數(shù)控車床夾盤液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)（機(jī)械類）.doc

前言液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，是一門發(fā)展較晚的技術(shù)。自18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)技術(shù)只有二三百年的歷史。直到20世紀(jì)30年代它才較普遍地用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭(zhēng)需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機(jī)構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，液壓技術(shù)不斷應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)及自動(dòng)生產(chǎn)線，從而使它在機(jī)械制造、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)得到推廣應(yīng)用。20世紀(jì)60年代以來(lái)，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，并滲透到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中。液壓技術(shù)開(kāi)始向高速、高壓、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(cat)、計(jì)算機(jī)直接控制(cdc)、機(jī)電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。我國(guó)的液壓工業(yè)開(kāi)始于20世紀(jì)50年代，最初只應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備上，后來(lái)又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械?，F(xiàn)在，我國(guó)的液壓元件隨著從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。我國(guó)的液壓技術(shù)在21世紀(jì)必將獲得更快的發(fā)展。本次設(shè)計(jì)機(jī)床的夾盤液壓系統(tǒng)，運(yùn)用了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的各方面知識(shí)，通過(guò)對(duì)夾盤液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)和工況分析計(jì)算其技術(shù)參數(shù)，選擇系統(tǒng)的回路、元件、附件等。在滿足其使用要求的前提下使系統(tǒng)質(zhì)量輕，體積小，性能完善，維護(hù)方便。1 緒論1.1 液壓技術(shù)的應(yīng)用液壓技術(shù)是涉及液體流動(dòng)和液體壓力規(guī)律的科學(xué)技術(shù)。近十幾年來(lái)，液壓技術(shù)發(fā)展非?？?，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓展，幾乎囊括了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門：工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國(guó)防等各個(gè)部門。如機(jī)械制造業(yè)、其中設(shè)備、礦山機(jī)械、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及化工機(jī)械；又如軍艦上的舵機(jī)、雷達(dá)掃描設(shè)備、坦克、火炮、飛機(jī)、導(dǎo)彈等都采用了液壓技術(shù)。特別是在機(jī)床行業(yè)中，油液采用液壓傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速、自動(dòng)化和在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)頻繁的換向等，所以它的應(yīng)用正在不斷的擴(kuò)大和完善。例如，液壓傳動(dòng)經(jīng)常應(yīng)用在機(jī)床的如下方面。1）機(jī)床往復(fù)運(yùn)動(dòng)龍門刨床的工作臺(tái)、牛頭刨床或插床的滑枕、組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)、拉床刀桿等都是采用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。與機(jī)械傳動(dòng)相比，采用液壓技術(shù)可以大大地減少換向沖擊，降低能量消耗，并能縮短換向時(shí)間，有利于提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。2）機(jī)床回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)床和銑床主軸采用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可是主軸無(wú)極變速。但是，由于液壓傳動(dòng)泄漏是難免的，加之液體的可壓縮性使液壓傳動(dòng)不能保證有嚴(yán)格的傳動(dòng)比；因此，車床的螺紋傳動(dòng)鏈、齒輪機(jī)床的展成傳動(dòng)鏈，亦即具有內(nèi)聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)，尚不能采用液壓傳動(dòng)。3）機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)液壓傳動(dòng)在機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)裝置中應(yīng)用的比較多，如磨床砂輪架快進(jìn)、快退運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置；六角車床、自動(dòng)車床的刀架或轉(zhuǎn)塔架；磨床、鉆床、銑床、刨床的工作臺(tái)；組合機(jī)床的動(dòng)力滑臺(tái)等都廣泛采用了液壓技術(shù)。4）機(jī)床仿形運(yùn)動(dòng)在車床、銑床、刨床上應(yīng)用液壓伺服系統(tǒng)進(jìn)行仿形加工，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面加工自動(dòng)化。隨著電液伺服閥和電子技術(shù)的發(fā)展，各種數(shù)字程序控制機(jī)床和加工中心開(kāi)始普及，提高了機(jī)床自動(dòng)化水平和加工精度，并為計(jì)算機(jī)輔助制造創(chuàng)造了條件。5）機(jī)床輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)床上的卡緊裝置，變速操縱裝置，絲杠螺母間隙消除機(jī)構(gòu)，分度裝置，工件和道具的裝卸、輸送、儲(chǔ)存裝置，都采用了液壓技術(shù)。這樣不但簡(jiǎn)化了機(jī)床結(jié)構(gòu)，而且提高了機(jī)床的自動(dòng)化程度。此外，為了提高機(jī)床的承載能力，滿足高精度、高效率的需要，在大型機(jī)床上應(yīng)用了靜壓技術(shù)，如靜壓導(dǎo)軌、靜壓軸承和靜壓絲杠等。1.2 液壓技術(shù)的發(fā)展我國(guó)的液壓行業(yè)開(kāi)始于20世紀(jì)50年代，隨著工業(yè)迅速發(fā)展逐日發(fā)展壯大，相繼建立了科研機(jī)構(gòu)和專業(yè)生產(chǎn)廠家，從事液壓技術(shù)研究和液壓產(chǎn)品生產(chǎn)。他們不但生產(chǎn)液壓泵、液壓閥等液壓元件，還設(shè)計(jì)制造了許多新型的液壓元件，如電液比例閥、電液伺服閥等。到目前為止，液壓元件的生產(chǎn)，已經(jīng)形成了我國(guó)液壓元件產(chǎn)品的生產(chǎn)系列。液壓技術(shù)的發(fā)展正向著高效率、高精度、高性能方向邁進(jìn)；液壓元件向著體積小、重量輕、微型化和集成化方向發(fā)展；靜壓技術(shù)、交流液壓等新興的液壓技術(shù)正在開(kāi)拓。又由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，更大大推進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展，像液壓系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也都取得了顯著的成績(jī)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，為滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，液壓技術(shù)也將繼續(xù)獲得飛速的發(fā)函，它在各個(gè)工業(yè)部門中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。綜上所述，在機(jī)床行業(yè)，尤其是在卡緊和拖料架等需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)并且頻繁換向的機(jī)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(jì)的過(guò)程中，要盡量發(fā)揮液壓傳動(dòng)與其他傳動(dòng)形式相比所體現(xiàn)出的長(zhǎng)處，把液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)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(diǎn)，盡量滿足顧客的所有要求，才是設(shè)計(jì)的宗旨。2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 本次設(shè)計(jì)是完成數(shù)控車床上高、低壓夾盤裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體的設(shè)計(jì)要求如下：夾盤裝置要實(shí)現(xiàn)“夾盤油缸前進(jìn)夾盤夾緊保壓夾盤油缸后退”的行程循環(huán)。整個(gè)裝置全部采用滑臺(tái)裝置，其靜摩擦系數(shù)0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)0.1，運(yùn)動(dòng)行程見(jiàn)表2-1. 表2-1車床夾盤的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)tab.2-1 the movement and dynamic parameters of the lathe clamp工 況 行程 速度 時(shí)間 最大夾緊力 運(yùn)動(dòng)部件重力 啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間/mm / t/s /n g/n t/s快 進(jìn) 200 0.075 2.510000.05夾緊保壓 0 0 5000(高壓)3000(低壓)快 退 200 0.075 22.2 液壓系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)2.2.1工況分析 由表2-1中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，分析卡盤液壓缸的負(fù)載情況，具體的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-2。表2-2夾盤液壓缸外負(fù)載計(jì)算結(jié)果tab.2-2 the load calculation results of clamping cylinder工 況計(jì)算公式外負(fù)載/n啟 動(dòng)200加 速253快 進(jìn)100夾緊保壓5100反向啟動(dòng)200加 速253快 退100上表中靜摩擦負(fù)載： （21）0.2（1000+0）100n其中 負(fù)載對(duì)動(dòng)力滑臺(tái)的法向力。 動(dòng)摩擦負(fù)載： （22）0.1（1000+0）100n 慣性負(fù)載： （23）153n其中 平均速度/。2.2.2夾盤工作技術(shù)參數(shù)參考表2-3初選液壓缸的高壓設(shè)計(jì)壓力4.5mpa，低壓設(shè)計(jì)壓力3mpa，為了防止夾緊結(jié)束時(shí)發(fā)生前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓。參考表24暫取背壓0.4mpa，并取液壓缸的機(jī)械效率0.94，設(shè)定液壓缸有桿腔為工作腔，則計(jì)算出液壓缸有桿腔的有效面積為 （24） 11.59式中 f油缸的外負(fù)載； 系統(tǒng)的工作壓力。 由速比和有桿腔的面積分別列式23，24： （25） （26）11.59解（23）（24）得液壓缸內(nèi)徑：d4.4cm；活塞桿直徑：d2.2cm，按gb/t2348-1980取標(biāo)準(zhǔn)值：d50mm，d25mm。液壓缸實(shí)際有效面積為無(wú)桿腔： 有桿腔： 由本設(shè)計(jì)分析，只要液壓缸的桿徑能滿足高壓工作的工況，就能滿足低壓工作的工況，所以在低壓工作時(shí)也采用此桿徑值。表2-3按主機(jī)類型選擇系統(tǒng)壓力tab.2-3 select system pressure by the types主機(jī)類型設(shè)計(jì)壓力/mpa機(jī)床精加工機(jī)床0.82半精加工機(jī)床35龍門刨床28主機(jī)類型設(shè)計(jì)壓力/mpa機(jī)床拉床810農(nóng)用機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)1016液壓機(jī)、大中型挖掘機(jī)、中型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械2032地質(zhì)機(jī)械、冶金機(jī)械、地道車輛維護(hù)機(jī)械，各類液壓機(jī)具等25100表2-4液壓執(zhí)行器的背壓力tab.2-4 the backpressure of the hydraulic actuator系統(tǒng)類型背壓力/mpa中低壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單系統(tǒng)和和一般輕栽節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油帶背壓閥調(diào)整壓力一般為0.51.5回油路設(shè)流量調(diào)節(jié)閥的進(jìn)給系統(tǒng)滿載工作時(shí)0.5設(shè)補(bǔ)油泵的閉式系統(tǒng)0.81.5高壓系統(tǒng)初算是可忽略不計(jì)根據(jù)上述條件經(jīng)計(jì)算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率見(jiàn)表2-5、表2-6、表2-7、表2-8。表2-5夾盤油缸高壓正向工作tab.2-5 the high pressure positive work of the clamping cylinder工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載 回油腔壓力 工作腔壓力 輸入流量 輸入功率 f/n /mpa /mpa / n/w啟 動(dòng) 200 0.68 加 速 253 0.4 0.72 恒 速 100 0.4 0.6 6.6 66夾緊保壓 5100 0.4 4.2 6.6 464反向啟動(dòng) 200 0.4 工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載 回油腔壓力 工作腔壓力 輸入流量 輸入功率 f/n /mpa /mpa / n/w加 速 253 0.4 0.44 恒 速 100 0.4 0.35 8.8 51表2-6夾盤油缸高壓反向工作tab.2-6 the high pressure reverse work of the clamping cylinder工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載 回油腔壓力 工作腔壓力 輸入流量 輸入功率 f/n /mpa /mpa / n/w啟 動(dòng) 200 0.68 加 速 253 0.4 0.72 恒 速 100 0.4 0.6 6.6 66夾緊保壓 5100 0.4 3.1 8.8 455反向啟動(dòng) 200 0.4 加 速 253 0.4 0.44 恒 速 100 0.4 0.35 8.8 51表2-7夾盤油缸低壓正向工作tab.2-7 the low pressure positive work of the clamping cylinder工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載 回油腔壓力 工作腔壓力 輸入流量 輸入功率 f/n /mpa /mpa / n/w啟 動(dòng) 200 0.68 加 速 253 0.4 0.72 恒 速 100 0.4 0.6 6.6 66夾緊保壓 3100 0.4 2.7 6.6 298反向啟動(dòng) 200 0.4 加 速 253 0.4 0.44 恒 速 100 0.4 0.35 8.8 51表2-8夾盤油缸低壓反向工作tab.2-8the low pressure reverse work of the clamping cylinder工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載 回油腔壓力 工作腔壓力 輸入流量 輸入功率 f/n /mpa /mpa / n/w啟 動(dòng) 200 0.68 加 速 253 0.4 0.72 恒 速 100 0.4 0.6 6.6 66夾緊保壓 3100 0.4 2.0 8.8 294反向啟動(dòng) 200 0.4 工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載 回油腔壓力 工作腔壓力 輸入流量 輸入功率 f/n /mpa /mpa / n/w加 速 253 0.4 0.44 恒 速 100 0.4 0.35 8.8 512.3執(zhí)行元件流量的確定 液壓缸所需最大流量按其實(shí)際有效工作面積和所要求的最大速度來(lái)計(jì)算，即 （27） 8.8l 式中 液壓缸的最大流量； a液壓缸有效工作面積； 液壓缸的最大速度；執(zhí)行元件的容積效率，取0.94。同理，液壓缸所需最小流量按其實(shí)際有效工作面積和所要求的最小速度來(lái)計(jì)算，即 （28） 6.6l式中 液壓缸的最小流量；a液壓缸有效工作面積； 液壓缸的最大速度；執(zhí)行元件的容積效率，取0.94。3 液壓系統(tǒng)方案確定和原理圖的擬定3.1 基本方案的確定液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是根據(jù)主機(jī)的工作情況、主機(jī)對(duì)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(jì)性、供貨情況等諸多因素，進(jìn)行全面、綜合的設(shè)計(jì)，從而擬訂出一個(gè)各方面比較合理的、可實(shí)現(xiàn)的液壓系統(tǒng)的方案。其內(nèi)容包括：1) 油路循環(huán)方式的分析與選擇；2) 調(diào)速方案的分析和選擇；3) 油源形式的分析與選擇；4) 液壓回路的分析、選擇與合成；5) 液壓系統(tǒng)原理圖的擬訂與設(shè)計(jì)。3.1.1 油路循環(huán)方式的分析和選擇液壓系統(tǒng)油路循環(huán)方式分為開(kāi)式和閉式兩種，他們各自的特點(diǎn)及相互比較見(jiàn)表31。表3-1 開(kāi)式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較tab.2-1 compare of hold dyadic system and shut dyadic system油液循環(huán)方式開(kāi)式閉式散熱條件較方便，但是油箱較大較復(fù)雜，需要用輔泵來(lái)?yè)Q油冷卻抗污染性較差，但可采用壓力油箱或者油箱呼吸器來(lái)改善較好，但是油液過(guò)濾要求較高系統(tǒng)效率管路壓力損失較大，用節(jié)流調(diào)速時(shí)效率低管路腰里損失較小，容積調(diào)速時(shí)效率較高限速 制動(dòng)形式用平衡閥進(jìn)行能耗限速，用制動(dòng)閥進(jìn)行能耗制動(dòng)，引起油液發(fā)熱液壓泵由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)，限速及制動(dòng)過(guò)程中拖動(dòng)電能向電網(wǎng)輸電，回收部分能量，即是再生限速和再生制動(dòng)其他對(duì)泵的自吸性能要求高對(duì)主泵的自吸性能要求低油路循環(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(lái)說(shuō)，凡是有較大空間可以存放油箱而且不需要另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)，要求結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)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(kāi)式系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，油泵向兩個(gè)液壓執(zhí)行元件供油而且功率較小，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)采用開(kāi)式系統(tǒng)。3.1.2調(diào)速方案的分析和選擇調(diào)速方案對(duì)主機(jī)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(shí)，應(yīng)根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載特性和調(diào)速范圍以及經(jīng)濟(jì)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(fù)載特性，參照表32， 本設(shè)計(jì)決定采用容積節(jié)流調(diào)速表3-2 各種調(diào)速方式的性能比較tab.3-2 various forms of speed performance comparison主要性能節(jié)流調(diào)速容積調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路簡(jiǎn)式節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)帶壓力補(bǔ)償閥的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)變量泵 定量馬達(dá)流量適應(yīng)功率適應(yīng)進(jìn)油節(jié)流及回油節(jié)流旁路節(jié)流調(diào)速閥在進(jìn)油路調(diào)速閥在旁油路及溢流節(jié)流調(diào)速回路負(fù)載速度剛度差很差好較好好特性承載能力好較差好較好好調(diào)速范圍大小大較大大功率特性效率低較低低較低最高較高高發(fā)熱大較大大較大最小較小小成本低較低高最高適用范圍小功率 輕載或者低速的中 低壓系統(tǒng)及工程機(jī)械非經(jīng)常性調(diào)速的場(chǎng)合大功率高速中高壓系統(tǒng)負(fù)載變化小，速度剛度要大的中小功率，中壓系統(tǒng)負(fù)載變化大速度剛度較大的中高壓系統(tǒng)3.1.3油源形式的分析與選擇 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)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(wú)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(shí)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(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。對(duì)長(zhǎng)時(shí)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過(guò)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(guò)相應(yīng)的精過(guò)濾器再次過(guò)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(guò)濾器或其他型式的過(guò)濾器。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。本設(shè)計(jì)采用容積節(jié)流調(diào)速，所以使用變量泵供油。3.1.4 液壓回路的分析、選擇與合成 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。 2) 根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)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(shí)由于是兩個(gè)執(zhí)行元件先后動(dòng)作，且有順序聯(lián)動(dòng)關(guān)系，所以設(shè)置了互不干擾回路。 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(rùn)滑油路、測(cè)壓油路等，可以組成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)。 在合成液壓系統(tǒng)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：防止油路間可能存在的相互干擾；系統(tǒng)應(yīng)力求簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)元件；組成系統(tǒng)時(shí)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(cè)壓點(diǎn)分布合理等。3.1.5 液壓原理圖的擬定與設(shè)計(jì)根據(jù)上述分析，可以擬定整個(gè)液壓系統(tǒng)的原理圖如下：1油箱、 2空氣過(guò)濾器、3油溫油位計(jì)、4吸油過(guò)濾器5電機(jī)、 6泵、7單向閥、8安全閥、9蓄能器 10壓力表開(kāi)關(guān)、11壓力表、12壓力表、13二位四通換向閥14三位四通換向閥、15疊加式減壓閥、16疊加式減壓閥18通道體、19壓力繼電器、20液控單向閥圖21液壓系統(tǒng)的原理圖fig.2-1 hydraulic system diagram電磁鐵的動(dòng)作順序表見(jiàn)表23表23電磁鐵動(dòng)作順序表tab.2-3 action sequence table of the solenoid valve動(dòng)作名稱電磁鐵工作狀態(tài)yv1.1yv1.2yv1.3yv1.4夾盤高壓外夾緊+-+-外松開(kāi)-+-內(nèi)夾緊-+-內(nèi)松開(kāi)+-+-夾盤低壓外夾緊+-+外松開(kāi)-+-+動(dòng)作名稱電磁鐵工作狀態(tài)yv1.1yv1.2yv1.3yv1.4夾盤低壓內(nèi)夾緊-+-+內(nèi)松開(kāi)+-+注：“+” 通電；“-” 斷電。4 計(jì)算和選擇液壓元件液壓元件的計(jì)算是指計(jì)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(hào)，此外還要計(jì)算原動(dòng)機(jī)的功率和油箱的容量。選擇元件時(shí)應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)件。4.1 液壓泵的確定4.1.1 液壓泵的類型選擇液壓泵有齒輪泵、葉片泵、螺桿泵、和柱塞泵等多種類型，各種泵間的特性有很大差異，見(jiàn)表31，選擇液壓泵的主要依據(jù)是其最大工作壓力和最大流量，同時(shí)還要考慮定量或變量、原動(dòng)機(jī)類型、轉(zhuǎn)速、容積效率、自吸特性、噪聲等因素。這些因素通常在產(chǎn)品樣本或型錄中均有反映。參照表31，比較各種泵的性能參數(shù)，本設(shè)計(jì)選擇葉片泵。表31液壓泵的類型及特性tab.3-1the types and characteristics of the pump特性齒輪泵葉片泵螺桿泵柱塞泵軸向式徑向式額定壓力/mpa低壓泵2.5高壓泵達(dá)25低壓8中壓16高壓322.510約40約40排量/0.5650135025150041006500最高轉(zhuǎn)速/300700050040001000230050001800最大功率/kw1203203902660260總效率/%75907590708585958092適用黏度/2050020200194920200自吸能力非常好好最好差變量能力否單作用葉片泵能變量否好功率質(zhì)量/中大小大輸出壓力脈動(dòng)大小小小污染敏感度小大小大特性齒輪泵葉片泵螺桿泵柱塞泵軸向式徑向式歷時(shí)變化齒輪磨損后效率下降葉片磨損效率下降較小螺桿磨損效率下降配流盤、滑靴或分配閥磨損時(shí)效率下降較大黏度對(duì)效率的影響很大稍小很小噪聲小大小中最小中大價(jià)格最低中高高使用場(chǎng)合機(jī)床、工程機(jī)械、車輛等機(jī)床、液壓機(jī)飛機(jī)及噪聲較低的場(chǎng)合機(jī)密機(jī)床、輕紡化工、石油機(jī)械工程機(jī)械、礦山冶金機(jī)械、鍛壓機(jī)械、建筑機(jī)械、船舶、飛機(jī)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(gè)安裝空間的布置，本設(shè)計(jì)選擇上置式的臥式安裝。4.1.2 液壓泵的計(jì)算與選擇液壓泵的最大工作壓力為 = （41）式中 液壓執(zhí)行元件最大工作壓力； 液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間所有的沿程壓力損失和局部壓力損失之和。初算時(shí)按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單，管中流速不大時(shí)，取0.2mpa0.5mpa;管路復(fù)雜而且管中流速較大或者有調(diào)速元件時(shí)，取0.5mpa1.5mpa。由上述選取0.3mpa，然后帶入公式（41）計(jì)算得4.2+0.34.5mpa在選擇泵的額定壓力時(shí)應(yīng)考慮到動(dòng)態(tài)過(guò)程和制造質(zhì)量等因素，要使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備。一般泵的額定工作壓力應(yīng)比上述最大工作壓力高2060，所有最后算得的液壓泵的額定壓力應(yīng)為4.5（1+0.2）5.4mpa 液壓泵的流量按照下式進(jìn)行計(jì)算，即 k （42）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k1.11.3； 同時(shí)工作的執(zhí)行元件的最大總流量。本設(shè)計(jì)取泄漏系數(shù)k1.1，帶入公式（42）得l/min由維樂(lè)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7mpa，公稱排量v8.3 ，額定轉(zhuǎn)速為1800。現(xiàn)取泵的容積效率0.85，當(dāng)選用轉(zhuǎn)速n1400 的驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，泵的實(shí)際流量為 vn （43） 8.30.851400 10.0式中 v泵的公稱排量； n電機(jī)轉(zhuǎn)速； 泵的容積效率。由前面計(jì)算可知泵的最大功率出現(xiàn)在夾緊保壓階段，參照表3-2取泵的總效率為0.75，則 933w選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)：由于內(nèi)軸式電動(dòng)機(jī)可以與相對(duì)應(yīng)的泵直接連接，無(wú)需用連軸器，從而減少安裝空間，裝配方便。所以由維樂(lè)樣本查的ct-01-1hp-4p-3-j-v式電動(dòng)機(jī)滿足上述要求，其轉(zhuǎn)速為1450，額定功率為0.735kw。表3-2液壓泵的總效率tab.3-2 the total efficiency of hydraulic pumps液壓泵類型齒輪泵螺桿泵葉片泵柱塞泵總效率50.800.600.750.800.854.1.3 液壓泵站組件的選擇 液壓泵站一般由液壓泵組、油箱組件、過(guò)濾器組件和蓄能器組件等組成。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，本設(shè)計(jì)選擇液壓泵組、油箱組件、過(guò)濾器組件。液壓泵組由液壓泵，原動(dòng)機(jī)，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(jì)等組成。過(guò)濾器組將是保持工作介質(zhì)清潔度必備的組件，可根據(jù)系統(tǒng)對(duì)介質(zhì)清潔度的不同要求設(shè)置不同等級(jí)的粗過(guò)濾器，精過(guò)濾器等。根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，可計(jì)算出液壓缸在各個(gè)階段的實(shí)際進(jìn)出流量，運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間，從而為其他液壓元件的選擇及系統(tǒng)的性能計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。計(jì)算結(jié)果如表4-2所示。表4-2夾盤油缸的實(shí)際工況tab.4-2 the actual working conditions of the clamping cylinder工作階段無(wú)桿腔/有桿腔/速度/時(shí)間/s快進(jìn)= = =13.3= =10=0.08 = =2s快退= = =13.3= = =10= = =0.11 = =2.5s4.2 液壓控制閥的確定液壓控制閥在液壓系統(tǒng)中的功能是通過(guò)控制調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中的油液的流向、壓力和流量使執(zhí)行器及其驅(qū)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)獲得所需的運(yùn)動(dòng)方向、推力（轉(zhuǎn)矩）及運(yùn)動(dòng)速度（轉(zhuǎn)速）等。同一工藝的目的的液壓機(jī)械設(shè)備，通過(guò)液壓閥的不同的組合使用，可以組成有路截然不同的多種液壓系統(tǒng)方案，因此，液壓閥是液壓技術(shù)中品種與規(guī)格最多的、應(yīng)用最廣泛、最活躍的部分（元件）。所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)，將來(lái)是否按照既定要求正常可靠運(yùn)行，很大程度上取決與其中所采用的各種液壓閥的性能優(yōu)劣及參數(shù)匹配是否合理。足見(jiàn)液壓閥的在整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有相當(dāng)重要的地位。各種液壓控制閥的規(guī)格型號(hào)，可以系統(tǒng)的最高壓力和通過(guò)閥的實(shí)際流量為依據(jù)，并考慮閥的控制特性、穩(wěn)定型及油口的尺寸、外型尺寸與重量、安裝連接方式、操縱方式、適應(yīng)性與維修方便性、貨源及產(chǎn)品歷史，從相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)和產(chǎn)品樣本中選取。 選擇壓力控制閥時(shí)，應(yīng)考慮壓力控制閥的壓力調(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(shí)，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(bǔ)償要求或者溫度補(bǔ)償要求，對(duì)濾油器過(guò)濾精度的要求，閥進(jìn)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(shí)，應(yīng)考慮方向閥的換向頻率，響應(yīng)時(shí)間，閥口的壓力損失以及閥的內(nèi)泄漏的大小等。通過(guò)各類閥的實(shí)際流量最多不應(yīng)超過(guò)其額定流量的120。根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)需要有管式單向閥，安全閥，疊加式減壓閥，疊加式單向閥，液控單向閥，電磁換向閥。4.3 液壓附件的計(jì)算和選擇4.3.1 蓄能器的選擇液壓系統(tǒng)使用蓄能器的目的很多，但歸納起來(lái)主要是蓄能保壓、吸收液壓沖擊和吸收液壓脈動(dòng)等三種，詳細(xì)作用見(jiàn)表4-3。按照加載方式不同，蓄能器有彈簧加載、重力加載和氣體加載等三種類型。其中氣體加載型蓄能器按照氣體與油液是否隔開(kāi)，又分為隔離式和非隔離式兩大類，而隔離按照物體的材料及工作的形態(tài)又分為非可撓式和可撓式兩種主要形式，可撓式中的皮囊式蓄能器應(yīng)用最多，詳細(xì)分類見(jiàn)表4-4。由于本設(shè)計(jì)中使用變量泵，會(huì)有脈動(dòng)；而且在卡緊過(guò)程中有液壓沖擊。所以本設(shè)計(jì)中蓄能器主要用途是吸收脈動(dòng)、緩和沖擊與保壓。結(jié)合表4-3和4-4，選擇直通氣囊式蓄能器型號(hào)為nxqa-0.63/10-l，容量10l。表4-3 蓄能器的用途tab.4-3 the use of accumulator用途說(shuō)明蓄能用于間歇型機(jī)械的液壓系統(tǒng)，可以存儲(chǔ)在執(zhí)行器間歇或低速運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓泵輸出的油液（充液蓄能），并在執(zhí)行器快速運(yùn)動(dòng)需要大流量時(shí)，作為輔助能源與液壓泵一起向系統(tǒng)提供油液。從而實(shí)現(xiàn)了液壓泵組及整個(gè)液壓裝置的小型化，達(dá)到了節(jié)能的目的吸收沖擊液壓換向閥快速啟閉和負(fù)載的驟然變化，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生沖擊壓力，從而導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲，甚至損壞機(jī)器。蓄能器緩和、吸收這些流體的沖擊壓力吸收脈動(dòng)能吸收或減小各種液壓泵的流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)，從而降低系統(tǒng)噪聲減震就有吸收氣體彈簧的作用，可用于吸收車輛等行走機(jī)械機(jī)身與車輪之間的振動(dòng)平衡可把立置執(zhí)行器（液壓缸）及其負(fù)載下降時(shí)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為液壓能進(jìn)行儲(chǔ)存，同時(shí)產(chǎn)生極限阻力；立置執(zhí)行器上升時(shí)，蓄能器釋放吸收的能量，與泵一起向液壓缸供油。從而實(shí)現(xiàn)了平衡和節(jié)能補(bǔ)油在執(zhí)行器鎖緊回路里的液體，隨著溫度的變化而膨脹或縮小，它的壓力也上升或下降，會(huì)引起回路故障或機(jī)器損壞。蓄能器能吸收或補(bǔ)充這種因溫度變化而導(dǎo)致的油量變化保壓在工件夾緊時(shí)液壓泵卸載的液壓回路中，蓄能器可保持執(zhí)行器所需的壓力以補(bǔ)償液壓泵卸載系統(tǒng)所產(chǎn)生的泄漏 表4-4 蓄能器的詳細(xì)分類及特點(diǎn)tab.4-4 the detailed classification and characteristics of the accumulator類 型特點(diǎn)用途響應(yīng)噪聲容量限制/l最大壓力/mpa漏氣溫度/蓄能吸收脈動(dòng)沖擊傳送異性液體彈簧加載式不好有小1.2-50120可不太好不可重力加載式不好有可做較大容量45-50120可不好不可類 型特點(diǎn)用途響應(yīng)噪聲容量限制/l最大壓力/mpa漏氣溫度/蓄能吸收脈動(dòng)沖擊傳送異性液體 非隔離式良好有大5有可不限制可可不可非可撓式活塞式不太好有較大21小量-50120可不太好可差動(dòng)活塞式不太好有較大45無(wú)-50120可不太好不可氣體加載式隔離式柱塞式不太好有較大45小量-50120可不太好可皮囊式良好無(wú)480200無(wú)-10120可可可可撓式隔膜式良好無(wú)0.9511.57無(wú)-1070可可可直通氣囊式好無(wú)小21無(wú)-1070可很好不可盤式好無(wú)小21無(wú)-1070不可很好不可金屬波紋管式良好無(wú)小21無(wú)-50120不可可不可活塞隔膜式良好無(wú)較大7小量-1070可可可4.3.2 過(guò)濾器的確定由于液壓系統(tǒng)的各類故障絕大多數(shù)由油液的污染造成，而過(guò)濾器是保持油液清潔的主要手段，所以合理選擇過(guò)濾器顯得非常重要。按照過(guò)濾器在液壓系統(tǒng)中安放部位的不同，過(guò)濾器有多種類型。 詳細(xì)分類見(jiàn)表4-5。表4-5過(guò)濾器的類型tab.4-5 the types of the filters序號(hào)類型作用1吸油過(guò)濾器保護(hù)液壓泵2高壓過(guò)濾器保護(hù)液壓泵以外的液壓元件3回油過(guò)濾器濾出液壓元件磨損后生成的污物4離線過(guò)濾器獨(dú)立于系統(tǒng)之外，連續(xù)清除系統(tǒng)雜質(zhì)5泄油過(guò)濾器防止生成物進(jìn)入油箱6注油過(guò)濾器防止注油時(shí)污物侵入7安全過(guò)濾器保護(hù)抗污能力低的液壓元件過(guò)濾器的主要指標(biāo)有：過(guò)濾精度（濾除各種不同尺寸的污染顆粒的能力）、液降特性性和納垢量（壓力降達(dá)到規(guī)定限值之前，可以濾除并容納的）。按照過(guò)濾精度的不同，過(guò)濾器又可分為粗過(guò)濾器、普通過(guò)濾器、精過(guò)濾器和特精過(guò)濾器四類，各類過(guò)濾器的精度及其適用的液壓系統(tǒng)見(jiàn)表4-6。本設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)是低壓系統(tǒng)過(guò)濾器的主要作用是保護(hù)液壓泵，所以選擇吸油過(guò)濾器型號(hào)為mf-02。表4-6 各類過(guò)濾器的過(guò)濾精度tab.4-6 the accuracy of the filters類型過(guò)濾精度適用系統(tǒng)及元件粗過(guò)濾器100重型設(shè)備、低壓液壓系統(tǒng)普通過(guò)濾器10100機(jī)床、液壓機(jī)、船舶的設(shè)備的液壓系統(tǒng)，齒輪泵、葉片泵、一般液壓閥、疊加閥、插裝閥精過(guò)濾器510一般電液伺服、比例液壓系統(tǒng)，柱塞泵、工業(yè)伺服閥、比例閥特精過(guò)濾器15航空航天設(shè)備、飛船的精密電液伺服系統(tǒng)、高性能伺服閥等綜上所述，現(xiàn)選定卡盤液壓系統(tǒng)的各個(gè)液壓元件的類型如表4-4所示。表44液壓系統(tǒng)元件選型tab.4-4 various types of hydraulic components of choice序號(hào)名稱通過(guò)流量/l額定流量/額定壓力/mpa額定壓降/mpa型號(hào)規(guī)格1空氣過(guò)濾器ab-11622油溫油位計(jì)ls-3”3吸油過(guò)濾器10201mf-024單向閥1040250.05ci-t02-05-105安全球閥1035200.1yjzq-j106蓄能器10nxqa-0.63/10-l7壓力表開(kāi)關(guān)102121gct-038壓力表10i-21/2-100-b19壓力表5i-21/2-50-b110二位四通換向閥1063100.2swh-g02-c2-d24-20-ls11三位四通換向閥106350.2swh-g02-d2-d24-20-ls12疊加式減壓閥1035250.1mpr-02a-k-1-2013疊加式減壓閥1035250.1mpr-02b-k-1-2014疊加式單向閥1035210.1mc-02ab-05-3015壓力繼電器353.5ps70-1-2016液控單向閥1035210.1mpc-02w-50-304.3.3 確定油箱容積 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(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：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(shí)應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)；而工作時(shí)又能保持適當(dāng)?shù)囊何?) 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100m左右的網(wǎng)式或線隙式過(guò)濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過(guò)濾器。回油管口要斜切45角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時(shí)也有利于散熱3) 吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠(yuǎn)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2/33/4。油箱的容積可以按照下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算： v （44） 式中 液壓泵每分鐘排出的液體體積； 經(jīng)驗(yàn)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(jī)械取12。將數(shù)值帶入公式（44）得v71070l4.3.4 確定管件的尺寸由表42和43 得知液壓缸有桿腔和無(wú)桿腔油管的實(shí)際最大流量分別為13.3l/min和10l/min，按照表45的推薦值取油管內(nèi)油液的允許流速為4m/min，