4.1.2驗(yàn)算進(jìn)給油路在快進(jìn)、工進(jìn)和快退時(shí)的壓力損失 28
4.1.3計(jì)算液壓泵各運(yùn)動(dòng)階段的輸出壓力 32
4.1.4計(jì)算回路效率 34
4.1.5驗(yàn)算系統(tǒng)溫升 34
結(jié) 論 35
致 謝 36
參考文獻(xiàn): 37
引 言
隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)提供裝備和手段，具有無(wú)限放大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始起步，仍處于發(fā)展階段。
可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)普通機(jī)床的市場(chǎng)份額將不斷下滑, 數(shù)控機(jī)床的消費(fèi)會(huì)逐漸擴(kuò)大。國(guó)外公司在中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)銷(xiāo)量中的80％以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。
在這樣一個(gè)大背景下，我們的選擇設(shè)計(jì)了數(shù)控車(chē)床的液壓系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量和降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)本次設(shè)計(jì)培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊(cè)等基本技能及能力得到訓(xùn)練和提高。此外，力求完成設(shè)計(jì)的同時(shí)，熟悉國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),增強(qiáng)對(duì)如何發(fā)展民族數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識(shí)和使命感。
1、 液壓傳動(dòng)的組成
（1）液壓泵：把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的元件。
（2）執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的元件。如液壓缸、液壓馬達(dá)等。
（3）控制元件：通過(guò)對(duì)液壓的壓力、流量和方向的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度、方向、作用力等控制，也用于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)程序控制等，其中包括壓力控制閥、流量閥、方向控制閥等。
（4）輔助元件：以上組成部分以外的其他元件，如接頭油箱、管道、濾油器、冷卻器、加熱器等。
隨著工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械化、自動(dòng)化程度的日益提高，對(duì)液壓元件及液壓裝置的標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、微型化提出了更高的要求。于是出現(xiàn)了由液壓系統(tǒng)組成的液壓站。液壓站不僅滿(mǎn)足了日益發(fā)展數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)及一般專(zhuān)用組合機(jī)床對(duì)液壓系統(tǒng)的要求，而且適用于小批單件生產(chǎn)的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。
2、 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
液壓系統(tǒng)以液壓液作為工作介質(zhì)，而液體不可以壓縮的特性使液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性得到保證。在工業(yè)的許多領(lǐng)域，液壓系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：
（1）?在相同的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動(dòng)力。在相等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的20%左右。
（2）?液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)，制動(dòng)和頻繁的換向。
（3）?液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還可以在運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。
（4）?液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，它對(duì)液體壓力、流量或流動(dòng)方向易于進(jìn)行調(diào)速或控制。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)使用時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)很復(fù)雜的順序動(dòng)作，也能方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
（5）?液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長(zhǎng)期在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作而不會(huì)過(guò)熱，這是電氣傳動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置無(wú)法辦到的。
（6）?由于液壓元件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。
（7）?用液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單，這一點(diǎn)在本設(shè)計(jì)中體現(xiàn)的比較出色。
但液壓傳動(dòng)也存在著一些缺點(diǎn)：
（1）?液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失（摩擦損失，泄漏損失等），長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)更是如此。
（2）?液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影響，因此它不能在很高或很低的溫度條件下工作。
（3）?為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價(jià)較貴，而且對(duì)工作介質(zhì)的污染比較敏感。液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因。
總的來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的，而它們的缺點(diǎn)通過(guò)技術(shù)的進(jìn)步和多年的不懈努力，已得到了很大的改善。
3、 液壓技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)
（1）國(guó)內(nèi)液壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)液壓產(chǎn)品有一定生產(chǎn)能力和技術(shù)水平的生產(chǎn)科研體系。尤其是近十年來(lái)基礎(chǔ)產(chǎn)品工業(yè)得到國(guó)家支持，裝備水平有所提高，目前已能生產(chǎn)品種規(guī)格齊全的產(chǎn)品。近年來(lái)，我國(guó)液壓氣動(dòng)密封行業(yè)堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步，加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，取得良好成效，涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術(shù)產(chǎn)品。。
但取得的這些成果和目前國(guó)內(nèi)需求和國(guó)外先進(jìn)水平相比較還有好大差距。包括產(chǎn)品趨同化，構(gòu)成不合理，性能低，可靠性差，創(chuàng)新和自我開(kāi)發(fā)能力弱，自行設(shè)計(jì)水平低。具體表現(xiàn)在產(chǎn)品水平，產(chǎn)品體系與市場(chǎng)需求存在較大的結(jié)構(gòu)性矛盾。因此，在眾多低檔產(chǎn)品壓價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，不得不讓出一塊巨大的市場(chǎng)給國(guó)外產(chǎn)品。這表明，在市場(chǎng)豐富多樣的需求面前，第一.國(guó)內(nèi)企業(yè)必修依靠科技進(jìn)步，不斷調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；第二.適應(yīng)國(guó)際傳動(dòng)技術(shù)產(chǎn)品工業(yè)向國(guó)際化發(fā)展趨向，對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行改組，合并。是企業(yè)開(kāi)發(fā)能力，裝備能力，管理水平和服務(wù)水平不斷提高，以保持一定競(jìng)爭(zhēng)能力;第三.不斷提高企業(yè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力和創(chuàng)新能力，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，充分利用高等院校的科研開(kāi)發(fā)人力資源，發(fā)展由自主產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)；第四.完善質(zhì)保體系，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性，計(jì)劃地進(jìn)行技術(shù)改造.設(shè)備更新，挺高產(chǎn)品知名度，創(chuàng)立品牌。
（2）液壓技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展方向
（1）節(jié)省能耗，提高效率，采用液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)
（2）重視環(huán)保，提高電液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)性能，開(kāi)發(fā)水壓傳動(dòng)與控制技術(shù)，大力開(kāi)發(fā)水壓系統(tǒng)和元件，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域
（3）先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，仿真技術(shù)。。
4、 液壓技術(shù)在本課題中的具體應(yīng)用
加工壓縮機(jī)拖車(chē)上一根長(zhǎng)軸兩端軸頸時(shí)，如果我們采用傳統(tǒng)的車(chē)削加工思路，即一端夾緊，另一端用頂針頂住，車(chē)削完一端后卸下重新?lián)Q向一夾一頂加工另外一端軸頸，那么，由于長(zhǎng)軸零件自身剛度不足，加工精度很難得到保證，而且上述加工流程務(wù)必會(huì)降低加工效率。因此，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)人員提出了許多可行的方案。其中，本課題中的雙頭車(chē)床方案表現(xiàn)出了相對(duì)的優(yōu)勢(shì)。雙頭車(chē)床加工時(shí)，由于零件較長(zhǎng)，擬采用零件固定，刀具旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的加工方式，其加工動(dòng)作循環(huán)方式是：快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止，同時(shí)要求各個(gè)車(chē)削頭能單獨(dú)調(diào)整。顯而易見(jiàn)，采用雙頭車(chē)床能使原需多道工序的產(chǎn)品能一次切削完成，使工序簡(jiǎn)化，生產(chǎn)效益大大提高，比原先提高一倍以上，且這種設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的產(chǎn)品對(duì)成均勻，精度高?？傊?，我們相信采用雙頭車(chē)床加工長(zhǎng)軸零件，加工精度和效率都會(huì)得到顯著的改善，雙頭車(chē)床在機(jī)械加工中必將開(kāi)辟更加廣闊的前景。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到以下目的：1，培養(yǎng)綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；2，強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí),提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；3，使本人受到從事本專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練,提高工程繪圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻(xiàn)閱讀、使用計(jì)算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊(cè)、文字表達(dá)等各方面的能力；4，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及積極向上的團(tuán)隊(duì)合作精神。
第一章 制定基本方案及繪制液壓系統(tǒng)原理圖
1.1確定對(duì)液壓系統(tǒng)的工作要求
雙頭車(chē)床，加工壓縮機(jī)拖車(chē)上一根長(zhǎng)軸兩端的軸頸。由于零件較長(zhǎng)，擬采用零件固定，刀具旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的加工方式。其加工動(dòng)作循環(huán)是快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止。同時(shí)要求各個(gè)車(chē)削頭能單獨(dú)調(diào)整。其最大切削力在導(dǎo)軌中心線(xiàn)方向估計(jì)為11000N，所要移動(dòng)的總重量估計(jì)為16000N，工作進(jìn)給要求能在0.025～1.1m/min范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，快進(jìn)、快退速度一致，為4m/min，試設(shè)計(jì)該液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。圖1.1為該機(jī)床的外形示意圖。
圖1.1 雙頭車(chē)床外形示意圖
1.1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
根據(jù)加工要求，刀具旋轉(zhuǎn)由機(jī)械傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)；主軸頭沿導(dǎo)軌中心線(xiàn)方向的“快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止”工作循環(huán)擬采用液壓傳動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，故擬選定液壓缸作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
1.1.2 方向回路
液壓缸的工作循環(huán)運(yùn)動(dòng)采用三位五通O型電磁換向閥，其工作原理是利用閥心在閥體中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使液流的通路接通、關(guān)斷，或變換流動(dòng)方向，從而使執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止或變換運(yùn)動(dòng)方向。它能使執(zhí)行元件正反運(yùn)動(dòng)時(shí)可以得到不同的回油方式并在任何一位置上停止運(yùn)動(dòng)。
為了自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上述工作循環(huán)，并保證零件有一定的加工長(zhǎng)度(該長(zhǎng)度并無(wú)過(guò)高的精度要求，擬采用行程開(kāi)關(guān)及電磁換向閥實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作。
1.1.3 調(diào)速回路
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的速度控制回路的分類(lèi)：調(diào)節(jié)液壓執(zhí)行元件的速度的調(diào)速回路；使之獲得快速運(yùn)動(dòng)的快速運(yùn)動(dòng)回路；和工作進(jìn)給速度以及工作進(jìn)給速度之間的速度換接回路等。
調(diào)速的目的：調(diào)速是為了滿(mǎn)足液壓執(zhí)行元件對(duì)工作速度的要求。在不考慮液壓油的壓縮性和泄漏的情況下，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度為:
v=
液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為：
Q——輸入液壓執(zhí)行元件的流量
A——液壓缸的有效面積
——液壓馬達(dá)的排量
由此可知，通過(guò)改變輸入液壓執(zhí)行元件的流量Q或液壓缸的有效面積A（或液壓馬達(dá)的排量）均可以達(dá)到改變速度的目的，但改變液壓缸的工作面積是困難的，因此，只能用改變進(jìn)入液壓執(zhí)行元件的流量或改變變量液壓馬達(dá)的排量的方法來(lái)調(diào)速。由此產(chǎn)生了兩種調(diào)速方法——節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速，而同時(shí)用變量泵和流量閥來(lái)達(dá)到調(diào)速目的的又稱(chēng)為容積節(jié)流調(diào)速。
a. 節(jié)流調(diào)速回路
節(jié)流調(diào)速回路的工作原理是通過(guò)改變回路中流量控制元件（節(jié)流閥和調(diào)速閥）通流截面的大小來(lái)控制流入執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量，以調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)速度。根據(jù)流量閥在回路中的位置不同，分為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速、回油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速三種回路。前兩種調(diào)速回路由于在工作中回路的供油壓力不隨負(fù)載變化而變化，故又稱(chēng)為定壓式節(jié)流調(diào)速回路；而旁路節(jié)流調(diào)速回路中，由于回路的供油壓力隨負(fù)載的變化而變化，故又稱(chēng)為變壓式節(jié)流調(diào)速回路。
b.容積調(diào)速回路
容積調(diào)速回路是用改變泵或馬達(dá)的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有節(jié)流損失和溢流損失，因而效率高，油液溫升小，適用于高速、大功率調(diào)速系統(tǒng)。缺點(diǎn)是變量泵和變量馬達(dá)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。
c.容積節(jié)流調(diào)速回路
容積節(jié)流調(diào)速回路采用壓力補(bǔ)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(lái)調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)速度，并使變量泵的輸油量自動(dòng)地與液壓缸所需流量相適應(yīng)。這種調(diào)速回路沒(méi)有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性比容積調(diào)速回路好，常用在速度范圍大、中小功率場(chǎng)合，例如組合機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)等。
考慮到車(chē)削進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)功率不大，且要求低速穩(wěn)定性好，粗加工時(shí)負(fù)載有較大變化，故液壓缸的工作循環(huán)運(yùn)動(dòng)擬選用調(diào)速閥、變量泵組成的容積節(jié)流調(diào)速方式。
1.2擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖
該系統(tǒng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車(chē)削頭，且動(dòng)作循環(huán)完全相同。為了保證快速進(jìn)、退速度相等，并減小液壓泵的流量規(guī)格，擬選用差動(dòng)連接回路。
差動(dòng)缸基本原理，如圖1.2所示：?jiǎn)螚U活塞缸的左右腔同時(shí)接通壓力油稱(chēng)為差動(dòng)連接，此缸為差動(dòng)液壓缸。差動(dòng)液壓缸左、右腔壓力相等，但左右腔有效面積不相等。因此，活塞向右運(yùn)動(dòng)，差動(dòng)連接時(shí)因回油液進(jìn)入左腔，從而提高活塞運(yùn)動(dòng)速度。 對(duì)于差動(dòng)缸而言，D=d 。
圖1.2 液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
在行程控制中，由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)，采用機(jī)動(dòng)滑閥。使速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)，且工作安全可靠。工進(jìn)終了時(shí)。壓下電器行程開(kāi)關(guān)返回。快退到終點(diǎn)，壓下電器行程開(kāi)關(guān)，運(yùn)動(dòng)停止。
快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)后，因系統(tǒng)壓力升高，遙控順序閥打開(kāi)，回油經(jīng)背壓閥回油箱，系統(tǒng)不再為差動(dòng)連接。此處放置背壓閥使工進(jìn)時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，且因系統(tǒng)壓力升高，變量泵自動(dòng)減少輸出流量。
兩個(gè)車(chē)削頭可分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。要調(diào)整一個(gè)時(shí)，另一個(gè)應(yīng)停止，三位五通閥處中位即可。分別調(diào)節(jié)兩個(gè)調(diào)速閥，可得到不同進(jìn)給速度；同時(shí)，可使兩車(chē)削頭有較高的同步精度。由此擬定的液壓系統(tǒng)原理圖如圖1.3所示。
圖1.3 雙頭車(chē)床液壓系統(tǒng)工作原理圖
根據(jù)設(shè)計(jì)的要求列出電磁鐵動(dòng)作順序表1.1和表1.2。
表1.1 機(jī)床電磁鐵動(dòng)作順序示意表
元 件
左液壓缸
1YA
2YA
行程閥
靜止
- —
—
— —
快 進(jìn)
+
—
—
工 進(jìn)
+
—
+
快 退
—
+
+
表1.2 機(jī)床電磁鐵動(dòng)作順序示意表
元 件
右液壓缸
3YA
4YA
行程閥
不 動(dòng)
- —
- —
— —
快 進(jìn)
+
—
—
工 進(jìn)
+
—
+
快 退
—
+
+
注：兩車(chē)削頭可分別調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)一個(gè)時(shí)，另一個(gè)應(yīng)停止，三位五通閥處于中位即可。
第二章 計(jì)算和選擇液壓元件
2.1原始數(shù)據(jù)
1． 導(dǎo)軌中心線(xiàn)方向最大切削力：11000N；
2． 運(yùn)動(dòng)部件重量：16000N；
3． 快進(jìn)、快退速度：4m/min；
4． 工進(jìn)速度：0.025～1.1m/min；
2.2工作負(fù)載及慣性負(fù)載計(jì)算
計(jì)算液壓缸的總機(jī)械載荷， 根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況，液壓缸受力如圖1.4所示，其在不同階段的總機(jī)械載荷可參照式(10.4)-(10.7)計(jì)算。
圖1.4 液壓缸受力圖
根據(jù)題意，工作負(fù)載：11000
=
w
F
N
油缸所要移動(dòng)負(fù)載總重量：16000
=
G
N
根據(jù)題意選取工進(jìn)時(shí)速度的最大變化量：025
.
0
=
D
v
m/s，根據(jù)具體情況選?。?
. 5
0
=
D
t
s(其范圍通常在0.01- 0.5s)，則慣性力為：
163
25
.
0
025
.
0
81
.
9
16000
=
×
=
D
D
×
=
t
v
g
G
F
a
（N）
2.2.1密封阻力的計(jì)算
液壓缸的密封阻力通常折算為克服密封阻力所需的等效壓力乘以液壓缸的進(jìn)油腔的有效作用面積。若選取中壓液壓缸，且密封結(jié)構(gòu)為Y型密封，效壓力取MPa，液壓缸的進(jìn)油腔的有效作用面積初估值為mm，則密封力為：
啟動(dòng)時(shí)：（N）
運(yùn)動(dòng)時(shí)：（N）
2.2.2導(dǎo)軌摩擦阻力的計(jì)算
若該機(jī)床材料選用鑄鐵對(duì)鑄鐵，其結(jié)構(gòu)受力情況如圖1.5，根據(jù)機(jī)床切削原理，一般情況下，，由題意知，11000
=
=
w
x
F
F
N，則由于切削力所產(chǎn)生的與重力方向相一致的分力36667
3
.
0
11000
=
=
z
F
N，選取摩擦系數(shù)，V型導(dǎo)軌的夾角，則導(dǎo)軌的摩擦力為：
N
f
F
G
f
F
G
F
z
z
f
5266
45
sin
1
.
0
)
2
36667
16000
(
1
.
0
)
2
36667
16000
(
2
sin
)
2
(
)
2
(
=
+
+
′
+
=
×
+
+
×
+
=
o
a
圖1.5 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)受力示意圖
2.2.3回油背壓造成的阻力計(jì)算
回油背壓，一般為 0.3-0.5MPa，取回油背壓MPa，考慮兩邊差動(dòng)比為2，且已知液壓缸進(jìn)油腔的活塞面積mm，取有桿腔活塞面積mm，將上述值代入公式得：
（N）
分析液壓缸各工作階段中受力情況，得知在工進(jìn)階段受力最大，作用在活塞上的總載荷
18429
1200
5266
800
163
11000
=
+
+
+
+
=
+
+
+
+
=
b
f
s
a
w
F
F
F
F
F
F
（N）
這是液壓缸回油路上的阻力。初計(jì)算時(shí)，可不考慮，其數(shù)值待系統(tǒng)確定后
才能定下來(lái)。
根據(jù)上述分析，可計(jì)算出液壓缸各動(dòng)作階段中的負(fù)載。計(jì)算公式及數(shù)值見(jiàn)表1.3所示：
工 況
算 公 式
液 壓 缸 的 負(fù) 載
加速階段
快進(jìn)階段
工進(jìn)階段
快退階段
表2
2.2.4確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力
(1)確定進(jìn)給液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定系統(tǒng)工作壓力，選取p=3MPa，則工作腔的有效工作面積和活塞直徑分別為： 2
6
1
m
00184
.
0
10
3
18429
=
′
=
=
p
F
A
m
023
.
0
00184
.
0
4
4
1
=
′
=
=
p
p
A
D
因?yàn)橐簤焊椎牟顒?dòng)比為2，所以活塞桿直徑為
m
016
.
0
023
.
0
7
.
0
2
=
′
=
=
D
d
根據(jù)液壓技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，選取標(biāo)準(zhǔn)直徑
則液壓缸實(shí)際計(jì)算工作壓力為
Pa
10
89
.
2
09
.
0
18429
4
4
6
2
2
′
=
′
′
=
=
p
p
D
F
p
實(shí)際選取的工作壓力為
Pa
10
9
.
2
6
′
=
p
由于左右兩個(gè)切削頭工作時(shí)需做低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在確定油缸活塞面積之后，還必須按最低進(jìn)繪速度驗(yàn)算油缸尺寸。即應(yīng)保證油缸有效工作面積為：
式中：—流量閥最小穩(wěn)定流量，在此取調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量為50ml/min；—活塞最低進(jìn)繪速度，本題給定為20mm/min；
根據(jù)上面確定的液壓缸直徑，油缸有效工作面積為：
驗(yàn)算說(shuō)明活塞面積能滿(mǎn)足最小穩(wěn)定速度要求。
(2)液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算
液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。
液壓缸的壁厚一般指缸體結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異，一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑之比小于0.1時(shí)，稱(chēng)為薄壁缸體，薄壁缸體的壁厚按材料力學(xué)中計(jì)算公式：
(m)
式中：缸體壁厚（m）
P液壓缸的最大工作壓力（）
D缸體內(nèi)徑（m）
缸體材料的許用應(yīng)力（）
鑄鋼：=（10001100）
鍛鋼：=（1000 1200）
選用鑄鋼作為缸體材料：
在中低壓機(jī)床液壓系統(tǒng)中，缸體壁厚的強(qiáng)度是次要的，缸體壁厚一般由結(jié)構(gòu)，工藝上的需要而定，只有在壓力較高和直徑較大時(shí)，才由必要校核缸體最薄處的壁厚強(qiáng)度。
當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑D之比值大于0.1時(shí)，稱(chēng)為厚壁缸體，通常按中第二強(qiáng)度理論計(jì)算厚壁缸體的壁厚：
因此缸體壁厚應(yīng)不小于1.5mm，又因?yàn)樵撓到y(tǒng)為中低壓液壓系統(tǒng)，所以不必對(duì)缸體最薄處壁厚強(qiáng)度進(jìn)行校核。
缸體的外徑為：
(3)液壓缸工作行程的確定
液壓缸的工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定。以液壓左滑臺(tái)為例，用表3液壓缸活塞參數(shù)（GB2349-80）做參考。
表1.4活塞桿直徑系列（GB/T2348-80）(mm)：
Ⅰ
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
Ⅱ
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3900
Ⅲ
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3800
2.3油泵的計(jì)算
2.3.1確定油泵的實(shí)際工作壓力，選擇油泵
對(duì)于調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，管路的局部壓力損失一般取，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局未定之前，可用局部損失代替總的壓力損失，現(xiàn)選取總的壓力損失，則液壓泵的實(shí)際計(jì)算工作壓力
當(dāng)液壓缸左右兩個(gè)切削頭快進(jìn)時(shí)，所需的最大流量之和為
按照常規(guī)選取液壓系統(tǒng)的泄露系數(shù)(The Coefficient of the Leakage)，則液壓泵的流量為：
根據(jù)求得的液壓泵的流量和壓力，又要求泵變量，選取YBN-40M型葉片泵
2.3.2確定液壓泵電機(jī)的功率
因該系統(tǒng)選用變量泵，所以應(yīng)算出空載快速、最大工進(jìn)時(shí)所需的功率，按兩者的最大值選取電機(jī)的功率。
最大工進(jìn)：此時(shí)所需的最大流量為
選取液壓泵的總效率為：h=0.8，則工進(jìn)時(shí)所需的液壓泵的最大功率為：
快速空載：此時(shí)，液壓缸承受以下載荷
慣性力：)
N
(
543
2
.
0
60
/
4
81
.
9
16000
=
×
=
×
=
t
v
g
G
F
a
D
D
密封阻力：
導(dǎo)軌摩擦力：
)
N
(
1928
45
sin
1
.
0
2
16000
1
.
0
2
16000
2
sin
2
2
=
°
′
+
′
=
×
+
×
=
a
f
G
f
G
F
f
空載條件下的總負(fù)載：)
N
(
1726
1028
155
543
=
+
+
=
+
+
=
f
s
a
e
F
F
F
F
選取空載快速條件下的系統(tǒng)壓力損失，則空載快速條件下液壓泵的輸出壓力為：
)
Pa
(
10
29
.
1
10
5
.
0
063
.
0
1726
4
4
6
6
2
2
′
=
′
+
′
′
=
+
×
=
p
D
p
el
e
ep
p
d
F
p
空載快速時(shí)液壓泵所需的最大功率為：
故應(yīng)按最大工進(jìn)時(shí)所需功率選取電機(jī)。
第三章 液壓元件計(jì)算與選擇
3.1選擇控制元件
控制元件的規(guī)格應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過(guò)該閥的最大流量，在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取。
方向閥：按，
選35D—25B（滑閥機(jī)能O型）；
單向閥：按，
選I－25B；
調(diào)速閥：按工進(jìn)最大流量，工作壓力
選Q－10B
背壓閥：調(diào)至，流量為
選B－10；
順序閥：調(diào)至大于，保證快進(jìn)時(shí)不打開(kāi)。
選X－B10B
行程閥：按，
選22C－25B；
根據(jù)所擬訂的液壓系統(tǒng)圖，計(jì)算或分析通過(guò)各元件的最大流量和最高工作壓力，選擇液壓元件的規(guī)格。查閱《液壓系統(tǒng)的計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》，選取的元件規(guī)格如表1.5所示：
表1.5 元件規(guī)格表：
序號(hào)
元件名稱(chēng)
流量（L/min）
壓力
（0.1Mpa）
選用規(guī)格
1
單向變量葉片泵
27.5
43
YBN-40M
2
三位五通電磁閥
12.5
43
35D-25B(滑閥機(jī)能O型)
3
單向行程調(diào)速閥
25
33
QCI-25B
4
單 向 閥
25
33
I-25
5
背 壓 閥
7.6
33
B-10B
6
順 序 閥
7.6
33
X-B10B
7
壓 力 表 開(kāi) 關(guān)
K-1
8
壓 力 表
Y-60
9
濾 油 器
XU-25*80J
3.2油管的計(jì)算和選擇
(1)管道的種類(lèi)選擇
液壓系統(tǒng)中使用的油管有鋼管、紫銅管、尼龍管、塑料管和橡膠管等，須依其按照位置、工作條件和工作壓力來(lái)正確選用。本系統(tǒng)選擇冷拔鋼管。
(2)管道的內(nèi)徑的確定
管內(nèi)徑尺寸一般可參照元件接口尺寸而定，也可以按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。按照下式計(jì)算：
（3.25）
式中Q-通過(guò)管道的最大流量（m3/s）
V-管道內(nèi)液流的允許流速（m/s），吸油管取0.5-1.5m/s，高壓管取2.5-5m/s（壓力高的取大值，低的取小值，如壓力在6Mpa以上的取5m/s，在3-6Mpa之間的取4m/s，在3Mpa以下的取2.5-3m/s；管道短時(shí)取大值；油液粘度大時(shí)取小值）回油管取1.5-2.5m/s，短管及局部收縮處取5-7m/s
d-管道內(nèi)徑（mm）
由流體力學(xué)知識(shí)得知，提高流速會(huì)使壓力損失增大，減小流速勢(shì)必增加管道內(nèi)徑及其輔件的體積和質(zhì)量。同時(shí)流速與液體沖擊密切相關(guān)，流速增大，沖擊壓力也增大。
另外，管內(nèi)液流速度與元件、回路的正常工作也有密切關(guān)系，如液壓泵吸油管路上的壓力降低即流速不能太大，否則會(huì)造成泵的氣穴現(xiàn)象；回油管路的壓力損失過(guò)大會(huì)產(chǎn)生高的背壓，影響元件正常工作性能，因此，在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)管路時(shí)，要限制流速。選擇油管時(shí)，內(nèi)徑不宜過(guò)大，以免使液壓裝置不緊湊，但也不能過(guò)大，以免使管內(nèi)液體流速過(guò)大，壓力損失增大以及產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。
在強(qiáng)度保證的情況下，盡量選用薄壁管。薄壁管易彎，規(guī)格較多，連接容易。
查JB827-66鋼管公稱(chēng)通徑、外徑、壁厚、連接螺紋及推薦流量表。
在液壓泵的出口，按流量，查表取管路通徑為；在液壓泵的入口，選擇較粗的管道，選取管徑為；其余油管按流量，查表取。
3.3管接頭的選擇
管接頭是油管之間、油管與液壓件之間的可拆式連接件。在選擇管接頭時(shí)，必須使它具有足夠的通油能力和較小的壓力損失，同時(shí)做到裝卸方便，連接牢固，密封可靠，外形美觀。
管接頭包括四種：卡套式、焊接式、薄壁擴(kuò)口式管接頭和鋼絲編織膠管接頭。
(1)卡套式管接頭適用于油、氣為介質(zhì)的管路系統(tǒng)，適用的壓力范圍有二級(jí)：中壓級(jí)（Z）160kgf/cm2、高壓級(jí)（G）320kgf/cm2。
特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能良好，重量輕，體積小，使用方便，不用焊接等一系列優(yōu)點(diǎn)。但卡套式管接頭要求配用冷拔鋼管，且卡套式制造精度要求很高。
(2)焊接式管接頭適用于油為介質(zhì)的管路系統(tǒng)。工作壓力≤320kgf/cm2，工作溫度為-25℃—+80℃。
特點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，密封性能好等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是安裝時(shí)焊接量大，要求焊接質(zhì)量高，且裝拆不便。
(3)薄壁式擴(kuò)口式管接頭適用于中低壓油壓管路系統(tǒng)，對(duì)于水和氣壓管路系統(tǒng)亦可適用，最大工作壓力取決于管材和管徑，規(guī)定為35—160kgf/cm2。
特點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能良好，體積小，加工方便，成本低和使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此在飛機(jī)、汽車(chē)、機(jī)床等行業(yè)中廣泛采用。
綜上考慮，決定選用卡套式管接頭。
3.4油箱的設(shè)計(jì)
(1)油箱容積的確定
油箱在液壓系統(tǒng)中的主要功用是：
a.貯存供系統(tǒng)循環(huán)所需的油液；
b.散發(fā)系統(tǒng)工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量；
c.釋出混在油液中的氣體；
d.為系統(tǒng)中元件的安裝提供位置。
所以合理確定油箱容量是保證液壓系統(tǒng)正常工作的重要條件，油箱有整體式、分離式油箱；開(kāi)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。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：
有效容積 V0=αQ
其中V0—油箱容量，單位為L(zhǎng)
Q—液壓泵的額定流量l/min
α—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其數(shù)值大體如下：低壓系統(tǒng)α=2-4；中高壓系統(tǒng)α=5-10。
對(duì)于行走機(jī)械或經(jīng)常間斷工作的設(shè)備，其系數(shù)可取較小值，對(duì)安裝空間允許的固定設(shè)備，其系數(shù)可取較大值。
本系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，按經(jīng)驗(yàn)，油箱的容積一般取泵流量的3～5倍。
即～～～
可選擇YX-100型油箱。
(1) 油箱結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)
a.為了防止灰塵或其他污物落入油箱內(nèi)，油箱應(yīng)采用密封結(jié)構(gòu)，但不允許完全密封，要保持油箱內(nèi)外的氣壓相等，并可讓油中析出的氣體排出。因此，必須在油箱上設(shè)置能透氣的空氣過(guò)濾器?？諝膺^(guò)濾器常設(shè)計(jì)成既能過(guò)濾空氣又能加油的結(jié)構(gòu)，經(jīng)查閱選取：型空氣過(guò)濾器。
b.液壓泵的吸油管上應(yīng)安裝過(guò)濾精度為80或100um的網(wǎng)式或線(xiàn)隙式濾油器。選擇濾油器的主要依據(jù)是：過(guò)濾精度、通油能力、工作壓力、允許壓降等。如果工作管道上下宜過(guò)高的工作阻力，或者過(guò)濾器不宜在高壓下工作，則安裝在回油管路上。這種安裝方法不能直接防止液壓機(jī)件中侵入雜質(zhì)，僅僅是經(jīng)常的清除系統(tǒng)中的雜質(zhì)，它要求回油路中有一定的壓力。本系統(tǒng)安裝在液壓泵吸油管路上，用于保護(hù)液壓泵不使較大顆粒雜質(zhì)進(jìn)入。要求過(guò)濾器有很大的通流能力（要大于液壓泵流量的兩倍）和較小的壓力損失（不大于0.01-0.02Mpa）。一般都采用過(guò)濾精度較低的網(wǎng)式過(guò)濾器。經(jīng)查閱選?。篨U-25×80J型濾油器。濾油器與箱底間的距離應(yīng)不小于20mm。管接頭和液壓泵本身必須嚴(yán)密密封，防止空氣吸入泵內(nèi)。吸油管和回油管應(yīng)插入最低油面以下，防止吸油時(shí)卷吸空氣或因流入油箱的油流攪動(dòng)油面，而致使油中混如氣泡。回油管末端距離底部距離不應(yīng)小于三倍管徑。泄漏管不宜插入油中，以免增大元件泄漏腔處的背壓和將空氣混入油中。
c.為了加長(zhǎng)油箱內(nèi)油流的路程，吸油管和回油管的距離應(yīng)盡量遠(yuǎn)些，兩管之間最好用隔板隔開(kāi)，以增加油液流動(dòng)的距離，提高散熱效果，并使油液有足夠長(zhǎng) 時(shí)間去分離空氣、沉淀污物和浮釋氣泡。隔板的高度大約為最低油面高度的2/3或加一層網(wǎng)式金屬濾網(wǎng)和防止油箱底部脹物泛起。
d.為了便于排放污油，油箱底宜作成傾斜形，且與地面保持一定距離。放油塞應(yīng)放在油箱最底處。油箱結(jié)構(gòu)還應(yīng)考慮能夠方便地拆裝濾油器和清洗內(nèi)部，其側(cè)壁應(yīng)開(kāi)有足夠大的清洗孔。
e.用鋼板焊接的油箱壁厚，一般為2～4mm。壁厚小于2mm時(shí)焊接較困難。容積較小的油箱壁厚可取2～2.5mm；容量為100～300L時(shí)壁厚，可采用3mm;大于300L時(shí)，可采用4mm。企圖用增加壁厚的辦法來(lái)增加油箱的剛度是不合理的。對(duì)于大型油箱或箱蓋需要支承液壓泵裝置時(shí)，可用型鋼來(lái)加強(qiáng)油箱的強(qiáng)度和剛度。
f 油箱應(yīng)有液位計(jì)。經(jīng)查閱選?。篩WZ-80型液位計(jì)。油箱中如需要安裝熱交換裝置時(shí)，必須在結(jié)構(gòu)上考慮其安裝位置。為了便于測(cè)量油溫，可在油箱上裝設(shè)溫度計(jì)。
此外，油箱內(nèi)壁應(yīng)涂耐油防銹涂料。
從有利于散熱角度出發(fā)，在油箱容積一定的條件下，其散熱面積越大越好。油箱的容積必須保證在設(shè)備停止時(shí)，系統(tǒng)中油液在自重作用下，能全部返回油箱。為了能很好地分離空氣和沉淀雜質(zhì)，油箱容積通常取每分鐘流量的5-7倍。
焊接油箱的鋼板厚度可經(jīng)驗(yàn)選取，側(cè)板厚度取3mm，箱體部分（包括前、下、后面）的厚度取3mm，蓋板由于承受電機(jī)及集成塊管道的重量取為10mm。
吸油管與濾油器相連，為有利循環(huán)將其與油箱水平放置，回油管要防止雜質(zhì)和空氣進(jìn)入系統(tǒng)，要將管口放到液面下，離箱底至少300mm，管口切成45度斜面，面向箱內(nèi)壁安裝。
3.5液壓油的選擇
對(duì)液壓油的要求：a、粘度較高
b、防銹性能好
c、抗氧化性能好
d、抗乳化性能好
e、抗泡性好
f、潤(rùn)滑性好
g、凝固點(diǎn)低
h、含有盡量少的雜質(zhì)
本設(shè)計(jì)選用20號(hào)機(jī)械油，40℃，運(yùn)動(dòng)粘度為28.8-35.2cst
液壓油是液壓傳動(dòng)及控制的工作介質(zhì)，其最重要的要求是粘度，它是液壓系統(tǒng)工作的必要條件。因此選擇液壓油的主要依據(jù)是粘度。此外還有一些因素，如使用溫度，環(huán)境污染是否嚴(yán)重，應(yīng)選擇廉價(jià)常換的油等。粘度要適當(dāng)，若粘度過(guò)小會(huì)使泄漏加大，甚至引起氣蝕或使葉片甩不出去，影響葉片泵的正常工作。
一般選用其粘度（20-30）×10-6m2/s（50℃）的液壓油。
第四章 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算
液壓系統(tǒng)驗(yàn)算主要是驗(yàn)算液壓缸在運(yùn)動(dòng)階段中的壓力損失。驗(yàn)算后如與原估算值相差較大要進(jìn)行修改。壓力損失算出后，可確定液壓泵各運(yùn)動(dòng)階段的輸出壓力及某些元件的調(diào)整壓力。
4.1計(jì)算液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段的進(jìn)、排油量
為了計(jì)算壓力損失，首先應(yīng)算出液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段的進(jìn)油量和排油量。如不計(jì)流量損失，各運(yùn)動(dòng)階段的進(jìn)、排油量如表5所示：
運(yùn)動(dòng)速度
進(jìn)油量
排油量
快進(jìn)階段
工進(jìn)階段
快退階段
4.1.2驗(yàn)算進(jìn)給油路在快進(jìn)、工進(jìn)和快退時(shí)的壓力損失
(1)驗(yàn)算快進(jìn)時(shí)的壓力損失
管路長(zhǎng)度：進(jìn)出油管均為2m(泵至閥2的距離很短，可省略不計(jì))
管內(nèi)徑：8mm
油液最低粘度：
a.沿程損失
進(jìn)油路沿程損失
流量：進(jìn)油路上有較長(zhǎng)的一段（閥2→液壓缸）為，現(xiàn)按此值計(jì)算。
流態(tài)：可用雷諾數(shù)判斷
<2300
流態(tài)為層流
差動(dòng)油路沿程損失
流量：液壓缸至閥4段的流量為25，閥4至液壓缸無(wú)桿腔的流量為。
流態(tài)：仍為層流
液壓缸至閥4段的沿程損失
折算到進(jìn)油路的壓力損失為：
閥4至液壓缸大腔段沿程損失值同，但要進(jìn)行折算：
快進(jìn)時(shí)的沿程損失為：
快進(jìn)時(shí)的沿程損失為：
b.閥件局部損失
快進(jìn)時(shí)，油流經(jīng)過(guò)元件是：進(jìn)油：泵→閥2→閥3→液壓缸大腔；回油：液壓缸小腔→閥2→閥4→閥3→液壓缸大腔（差動(dòng)）。
閥件局部損失可按照下式計(jì)算：
（3.30）
快進(jìn)時(shí)油流經(jīng)過(guò)的閥件局部損失計(jì)算如下（差動(dòng)油路上閥的壓力損失要折算）：
快進(jìn)的總損失
(2)驗(yàn)證工進(jìn)時(shí)的驗(yàn)證壓力損失
工進(jìn)時(shí)，進(jìn)油路中的流量很?。?.13L/min）,回油路中的流量就更小。所以沿程損失和通過(guò)閥件的損失都很小，可忽略不計(jì) 。
一般?。?
工進(jìn)時(shí)的總損失為：
快退時(shí)壓力損失的驗(yàn)算方法與以上算法基本相同，故不再列列式驗(yàn)算。各運(yùn)動(dòng)階段壓力損失數(shù)值經(jīng)計(jì)算見(jiàn)表1.6所示：
表1.6液 壓 回 路 各 運(yùn) 動(dòng) 階 段 壓 力 損 失 數(shù) 值 表
運(yùn) 動(dòng) 階 段
損 失 值（Pa）
快 進(jìn) 時(shí)
工 進(jìn) 時(shí)
快 退 時(shí)
損 失 類(lèi) 別
沿 程 損 失
忽略不計(jì)
閥
件
局
部
損
失
三位五通電磁閥2
——
單向行程調(diào)速閥3
（行程閥）
——
——
單向行程調(diào)速閥3
（調(diào)速閥）
——
——
單向行程調(diào)速閥3
（單向閥）
——
——
單 向 閥 4
——
——
背 壓 閥 5
——
——
總 損 失
4.1.3計(jì)算液壓泵各運(yùn)動(dòng)階段的輸出壓力
計(jì)算公式及計(jì)算數(shù)值如表1.7所示：
表1.7液 壓 泵 在 各 運(yùn) 動(dòng) 階 段 輸 出 壓 力 數(shù) 值 表
計(jì) 算 公 式
液壓泵輸出壓力（Pa）
快 進(jìn) 時(shí)
工 進(jìn) 時(shí)
快 退 時(shí)
液壓泵在各階段的輸出壓力，是變量泵和順序閥調(diào)壓時(shí)的參考數(shù)據(jù)，調(diào)壓時(shí)
應(yīng)做到：
如圖1.6所示，為變量泵調(diào)壓示意圖：
圖1.6 變量泵調(diào)壓示意圖
4.1.4計(jì)算回路效率
在工作循環(huán)中，工進(jìn)占的時(shí)間較長(zhǎng)，所以回路效率按工進(jìn)時(shí)計(jì)算。
工進(jìn)時(shí)回路效率雖然不高，但是如果選用雙聯(lián)定量泵，工作中就有溢流損失，回路效率要比此值低。
4.1.5驗(yàn)算系統(tǒng)溫升
液壓系統(tǒng)發(fā)熱原因，是系統(tǒng)中的功率損失所引起。發(fā)出的熱量從系統(tǒng)中各散熱面散發(fā)到空氣中去，其中油箱是主要散熱面，一般在計(jì)算溫升時(shí)只考慮油箱的散熱。由于本系統(tǒng)的功率小，又采用變量葉片泵，效率高，發(fā)熱少，所取油箱容積又較大，故溫升是沒(méi)有問(wèn)題的，這種情況一般可不進(jìn)行溫升驗(yàn)算。
結(jié) 論
根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)出了一臺(tái)可實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)的組合機(jī)床，畫(huà)出了該液壓系統(tǒng)的原理圖，滿(mǎn)足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。分析出了系統(tǒng)在各個(gè)動(dòng)作循環(huán)中系統(tǒng)中的油液流動(dòng)方向和元件的工作情況。然后，對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了性能驗(yàn)算?？紤]到系統(tǒng)的節(jié)能問(wèn)題，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，采用了容積調(diào)速回路和蓄能器，可以提高效率，降低能耗。淡在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)中我們有些問(wèn)題沒(méi)有考慮到，如液壓泵的噪聲，在本設(shè)計(jì)中沒(méi)有很好的解決液壓泵的噪聲問(wèn)題，但在實(shí)際工作過(guò)程中可以再液壓泵的出口處安裝消聲器，這樣可以減少噪聲；對(duì)換向閥進(jìn)行控制，也可以采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)換向閥的控制。
傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮系統(tǒng)的工作能力、可靠性及成本，不太注意系統(tǒng)的效率，致使系統(tǒng)的效率大多維持在50％左右，造成能量損耗過(guò)大，因此就存在極大的節(jié)能空問(wèn)。
節(jié)能主要是通過(guò)降低能量損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)的，液壓系統(tǒng)的能量損耗主要包括各種不作用于執(zhí)行器的壓力損耗、流量損耗和原動(dòng)機(jī)損耗等。因此，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)必須多途徑地考慮降低系統(tǒng)的功率損失。
致 謝
通過(guò)這三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們圓滿(mǎn)的完成了對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在這段時(shí)間里，我們按照設(shè)計(jì)要求、結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)，認(rèn)證的分析、計(jì)算。從中我們收獲了很多知識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)來(lái)我們收集信息和解決問(wèn)題的能力。
首先，要感謝父母的養(yǎng)育之恩，沒(méi)有你們辛勤的勞動(dòng)就沒(méi)有我們順利完成學(xué)業(yè)的今天。其次，要感謝 老師對(duì)我們的細(xì)心指導(dǎo)，你嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致和一絲不茍的作風(fēng)一直是我們工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，你經(jīng)常教導(dǎo)我們遇到問(wèn)題先自己解決，自己解決不了的小組討論，討論還得不到結(jié)果的再向老師請(qǐng)教。這大大提高了我們獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，發(fā)揮了團(tuán)隊(duì)合作的精神。在此，我們向 老師表示我們最誠(chéng)摯的協(xié)議；感謝學(xué)校圖書(shū)館為我們提供了大量的書(shū)籍，供我們查閱資料；感謝幫助過(guò)我們的老師和同學(xué)們。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還借鑒了有關(guān)專(zhuān)家、學(xué)者的大量技術(shù)資料、文獻(xiàn)，在此，一并致謝。
最后，要感謝學(xué)校培養(yǎng)了我們，忠心祝愿江蘇大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院明天更美好！
參考文獻(xiàn):
[1] 成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第五卷）.北京： 化學(xué)工業(yè)出版社 （第三版），2004.
[2] 成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)