數(shù)控車床中心架和托料裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言2</b></p><p><b>　　第一章 概述3</b></p><p>　　1.1 液壓技術(shù)起源3</p><p>　　1.2 液壓傳動的優(yōu)缺點4</p><p>

2、;　　1.3 液壓系統(tǒng)的發(fā)展方向5</p><p>　　第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)和負載特性分析6</p><p>　　2.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)6</p><p>　　2.2 液壓系統(tǒng)的負載特性分析7</p><p>　　2.2.1 托料油缸的負載計算7</p><p>　　2.2.2 中心架定位裝置負載計算

3、9</p><p>　　第三章 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定11</p><p>　　3.1 系統(tǒng)工作壓力的確定11</p><p>　　3.2 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定12</p><p>　　3.2.1 托料油缸參數(shù)的確定12</p><p>　　3.2.2 中心架油缸參數(shù)的確定13</p>&l

4、t;p>　　3.3執(zhí)行元件流量的確定15</p><p>　　第四章 液壓系統(tǒng)的方案選擇和原理圖的擬定16</p><p>　　4.1 基本方案的擬定16</p><p>　　4.1.1 油路循環(huán)方式的分析和選擇16</p><p>　　4.1.2 調(diào)速方案的分析和選擇17</p><p>　　4.1.

5、3 液壓回路的分析、選擇與合成18</p><p>　　4.1.4 液壓原理圖的擬定與設(shè)計19</p><p>　　第五章 液壓元件的基本參數(shù)計算和選型20</p><p>　　5.1 液壓泵的選擇20</p><p>　　5.1.1 液壓泵的類型選擇20</p><p>　　5.1.2 液壓泵站組件的選擇

6、20</p><p>　　5.1.3 液壓泵的計算與選擇21</p><p>　　5.2 液壓控制閥的選擇24</p><p>　　5.3 液壓附件的參數(shù)計算和選擇24</p><p>　　5.3.1管件的尺寸的確定25</p><p>　　5.3.2油箱容積的確定26</p><p>

7、;　　第六章 液壓系統(tǒng)性能驗算27</p><p>　　6.1 液壓系統(tǒng)壓力損失驗算27</p><p>　　6.1.1 托料油缸的壓力損失驗算27</p><p>　　6.2 系統(tǒng)效率的估算28</p><p>　　6.3 系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升計算30</p><p>　　第七章 液壓傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計32&

8、lt;/p><p>　　7.1 液壓系統(tǒng)總體布局32</p><p>　　7.2 集成塊的設(shè)計33</p><p>　　7.3 液壓閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計33</p><p>　　第八章 液壓系統(tǒng)密封裝置的選用34</p><p>　　8.1 影響密封裝置性能的因素34</p><p>　　8.2

9、密封裝置的選用要求35</p><p>　　8.3 密封裝置的使用要素35</p><p>　　8.4 密封裝置的選擇35</p><p>　　第九章 液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的選擇36</p><p>　　9.1 工業(yè)生產(chǎn)對液壓油的使用要求：36</p><p>　　9.2 液壓油的選用：38</p>

10、;<p>　　第十章 液壓系統(tǒng)的安裝、調(diào)試與維護38</p><p>　　10.1 液壓傳動系統(tǒng)的安裝38</p><p>　　10.1.1 液壓管路的安裝39</p><p>　　10.1.2 液壓元件的安裝40</p><p>　　10.2 液壓系統(tǒng)的清洗與試壓40</p><p>　　10

11、.2.1 第一次清洗40</p><p>　　10.2.2 第二次清洗41</p><p>　　10.2.3 液壓系統(tǒng)的試壓41</p><p>　　10.3 液壓系統(tǒng)的調(diào)試42</p><p>　　10.3.1 調(diào)試前的檢查42</p><p>　　10.3.2 啟動液壓泵42</p>&l

12、t;p>　　10.3.3 系統(tǒng)排氣42</p><p>　　10.3.4 系統(tǒng)耐壓試驗43</p><p>　　10.3.5 空載調(diào)試43</p><p>　　10.3.6 負載試車43</p><p>　　10.4 液壓系統(tǒng)的維護43</p><p>　　第十一章 結(jié)論43</p>&

13、lt;p><b>　　致謝信44</b></p><p><b>　　參考文獻45</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)進入以計算機、數(shù)控和液壓技術(shù)為主體的發(fā)展階段，進而邁入以網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)為核心的經(jīng)濟發(fā)展階段。由于液壓技術(shù)獨

14、特的優(yōu)越性，使其得到了越來越廣泛的應(yīng)用。液壓技術(shù)介于機械和電子技術(shù)之間，同時又包含了機械和電子的有關(guān)內(nèi)容。所以研究液壓系統(tǒng)的應(yīng)用應(yīng)有很好的應(yīng)有價值和廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個工業(yè)部門及農(nóng)、林、牧、漁等許多部門得到越來越廣泛的應(yīng)用，而且越先進的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就越多。</p><p>　　在造紙、紡織、塑料、橡膠等輕工行業(yè)，造紙機、紡織機、注塑機、橡膠

15、壓塊機等機械設(shè)備上都大量使用著液壓系統(tǒng)。在礦山、石油、冶金、壓力加工等重工業(yè)中，由于液壓系統(tǒng)能傳遞很大的能量而設(shè)備的重量相對其他傳動方式來說又較小，所以有著更廣泛的應(yīng)用。例如礦井支架、石油鉆井平臺、高爐爐頂設(shè)備、鋼坯連鑄機、壓力機、快鍛機等設(shè)備上液壓系統(tǒng)被更廣泛地應(yīng)用。其他在電力、建筑、水利、交通、船舶、航空、汽車等行業(yè)，液壓系統(tǒng)也是重要的組成部分。至于航天、軍工等廣泛采用先進技術(shù)的部門，液壓系統(tǒng)更是得到廣泛應(yīng)用。機床行業(yè)是最早使用液壓

16、技術(shù)的行業(yè)之一，目前雖然由于電機傳動技術(shù)中交流變頻技術(shù)的發(fā)展而使電動機驅(qū)動奪回不少液壓驅(qū)動的應(yīng)用范圍，但在大功率驅(qū)動或往復運動的場合，液壓系統(tǒng)還是處于不可取代的地位。</p><p>　　本文正是從此處入手，對數(shù)控機床的中心架和托料裝置控制系統(tǒng)進行深入研究，并設(shè)計出專門供數(shù)控車床中心架和托料裝置使用的液壓站。在設(shè)計的過程當中使用了液壓傳動的一般規(guī)律和設(shè)計原則，最后完成設(shè)計使其滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，符合設(shè)計宗旨。&l

17、t;/p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1 液壓技術(shù)起源</p><p>　　液壓技術(shù)的發(fā)展是與流體力學的理論研究成果和工程材料、液壓介質(zhì)等相關(guān)學科的發(fā)展緊密相聯(lián)的。1650年帕斯卡提出了封閉靜止液體中壓力傳播的帕斯卡定律；1686年牛頓揭示了粘性流體的內(nèi)摩擦定律；到18世紀，流體力學的兩個重要方程－連續(xù)性方程和

18、伯努力能量方程相繼建立，這些理論成果為液壓技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。1795年英國人布拉默發(fā)明了世界上第一臺水壓機，是他首先利用水不僅進行了能量傳遞，而且傳遞控制信號，標志現(xiàn)代液壓技術(shù)工程應(yīng)用的開始。水壓機的發(fā)明還與當時鑄鐵等工程材料及一些新的制造方法的出現(xiàn)密切姓關(guān)。1851年阿姆斯特朗發(fā)明重錘式蓄能器之后，促使液壓傳動的應(yīng)用迅速增加，到19世紀90年代，液壓傳動已應(yīng)用于壓力機、起重機、卷揚機、包裝機、實驗機等許多工業(yè)部門。</p

19、><p>　　由于水的潤滑性差，易產(chǎn)生銹蝕。電力傳動的興起曾一度使水壓傳動應(yīng)用減少。知道1905-1908年威廉斯和詹尼兩位美國工程師發(fā)明了用油作介質(zhì)的軸向柱塞式液壓傳動裝置以后，液壓技術(shù)這種停滯不前的情況才有所改觀。加之，1910年肖研制出用油做介質(zhì)的徑向柱塞泵，威克斯于1936年又發(fā)明了先導式溢流閥，特別是20世紀30年代定睛橡膠等耐油密封材料的出現(xiàn)，使液壓傳動逐步取代了水壓傳動，并迅速發(fā)展。到了現(xiàn)在，隨著液壓技

20、術(shù)的不斷發(fā)展和完善，它已經(jīng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個部門占據(jù)了主導地位。</p><p>　　1.2 液壓傳動的優(yōu)缺點</p><p>　　1）易于獲得較大的力或者力矩</p><p>　　液壓傳動是利用液體的壓力來傳遞力或力矩的。液壓泵可以獲得較高的壓力，目前液壓泵可以達到35MPa的壓力，因此液壓剛可獲得很大的力或者力矩。例如一個30cm直徑的液壓缸，壓力為21MPa時

21、，可獲得1480kN的推力，因此被廣泛應(yīng)用于需要很大力或者力矩的重型機械上。</p><p><b>　　2） 功率重量大</b></p><p>　　功率重量比是指其輸出功率于其重量的比值。功率重量比大的設(shè)備即重量和體積較小而輸出較大的功率。例如飛機上的液壓泵，每1kW功率的重量只有0.209kg，而電動機每kW的重量將達到1.52kg。所以在要求傳遞大功率而又不允

22、許有較大體積的情況下應(yīng)采用液壓傳動。</p><p>　　3）易于實現(xiàn)往復運動</p><p>　　液壓缸對實現(xiàn)往復運動是最方便的，而電動機則須通過齒輪、齒條等機構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運動變成直線往復運動。</p><p>　　4） 易于實現(xiàn)較大范圍的無級變速</p><p>　　液壓傳動通過調(diào)節(jié)液體的流量就可以方便地實現(xiàn)無級變速，而且速比范圍大。例如用節(jié)

23、流閥調(diào)節(jié)流量時，其流量變化可從0.02變到100速比可達5000，其他傳動形式的速比是無法比擬的。</p><p><b>　　5）傳遞運動平穩(wěn)</b></p><p>　　由于液壓流體的控制可以在非常小的流量時仍然很均勻，所以設(shè)備的運動速度可以很平穩(wěn)，例如機床可以實現(xiàn)1以下的無爬行穩(wěn)定進給。</p><p>　　6） 可以實現(xiàn)快速而且無沖擊的

24、變速和換向</p><p>　　這是由于液壓機構(gòu)的功率重量比大，所以液壓設(shè)備的慣性小，因此反應(yīng)速度就快。例如液壓馬達的旋轉(zhuǎn)慣量不超過同功率電動機的10%，故啟動中等功率電動機要12s，而同功率的液壓機械的啟動時間不超過0.1s。故在高速換向頻繁的機床上（如平面磨床、龍門刨床）采用液壓傳動可使換向沖擊大大減少。</p><p>　　7）與機械傳動相比易于布局和操縱</p>&l

25、t;p>　　液壓傳動部件由管道相連，故在安裝位置上有很大的自由度，各部件可以安放在設(shè)計人員所希望的位置上。例如把泵源放到不影響機器布局的地方，把操縱機構(gòu)放在最方便的地方，這是用機械傳動很難實現(xiàn)的，而液壓傳動則沒有困難。</p><p>　　8） 易于防止過載事故</p><p>　　在液壓傳動中可以方便地用壓力閥來控制系統(tǒng)的壓力，從而防止過載，避免事故的發(fā)生，而且可以通過裝在系統(tǒng)中的

26、壓力表來了解各處的工作情況和負載大小，而在機械傳動中各處的負載大小就不易觀察。</p><p>　　9） 自動潤滑、元件壽命長</p><p>　　液壓傳動中使用的介質(zhì)大多為礦物油，它對液壓部件產(chǎn)生潤滑作用，因此液壓元件有自動潤滑作用，其壽命較長。</p><p>　　10）易于實現(xiàn)標準化、系列化</p><p>　　各種液壓系統(tǒng)都是由液壓元

27、件構(gòu)成，因此對液壓元件實現(xiàn)標準化、系列化，可大大提高生產(chǎn)效率，降低成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量。</p><p>　　與其他傳動形式比較，液壓傳動有以下缺點：</p><p>　　1） 易于出現(xiàn)泄漏；</p><p>　　2） 油的黏度隨溫度變化，引起動作機構(gòu)運動不穩(wěn)定；</p><p>　　3） 空氣滲入液壓油后會引起爬行、振動、噪聲；</p&

28、gt;<p>　　4） 用礦物油做液壓介質(zhì)時，有燃燒危險，應(yīng)注意防火；</p><p>　　5） 礦物油與空氣接觸會發(fā)生氧化，使油變質(zhì)，必須定期換油；</p><p>　　6） 液壓件的零件加工質(zhì)量要求較高。</p><p>　　1.3 液壓系統(tǒng)的發(fā)展方向</p><p>　　1）提高效率，降低能耗；</p>&l

29、t;p>　　2）提高控制性能，適應(yīng)機電一體化主機發(fā)展的需要；</p><p>　　3）發(fā)展集成、復合、小型化、輕量化元件；</p><p>　　4）加強以提高安全性和保護環(huán)境為目標的研究開發(fā)；</p><p>　　5）提高液壓元件和系統(tǒng)的可靠性；</p><p>　　6）標準化和多樣化；</p><p>　　7）

30、開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　綜上所述，在機床行業(yè)，尤其是在中心定位和拖料架等需要往復運動并且頻繁換向的機構(gòu)上，選用液壓系統(tǒng)作為其控制系統(tǒng)是最為合理的。在設(shè)計的過程中，要盡量發(fā)揮液壓傳動與其他傳動形式相比所體現(xiàn)出的長處，把液壓系統(tǒng)的缺點限制到最小，還必須符合重量輕、體積小、成本低、效率高等特點，盡量滿足顧客的所有要求。</p><p>　　第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)和負載特性分析

31、</p><p>　　2.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)</p><p>　　本次設(shè)計是完成CK3180QZ-4001數(shù)控車床上中心架和托料裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計。其具體的設(shè)計要求如下：</p><p>　　托料裝置要實現(xiàn)“托料油缸進料－托料油缸卸料－托料油缸后退”的行程循環(huán)。中心架定位裝置要完成“中心架前進－中心架中心定位－中心架后退”的工作循環(huán)。兩個裝置全部采用滑臺裝置，其靜

32、摩擦系數(shù)＝0.2，動摩擦系數(shù)＝0.1，往復運動的加速、減速時間不希望超過0.12s：運動行程如下表所示：</p><p>　　表2-1 托料裝置的設(shè)計要求</p><p>　　Tab.2-1 Design demand of the support material frame</p><p>　　表2-2中心架裝置的設(shè)計要求</p><p>

33、;　　Tab.2-2 Design demand of the center frame</p><p>　　2.2 液壓系統(tǒng)的負載特性分析</p><p>　　2.2.1 托料油缸的負載計算</p><p><b>　　1）外負載</b></p><p>　　鑒于托料裝置是一個自動送料裝置，在運動過程中，除了承受物料重

34、載外，在水平方向上沒有別的外負載。</p><p><b>　　2） 慣性負載</b></p><p><b>　　送料過程 </b></p><p>　?。?-1） </p><p&g

35、t;<b>　?。?00N</b></p><p><b>　　式中 慣性負載；</b></p><p><b>　　m物料的質(zhì)量；</b></p><p><b>　　速度變化值；</b></p><p>　　速度變化所需的時間。</p>

36、<p><b>　　返回過程</b></p><p><b>　?。?30N</b></p><p><b>　　3） 阻力負載</b></p><p>　　送料時，托料架與負載共重800kg</p><p>　　對動力滑臺的法向力為</p><p

37、>　?。?-2） </p><p><b>　?。?0010</b></p><p><b>　　＝8000N</b></p><p><b>　　靜摩擦力為</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p

38、><p><b>　?。?.2×8000</b></p><p><b>　　= 1600N</b></p><p><b>　　動摩擦力為</b></p><p>　　（2-4）

39、 </p><p><b>　?。?.1×8000</b></p><p><b>　?。?00N</b></p><p>　　返回時 托料架自重為500kg</p><p>　　對動力滑臺的法向力為</p><p><b>　?。?00×

40、10</b></p><p><b>　?。?000N</b></p><p><b>　　靜摩擦力為</b></p><p><b>　　＝0.2×5000</b></p><p><b>　?。?000N</b></p>

41、;<p><b>　　動摩擦力為</b></p><p><b>　　＝0.1×5000</b></p><p><b>　?。?00N</b></p><p>　　2.2.2 中心架定位裝置負載計算</p><p><b>　　1）外負載&l

42、t;/b></p><p>　　當中心架在定位卡緊時所受到的外負載為已知條件，大小為2500N</p><p><b>　　2）慣性負載</b></p><p>　　機床中心架的總體質(zhì)量為200kg，所以慣性負載為</p><p><b>　?。?10N</b></p><

43、p><b>　　3） 阻力負載</b></p><p>　　因為m＝200kg，對動力滑臺的法向力為</p><p><b>　?。?00×10</b></p><p><b>　?。?000N</b></p><p><b>　　靜摩擦力為</

44、b></p><p><b>　?。?.2×2000</b></p><p><b>　　＝400N</b></p><p><b>　　動摩擦力為</b></p><p><b>　　＝0.1×2000</b></p>

45、;<p><b>　?。?00N</b></p><p>　　由此得到了托料架油缸和中心架油缸在工作的各個階段所受的負載，見表2-3和表2-4。</p><p>　　表2-3 托料油缸的負載分析</p><p>　　Tab.2-3 Loads analyze of the support material frame cylind

46、er</p><p>　　表2-4中心架油缸的負載分析</p><p>　　Tab.2-4 Loads analyze of the center frame cylinder</p><p>　　第三章 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定</p><p>　　3.1 系統(tǒng)工作壓力的確定</p><p>　　根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負載

47、圖可以確定系統(tǒng)的最大負載數(shù)，在充分考慮系統(tǒng)所需的流量、性能等因素后，可參照表3－1或者表3－2選擇系統(tǒng)的工作壓力。</p><p>　　表3-1 按負載選擇工作壓力</p><p>　　Tab.3-1 Choose actuating pressure according to the loads</p><p>　　表3-2 按主機類型選擇系統(tǒng)工作壓力</p

48、><p>　　Tab.3-2 Choose actuating pressure according to the types</p><p>　　本設(shè)計根據(jù)主機類型是數(shù)控車床，初步選擇系統(tǒng)壓力為3Mpa。</p><p>　　3.2 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定</p><p>　　3.2.1 托料油缸參數(shù)的確定</p><p&g

49、t;　　根據(jù)公式（3－1）計算液壓缸的工作面積。</p><p><b>　?。?－1）</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0.0005</b></p><p>　　式中 A油缸的有效工作面積；</p><p>

50、;<b>　　F油缸的外負載；</b></p><p>　　油缸的機械效率，一般取0.90.96；</p><p><b>　　系統(tǒng)的工作壓力；</b></p><p>　　油缸的速比，可由機械設(shè)計手冊查得；</p><p>　　系統(tǒng)的背壓，本設(shè)計取0.5Mpa。</p><p&

51、gt;　　又由面積公式（3－2）和速比公式（3－3）得</p><p>　?。?－2） </p><p><b>　　=0.0005</b></p><p><b>　?。?－3）</b></p><p>

52、;<b>　　=1.33</b></p><p><b>　　D=0.033m</b></p><p><b>　　d＝0.017m</b></p><p>　　其中 D液壓缸內(nèi)徑；</p><p>　　d液壓缸內(nèi)活塞桿的直徑。</p><p>　　查機

53、械設(shè)計手冊，根據(jù)液壓缸的技術(shù)參數(shù)，將兩個參數(shù)進行圓整得</p><p><b>　　D＝40mm</b></p><p><b>　　d＝20mm</b></p><p>　　3.2.2 中心架油缸參數(shù)的確定</p><p>　　同樣由公式（3－1）計算得</p><p>&

54、lt;b>　　=</b></p><p><b>　　=0.0007</b></p><p>　　又由面積公式（3－2）和速比公式（3－3）得</p><p><b>　　=0.0007</b></p><p><b>　　=1.33</b></p>

55、;<p><b>　　D=0.036m</b></p><p><b>　　d＝0.018m</b></p><p>　　查機械設(shè)計手冊，根據(jù)液壓缸的技術(shù)參數(shù)，將兩個參數(shù)進行圓整得</p><p><b>　　D＝40mm</b></p><p><b>

56、;　　d＝20mm</b></p><p>　　根據(jù)上述條件經(jīng)計算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表3－3所示。</p><p>　　表3-3 托料油缸工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率</p><p>　　Tab.3-3 The pressure, rate of flow and power of the support materia

57、l frame at different stage</p><p>　　工作階段 計算公式 負載 回油腔壓力 工作腔壓力 輸入流量 輸入功率</p><p>　　/N /MPa /MPa Q/ /w</p><p>　　快 啟動 1600 2.5

58、 </p><p>　　加速 Q= 1200 0.5 2.0 </p><p>　　進 恒速 N= 800 0.5 1.5 3.4 71</p><p><b>　　

59、反向 </b></p><p>　　快 啟動 1000 1.23 </p><p>　　加速 Q= 800 0.5 1.0 </p><p>　　退 恒退 N=

60、 500 0.5 0.8 6.3 86</p><p>　　上表中 油缸的工作腔面積；</p><p><b>　　油缸回油腔面積；</b></p><p><b>　　液壓缸機械效率；</b></p><p><b>　　

61、F外負載。</b></p><p>　　表3-4 中心架油缸工作循環(huán)各個階段的壓力、流量和功率</p><p>　　Tab.3-4 The pressure, rate of flow and power of the center frame at different stage</p><p>　　工作階段 計算公式 負載 回

62、油腔壓力 工作腔壓力 輸入流量 輸入功率</p><p>　　/N /MPa /MPa Q/ /w</p><p>　　快 啟動 400 1.1 </p><p>　　加速 Q= 310 0.5 1.0

63、 </p><p>　　進 恒速 N= 200 0.5 0.89 3.4 42</p><p><b>　　中 心</b></p><p>　　定 位 2500 0.5 3.5

64、 3.5 163</p><p><b>　　反向 </b></p><p>　　快 啟動 400 1.1 </p><p>　　加速 Q= 310 0.5 1.0 </p>

65、;<p>　　退 恒退 N= 200 0.5 0.89 6.3 89</p><p>　　3.3執(zhí)行元件流量的確定</p><p>　　液壓缸所需最大流量按其實際有效工作面積和所要求的最大速度來計算，即</p><p><b>　?。?－4）</b>&

66、lt;/p><p><b>　?。?.3L </b></p><p>　　其中 執(zhí)行元件的容積效率，取0.93；</p><p>　　A液壓缸有效工作面積；</p><p><b>　　液壓缸的最大速度。</b></p><p>　　同理，液壓缸所需最小流量按其實際有效工作面積和

67、所要求的最小速度來計算，即</p><p><b>　?。?.4L</b></p><p>　　其中 執(zhí)行元件的容積效率，取0.93； </p><p>　　A液壓缸有效工作面積；</p><p><b>　　液壓缸的最大速度。</b></p><p>　　第四章 液壓系統(tǒng)的

68、方案選擇和原理圖的擬定</p><p>　　4.1 基本方案的擬定</p><p>　　液壓系統(tǒng)方案設(shè)計是根據(jù)主機的工作情況、主機對液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求、液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境條件以及成本、經(jīng)濟性、供貨情況等諸多因素，進行全面、綜合的設(shè)計，從而擬訂出一個各方面比較合理的、可實現(xiàn)的液壓系統(tǒng)的方案。其內(nèi)容包括：</p><p>　　1）油路循環(huán)方式的分析與選擇；<

69、/p><p>　　2）調(diào)速方案的分析和選擇；</p><p>　　3）油源形式的分析與選擇；</p><p>　　4）液壓回路的分析、選擇與合成；</p><p>　　5）液壓系統(tǒng)原理圖的擬訂與設(shè)計。</p><p>　　4.1.1 油路循環(huán)方式的分析和選擇</p><p>　　液壓系統(tǒng)油路循環(huán)方式

70、分為開式和閉式兩種，他們各自的特點及相互比較見下表</p><p>　　表4-1 開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較</p><p>　　Tab.4-1 Compare of Hold dyadic system and Shut dyadic system</p><p>　　油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件。一般來說，凡是有較大空間可以存放油箱而且

71、不需要另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)，要求結(jié)構(gòu)盡可能簡單的系統(tǒng)，采用節(jié)流調(diào)速或者容積節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，均宜采用開式系統(tǒng)。在本設(shè)計中，油泵向兩個液壓執(zhí)行元件供油而且功率較小，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也比較簡單，所以本設(shè)計采用開式系統(tǒng)。</p><p>　　4.1.2 調(diào)速方案的分析和選擇</p><p>　　調(diào)速方案對主機的性能起到?jīng)Q定性的作用。調(diào)速方案包括節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和容積－節(jié)流調(diào)速三種。選擇調(diào)速方案時，應(yīng)

72、根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負載特性和調(diào)速范圍以及經(jīng)濟性能因素，最后選出合適的調(diào)速方案?？紤]到系統(tǒng)本身的性能要求和一些使用要求以及負載特性，參照表4－2 本設(shè)計決定采用容積－節(jié)流調(diào)速</p><p>　　表4-2 各種調(diào)速方式的性能比較</p><p>　　Tab.4-2 various forms of Speed Performance Comparison</p><p&g

73、t;　　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)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。</p><p>　　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。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，

74、一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。</p><p>　　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，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。</p><p>　　本設(shè)

75、計采用容積節(jié)流調(diào)速，所以使用變量泵供油。</p><p>　　4.1.3 液壓回路的分析、選擇與合成</p><p>　　1）選擇系統(tǒng)一般都必須設(shè)置的基本回路，包括調(diào)壓回路、向回路、卸荷回路及安全回路等。</p><p>　　2）根據(jù)系統(tǒng)的負載特性和特殊要求選擇基本回路，在本系統(tǒng)中考慮到安全的要求，設(shè)置了背壓回路，同時由于是兩個執(zhí)行元件先后動作，且沒有順序聯(lián)動關(guān)系，

76、所以設(shè)置了互不干擾回路。</p><p>　　3）合成系統(tǒng) 選定液壓基本回路之后，配以輔助性回路，如控制油路，潤滑油路、測壓油路等，可以組成一個完整的液壓系統(tǒng)。。</p><p>　　在合成液壓系統(tǒng)時要注意以下幾點：防止油路間可能存在的相互干擾；系統(tǒng)應(yīng)力求簡單，并將作用相同或者相近的回路合并，避免存在多余回路；系統(tǒng)要安全可靠，力求控制油路可靠；組成系統(tǒng)的元件要盡量少，并應(yīng)盡量采用標準元件；

77、組成系統(tǒng)時還要考慮節(jié)省能源，提高效率減少發(fā)熱，防止液壓沖擊；測壓點分布合理等。</p><p>　　4.1.4 液壓原理圖的擬定與設(shè)計</p><p>　　根據(jù)上述分析，可以擬定整個液壓系統(tǒng)的原理圖如下：</p><p>　　1－油箱 2－液壓泵 3－空氣濾清器 4－液位計5－液壓泵</p><p>　　6－電機 7－單向閥 8－壓力繼電器9

78、－疊加式節(jié)流閥</p><p>　　10－疊加式減壓閥 11－疊加式單向閥 12－電磁換向閥</p><p>　　圖4-1 液壓系統(tǒng)的原理圖</p><p>　　Fig.4-1 Hydraulic system diagram</p><p>　　電磁鐵的動作順序見表4－3</p><p>　　表4-3電磁鐵動作順序表

79、</p><p>　　Tab.4-3 Action sequence table of the solenoid valve</p><p>　　第五章 液壓元件的基本參數(shù)計算和選型</p><p>　　液壓元件的計算是指計算元件在工作中承受的壓力和流量，以便選擇零件的規(guī)格和型號，此外還要計算原動機的功率和油箱的容量。選擇元件時應(yīng)盡量選擇標準件。</p>

80、<p>　　5.1 液壓泵的選擇</p><p>　　5.1.1 液壓泵的類型選擇</p><p>　　液壓泵站按照泵組的布置方式可以分為上置式、柜式和非上置式。液壓泵組置于油箱之上的上置式液壓泵站，分為立式和臥式兩種，上置式液壓泵站結(jié)構(gòu)緊湊，占地小，被廣泛應(yīng)用于中、小功率液壓系統(tǒng)中?？紤]到整個安裝空間的布置，本設(shè)計選擇上置式的臥式安裝。</p><p&g

81、t;　　5.1.2 液壓泵站組件的選擇</p><p>　　液壓泵站一般由液壓泵組、油箱組件、過濾器組件和蓄能器組件等組成。根據(jù)系統(tǒng)的實際需要，本設(shè)計選擇液壓泵組、油箱組件、過濾器組件。液壓泵組由液壓泵，原動機，連軸器及管路附件等組成。油箱組件由油箱面板，空氣濾清器，液位顯示計等組成。過濾器組將是保持工作介質(zhì)清潔度必備的組將，可根據(jù)系統(tǒng)對介質(zhì)清潔度的不同要求設(shè)置不同等級的粗過濾器，精過濾器等。</p>

82、<p>　　5.1.3 液壓泵的計算與選擇</p><p>　　液壓泵的最大工作壓力根據(jù)公式（5－1）進行計算。</p><p>　　>=＋ （5－1）</p><p>　　其中 液壓執(zhí)行元件最大工作壓力；</p><p>　　液壓泵出口大執(zhí)行元件入口之間所有的沿程

83、壓力損失和局部壓力損失之和。初算時按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取：管路簡單，管中流速不大時，?。?.2MPa－0.5MPa;管路復雜而且管中流速較大或者有調(diào)速元件時，?。?.5MPa－1.5MPa。</p><p>　　由上述選取＝0.5MPa，然后帶入公式（5－1）計算得</p><p>　　>=3.5+0.5＝4MPa</p><p>　　在選擇泵的額定壓力時應(yīng)考慮到動態(tài)

84、過程和制造質(zhì)量等因素，要使液壓泵有一定的壓力儲備。一般泵的額定工作壓力應(yīng)比上述最大工作壓力高20％－60％，所有最后算得的液壓泵的額定壓力應(yīng)為</p><p>　　4×（1+0.2）＝4.8MPa</p><p>　　液壓泵的流量按下式計算</p><p>　　＝K （5－2）

85、 </p><p>　　式中 K考慮系統(tǒng)泄漏和溢流閥保持最小溢流量的系數(shù)，一般取K＝1.11.3；</p><p>　　同時工作的執(zhí)行元件的最大總流量。</p><p>　　本設(shè)計取泄漏系數(shù)為1.1，所以</p><p>　　＝1.1×6.3＝7.0L/min&l

86、t;/p><p>　　由維樂樣本查的VP－12－FA2低壓變量葉片泵滿足上述估算得到的壓力和流量要求：該泵的額定壓力為5.5MPa，公稱排量V＝6.67 mL/r，額定轉(zhuǎn)速為1800r/min。現(xiàn)取泵的容積效率＝0.83，當選用轉(zhuǎn)速n＝1450 r/min的驅(qū)動電機時，泵的流量為</p><p>　　＝Vn （5－3）</p>

87、<p>　?。?.67×0.83×1450×</p><p><b>　　＝8.0L/min</b></p><p>　　式中 V泵的公稱排量；</p><p><b>　　n電機轉(zhuǎn)速；</b></p><p><b>　　泵的容積效率。</b

88、></p><p>　　由前面的計算可知泵的最大功率出現(xiàn)在定位卡緊階段，現(xiàn)根據(jù)表5－1取泵的總效率為＝0.75則 根據(jù)公式（5－4）得 </p><p>　?。?（5－4） </p><p><b>　?。?lt;/b>

89、;</p><p><b>　?。?22W</b></p><p>　　選用電動機型號：由于內(nèi)軸式電動機可以與相對應(yīng)的泵直接連接，無需用連軸器，從而減少安裝空間，裝配方便。所以由維樂樣本查的CT－01－1HP－4P－3－J－V式電動機滿足上述要求，其轉(zhuǎn)速為1450r/min，額定功率為0.735KW。</p><p>　　表5-1 液壓泵的總

90、效率</p><p>　　Tab.5-1 The total efficiency of hydraulic pumps</p><p>　　根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，可計算出液壓缸在各個階段的實際進出流量，運動速度和持續(xù)時間，從而為其他液壓元件的選擇及系統(tǒng)的性能計算奠定了基礎(chǔ)。計算結(jié)果如下表所示：</p><p>　　表5-2托料架油缸的實際工況<

91、;/p><p>　　Tab.5-2 The actual working conditions of the support material frame</p><p>　　工 作 無桿腔 有桿腔 速度 時間</p><p>　　階 段 / / /

92、 /s</p><p>　　恒 = = = </p><p>　　進 = =8 = =</p><p>　　=10.6 =0.1 =5s</p><

93、p>　　恒 = = = </p><p>　　退 = = = =</p><p>　　=10.6 =8 =0.14 =3.6s</p><p>　　上表中油缸的工作腔面積；</p>

94、<p><b>　　油缸回油腔面積；</b></p><p><b>　　進油缸流量；</b></p><p><b>　　出油缸流量；</b></p><p><b>　　油缸的運動速度；</b></p><p><b>　　油缸

95、的運動時間。</b></p><p>　　表5-3中心架油缸的實際工況</p><p>　　Tab.5-3 The actual working conditions of the center frame</p><p>　　工 作 無桿腔 有桿腔 速度 時間</p>

96、<p>　　階 段 / / / /s</p><p>　　恒 = = = </p><p>　　進 = = 8 = =</p><p>　　=10.6

97、 =0.1 =1s</p><p>　　恒 = = = </p><p>　　退 = = = =</p><p>　　=10.6 =8 =0.14 =

98、0.7s</p><p>　　5.2 液壓控制閥的選擇</p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計要求，本系統(tǒng)需要有管式單向閥，疊加式單向節(jié)流閥，減壓閥，疊加式單向閥，電磁換向閥。</p><p>　　閥類元件的規(guī)格應(yīng)按閥所在回路的最大工作壓力和通過該閥的最大流量從產(chǎn)品樣本上選定。選用閥類元件時應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)形式、特性、壓力等級，等等。選擇壓力控制閥時，應(yīng)考慮壓力控制閥的壓

99、力調(diào)節(jié)范圍、流量變化范圍、所要求的壓力靈敏度和平穩(wěn)性等.選擇流量控制閥時，應(yīng)考慮流量閥的流量調(diào)節(jié)范圍，流量壓力特性，最小穩(wěn)定流量，壓力補償要求或者溫度補償要求，對濾油器過濾精度的要求，閥進出口壓差的大小以及閥內(nèi)泄漏的大小等。選擇方向控制閥時，應(yīng)考慮方向閥的換向頻率，響應(yīng)時間，閥口的壓力損失以及閥的內(nèi)泄漏的大小等。通過各類閥的實際流量最多不應(yīng)超過其額定流量的120％。</p><p>　　根據(jù)以上要求，現(xiàn)選定此中心

100、架和托料裝置液壓系統(tǒng)的液壓元件型號如表5－4所示：</p><p>　　表5-4 各種液壓元件的類型選擇</p><p>　　Tab.5-4 Various types of hydraulic components of choice</p><p>　　5.3 液壓附件的參數(shù)計算和選擇</p><p>　　5.3.1管件的尺寸的確定<

101、;/p><p>　　由表5－2和5－3 得知液壓缸有桿腔和無桿腔油管的實際最大流量分別為10.6L/min和8L/min，按照表5－5的推薦值取油管內(nèi)油液的允許流速為4m/min，按管徑的計算公式（5－5）得</p><p>　　d＝ （5－5）</p><p>　　式中q通過油管的最大流量；</p&

102、gt;<p><b>　　V油管中允許流速；</b></p><p><b>　　d油管內(nèi)徑。</b></p><p>　　將數(shù)值帶入公式（5－5）得</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　?。?.3mm</b>&

103、lt;/p><p><b>　　＝</b></p><p><b>　?。?.5mm</b></p><p>　　根據(jù)JB827－66，同時考慮到制作方便，兩根油管同時選用10×1（外徑10mm，壁厚1mm）的冷拔無縫鋼管。由機械設(shè)計手冊查得管材的抗拉強度為412MPa，由表5－6取安全系數(shù)為8，按公式（5－6）對管

104、子的強度進行校核：</p><p>　　＝ （5－6） </p><p>　　式中 p管內(nèi)最高工作壓力；</p><p><b>　　d油管內(nèi)徑；</b></p><p><b>　　n安全系

105、數(shù)；</b></p><p><b>　　管材抗拉強度；</b></p><p><b>　　油管壁厚。</b></p><p>　　將數(shù)值帶入公式（5－6）得</p><p><b>　　＝</b></p><p><b>　?。?/p>

106、0.2mm</b></p><p>　　因為0.2mm<1mm,所以選的油管壁厚安全。</p><p>　　表5-5 油管中的允許流速</p><p>　　Tab.5-5 the allowing pipeline flow</p><p><b>　　表5-6 安全系數(shù)</b></p>

107、<p>　　Tab.5-6 Safety Factor</p><p>　　5.3.2油箱容積的確定</p><p>　　液壓系統(tǒng)的散熱主要是靠油箱，油箱大散熱塊，油箱小則油溫較高。初始設(shè)計時，應(yīng)注意以下幾個方面：</p><p>　　1）油箱必須有足夠大的容積。一方面盡可能地滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)；而工

108、作時又能保持適當?shù)囊何弧?lt;/p><p>　　2）吸油管及回油管應(yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100μm左右的網(wǎng)式或線隙式過濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過濾器?；赜凸芸谝鼻?5°角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時也有利于散熱。</p><p>　　3）吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠

109、些，之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的2/3～3/4。</p><p>　　油箱的容積可以按照經(jīng)驗公式（5－7）進行計算：</p><p>　　V＝ （5－7）</p><p>　　式中 液壓泵每分鐘排出的液體體積；</p><p

110、>　　經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)取24，中壓系統(tǒng)取57，高壓系統(tǒng)取612，行走機械取12。</p><p>　　將數(shù)值帶入公式（5－7）得</p><p><b>　　V＝4×8</b></p><p><b>　?。?2L</b></p><p>　　第六章 液壓系統(tǒng)性能驗算</p&

111、gt;<p>　　6.1 液壓系統(tǒng)壓力損失驗算</p><p>　　由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面的計算，故只能先估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計好管路布置圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。</p><p>　　6.1.1 托料油缸的壓力損失驗算</p><p>　　在油缸快進時，油液依次經(jīng)過單向閥，疊加式減壓閥，疊加式

112、單向閥，電磁換向閥疊加式節(jié)流閥，。所以進油路上的壓力損失按公式（6－1）進行計算。</p><p>　?。?（6－1）</p><p>　?。?.2×（+0.1×+0.2×+0.1×</p><p><b>　　=0.02MPa</b></p>

113、<p>　　式中 總的壓力損失；</p><p><b>　　各種閥的壓降；</b></p><p><b>　　流經(jīng)閥的設(shè)計流量；</b></p><p><b>　　閥的額定流量。</b></p><p>　　在油缸快退時，油液依次經(jīng)過疊加式節(jié)流閥，電磁換向閥

114、，所以退油路上的壓力損失為</p><p><b>　　＝</b></p><p>　?。?.2×（+0.1×（</p><p><b>　　＝0.015MPa</b></p><p>　　由此可以看出，系統(tǒng)閥的壓力損失都小于原先的估計值，所以滿足系統(tǒng)的使用要求。因為中心架油缸的

115、運動過程是一樣的，所以對此油缸的壓力校驗過程和上面的計算過程是一樣的。如下所示：</p><p>　　在油缸快進時，油液依次經(jīng)過單向閥，疊加式減壓閥，疊加式單向閥，電磁換向閥，疊加式節(jié)流閥。 進油路上的壓力損失為</p><p><b>　　＝</b></p><p>　?。?.2×（+0.1×+0.2×+0.1&

116、#215;</p><p><b>　　=0.02MPa</b></p><p>　　在油缸快退是，油液依次經(jīng)過疊加式節(jié)流閥，電磁換向閥，所以退油路上的壓力損失為</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　＝0.2×（+0.1×（</p><

117、p><b>　?。?.015MPa</b></p><p>　　由此看出各種閥同樣滿足使用要求。</p><p>　　6.2 系統(tǒng)效率的估算</p><p>　　由表4－2和4－3可以看出，本液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)過程中，快進和快退是主要的工作過程，所以系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升等可一概用快進和快退的數(shù)值計算。</p><p

118、>　　系統(tǒng)效率的計算公式為</p><p>　?。?（6－2） </p><p>　　式中 執(zhí)行元件的負載壓力；</p><p>　　執(zhí)行元件的負載流量；</p><p><b>　　液壓泵的供油壓力；</b></p><p>&l

119、t;b>　　液壓泵的供油流量。</b></p><p>　　托料架快進時 將數(shù)值帶入公式（6－2）得</p><p><b>　　＝</b></p><p><b>　?。?.159</b></p><p>　　托料架快退時，將數(shù)值帶入公式（6－2）得</p><

120、;p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　＝0.157</b></p><p>　　中心架快進時，將數(shù)值帶入公式（6－2）得</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　＝0.095</b></p>

121、<p>　　中心架快退時，將數(shù)值帶入公式（6－2）得</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　?。?.175</b></p><p>　　系統(tǒng)在一個完整的循環(huán)周期內(nèi)的平均回路效率可按下式計算：</p><p>　　＝

122、 （6－3）</p><p>　　式中 一個周期的平均回路效率；</p><p>　　各工作階段的液壓回路效率； </p><p>　　各個工作階段的持續(xù)時間</p><p>　　T一個完整循環(huán)的時間。</p><p>　　分別將托料架和中心架的數(shù)值帶入公式（6－3）得</p><

123、;p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　＝0.16</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　＝0.13</b></p><p>　　系統(tǒng)的總效率按公式（6－4）進行計算。</p>&

124、lt;p>　?。?（6－4）</p><p>　　式中 液壓泵的總效率，取0.75；</p><p><b>　　液壓回路的效率；</b></p><p>　　液壓執(zhí)行元件的總效率，取0.93。</p><p>　　由以上分析，只要帶入較小的一個效率值就可定出范

125、圍，所以</p><p>　?。?.75×0.93×0.13</p><p><b>　　＝0.09</b></p><p>　　由于中心架在中心定位時會使系統(tǒng)形成一個較高的效率，所以由公式（6－4）計算得此時的效率為</p><p>　　=0.75×0.93×0.31</p

126、><p><b>　　=0.22</b></p><p>　　所以算得本系統(tǒng)的效率是0.090.22。整個系統(tǒng)的效率很低只要是由于減壓損失和節(jié)流損失造成的。</p><p>　　6.3 系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升計算 </p><p>　　液壓系統(tǒng)的壓力、容積和機械損失構(gòu)成總的能量損失，這些能量損失都將轉(zhuǎn)化為熱量，是系統(tǒng)的油溫升高，產(chǎn)

127、生一系列不良的影響。為此，必須對系統(tǒng)進行發(fā)熱和溫升計算，以便對系統(tǒng)溫升進行控制。可按下式估算系統(tǒng)的發(fā)熱能量：</p><p>　　H＝（1－） （6－5） </p><p>　　式中 H系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量；</p><p><b>　　液壓泵的輸入功率。</b></p><p>

128、　　將數(shù)值帶入公式（6－5）得</p><p>　　H＝622×（1－0.09）</p><p><b>　?。?66w</b></p><p>　　液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量，由系統(tǒng)中各個散熱面散發(fā)至空氣中，其中油箱是主要散熱面。因為管道的散熱面相對較小，且與其自身的壓力損失產(chǎn)生的熱量基本平衡，故一般濾去不計。當只考慮油箱散熱時，其散熱量