機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-立式鉆床液壓系統(tǒng)的設(shè)計【全套圖紙】

I 摘要 本設(shè)計在分析了鉆床技術(shù)要求的基礎(chǔ)上,根據(jù)立式鉆床的特點和要求，進行它 的液壓系統(tǒng)設(shè)計，重點介紹這種鉆床的液壓系統(tǒng)工作原理、液壓系統(tǒng)的設(shè)計、閥 塊塊設(shè)計和油箱及液壓泵站的設(shè)計。該液壓系統(tǒng)性能良好,工作穩(wěn)定。 本次畢業(yè)設(shè)計的題目是鉆床液壓系統(tǒng)的設(shè)計,設(shè)計時考慮的功能比較齊全。由 于本系統(tǒng)的壓力小(3MPa),流量小,普通的滑閥就能滿足其要求。 鉆床液壓泵站是近年來發(fā)展起來的設(shè)備，自動化程度較高。本文先對鉆床液 壓系統(tǒng)的要求進行了闡述，并對設(shè)計要求和設(shè)計步驟進行了說明。主要是對閥， 泵，馬達和缸的選取，油箱，閥塊及閥組的設(shè)計，系統(tǒng)的性能較核與驗算為主。 并且對本液壓系統(tǒng)的保養(yǎng)與維護有著詳細的說明和要求。 近 30 年來，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、微電子 技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、 檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，在國民經(jīng)濟的各個部門都得到了應(yīng)用，如工 程機械、數(shù)控加工中心、冶金自動線等。采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國 家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。 關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；液壓技術(shù)；液壓泵站 II Abstract The design of the analysis of the drilling machine technology request, based on the characteristics of vertical drilling and requirements for the hydraulic system design, which focuses on the drilling hydraulic system principle, hydraulic system design, Valve design and horizontal tank and pump station design. The hydraulic system is in good, stable jobs. The Design graduate Rocker is the subject of drilling machine hydraulic system design, design considerations of the function of a relatively complete. Due to the pressure of the system is small (C306), flow of small, ordinary slide valve will be able to meet its requirements. Drilling hydraulic station is developed in recent years for equipment, a higher degree of automation. The article focuses on the drilling hydraulic system to the requirements of the paper, the design requirements and design steps described. The main valve, pump, motor and cylinder selection, tanks, valves and valve block to the block design, the performance of the system than nuclear and mainly checking. And the right hydraulic system maintenance and maintenance is a detailed description and requirements. Nearly 30 years, as a result of nuclear energy technology, aerospace technology, control technology, material science, microelectronics technology disciplines, such as the development of hydraulic technology will once again push forward into it, including transmission, control, Detection of a complete automation technology, in every sector of the national economy have been applied, such as engineering machinery, CNC Machining Center, metallurgical automatic lanes. Hydraulic Drive has become a national industrial measuring the level of one of the important signs. Key words: hydraulic systems;hydraulic technology; pump station 目錄 前言1 1 緒論2 1.1 課題選擇的意義2 1.2 液壓系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用3 1.3 液壓傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點3 1.3.1 優(yōu)點4 1.3.2 缺點5 2.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟6 2.2 設(shè)計要求6 2.3 鉆床對液壓系統(tǒng)的要求7 3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計8 3.1 制定調(diào)速方案8 3.2 制定壓力控制方案8 3.3 制定順序動作方案9 3.4 選擇液壓動力源9 3.5 繪制液壓系統(tǒng)圖10 4 液壓執(zhí)行元件的設(shè)計計算與選用12 4.1 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)12 4.1.1 鉆床機床控制液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù)12 4.1.2 初步估算系統(tǒng)工作壓力12 4.1.3 系統(tǒng)工作流量的選擇12 4.2 管道尺寸的確定13 4.3 各種閥類的選擇13 4.3.1 換向閥的選取13 4.3.2 單向閥的選擇14 4.3.3 減壓閥的選擇14 4.3.4 壓力繼電器的選擇14 4.4 液壓泵的選擇15 4.5 液壓泵驅(qū)動電機的選擇15 4.6 液壓馬達的選取16 4.7 確定油箱的有效容積16 4.8 液壓缸的載荷力計算17 5 系統(tǒng)性能驗算18 5.1 沿程壓力損失18 5.2 局部壓力損失18 6 系統(tǒng)發(fā)熱量的計算20 6.1 計算發(fā)熱功率20 6.2 計算散熱功率20 7 液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維護22 7.1 安裝前的技術(shù)準備工作22 7.1.1 液壓元件質(zhì)量檢查22 7.1.2 液壓輔件質(zhì)量檢查23 7.1.3 管子和接頭質(zhì)量檢查、管接頭壓力等級應(yīng)符合設(shè)計要求.23 7.2 液壓管道的安裝要求24 7.3 液壓件安裝要求26 7.3.1 泵的安裝26 7.3.2 集成塊的安裝27 7.4 液壓系統(tǒng)清洗27 7.5 調(diào)試28 7.6 保養(yǎng)29 8 結(jié)論30 參考文獻31 致謝32 附錄 A133 附錄 A240 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 1 - 前言 液壓傳動相對于機械傳動來說，它是一門新學(xué)科，從 17 世紀中葉帕斯卡提出 靜壓傳動原理，18 世紀末英國制成第一臺水壓機算起，液壓傳動已有 23 百年 的歷史，只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動技術(shù)沒有得到普遍 地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對傳動技術(shù)的要求越來越高，液壓傳動技術(shù) 自身也在不斷發(fā)展。 第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出 現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用機床到本世紀 30 年代才用上了液壓傳動。第 二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動作準的液壓傳動和控制 裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技 術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準的不斷制訂和完善及各類元件的標(biāo)準化、規(guī)格 化、系列化而在機械制造，工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來。 隨著我國基本建設(shè)規(guī)模的快速發(fā)展，各類土建工程對質(zhì)量、工期、工藝、安 全、成本及社會效益的要求越來越高，從而有力地推動了與之相關(guān)的國內(nèi)工程機 械市場的快速發(fā)展。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 2 - 1 緒論 1.1 課題選擇的意義 液壓傳動控制是工業(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。因為液壓傳動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。液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實現(xiàn)各種機械和自動控制的 學(xué)科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機 組合成為完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。 圖 1-1 液壓傳動能量傳遞過程 從原理上來說，液壓傳動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，這樣就可以達到一個變換的 目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞2。 圖 1-2 液壓傳動基本原理 液壓作為一個廣泛應(yīng)用的技術(shù)，在未來更是有廣闊的前景。隨著計算機的深 入發(fā)展，液壓控制系統(tǒng)可以和智能控制的技術(shù)、計算機控制的技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起 來，這樣就能夠更多的場合中發(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)。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 3 - 1.2 液壓系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用 液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門新技術(shù)。自 1795 年制成第一臺水壓機 起，液壓技術(shù)就進入了工程領(lǐng)域，1906 年開始應(yīng)用于國防戰(zhàn)備武器。第二次世界 大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要反應(yīng)快和精度高的自動控制系統(tǒng)，因而出現(xiàn)了 液壓伺服系統(tǒng)。20 世紀 60 年代以后，由于原子能、空間技術(shù)、大型船艦及計算 機技術(shù)的發(fā)展，不斷地對液壓技術(shù)提出新的要求，液壓技術(shù)相應(yīng)也得到了很大發(fā) 展，滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域中。在工程機械、冶金、軍工、農(nóng)機、汽車、輕 紡、船舶、石油、航空、和機床工業(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)用于智能機器人、海洋開發(fā)、宇宙航行、地震預(yù)測及各種電液伺服系 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，減小元件的重量和體 積，提高元件壽命，研制新的傳動介質(zhì)以及液壓傳動系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計、計 算機仿真和優(yōu)化設(shè)計、微機控制等工作，也日益取得顯著成果。 解放前，我國經(jīng) 濟落后，液壓工業(yè)完全是空白。解放后，我國經(jīng)濟獲得迅速發(fā)展，液壓工業(yè)也和 其它工業(yè)一樣，發(fā)展很快。20 世紀 50 年代就開始生產(chǎn)各種通用液壓元件。當(dāng)前， 我國已生產(chǎn)出許多新型和自行設(shè)計的系列產(chǎn)品，如插裝式錐閥、電液比例閥、電 液伺服閥、電液脈沖馬達以及其它新型液壓元件等。但由于過去基礎(chǔ)薄弱，所生 產(chǎn)的液壓元件，在品種與質(zhì)量等方面和國外先進水平相比，還存在一定差距，我 國液壓技術(shù)也將獲得進一步發(fā)展，它在各個工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見，液壓技 術(shù)也將獲得進一步發(fā)展，它在各個工業(yè)部門中的用應(yīng)，也將會越來越廣泛。 現(xiàn)代機械一般多是機械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個綜合體。液 壓傳動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計在現(xiàn)代 機械的設(shè)計工作中占有重要的地位。 1.3 液壓傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點 液壓傳動中所需要的元件主要有動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件 等。其中液壓動力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動力的部件，主要包括各種液壓泵。液 壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的 一種液壓泵，它通過兩個嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動使得液體進行運動。其他的液壓泵還 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 4 - 有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時候主要需要注意的問題包括消耗的能量、 效率、降低噪音。 除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元件包括管 路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個器件，我們就 能夠建設(shè)出一個液壓回路。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。根據(jù)不同的控制目標(biāo)，我們能夠設(shè)計不同的回路，比如壓力控制回路、 速度控制回路、多缸工作控制回路等。 液壓傳動的應(yīng)用性是很強的，比如裝卸堆碼機液壓系統(tǒng)，它作為一種倉儲機 械，在現(xiàn)代化的倉庫里利用它實現(xiàn)紡織品包、油桶、木桶等貨物的裝卸機械化工 作。也可以應(yīng)用在萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)等生產(chǎn)實踐中。這些系統(tǒng)的特點是功率 比較大，生產(chǎn)的效率比較高，平穩(wěn)性比較好。 1.3.1 優(yōu)點 1) 傳動平穩(wěn) 在液壓傳動裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下 可以認為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中 還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，故不像機械機構(gòu)因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊， 使傳動十分平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求傳動平穩(wěn)的機 械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。 2)質(zhì)量輕體積小 液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的 條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏；這對液壓仿形、液 壓自動控制和要求減輕質(zhì)量的機器來說，是特別重要的。例如我國生產(chǎn)的 1m3 挖 掘機在采用液壓傳動后，比采用機械傳動時的質(zhì)量減輕了 1t。 3) 承載能力大 液壓傳動易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機、 隧道掘進機、萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。 4)容易實現(xiàn)無級調(diào)速 在液壓傳動中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實現(xiàn)無級凋速，并 且調(diào)速范圍很大，可達 2000：1，很容易獲得極低的速度。 5) 易于實現(xiàn)過載保護 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護措施，能夠自動防止 過載，避免發(fā)生事故。 6) 液壓元件能夠自動潤滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動裝置 能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。 7)容易實現(xiàn)復(fù)雜的動作 采用液壓傳動能獲得各種復(fù)雜的機械動作，如仿形車 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 5 - 床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件 8) 簡化機構(gòu) 采用液壓傳動可大大地簡化機械結(jié)構(gòu)，從而減少了機械零部件 數(shù)目。 9) 便于實現(xiàn)自動化 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，很容易實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動 在組合機床和自動線上應(yīng)用得很普遍。 10)便于實現(xiàn)“三化” 液壓元件易于實現(xiàn)系列比、標(biāo)準化和通用化也易于設(shè) 計和組織專業(yè)性大批量生產(chǎn)，從而可提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本3。 1.3.2 缺點 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 護比較嚴格。 2) 實現(xiàn)定比傳動困難 液壓傳動是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對運動表面間不 可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動比 要求嚴格的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統(tǒng)。 3) 油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低 溫的環(huán)境下工作。 4) 不適宜遠距離輸送動力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜 遠距離輸送動力。 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 和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。 6) 油液容易污染 油液污染后，會影響系統(tǒng)工作的可靠性。 7) 發(fā)生故障不易檢查和排除。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 6 - 2 液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計 液壓系統(tǒng)是機械伺服裝置中的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。即使在機電類元件獲得長足進步的 今天，液壓系統(tǒng)仍以其高功率/重量比，響應(yīng)快，低速特性好等特點而在不少系統(tǒng) 當(dāng)中扮演舉足輕重的角色。在現(xiàn)代電子和控制技術(shù)推動下涌現(xiàn)出了一些原理新穎， 物美價廉的液壓元器件，給這一傳統(tǒng)的技術(shù)帶來了新的生機。液壓傳動系統(tǒng)是液 壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進行。著 手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動 的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方 便的液壓傳動系統(tǒng)。 2.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟 1) 明確設(shè)計方案； 2) 確定液壓執(zhí)行元件的形式； 3)進行工況分析，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)的性能驗算； 7)繪制工作圖，編制技術(shù)文件4。 2.2 設(shè)計要求 設(shè)計要求是進行每項工程設(shè)計的依據(jù)，在制定基本方案并進一步著手液壓系 統(tǒng)各部分設(shè)計之前，必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。 目前，大部分的鉆床機床的卡盤，鉆頭等都是由液壓來控制的。而他們的基 本工作原理都是：通過液壓系統(tǒng)回路，來實現(xiàn)控制卡盤的卡緊，松開及對不同的 零件類型來實現(xiàn)正鉆，反鉆的控制。而它們的工作循環(huán)大都為： 快進卡緊保壓鉆孔松開 其中快進和卡緊并不是通過高低壓的換向來控制，而是通過負載的增加來實 現(xiàn)的，而保壓過程是通過換向閥來實現(xiàn)的，而它是保證卡緊力在突然斷電等事故 發(fā)生時保護設(shè)備和人員安全的必要設(shè)備。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 7 - 2.3 鉆床對液壓系統(tǒng)的要求 1)卡盤卡緊，松開時動作要求平穩(wěn)，在進行動做換向時不應(yīng)有沖擊； 2) 當(dāng)卡盤卡緊后，液壓缸機構(gòu)應(yīng)具有足夠的保壓能力，以防止因系統(tǒng)內(nèi)瀉而 造成工件的脫落或當(dāng)數(shù)控機床在加工零件是因為卡緊力不夠而使工件軸向不垂直， 加工零件尺寸出現(xiàn)偏差。 3)系統(tǒng)中要有減壓裝置，其作用為當(dāng)卡盤接觸工件時，系統(tǒng)壓力忽然升高， 為防止因壓力過大而造成加上工件的事故發(fā)生，該系統(tǒng)在工作過程中因為恒壓。 4)鉆頭工作時應(yīng)沒有沖擊，爬行等不良現(xiàn)象。所以對系統(tǒng)的密封應(yīng)有較高的 標(biāo)準。 5) 為保證安全生產(chǎn)，避免忽然斷電以及電機損壞等突發(fā)事件的發(fā)生，系統(tǒng)中 應(yīng)有連鎖保壓裝置。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 8 - 3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 3.1 制定調(diào)速方案 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核 心問題。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)， 大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多 采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。 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)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效 率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。 容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調(diào)速的目的。其優(yōu)點是沒 有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此 種調(diào)速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(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。 節(jié)流調(diào)速又分別有進油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進油節(jié)流起動 沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。 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)簡單，散熱性好，但油箱體 積大，容易混入空氣。 容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行 元件的排油口相通，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差5。 3.2 制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時，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 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 9 - 作，也有的需要多級或無級調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供 油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。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作用。 在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得 到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油， 而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來 獲得所需的工作壓力。 3.3 制定順序動作方案 主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運行，有 的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向 閥控制。加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動到 一定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程 閥來控制接續(xù)的動作。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)接比較方便的場合。 另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經(jīng)過一段時間，當(dāng) 泵正常運轉(zhuǎn)后，延時繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關(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床、擠壓機壓力機等場合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完 成預(yù)定動作時，回路中的壓力達到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打 開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個動作。 3.4 選擇液壓動力源 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)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。 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，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。 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 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 10 - 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6。 3.5 繪制液壓系統(tǒng)圖 根據(jù)上述分析，可以基本擬訂本次所設(shè)計的鉆床液壓系統(tǒng)的原理圖及電磁鐵 動作表： 表 3-1 電磁鐵動作 YV1YV2YV3YV4 缸進給+- 缸返回-+ 馬達正轉(zhuǎn)+- 馬達反轉(zhuǎn)-+ 圖 3-1 液壓原理圖 整機的液壓系統(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 時要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免 誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率7。 為便于液壓系統(tǒng)的維護和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件 （如壓力表、溫度計等） 。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 11 - 大型設(shè)備的關(guān)鍵部位，要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時能迅速更換，保 證主要連續(xù)工作。 各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準件，在圖中要按國家標(biāo)準規(guī)定的液壓元件職能 符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設(shè)計的非標(biāo)準元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。 系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及 各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 12 - 4 液壓執(zhí)行元件的設(shè)計計算與選用 4.1 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)就是壓力和流量，他們是設(shè)計液壓系統(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)行元件的運動速度和結(jié)構(gòu)尺 寸。 4.1.1 鉆床機床控制液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù) 系統(tǒng)工作壓力：2.5-3Mpa 系統(tǒng)流量：16.7L/Min 馬達工作壓力：1.5Mpa 馬達轉(zhuǎn)數(shù)范圍：100-2000r/min 液壓油缸工作壓力：1Mpa 4.1.2 初步估算系統(tǒng)工作壓力 此鉆床液壓控制系統(tǒng)，壓力最大時是在馬達全速運轉(zhuǎn)時，此時，油壓是由泵 提供的，其它工況時，載荷都沒有此時大，所以系統(tǒng)的工作壓力暫定為此時的工 作壓力 1.5Mpa. 而液壓系統(tǒng)的最大工作壓力應(yīng)按下式計算： = + （4-1） 式中 系統(tǒng)最大工作壓力 液壓缸或液壓馬達最大工作壓力 從液壓泵到液壓馬達或液壓缸之間總的管路損失，可按經(jīng)驗數(shù) P 據(jù)選?。汗苈泛唵?，流速不大的取。也Mpa)5 . 02 . 0(P 可選取高于 0.5Mpa 的壓力。 由本設(shè)計系統(tǒng)求得：該系統(tǒng)的最大工作壓力取。Mpa35 . 15 . 1Pp 4.1.3 系統(tǒng)工作流量的選擇 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系統(tǒng)的最大流量進 行計算。用工況中給出的系統(tǒng)最大流量： 。min/L 7 . 16Qp 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 13 - 4.2 管道尺寸的確定 V q4 d v （4-2） 式中 系統(tǒng)流量 v q V系統(tǒng)流速 表 4-1 流速推薦值 管道推薦流速（m/s） 液壓泵吸油管路0.51.5 液壓系統(tǒng)壓油管路36 液壓系統(tǒng)回油管路1.52.6 由上式及相關(guān)資料可求得下表： 表 4-2 各油管內(nèi)外徑實取值 管路名稱流量流速內(nèi)徑實取外徑 吸油管16.7L/min1m/s18.825mm20mm28mm 壓油管16.7L/min4m/s9.41mm10mm14mm 回油管16.7L/min2m/s13.31mm14mm18mm 4.3 各種閥類的選擇 根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)要求，選擇一個有電磁換向閥，疊加式雙單向節(jié)流閥， 疊加式壓力計電器，疊加式減壓閥組成液壓回路。實現(xiàn)卡盤的卡緊，松開和退回， 鉆頭的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等動作。閥的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和工作年限來通過樣本的 選取決定8。 4.3.1 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 以下時可采 用滑閥式換向閥。70L/min 以下時通常用電磁換向閥。 控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也可以有 20以內(nèi)的 短時間過流量。 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)品型號為：4WE6E6X/EG24NZ5L/B10。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 14 - 4.3.2 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)選擇疊加式雙單向節(jié)流閥，具體型號和尺寸可由相關(guān)廠家樣本中查得。 其中疊加式雙單向節(jié)流閥的型號為：Z2FS6-3-L4X/2Q。 4.3.3 減壓閥的選擇 減壓閥根據(jù)不同的需要，可將液壓系統(tǒng)區(qū)分成不同的壓力油路，例如控制機 構(gòu)的控制油路或其他輔助油路，以使不同的執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生不同的工作力；減壓閥 也可用作穩(wěn)定油路工作壓力的調(diào)節(jié)裝置，使油路不受壓力源壓力變化及其他閥門 工作時引起壓力波動的影響。 根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的減壓閥為疊加式 P 口減壓閥，具體型號和尺寸 可由相關(guān)廠家樣本中查得。 本系統(tǒng)中的疊加式減壓閥型號為：ZDR6DP3-30/2.5YM。 4.3.4 壓力繼電器的選擇 壓力繼電器是利用液體壓力信號來啟動或關(guān)閉電器觸點的液壓電器轉(zhuǎn)換元件。 它在油液壓力達到其設(shè)定壓力時，發(fā)出電信號，控制電器元件動作，實現(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，具體型號和 尺寸可由相關(guān)廠家樣本中查得9。 疊加式壓力繼電器的型號為：HED40H10/5Z14/2。 表 4-3 系統(tǒng)中所用到的元件現(xiàn)總結(jié) 序號名稱數(shù)量規(guī)格 1減壓閥2ZDR6DP3-30/2.5YM 2壓力繼電器1HED4OH10/5Z14/2 3雙單向節(jié)流閥2Z2FS6-3-L4X/2Q 4電磁換向閥24WE6E6X/EG24NZ5L/B10 5WU 型網(wǎng)式過濾器1WU-40180 6空氣濾清器1QUQ1-200.4 7液位計1YWZ-80T 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 15 - 4.4 液壓泵的選擇 1) 確定液壓泵的最大工作壓力： p P Mpa5 . 35 . 03PPP 1p （4-3） 式中 系統(tǒng)額定壓力1P 從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達入口之間總的管路損失。 P 的準確計算要待元件選定并會出管路圖時才能進行，初 P 算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵?，流速不大的，取 Mpa)5 . 02 . 0(P 2) 確定液壓泵的流量： p Q )Q(KQ maxp （4-4） 式中 K泄露系數(shù) 一般取1.1-1.3； 系統(tǒng)最大流量 max Q 發(fā)生在馬達全速運轉(zhuǎn)時: max Q min/L 3 . 16min/ r1000r /ml 3 . 16Qmax min/19 3 . 162 . 1)( max LQKqvp 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 p P p Q 冊中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備，所以選擇的泵的額定壓 力一般要比最大工作壓力大。%60%25 泵取 YBX-16 限壓式變量泵，排量調(diào)節(jié)為 ，額定壓力 6.3Mpa， 1 r /ml250 調(diào)節(jié)范圍 ，轉(zhuǎn)速 ，驅(qū)動功率為 2.6Kw 效率 。Mpa3 . 60 . 2 1 min/ r1500600 00 70 4.5 液壓泵驅(qū)動電機的選擇 液壓泵在額定壓力和額定流量下工作時，其驅(qū)動電機的功率一般可直接從產(chǎn) 品樣本或技術(shù)手冊中查得，但其數(shù)值在實際中往往偏大。因此，也可以根據(jù)具體 工況用下述方法計算出來10。 整個系統(tǒng)中所需功率最大的工況是發(fā)生在馬達最大轉(zhuǎn)速的情況下。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 16 - p vppq P P （4-5） 式中 泵的最大工作壓力 p P 泵的流量 vp q 泵的總效率 p P=kw2 . 1 608 . 0 193 綜上所述，由廠家樣本中查出本系統(tǒng)所選擇的電機型號為 Y90L-4B35 額定功 率 1.5kw 轉(zhuǎn)速 1440r/min 4.6 液壓馬達的選取 由系統(tǒng)所給定的馬達排量為 16.3ml/r，功率為 18.9kw 正常工作時轉(zhuǎn)矩為 ,工作壓力為 1.5Mpa。選用 YM-A19B，理論排量 19ml/r 額定壓力19190N m: 6.0Mpa，調(diào)速范圍 100-2000r/min，最高轉(zhuǎn)矩 10-80N m，機械效率大于 11。 00 90 馬達的載荷轉(zhuǎn)矩 mN18018 n14 . 3 2 kw89 . 1 n2 P T c w （4-6） 取馬達的機械效率 0.95，則理論轉(zhuǎn)矩為 mN19019 95 . 0 18018T T m wn （4-7） 4.7 確定油箱的有效容積 按公式 4-8 初步確定油箱的有效容積 v qV （4-8） 式中 泵每分鐘排出的容積； v q 經(jīng)驗系數(shù) 取；4 L80m08 . 0 204qV 3 v 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 17 - 取 V=100L 4.8 液壓缸的載荷力計算 液壓缸尺寸（由系統(tǒng)給出） D=50mm,d=28mm 行程為 35mm Pd 4 F 2 w （4-9） 式中 d油缸內(nèi)經(jīng)； P油缸壓力； 進給時 KN96. 1105. 0 4 F 2 w 返回時 KNPdDFw35 . 1 1)028 . 0 05 . 0 ( 4 )( 4 2222 （4-10） 表 4-3 液壓油缸的載荷力 名稱工況活塞上的載荷力 進給1.96KN 卡緊油缸 返回1.35KN 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 18 - 5 系統(tǒng)性能驗算 本系統(tǒng)比較簡單，執(zhí)行元件較少并且動作簡單。管路損失很小，故主要驗算 各元件的壓力損失對系統(tǒng)造成的影響12。 5.1 沿程壓力損失 主要是壓油管的壓力損失，管長 0.5m，內(nèi)徑 0.01m，流量 16.7L/min 選用 L- HL 礦物油型液壓油，正常運轉(zhuǎn)時的運動粘度 V=35.2，油液的密度 2 (40 ) mm s 。 3 m kg 900 油在管中實際的流速為 s/m5 . 2 )01 . 0 ( 4 7 . 16 d 4 q V 22 v （5-1） 2320852 10 2 . 35 01 . 0 5 . 2Vd R 6 e （5-2） 油在管路中呈亂流流動狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為： 0751 . 0 852 64 R 64 e （5-3） Mpa V d l P01 . 0 900 2 5 . 2 01 . 0 5 . 0 0751 . 0 2 22 1 （5-4） 5.2 局部壓力損失 局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失，以及 通過控制閥的局部壓力損失，其中管路局部壓力損失相對來說小得多，故主要計 算通過控制閥的局部壓力損失。 參看系統(tǒng)原理圖可知從泵口到執(zhí)行元件要經(jīng)過減壓閥，節(jié)流閥，換向閥各閥 的性能如下表 5-1 所示： 表 5-1 各閥額定壓力損失 名稱額定流量額定壓力損失 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 19 - 減壓閥30L/min0.21Mpa 節(jié)流閥80L/min0.315Mpa 換向閥80L/min0.35Mpa 所以通過各閥的局部壓力損失之和為： Mpa09 . 0 80 7 . 16 35 . 0 80 7 . 16 315 . 0 30 7 . 16 21 . 0 P 222 2 （5-5） 由以上計算結(jié)果可求得此系統(tǒng)總的壓力損失為： MpaP10. 001 . 0 09. 0 泵的出口壓力距泵的額定壓力有一定的壓力裕度，所以泵的選取是合適的13。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 20 - 6 系統(tǒng)發(fā)熱量的計算 6.1 計算發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)的功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量。按下式計算其發(fā)熱功率： crhr PPP （6-1） 式中 系統(tǒng)發(fā)熱功率 hr P 系統(tǒng)發(fā)出總功率 r P 系統(tǒng)有用功率 c P 對于本系統(tǒng)來說，是整個工作循環(huán)中泵的平均輸入功率。 r P Z 1i p ivi r tqP T 1 P （6-2） 式中 系統(tǒng)周期； t T 泵的出口壓力； i P 第 i 臺泵工作時間； i t Z泵的臺數(shù)； 泵的總效率； i p ； tt tT kw3625 . 2 8 . 0 t89 . 1 T 1 P t r 9 . 089 . 1 4 )( 60 1019 35 . 1 4 60 1019 96 . 1 22 3 2 3 dDD Pc kw3346 . 2 9 . 089 . 1 )028 . 0 05 . 0 (14 . 3 60 10419 35 . 1 05 . 0 14 . 3 60 10419 96 . 1 22 3 2 3 kwPPP crhr 0279 . 0 3346 . 2 3625 . 2 6.2 計算散熱功率 前面求得有效容積為 0.1 ，按 求各邊之積： 3 m0.8Vabh 3 0.1 0.125 0.8 a b hm 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 21 - （6-3） 圖 6-1 油箱示意圖 選各邊均為 0.5m。 ab5 . 1bah8 . 1At 式中 有效散熱面積 t A 2 t m275 . 1 5 . 05 . 05 . 115 . 08 . 1A TAKP tthc （6-4） 式中 散熱功率； hc P 散熱系數(shù)；取=； t K t K Cm w 16K 2t 溫差??；TC30T kwkwPhc0279 . 0 612 . 0 30275 . 1 16 油箱散熱功率滿足系統(tǒng)發(fā)熱功率的需要14。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 - 22 - 7 液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維護 7.1 安裝前的技術(shù)準備工作 1) 技術(shù)資料的準備與熟悉 液壓系統(tǒng)原理圖、電氣原理圖、管道布置圖、液壓元件、輔件、管件清單和 有關(guān)元件樣本等，這些資料都應(yīng)準備齊全，以便對具體內(nèi)容和技術(shù)要求逐項熟悉 和研究。 2) 物資準備 按照液壓系統(tǒng)圖和液壓件清單，核對液壓件的數(shù)量，確認所有液壓元件的質(zhì) 量狀況。嚴格檢查壓力表的質(zhì)量，查明壓力表交驗日期，對檢驗時間過長的壓力 表要重新進行校驗，確保準確。 3) 質(zhì)量檢查 液壓元件在運輸或庫存過程中極易被污染和銹