組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng),組合,機床,動力,液壓,系統(tǒng) 靜靜 ,心心則則自由指導老師：楊衛(wèi)平指導老師：楊衛(wèi)平 學學 生生 ：王維平：王維平 學學 號號 ：2009501520095015 專專 業(yè)業(yè) ：機械設計制造與自動化：機械設計制造與自動化組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)心心靜靜液壓系統(tǒng)原理集成塊設計系統(tǒng)溫升計算目錄目錄 設計說明液壓系統(tǒng)原理1.組合機床液壓滑臺組合機床液壓滑臺萬物眾生論萬物眾生像組合機組合機床動力床動力滑臺工滑臺工作情況作情況快進快進一工進一工進二工進二工進暫停暫停快退快退2.工況分析工況分析浮塵空飄逸浮塵亦世界液液壓壓系系統(tǒng)統(tǒng)原原理理圖圖集成塊設計集成塊設計常用液壓系統(tǒng)連接有：疊加式連接、管式連接、板式連接等常用液壓系統(tǒng)連接有：疊加式連接、管式連接、板式連接等因為板式連接而板式連接適用于任何液壓系統(tǒng)，更換元件方因為板式連接而板式連接適用于任何液壓系統(tǒng)，更換元件方便，不影響管路，并且有可能將閥集中布置便，不影響管路，并且有可能將閥集中布置。故本設計選用板式連接。故本設計選用板式連接。集成塊是本設計的最核心部分，其上承載著所有的液壓控制集成塊是本設計的最核心部分，其上承載著所有的液壓控制元件，決定著整個液壓系統(tǒng)的功能，液壓缸所有的功能性動元件，決定著整個液壓系統(tǒng)的功能，液壓缸所有的功能性動作都由集成塊的液壓回路決定作都由集成塊的液壓回路決定 香遠益清集集成成塊塊三三位位建建模模圖圖曲徑通幽系統(tǒng)溫升計算液壓油箱中油液溫度高于許可溫升，會使得液液壓油箱中油液溫度高于許可溫升，會使得液壓油短時間變質，影響液壓系統(tǒng)的正常工作，壓油短時間變質，影響液壓系統(tǒng)的正常工作，同時降低其他液壓元件的壽命，本設計經(jīng)過計同時降低其他液壓元件的壽命，本設計經(jīng)過計算液壓回路中液壓油溫升高于許可溫度，故需算液壓回路中液壓油溫升高于許可溫度，故需要在液壓回路中串聯(lián)冷卻器快速冷卻液壓油，要在液壓回路中串聯(lián)冷卻器快速冷卻液壓油，使得油箱溫升在許可范圍之內使得油箱溫升在許可范圍之內 液壓油冷卻器液壓油冷卻器設計說明靜心1.本設計采用電磁、電液同時控制，當系統(tǒng)壓力發(fā)生變化時，即刻調整相關閥的啟閉狀態(tài)，保證系統(tǒng)的壓力恒定，從而保證系統(tǒng)正常工作，提高了控制的精度。2.本設核心元件集成塊的設計方案共有兩種，另一種設計是采用兩塊集成塊的分散式設計。浮塵空飄逸浮塵亦世界分分散散式式集集成成塊塊設設計計平平面面圖圖謝謝祝各位老師工作順利、萬事如意！江 西 農(nóng) 業(yè) 大 學 本科畢業(yè)論文（設計）完成情況登記表 姓 名 王維平 性 別 男 學 號 20095015 學 院 工學院 專 業(yè) 機械設計制造與自動化 班 級 機制092 論文（設計）題目 組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計 論文（設計）完成提交時間 2013.5.15 論文（設計）取得主要成果及學生的誠信承諾 畢業(yè)設計將我們本科階段所學的各個專業(yè)課程聯(lián)系了起來,讓我們所學的各門專業(yè)知識不再是零散的片段,將其整合成了一個連續(xù)的整體.畢業(yè)設計業(yè)是一個再學習的階段,通過這段時間的設計學習,深刻體會到做學問的嚴謹性,其間容不得半點馬虎. 同時我承諾我的畢業(yè)設計是在老師指導下獨立完成的,沒有抄襲! 學生（簽名）：王維平 時 間：2013年5月15日 教師指導過程情況記錄 （選題、試驗、調研、資料收集及論文撰寫等過程） 該生畢業(yè)設計階段態(tài)度認真，其間多次找老師討論設計方案,多次按要求修改設計過程與設計圖紙。 指導教師（簽名）： 時 間： 指導教師對論文（設計）的審查意見 畢業(yè)設計選題合理,任務量符合本科畢業(yè)設計要求,符合工作要求，同意參加畢業(yè)答辯。 指導教師（簽名）： 時 間： 注：本表作為教學檔案，隨論文由各學院負責保存。 江西農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)設計(論文)任務書 設計（論文） 課題名稱 組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計 學生姓名 王維平 院（系） 工學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 指導教師 楊衛(wèi)平 職 稱 教 授 學 歷 博 士 畢業(yè)設計（論文）要求： 1．要求在完成論文期間，態(tài)度端正，積極主動，大量查閱文獻資料。 2．按時完成畢業(yè)設計內容，技術路線準確，可行。 3．繪制零件圖和裝配圖，圖紙量不少于1.5張A0圖紙。 4．完成畢業(yè)設計說明書，格式正確，要求字數(shù)不少于6000字。 5．完成電子文檔及PPT文檔。 畢業(yè)設計（論文）內容與技術參數(shù)： 1. 動力滑臺工作臺循環(huán)為：快進 → 工進 → 二工進 → 快退 → 停止。 2. 軸向切削力為30468N，移動部件總重力為9800N。 3. 快進行程為100mm，快進速度為0.1m/s。 4. 工進行程為50mm，工進速度為0.88×10-3m/s，加減速時間為0.2s。 5. 平導軌靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。 畢業(yè)設計（論文）工作計劃： 1．2012年11月～12月：接受畢業(yè)設計任務，查閱整理文獻資料。 2．2013年1月：確定課題設計方案。 3．2013年2月～4月：繪制設計圖紙及編寫設計說明書。 4．2013年5月10日之前：定稿打印，準備畢業(yè)設計答辯。 接受任務日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日 學 生 簽 名 年 月 日 指導教師簽名 年 月 日 院長（主任）簽名 年 月 日 江西農(nóng)大工學院畢業(yè)設計--組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng) 摘 要 近年來，液壓傳動由于應用了計算機技術、信息技術、自動控制技術、新材料等后取得了新的發(fā)展，使液壓系統(tǒng)和元件正向高壓、高速、高精度、高效率的方向發(fā)展，在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制等技術上取得新的成就。液壓系統(tǒng)的發(fā)展方向是：創(chuàng)制新型節(jié)能、微型元件﹑高度的組合化、集成化和模塊化和微電子結合，走向智能化。 液壓技術是機械設備中發(fā)展最快的技術之一。特別是近年來與微電子、計算機技術相結合，使液壓氣動技術進入了一個新的發(fā)展階段。目前，已廣泛應用在工業(yè)各領域。由于近年來微電子、計算機技術的發(fā)展，液壓、氣動元器件制造技術的進一步提高，使液壓氣動技術不僅作為一種基本的傳動形式上占有重要地位，而且以優(yōu)良的靜態(tài)、動態(tài)性能成為一種重要的控制手段。 本設計中的以液壓方式控制組合機床的動力滑臺，克服了使用機械傳遠距離傳動所造成的裝置過于龐大的缺點，以其簡單的方式實現(xiàn)了工作要求。 綜上所述，液壓工業(yè)在國民經(jīng)濟中的作用是很大的，它常常用來衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。與世界上主要的工業(yè)國家相比，我國的液壓工業(yè)還有相當差距，化、優(yōu)質化的工作有待于繼續(xù)做好，智能化的工作剛剛起步，為此必須急起直追，才能迎頭趕上。 關鍵字：液壓；組合機床；發(fā)展方向  Abstract modularization, integration and modularization and microelectronics, become smarter. Hydraulic technology is one of the fastest growing technology in mechanical equipment. Especially in recent years and the combination of microelectronics, computer technology, make the hydraulic pneumatic technology has entered a new stage of development. At present, has been widely used in industry in various fields. In recent years due to the development of microelectronics, computer technology, hydraulic and pneumatic components manufacturing technology to further improve, make the hydraulic pneumatic technology not only plays a crucial role as a basic form of transmission, and with good static and dynamic performance has become an important means of control. By hydraulic control in the design of the modular machine tool power sliding table, overcome the use of mechanical transmission caused by the remote transmission device is too big shortcomings, achieve the job requirements in the simple way. Above all, the role of hydraulic industry in the national economy is great, it is often used to measure a nation's industrial level is one of the important marks. Compared with the world's major industrial countries, there is quite a gap between the hydraulic industry in China, and the varieties of work to be to continue to do intelligent work has just started, so have to play catch-up, to catch up. Key word: Hydraulic technology ; Combination machine tools; The development direct II 目 錄 1 設計要求主要參數(shù) 1 2 負載與運動分析計算 2 2.1 該組合機床的主參數(shù)分析： 2 2.2 液壓缸速度控制圖以及受力圖如下： 2 3 液壓系統(tǒng)動力元件的選用 3 3.1 液壓缸活塞參數(shù)的確定 3 3.2 液壓泵的選用： 3 3.3 液壓泵驅動電機的選用： 4 4 液壓系統(tǒng)圖的設計 5 4.1 液壓調速回路的選擇： 5 4.2 液壓系統(tǒng)調壓回路的設計： 5 4.3 液壓系統(tǒng)換向回路的設計： 6 4.4 液壓系統(tǒng)原理圖設計： 7 4.5液壓系統(tǒng)工作過程： 8 4.5.1 液壓缸快進工況 8 4.5.2 液壓缸一工進工況： 8 4.5.3液壓缸二工進工況： 8 4.5.4 液壓缸保壓工況： 9 4.55 液壓缸快退工況： 9 4.5.6 卸荷回路: 9 5 其他液壓元件的選用 9 6 油管的設計選用 10 7 板式連接集成塊設計 11 7.1 液壓系統(tǒng)機構選擇： 11 7.2 板式連接集成塊設計： 11 7.3集成塊的優(yōu)化： 13 8 液壓缸的設計 13 8.1 缸筒結構的設計： 13 8.2 油缸缸筒材料的要求： 14 8.3 油缸壁厚計算以及驗算： 14 8.4 液壓缸總長度計算： 15 9 液壓系統(tǒng)油箱的設計 16 9.1 油箱的容量設計 16 9.2 油箱的結構設計 16 10 系統(tǒng)油液溫升計算 17 參考文獻 19 致謝 20 江西農(nóng)大工學院畢業(yè)設計--組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng) 1 設計要求主要參數(shù) 動力滑臺工作臺循環(huán)為：快進 → 工進 → 二工進 → 快退 → 停止。 軸向切削力為30468N，移動部件總重力為9800N。 快進行程為100mm，快進速度為0.1m/s。 工進行程為50mm，工進速度為0.88×10-3m/s，加減速時間為0.2s。 平導軌靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。 2 負載與運動分析計算 2.1 該組合機床的主參數(shù)分析： 該機床的主要運動情況：快進工進二工進快退停止 ∵軸向切削力FN=30468N，移動部件總重力為9800N 工作負載：工作負載即為切削阻力 慣性負載： 阻力負載：靜摩擦阻力 動摩擦阻力： 液壓缸的機械效率取，二工進時，總的負載沒有變 表1 液壓缸在各個工作段的負載值 工 況 負載組成 負載值F/N 推力 (F/ηm)/N 啟 動 F=Ffs 1960 2180 加 速 F=Ffs+Fm 2460 2740 快 進 F=Ffd 980 1090 工 進 F=Ffd+Fl 31448 34950 二工進 F=Ffs+Fl 31448 34950 快 退 F=Ffd 980 1090 2.2 液壓缸速度控制圖以及受力圖如下： 液壓缸的速度控制圖： 圖1 液壓缸的受力圖： 圖2 3 液壓系統(tǒng)動力元件的選用 3.1 液壓缸活塞參數(shù)的確定 該組合機床液壓系統(tǒng)最大負載約為35000N，按表2選定液壓缸工作壓力 表 2 按負載選定工作壓力 液壓缸負載/N <5000 5000～10000 10000～20000 20000～30000 30000～50000 >50000 液壓缸壓力/MPa 0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～6 7～10 該液壓缸為單缸，要求快進速度與快退速度相等，即：，則選用差動液壓缸，要求無桿腔液壓油的作用面積S1為有桿腔液壓油的作用面積S2的兩倍 ∴活塞直徑D與推桿直徑d的關系為：D=0.707d 為了防止機器啟動時，液壓缸突然向前沖，需要液壓系統(tǒng)中有被壓，按相關類似的液壓系統(tǒng)取被壓 由表1可知，液壓缸所有工作階段，只有工進時需液壓缸提供最大的力34950N，所以液壓缸實際工進階段提供的力，又∵D=0.707d，∴解的D=104.18mm,d=73.65mm，圓整為：D=110mm ,d=75mm 3.2 液壓泵的選用： 液壓缸快進時的進油量： 液壓缸工進時的進油量： 液壓缸快退時的進油量： ∵在進油過程中在油管上會有壓力損失，按相關液壓系統(tǒng)取壓力損失為，則實際壓力， 最大壓力取為實際壓力的1.25倍，所以最大壓力， ∵在進油過程中在油管上會有液壓油的泄露，由以上計算的，在所有工作階段，最大進油量，查表取泄露系數(shù)K1=1.2， 則最大流量 根據(jù) 查機械設計手冊，選擇葉片泵，型號為：YB-B48B，其理論排量為48.3ml/r，額定壓力7MPa，實際輸出流量為42.7ml/min，驅動功率為6.9KW，額定轉速為1000r/min，最低轉速為600r/min，最高轉速為1500r/min 該泵的實際輸出液壓油量為 故該泵能滿足該液壓系統(tǒng)的正常工作。 3.3 液壓泵驅動電機的選用： ∵該液壓泵的驅動功率為6.9KW，額定轉速為1000r/min，最低轉速為600r/min，最高轉速為1500r/min 查機械設計手冊，粗選電動機型號為：Y2-160L-6，其額定功率P=11KW，額定轉速N=970r/min，傳動效率η=0.875 ∵驅動電機與液壓泵靠聯(lián)軸器連接，而剛性聯(lián)軸器的功率η1=0.9，同時液壓泵的軸靠軸承支撐，軸承的效率η2=0.9，則該電動機實際能提供的驅動功率 ， ∴該型號的電動機能滿足實際工作需要，選擇合理。 4 液壓系統(tǒng)圖的設計 4.1 液壓調速回路的選擇： 要實現(xiàn)液壓缸 快進工作進給二次工作進給快退停止 的自動循環(huán)工作要求，為了設計實現(xiàn)方便選擇差動液壓缸，在實現(xiàn)調速的過程中，有兩次調速過程，即：從快進第一工進的第一階段調速和從工進第二工進的第二階段調速。因為要求實現(xiàn)二級調速，所以選擇兩個調速閥串聯(lián)使用，為了實現(xiàn)第一工進速度大于第二工進速度的要求，在第一工進階段讓液壓油只通過一個調速閥，另一個調速閥處于被屏蔽狀態(tài)，在實現(xiàn)第二工進過程中，讓液壓油先后依次通過兩個調速閥，通過調整兩調速閥，實現(xiàn)第二工進階段速度小于第一工進階段速度。 主要調速回路有進油節(jié)流調速、回油節(jié)流調速以及旁路節(jié)流調速，進油節(jié)流調速容易在液壓缸開始運動時造成沖擊，采用回油節(jié)流調速是，沖擊產(chǎn)生在活塞的無桿腔。 綜合以上兩種調速方式，采用進油節(jié)流調速回路并在回油路上連接溢流閥，提供被壓避免沖擊。 ∴實際液壓調速回路的設計如下： 圖3 4.2 液壓系統(tǒng)調壓回路的設計： 為了保證液壓系統(tǒng)在短時的過載情況下任然能正常的工作，不至于損壞液壓系統(tǒng)，因此在設計的時候，需要使得該系統(tǒng)具有一定的過載能力，故選用的液壓泵所能提供的壓力一般都大于系統(tǒng)的額定壓力，為了保證系統(tǒng)在正常條件下正常工作，需要限定系統(tǒng)正常工作壓力為設計壓力，這時就需要調定系統(tǒng)的壓力。同時調壓回路還能保證系統(tǒng)由于故障，在整個系統(tǒng)的壓力急劇升高的情況下，有效的保護系統(tǒng)的其他元件不被損壞，在故障排除后，系統(tǒng)仍然能夠正常的完成工作任務。 調壓回路液壓源工作壓力級的多少，壓力在調節(jié)、控制或切換方式上的差異，是這種回路出現(xiàn)多種結構方案的原因，也是對它進行評比、選擇時要考慮的因素。 本設計根據(jù)實際需要，設計的簡單選用外控式順序閥完成系統(tǒng)壓力調定的任務，在系統(tǒng)壓力大于額定壓力時，通過主油路的油壓控制順序閥的開啟，讓液壓泵供給液壓系統(tǒng)的油液直接回油箱，這樣保證系統(tǒng)壓力恒定，同時在系統(tǒng)發(fā)生故障的條件下能保護其他元件不被損壞。 ∴實際液壓調壓回路的設計如下： 圖4 4.3 液壓系統(tǒng)換向回路的設計： 要求該液壓系統(tǒng)控制的組合機床動力滑臺能夠實現(xiàn) 快進工作進給二次工作進給快退停止 這一預期的動作，則需要該系統(tǒng)能對液壓缸的有桿腔和無桿腔都能進油，但是整個系統(tǒng)的供油回路只有一個，所以需要設計換向回路。根據(jù)本設計的實際需要，換向回路如下圖所示： 圖5 4.4 液壓系統(tǒng)原理圖設計： 將所有的回路疊加在一起，同時加了必要的元件輔助，整個液壓系統(tǒng)回路的原理圖設計如下： 圖6 4.5液壓系統(tǒng)工作過程： 4.5.1 液壓缸快進工況 進油回路：液壓泵→9號單向閥→14號兩位兩通電磁換向閥（右位）→液壓缸無桿腔 回油路：液壓缸有桿腔→11號兩位三通電磁換向閥（右位）→7號三位五通電液換向閥（中位）→進油回路 4.5.2 液壓缸一工進工況： 進油路：液壓泵→4號單向閥→7號三位五通電液換向閥（左端）→10號兩位兩通電磁換向閥（上位）→13號兩位兩通電磁換向閥（左位）→15號節(jié)流調速閥→液壓缸無桿腔 回油路：液壓缸有桿腔→11號兩位兩通電磁換向閥（左位）→5號溢流閥→油箱 4.5.3液壓缸二工進工況： 進油路：液壓泵→4號單向閥→7號三位五通電液換向閥（右位）→10號兩位兩通電磁換向閥（上位）→12號節(jié)流調速閥→15號節(jié)流調速閥→液壓缸無桿腔 回油路：液壓缸有桿腔→11號兩位兩通電磁換向閥（左位）→5號溢流閥→油箱 4.5.4 液壓缸保壓工況： 液壓系統(tǒng)油液回路：液壓泵→3號液控安全閥→油箱 該狀態(tài)時，10號閥處于下位，7號閥處于右位，11號閥處于右位，由于10號閥處于下位，液壓缸無桿腔無法回油，同時液壓泵通過7號閥、11號閥向液壓缸有桿腔進油，則進油回路壓力增大，當壓力大于安全閥調定壓力時，液控安全閥開啟，液壓油回油箱，液壓缸保持位置不變。 4.55 液壓缸快退工況： 進油回路：液壓泵→4號單向閥→7號三位五通電液換向閥（右位）→11號 兩位三通電磁換向閥（右位）→液壓缸有桿腔 回油回路：液壓缸無桿腔à→16號單向閥→10號兩位兩通電磁換向閥（上 位）→7號三位兩通電液換向閥（右位）→8號單向閥→油箱 4.5.6 卸荷回路: 液壓泵→9號單向閥→10號兩位兩通電磁換向閥（上位）→7號三位兩通電液換向閥（中位）→8號單向閥→油箱 5 其他液壓元件的選用 除液壓泵、液壓油缸、驅動電動機已經(jīng)設計選擇以外，各種閥等輔助元件也為保證液壓系統(tǒng)的正常運行承擔著重要的作用。 單向閥的選擇：單向閥通常有兩種結構，一種是直通式結構，一般做成螺紋連接形式，故又稱為管式；另一種是直角式結構，其進、出油口均設置在一個面上，故又稱為板式，因為本設計選用板式連接，所以選用直角式結構的單向閥，根據(jù)設計計算的流通最大流量，與開啟壓力，按《機械設計手冊》選用型號為CRG-03-04-50單向閥 換向閥的選著：對換向閥的性能要求是油路導通時，壓力損失??；油路斷開時，泄漏量小，換向平穩(wěn)、可靠、快速、操縱力小等，換向閥有電磁式和電液式，電磁換向閥是利用電磁鐵吸力來操控閥芯換位的控制閥，其結構簡單，換向沖擊小，壽命較長，電液換向閥是由電磁鐵和液動閥結合在一起構成的一種組合式換向閥，其具有噪聲小，散熱好，摩擦小，溫升低等特點，本設計中的三位五通電液換向閥是主要作用閥元件，其性能決定著整個液壓系統(tǒng)的性能，要求換向靈敏可靠，所以選用電液換向閥，其型號為35DY3Y-E10B，其他的換向閥選用電磁換向閥，按照《機械設計手冊》選用型號為WE6B10和22DO-B10。 調速閥的選擇：選擇要求是有較大的流量調節(jié)范圍，且流量調節(jié)要均勻；當閥前、后壓差發(fā)生變化時，通過閥的流量變化要小，以保證負載運動的穩(wěn)定；油溫變化對通過閥的流量影響要?。灰毫魍ㄟ^全開閥時的壓力損失要??；當閥口關閉時，閥的泄漏量要小；調節(jié)應輕便、準確?？紤]到本設計的對速度的穩(wěn)定性要求不是很高，故選擇節(jié)流調速，選用節(jié)流調速閥型號為2FRM10-35。 溢流閥的選擇：選擇要求調壓范圍大，調壓偏差小，壓力波動小，動作靈敏，過流能力大，噪聲小等特點，考慮到溢流閥在本設計中做背壓閥使用，裝在系統(tǒng)的回油路上，產(chǎn)生一定的回油阻力，以改善執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)性。選用型號為DBDH10P/10 液控順序閥的選擇：在本設計中，該閥用作為安全閥，在系統(tǒng)壓力過大時，保護其他液壓元件不被損壞，以系統(tǒng)液壓油的壓力控制該閥的啟閉狀態(tài)，選用型號為XF3-E10B。 表 3 液壓系統(tǒng)使用元件 序號 元件名稱 元件型號 數(shù)量 估計通過流（L/min） 備注 1 液壓泵 YB-B48B 1 ------ 查手冊選用 2 濾油器 XU-40×200 1 48.3 查手冊選用 3 單向閥 CRG-03-04-50 4 37 查手冊選用 4 三位五通電液換向閥 35DY3Y-E10B 1 37 查手冊選用 5 兩位三通電磁換向閥 WE6B10 1 37 查手冊選用 6 兩位兩通電磁換向閥 22DO-B10 3 37 查手冊選用 7 節(jié)流調速閥 2FRM10-35 2 <1 查手冊選用 8 溢流閥 DBDH10P/10 1 <1 查手冊選用 9 液控順序閥 XF3-E10B 1 35 查手冊選用 10 液壓缸 1 ------ 按要求配做 11 驅動電機 Y2-160L-6 1 ------ 查手冊選用 6 油管的設計選用 元件連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進、出油管則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算，如下表所示。 表 4 液壓系統(tǒng)工作各階段流量 快進 工進/二工進 快退 輸入流量/(L/min) Q1=π/4×D2×V快進=57 Q1=π/4×D2×V工進=0.502 Q1=π/4×（D2-d2）×V快退=30.5 排出流量/(L/min) Q2=π/4×（D2-d2）×V快進=30.5 Q2=π/4×（D2-d2）×V工進=0.269 Q2=π/4×D2×V快退=57 運動速度/(m/min) 6 0.0582 6 根據(jù)這些數(shù)值，當油液在壓力管中的流速取3m/min時，按式（）計算得到與液壓缸無桿腔和有桿腔相連接的油管內徑分別為: 這兩根油管都按國家標準選用內徑20mm，外徑為28mm的無縫鋼管。 7 板式連接集成塊設計 7.1 液壓系統(tǒng)機構選擇： 液壓系統(tǒng)的實現(xiàn)方式有板式連接、管式連接還有疊加式連接等方式： 管式連接適用于小流量的簡單液壓系統(tǒng)。其優(yōu)點是：連接方式簡單，布局方便，系統(tǒng)中各閥間油路一目了然。其缺點是：元件分散布置，所占空間較大，管路交錯，接頭繁多，不便于裝卸維修。 而板式連接適用于任何液壓系統(tǒng)，其優(yōu)點是：更換元件方便，不影響管路，并且有可能將閥集中布置。與板式閥相連的連接體有連接板和集成塊二種形式。連接板結構簡單，檢查油路較方便，板式連接油路設計困難，并且油路修改難度極大。 集成塊結構緊湊，占地面積小，便于裝卸和維修，可把液壓系統(tǒng)的設計簡化為集成塊組的選擇，因而得到廣泛應用。但它也有設計工作量大，加工復雜，不能隨意修改系統(tǒng)等缺點。 本設計根據(jù)需要選擇板式連接。 7.2 板式連接集成塊設計： 集成塊是本設計的最核心部分，其上承載著所有的液壓控制元件，決定著整個液壓系統(tǒng)的功能，液壓缸所有的功能性動作都由集成塊的液壓回路決定。 集成塊的設計應盡可能的簡單，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的簡潔，盡量減少油管的數(shù)量，本設計考慮到所選用的液壓元件比較多，而且液壓系統(tǒng)相對比較復雜，如果僅用一個集成塊，難以實現(xiàn)整個液壓系統(tǒng)的功能，或者設計出來的集成塊顯得過于笨重，不方便安裝、檢修等，這樣就失去了設計簡潔方便的意義，所以本設計根據(jù)實際需要，用兩個集成塊（一個主集成塊、一個副集成塊）實現(xiàn)整個液壓系統(tǒng)的功能，并且保證了設計的方便簡潔，也使得集成塊得到了高效的利用，兩個集成塊總的用材減少，只增加了兩個集成塊連接的一根油管，提高了經(jīng)濟性。所以無論是從實際還是理論的角度，本設計選用兩個集成塊完成功能是合理的。 集成塊一的設計圖如下： 圖7 集成塊二的設計圖如下： 圖8 7.3集成塊的優(yōu)化： 兩塊集成塊的設計能夠完全完成液壓系統(tǒng)的工作要求，而且降低了集成塊的加工難度，同時容易保證集成塊的加工精度，但是兩塊集成塊的設計對集成塊本身的利用率不高，同時兩塊集成塊的加工工時變長，提高了加工成本，需要投入更多的人力資源，再則集成塊的材料需要增加，材料的利用率降低。 考慮到把兩塊集成塊合為一體的設計難度不大，集成塊加工的難度提升不大，造成的加工成本有所降低，但是把兩塊集成塊合并能夠大幅度的減少需要的材料，極大的提高材料的利用率，同時也能讓液壓站的工作空間變大，減少油箱的設計尺寸，同時方便液壓系統(tǒng)的功能變換，故在兩塊集成塊的基礎上對集成塊進行優(yōu)化設計，前集成塊二的利用率很高，故保持集成塊二的設計不變，主要對集成塊一進行優(yōu)化，在優(yōu)化的過程中要在集成塊中留一個面，以備安放前繼承快二，通過對兩塊集成塊形狀、液壓油路的優(yōu)化設計，得到優(yōu)化后的集成塊。 優(yōu)化后的集成塊圖： 圖9 8 液壓缸的設計 8.1 缸筒結構的設計： 液壓缸常用的缸筒結構有八類：法蘭連接、外螺紋連接、內螺紋連接、外半環(huán)連接、內半環(huán)連接、拉桿連接、、焊接和鋼絲連接。 法蘭盤連接有重量很大，端部需焊接法蘭盤或者鐓粗等的缺點，但是油缸一般是固定在一個特定的位子上，一般不需要經(jīng)常的搬動，所以這些缺點對本設計并不明顯，同時該種結構簡單，易加工、裝卸。故選用端部鐓粗的法蘭連接式結構的油缸。 8.2 油缸缸筒材料的要求： 一般要求材料應有足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能，缸筒毛坯：普遍采用退火的冷拔或熱軋無縫鋼管 油缸在工作中藥承受脈動沖擊作用，同時液壓缸的檢修比較困難，一旦液壓缸出現(xiàn)泄漏對其他元件的壽命影響很大，同時污染也特別嚴重，液壓缸作為液壓系統(tǒng)的重要元件，一般故障后在短時間很難維修好，或者維修好以后很難達到維修前的工作參數(shù)要求，本設計考慮到液壓缸的這些因素，因此選用的液壓缸毛坯件為鍛件，使得毛坯有良好的基體性能，毛坯材料為35缸，在調質處理后能得到回火索氏體，使得油缸的強度、韌性等各個方面都有良好的性能。 8.3 油缸壁厚計算以及驗算： 油缸要能夠承受一定的壓力，有樣要保證一定的壁厚才能使得系統(tǒng)能正常的工作，缸筒的壁厚的計算經(jīng)驗公式為： ， 其中： 缸筒材料強度要求的最小值 ， 缸筒內最高工作壓力，本設計為6.5Mpa， D 為缸筒內徑，也即為活塞的外徑，在本設計中已經(jīng)計算得活塞的外徑為110mm， 材料缸筒的許用應力，Mpa，，液壓缸選用材料為35鋼， 查表的Mpa，為安全系數(shù)，數(shù)值按下表進行選取，本設計取 表 5 液壓缸的安全系數(shù) 材料名稱 靜載荷 交變載荷 沖擊載荷 不對稱 對稱 鋼、鍛鐵 3 5 8 12 ∴，，取 缸筒外徑公差余量 腐蝕余量 按相似油缸結構和工作狀況，、均取0.5mm, ∴=5mm 最終油缸的外徑， 工作的額定壓力要求低于液壓缸所能承受的極限壓力，以保證工作安全，額定壓力 ∴液壓缸的選材符合工作安全要求 8.4 液壓缸總長度計算： 要求快進行程為100mm，工進行程為50mm，在液壓缸內活塞還需占據(jù)一定的長度，查《機械設計手冊》得，活塞的長度，∴ 液壓缸的有效長度為，考慮到還要在油缸中裝配如油缸端蓋、導向套等必要輔助零件，必須將油缸的長度加長，根據(jù)實際需要取油缸的長度為320mm。 油缸設計結構如下圖所示： 圖10 9 液壓系統(tǒng)油箱的設計 9.1 油箱的容量設計 油箱的作用主要是儲備油，此外，因為油箱有一定的表面積，能夠散發(fā)油液工作時產(chǎn)生的熱量；同時還具有沉淀油液中的污物，使?jié)B入油液中的空氣逸出，分離水分的作用；有時它還兼作液壓元件和閥塊的安裝臺等功能。本課題設計的油箱為分離式油箱，單獨設計，與主機分開，減少油箱的發(fā)熱和液壓系統(tǒng)振動對主機工作精度的影響。 油箱的有效容積及尺寸的確定，油箱有效容量一般為泵每分鐘流量的3～7倍。對于行走機械，冷卻效果比較好的設備，油箱的容量可選擇小些；對于固定設備，空間、面積不受限制的設備，則應采用較大的容量。油箱中油液溫度一般推薦30～50℃。液壓油箱有效容積V的確定，其主要依據(jù)就是保證泵有足夠的流量。又因為設備停止后，設備中的那部分油液會因為重力作用而流回油箱，為防止液壓油液從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應超過液壓油箱高度的80%。 計算公式： V油箱的有效容積（m3） 經(jīng)驗系數(shù)，見下表2-3 為液壓泵的流量 表6經(jīng)驗系數(shù) 系數(shù)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機械 冶金機械 α 1～2 2～4 5～7 6～12 10 已知：=48.3 L/min 取經(jīng)驗系數(shù)＝6 所以：＝6×48.3=289.8L 因此圓整后油箱的有效容積選取V＝290L，根據(jù)《機械設計手冊》中查得油箱的外形尺寸長、寬、高分別為1014mm、764mm、750mm。分離式油箱一般用2.5～4mm鋼板焊成。箱壁愈薄，散熱愈快，大尺寸油箱要增加焊角板、筋條，以增加剛性。油箱頂蓋要稍微加厚些。因此在這里油箱壁厚選取5mm, 箱底厚度應大于箱壁的厚度，選取10mm ，箱蓋厚度為10mm。 9.2 油箱的結構設計 油箱的結構應能使油箱實現(xiàn)存油、散熱和分離污物及防止污染的作用。 結構設計應注意以下幾個問題： 1) 開式油箱液面應和大氣連通。為防止空氣中的污物進入油箱，油箱上部的通氣孔上必須配置空氣過濾器。一般通氣孔兼作注油孔用。 2) 在液壓泵的吸油管路上，必須安裝網(wǎng)式過濾器，以清除較大的顆粒雜質，保護液壓泵。過濾器的安裝方式應能便于取出過濾器。 3) 液壓泵的吸入油管和回油管的距離應盡可能遠些，管口都應插入最低液面以下，以免發(fā)生吸空和回油沖濺產(chǎn)生氣泡，管口制成45o斜角，以增大吸油及回油截面，使油液流動速度變化不致過大，斜口應面向箱壁。兩管件之間要用隔板隔開，并使油液循環(huán)，將油液中的氣泡和雜質分離和沉淀。為了充分發(fā)揮隔板的作用，要設計兩塊隔板，上面一塊隔板隔氣泡，下面一塊隔板隔雜質。管端與箱底、箱壁間距離均不宜小于管徑的3倍；粗濾油器距箱底不應小于20mm。 4) 為了防止油液污染，油箱上各蓋板、管口處都要妥善密封。選擇合理的密封方式進行有效密封。為了易于散熱和便于對油箱進行搬移及維護保養(yǎng)，按GB3766-83規(guī)定，箱底離地至少在150mm以上。箱底應適當傾斜，在最低部位處設置堵塞或放油塞，以便排放污油。在油箱蓋上焊接四個吊鉤，油箱上焊兩個提手，以便于油箱的搬移。為了防止油箱內部生銹，應在油箱內壁涂上耐油防銹的涂料。 油箱結構設計后應布置好箱蓋上電機、泵、疊加閥的位置，疊加閥應放在一端， 這樣不僅有利于回油，而且有利于給液壓缸供油，電機和泵的位置的確定要考慮為其他輔助元件留下合理的空間。其次，布置其他輔助元件的位置，為保證箱蓋的強度，要加厚箱蓋的尺寸，確定采用10mm厚的箱蓋鋼板。 10 系統(tǒng)油液溫升計算 液壓泵額定工作壓力為7MPa ，流量為48.3L/min ，其輸入功率為6.9KW 快進時功率為 液壓缸工進時最小功率為 液壓缸快退時功率為 則系統(tǒng)單位時間內最大的發(fā)熱量為： Hi=6900-30.756=6869.244J 當油箱的高：寬：長比例在1：1：1到1：2：3范圍內，且油液面高度為油箱高度的80%時，油箱散熱面積近似為： 散熱系數(shù)K=15W/(m2.c)， （其溫升參考許可范圍為30～35℃） 溫度高于許可溫升，溫度過高會使得液壓油短時間變質，影響液壓系統(tǒng)的正常工作，同時降低其他液壓元件的壽命，所以本設計需要在液壓油回路中串接液油冷卻器，快速冷卻液壓油，使得油箱溫升在許可范圍之內。 本液壓系統(tǒng)為板式連接，查《機械設計手冊》選用冷卻器的型號為：2LQG2W-10/0.4，其散熱面積為0.4mm，冷卻系數(shù)為，設計溫度為 該冷卻器的功能驗算： 因為油箱許可溫升為30～35℃，選擇油箱溫升為30℃， 所以油箱的實際散熱量為：， 故該冷卻器需要散失的熱量為：， 冷卻器正常工作時溫升，在正常許可溫升范圍內，故選擇合理。 參考文獻 [1] 黃志堅. 液壓輔件. 化學工業(yè)出版社，2008 [2] 張利平. 液壓站. 化學工業(yè)出版社，2008 [3] 劉延俊. 液壓回路與系統(tǒng). 化學工業(yè)出版社，2008 [4] 趙月靜、寧辰校. 液壓實用回路. 化學工業(yè)出版社，2008 [5] 韓桂華. 液壓系統(tǒng)設計技巧與禁忌. 化學工業(yè)出版社，2011 [6] 崔培雪、馮憲琴. 典型液壓氣動回路. 化學工業(yè)出版社，2011 [7] 韓桂華. 液壓系統(tǒng)設計技巧與禁忌. 化學工業(yè)出版社，2011 [8] 左健民. 液壓與氣壓傳動.機械工業(yè)出版社，2007. [9] 成大先.機械設計手冊第五版?第5卷.北京：化學工業(yè)出版社，2008 致謝 在此，我向指導老師楊衛(wèi)平博士致以崇高的敬意！ 做畢業(yè)設計的時間是短暫的，但楊老師對我的影響是深刻的，跟著楊老師時時刻刻都能學到東西。剛開始做設計時，我抱著一種完成任務的心態(tài)，但幾次在向楊老師請教問題時，楊老師注意每一個細節(jié)，沒有一絲的輕率，我被楊老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度所感染，讓我明白在學習中式容不的半點馬虎的。 楊老師學識淵博，對我設計中的問題深入淺出的闡述，讓我對這個比較抽象的問題有了實質化的理解。楊老師總是用生活中比較常見的例子來詳細的闡述問題，把枯燥的理論知識巧妙的運用到實際的例子中，很有一種舉一反三的作用。 經(jīng)過幾次與楊老師的接觸，楊老師平易近人的態(tài)度讓我有朋友般的親切，楊老師總是用平常的的話語讓我明白書本之外的東西，用長者豐富的人生閱歷巧妙的在我迷茫的時候給我指出前進的方向。 將本科所學的東西第一次運用在這里，總是存在這樣或那樣的問題，每次楊老師都抽空幫我講解，不惜犧牲自己的休息時間，有如此的老師是我的榮幸！ 再次衷心的感謝楊老師的幫助！ 21