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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
設(shè)計(jì)（論文）題目：
發(fā)動(dòng)機(jī)端面銑加工專用機(jī)床液壓動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)
?
液壓站設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：
年 5月 13
I
目 錄
摘要 III
Abstract IV
1 緒論 1
1.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況 2
1.2 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用 2
2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 4
2.1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求 4
2.2．本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要完成的任務(wù)和需要繪制的相關(guān)CAD圖紙 4
3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù) 5
3.1本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求 5
3.2工作負(fù)載 5
3.3繪制負(fù)載圖和速度圖 6
4 初選液壓缸 8
4.1初步選定液壓缸工作壓力 8
4.2確定液壓缸的主要尺寸 8
4.3導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9
4.4壓力、流量、功率計(jì)算 9
4.4液壓缸工況圖 10
5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 14
5.1 速度控制回路的選擇 14
5.2 滑臺(tái)基本回路的選擇 14
5.3擬定液壓系統(tǒng)圖 14
6 液壓元件的選擇 16
6.1 液壓泵和電機(jī)的選擇 16
6.1.1確定液壓泵和電動(dòng)機(jī)規(guī)格 16
6.1.2液壓泵的流量計(jì)算 16
6.1.3確定液壓泵的規(guī)格 16
6.1.4確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率及電機(jī)的規(guī)格型號(hào) 16
6.2閥類(lèi)元件和輔助元件的選擇 16
6.4油箱的設(shè)計(jì) 18
7 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 20
7.1 油路的壓力損失 20
7.2油液溫升驗(yàn)算 22
8 結(jié)論 24
9 參考文獻(xiàn) 25
發(fā)動(dòng)機(jī)端面銑加工專用機(jī)床動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓站設(shè)計(jì)
摘要
液壓系統(tǒng)是一門(mén)利用電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使用液壓泵將賦予油管內(nèi)油液一定的壓力，驅(qū)動(dòng)不同的執(zhí)行元件。在整個(gè)系統(tǒng)中通過(guò)控制各種電磁閥單向閥改變液壓油的流動(dòng)方向，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)液壓缸完成工件在加工過(guò)程中的不同動(dòng)作。滿足加工工序中不同加工的操作需求。液壓系統(tǒng)在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要對(duì)加工機(jī)床的工作狀態(tài)進(jìn)行詳盡的分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)各個(gè)液壓元件。整個(gè)液壓站的裝配需要考慮到不同閥類(lèi)元件與油箱缸體元件之間的配合。最后還需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行使用性能的校核
關(guān)鍵詞：專用機(jī)床、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓站、端面銑
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The design of hydraulic station for the power system design of the engine end milling machine
Abstract
Hydraulic system is a use of electric energy to drive the motor, the use of hydraulic pump will be given to the oil pipe in a certain pressure, the drive to drive the implementation of different components. In the whole system through the control of a variety of solenoid valve to change the direction of the flow of hydraulic oil flow, and then drive the hydraulic cylinder to complete the work of different actions in the processing process. Meet the processing needs of different processing operations. Hydraulic system in the process of the whole process of the need for a detailed analysis of the working state of the machine tool, and then design the various hydraulic components. The assembly of the whole hydraulic station needs to take into account the coordination between different valve components and the components of the tank body. Finally, the whole system needs to check the performance of the system.
Key words: special machine tool, power system, hydraulic station, end face milling
IV
1 緒論
1.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況
就目前世界范圍內(nèi)在傳動(dòng)領(lǐng)域的探索與發(fā)現(xiàn)，液壓這種傳遞動(dòng)力的方式還算是一門(mén)比較新穎的技術(shù)。1795年對(duì)很多人來(lái)說(shuō)也許是一個(gè)平凡的不能再平凡的一年，就是在這個(gè)不位人知的年代，世界上第一臺(tái)水壓機(jī)已經(jīng)悄然誕生，時(shí)隔兩百多年，這個(gè)不引人關(guān)注的發(fā)明在悄悄的改變著人們的生活，它出現(xiàn)在人們衣食住行所涉及的各個(gè)行業(yè)中，生產(chǎn)衣服的過(guò)程中會(huì)用到液壓控制系統(tǒng)的復(fù)雜設(shè)備，出行代步的汽車(chē)已經(jīng)離不開(kāi)液壓系統(tǒng)的配合。雖然液壓傳動(dòng)的技術(shù)早在兩百年前就已經(jīng)被人們使用與研究，然而是液壓傳動(dòng)廣泛的使用在工業(yè)上并且得到顯著的發(fā)展卻是在離我們更近的短短的幾十年里。作為一種新的傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)很快的滲透到各行各業(yè)的生產(chǎn)中，不斷在民用工業(yè)，機(jī)床、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、塑料機(jī)械、船舶等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，逐漸的發(fā)展成為一種利用計(jì)算機(jī)輔助算法和傳感器及一些機(jī)械儀表協(xié)同運(yùn)作的柔性加工系統(tǒng)。時(shí)過(guò)境遷，現(xiàn)在對(duì)比一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)實(shí)力不再是一味地追求煉鋼產(chǎn)量那些基礎(chǔ)原料的生產(chǎn)力，而是漸漸地轉(zhuǎn)變?yōu)橛靡粋€(gè)國(guó)家能生產(chǎn)出什么品質(zhì)的產(chǎn)品來(lái)衡量工業(yè)水平。越高的機(jī)加工水平就要求加工機(jī)床配備更為穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，更為穩(wěn)定的執(zhí)行系統(tǒng)。液壓傳動(dòng)作為一種高效，穩(wěn)定，能量轉(zhuǎn)化率高的閥按越來(lái)越顯得各位重要。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)一個(gè)國(guó)家的液壓傳動(dòng)技術(shù)使用的范圍和這個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平是成正比的。
1.2 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用
同現(xiàn)有的機(jī)械傳動(dòng)方案相比，此種傳動(dòng)設(shè)計(jì)擁有許多特別之處
1. 液壓組件在空間布置時(shí)有更多的選擇避免了機(jī)械傳動(dòng)那種受傳動(dòng)件尺寸和形狀的約束，整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)執(zhí)行，動(dòng)力元件通過(guò)不同規(guī)格可以適應(yīng)不同場(chǎng)所需求的專用管連接，因地制宜的布局思想，是的這樣的系統(tǒng)能夠利用巧妙的布局實(shí)現(xiàn)其他系統(tǒng)的復(fù)雜功能
2. 往往機(jī)械傳動(dòng)的傳動(dòng)比是一個(gè)固定值受制于傳動(dòng)元件的機(jī)械特性，而液壓傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)范圍內(nèi)的無(wú)極調(diào)速且調(diào)速范圍可以達(dá)到2000:1
3. 液壓在傳遞運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)的劇烈震動(dòng)，而且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦阻力較小
4. 操作控制不再過(guò)于依靠人為調(diào)節(jié)，通過(guò)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的連接，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)部分儀表數(shù)據(jù)的收集比對(duì)再處理會(huì)對(duì)系統(tǒng)給出準(zhǔn)確的執(zhí)行命令更好地完成生產(chǎn)，規(guī)避了人為操作過(guò)程中的失誤。
5. 系統(tǒng)組件多數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)件，元件的一系列參數(shù)都得到了國(guó)標(biāo)的規(guī)范，所以這類(lèi)元件在設(shè)計(jì)的過(guò)程中選型更為方便，維修時(shí)新的元件替換時(shí)的配合率高，大大縮短的這類(lèi)公司在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的時(shí)間和人力投入
2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
2.1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
試設(shè)計(jì)某臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)箱體端面銑削加工專用銑床液壓動(dòng)力系統(tǒng)。該流水線專用銑床擬采用液壓驅(qū)動(dòng)。端面銑的銑刀頭電動(dòng)機(jī)功率為8KW，銑刀盤(pán)直徑為180mm，轉(zhuǎn)速為360r/min。工作平臺(tái)總重量5000N，工件及夾具總重量3500N。工作平臺(tái)行程為550mm，其中快進(jìn)行程150mm，工進(jìn)行程400mm。快進(jìn)速度6m/min，工進(jìn)速度0.36m/min。往復(fù)運(yùn)動(dòng)的等加速或等減速時(shí)間為0.5s。工作平臺(tái)采用平導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。
2.2．本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要完成的任務(wù)和需要繪制的相關(guān)CAD圖紙：
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告（文獻(xiàn)綜述2000字以上，列表附參考文獻(xiàn)16篇以上）；
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)外文專業(yè)文獻(xiàn)閱讀及翻譯（原文和譯文，譯文3000漢字以上）；
3．論文大綱（撰寫(xiě)論文章節(jié)目錄等）；
4．液壓系統(tǒng)原理圖；
5．液壓系統(tǒng)工況圖；
6．液壓系統(tǒng)液壓站總裝配圖；
7．部件裝配圖及零件圖；
初選液壓缸
3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)
3．1本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求
本設(shè)計(jì)所涉及的液壓系統(tǒng)是用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)端面銑床的動(dòng)力滑臺(tái)，系統(tǒng)要求的循環(huán)是:快進(jìn)——工進(jìn)——死擋鐵停留——快退——原位停止。其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表所示，平臺(tái)的總重量為5000N,工件和夾具的總重量為3500N,快進(jìn)的行程為400mm,工進(jìn)的行程為150mm，快進(jìn)的速度為6m/min,工進(jìn)的速度為0.36m/min.加速和減速的時(shí)間均為0.5s,本設(shè)計(jì)中的導(dǎo)軌均采用平導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1，靜摩擦系數(shù)為0.2
表3.1.1 工作滑臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)
工況
行程
(mm)
速度
（M/min）
時(shí)間
（s）
工作部件重力G(N)
快進(jìn)
400
6
0.5
8500
工進(jìn)
150
0.36
25
快退
550
6
0.5
3.2工作負(fù)載
工作負(fù)載是指在機(jī)床運(yùn)作過(guò)程中由于特定的機(jī)械工作狀況所產(chǎn)生的負(fù)載。對(duì)于組合機(jī)床液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)明液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載。當(dāng)切削力的方向與進(jìn)給缸的運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)其數(shù)值為正值，反之則為負(fù)值。本設(shè)計(jì)中所涉及的工作負(fù)載實(shí)際上就是銑床銑削加工時(shí)施加在液壓缸上的外負(fù)載，此處可以用銑削作用力和動(dòng)力滑臺(tái)的合力表示
F=Fe+
Fe=(其中T為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，T=)
Fe=====3208N?m
阻力負(fù)載
=μs(m1+m2)g=8500x0.2=1700N
= μd(m1+m2)g=850N
慣性負(fù)載
=(m1+m2)?v?t=8500/9.82=868N
3.3繪制負(fù)載圖和速度圖
上面已經(jīng)計(jì)算出液壓缸的各種負(fù)載可以編制液壓缸的工況負(fù)載表
表3.3.1 工況負(fù)載表
工況
外負(fù)載
液壓缸推力(N)
公式
數(shù)據(jù)（N）
啟動(dòng)
F=
1700
1889
加速
F=+
1718
1910
恒速
F=
850
944
工進(jìn)
F= +
4058
4508
根據(jù)表中的數(shù)據(jù)繪制液壓缸的F-L圖，液壓缸的V-L圖
圖3.3.1 液壓缸的F-L圖
圖3.3.2 液壓缸的V-L圖
- 18 -
第4章 初選液壓缸
4.1初步選定液壓缸工作壓力
通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中所給數(shù)據(jù)的初步計(jì)算和分析，且發(fā)動(dòng)機(jī)端面銑床屬于半精加工機(jī)床故初步選定液壓缸的設(shè)計(jì)壓力為P1=3MPa.
4.2確定液壓缸的主要尺寸
機(jī)床在加工過(guò)程中 要求動(dòng)力滑臺(tái)的的快進(jìn)速度和快退速度相等且都為6m/min通過(guò)對(duì)不同種類(lèi)的液壓缸的參數(shù)和性能進(jìn)行初步對(duì)比暫且選定液壓缸的種類(lèi)為單桿差動(dòng)連接，并且使得液壓有桿腔的有效面積A2與無(wú)桿腔的有效面積A1之比為1:2(A1=2A2)，同時(shí)干的直徑d和缸筒直徑D 滿足d=0.707D,設(shè)計(jì)初期暫且去系統(tǒng)的背壓為0.8MPa
圖4.2.1 液壓缸的差動(dòng)連接示意圖
為了滿足加工過(guò)程中所需要的最大推了液壓缸的無(wú)桿腔的有效面積可以通過(guò)下式算得
A1=FP1-P22=4508(3-0.82)×106=17.3X10-3M2
液壓缸缸筒直徑為D=4A1/2=4×1.73×10-3πm=0.047m
按GB/72348-1993(表2-8)將液壓缸內(nèi)徑圓整為D=50mm=5cm
活塞桿直徑為d=0.707D=35.3mm按GB/T2348-1993(表2-8)將活塞桿直徑圓整為d=36mm=3.6cm則液壓缸的實(shí)際有效面積為
A1=π4D2=5024=1963(mm2)
A2=π4(D2-d2)= π4x(502-362)=946(mm2)
A=A1-A2=1017(mm2)
4.3導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算
由于液壓缸工作過(guò)程中，活塞桿有全部伸出的過(guò)程，如果此時(shí)導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)短將會(huì)導(dǎo)致液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響到活塞桿的工作性能和穩(wěn)定性。所以我們必須保證液壓缸端蓋處有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，對(duì)活塞桿有一定的支撐導(dǎo)向作用，常規(guī)的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)保證
H?L20+D2
式中
A=(0.6-1.0)D
活塞寬度B取
B=(0.6-1.0)D
本設(shè)計(jì)中H應(yīng)大于等于52.5mm,A=50mm,B=50mm
4.4壓力、流量、功率計(jì)算
在上述的章節(jié)中我們已經(jīng)初步的算出了液壓缸的缸筒直徑和活塞桿直徑，借此我們可以進(jìn)一步的估算液壓缸在工作系統(tǒng)中的工作壓力，實(shí)時(shí)流量和功率
① 壓力
a. 快進(jìn)階段的液壓缸壓力
啟動(dòng)時(shí) P1=F+A2?PA=1889+01017=1.86(MPa)
加速時(shí) P1=F+A2?PA= =2.62(MPa)
恒速時(shí) P1=F+A2?PA=850+946×0.81017=1.30(MPa)
b. 工進(jìn)階段的液壓缸壓力
(MPa)
c. 快退階段的液壓缸壓力
啟動(dòng)時(shí) P1=F+A1?PA2=1889+0946=1.99(MPa)
加速時(shí) P1=F+A1?PA2= =3.67(MPa)
恒速時(shí) P1=F+A1?PA2=850+1963×0.8946=2.56(MPa)
② 流量
a． 快進(jìn)階段的流量
q=Avk=1017x6x103x10-6=6.102(L/min)
b． 工進(jìn)階段的流量
q=A1vg=1963x0.36x103x10-6=0.707(L/min)
c． 快退恒速階段的流量
q=A2vk=946x6x103x10-6=5.676(L/min)
③ 功率
a. 快進(jìn)階段的功率
P=P1q=1.30x6.102x103x10-6÷60=132.21w
b. 工進(jìn)階段的功率
P=P1q=2.62X0.707X103x10-6÷60=30.8W
c. 快退階段的功率
P=P1q=2.56x5.676 x103x10-6÷60=242.17w
4.4液壓缸工況圖
圖4.4.1 液壓缸的q-l圖
圖4.4.2 液壓缸的p-l圖
圖4.4.3液壓缸的P-l圖
5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
5.1 速度控制回路的選擇
由工況圖可知，本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低。工作負(fù)載變化小，效率和發(fā)熱并不突出，且考慮到機(jī)床的順銑和逆銑的狀況故選用單向調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速回路。因?yàn)楸净芈返乃俣瓤刂品绞綖楣?jié)流調(diào)速，由于本系統(tǒng)并不是高壓系統(tǒng)可以選用適應(yīng)性更高的開(kāi)式循環(huán)油路
5.2 滑臺(tái)基本回路的選擇
本設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)屬于中低壓系統(tǒng)，根據(jù)上面的計(jì)算可見(jiàn)系統(tǒng)的流量不大，我們可以選用價(jià)格低廉性能穩(wěn)定的電磁換向閥，通過(guò)選用的三位四通電磁換向閥的控制實(shí)現(xiàn)工進(jìn)，快進(jìn)和快退狀態(tài)的切換，通過(guò)在回油路上的節(jié)流調(diào)速閥控制不同工況下的運(yùn)行速度
5.3擬定液壓系統(tǒng)圖
圖5.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)端面銑加工液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖
表5.3.1 系統(tǒng)的電磁鐵動(dòng)作順序表
工況
電磁鐵狀態(tài)
1YA
2YA
3YA
快進(jìn)
++
++
工進(jìn)
++
快退
++
快進(jìn)：電磁鐵1YA和3YA得電油液經(jīng)過(guò)油泵的加壓進(jìn)入工作回路流向單向閥再經(jīng)過(guò)換向閥流向液壓缸的無(wú)桿腔，此時(shí)3YA已經(jīng)得電有桿腔的油液沿著油管同時(shí)流向無(wú)桿腔，進(jìn)油路的流量較回油路較大實(shí)現(xiàn)了差動(dòng)連接
工進(jìn)：進(jìn)油路線 油箱——油泵——單向閥——三位四通換向閥——液壓缸的無(wú)桿腔
回油路線有桿腔 ——二位三通換向閥——單向調(diào)速閥——三位四通換向閥——油箱
快退：進(jìn)油路線 油箱——油泵——單向閥——三位四通換向閥——單向調(diào)速閥——二位三通換向閥——有桿腔
回油路線：無(wú)桿腔 ——三位四通換向閥——油箱
集成塊單元回路圖
液壓元件的選擇
6 液壓元件的選擇
6.1.1確定液壓泵和電動(dòng)機(jī)規(guī)格
液壓泵的最大壓力可以根據(jù)已經(jīng)繪制出的液壓缸工況圖進(jìn)行初步的計(jì)算。由經(jīng)驗(yàn)公式可知液壓泵的最大工作壓力由缸的工作壓力與泵給缸共有過(guò)程中損失的壓力組成。在單泵供油的系統(tǒng)中，選擇泵的規(guī)格需要依據(jù)系統(tǒng)的最大工作壓力來(lái)估取，本系統(tǒng)的最大壓力出現(xiàn)在快退的恒速階段數(shù)值為3.67MPa.將數(shù)據(jù)代入現(xiàn)有的公式算得系統(tǒng)的最大工作壓力最大工作壓力為
Pmax=4.9+0.3=5.2MPa
6.1.2液壓泵的流量計(jì)算
泵的供油流量qp按液壓缸的快進(jìn)階段的流量q=6.102(L/min)由于系統(tǒng)流量較小故取泄露系數(shù)K=1.3則液壓泵的供油量qp應(yīng)為qp?qv=Kq1max=1.3x6.102=7.9326(L/min)
6．1.3確定液壓泵的規(guī)格
根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬定初選液壓泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min,泵的容積效率為0.8可算得泵的排量參考值為
Vg=1000qvn1qv=1000×7.931450×0.8=6.84(ml/r)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的PV2R1-08型葉片泵，泵的額定壓力為6.3MPa，泵的排量為8ml/r,泵的額定轉(zhuǎn)速為n=1450r/min,容積效率為0.88總效率ηp=0.88故泵的額定流量為qp=vnηv=8x1450x0.8=9.28(l/min)
比系統(tǒng)所需流量略大
6.1.4確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率及電機(jī)的規(guī)格型號(hào)
由功率循環(huán)圖可知最大功率出現(xiàn)在快退階段。已知泵的容積效率為ηp=0.88，則液壓缸快退所需的驅(qū)動(dòng)功率為
pp=ppqpηp =(2.66+0.3)×8×14500.8×60×103 =0.473kw
查表2-13選用Y系列中規(guī)格相近的Y90S-4型三相異步電動(dòng)機(jī)其額定功率為1.1KW轉(zhuǎn)速為1400r/mon,此時(shí)泵的實(shí)際輸出流量為9.28L/min
6.2閥類(lèi)元件和輔助元件的選擇
將本系統(tǒng)所涉及的液壓元件列入選型表中
表6.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)端面銑液壓系統(tǒng)閥門(mén)及輔助元件選型表
序號(hào)
通過(guò)流量
額定流量
型號(hào)
1
過(guò)濾器
9.28
23.2
2.5
WU-24 180J
2
溢流閥
9.28
63
6.3
YF3-10B
3
單向閥
6.012
80
16
AF3-Ea10B
4
三位四通電磁換向閥
6.012
6
6.3
34DF3-E4B
5
單向調(diào)速閥
6.012
6.3
6.3
AQF3-6Ab
6
二位三通電磁換向閥
6.012
10
6.3
23D-10B
7
壓力表開(kāi)關(guān)
--
--
6.3
8
空氣過(guò)濾器
14
--
--
6.3確定油管直徑
裝配圖中各個(gè)液壓組件的連接可以通過(guò)不同規(guī)格的液壓油管來(lái)實(shí)現(xiàn)，油管的直徑則由元器件自身來(lái)決定。液壓缸油管的規(guī)格可根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)作所需求的輸入和輸出流量的最大值來(lái)計(jì)算。當(dāng)初液壓缸的設(shè)計(jì)過(guò)程中我們隊(duì)系統(tǒng)的流量進(jìn)行了初步的估算，現(xiàn)如今已經(jīng)確定了液壓泵的選型，之前的數(shù)據(jù)已經(jīng)不在適用我們需要進(jìn)一步的計(jì)算。
6.3.1輸入流量
a. 快進(jìn)階段q1=A1qP/(A1-A2)=17.9(l/min)
b. 工進(jìn)階段q1=0.707(L/min)
c. 快退階段q1=qP=9.28(L/min)
6.3.2排出流量
a. 快進(jìn)階段q2=A2q1/A1=8.63(L/min)
b. 工進(jìn)階段q2=A2q1/A1=0.34(L/min)
c. 快退階段q2=A1q1/A2=19.26(L/min)
6.3.3運(yùn)動(dòng)速度
a. 快進(jìn)階段V1=qP/(A1-A2)=0.912(m/min)
b. 工進(jìn)階段V2=q1/A1=0.017(m/min)
c. 快退階段V3=qP/A2=0.98(m/min)
依據(jù)重新計(jì)算后的數(shù)據(jù)套用經(jīng)驗(yàn)公式估算出油管的直徑（這里暫且設(shè)油液在壓力管中的流速為 ）
進(jìn)油管直徑
d=2qπv=2x17.9×106π×0.5×60×103=13.78 取標(biāo)準(zhǔn)值15MM
回油管直徑
d=2qπv=2x9.28×106π×0.5×60×103=9.9 取標(biāo)準(zhǔn)值10MM
雖然計(jì)算所得的油管直徑已經(jīng)根據(jù)國(guó)標(biāo)的要求圓整。我們還需要根據(jù)液壓缸的固定方式選定油管的材質(zhì)。由于本動(dòng)力滑臺(tái)暫且設(shè)計(jì)為缸筒固定式所以這里所使用的油管的采用無(wú)縫鋼管連接在液壓缸筒上即可。
6.4油箱的設(shè)計(jì)
6.4.1油箱外圍尺寸的計(jì)算
顧名思義油箱就是用來(lái)存儲(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)油液的箱子，在作為一個(gè)容器的同時(shí)也擔(dān)負(fù)著給回油散熱的重任。本設(shè)計(jì)中的油箱可以根據(jù)油泵的額定流量來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)初始的油箱數(shù)據(jù)之后我們需要對(duì)油箱的一系列參數(shù)性能進(jìn)行校核，尤其是系統(tǒng)的散熱能力。
油箱的儲(chǔ)油量可以按JB/T7938-1999標(biāo)準(zhǔn)估算，對(duì)于機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)，由于不必考慮空間的限制，因此可選取經(jīng)驗(yàn)系數(shù) =，求得器容積為
V容量=V=ξxqp=7x17.9=125L
按照J(rèn)B/T7938-1999規(guī)定取標(biāo)準(zhǔn)值V容=160L，即
V=V容量/0.8=125L=0.200M3
為了使油箱的形狀更為普通適應(yīng)不同場(chǎng)合的安裝我們姑且將油箱的形狀設(shè)計(jì)為假設(shè)箱體的長(zhǎng)為L(zhǎng)1寬為W1高為H1其比例為3：2:1，可得長(zhǎng)L1=965mm,寬w1=642mm,高h(yuǎn)1=321mm
此處將郵箱設(shè)計(jì)為較為普遍的獨(dú)立油箱。油箱的制作采用普通鋼板進(jìn)行焊接即可?？紤]到油箱的散熱和結(jié)構(gòu)性能我們可以將油箱的壁厚定為4mm，由于方需要安裝液壓泵組側(cè)板的厚度可以在原來(lái)壁厚的基礎(chǔ)上增加6mm,箱底的厚度取5mm.考慮到后期使用的維護(hù)和保養(yǎng)以及系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的散熱，取箱底離地的距離為160mm.因此，油箱基底的總長(zhǎng)寬總高分別為
長(zhǎng)l=l1+2t=973mm
寬l=w1+2t=650mm
高h(yuǎn)=10+h1+5+170=506mm
正常的使用過(guò)程中油液會(huì)受到不同程度污染，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中需要考慮到油箱的排油所以將油箱的底部設(shè)計(jì)出一定的坡度（這里暫取0.5）。
6.4.2油箱內(nèi)隔板尺寸的估算
日常使用過(guò)程中油液由于油泵的汲吸往往會(huì)在油箱內(nèi)產(chǎn)生氣泡，我們需要在油箱中預(yù)置隔板。隔板在這里不僅能避免上述的問(wèn)題和能起到散熱，沉淀雜質(zhì)的作用根據(jù)之前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，隔板高度通常取為箱內(nèi)油液高度的3/4，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，隔板的高度應(yīng)為
h隔板=VL1×W1×34=366mm
隔板的厚度和箱壁厚度相同取為4mm。
液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
7 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
本設(shè)計(jì)中的液壓系統(tǒng)屬于壓力不高的中低壓系統(tǒng)，無(wú)迅速啟動(dòng)、制動(dòng)需求，而且設(shè)計(jì)中已考慮了防沖擊可調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)及相關(guān)防沖擊措施，因此不必進(jìn)行沖擊驗(yàn)算。這里僅驗(yàn)算系統(tǒng)的壓力損失，以確定壓力閥的調(diào)整值，并對(duì)系統(tǒng)油液的溫升進(jìn)行驗(yàn)算。
7.1 油路的壓力損失
本設(shè)計(jì)動(dòng)力滑臺(tái)系統(tǒng)中壓力損失的驗(yàn)算可以通過(guò)對(duì)不同工作狀態(tài)的不同階段分別進(jìn)行驗(yàn)算，著重校核流過(guò)各類(lèi)閥門(mén)的局部壓力損失。這里通過(guò)液壓閥樣本給出的額定流量下壓力損失值和經(jīng)過(guò)液壓閥的實(shí)際流量值來(lái)驗(yàn)算液壓閥壓力損失。
7.1.1快進(jìn)階段
經(jīng)過(guò)液壓閥的壓力損失可估算為
?PV=?P額（q實(shí)q額）2
式中?P額——額定流量下液壓閥的壓力損失，Pa
q額——液壓閥的額定流量，L/min
q實(shí)——液壓閥的實(shí)際流量，L/min
由于之前設(shè)計(jì)的需求快進(jìn)過(guò)程中系統(tǒng)選用了加速更快的差動(dòng)連接式的液壓缸。上面設(shè)計(jì)過(guò)程中我們已經(jīng)計(jì)算過(guò)流過(guò)單向閥的流量是9.28L/min,三位四通換向閥的流量是9.28L/min,之后與有桿腔被排除的油液一起以17.9L/min進(jìn)入無(wú)桿腔。如果額定流量下單向閥的最大壓降為0.2MPa,電液換向閥的壓降為0.5MPa，行程閥的最大壓降為0.3MPa,忽略沿程壓力損失，則
Σ?pv=Σ?p額（q實(shí)q額）2=?p單（q實(shí)q額）2+?p換（q實(shí)q額）2+?p行（q實(shí)q額）2
因此，
Σ?pv=0.2×（9.28q額）2=?p單（q實(shí)q額）2+?p換（q實(shí)q額）2+?p行（q實(shí)q額）2=0.021mpa
通過(guò)上式的計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)本過(guò)程中的油液壓力損失不會(huì)導(dǎo)致溢流閥的開(kāi)啟。
回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過(guò)三位四通換向閥和單向閥的流量8.63l/min,由此可推算出快進(jìn)階段液壓缸有桿腔壓力與無(wú)桿腔壓力0.0125mpa.此處算得的壓力損失也滿足小于0.5mpa的設(shè)計(jì)要求，此時(shí)液壓缸的工作壓力可以計(jì)算為0.0335mpa,通過(guò)上述的論證本設(shè)計(jì)是符合安全運(yùn)作的要求
。
工進(jìn)階段
工作臺(tái)在工進(jìn)的時(shí)候。在進(jìn)油路上。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失。則在進(jìn)油路上總的壓力損失為：
該值即為液壓缸的有桿腔壓力?？梢?jiàn)此值與設(shè)計(jì)出預(yù)選的系統(tǒng)壓力損失值基本相符。
重新計(jì)算液壓缸的工作壓力
與上述章節(jié)估算值4.9MPA相近，證明本設(shè)計(jì)在此處沒(méi)有明顯的問(wèn)題
此值可以作為調(diào)整溢流閥工作壓力的主要參考數(shù)據(jù)。
3快退
系統(tǒng)處在快退階段時(shí)。進(jìn)油路上總的壓力損失可以表示為：
此值遠(yuǎn)小于估算值。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率是可以滿足泵的所需驅(qū)動(dòng)功率的。在回油路上總的壓力損失為
液壓泵的最大工作壓力為3.06+0.025=3.085此值遠(yuǎn)小于之前的液壓泵最大壓力的估算值所以滿足要求
7.2油液溫升驗(yàn)算
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在工作時(shí)，存在著不同方式的能量損失，而這些損失能量多數(shù)最終都以熱能的形勢(shì)傳遞給系統(tǒng)中的液壓油，使油溫升高，降低了液壓油自身的黏度影響其在油管中的流動(dòng)，從而導(dǎo)致油液變質(zhì)，機(jī)械零件變形等，影響系統(tǒng)的正常工作。
對(duì)于本設(shè)計(jì)中的專用銑床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)，其工進(jìn)過(guò)程占整個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間比例為
由上式計(jì)算得知本滑臺(tái)工作時(shí)主要的發(fā)熱過(guò)程發(fā)生在工進(jìn)階段
工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率（即系統(tǒng)輸入功率）為
此時(shí)泵的輸出功率為
通過(guò)上式計(jì)算求得系統(tǒng)的發(fā)熱功率為
=0.204
有經(jīng)驗(yàn)公式可知液壓系統(tǒng)的油溫升可以暫且估算為
當(dāng)中的油箱換熱系數(shù)為h當(dāng)在自然冷卻的狀態(tài)下h可以取9
正常的工作狀態(tài)下油箱的蓄油量為80%，假設(shè)箱體與油面有相接觸的面算做全散熱面，與油面不完全接觸的表明設(shè)為半散熱面，故可求得油箱的總散熱面積
可見(jiàn)該溫升小于普通機(jī)床所要求的溫升波動(dòng)范圍25-30
綜上該液壓滑臺(tái)系統(tǒng)不需要配置專用的冷卻裝置
8 結(jié)論
用于機(jī)械加工的液壓滑臺(tái)系統(tǒng)往往對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，運(yùn)動(dòng)的可控性，以及對(duì)伺服系統(tǒng)的反應(yīng)速度要求較高。其中液壓系統(tǒng)的執(zhí)行速度尤其重要，未了使設(shè)計(jì)中的液壓元件能夠準(zhǔn)確的執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中應(yīng)該能夠熟悉設(shè)計(jì)中所可能設(shè)計(jì)到的壓力閥，流量閥等閥組原件。只有在掌握了這些組件的性能之后才能在不同的回路使用不同的組件。為了使本系統(tǒng)能夠在生產(chǎn)中能夠穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)該有的功能，我們也許考慮到液壓油的過(guò)濾和溫度的維持。這樣才能不會(huì)應(yīng)為溫升而影響到液壓元件的性能。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，了解到液壓傳動(dòng)作為一種新興的傳動(dòng)技術(shù)，具有很大的發(fā)展空間，且在機(jī)械行業(yè)飾演者越來(lái)越重要的角色。
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