機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)---臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　【摘要】 </b></p><p>　　液壓系統(tǒng)具有廣泛的工藝適應(yīng)性、優(yōu)良的控制性能、反應(yīng)快、輸出力(或力矩)大等優(yōu)點(diǎn)，在組合機(jī)床中被廣泛采用。</p><p>　　液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來(lái)與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，使液壓技

2、術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，機(jī)、電、液、氣一體是當(dāng)今機(jī)械設(shè)備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機(jī)械設(shè)備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術(shù)。作為數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生初步學(xué)會(huì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，熟悉分析液壓系統(tǒng)的工作原理的方法，掌握液壓元件的作用與選型及液壓系統(tǒng)的維護(hù)與修理將是十分必要的。</p><p>　　本論文主要闡述了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（包括系統(tǒng)工況分析，擬定液壓系統(tǒng)原理圖，液壓元件的計(jì)算和選擇以及液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算等）、液壓缸主要零部件

3、的設(shè)計(jì)及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 液壓系統(tǒng) 液壓傳動(dòng) 液壓元件</p><p>　　Abstract:Hydraulic system with a wide range of adaptability, excellent process control performance, fast response, output force (or torque) and

4、 other advantages of combined machine tools that are widely used.</p><p>　　technology in machinery and equipment, especially in recent years combined with microelectronics, computer technology, hydraulic tec

5、hnology has entered a new stage of development, mechanical, electrical, hydraulic, gas integration is the development of machinery and equi Hydraulic drive technology is one of the fastest growing pment today. Has been w

6、idely referenced in the CNC machining equipment hydraulic technology. As technology students learn hydraulic numerical control system design, famili</p><p>　　This paper mainly on the design of the hydraulic

7、system (including system condition analysis, development of hydraulic system schematics, calculation and selection of hydraulic components, and checking the performance of the hydraulic system, and so on), design and str

8、ucture of the main components of hydraulic cylinder design</p><p>　　Key words: hydraulic system hydraulic transmission hydraulic components</p><p>　　設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得

9、超過(guò)3000N。機(jī)床快進(jìn)、快退速度約為0.1m/s,工進(jìn)速度可在30--120mm/min范圍內(nèi)無(wú)極調(diào)速，快進(jìn)行程為200mm,工進(jìn)行程50mm,最大切削力為3000N,執(zhí)行部件質(zhì)量為9800N減速）時(shí)間為0.1s,采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2.動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。</p><p>　　1 液壓傳動(dòng)的工作原理和組成以及優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，利用壓力能來(lái)驅(qū)

10、動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式。 驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)是由油箱、過(guò)濾器、液壓泵、溢流閥、開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭等組成。</p><p><b>　　1.1 工作原理</b></p><p>　　（1)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵經(jīng)濾油器從油箱中吸油，油液被加壓后,從泵的輸出口輸入管路。油液經(jīng)開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞而使工作臺(tái)左右移動(dòng)

11、。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。</p><p>　?。?)工作臺(tái)的移動(dòng)速度是通過(guò)節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開(kāi)大時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量減少，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減少。由此可見(jiàn)，速度是由油量決定的。</p><p>　　1.2 液壓系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　（1）能源裝置——液壓泵。它將動(dòng)力部分（

12、電動(dòng)機(jī)或其它遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。</p><p>　?。?）執(zhí)行裝置——液壓機(jī)（液壓缸、液壓馬達(dá)）。通過(guò)它將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，推動(dòng)負(fù)載做功。</p><p>　?。?）控制裝置——液壓閥（流量閥、壓力閥、方向閥等）。通過(guò)它們的控制和調(diào)節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向。</p><p&g

13、t;　?。?）輔助裝置——油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開(kāi)關(guān)等.通過(guò)這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)各種工作循環(huán)。</p><p>　?。?）工作介質(zhì)——液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來(lái)傳遞能量或信息。</p><p>　　1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　1.3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　（1

14、）在相同的體積下，液壓執(zhí)行裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動(dòng)力。在同等功率的情況下，液壓執(zhí)行裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。</p><p>　　（2）液壓執(zhí)行裝置的工作比較平穩(wěn)。由于液壓執(zhí)行裝置重量輕、慣性小、反應(yīng)快，所以易于實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)、制動(dòng)和頻繁地?fù)Q向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)到每分鐘500次，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)每分鐘1000次。<

15、/p><p>　　（3）液壓傳動(dòng)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速比可達(dá)1：2000），并可在液壓裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。</p><p>　?。?）液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因?yàn)樗菍?duì)液體的壓力、流量和流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。當(dāng)液壓控制和電氣控制或氣動(dòng)控制結(jié)合使用時(shí)，能實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的順序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　（5）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)且液壓件

16、能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)</p><p>　?。?）由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。</p><p>　　1.3.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)</p><p>　　(1) 液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免地要有泄漏，同時(shí)，液體又不是絕對(duì)不可壓縮的，因此不宜在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合采用，例如螺紋和齒輪加工

17、機(jī)床的內(nèi)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中有較多的能量損失，如摩擦損失、泄漏損失等，故不宜于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。</p><p>　　(3) 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，油溫變化會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。因此，在低溫和高溫條件下，采用液壓傳動(dòng)有一定的困難。</p><p>　　(4) 為了減少泄露，液壓元件的制造精度要求高，因此，液壓元件的制造成本高

18、，而且對(duì)油液的污染比較敏感。</p><p>　　(5) 液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難，因此對(duì)維修人員提出了更高的要求，既要系統(tǒng)地掌握液壓傳動(dòng)的理論知識(shí)，又要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　(6)隨著高壓、高速、高效率和大流量化，液壓元件和系統(tǒng)的噪聲日益增大，這也是要解決的問(wèn)題。</p><p>　　總而言之，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是突出的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓傳

19、動(dòng)的缺點(diǎn)將得到克服，液壓傳動(dòng)將日益完善，液壓技術(shù)與電子技術(shù)及其它傳動(dòng)方式的結(jié)合更是前途無(wú)量。</p><p>　　2 液壓系統(tǒng)工況分析</p><p>　　2.1 運(yùn)動(dòng)分析 </p><p>　　繪制動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)圖</p><p><b>　　2.2負(fù)載分析</b></p><p>　　按

20、設(shè)備的工藝要求，把執(zhí)行元件在各階段的負(fù)載用曲線表示出來(lái)，稱執(zhí)行元件的負(fù)載——位移（時(shí)間）曲線圖（負(fù)載圖）。由此圖可直接的看出在運(yùn)動(dòng)過(guò)程充何時(shí)受力最大，何時(shí)受力最小等各種情況，以此作為以后的設(shè)計(jì)依據(jù)。液壓缸驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的負(fù)載F為</p><p>　　F=Ft+Ff+Fa = 6340N </p><p><b>　　(1)

21、 工作負(fù)載</b></p><p>　　工作負(fù)載是液壓缸負(fù)載的主要組成部分，它與設(shè)備的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)，不同機(jī)械的工作負(fù)載其形式各不相同，對(duì)于機(jī)床，切削力是工作負(fù)載。工作負(fù)載可以是恒定的，也可以是變化的；可能是正值，也可能是負(fù)值，負(fù)載的方向與液壓缸（或活塞）的運(yùn)動(dòng)方向相反者為正，相同者為負(fù)。</p><p><b>　　Ft =3000N</b></p&

22、gt;<p><b>　?。?）摩擦阻力</b></p><p>　　摩擦阻力是指主機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)與導(dǎo)軌或支撐面間的摩擦力，其值恒為正值。</p><p>　　Ff=fFN =(0.2+0.1)x9800=2840N</p><p>　　式中：FN——運(yùn)動(dòng)部件及外負(fù)載對(duì)支撐面的正壓力；</p><p>

23、　　f——摩擦系數(shù)，分為靜摩擦系數(shù)（fs≤0.2～0.3）和動(dòng)摩擦系數(shù)（fd≤0.05～0.1）。</p><p><b>　?。?）慣性負(fù)載</b></p><p>　　慣性負(fù)載是指運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中，因速度變換由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可由牛頓第二定律計(jì)算。</p><p>　　Fs=ma=G/g×△v/△t =9800/90

24、8x0.1/0.2=500N</p><p>　　式中：m——運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，Kg；</p><p>　　a——運(yùn)動(dòng)部件的加速度，m/s2；</p><p>　　G——運(yùn)動(dòng)部件的重力N</p><p>　　g——重力加速度，m/s2；</p><p>　　△v——速度的變化量，m/s；</p><p

25、>　　△t——速度變化所需要的時(shí)間，s。</p><p>　　除此之外，液壓缸的受力還有活塞和活塞桿處的密封裝置的摩擦阻力，其計(jì)算方法和密封裝置的類型、液壓缸的制造質(zhì)量和工作壓力有關(guān)，由于詳細(xì)計(jì)算比較麻煩，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般將其考慮在液壓缸的機(jī)械效率中，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取ηm=0.85～0.97，另外，還有背壓力，可在最后計(jì)算時(shí)</p><p>　?。?）由于動(dòng)力滑臺(tái)為臥式放置，所以不考

26、慮重力負(fù)載。</p><p>　?。?）關(guān)于液壓缸內(nèi)部密封裝置摩擦阻力Fm的影響，計(jì)入液壓缸的機(jī)械效率中。</p><p>　?。?）背壓負(fù)載 初算時(shí)暫不考慮</p><p>　　2.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　液壓系統(tǒng)原理圖是表示系統(tǒng)的組成和工作原理的圖樣。擬定系統(tǒng)原理圖是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵，它對(duì)系統(tǒng)的性能及沒(méi)計(jì)方案的合理性、

27、經(jīng)濟(jì)性具有決定性的影響，也是整個(gè)設(shè)計(jì)中重要的一部分。</p><p>　　2.3.1 選擇基本回路</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)以及速度、負(fù)載循環(huán)陶，可以針對(duì)不同的動(dòng)作循環(huán)選擇相應(yīng)的基本回路，包括確定系統(tǒng)的供油方式、調(diào)速方式、速度換接方式和夾緊回路的方式等。</p><p>　　2.4選擇液壓泵和電機(jī)</p><p>　　2.4.1

28、 確定液壓泵的工作壓力 </p><p>　　由前面可知，液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為4.4MPa，本系統(tǒng)采用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，選取進(jìn)油管道壓力損失為0.6MPa。</p><p>　　由于采用壓力繼電器，溢流閥的調(diào)整壓力一般應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大0.5MPa，故泵的最高壓力為</p><p>　　Pp1=（4.4+0.6+0.5）MPa=5.5MPa&l

29、t;/p><p>　　這是小流量泵的最高工作壓力（穩(wěn)態(tài)），即溢流閥的調(diào)整工作壓力。</p><p>　　液壓泵的公稱工作壓力Pr為</p><p>　　Pr=1.25 Pp1 =1.25×5.5MPa=6.7MPa</p><p>　　大流量泵只在快速時(shí)向液壓缸輸油，由壓力圖可知，液壓缸快退時(shí)的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，這時(shí)壓力油不通過(guò)調(diào)速閥

30、，進(jìn)油路比較簡(jiǎn)單，但流經(jīng)管道和閥的油流量較大。取進(jìn)油路壓力損失為0.5MPa，故快退時(shí)泵的工作壓力為</p><p>　　Pp2=（0.99+0.5）MPa=1.49MPa</p><p>　　這是大流量泵的最高工作壓力，此值是液控順序閥7和8調(diào)整的參考數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.4.2 液壓泵的流量 </p><p>　　由流量圖2（

31、b）可知，在快進(jìn)時(shí)，最大流量值為23L／min,</p><p>　　取K=1.1，則可計(jì)算泵的最大流量</p><p><b>　　≥K(∑)max</b></p><p>　　=1.1×23L／min=25.3L／min </p><p>　　在工進(jìn)時(shí)，最小流量值為0.39 L／min.為保證工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)壓力

32、較穩(wěn)定，應(yīng)考慮溢流閥有一定的最小溢流量，取最小溢流量為1 L／min（約0.017×10-3m3／s）故</p><p>　　小流量泵應(yīng)取1.39L／min</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算數(shù)值，選用公稱流量分別為18L／min、12L／min；公稱壓力為70MPa壓力的雙聯(lián)葉片泵。</p><p>　　2.4.3 選擇電機(jī) </p>&

33、lt;p>　　由功率圖2（c）可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，其數(shù)值按下式計(jì)算</p><p>　　Pp= Pp2（qv1+ qv2）／ηp=1.35×106（0.2+0.3）×10-3／0.75=993W</p><p>　　式中 qv1——大泵流量，qv1=18 L／min（約0.3×10-3m3／s）</p><p>　　

34、qv2——小泵流量，qv2=12L／min（約0.2×10-3m3／s）</p><p>　　ηp——液壓泵總效率，取ηp =0.75。</p><p>　　圖2 </p><p><b>　　(a)</b></p><p

35、><b>　　（b）</b></p><p><b>　　(c)</b></p><p>　　根據(jù)快退階段所需功率993W及雙聯(lián)葉片泵要求的轉(zhuǎn)速，選用功率為1.1KWJ52－6型的異步電機(jī)。</p><p>　　2.5閥類元件的選擇 </p><p>　　閥類元件的選擇是根據(jù)閥的最大工作壓力

36、和流經(jīng)閥的最大流量來(lái)選擇閥的規(guī)格。即所選用的閥類元件的額定壓力和額定流量要大于系統(tǒng)的最高工作壓力及實(shí)際通過(guò)閥的最大流量。在條件不允許時(shí)，可適當(dāng)增大通過(guò)閥的流量，但不得超過(guò)閥的額定流量的20%，否則會(huì)引起壓力損失過(guò)大。具體地講選擇壓力閥時(shí)應(yīng)考慮調(diào)壓范圍，選擇流量閥時(shí)應(yīng)注意其最小穩(wěn)定流量，選擇換向閥時(shí)除應(yīng)考慮壓力、流量外，還應(yīng)考慮其中位機(jī)能及操作方式。</p><p>　　根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過(guò)閥的實(shí)際流量，選擇

37、各種液壓元件和輔助元件的規(guī)格。</p><p><b>　　表-1液壓元件說(shuō)明</b></p><p>　　注：以上元件除液壓泵、濾油器外，均為板式連接。</p><p>　　2.6 確定管道尺寸 </p><p>　　液壓缸進(jìn)、出油管的管徑應(yīng)按輸入、輸出的最大流量計(jì)算，由于液壓泵具體選定之后，液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出

38、流量以與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算。管路內(nèi)徑的選擇是以降低流動(dòng)造成的壓力損失為前提的，液壓管路中流體的流動(dòng)多為層流，壓力損失正比于油液在管路中的平均流速，因此根據(jù)流速確定管徑是常用的簡(jiǎn)便方法</p><p>　　由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，油管內(nèi)通油量較大，其實(shí)際流量 </p><p>　　qv ≈24 L／min(0.5×10-3m3／s),取允許流速u=0.5m／s,則主壓

39、力油管d</p><p><b>　　用下式計(jì)算</b></p><p><b>　　d=</b></p><p>　　圓整化，取d=12mm。</p><p>　　油管壁厚一般不需計(jì)算，根據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查液壓傳動(dòng)手冊(cè)的有關(guān)表格得管的壁厚δ。</p><p>　　選用1

40、4mm×12mm冷拔無(wú)縫鋼管。</p><p>　　其它油管按元件連接口尺寸決定尺寸，測(cè)壓管選用4mm×3mm紫銅管或鋁管。管接頭選用卡套式管接頭，其規(guī)格按油管通徑選取。</p><p>　　3 液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算：</p><p>　　（取ηcm=0.9）</

41、p><p>　?。?）啟動(dòng)時(shí) F1=/ηcm=1962/0.9=2180N</p><p>　?。?）加速時(shí) F2=（+）/ηcm=（981+4004）/0.9=5538N</p><p>　?。?）快進(jìn)時(shí) F3=/ηcm=981/0.9N=1090N</p><p>　?。?）工進(jìn)時(shí) F4=(+)/ηcm=(28000+981)

42、/0.9N=32201N</p><p>　?。?）快退時(shí) F5=/ηcm=981/0.9N=1090N</p><p>　　3.2確定液壓缸的工作壓力</p><p>　　參考課本資料,初選液壓缸工作壓力p1=40×106 Pa</p><p>　　3.3 確定缸筒內(nèi)徑D，活塞桿直徑d</p><p>

43、　　A=Fmax／pη=7276</p><p><b>　　D=</b></p><p>　　按GB/T2348——1993，取D=100mm</p><p>　　d=0.71D=71mm</p><p>　　按GB/T2348——1993，取d=70mm</p><p>　　3.4 液壓缸實(shí)際

44、有效面積計(jì)算</p><p>　　無(wú)桿腔面積 A1=πD2/4=3.14×1002/4 mm2=7850mm2</p><p>　　有桿腔面積 A2=π（D2－d2）/4=3.14×（1002－702）/4 mm2=4004 mm2</p><p>　　活塞桿面積 A3=πD2/4=3.14×702/4 mm2=384

45、6 mm2</p><p>　　3.5 最低穩(wěn)定速度驗(yàn)算</p><p>　　最低穩(wěn)定速度為工進(jìn)時(shí)u=50mm/min，工進(jìn)采用無(wú)桿腔進(jìn)油，單向行程調(diào)速閥調(diào)速，查得最小穩(wěn)定流量qmin=0.1L/min</p><p>　　A1≥qmin/umin=0.1/50=0.002 m2=2000 mm2</p><p>　　滿足最低穩(wěn)定速度要求。&

46、lt;/p><p>　　3.6 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力、流量、功率列于表-2</p><p>　　表-2液壓缸壓力、流量、功率計(jì)算</p><p>　　3.7繪制動(dòng)力滑臺(tái)負(fù)載循環(huán)圖，速度循環(huán)圖</p><p>　　4 液壓泵型式的選擇 </p><p>　　由工況圖可知，系統(tǒng)循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量

47、兩個(gè)階段組成，而且是順序進(jìn)行的。從提高系統(tǒng)效率考慮，選用限壓式變量葉片或雙聯(lián)葉片泵教適宜。將兩者進(jìn)行比較（見(jiàn)表-3）故采用雙聯(lián)葉片泵較好。</p><p><b>　　表-3</b></p><p>　　4.1 選擇液壓回路</p><p>　　（1）調(diào)速回路的選擇</p><p>　　由工況圖可知，該液壓系統(tǒng)效率較小

48、，工作負(fù)載變化不大，故可選用節(jié)流調(diào)速方式，由于鉆孔屬于連續(xù)切削而且是正負(fù)載，故采用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速為好，為防止共建鉆通時(shí)，工作負(fù)載突然小時(shí)而引起前沖現(xiàn)象，應(yīng)在回油路上加背油閥。</p><p>　?。?）快速運(yùn)動(dòng)回路與速度環(huán)節(jié)回路的</p><p>　　選用差動(dòng)型液壓缸實(shí)現(xiàn)“快、慢、快”的回路。由于快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)有平穩(wěn)性要求，故采用行程閥工進(jìn)轉(zhuǎn)快退則利用壓力繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p>

49、<p>　　（3）壓力控制回路的選擇</p><p>　　由于采用雙泵供油回路，故采用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。為了觀察調(diào)整壓力，載液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)。</p><p>　　4.2液壓工作原理：</p><p><b>　　(1)快速前進(jìn)</b></p&

50、gt;<p>　　按下起動(dòng)按鈕，電磁經(jīng)鐵1YA通電，電磁換向閥A的左拉接入回路，液動(dòng)換向閥B在制油液的作用下其左位接入系統(tǒng)工作，這時(shí)系統(tǒng)中油液的通路為：</p><p>　　進(jìn)油路：過(guò)濾器1→變量泵1→ 換向閥A→單向閥C→換向閥B左端</p><p>　　回油路：換向閥右端→節(jié)流閥F→換向閥A→油箱。</p><p>　　于是，換向閥B的閥芯右移，使

51、其左位接入系統(tǒng)。</p><p><b>　　主油路</b></p><p>　　進(jìn)油路：過(guò)濾器1→變量泵1→單向閥3→換向閥B→行程閥11→液壓缸左腔。</p><p>　　回油路：液壓缸右腔→換向閥B→單向閥6→行程閥11→液壓缸左腔，形成差動(dòng)連接。</p><p>　　此時(shí)由于負(fù)載較小，液壓系統(tǒng)的工作壓力較低，所以

52、液控順序閥5關(guān)閉，液壓缸形成差動(dòng)連接，又因變量泵2在低壓下輸出流量為最大，所以動(dòng)力滑臺(tái)完成快速前進(jìn)。</p><p><b>　　（2）工作進(jìn)給</b></p><p>　　當(dāng)滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，控制擋鐵壓下行程閥11。切斷了快進(jìn)油路，電液動(dòng)換向閥7的工作狀態(tài)不變(閥B和閥A的左位仍接入系統(tǒng)工作)，壓力油須經(jīng)調(diào)速閥8、二位二通電磁12才能進(jìn)入液壓缸的左腔，由于油液流

53、經(jīng)調(diào)速閥而使系統(tǒng)壓力升高，于是液控順序閥5打開(kāi)，單向閥6關(guān)閉，使液壓缸右腔的油液經(jīng)閥5、背壓閥4流回油箱，使滑臺(tái)轉(zhuǎn)換為工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其主要油路：</p><p><b>　　進(jìn)油路：</b></p><p>　　過(guò)濾器1 →變量泵2→單向閥3→換向閥B →調(diào)速閥8→電磁閥12→液壓缸左腔。</p><p><b>　　回油路：<

54、/b></p><p>　　液壓缸右腔 →換向閥B→順序閥5→背壓閥4→油箱。</p><p>　　因?yàn)楣ぷ鬟M(jìn)給時(shí)系統(tǒng)壓力升高，所以變量泵2的輸出流量便自動(dòng)減小，以適應(yīng)工作進(jìn)給的城要，進(jìn)給速率的大小由調(diào)速閥8來(lái)調(diào)節(jié)。</p><p><b>　?。?）快速退回</b></p><p>　　時(shí)間繼電器延時(shí)發(fā)出信號(hào)，使

55、電磁鐵YA停電，2YA通電，這時(shí)換向閥A的右位接入回路，控制油液換向閥B的右位拉入系統(tǒng)工作，此時(shí)，由于滑臺(tái)返回的負(fù)載小，系統(tǒng)壓力較低，變量泵2的流量自動(dòng)增大至最大，所以動(dòng)力滑臺(tái)快速退回。這時(shí)系統(tǒng)油液的通路為：</p><p><b>　　控制油路</b></p><p><b>　　進(jìn)油路：</b></p><p>　　過(guò)

56、濾器1→變量泵2→換向閥A→單向閥D→換向閥B右端。</p><p><b>　　回油路：</b></p><p>　　換向閥B左端→節(jié)流閥E→換向閥A→油箱。</p><p><b>　　主油路</b></p><p><b>　　進(jìn)油路：</b></p>&l

57、t;p>　　過(guò)濾器1→變量泵2→單向閥3→換向閥B→液壓缸右腔。</p><p><b>　　回油路：</b></p><p>　　液壓缸左腔→單向閥10→換向閥B→油箱。</p><p>　　動(dòng)力滑臺(tái)快速后退，當(dāng)其快退到一定位置(即工進(jìn)的起始位置)時(shí)，行程閥11復(fù)位，使回油路更為暢通，但不影響快速退回動(dòng)作。</p><

58、;p><b>　?。?）原位停止</b></p><p>　　當(dāng)滑臺(tái)退回到原位時(shí)，擋鐵壓下行程開(kāi)關(guān)而發(fā)出信號(hào)，使2YA斷電，換向閥A、B都處于中位，液壓缸失去動(dòng)力源，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。變量泵2輸出的油液經(jīng)單向閥3、換向閥B流回油箱，液壓泵卸荷。單向閥3使泵卸荷時(shí)，控制油路中仍保持一定的壓力。這樣，當(dāng)電磁換向閥A通電時(shí)，可保證液動(dòng)換向閥B能正常工作。</p><p>

59、<b>　　表-4系統(tǒng)工作循環(huán)</b></p><p>　　5 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算</p><p>　　必要時(shí)，對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進(jìn)行驗(yàn)算，如果有經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的同類設(shè)備可供類比參考，或有可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，那么液壓可以不再進(jìn)行驗(yàn)算</p><p>　　5.1管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 </p><p>　　由于有

60、同類型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，故一般不必驗(yàn)算壓力損失值。下面以工進(jìn)時(shí)的管路壓力損失為例計(jì)算如下：</p><p>　　5.1.1 判斷油流類型 </p><p>　　利用下式計(jì)算出雷諾數(shù)</p><p>　　Re=1.273×104／=1.273×0.0065×10-3×104／1.2×10-3/1.5≈66

61、<2000</p><p><b>　　為層流。</b></p><p>　　5.1.2 沿程壓力損失∑△P1 </p><p>　　利用公式分別算出進(jìn)、回油壓力損失，然后相加即得到總的沿程損失。</p><p><b>　?。?）進(jìn)油路上</b></p><p>

62、　　△P1=4.4×1012v.l.qv／d4=4.3×1012×1.5×1.5×0.0065×10-3／124Pa</p><p>　　=0.0313×105Pa</p><p><b>　　（2）回油路上</b></p><p>　　其流量 qv=0.75 L／m

63、in（0.0125×10-3m3／s）（差動(dòng)液壓缸A1≈2A2）,</p><p><b>　　壓力損失為</b></p><p>　　△P1=4.3×1012v.l.qv／d4=4.3×1012×1.5×1.5×0.00325×10-3／124Pa</p><p>　　=0

64、.01532×105Pa</p><p>　　由于是差動(dòng)液壓缸，且A1≈2A2，故回油路的損失只有一半折合到進(jìn)油腔，所以</p><p>　　工進(jìn)時(shí)總的沿程損失為</p><p>　　∑△P1=（0.03103+0.5×0.01532）×105Pa=0.039×105Pa</p><p>　　5.1.3

65、 局部壓力損失∑△P2 </p><p>　　由于采用液壓裝置為集成塊式，故考慮閥類元件和集成塊內(nèi)的壓力損失。</p><p>　　為方便起見(jiàn)，將工進(jìn)時(shí)油流通過(guò)各種閥的流量和壓力損失列于下表-5</p><p>　　表-5閥的流量和壓力損失</p><p>　　計(jì)算各閥局部壓力損失之和∑△Pv如下</p><p>

66、　　∑△Pv=[2×105×（0.39／25）2+2×105×（0.39／25）+5×105+0.5×1.5×（0.39／25）2+0.5×6×105]Pa=8.1×105Pa</p><p>　　取油流通過(guò)集成塊時(shí)的壓力損失為</p><p>　　∑△PJ=0.3×105Pa&l

67、t;/p><p>　　故工進(jìn)時(shí)總的局部壓力損失為</p><p>　　∑△P2=（8.1+0.3）×105Pa=8.4×105Pa</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　∑△P=（0.5+8.4）×105Pa=9×105Pa</p><p

68、>　　這個(gè)數(shù)值加上液壓缸的工作壓力（由外負(fù)載決定的壓力）和壓力繼電器要求系統(tǒng)調(diào)高的壓力（取其值為5×105Pa），可作為溢流閥調(diào)整壓力的參考數(shù)據(jù)。其壓力調(diào)整值p為</p><p>　　P= ∑△P＋P1＋5×105</p><p>　　式中 P1——液壓缸工進(jìn)時(shí)克服外負(fù)載所需壓力。</p><p><b>　　而</b&

69、gt;</p><p>　　P1= F0／A1=32744／7850×10-6Pa=41.7×105Pa</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　P=（41.7+9+5）×105Pa=55.7×105Pa</p><p>　　這個(gè)值比估算的溢流閥調(diào)整壓力值67

70、×105Pa小。因此，主油路上的元件和油管直徑均可不變。</p><p>　　5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算 </p><p>　　本機(jī)床的工作時(shí)間主要是工進(jìn)工況，為簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱，故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。</p><p>　　5.2.1 液壓泵的輸入功率 </p><p>　　工進(jìn)時(shí)小流量泵的壓力P

71、p1=54×105Pa，流量</p><p>　　qvp1=12L／min (0.2×10-3m3／s)</p><p><b>　　小流量泵的功率為</b></p><p>　　P1= Pp1qvp1／ηp=54×0.2×102／0.75W=1440W</p><p>　　式中

72、 ηp——液壓泵的總效率。</p><p>　　工進(jìn)時(shí)大流量泵卸荷，順序閥的壓力損失△P=1.5×105Pa，即大流量泵的工作壓力Pp2=1.5×105Pa，流量qvp2=18L／min (0.3×10-3m3／s)大流量泵的功率P2為</p><p>　　P2= Pp2qvp2／ηp=1.5×0.3×102／0.75W=60W</

73、p><p>　　故雙聯(lián)泵的合計(jì)輸出功率Pi為</p><p>　　Pi= P1+ P2=1440+60W=2040W</p><p>　　5.2.2 有效功率 </p><p>　　工進(jìn)時(shí)，液壓缸的負(fù)載F=32744N，取工進(jìn)速度v=0.00083×10-3m／s</p><p><b>　　輸出功

74、率P0為</b></p><p>　　P0=Fv=32744×0.00083W=27W</p><p>　　5.2.3 系統(tǒng)發(fā)熱功率Ph </p><p>　　系統(tǒng)總的發(fā)熱功率Ph為</p><p>　　Ph= P i－P0=2013W</p><p>　　5.2.4 散熱面積 </p

75、><p>　　油箱容積V=210L，油箱近似散熱面積A為</p><p><b>　　A=0.065</b></p><p>　　5.2.5 油液溫升△t </p><p>　　假定采用風(fēng)冷，取油箱的傳熱系數(shù)K t =23W／(㎡.℃),可得</p><p><b>　　油液溫升為<

76、;/b></p><p>　　t= Ph／∑K t A=1198／（23×2.296）℃=22.7℃</p><p>　　設(shè)夏天的室溫為30℃，則油溫為（30+22.7）℃=52.7℃，沒(méi)有超過(guò)最高允許油溫（50～65℃）。</p><p>　　6 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓缸主要尺寸確定以后，就要進(jìn)行各部分的

77、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。</p><p>　　6.1缸體與端蓋的連接形式</p><p>　　缸體端部和端蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件等因素有關(guān)。下表為常見(jiàn)的缸蓋連接形式。</p>

78、<p>　　6.2活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　下表為活塞缸與活塞的幾種常用的連接形式。分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。</p><p>　　6.3活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)</p><p>　　活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體

79、式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開(kāi)的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便與更換，所以應(yīng)用較為普遍。導(dǎo)向套的位置可安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，已可以安裝在外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑。</p><p>　　活塞桿處的密封形式有O形、V形、Y形和YS形密封圈。為了清除活塞桿處外露部分沾附的灰塵，保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。常用的有無(wú)骨架防塵圈和J形橡膠密封圈，也可以用毛氈圈防塵。

80、具體結(jié)構(gòu)參看表中的圖例。</p><p>　　6.4活塞及活塞桿處密封圈的選用</p><p>　　活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選側(cè)不同類型的密封圈。下表為幾種常用的密封圈及使用參數(shù)，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。（插入圖表）</p><p>　　6.5液壓缸的緩沖裝置</p><p>　　液壓缸帶動(dòng)

81、工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)速度較高，則在到達(dá)行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋之間產(chǎn)生機(jī)械碰撞。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設(shè)置緩沖裝置。先介紹幾種常用的緩沖結(jié)構(gòu)。</p><p>　　環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置</p><p>　　三角槽式節(jié)流緩沖裝置</p><p><b>　　可調(diào)節(jié)流緩沖裝置</b></

82、p><p>　　6.6液壓缸的排氣裝置</p><p>　　對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度穩(wěn)定性要求較高的機(jī)床液壓缸和大型液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置，如排氣閥等。</p><p>　　排氣裝置的結(jié)構(gòu)有多種形式。常用的如圖所示兩種結(jié)果。</p><p>　　6.7液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)

83、構(gòu)、液壓缸進(jìn)出油口的連接等。</p><p><b>　　液壓缸的安裝形式</b></p><p>　　根據(jù)安裝位置和工作要求不同可有長(zhǎng)螺栓安裝、腳架安裝、法蘭安裝、軸銷和耳環(huán)安裝等。</p><p>　?。?） 液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定</p><p>　　液壓缸的進(jìn)、出油口，可不置在端蓋或缸體上。對(duì)于活塞桿固

84、定的液壓缸，進(jìn)、出油口可設(shè)置活塞桿端部。如果液壓缸無(wú)專用的排氣裝置，進(jìn)、出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排除。進(jìn)、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接。先列出壓力小于16MPa小型系列單桿液壓缸螺孔連接油管安裝尺寸。</p><p>　　6.8液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求</p><p>　　液壓缸主要零件如缸體、活塞、活塞桿、缸蓋、導(dǎo)向套的材料和技術(shù)要求見(jiàn)下表。<

85、/p><p><b>　　結(jié) 束 語(yǔ)</b></p><p><b>　　謝 辭</b></p><p><b>　　文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] ：朱新才.主編.液壓傳動(dòng)與控制.重慶：重慶大學(xué)出版社.1990年</p><p>　　[2] ：

86、張利平.主編.液壓氣動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2005年</p><p>　　[3] ：楊培元.主編.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1994年</p><p>　　[4] ：林建亞、何存興.主編.液壓元件.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1998年</p><p>　　[5]:孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè)第二卷北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1991年</p&