機電一體化畢業(yè)設計（論文）鋁合金踏板加工設備的設計

1、江 西 理 工 大 學 南 昌 校 區(qū)畢 業(yè) 設 計（論文）題 目：鋁合金踏板加工設備的設計系 ：機電工程系專 業(yè)：機電一體化技術班 級：08機電（2）班學 生：學 號：指導教師: 職稱：副教授摘要踏板廣泛使用在建筑工地，是建筑施工過程中的施工人員站立和放置建筑材料的平臺。由于建筑施工通常是高空作業(yè)，因此要求踏板承載力高、方便固定。重量輕、防滑、壽命長、便于安裝拆卸和運輸。我國建筑踏板常用竹木和鋼材制作。竹木踏板使用壽命短，在腳手架上不易固定，具有脫落的安全隱患，不易在高空作業(yè)移動安裝，在太陽照射和雨淋下容易失效。鋼踏板重量重，搬動勞動強度大，容易生銹，使用壽命較短。竹木和鋼踏板的這些特點，制

2、約了它們的使用。鋁合金踏板因為具有上述材料所不具有的優(yōu)點，逐漸成為逐漸廣泛使用的建筑新型踏板。滾壓機正是加工鋁合金踏板的重要設備，它是通過將鋁合金踏板壓扣滾壓，使之接合，并產(chǎn)生壓縮變形，從而牢固連接。滾壓機可分為電氣、液壓、和機械三個部分：f11機械部分主要包括機架、油缸、滾壓裝置組件、壓板和滾壓機輪座幾部分。動作順序為：裝好踏板型材。壓緊油缸前進，上壓板下降，夾緊踏板型材，隨后滾壓油缸前進推動上下兩滾輪同時壓緊上下兩扣。滾壓到位后壓緊油缸后退，上壓板上升，滾壓油缸后退滾壓輪返回漆壓輪從型材中出來后，取下滾壓好的踏板。進行下個踏板滾壓。f21液壓部分包括油箱、油泵、壓力控制閥、方向控制閥、流量

3、控制閥、油缸等。通過調節(jié)滾壓油缸液壓油流量來實現(xiàn)慢速滾壓、快速返回且滾壓速度可調。f3)電氣控制系統(tǒng)可實現(xiàn)手動和自動換調試時用手動。工作時用自動。關鍵詞鋁合金踏板，壓扣，滾壓機abstractpedal widely used in the construction site, is building the construction process of construction personnel to stand up and placed building materials platform. because construction is usually aloft work, t

4、herefore, ask pedal high bearing capacity, convenient fixed. light weight, prevent slippery, long life, easy to install and disassemble and transportation. chinas construction pedal steel production used bamboo and. bamboo pedal use short life, is not easy to be fixed on scaffolds, with security pro

5、blems, not easily fall in aloft working mobile installation, in the sun and rain down easy to failure. steel pedal weight heavy, move the intensity of labor is big, easy to rust, use short life. wood and steel pedal of these characteristics, and restricted their use.with the above materials alloy pe

6、dal because that does not have advantage, gradually become gradually extensive use of building new pedal. rolling machine is the important equipment aluminum alloy pedal, it is through will aluminum alloy pedal pressure roller, buckle engagement, and produce compression deformation, thus strong conn

7、ection. rolling machine can be divided into electric, hydraulic and mechanical three parts: f11 mechanical parts mainly includes frame, oil cylinder, rolling device assembly, linking piece and rolling tire seat segments. action order: pack good pedal profile. pressure cylinders, embossed on the decl

8、ine, clamping pedal profiles, then rolled forward oil cylinder roller and promoting fluctuation two pressure fluctuation two buckle. rolling pressure in the cylinder backward, embossed on the rise, rolling oil cylinder backward rolling wheel returns from profiles of paint pressure wheel, taking out

9、roller good pedals. next step for roller. f21 hydraulic parts include oil tank, oil pump, pressure control valves, direction control valves, flow control valves, oil cylinder, etc. by adjusting the rolling cylinders hydraulic oil flow to achieve a slow roller, rapid return. and rolling speed adjusta

10、ble. f3) electrical control system can realize manual and automatic change with manual adjustment. work with automatic.keywords:ardal pedal, backpressuretrip, wheeling machine目 錄第一章. 緒論61.1. 前言61.2. 踏板現(xiàn)狀61.3. 踏板的加工71.4. 滾壓設備的設計簡述7第二章. 滾壓機主要部件設計總敘102.1. 滾壓機工作原理及機構組成102.2. 滾壓機主要部件設計簡敘10第三章. 滾壓機機械部分設計1

11、33.1. 鋁型材滾壓力的計算133.2. 滾輪受力的計算183.3. 滾輪直徑的選取183.4. 推桿直徑的選取18第四章. 滾壓機液壓系統(tǒng)的設計194.1. 滾壓機液壓系統(tǒng)的設計步驟與方法194.2. 滾壓液壓回路的設計計算254.3. 壓緊液壓回路的設計計算264.4. 擬定液壓系統(tǒng)圖284.5. 液壓元件的選擇294.6. 系統(tǒng)油液溫升驗算30第五章. 滾壓機電氣控制系統(tǒng)的設計325.1. 滾壓機電氣控制系統(tǒng)設計的基本原則與程序325.2. 滾壓機電氣控制西路設計的方法與步驟335.3. 滾壓機電氣控制圖的設計345.4. 滾壓機工作情況的分析355.5. 滾壓機電氣控制設備的選取36

12、 參考文獻37 結束語38 致謝39 附錄第一章緒論1.1.前言隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國建筑行業(yè)所需的建筑原料需要量日益增大。同時，近年來中國鋁工業(yè)整體發(fā)展速度不斷加快1，相應也為建筑行業(yè)采用新型材料鋁合金滿足了愿望。鋁型材就是鋁合金擠壓成型后經(jīng)高溫淬火，形成一定程度過程的過飽和固溶體，在常溫下放置而自動產(chǎn)生硬化過程形成的一種材料2。在我國生產(chǎn)的鋁型材中，應用于建筑行業(yè)的占70%，而應用于航天，航空，交通運輸?shù)募b箱，地鐵列車，輕軌列車和高速列車車廂等工業(yè)的僅占30%3。為何采用擠壓方法生產(chǎn)鋁型材，為何鋁型材在建筑行業(yè)應用如此之廣？有有以下因素：1.擠壓加工提高了金屬的變形能力，可有大變形

13、量：制品綜合質量高，與軋制，鍛造等相比，擠壓制品的尺寸精度高，表面質量好；產(chǎn)品范圍廣，擠壓可生產(chǎn)斷面形狀簡單的管，棒，線材，還可以生產(chǎn)斷面復雜的實心和空心材以及斷面沿長度方向分階段變化的和逐漸變化的變斷面型材，許多斷面是采用其他方法所無法成型；生產(chǎn)靈活性大，擠壓加工具有很大的靈活性；工藝流程簡單，設備投資少4。2.與鋼制，木制，塑料材料相比，鋁型材具有質量輕，比強度高，易回收，不污染環(huán)境，壽命長等優(yōu)點，在建筑行業(yè)（尤其是高層建筑）應用的比重迅速提高，已成為當前建筑行業(yè)中使用最大，應用面廣的建筑材料5。鋁合金踏板，就是鋁型材在建筑行業(yè)應用的代表。1.2.踏板現(xiàn)狀 踏板廣泛使用在建筑工地，是建筑施

14、工過程中的施工人員站立和放置建筑材料的平臺。由于建筑施工通常是高空作業(yè)，因此要求踏板承載力高，方便固定，重量輕，防滑，壽命長，便于安裝拆卸和運輸。我國建筑踏板常用竹木和鋼材制作。竹木踏板使用壽命短，在腳手架上不易固定，具有脫落的安全隱患，不易在高空作業(yè)移動安裝，在太陽照射和雨淋下容易失效。鋼踏板重量重，搬動強度大，容易生銹，使用壽命較短。竹木和鋼制踏板的這些特點制約了它們的使用。隨著技術進步和發(fā)展，國內(nèi)許多施工單位開始大量使用鋁合金踏板。鋁合金踏板具有良好的壓力加工性能，通過熱處理可獲得較高強度，如6061-t6抗拉強度6b=260mpa,相對于鋼鐵而言，相同體積鋁合金具有質量輕，強度高，尺寸

15、精度高，耐腐蝕，美觀，人工操作時勞動強度低，施工方便安全等優(yōu)點，同時鋁合金踏板從使用壽命和可再生性考慮，其經(jīng)濟性比木制踏板好，費用可節(jié)約20%。所以，建筑行業(yè)廣泛使用鋁合金踏板。而鋁合金踏板種類有兩類：1.鋁木踏板。這類踏板用鋁合金材料焊接或鉚接框架，再在上面鉚接模板。由于木板壽命短，因此這種踏板使用一定時間后就要更換木板。2.全鋁合金踏板。這類踏板全用鋁合金材料制作嗎，是目前大量使用的建筑踏板。1.3.踏板的加工各施工企業(yè)所要求的踏板長短寬度不一樣，當踏板寬度300mm時，由于擠壓機擠壓出整體型材需大型擠壓機，故將踏板型材分塊擠壓成型，再連接、分段組合踏板主要是解決型材與型材之間的連接，連接

16、的常用方法有：一.焊接連接。鋁合金在土木建筑工程中使用時，大部分以焊接連接。但焊接有如下困難和特點。1.鋁合金表面有一層致密的氧化鋁薄膜（熔點約2050攝氏度），焊接時如未能消除，將會影響基體金屬的熔化質量，形成夾雜等質量問題；2.熱導率大（約為鋼的四倍），導電性好，焊接時若要達到與鋼相同的焊接，則焊接能量要比焊鋼時大24倍；3.線膨脹系數(shù)大，焊件有產(chǎn)生較大的熱應力，變形及變形的傾向；4.易產(chǎn)生氣孔；5.鋁合金焊接接頭的強度降低6。釘、鉚釘連接。螺釘、鉚釘連接是常用、簡單的連接方法。螺釘連接可以同時承受拉力和剪力，在某些節(jié)點類型中，螺栓可能受到節(jié)點變形產(chǎn)生的附加力作用；鉚釘連接本質上是通過剪切

17、抵抗外力，而且只能是承受壓力的受力形式，如果外載荷對節(jié)點有較大的拉力，采用鉚釘連接就是不合理的7。而且連接部位材料增多，重量、成本增加。三.壓扣式連接。為避免以上現(xiàn)象發(fā)生，采用壓扣式比較理想。其連接斷面如圖1所示。兩塊板扣合好后，兩扣之間會存在如圖2所示的縫隙，一旦受變向力就容易脫開，為此設計了滾壓機對接扣處進一步加工，以保證接扣連接的可靠性，如圖3所示。1.4.滾壓設備的設計簡述1.滾壓設備的設計該設備分為電氣、液壓和機械三大部分：f11機械部分主要包括機架、油缸、滾壓裝置組件、壓板和滾壓機輪座幾部分，如圖4所示。動作順序為：裝好踏板型材。壓緊油缸前進，上壓板下降，夾緊踏板型材，隨后滾壓油缸

18、前進推動上下兩滾輪同時壓緊上下兩扣。滾壓到位后壓緊油缸后退，上壓板上升，滾壓油缸后退滾壓輪返回漆壓輪從型材中出來后，取下滾壓好的踏板。進行下個踏板滾壓。f21液壓部分包括油箱、油泵、壓力控制閥、方向控制閥、流量控制閥、油缸等。通過調節(jié)滾壓油缸液壓油流量來實現(xiàn)慢速滾壓、快速返回且滾壓速度可調。液壓控制回路如圖5所示。f3)電氣控制系統(tǒng)可實現(xiàn)手動和自動換調試時用手動。工作時用自動。2.部件結構與參數(shù)的確定(1)油泵的選擇。選擇葉片泵，額定壓力7 mpa流量60 mljr。(2)油缸的選擇。油缸大小的選擇將直接影響滾壓質量若壓緊油缸的內(nèi)徑太小，產(chǎn)生的滾壓力不夠，則接el連接不牢：滾壓油缸的內(nèi)徑太小，

19、則推不動滾壓輪?？紤]踏板裝卸方便壓緊油缸的行程取決于踏板型材的厚度滾壓油缸的行程取決于踏板的最大長度。當滾壓踏板最長4 500 mm時，油缸參數(shù)為壓緊油缸內(nèi)徑 63mm行程80 m札滾壓油缸內(nèi)徑中80 mm，行程2 500 mm。 f31滾輪的設計。滾輪是滾壓裝置中的重要元件之一它的直徑大小以及數(shù)量也對產(chǎn)品質量起著重要的作用。如果滾輪一次l生滾壓壓緊，壓扣急劇的變形，就會在壓扣處產(chǎn)生裂紋。為防止這種隋況的發(fā)生，在滾輪座上安裝五對滾輪前四對滾輪為平滾輪最后一對滾輪為花滾輪蕊 輪直徑依次增大?；L輪的齒形為漸開線齒輪模數(shù)為06，齒數(shù)為29，如圖6所示?；L輪第二章滾壓機主要部件設計總敘2.1.滾壓

20、機工作原理及機構組成 滾壓機是為對鋁合金踏板接扣處進行滾壓加工而設計。該設備分為電氣、液壓和機械三大部分：f11機械部分主要包括機架、油缸、滾壓裝置組件、壓板和滾壓機輪座幾部分。動作順序為：裝好踏板型材。壓緊油缸前進，上壓板下降，夾緊踏板型材，隨后滾壓油缸前進推動上下兩滾輪同時壓緊上下兩扣。滾壓到位后壓緊油缸后退，上壓板上升，滾壓油缸后退滾壓輪返回漆壓輪從型材中出來后，取下滾壓好的踏板。進行下個踏板滾壓。f21液壓部分包括油箱、油泵、壓力控制閥、方向控制閥、流量控制閥、油缸等。通過調節(jié)滾壓油缸液壓油流量來實現(xiàn)慢速滾壓、快速返回且滾壓速度可調。f3)電氣控制系統(tǒng)可實現(xiàn)手動和自動換調試時用手動。工

21、作時用自動。滾壓機裝配圖如附錄所示8。2.2.滾壓機各主要部件設計簡敘 機械部分主要起滾壓作用的是滾輪及其機座等部分。它共有上下兩排共十個輥子，每排輥子有五個滾輪，其中前四個滾輪為平滾輪，最后一個滾輪為花滾輪，直徑依次為13mm,14.4mm，15.8mm,17.4mm,18.6mm,另外花滾輪齒形為漸開線齒輪，模數(shù)為0.6，齒數(shù)為29。如下圖所示。液壓部分液壓系統(tǒng)可分為公共液壓回路及滾壓、壓緊液壓回路部分。公共液壓回路有以下幾個部件：油箱，過濾器，液壓泵，二位四通單作用電磁閥，壓差計，溢流閥。其中油箱上接過濾器，后接液壓泵，液壓泵由電機帶動。液壓泵輸出油液經(jīng)導管流入雙作用二位四通換向閥，上端

22、出口接壓差計，并接溢流閥，當流量查過一定時，多余油液將從溢流閥流入油箱。公共液壓回路油液經(jīng)導管分別流入滾壓回路的三位四通雙作用電磁閥，及壓緊回路的二位四通單作用電磁閥。然后從三位四通電磁閥流出的油液流入滾壓油缸，其中要注意的是，無桿腔油路設有單向閥和節(jié)流閥。從二位四通電磁閥至壓緊油缸油路無桿腔油路也設有單向閥和節(jié)流閥。液壓系統(tǒng)如下圖所示。 電氣控制部分電氣控制部分采用了八個按鈕，七個接觸器及三個時間繼電器，其中sb1為停止按鈕，sb2為電機按鈕，sb3為公共液壓回路換向閥按鈕，sb4為自動工作模式開始按鈕，sb5為手動模式停止按鈕，sb6為手動模式壓緊按鈕，sb7為手動模式滾壓按鈕，sb8為手

23、動模式快退按鈕，sa為選擇開關，其中a為工作模式自動檔，m為工作模式手動檔。fu1為電機熔斷器，fu2為控制電路熔斷器。km1、km2、km3為電機控制接觸器，km4為公共液壓回路換向閥接觸器，km5為壓緊回路換向閥接觸器，km6為滾壓回路換向閥指示滾壓接觸器，km7為滾壓回路指示快退接觸器。st1為快退行程結束行程開關，st2為滾壓行程結束行程開關，st3為壓緊行程結束行程開關。hl1為電機運行指示燈，hl2為公共液壓回路換向閥動作指示燈，hl3為壓緊動作指示燈，hl4為滾壓動作指示燈，hl5為快退動作指示燈。其電氣控制原理圖如下圖所示。 其電氣控制箱控制面板如下圖所示。第三章滾壓機機械部分

24、設計3.1.鋁型材滾壓扣接過程滾壓力的計算1. 問題描述如圖1a)所示，鋁型材交錯搭接后經(jīng)滾壓形成圖1b)所示的牢固扣接形式，求滾壓力。baa) 滾壓前b) 滾壓后圖1 鋁型材滾壓扣接過程對圖1下側的滾壓方式應為以圖1b)所示滾壓后平面水平由左向右滾壓。若認為該過程以彎曲變形為主，則應包括a、b兩處。但該兩處彎曲后未必能形成平面，還應包括部分壓扁，而該壓扁力應較彎曲力為大。簡單地假設以一平板垂直向下壓縮(35.6-28.4)/2=3.6mm而計算該平板所需壓力，以剛塑性有限元法求解。2. 有限元模型建立圖2為鋁型材截面形狀及尺寸。圖2 鋁型材截面尺寸圖3為所建立的有限元模型，問題簡化為平面變形

25、問題。鋁型材設為剛塑性體，材質選用6063，其變形抗力曲線見圖4，采用四邊形網(wǎng)格，下表面固定。壓縮平板設為剛性體，在1s內(nèi)向下壓縮3.6mm。 圖3 有限元模型圖4 6063變形抗力曲線3. 結果分析圖5為壓縮變形過程各階段的等效應力分布，由圖可見變形一開始即主要是a部分的彎曲變形(圖5a)，同時b截面也有受力。當壓下0.9mm時，雖仍是a截面彎曲，但由于交互作用，b截面也已受到較全面應力(圖5b)。到壓下2.52mm時，a截面彎曲部分已與b截面接觸(圖5c)，此后即進入壓扁過程。到壓下3.6mm時，已達到壓平的目的(圖5d)。 a) 壓下0.18mmb) 壓下0.9mm c) 壓下2.52m

26、md) 壓下3.6mm圖5 壓縮變形過程及其等效應力分布圖6為壓縮過程中平板所施加的力。在壓下到2.34mm之前，還主要只是a截面的彎曲，因此壓縮力較小，且隨壓縮過程極其的緩慢升高(圖6a)。當a、b截面接觸后則主要是壓平的過程，此階段壓縮力大幅度上升(圖6b)，彎曲階段單位長度所需力最大為22.2n，而壓縮到最后階段則為961n，較接觸前提高40多倍。 a) 壓下2.34mmb) 壓下3.6mm圖6 隨壓縮過程進行壓縮力的變化即，在上述條件下將該型材完成扣接所需壓力為單位長度961n。4. 力能計算的簡化由以上分析，該扣接過程所需最大力實則為壓扁所需力。由圖5d)可知，壓平結束時該鋁合金的等

27、效應力(可以理解為流動抗力)最大為170mpa。但該最大等效應力并未位于壓縮平板接觸面上，而是位于a、b兩截面接觸處。壓縮平板與工件接觸面上的等效應力分布如圖7所示，其最大值不超過150mpa，平均值約為110mpa。壓縮平板與工件接觸面上的高向應力分布如圖8所示，其最大值不超過250mpa，平均值約為130mpa。 圖7 壓縮平板接觸面上等效應力的分布圖8壓縮平板接觸面上高向應力分布上述接觸面總長度約為7.5mm(實際接觸面積約為6mm)，因此按塑性力學計算的單位長度壓力應為：1) 按等效應力計算(考慮平面變形)：1.1551107.51=953n；2) 按高向應力計算：1307.51=97

28、5n；與上述有限元模擬結果相近，相差分別為0.83%和1.45%，有極好的預測精度。3) 按最大等效應力計算(考慮平面變形與實際接觸面積)：1.15515061=1040n；與上述有限元模擬結果相差8.22%，有較好的預測精度但保險系數(shù)更大，而更大的保險可用全部接觸的假設，即7.5mm9。5.結論1) 通過上述分析可以認為，該鋁型材扣接過程簡單而保險的力能計算可以認為與平板壓扁相近。2) 其保守的計算方法可用1.155流動應力接觸面積，流動應力即該材料在相應變形程度條件下的屈服強度。3) 對于滾壓過程，由于是具有一定直徑的輪子滾過該平面，其瞬時接觸面積必將小于上述整體接觸面積，因此滾壓力必將減

29、小，因此可用1.155流動應力實際接觸面積來計算。3.2.輥子受力的計算對于鋁合金踏板，壓扣的滾壓力用保守的計算方法計算，約為1.155*150*7.5*5=6497n。而實際滾壓有五個輥子，第一個輥子為滾過壓扣，無壓縮變形，故第一個輥子的推力計算為摩擦系數(shù)*滾壓力，設摩擦系數(shù)為0.2，實際滾壓上下兩邊，故滾壓力約為實際滾壓力的兩倍，第一個輥子推力為0.2*2*6497約等于2600n。第二至五個輥子滾過壓扣時，輥子直徑依次增大，滾過壓扣均將使其壓縮變形，所以總的滾壓力為4*2*6497n=51976n,近似用一個摩擦系數(shù)設為0.3，則這四個輥子的推力為51976*0.3n=15600n。所以

30、輥子在滾壓時候的總推力為15600+2600n=18200n。在快退的時候的總推力為800n。3.3.輥子直徑的選取在滾輪座上安裝五對滾輪前四對滾輪為平滾輪最后一對滾輪為花滾輪蕊 輪直徑依次增大?；L輪的齒形為漸開線齒輪模數(shù)為06，齒數(shù)為29。其中滾輪直徑依次為13mm,14.4mm，15.8mm,17.4mm,18.6mm。滾輪如下圖所示。3.4.推桿直徑的選取 推桿受力狀態(tài)為受壓，若推桿采用q235鋼，則桿截面面積為a f/=18200n/235mpa所以a89m。從而推知推桿直徑d10mm，由此要選一個大于10mm的推桿，包括活塞桿直徑必須大于這個數(shù)值。 第四章.滾壓機液壓系統(tǒng)的設計4.

31、1.滾壓機液壓系統(tǒng)的設計步驟與方法1.液壓系統(tǒng)的設計步驟和方法液壓系統(tǒng)設計是整機設計的重要組成部分，其設計與計算方法因人而異。本章介紹液壓系統(tǒng)常見的設計計算方法及實例。液壓系統(tǒng)設計的主要步驟如下：1） 明確液壓系統(tǒng)的設計要求；2） 選定執(zhí)行元件，進行工況分析，明確系統(tǒng)的主參數(shù)；3） 擬定液壓系統(tǒng)原理圖；4） 計算和選擇液壓元件；5） 液壓系統(tǒng)性能驗算和繪制工作圖、編制技術文件。上述設計步驟是一般的程序，在實際工作中，這些步驟并不是一成不變的，應視具體情況靈活掌握。1.1液壓系統(tǒng)設計要求在設計液壓系統(tǒng)前需明確以下幾方面的內(nèi)容：1. 明確主機哪些動作需要液壓系統(tǒng)來完成。2. 對液壓系統(tǒng)的動作和運動

32、要求。根據(jù)主機的設計要求，確定液壓執(zhí)行元件的數(shù)量、運動形式、工作循環(huán)、行程范圍及各執(zhí)行元件動作的順序、同步、聯(lián)鎖等要求。3. 確定液壓執(zhí)行元件承受的負載和運動速度的大小及其變化范圍。4. 對液壓系統(tǒng)的性能要求，如調速性能、運動平穩(wěn)性、轉換位置精度、效率、溫升、自動化程度、可靠性程度、使用與維修的方便性。5. 液壓系統(tǒng)的工作條件，如溫度、濕度、振動干擾，外形尺寸、經(jīng)濟性等要求。 1.2液壓系統(tǒng)的工況分析和系統(tǒng)的確定對執(zhí)行元件負載分析與運動分析，也稱為液壓系統(tǒng)的工況分析。工況分析就是分析每個液壓執(zhí)行元件在各自工作過程中負載與速度的變化規(guī)律，一般執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)內(nèi)負載、速度隨時間或位移而變化的

33、曲線用負載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖表示。1. 負載分析液壓缸與液壓馬達運動方式不同，但他們的負載都是由工作負載、慣性負載、摩擦負載、背壓負載等組成的。工作負載fw包括切削力、夾緊力、擠壓力、重力等，其方向與液壓缸運動方向相反時為正，相同時為負；慣性負載fa為運動部件在啟動和制動時的慣性力，加速時為正，減速時為負；摩擦負載包括導軌摩擦阻力ff和密封裝置處的摩擦力fs，前者在確定摩擦系數(shù)后即可計算，后者與密封裝置類型、液壓缸制造質量和液壓油壓力有關，一般通過取機械效率m =（0.900.97）來考慮；背壓負載fb是液壓缸回油路上壓力pb所產(chǎn)生的阻力，初算時可暫不考慮，需要估算時背壓力pb可按表91選取。

34、液壓缸在各工作階段中負載按表92中表達式來計算，再以液壓缸所經(jīng)歷的時間t或行程s為橫坐標作出f-t或f-s負載循環(huán)圖。對于簡單液壓系統(tǒng)可只計算快速運動階段和工作階段。在負載難以計算時可通過實驗來確定，也可以根據(jù)配套主機的規(guī)格確定液壓系統(tǒng)的承載能力。 表41 液壓系統(tǒng)背壓力系 統(tǒng) 結 構 情 況背 壓 力 pb ( mpa)用節(jié)流閥的回路節(jié)流調速系統(tǒng)0.30.5對中高壓液壓系統(tǒng)背壓力數(shù)值應放大50%100% 用調速閥的回路節(jié)流調速系統(tǒng)0.50.8 回油路上有背壓閥的系統(tǒng) 0.51.5 采用輔助泵補油的閉式回路 0.81.5 表42 液壓缸各工作階段負載計算工作階段 負載f 啟動加速階段f=(ff

35、+fafg)/ mfg為運動部件自重在液壓缸運動方向的分量，液壓缸上行時取正，下行時取負 快進、快退階段f=(fffg)/ m 工進階段f=(fffwfg)/ m 減速制動階段f=(ff-fafg)/ m2. 運動分析按各執(zhí)行元件在工作中的速度v以及位移s或經(jīng)歷的時間t繪制vs或vt速度循環(huán)圖。2.確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)工作壓力和流量是選擇液壓元件的主要依據(jù)，而系統(tǒng)的工作壓力和流量分別取決于液壓執(zhí)行元件工作壓力、回路上壓力損失和液壓執(zhí)行元件所需流量、回路泄漏，所以確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)實質上是確定液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)。1. 初選液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)執(zhí)行元件工作壓力是確定其結構

36、參數(shù)的重要依據(jù)。工作壓力選得低一些，對液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)性、可靠性和降低噪聲等都有利，但對液壓系統(tǒng)和元件的體積、重量就相應增大；工作壓力選得過高，雖然液壓元件結構緊湊，但對液壓元件材質、制造精度和密封要求都相應提高，制造成本也相應提高。執(zhí)行元件的工作壓力一般可根據(jù)負載進行選擇，見表4-3。有時也可參照或類比相同的主機選定執(zhí)行元件的壓力。 表4-3 按負載選擇執(zhí)行元件工作壓力 負載f（kn） 50工作壓力p（mpa）52. 確定執(zhí)行元件的主要結構參數(shù)（1）確定液壓缸主要結構參數(shù) 根據(jù)負載分析得到的最大負載fmax和初選的液壓缸工作壓力p，再設定液壓缸回油腔背壓pb以及桿徑比d/d，即可由第四章中液

37、壓缸的力平衡公式來求出缸的內(nèi)徑d、活塞桿直徑d和缸的有效工作面積a,其中d、d值應圓整為標準值（參見第四章表4-3，表4-5）。對于工作速度低的液壓缸，要校驗其有效面積a，即要滿足aqmin/vmin （4-1）式中 qmin回路中所用流量閥的最小穩(wěn)定流量，或容積調速回路中變量泵的最小穩(wěn)定流量；vmin液壓缸應達到的最低運動速度。如果不滿足式（9-1），則必須加大液壓缸的有效工作面積a，然后復算液壓缸d、d的及工作壓力p。（2）確定液壓馬達排量vm 由馬達的最大負載扭矩tmax、初選的工作壓力p和預估的機械效率mm ，即可計算馬達排量vmvm = （4-2） 為使馬達能達到穩(wěn)定的最低轉速nmi

38、n，其排量vm應滿足 vm （4-3）式中qmin意義與式（4-1）中的相同。按求得的排量vm、工作壓力p及要求的最高轉速nmax從產(chǎn)品樣本種選擇合適的液壓馬達，然后由選擇的液壓排量vm、機械效率mm 和回路中的背壓力pb復算液壓馬達的工作壓力。3.畫執(zhí)行元件的工況圖在執(zhí)行元件主要結構參數(shù)確定后，就可由負載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖畫出執(zhí)行元件的工況圖，即執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)中的工作壓力p、輸入流量q、輸入功率p對時間的變化曲線圖。當系統(tǒng)中有多個執(zhí)行元件時，把各個執(zhí)行件的qt流量圖、pt功率圖按系統(tǒng)總的工作循環(huán)綜合得到流量圖和總功率圖。執(zhí)行元件的工況圖顯示系統(tǒng)在整個循環(huán)回路中壓力、流量、功率的分布情

39、況及最大值所在的位置，是選擇液壓元件、液壓基本回路及為均衡功率分布而調整設計參數(shù)的依據(jù)。4.液壓系統(tǒng)圖的擬定擬定液壓系統(tǒng)圖是整個液壓系統(tǒng)設計中最重要的一步。它是從油路原理上來具體體現(xiàn)設計任務中提出的各項性能要求的。擬定液壓系統(tǒng)包括兩項內(nèi)容： 分析、對比選出合適的液壓回路；把選出的回路組成液壓系統(tǒng)：常采用經(jīng)驗法，也可用邏輯法。1. 液壓回路的選擇選擇液壓回路的依據(jù)是前面的設計要求和工況圖，這一步往往會出現(xiàn)多種方案，因為滿足同一種設計要求的液壓回路往往不只一種；為此選擇必須與分析、對比緊密結合起來進行，在這里，收集、整理和參考同種類型液壓系統(tǒng)先進回路的成熟經(jīng)驗是十分必要的。 機床液壓系統(tǒng)中，調速回

40、路是核心，它一旦確定，其它回路就對應確定下來了。因為液壓回路的選擇工作必須從調速回路開始。選擇各種回路一般考慮如下事項：（1）調速回路 根據(jù)工況圖上壓力、流量和功率的大小以及系統(tǒng)對溫升、工作平穩(wěn)性等方面的要求選擇調速回路。例：壓力較小，功率較?。?3kw），工作穩(wěn)定性要求不高的場合宜采用節(jié)流閥式調速回路；負載變化較大，速度穩(wěn)定性要求較高的場合宜采用調速閥式調速回路。功率中等（35kw）的場合可采用節(jié)流閥式調速回路，或容積式調速回路，亦可采用容積節(jié)流式調速回路。功率較大（5kw），要求溫升小而穩(wěn)定性要求不太高的場合宜采用容積調速回路。調速方式?jīng)Q定之后油路循環(huán)形式基本上也就確定了。例如節(jié)流調速、容

41、積節(jié)流調速回路，選用開式回路；容積調速回路選用閉式回路。當工作循環(huán)中需要多個執(zhí)行元件，且其總工況圖上流量變化較大時，可用蓄能器，選用小規(guī)格的液壓泵。（2）快速運動回路和速度換接回路 快速運動回路與調速回路密切相關，它在調速回路考慮油源形式和系統(tǒng)效率、溫升等因素時已考慮進去了，調速回路一經(jīng)確定，快速回路基本上也就確定了。速度換接回路的結構形式基本上由系統(tǒng)中調速回路和快速運動回路的形式?jīng)Q定，選擇時考慮得較多的是采用機械控制式換接，還是電氣控制式換接，前者換接精度高，換接平穩(wěn)、工作可靠，后者結構簡單、調整方便、控制靈活。采用電氣控制式換接時，系統(tǒng)中有時要安裝壓力繼電器（或電接點壓力表），壓力繼電器（

42、或電接點壓力表）應放在動作變化時壓力變化顯著的地方。（3）壓力控制回路 壓力控制回路種類很多，有的已包含在調速回路中，有的則須根據(jù)系統(tǒng)要求專門進行選擇（如卸壓、保壓回路）。選擇各種壓力控制回路時，應仔細推敲這種回路在選用時所須考慮的問題以及各種方案的特點和適用場合。以卸荷回路為例：選擇時要考慮卸荷所造成的功率損失、溫升、流量和壓力的瞬間變化等，為此系統(tǒng)壓力不高，流量不大，或油箱容量較大，系統(tǒng)間隙工作（因而有可能使液壓缸停止運轉）的場合只設置溢流回路就可以了，在其它的場合則須采用二位二通換向閥式卸荷回路或先導型溢流閥式卸荷回路等等。（4）多缸回路 多缸回路與單缸回路相比，須多考慮一個多缸之間的相

43、互關系問題，這項關系不外是同時動作時的同步問題，互不干擾問題，先后動作時的順序問題和不動作時的卸荷問題。2. 液壓系統(tǒng)的合成液壓系統(tǒng)要求的各個液壓回路選好之后，再配上一些測壓，潤滑之類的輔助油路，就可以進行液壓系統(tǒng)的合成了，進行這步工作時須注意以下幾點：（1）盡可能多的歸并掉作用相同或相近的元件，力求系統(tǒng)結構簡單。（2）并出來的系統(tǒng)應保證其循環(huán)中的每一個動作都安全可靠，相互之間沒有干擾。（3）盡可能使歸并出來的系統(tǒng)保持效率高，發(fā)熱少。（4）系統(tǒng)中各種元件的安放位置應正確，以便充分發(fā)揮其工作性能。（5）歸并出來的系統(tǒng)應經(jīng)濟合理，不可盲目追求先進，脫離實際。5.液壓元件的計算和選擇液壓元件的計算主

44、要是計算元件工作壓力和通過的流量，此外還有電機效率和油箱容量。元件應盡量選用標準元件，只有在特殊情況下才設計專用元件。1. 確定液壓泵的容量及驅動電機的功率（1）計算液壓泵的工作壓力 液壓泵的工作壓力是根據(jù)執(zhí)行元件的工作性質來確定的：若執(zhí)行元件在工作行程終點，運動停止時才需要最大壓力，這時液壓泵的工作壓力就等于執(zhí)行元件的最大壓力。若執(zhí)行元件是在工作行程過程中需要最大壓力，則液壓泵的工作壓力應滿足 ppp1+p1 （4-4）式中 p1：執(zhí)行元件的最大工作壓力p1進油路上的壓力損失（系統(tǒng)管路未曾畫出以前按經(jīng)驗選?。阂话愎?jié)流調速和簡單的系統(tǒng)：p1 =0.20.5mpa 。進油路有調速閥及管路復雜的系

45、統(tǒng)：p1 =0.51.5mpa）。（2）計算液壓泵的流量液壓泵的流量qp按執(zhí)行元件工況圖上最大工作流量和回路的泄漏量確定1）單液壓泵供給多個同時工作的執(zhí)行元件時 qpk(qi)max (4-5a)式中 k回油泄漏折算系數(shù) k=1.11.3；（qi）max同時工作的執(zhí)行元件流量之和的最大值。2）采用差動連接的液壓缸時 qpk(a1-a2)vmax (4-5b)式中 a1、a2液壓缸無桿腔，有桿腔的有效工作面積；vmax液壓缸或活塞的最大移動速度。3）采用蓄能器儲存壓力油時按系統(tǒng)在一個工作周期中的平均工作流量來選擇qpk （4-5c）式中 t機器工作周期；v每個執(zhí)行元件在工作周期中的總耗油量；n執(zhí)

46、行元件個數(shù)。2. 選擇液壓泵的規(guī)格前面計算的pp僅是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力。系統(tǒng)在工作過程中常因過渡過程內(nèi)的壓力超調或周期性的壓力脈動而存在著動態(tài)壓力，其值遠遠超過靜態(tài)壓力。所以液壓泵的額定壓力應比系統(tǒng)最高壓力大出25%60%。至于液壓泵的q應與系統(tǒng)所需的最大流量相適應。3.驅動電機的功率1）若工況上的p t與q t曲線變化比較平緩，則電機所需功率為： pp = ppqp/p （4-6a）2）圖上的p t與q t曲線起伏較大，則需按上式分別算出電動機在各個循環(huán)階段內(nèi)所需的功率（注意液壓泵在各個階段內(nèi)的功率是不同的），然后用下式求出電動機的平均功率： pp = （4-6b）式中 ppi = pp1 ，p

47、p2，pp3.ppn整個循環(huán)中每一動作階段內(nèi)所需的功率；ti = t1，t2，t3tn整個循環(huán)中沒一動作階段所占用的時間。求出了平均功率后還要返回去檢查每一階段內(nèi)電動機的超載量是否在允許值范圍內(nèi)。（電動機一般允許短期超載25%）4.確定其它元件的規(guī)格（1）選擇控制閥 控制閥的規(guī)格是根據(jù)系統(tǒng)最高壓力和通過該閥的實際流量在標準元件的產(chǎn)品樣本中選取的。進行這項工作時應注意：液壓系統(tǒng)有串聯(lián)油路和并聯(lián)油路之分。油路串聯(lián)時系統(tǒng)的流量即為油路中各處通過的流量；油路并聯(lián)且各油路同時工作時，系統(tǒng)的流量等于各條油路通過的流量總和，油路并聯(lián)且油路順序工作時的情況與油路串聯(lián)時相同。元件選定的額定壓力和流量應盡可能與其

48、計算所需之值接近，必要時，應允許通過元件的最大實際流量超過其額定流量的20%。（2）確定管道尺寸 管道尺寸取決于通過的最大流量和管內(nèi)允許的液體流速，在實際設計中，管道尺寸常常是由已選定的液壓元件連接口處的尺寸決定。（3）確定油箱容量 液壓系統(tǒng)中的散熱主要依靠油箱：油箱體積大，散熱快，但占地面積大；油箱體積小則油溫較高。6.液壓系統(tǒng)性能的估算液壓系統(tǒng)設計完成之后，需要對它的技術性能進行驗算，以便判斷其設計質量或從幾個方案中選出最好的設計方案。然而液壓系統(tǒng)的性能驗算是一個復雜的問題，目前詳細驗算尚有困難，只能采用一些經(jīng)過簡化的公式，選用近似的粗略的數(shù)據(jù)進行估算，并以此來定性地說明系統(tǒng)性能上的一些主

49、要問題。設計過程中如有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗的同類型系統(tǒng)可供參考或有較可靠的實驗結果可供使用，則系統(tǒng)的性能估算就可省略。1.系統(tǒng)壓力損失驗算在系統(tǒng)管路布置確定后，即可計算管路的沿程壓力損失p、局部壓力損失p和液流流過閥類元件的局部壓力損失pv，他們的計算公式詳見第二章。管路中總的壓力損失為p=p+p+pv （4-7）進油路和回油路上的壓力損失應分別計算，并且回油路上的壓力損失要折算到進油路上去。當計算出的壓力損失值比確定系統(tǒng)工作壓力時選定的壓力損失值大得多時，就應重新調整有關閥類元件規(guī)格和管道尺寸，以降低系統(tǒng)的壓力損失。2.系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算液壓系統(tǒng)中所有的能量損失將轉變?yōu)闊崃浚褂蜏厣?、系統(tǒng)泄漏

50、增大，影響系統(tǒng)正常工作。若系統(tǒng)的輸入功率為pi，輸出功率為po，則單位時間的發(fā)熱量hi為 hi=pi-po= pi(1-) (4-8)式中為系統(tǒng)效率。工作循環(huán)中有n個工作階段，要根據(jù)各階段的發(fā)熱量求出系統(tǒng)的平均發(fā)熱量。若第j個工作階段時間為tj，則 hi = （4-9）系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量由各個散熱面散發(fā)至空氣中去，但絕大部分熱量是經(jīng)油箱散發(fā)的。油箱在單位時間內(nèi)的散熱量可按下式計算 ho=kat (4-10)式中 a油箱散熱面積；t油液的溫升；k散熱系數(shù)（w/），通風條件很差時k=810,通風條件良好時k=1420,，風扇冷卻時k=2025，用循環(huán)水冷卻時k=110175。當系統(tǒng)達到熱平衡時，hi

51、= ho，則系統(tǒng)溫升t為t= （4-11）一般機械允許油液溫升2530，數(shù)控機床油液溫升應小于25，工程機械等允許油液溫升3540。若按式（9-11）算出油液溫升超過允許值時，系統(tǒng)必須采取適當?shù)睦鋮s措施。4.2.滾壓液壓回路設計計算設計滾壓機滾壓液壓回路，其工作循環(huán)是“工進快退原位停止”；工作時最大軸向力為18200n；快退速度為1m/s，工進速度為0.010.015 m/s；最大行程2000mm,采用平導軌。一負載分析與速度分析1. 負載分析已知工作負載fw =17060n，按啟動換向時間和運動部件重量計算得到慣性負載，摩擦阻力ff=800n。取液壓缸機械效率m =0.9，則液壓缸工作階段的負載值見表4-4。表4-4 液壓缸在各工作階段的負載值工作循環(huán)計算公式負載f（n）工 進 f=(ff+ fw)/ m 20222快 退f=ff/ m 8892.速度分析已知快退速度為1m/s，工進速度范圍為0.010.015m/s