搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

PAGE4PAGE5搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要液壓傳動(dòng)控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它是采用油液完成傳遞能量的過程，因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說，是一門新技術(shù)，因此對(duì)液壓傳動(dòng)進(jìn)行研究具有特別重要的意義?，F(xiàn)代機(jī)械一般多是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個(gè)綜合體。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中占有重要的地位。本文以搖臂鉆床為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)；搖臂鉆床；系統(tǒng)設(shè)計(jì)RadialdrilldrillingmachinehydrauliccontrolsystemdesignAbstractAuthor:Tutor:Thehydraulicsteeringisonecontrolmodewhichintheindustryusesfrequently,itisusesthehydraulicpressuretocompletethetransmissionenergytheprocess,becausethehydraulicsteeringway'sflexibilityandconvenient,thehydrauliccontrolreceivesthewidespreadvalueintheindustry.Thehydraulictransmissionwasoppositeinthemechanicaldrive,wasanewtechnology,thereforeconductedtheresearchtothehydraulictransmissiontohavethespeciallyvitalsignificance.Themodernmachinerygeneralmanyarethemachinery,electrical,thehydraulicpressurethreecloserelations,aunioncomplexcompound.Thehydraulictransmissionandthemechanicaldrive,theelectricdrivecompoundarethreebigtraditionalforms,hydraulicactuationsystem'sdesignholdtheimportantstatusinthemodernmachinery'sprojectwork.Thisarticletaketheradialdrilldrillingmachineastheobjectofstudy,carriesonthehydrauliccontrolsystemdesigntoit,whenthedesignembarksfromtheactualsituation,organicallyunifieseachtransmissionform,displaysthehydraulictransmissionfullythemerit,makeseveryefforttodesignthestructuretobesimple,theoperationreliable,thecostarelow,theefficiencyishigh,simplicityofoperator,serviceconvenienthydraulicactuationsystem.Keyword:Hydraulictransmissionsystem;Radialdrillingmachine;Systemdesign目錄1緒論 12搖臂鉆床概述 22.1搖臂鉆床簡(jiǎn)介 22.2搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu) 22.3搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)形式 32.4搖臂鉆床的主要特點(diǎn) 33液壓系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)分析 43.1液壓系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用 43.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 43.2.1優(yōu)點(diǎn) 53.2.2缺點(diǎn) 54液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì) 64.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 64.2設(shè)計(jì)要求 64.3鉆床對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 65液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 75.1制定調(diào)速方案 75.2制定壓力控制方案 75.3制定順序動(dòng)作方案 85.4選擇液壓動(dòng)力源 85.5繪制液壓系統(tǒng)圖 86液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 106.1確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 106.1.1搖臂鉆床液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 106.1.2初步估算系統(tǒng)工作壓力 106.2系統(tǒng)工作流量的選擇及管道尺寸的確定 117各種元件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇 127.1各種閥類的選擇 127.1.1換向閥的選取 127.1.2單向閥的選擇 127.1.3溢流閥的選擇 127.1.4壓力繼電器的選擇 127.1.5壓力表的選擇 137.2液壓泵的選擇 137.3液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 147.4液壓馬達(dá)的選取 157.5確定油箱的有效容積 157.6液壓缸的載荷力計(jì)算 168系統(tǒng)性能驗(yàn)算 178.1沿程壓力損失 178.2局部壓力損失 178.3計(jì)算發(fā)熱功率 188.4計(jì)算散熱功率 199液壓系統(tǒng)的仿真 209.1仿真軟件介紹 209.2搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)仿真原理圖及其電氣控制原理圖 219.3液壓缸進(jìn)給過程仿真 229.4液壓缸進(jìn)給后停止過程仿真 239.5液壓缸返回過程仿真 249.6液壓缸停止返回過程仿真 259.7液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn)過程仿真 269.8液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)過程仿真 27結(jié)論 28致謝 29參考文獻(xiàn) 30 1緒論液壓傳動(dòng)控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動(dòng)控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)利用各種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。圖1-1液壓系統(tǒng)能量傳遞過程圖液壓傳動(dòng)所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強(qiáng)是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個(gè)變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個(gè)原理來達(dá)到力的傳遞?；谝簤簜鲃?dòng)的優(yōu)點(diǎn)，液壓在工業(yè)中得到很廣泛的應(yīng)用，比如：制動(dòng)用的，礦上大絞車的制動(dòng)都是液壓的；起重用的，比如工程機(jī)械上都是，還有上面千斤頂；支撐用的，礦上的液壓支架和單體支柱；調(diào)整方向的，船、飛機(jī)都是；調(diào)速和緩沖的，機(jī)床；但最近幾年弱電的發(fā)展，取代了很多液壓控制。傳動(dòng)作用的，液力耦合器。液壓作為一個(gè)廣泛應(yīng)用的技術(shù)，在未來更是有廣闊的前景。隨著計(jì)算機(jī)的深入發(fā)展，液壓控制系統(tǒng)可以和智能控制的技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來，這樣就能夠更多的場(chǎng)合中發(fā)揮作用，也可以更加精巧的、更加靈活地完成預(yù)期的控制任務(wù)。2搖臂鉆床概述鉆床是一種孔加工設(shè)備，可以用來鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。按用途和結(jié)構(gòu)分類，鉆床可以分為立式鉆床、臺(tái)式鉆床、多孔鉆床、搖臂鉆床及其他專用鉆床等。在各類鉆床中，搖臂鉆床操作方便、靈活，適用范圍廣，具有典型性，特別適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常見的機(jī)床。2.1搖臂鉆床簡(jiǎn)介主軸箱可在搖臂上左右移動(dòng)，并隨搖臂繞立柱回轉(zhuǎn)。搖臂還可沿外柱上下升降，以適應(yīng)加工不同高度的工件。較小的工件可安裝在工作臺(tái)上，較大的工件可直接放在機(jī)床底座或地面上。搖臂鉆床廣泛應(yīng)用于單件和中小批生產(chǎn)中，加工體積和重量較大的工件的孔。搖臂鉆床加工范圍廣，可用來鉆削大型工件的各種螺釘孔、螺紋底孔和油孔等。搖臂鉆床的主要變型有滑座式和萬向式兩種。滑座式搖臂鉆床是將基型搖臂鉆床的底座改成滑座而成，滑圖2-1Z3040x13搖臂鉆床座可沿床身導(dǎo)軌移動(dòng)，以擴(kuò)大加工范圍，適用于鍋爐、橋梁、機(jī)車車輛和造船等行業(yè)。萬向搖臂鉆床的搖臂除可作垂直和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，并可作水平移動(dòng)，主軸箱可在搖臂上作傾斜調(diào)整，以適應(yīng)工件各部位的加工。此外，還有車式、壁式和數(shù)字控制搖臂鉆床等。目前國(guó)內(nèi)較大的搖臂鉆床生產(chǎn)廠家主要有：沈陽中捷機(jī)床、沈陽機(jī)床集團(tuán)、山東魯南精機(jī)、山東翔宇機(jī)床有限公司等。這些廠家都是生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)，質(zhì)量可靠，有多年信譽(yù)的老廠。2.2搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu)搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺(tái)等部分組成。內(nèi)立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)360度。搖臂的一端為套筒，它套裝在外立柱做上下移動(dòng)。由于絲桿與外立柱連成一體，而升降螺母固定在搖臂上，因此搖臂不能繞外立柱轉(zhuǎn)動(dòng)，只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱是一個(gè)復(fù)合部件，由主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給和變速機(jī)構(gòu)、機(jī)床的操作機(jī)構(gòu)等部分組成。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過手輪操作，使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動(dòng)。2.3搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)形式當(dāng)進(jìn)行加工時(shí)，由特殊的加緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，而外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進(jìn)行鉆削加工。鉆削加工時(shí)，鉆頭一邊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削，一邊進(jìn)行縱向進(jìn)給，其運(yùn)動(dòng)形式為：（1）搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)為主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；（2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為主軸的縱向進(jìn)給；（3）輔助運(yùn)動(dòng)有：搖臂沿外立柱垂直移動(dòng)，主軸箱沿?fù)u臂長(zhǎng)度方向的移動(dòng)，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.4搖臂鉆床的主要特點(diǎn)（1）采用液壓預(yù)選變速機(jī)構(gòu)，可節(jié)省輔助時(shí)間；（2）主軸正反轉(zhuǎn)、停車（制動(dòng)）、變速、空擋等動(dòng)作，用一個(gè)手柄控制，操縱輕便；（3）主軸箱、搖臂、內(nèi)外柱采用液壓驅(qū)動(dòng)的菱形塊夾緊機(jī)構(gòu)，夾緊可靠；（4）搖臂上導(dǎo)軌、主軸套筒及內(nèi)外柱回轉(zhuǎn)滾道等處均進(jìn)行淬火處理，可延長(zhǎng)使用壽命；（5）主軸箱的移動(dòng)除手動(dòng)外，還能機(jī)動(dòng)；（6）有完善的安全保護(hù)裝置和外柱防護(hù)及自動(dòng)潤(rùn)滑裝置；（7）X、Y分離使數(shù)控機(jī)床質(zhì)量減輕，速度提高，穩(wěn)定性增強(qiáng)；（8）刀具庫(kù)管理系統(tǒng)包括自動(dòng)換鉆，斷刀自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)；（9）具有分布鉆孔功能，能鉆深孔，孔徑深度比為1：10-1：20；（10）適用性強(qiáng)、適用范圍廣，即可加工高、大的零件的孔，又可加工與水平面平行或有夾角的孔，甚至可以向上鉆孔；（11）缺點(diǎn)是：由于結(jié)合面比較多，故機(jī)床剛性較差。3液壓系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)分析3.1液壓系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說，是一門新技術(shù)。自1795年制成第一臺(tái)水壓機(jī)起，液壓技術(shù)就進(jìn)入了工程領(lǐng)域，1906年開始應(yīng)用于國(guó)防戰(zhàn)備武器。第二次世界大戰(zhàn)期間出現(xiàn)了液壓伺服系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代以后，液壓技術(shù)相應(yīng)也得到了很大發(fā)展，在工程機(jī)械、冶金、軍工、農(nóng)機(jī)、汽車、輕紡、船舶、石油、航空、和機(jī)床工業(yè)中，液壓技術(shù)得到普遍應(yīng)用。近年來液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智能機(jī)器人、海洋開發(fā)、宇宙航行、地震預(yù)測(cè)及各種電液伺服系統(tǒng)，使液壓技術(shù)的應(yīng)用提高到一個(gè)嶄新的高度。目前，液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲和高度集成話等方向發(fā)展；同時(shí)，減小元件的重量和體積，提高元件壽命，研制新的傳動(dòng)介質(zhì)以及液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)、微機(jī)控制等工作，也日益取得顯著成果。解放后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)獲得迅速發(fā)展，液壓工業(yè)也和其它工業(yè)一樣，發(fā)展很快。20世紀(jì)50年代就開始生產(chǎn)各種通用液壓元件。當(dāng)前，我國(guó)已生產(chǎn)出許多新型和自行設(shè)計(jì)的系列產(chǎn)品，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電液脈沖馬達(dá)以及其它新型液壓元件等。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)液壓技術(shù)也將獲得進(jìn)一步發(fā)展，它在各個(gè)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見，它在各個(gè)工業(yè)部門中的用應(yīng)，也將會(huì)越來越廣泛。現(xiàn)代機(jī)械一般多是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密結(jié)合的一個(gè)綜合體。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中占有重要的地位。3.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)中所需要的元件主要有動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。動(dòng)力元件的作用是將原動(dòng)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(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達(dá))的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？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。液壓控制系統(tǒng)的輔助元件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個(gè)器件，我們就能夠建設(shè)出一個(gè)液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。3.2.1優(yōu)點(diǎn)（1）傳動(dòng)平穩(wěn)：在液壓傳動(dòng)裝置中，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，使傳動(dòng)十分平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向；（2）承載能力大：液壓傳動(dòng)易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩；（3）容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速：在液壓傳動(dòng)中以調(diào)節(jié)液體的流量實(shí)現(xiàn)無級(jí)凋速；（4）易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)：液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護(hù)措施，能夠自動(dòng)防止過載，避免發(fā)生事故；（5）液壓元件能夠自動(dòng)潤(rùn)滑：傳動(dòng)裝置能自動(dòng)潤(rùn)滑使元件的使用壽命較長(zhǎng)；（6）容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作：采用液壓傳動(dòng)能獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作，可加工出不規(guī)則形狀的零件；（7）便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)；（8）便于實(shí)現(xiàn)“三化”：液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列比、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。3.2.2缺點(diǎn)（1）液壓元件制造精度要求高：由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較嚴(yán)格；（2）實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)困難：液壓傳動(dòng)是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免的要有泄漏，同時(shí)油液也不是絕對(duì)不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)；（3）油液受溫度的影響：不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作；（4）不適宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力：由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力；（5）油液中混入空氣易影響工作性能：油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動(dòng)和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。4液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)是機(jī)械伺服裝置中的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分。設(shè)計(jì)時(shí)必須有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。4.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟（1）明確設(shè)計(jì)方案；（2）確定液壓執(zhí)行元件的形式；（3）進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；（4）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；（5）選擇液壓元件；（6）液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；（7）繪制工作圖，編制技術(shù)文件。4.2設(shè)計(jì)要求目前，大部分的鉆床基本工作原理都是：通過液壓系統(tǒng)回路，來實(shí)現(xiàn)控制卡盤的卡緊，松開及對(duì)零件實(shí)現(xiàn)正鉆，反鉆的控制。它們的工作循環(huán)大都為：快進(jìn)卡緊保壓鉆孔松開其中快進(jìn)和卡緊是通過負(fù)載的增加來實(shí)現(xiàn)的，而保壓過程是通過換向閥來實(shí)現(xiàn)的。4.3鉆床對(duì)液壓系統(tǒng)的要求（1）卡盤卡緊，松開時(shí)動(dòng)作要求平穩(wěn)，在進(jìn)行動(dòng)做換向時(shí)不應(yīng)有沖擊；（2）液壓缸機(jī)構(gòu)應(yīng)具有足夠的保壓能力，以防止工件的脫落或加工零件尺寸出現(xiàn)偏差。（3）系統(tǒng)中要有減壓裝置，為防止因壓力過大而造成的事故發(fā)生。（4）系統(tǒng)的密封性能要好。圖4-1搖臂鉆床示意圖5液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)5.1制定調(diào)速方案液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。根據(jù)以上綜合分析，最終選擇速度控制方式為節(jié)流調(diào)速回路。5.2制定壓力控制方案液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無級(jí)調(diào)節(jié)壓力，一般在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。在有些液壓系統(tǒng)中，液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。5.3制定順序動(dòng)作方案主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開順序閥使壓力油通過，來啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作，本系統(tǒng)采用壓力繼電器來實(shí)現(xiàn)這一功能。5.4選擇液壓動(dòng)力源液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用定量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。5.5繪制液壓系統(tǒng)圖整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)去掉重復(fù)多余的元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注重各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。減少能量損失環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的工作效率。根據(jù)上述分析，可以基本擬訂本次所設(shè)計(jì)的機(jī)床液壓控制系統(tǒng)的原理圖及電磁鐵動(dòng)作表：表5-1電磁鐵動(dòng)作電磁鐵動(dòng)作YA1YA2YA3YA4缸進(jìn)給+缸返回-+--馬達(dá)正轉(zhuǎn)--+-馬達(dá)反轉(zhuǎn)+圖5-1液壓原理圖1-液壓缸2-液壓馬達(dá)3-單向閥4-節(jié)流閥5、6-三位四通電磁換向閥7-壓力繼電器8-溢流閥9-壓力表10-單項(xiàng)變量泵11-驅(qū)動(dòng)電機(jī)12-液位計(jì)13-溫度計(jì)14-空氣過濾器15-油箱6液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定6.1確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)通過工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)及各執(zhí)行元件的參數(shù)提供依據(jù)。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)就是壓力和流量，他們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定與外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。6.1.1搖臂鉆床液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)工作壓力：2.5-3Mpa系統(tǒng)流量：16.7L/Min馬達(dá)工作壓力：1.5Mpa馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)范圍：100-2000r/min液壓油缸工作壓力：1Mpa6.1.2初步估算系統(tǒng)工作壓力此鉆床液壓控制系統(tǒng)，壓力最大時(shí)是在馬達(dá)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)，油壓是由泵提供的，其它工況時(shí)，載荷都沒有此時(shí)大，所以系統(tǒng)的工作壓力暫定為此時(shí)的工作壓力1.5Mpa。而液壓系統(tǒng)的最大工作壓力應(yīng)按下式計(jì)算：PP=Ps+式中PP－系統(tǒng)最大工作壓力Ps－液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力－從液壓泵到液壓馬達(dá)或液壓缸之間總的管路損失，可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單，流速不大的取=（0.2-0.5）Mpa。也可選取高于0.5Mpa的壓力。由本設(shè)計(jì)系統(tǒng)求得：該系統(tǒng)的最大工作壓力取6.2系統(tǒng)工作流量的選擇及管道尺寸的確定由于在工況中已經(jīng)給出系統(tǒng)的最大流量所以在這里就不對(duì)系統(tǒng)的最大流量進(jìn)行計(jì)算。用工況中給出的系統(tǒng)最大流量：。管道尺寸為d：式中－系統(tǒng)流量V－系統(tǒng)流速表6-1流速推薦值管道推薦流速（m/s）液壓泵吸油管路0.5-1.5液壓系統(tǒng)壓油管路3-6液壓系統(tǒng)回油管路1.5-2.6由上式及相關(guān)資料可求得下表：表6-2各油管內(nèi)外徑實(shí)取值管路名稱流量流速內(nèi)徑實(shí)取外徑吸油管16.7L1m18.8252028壓油管16.7L4m9.411014回油管16.7L2m13.3114187各種元件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇7.1各種閥類的選擇根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，選擇一個(gè)有電磁換向閥，單向節(jié)流閥，壓力繼電器，溢流閥組成液壓回路。實(shí)現(xiàn)卡盤的卡緊，松開和退回，鉆頭的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等動(dòng)作。閥的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力選取決定。7.1.1換向閥的選取一般來說，流量在190L/min以上的適宜用二通插裝閥；190L/min以下時(shí)可采用滑閥式換向閥。70L/min以下時(shí)通常用電磁換向閥?？刂崎y的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量大一些，必要時(shí)也可以有20％以內(nèi)的短時(shí)間過流量。根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的換向閥為電磁換向閥，具體的型號(hào)和尺寸由相關(guān)廠家的樣本中查得，其中電磁換向閥的產(chǎn)品型號(hào)為：4WE6E6X/EG24NZ5L/B10。7.1.2單向閥的選擇應(yīng)選擇開啟壓力小的單向閥，開啟壓力較大的單向閥可作為背壓閥使用。所以，本系統(tǒng)選擇疊加式單向節(jié)流閥，具體型號(hào)和尺寸可由相關(guān)廠家樣本中查得。其中單向節(jié)流閥的型號(hào)為：Z2FS6-3-L4X/2Q。7.1.3溢流閥的選擇選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量，根據(jù)本系統(tǒng)的壓力和流量要求，所以選擇中、高壓閥，具體型號(hào)和尺寸可有相關(guān)廠家樣本中查得。本系統(tǒng)選擇的溢流閥型號(hào)為YF-B20C。7.1.4壓力繼電器的選擇壓力繼電器是利用液體壓力信號(hào)來啟動(dòng)或關(guān)閉電器觸點(diǎn)的液壓電器轉(zhuǎn)換元件。它在油液壓力達(dá)到其設(shè)定壓力時(shí)，發(fā)出電信號(hào)，控制電器元件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)泵的加載和卸荷。其設(shè)定值通常是比系統(tǒng)正常工作壓力高出約0.5Mpa，所以本系統(tǒng)的壓力繼電器預(yù)先調(diào)定壓力為3.5Mpa。根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的壓力繼電器為疊加式壓力繼電器，具體型號(hào)和尺寸可由相關(guān)廠家樣本中查得，疊加式壓力繼電器的型號(hào)為：HED40H10/5Z14/2。7.1.5壓力表的選擇壓力表安裝于便于觀察的地方。其選擇為：型號(hào)：Y-60；測(cè)量范圍：0-4Mpa；名稱：一般彈簧管壓力表。表7-1系統(tǒng)中所用到的元件現(xiàn)總結(jié)序號(hào)名稱數(shù)量規(guī)格1壓力繼電器1HED4OH10/5Z14/22單向節(jié)流閥4Z2FS6-3-L4X/2Q3電磁換向閥24WE6E6X/EG24NZ5L/B104溢流閥1YF-B20C5溫度計(jì)1WU-401806空氣濾清器1QUQ1-200.47液位計(jì)1YWZ-80T8壓力表1Y-607.2液壓泵的選擇液壓泵是液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化裝置，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的動(dòng)力元件。為液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液壓液。液壓泵的性能好壞直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性。（1）確定液壓泵的最大工作壓力：式中－額定壓力－從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，管路簡(jiǎn)單，流速不大的，取=（0.2-0.5）Mpa（2）泵的流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件最高速度要求，所以泵的輸出流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需要的最大流量和泄漏量來確定：式中K－泄漏系數(shù)，一般取1.1-1.3；－系統(tǒng)最大流量－發(fā)生在馬達(dá)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí):（3）選擇泵的規(guī)格根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所以選擇的泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%-60%。泵取YBX-16限壓式變量泵，排量調(diào)節(jié)為0-25ml/r-1，額定壓力為6.3Mpa，調(diào)節(jié)范圍為2.0-6.3Mpa，轉(zhuǎn)速為600-1500r/min-1，驅(qū)動(dòng)功率為2.6Kw、效率為70%。7.3液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇液壓泵在額定壓力和額定流量下工作時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率一般可直接從產(chǎn)品樣本或技術(shù)手冊(cè)中查得，但其數(shù)值在實(shí)際中往往偏大。因此，也可以根據(jù)具體工況用下述方法計(jì)算出來。整個(gè)系統(tǒng)中所需功率最大的工況是發(fā)生在馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速的情況下：式中PP－泵的最大工作壓力qvp－泵的流量－泵的總效率綜上所述，由廠家樣本中查出本系統(tǒng)所選擇的電機(jī)型號(hào)為Y90L-4B35，額定功率為1.5kw，轉(zhuǎn)速為1440r/min。7.4液壓馬達(dá)的選取由系統(tǒng)所給定的馬達(dá)排量為16.3ml/r，正常工作時(shí)轉(zhuǎn)矩為19-190N·m，工作壓力為1.5Mpa。選用YM-A19B，理論排量19ml/r額定壓力6.0Mpa，調(diào)速范圍100-2000r/min，最高轉(zhuǎn)矩10-80N·m，機(jī)械效率大于90%。馬達(dá)的載荷轉(zhuǎn)矩：N·m取馬達(dá)的機(jī)械效率0.95，則理論轉(zhuǎn)矩為：N·m7.5確定油箱的有效容積油箱在系統(tǒng)中的主要功能為：儲(chǔ)存系統(tǒng)所需要的足夠的油液;散發(fā)系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的一部分熱量，分離油液中的氣體及沉淀污物。油箱容積的確定是設(shè)計(jì)油箱的關(guān)鍵，油箱的容積應(yīng)能保證當(dāng)系統(tǒng)有大量供油而無回油時(shí)。最低液面應(yīng)在進(jìn)口過濾器之上，保證不會(huì)吸入空氣，當(dāng)系統(tǒng)有大量回油而無供油時(shí)或系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，油液返回油箱時(shí)，油液不致溢出。按以下公式初步確定油箱的有效容積V：式中－泵每分鐘排出的容積；－經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見下表；表7-2經(jīng)驗(yàn)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金機(jī)械1-22-45-76-1210本液壓系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為4，則油箱的容積可以確定為：V=100L7.6液壓缸的載荷力計(jì)算液壓缸尺寸（由系統(tǒng)給出）D=50mm，d=28mm，行程為35mm式中d－油缸內(nèi)經(jīng)；P－油缸壓力；進(jìn)給時(shí)：返回時(shí)：表7-3液壓缸的載荷力名稱工況活塞上的載荷力卡緊油缸進(jìn)給1.96KN返回1.35KN8系統(tǒng)性能驗(yàn)算本系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，執(zhí)行元件較少并且動(dòng)作簡(jiǎn)單。管路損失很小，故主要驗(yàn)算各元件的壓力損失對(duì)系統(tǒng)造成的影響。系統(tǒng)壓力損失包括管道內(nèi)沿程損失和局部壓力損失。8.1沿程壓力損失主要是壓油管的壓力損失，管長(zhǎng)0.5m，內(nèi)徑0.01m，流量16.7L/min選用L-HL礦物油型液壓油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度V=35.2mm2/s，油液的密度ρ=900kg/m3。油在管中實(shí)際的流速為：油在管路中呈亂流流動(dòng)狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為：8.2局部壓力損失局部壓力損失的計(jì)算，因?yàn)槠渲泄苈肪植繅毫p失相對(duì)來說小得多，故主要計(jì)算通過控制閥的局部壓力損失。從系統(tǒng)原理圖可知從泵口到執(zhí)行元件要經(jīng)過節(jié)流閥，換向閥各閥，各性能如下表7-1所示：表8-1各閥額定壓力損失名稱額定流量額定壓力損失溢流閥30L0.21Mpa節(jié)流閥80L0.315Mpa換向閥80L0.35Mpa所以通過各閥的局部壓力損失之和為：由以上計(jì)算結(jié)果可求得此系統(tǒng)總的壓力損失為：根據(jù)結(jié)算結(jié)果可以判斷出泵的選取是合適的。8.3計(jì)算發(fā)熱功率計(jì)算系統(tǒng)發(fā)熱功率公式為：式中－系統(tǒng)發(fā)熱功率－系統(tǒng)發(fā)出總功率－系統(tǒng)有用功率對(duì)于本系統(tǒng)來說，Pr是整個(gè)工作循環(huán)中泵的平均輸入功率：式中Tt－系統(tǒng)周期；Pi－泵的輸入功率；Ti－第i臺(tái)泵工作時(shí)間；Z－泵的臺(tái)數(shù)；－泵的總效率；Tt=tt；8.4計(jì)算散熱功率前面求得有效容積為0.1m3，按V=0.8abh求各邊之積：圖8-1油箱示意圖選各邊均為0.5m。式中At－有效散熱面積式中－散熱功率；－散熱系數(shù)；取Kt=16w/m2/；－溫差取；所以油箱散熱功率滿足系統(tǒng)發(fā)熱功率的需要。9液壓系統(tǒng)的仿真9.1仿真軟件介紹FluidSIM軟件的主要特征是：（1）CAD功能和仿真功能緊密聯(lián)系在一起。FluidSIM軟件符合DIN電氣—液壓（氣壓）回路圖繪制標(biāo)準(zhǔn)，CAD功能是專門針對(duì)流體而專門設(shè)計(jì)的，最重要的是可對(duì)基于元件物理模型的回路圖進(jìn)行實(shí)際仿真，并有元件的狀態(tài)圖顯示，這樣就使回路圖繪制和相應(yīng)液壓（氣壓）系統(tǒng)仿真相一致，從而能夠在設(shè)計(jì)完回路后，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，并演示回路的動(dòng)作過程。（2）系統(tǒng)學(xué)習(xí)的概念。FluidSIM軟件可用于自學(xué)。液壓（氣壓）元件可以通過文本說明、圖形以及介紹其工作原理的動(dòng)畫來描述；各種練習(xí)和教學(xué)影片則講授了重要回路和液壓（氣壓）元件的使用方法。（3）可設(shè)計(jì)和液壓氣動(dòng)回路相配套的電氣控制回路。彌補(bǔ)了以前液壓與氣壓教學(xué)中，從而不明白各種開關(guān)和閥門動(dòng)作過程的弊病。電氣－液壓（氣壓）回路設(shè)計(jì)與仿真同時(shí)進(jìn)行，可以提高學(xué)生對(duì)電氣動(dòng)、電液壓的認(rèn)識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力。FluidSIM軟件用戶界面直觀圖，采用類似畫圖軟件似的圖形操作界面，拖拉圖標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，面向?qū)ο笤O(shè)置參數(shù)，易于學(xué)習(xí)，用戶可以很快地學(xué)會(huì)繪制電氣—液壓（氣壓）回路圖，并對(duì)其進(jìn)行仿真（如圖9-1）。圖9-1液壓系統(tǒng)仿真軟件界面9.2搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)仿真原理圖及其電氣