設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注一、負(fù)載分析1.1 工作負(fù)載工作負(fù)載是液壓缸負(fù)載的主要組成部分，它與設(shè)備的運動情況有關(guān)，不同機(jī)械的工作負(fù)載其形式各不相同，對于機(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）的運動方向相反者為正，相同者為負(fù)。1.2 摩擦負(fù)載摩擦阻力是指主機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運動時與導(dǎo)軌或支撐面間的摩擦力，其值恒為正值。靜摩擦力 Ffs=1000N動摩擦力 Ffd=500N1.3 慣性負(fù)載慣性負(fù)載是指運動部件在啟動或制動過程中，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算。Fs=ma=G/g×v/t=32N 式中：m運動部件的質(zhì)量，Kg； a運動部件的加速度，m/s2；G運動部件的重力Ng重力加速度，m/s2；v速度的變化量，m/s；t速度變化所需要的時間，s。1.4 運動分析按設(shè)備的工藝要求，把所研究的執(zhí)行元件在完成一個工作循環(huán)時的運動規(guī)律用圖表示出來，一般用速度時間（vt）或速度位移（vs）曲線表示，稱執(zhí)行元件的速度循環(huán)圖（速度圖）。設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注二、負(fù)載圖和速度圖 速度圖 負(fù)載圖設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注三、確定液壓缸的主要參數(shù)3.1 液壓缸主要尺寸的確定計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有三個：缸筒內(nèi)徑D、活塞桿外徑d和缸筒長度L。(1)缸筒內(nèi)徑D。液壓缸的缸筒內(nèi)徑D是根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力或往返運動速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑D，再從GB234880標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計的缸筒內(nèi)徑。根據(jù)負(fù)載和工作壓力的大小確定D：以無桿腔作工作腔時以有桿腔作工作腔時(2)活塞桿外徑d?；钊麠U外徑d通常先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。也可根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時，d=0.30.5D。受壓力作用時：pI5MPa時，d=0.50.55D5MPapI7MPa時，d=0.60.7DpI7MPa時,d=0.7D(3)缸筒長度L。缸筒長度L由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：L=l+B+A+M+C式中：l為活塞的最大工作行程；B為活塞寬度，一般為(0.6-1)D;A為活塞桿導(dǎo)向長度，取(0.6-1.5)D;M為活塞桿密封長度，由密封方式定；C為其他長度。一般缸筒的長度最好不超過內(nèi)徑的20倍。另外，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸還有最小導(dǎo)向長度H3.2工作壓力的確定工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來初步確定，現(xiàn)參閱表1取液壓缸工作壓力為3。表1 液壓設(shè)備常用的工作壓力設(shè)備類型機(jī)床類型農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力0.82.0352881010162032表2 執(zhí)行元件背壓的估計值系統(tǒng)類型背壓中、低壓系統(tǒng)08簡單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.50.8回油路帶背壓閥0.51.0采用帶補(bǔ)液液壓泵的閉式回路0.81.5中高壓系統(tǒng)>816采用帶補(bǔ)液液壓泵的閉式回路比中低壓系統(tǒng)高高壓系統(tǒng)>1632鍛壓機(jī)械等初算時背壓可忽略不計3.3各階段壓力、流量、功率的計算 工況推力F0/N回油腔壓力p2/MPa進(jìn)油腔壓力p1/MPa輸入流量q×10-3/m3/s輸入功率P/KW計算公式快進(jìn)啟動11110.43加速530p1+p0.77恒速500p1+p0.660.50.33工進(jìn)260000.63.960.84×10-20.033快退啟動11110.49加速5300.51.43恒速5000.51.310.450.59設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注四、液壓系統(tǒng)圖的擬定 單頭臥式車床的工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)二工進(jìn)死擋鐵停留快退停止。完成這一動作循環(huán)的動力滑臺液壓系統(tǒng)工作原理圖如圖所示。系統(tǒng)中采用限壓式變量液壓泵供油，并使液壓缸差動連接以實現(xiàn)快速運動。由電液換向閥換向，用行程閥、液控順序閥實現(xiàn)快進(jìn)與工進(jìn)的轉(zhuǎn)換，用二位二通電磁換向閥實現(xiàn)一工進(jìn)和二工進(jìn)之間的速度換接。為保證進(jìn)給的尺寸精度，采用了死擋鐵停留來限位。實現(xiàn)工作循環(huán)的工作原理如下：1 快進(jìn)按下啟動按鈕，三位五通電液動換向閥5的先導(dǎo)電磁換向閥1YA得電，使之閥芯右移，左位進(jìn)入工作狀態(tài)，這時的主油路是：進(jìn)油路：濾油器1變量泵2單向閥3管路4電液換向閥5的P口到A管路10,11形成閥17管路18液壓缸19左腔；回油路：缸19右腔管路20電液換向閥5的B口到T口管路8單向閥9管路11形成閥17管路18缸19左腔。這時形成差動連接回路。因為快進(jìn)時，滑臺的載荷較小，同時進(jìn)油可以經(jīng)形成閥17直通油缸左腔，系統(tǒng)中壓力較低，所以變量泵2輸出流量大，動力滑臺快速前進(jìn)，實現(xiàn)快進(jìn)。2 第一次工作進(jìn)給（一工進(jìn)）在快進(jìn)行程結(jié)束，滑臺上的擋鐵壓下形成閥17，形成閥上位工作，使管路11和18斷開。電磁鐵1YA繼續(xù)通電，電液換向閥5左位仍在工作，電磁換向閥14的電磁鐵處于斷電狀態(tài)。進(jìn)油路必須經(jīng)調(diào)速閥12進(jìn)入液壓缸左腔，與此同時，系統(tǒng)壓力升高，將液控順序閥7打開，并關(guān)閉單向閥9，使液壓缸實現(xiàn)差動連接的油路切斷?；赜徒?jīng)順序閥7和背壓閥6回到油箱。這時的主油路是：設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注進(jìn)油路：濾油器1變量泵2單向閥3電液換向閥5的P口到A口管路10調(diào)速閥12二位二通電磁換向閥14管路18液壓缸19左腔。這時形成差動連接回路。因為快進(jìn)時，滑臺的載荷較小，同時進(jìn)油可以經(jīng)形成閥17直通油缸左腔，系統(tǒng)中壓力較低，所以變量泵2輸出流量大，動力滑臺快速前進(jìn)，實現(xiàn)快進(jìn)。3 第一次工作進(jìn)給（一工進(jìn)）在快進(jìn)行程結(jié)束，滑臺上的擋鐵壓下形成閥17，形成閥上位工作，使管路11和18斷開。電磁鐵1YA繼續(xù)通電，電液換向閥5左位仍在工作，電磁換向閥14的電磁鐵處于斷電狀態(tài)。進(jìn)油路必須經(jīng)調(diào)速閥12進(jìn)入液壓缸左腔，與此同時，系統(tǒng)壓力升高，將液控順序閥7打開，并關(guān)閉單向閥9，使液壓缸實現(xiàn)差動連接的油路切斷?；赜徒?jīng)順序閥7和背壓閥6回到油箱。這時的主油路是：進(jìn)油路：濾油器1變量泵2單向閥3電液換向閥5的P口到A口管路10調(diào)速閥12二位二通電磁換向閥14管路18液壓缸19左腔。回油路：缸19右腔管路20電液換向閥5的B口到T口管路8順序閥7背壓閥6油箱。因為工作進(jìn)給時油壓升高，所以變量泵2的流量自動減小，動力滑臺向前作第一次工作進(jìn)給，進(jìn)給量的大小可以用調(diào)速閥12調(diào)節(jié)。4 第二次工作進(jìn)給(二工進(jìn))在第一次工作進(jìn)給結(jié)束時，滑臺上的擋鐵壓下行程開關(guān)，使電磁閥14的電磁鐵3YA得電，閥14右位接入工作，切斷了該閥所在的油路，經(jīng)調(diào)速閥12的油液必須經(jīng)過調(diào)速閥13進(jìn)入液壓缸的右腔，其它油路不變。由于調(diào)速閥13的開口量小于閥12，進(jìn)給速度降低，進(jìn)給量的大小可由調(diào)速閥13來調(diào)節(jié)。設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注5 死擋鐵停留當(dāng)動力滑臺第二次工作進(jìn)給終了碰上死擋鐵后，液壓缸停止不動，系統(tǒng)的壓力進(jìn)一步升高，達(dá)到壓力繼電器15的調(diào)定值后，經(jīng)過時間繼電器的延時，在發(fā)出電信號，使滑臺退回。在時間繼電器延時動作前，滑臺停留在死擋塊限定的位置上。6 快退時間繼電器發(fā)出信號后，2YA得電，1YA失電，3YA斷電，電液換向閥5右位工作，這時的主油路是：進(jìn)油路：濾油器1變量泵2單向閥3管路4換向閥5的P口到B口管路20缸19的右腔?；赜吐罚焊?9的左腔管路18單向閥16管路11電液換向閥5的A口到T口油箱。這時系統(tǒng)的壓力較低，變量泵2輸出流量大，動力滑臺快速退回。由于活塞桿的面積大約為活塞的一半，所以動力滑臺快進(jìn)、快退的速度大致相等。7 原位停止當(dāng)動力滑臺退回原始位置時，擋塊壓下行程開關(guān)，這時電磁鐵1YA、2YA、3YA都失電，電液換向閥5處于中位，動力滑臺停止運動，變量泵2輸出油液的壓力升高，使泵的流量自動減至最小。電磁鐵動作順序如表3：表3電磁鐵和形成閥的動作表工作循環(huán)電磁鐵形成閥1YA2YA3YA快進(jìn)+_+_+二工進(jìn)+_+死擋鐵停留+_+快退_+_+/-原位停止_設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注通過以上分析可以看出，為了實現(xiàn)自動循環(huán)，該液壓系統(tǒng)應(yīng)用了下列一些基本回路： 調(diào)速回路：采用了有限壓式變量泵和調(diào)速閥的調(diào)速回路，調(diào)速閥放在進(jìn)油路上，回油經(jīng)過背壓閥； 快速運動回路：應(yīng)用限壓式變量泵在低壓時輸出的流量大的特點，并采用差動連接來實現(xiàn)快速前進(jìn)； 換向回路：應(yīng)用電液換向閥實現(xiàn)換向，工作平穩(wěn)、可靠，并由壓力繼電器與時間繼電器發(fā)出的電信號控制換向信號； 快速運動與工作進(jìn)給的換接回路：采用形成換向閥實現(xiàn)速度的換接，換接的性能較好，同時利用換向后，系統(tǒng)中的壓力升高使液控順序閥接通，系統(tǒng)由快速進(jìn)給的差動連接轉(zhuǎn)換使回油排回油箱； 兩種工作進(jìn)給的換接回路：采用了兩個調(diào)速閥串聯(lián)的回路結(jié)構(gòu)。設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注五、液壓元件的選擇5.1 液壓泵的選擇根據(jù)壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/33型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和33mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時，其理論流量分別為5.6 L/min和31L/min。5.2 閥類元件及輔助元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表3所列。其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用Q6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03 L/min，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時的流量0.5L/min。5.3 油管的選擇(1)油管內(nèi)徑d按下式計算： 式中：q為通過油管的最大流量(m3/s)；為管道內(nèi)允許的流速(m/s)。一般吸油管取0.55(m/s)；壓力油管取2.55(m/s)；回油管取1.52(m/s)。(2)油管壁厚按下式計算：式中：p為管內(nèi)最大工作壓力；為油管材料的許用壓力，=b/n；b為材料的抗拉強(qiáng)度；n為安全系數(shù)，鋼管p7MPa時，取n=8；p17.5MPa時，取n=6；p17.5MPa時，取n=4。根據(jù)計算出的油管內(nèi)徑和壁厚，查手冊選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管。5.4 油箱的計算初步確定油箱的有效容積,跟據(jù)經(jīng)驗公式來確定油箱的容量：V= 式中-液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積 -經(jīng)驗系數(shù)表4液壓元件規(guī)格及型號序號元件名稱通過的最大流量q/L/min規(guī)格型號額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵PV2R12-6/335.1/27.9*162三位五通電液換向閥7035DY100BY1006.30.33行程閥62.322C100BH1006.30.34調(diào)速閥<1Q6B66.35單向閥70I100B1006.30.26單向閥29.3I100B1006.30.27液控順序閥28.1XY63B636.30.38背壓閥<1B10B106.39溢流閥5.1Y10B106.310單向閥27.9I100B1006.30.211濾油器36.6XU80×200806.30.0212壓力表開關(guān)K6B13單向閥70I100B1006.30.214壓力繼電器PFB8L14表5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管管路名稱 通過流量/(L/s)允許流速/(m/s)管道內(nèi)徑/m實際取值/m主泵吸油管2.50.80.04210.045主泵排油管2.5640.0170.024表6油箱經(jīng)驗系數(shù)表系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金系統(tǒng)12245761210設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注六、液壓系統(tǒng)性能的運算必要時，對液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進(jìn)行驗算，如果有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗的同類設(shè)備可供類比參考，或有可靠的實驗結(jié)果，那么液壓可以不再進(jìn)行驗算。6.1壓力損失的驗算在前面確定液壓泵的最高工作壓力時，關(guān)于壓力損失是進(jìn)行估算的。現(xiàn)在系統(tǒng)的元件、管道直徑、管接頭等都確定下來了，所以需要驗算一下管路系統(tǒng)的壓力損失，看其是否在假設(shè)范圍內(nèi)，借此可以較準(zhǔn)確地確定液壓泵的工作壓力，并可確定各種壓力閥的調(diào)定壓力值，保證系統(tǒng)的工作性能。液壓泵應(yīng)用一定的壓力儲備量，如果計算出的系統(tǒng)調(diào)整壓力大于液壓泵的額定壓力的75%，則應(yīng)該重新選擇元件規(guī)格和管道尺寸，以減小壓力損失，或者另選額定壓力較高的液壓泵。液壓系統(tǒng)的的壓力損失包括管道內(nèi)的沿程損失和局部損失以及閥類元件的局部損失三項。計算系統(tǒng)壓力損失時，不同的工作階段要分開來計算?；赜吐飞系膲毫p失要折算到進(jìn)油路上。因此，某一工作階段液壓系統(tǒng)的總的壓力損失為式中 系統(tǒng)進(jìn)油路的總壓力損失；設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注進(jìn)油路總的沿程壓力損失進(jìn)油路總的局部損失進(jìn)油路上閥的總損失閥的額定壓力損失，由產(chǎn)品樣本中查到； 閥的額定流量； 通過閥的實際流量；系統(tǒng)回油路的總壓力損失； 回油路總的沿程損失；回油路總的局部損傷；回油路上閥的總損失，計算方法同進(jìn)油路；液壓缸進(jìn)油腔的面積；液壓缸回油腔的面積。設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注式中 液壓缸工作腔的壓力。6.2 油液溫升驗算液流經(jīng)液壓泵、執(zhí)行元件、溢流閥或其它閥及管道的功率損失都將轉(zhuǎn)化為熱能，使系統(tǒng)發(fā)熱，油溫升高。油溫升高過多，會造成系統(tǒng)的泄漏增加，運動件動作失靈，油液變質(zhì)，縮短橡膠圈的壽命等不良后果，所以，為了使液壓缸保持正常工作，應(yīng)使油溫保持在許可的范圍之內(nèi)。（1）系統(tǒng)發(fā)熱量計算在單位時間內(nèi)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量（即損失功率）可由下式計算。式中 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量（W）；Pp液壓泵的輸入功率（W），Pp =pq/；Pe執(zhí)行元件的有效功率（W），P=Fv。（2）散熱面積計算當(dāng)油箱的三個邊長之比為1：1：1到1：2：3范圍內(nèi)，且油位是油箱高度的0.8時，其散熱面積可用下式計算。A= (m2) （3）系統(tǒng)的溫升設(shè)計內(nèi)容設(shè)計說明及計算過程備注系統(tǒng)的散熱功率，KW；油液的溫升，；油箱散熱系數(shù)，見表油箱散熱面積，m2。在液壓系統(tǒng)中，工作介質(zhì)溫度一般不應(yīng)超過70，因此在進(jìn)行發(fā)熱計算時，工作介質(zhì)溫度不應(yīng)超過65，如果計算溫度過高，就必須采取增大油箱散熱面積或增加冷卻器等措施。表7油箱散熱系數(shù)散熱條件散熱系統(tǒng)散熱條件散熱系數(shù)通風(fēng)很差89風(fēng)扇冷卻23通風(fēng)良好1517.5循環(huán)水冷卻110175設(shè)計小結(jié)這是本學(xué)期最有難度的一次課程設(shè)計，除了工作量大，相關(guān)資料的缺乏是我們遇到的最大困難。本次的設(shè)計課題是單頭車床液壓系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計的主要任務(wù)是：單頭臥式車床，擬采用零件固定、刀具旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的加工方式。工作循環(huán)是：快進(jìn)工作進(jìn)給工作進(jìn)給快退原位停止。車床的最大鉆削力為Fmax=2000N，鉆削頭部件質(zhì)量為m=500kg，快進(jìn)速度為2m/min；工進(jìn)速度為0.6m/min；工進(jìn)速度為0.4m/min；加、減速時間t0.2s，鉆削頭部件運動時，靜摩擦力Ffs=1000N，動摩擦力Ffd=500N，執(zhí)行元件的總效率為0.9，系統(tǒng)總壓力損失為0.5MPa。這需要我們更多的了解車床的工作原理以及液壓回路、液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?？傊?，本次課程設(shè)計是我們更好的運用本學(xué)期所學(xué)的課程，同時未畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。感想通過對本次單頭臥式車床液壓系統(tǒng)設(shè)計，使我對液壓傳動有了比較全面的認(rèn)識，并且將理論應(yīng)用于實踐，巧妙的理論、實際的結(jié)合，是我的各項能力有了全面的認(rèn)識與提高。特別是我作為一名即將畢業(yè)的大三學(xué)生，通過此次的課程設(shè)計，對我以后的學(xué)習(xí)和工作有了很大的幫助。在本次的課程設(shè)計中，老師、同學(xué)都幫助著我才能使我順利的完成本次設(shè)計，老師的細(xì)心講解與同學(xué)共同商討使我對液壓傳動有了全方面的認(rèn)識與了解，同時也拓展了我的視野和眼界。在本次設(shè)計中，我們有大量的知識都沒有學(xué)到，圖書館和網(wǎng)絡(luò)成了我們最大的助手，在查閱的過程中我們也學(xué)會了取舍，懂得合理的利用。同時也鍛煉了我們，讓我們對以后走向社會有了更多的墊腳石。我們在設(shè)計中，學(xué)到了各式各樣的知識，是我很受益匪淺，感覺收獲蠻多的！既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實踐，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在設(shè)計的過程中，我學(xué)會了沉著冷靜,坦然去面對問題,因為一切都會過去的,慌張只是徒勞! 發(fā)現(xiàn)事情不合理時，要學(xué)會及時去改正。而這一點也是我做得相當(dāng)不夠的。當(dāng)組內(nèi)有些成員沒有積極性時，我是什么辦法都沒有采??！沒有和組員去溝通，讓他們沒有學(xué)到更多的知識。當(dāng)然，我們這個項目還是完成了。但卻放送了他們學(xué)習(xí)的積極性，其實他們不是沒有積極性的，只是沒有給他們明確的任務(wù)，缺乏討論，沒有一定的規(guī)則，讓他們感覺無事可做。溝通太少，同時也讓他們感覺不到那種樂趣。從一開始我們就應(yīng)該制定屬于自己的恩無計劃，哪些東西必須由誰來做，然后大家一起來分析討論，得出結(jié)果。這樣效果或許會好很多。總之，課程設(shè)計不僅僅只是給我們帶來學(xué)習(xí)上的提升，也帶來了各方面的提升。參考文獻(xiàn)1 陳桂芳 毛汝生編，液壓與氣動技術(shù)，北京理工大學(xué)出版社，2007，22 朱 梅 朱光力編， 液壓與氣動技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社，2004,63 王積偉 張宏甲編，液壓與氣壓傳動，機(jī)械工業(yè)出版社，2005,1 （注：可編輯下載，若有不當(dāng)之處，請指正，謝謝!）