基于PLC控制的單面多軸組合鉆床

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I

摘要

本文依據(jù)液壓傳動(dòng)原理和PLC控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套基于PLC控制的單面多軸組合鉆床的液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)能自動(dòng)完成機(jī)床的快進(jìn)、工進(jìn)、快退以及夾緊松開的動(dòng)作循環(huán)，從而減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

依據(jù)單面多軸組合鉆床工作循環(huán)的要求，本文主要開展的工作有：液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及液壓站的設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要完成了液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的計(jì)算與選型；控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要進(jìn)行控制系統(tǒng)動(dòng)作流程圖的擬定、I/O口分配、接線圖繪制和程序編制及上機(jī)調(diào)試；液壓站的設(shè)計(jì)主要是確定液壓站的結(jié)構(gòu)形式、油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及在Pro/E環(huán)境下的油路塊設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：液壓站；PLC控制；液壓系統(tǒng)；組合機(jī)床；Pro/E

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ABSTRACT

AccordingtohydrauliccontrolprincipleandPLCcontroltechnology,thispaperdesignedahydraulicsystemofsinglemulti-axisdrillingmachinebasedonthecombination.Thesystemcanautomaticallycompletethemachine'sactioncyclesuchasfast-forward,workingforward,rewind,andreleasetheclamping,bythis,theworker’slaborintensityhasbeenreducedandtheproductionefficiencyhasbeenimproved.

Onthebasisoftherequirementsoftheworkingcycleofsinglemulti-axiscombinationdrillingmachine,theworkofthispaperare:thehydraulicsystemdesign,PLCcontrolsystemdesignandhydraulicdesign.Completehydraulicsystemdesignofthemainhydraulicsystemschematicformulation,calculationandselectionofhydrauliccomponents;controlsystemtocontrolthemainoperationflowchartoftheproposedsystem,I/Oportallocation,wiringandprogramming,anddrawingonmachinedebugging;hydraulicstationaredesignedprimarilytodeterminethestructureoftheformofhydraulic,fueltankstructuraldesignandinPro/eenvironmentoilblockdesign.

Keywords:hydraulic;PLCcontrol;hydraulicsystem;combinationmachine;Pro/E

目錄

摘要

I

ABSTRACT

II

1緒論

1

1.1機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡(jiǎn)史

1

1.2組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

2

1.2.1國(guó)內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀

2

1.2.2國(guó)外組合機(jī)床現(xiàn)狀

3

1.3課題設(shè)計(jì)的目的和意義

4

1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容

4

1.5本章小結(jié)

4

2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

5

2.1液壓傳動(dòng)的的概況及概念

5

2.1.1液壓傳動(dòng)

5

2.1.2液壓系統(tǒng)的組成

5

2.1.3液壓系統(tǒng)的應(yīng)用

5

2.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟

5

2.2.1明確對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

6

2.2.2分析工況，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)

6

2.2.3進(jìn)行液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

9

2.2.4計(jì)算與選擇液壓元件

9

2.2.5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能

11

2.2.6繪制正式工作圖，編制技術(shù)文件

13

2.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算

14

2.3.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

14

2.3.2組合機(jī)床工作情況分析，確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)

14

2.3.3設(shè)計(jì)方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖

17

2.3.4計(jì)算和選擇液壓元件

18

2.3.5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能

21

2.4本章小結(jié)

24

3液壓站的設(shè)計(jì)

25

3.1液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

25

3.1.1液壓泵組的安裝方式

25

3.1.2油箱的設(shè)計(jì)

26

3.1.3其它元件的選擇

29

3.2油路塊的三維造型設(shè)計(jì)

29

3.2.1液壓集成回路設(shè)計(jì)

29

3.2.2Pro/E環(huán)境下各塊的設(shè)計(jì)

30

3.2.3工程圖的轉(zhuǎn)換

35

3.3液壓站裝配圖的繪制

37

3.4本章小結(jié)

37

4臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

38

4.1液壓系統(tǒng)PLC控制模塊的設(shè)計(jì)

38

4.1.1可編程序控制器的特點(diǎn)和應(yīng)用

38

4.1.2工藝流程的編寫

39

4.1.3輸入輸出電路I/O口的分配

39

4.2接線圖的繪制

41

4.3梯形圖的繪制

41

4.4指令表的轉(zhuǎn)化

43

4.5安裝調(diào)試

44

4.6本章小結(jié)

44

結(jié)論

46

致謝

47

參考文獻(xiàn)

48

附錄液壓站裝配圖

49

1緒論

1.1機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡(jiǎn)史

現(xiàn)代社會(huì)中，人們?yōu)榱烁咝А⒔?jīng)濟(jì)地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機(jī)器、儀器和工具等技術(shù)設(shè)備與裝備。為制造這些技術(shù)設(shè)備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設(shè)備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。由于機(jī)械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來達(dá)到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機(jī)床上經(jīng)過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。在一般機(jī)械制造廠中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量，約占機(jī)械制造總工作量的40%～60%，機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而決定著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平?？梢赃@樣說，如果沒有機(jī)床的發(fā)展，如果不具備今天這樣品種繁多、結(jié)構(gòu)完善和性能精良的各種機(jī)床，現(xiàn)代社會(huì)目前所達(dá)到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。

機(jī)床是人類在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上生產(chǎn)的，并隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而漸趨完善。最原始的機(jī)床是木制的，所有運(yùn)動(dòng)都是由人力或畜力驅(qū)動(dòng)，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它們實(shí)際上并不是一種完整的機(jī)器?，F(xiàn)代意義上的用于加工金屬機(jī)械零件的機(jī)床，是在18世紀(jì)中葉才開始發(fā)展起來的。當(dāng)時(shí)，歐美一些工業(yè)最發(fā)達(dá)的國(guó)家，開始了從工場(chǎng)手工業(yè)向資本主義機(jī)器大工業(yè)生產(chǎn)方式的過度，需要越來越多的各種機(jī)器，這就推動(dòng)了機(jī)床的迅速發(fā)展。為使蒸汽機(jī)的發(fā)明付諸實(shí)用，1770年前后創(chuàng)制了鏜削蒸汽機(jī)汽缸內(nèi)孔用的鏜床。1797年發(fā)明了帶有機(jī)動(dòng)刀架的車床，開創(chuàng)了用機(jī)械代替人手控制刀具運(yùn)動(dòng)的先聲，不僅解放了人的雙手，并使機(jī)床的加工精度和工效起了一個(gè)飛躍，初步形成了現(xiàn)代機(jī)床的雛型。續(xù)車床之后，隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，其他各種機(jī)床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來。至19世紀(jì)末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機(jī)床等基本類型的機(jī)床已先后形成。

上世紀(jì)初以來，由于高速鋼和硬質(zhì)合金等新型刀具材料相繼出現(xiàn)，刀具切削性能不斷提高，促使機(jī)床沿著提高主軸轉(zhuǎn)速、加大驅(qū)動(dòng)功率和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的方向發(fā)展。與此同時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術(shù)有了很大的發(fā)展，使機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)和控制等方面也得到相應(yīng)的改進(jìn)，加工精度和生產(chǎn)率顯著提高。此外，為了滿足機(jī)械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求，機(jī)床品種的發(fā)展也與日俱增，例如，各種高效率自動(dòng)化機(jī)床、重型機(jī)床、精密機(jī)床以及適應(yīng)加工特殊形狀和特殊材料需要的特種加工機(jī)床相繼問世。50年代，在綜合應(yīng)用電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、自動(dòng)控制和機(jī)床設(shè)計(jì)等各個(gè)領(lǐng)域最新成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)控機(jī)床，使機(jī)床自動(dòng)化進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，與早期發(fā)展的僅適用于大批大量生產(chǎn)的純機(jī)械控制和繼電器接觸器控制的自動(dòng)化相比，它具有很高柔性，即使在單件和小批生產(chǎn)中也能得到經(jīng)濟(jì)的使用。

綜觀機(jī)床的發(fā)展史，它總是隨著機(jī)械工業(yè)的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展，并始終圍繞著不斷提高生產(chǎn)效率、加工精度、自動(dòng)化程度和擴(kuò)大產(chǎn)品品種而進(jìn)行的，現(xiàn)代機(jī)床總的趨勢(shì)仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。

我國(guó)的機(jī)床工業(yè)是在1949年新中國(guó)成立后才開始建立起來的。解放前，由于長(zhǎng)期的封鎖統(tǒng)治和19世紀(jì)中葉以后帝國(guó)主義的侵略和掠奪，我國(guó)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常落后，既沒有獨(dú)立的機(jī)械制造業(yè)，更談不上機(jī)床制造業(yè)。至解放前夕，全國(guó)只有少數(shù)城市的一些規(guī)模很小的機(jī)械廠，制造少量簡(jiǎn)單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等；1949年全國(guó)機(jī)床產(chǎn)量?jī)H1000多臺(tái)，品種不到10個(gè)。

經(jīng)過50多年的建設(shè)，我國(guó)機(jī)床工業(yè)從無到有，從小到大，現(xiàn)在已經(jīng)成門類比較齊全，具有一定實(shí)力的機(jī)床工業(yè)體系，能生產(chǎn)5000多種機(jī)床通用品種，數(shù)控機(jī)床1500多種；不僅裝備了國(guó)內(nèi)的工業(yè)，而且每年還有一定數(shù)量的機(jī)床出口。我國(guó)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，與世界先進(jìn)水平相比，還有較大差距。為了適應(yīng)我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的需要，為了提高機(jī)床產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，必須深入開展機(jī)床基礎(chǔ)理論研究，加強(qiáng)工藝試驗(yàn)研究，大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機(jī)床，使我國(guó)的機(jī)床工業(yè)盡早躋身于世界先進(jìn)行列。

1.2組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

世界上第一臺(tái)組合機(jī)床于1908年在美國(guó)問世，30年代后組合機(jī)床在世界各國(guó)得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。

現(xiàn)代制造工程從各個(gè)角度對(duì)組合機(jī)床提出了愈來愈高的要求，而組合機(jī)床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。

1.2.1國(guó)內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀

我國(guó)加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存、組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢(shì)頭，截至2005年4月份，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)1000余臺(tái)，產(chǎn)值達(dá)3.9個(gè)億以上，較2004年同比增長(zhǎng)了10%以上，另外組合機(jī)床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交費(fèi)值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長(zhǎng)，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀況良好。

（1）行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化

組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)主要針對(duì)汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、化工機(jī)械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備，隨著我國(guó)加入WTO后與世界機(jī)床進(jìn)一步接軌，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年是企業(yè)生產(chǎn)情況來看，數(shù)控機(jī)床與加工中心的市場(chǎng)需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機(jī)床則有下降趨勢(shì)，中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)學(xué)會(huì)的《機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)報(bào)表》是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個(gè)全國(guó)大型重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)情況看，2003年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床890臺(tái)，產(chǎn)值16187萬元，生產(chǎn)加工中心148臺(tái)，產(chǎn)值5770萬元；2004年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床985臺(tái)，產(chǎn)值25838萬元，生產(chǎn)加工中心159臺(tái)，產(chǎn)值7099萬元；而2005年，截至4月份，數(shù)控機(jī)床、加工中心、產(chǎn)值已接近2003年全年水平，故市場(chǎng)在向數(shù)控、高精制造技術(shù)和成套工藝裝備方面發(fā)展。

（2）行業(yè)企業(yè)的快速轉(zhuǎn)變

“九五”后期，在組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)的50多家組合機(jī)床分會(huì)會(huì)員中，僅有兩家企業(yè)實(shí)行了股份改造，一家企業(yè)退出國(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，其余的都是國(guó)有企業(yè)。而從2001至2002年，不到兩年的時(shí)間，就先后有十幾家企業(yè)實(shí)行股份制改造，一些小廠幾乎全部退出國(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，現(xiàn)在一些國(guó)家重點(diǎn)國(guó)有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉(zhuǎn)制已勢(shì)不可檔，“民營(yíng)經(jīng)濟(jì)在經(jīng)歷了從被歧視，被藐視到不可小視和現(xiàn)在高度重視4個(gè)階段后，煥發(fā)勃勃生機(jī)?！苯M合機(jī)床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營(yíng)化等多種形式快速發(fā)展。

（3）組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體是綜合自動(dòng)化度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用與工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國(guó)的傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷是進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受人們是親昧，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大。

由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測(cè)量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國(guó)組合機(jī)床及其組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)落后，國(guó)內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場(chǎng)要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需要，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。

1.2.2國(guó)外組合機(jī)床現(xiàn)狀

80年代以來，國(guó)外組合機(jī)床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能通道監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：

（1）廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)

國(guó)外主要的組合機(jī)床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機(jī)床通用部件,在組合機(jī)床上不僅一般動(dòng)力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù),而且夾具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動(dòng)分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù),從而進(jìn)一步提高了組合機(jī)床的工作可靠性和加工精度。廣州標(biāo)致汽車公司由法國(guó)雷諾公司購(gòu)置的缸蓋加工生產(chǎn)線,就是由三臺(tái)自動(dòng)換箱組合機(jī)床組成的,其全部動(dòng)作均為數(shù)控,包括自動(dòng)上下料的交換工作臺(tái)、環(huán)形主軸箱庫(kù)、動(dòng)力部件和夾具的運(yùn)動(dòng),其節(jié)拍時(shí)間為58秒。

（2）發(fā)展柔性技術(shù)

80年代以來,國(guó)外對(duì)中大批量生產(chǎn),多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動(dòng)力頭、可換主軸箱等組成的組合機(jī)床;同時(shí)根據(jù)加工中心的發(fā)展,開發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單元,并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動(dòng)線(FTL)。這種結(jié)構(gòu)的變化,既可以實(shí)現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機(jī)床配置更加靈活多樣。

（3）發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù)

汽車工業(yè)的大發(fā)展,對(duì)自動(dòng)化制造技術(shù)提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的高效率,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機(jī)械加工工序,而且能完成零件從毛坯進(jìn)線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動(dòng)碼垛、裝箱等。德國(guó)大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價(jià)9000萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線,就是這種綜合自動(dòng)化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對(duì)稱布置的自動(dòng)線組成,三班制工作,每條線日產(chǎn)2000件,節(jié)拍時(shí)間為40秒。全線由12臺(tái)雙面組合機(jī)床、18臺(tái)三坐標(biāo)加工單元、空架機(jī)器人、線兩端的毛坯庫(kù)和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)組成,可實(shí)現(xiàn)3種零件的加工。空架機(jī)器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專門從事裝配、試驗(yàn)、檢測(cè)、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家,進(jìn)一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。

（4）進(jìn)一步提高工序集中程度

國(guó)外為了減少機(jī)床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對(duì)組合機(jī)床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進(jìn)一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺(tái)、多坐標(biāo)通用部件、移動(dòng)主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機(jī)床或在夾具部位設(shè)置刀庫(kù),通過換刀加工實(shí)現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能,獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3課題設(shè)計(jì)的目的和意義

傳統(tǒng)的組合機(jī)床大都采用繼電—接觸控制，這種控制方式動(dòng)作頻率低，可靠性差且因?yàn)楣潭ń泳€形式，改變控制程序不方便、靈活性差，因此，不能滿足程序經(jīng)常改變的控制要求，基于此，采用PLC控制，可以增加系統(tǒng)控制的靈活性和通用性，使操作更為簡(jiǎn)單、性能更加可靠。

在集成塊的設(shè)計(jì)中和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比較我們采用了更為先進(jìn)的三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)思路，利用Pro/e對(duì)油路塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、分析和繪圖三者合一的全過程，邊設(shè)計(jì)邊檢查，確保內(nèi)部各油路的通斷，將復(fù)雜的油路塊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，提高設(shè)計(jì)效率。

因此，課題設(shè)計(jì)的目的和意義在于，PLC控制方式的采用，提高了控制系統(tǒng)的靈活性、通用性、可靠性。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用，可使液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從單調(diào)乏味的手工作業(yè)變成自動(dòng)作業(yè)，這對(duì)于充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性，綜合應(yīng)用各種先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低制造費(fèi)用、縮短研發(fā)周期并促進(jìn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化等具有重大意義。

1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容

依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、液壓傳動(dòng)、機(jī)床電氣控制及可編程序控制器（PLC）、電子技術(shù)、自動(dòng)控制，以任務(wù)書的要求為根本目標(biāo)。

本文的研究工作主要包括：①液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及相關(guān)傳動(dòng)元件的計(jì)算與選型；②PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)；③液壓站的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)。其論文各章節(jié)內(nèi)容如下：

1緒論主要介紹本文設(shè)計(jì)的目的和意義，提出課題的研究?jī)?nèi)容和研究意義。

2液壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算主要是通過初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖對(duì)相關(guān)液壓元件進(jìn)行計(jì)算和選擇。

3液壓站的設(shè)計(jì)主要是通過分析液壓系統(tǒng)的工作原理和所選的相關(guān)液壓元件，選擇液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行油路塊的設(shè)計(jì)。

4PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是確定組合鉆床自動(dòng)循環(huán)的動(dòng)作流程以及PLC的選型和程序的編程。

1.5本章小結(jié)

本章主要闡述了單面多軸組合鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的、意義、背景及發(fā)展趨勢(shì)，提出了本課題的研究目標(biāo)。

2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1液壓傳動(dòng)的的概況及概念

2.1.1液壓傳動(dòng)

液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說，是一門比較新的學(xué)科，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、輸出功率大、易于實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速及自動(dòng)控制等特點(diǎn)，因此發(fā)展很快，而目前液壓技術(shù)正在向高壓、高速、大流量、大功率、低噪聲、長(zhǎng)壽命、高度集成化和模塊化、提高高可靠性技術(shù)及污染技術(shù)控制的方向發(fā)展。所謂液壓傳動(dòng)就是以液體作為工作介質(zhì)并以壓力能的方式來進(jìn)行能量的傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式它既可以傳傳遞力，又可以傳遞運(yùn)動(dòng)，因此又稱其為容積式液壓傳動(dòng)

2.1.2液壓系統(tǒng)的組成

液壓系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成：

(1)動(dòng)力元件——液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的裝置，給整個(gè)系統(tǒng)提供壓力油。

(2）執(zhí)行元件——液壓缸或液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，可克服負(fù)載做功。

(3）控制元件——各種閥類可控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力、流量及液流方向，以改變執(zhí)行元件輸出的力、速度及運(yùn)動(dòng)方向。

(4）輔助元件——油管、管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和壓力表等，起連接、儲(chǔ)油、過濾、儲(chǔ)存壓力能和測(cè)量油液壓力等作用的輔助元件。

(5）工作介質(zhì)——傳遞壓力的工作介質(zhì)通常為液壓油，同時(shí)還可以起潤(rùn)滑、冷卻和防銹的作用。

2.1.3液壓系統(tǒng)的應(yīng)用

本設(shè)計(jì)是在所學(xué)液壓知識(shí)的基礎(chǔ)上，討論液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算的程序、內(nèi)容和方法。在此討論的是靜態(tài)的、經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)可以提供一個(gè)能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能（即滿足力和速度要求）的傳動(dòng)系統(tǒng)，而系統(tǒng)僅僅能實(shí)現(xiàn)所預(yù)期的功能是不夠的。系統(tǒng)的動(dòng)作質(zhì)量及動(dòng)作發(fā)生的時(shí)間歷程也是很重要的，而且對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備往往顯示出更為突出的地位，目前，在一般工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，進(jìn)行液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析，通常只用于飛機(jī)、軍事、航天和一些機(jī)床設(shè)備中的那些成本昂貴的液壓系統(tǒng)。隨著液壓技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，一些更完備的設(shè)計(jì)理論和方法正在不斷地完善和充實(shí)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，如液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，輔助設(shè)計(jì)將的得到大力推廣和應(yīng)用。

液壓傳動(dòng)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，慣性小，可以快速啟動(dòng)和頻繁換向，且能傳遞較大的力和轉(zhuǎn)矩；能方便的實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速范圍大；傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平衡、方便可靠，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定；易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，用液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)一般比機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。

2.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，在經(jīng)過必要的計(jì)算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格并進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它與主機(jī)的設(shè)計(jì)是密切相關(guān)的。液壓機(jī)床驅(qū)動(dòng)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，其中一個(gè)是液壓驅(qū)動(dòng)在廣泛的范圍內(nèi)提供無限變化的速度。另外，它能像改變速度一樣容易來改變驅(qū)動(dòng)的方向，像許多其它類型的機(jī)床一樣，許多復(fù)雜的機(jī)械裝置能夠被簡(jiǎn)單化或者由于液壓驅(qū)動(dòng)的使用完全被取消，而且，液壓驅(qū)動(dòng)具有柔性和緩沖性，除了運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)外，通?？梢姽ぜ谋砻婀鉂嵍纫驳玫酱蟠蟮母纳疲毒哌M(jìn)刀量可以加大而不致?lián)p傷，并且可以持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。在設(shè)計(jì)過程中將通過全面方案論證，確定一部機(jī)器或機(jī)器的某一部分的傳動(dòng)方式采用液壓傳動(dòng)后，則考慮液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和一般流程。其流程如下：

(1)明確對(duì)液壓系統(tǒng)的要求

(2)分析主機(jī)工況，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)；

(3)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，初擬液壓系統(tǒng)原理圖；

(4)計(jì)算和選擇液壓元件；

(5)驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能；

(6)繪制正式系統(tǒng)工作圖，編制技術(shù)文件。

在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，上述內(nèi)容和步驟并不是固定不變的往往會(huì)隨系統(tǒng)的簡(jiǎn)繁、借鑒的多寡、設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不同，在做法上會(huì)有穿插、交叉、反復(fù)或省略。

2.2.1明確對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須能全面的滿足主機(jī)的各項(xiàng)功能和技術(shù)性能。因此在拿到設(shè)計(jì)任務(wù)書后首先要了解主機(jī)設(shè)計(jì)人員對(duì)液壓部分提出的要求。通過調(diào)研，一般應(yīng)明確以下要求點(diǎn)：

=1\*GB3

①

主機(jī)的用途、類型、工藝過程及總體布局，要求用液壓傳動(dòng)完成的動(dòng)作和空間位置的限制；

=2\*GB3

②

對(duì)液壓系統(tǒng)動(dòng)作和性能的要求，如工作循環(huán)，運(yùn)動(dòng)方式（往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、同步、順序或互鎖等要求），自動(dòng)化程度，調(diào)速范圍，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和精度負(fù)載狀況，工作行程等；

=3\*GB3

③

工作環(huán)境：如溫度、濕度、污染、腐蝕及易燃等情況；

=4\*GB3

④

其他要求：如可靠性，經(jīng)濟(jì)性等。

2.2.2分析工況，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)

在明確了上述液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)后，就可以對(duì)主機(jī)的工作過程進(jìn)行分析，即負(fù)載分析和運(yùn)動(dòng)分析，確定負(fù)載和速度在整個(gè)工作循環(huán)中的變化規(guī)律即計(jì)算執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)（之液壓缸的有效工作面積或液壓馬達(dá)的排量），以及確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)——工作壓力和最大流量。

(1)工況分析

主機(jī)在工作過程中其執(zhí)行結(jié)構(gòu)所需要克服的負(fù)載包括工作負(fù)載（如切削力、注射力、壓力等）、慣性負(fù)載和阻力負(fù)載（如摩擦力、密封阻力等，被壓阻力等）。這些負(fù)載的大小可按具體情況，根據(jù)有關(guān)材料、手冊(cè)、計(jì)算出來。執(zhí)行機(jī)構(gòu)在動(dòng)作循環(huán)中各個(gè)工作循環(huán)中各個(gè)工作階段的負(fù)載可按以下各式計(jì)算：

1）啟動(dòng)階段

F=±FG（2.1）

2）加速階段

F=Ffd+Fm±FG(2.2)

3)恒速階段

F=±Ft±Ffd±FG(2.3)

4）制動(dòng)階段

F=±Ft±Ffd-Fm±FG（2.4）

式中FG————重力，若工作部件水平放置則FG=0

Ffs————靜摩擦力，F(xiàn)fs=Fnfs,Fn為運(yùn)動(dòng)部件及外負(fù)載對(duì)支承面的正壓力，fs為靜摩擦系數(shù)，一般fs≤0.2～0.3；

Ffd————?jiǎng)幽Σ亮?，F(xiàn)fd=fdFn,fd為動(dòng)摩擦系數(shù)，一般fd≤0.05～0.1；

Fm————慣性阻力，F(xiàn)m=，g為重力加速度，△t為啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，△v為速度變化量；

Ft——切削阻力。

除此之外，液壓缸的受力還有密封阻力（一般用效率ηm=0.85～0.9來表示）、被壓力等。根據(jù)上述各個(gè)工作階段內(nèi)的負(fù)載和它所經(jīng)歷的的時(shí)間，可繪制出負(fù)載循環(huán)圖，如圖2.1（a）所示。

同樣，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在各個(gè)工作階段的運(yùn)動(dòng)速度也可以計(jì)算出來，繪制出速度循環(huán)圖,如圖2.1（b）所示。

對(duì)于工作循環(huán)比較簡(jiǎn)單的主機(jī)，則往往只需找出最高速度最大負(fù)載，不一定都要作出循環(huán)圖。

圖2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載和速度循環(huán)圖

（2）確定液壓系統(tǒng)得主參數(shù)

執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負(fù)載循環(huán)圖中的最大負(fù)載來選取，也可以根據(jù)主機(jī)類型來確定（見表2.1和表2.2）。

表2.1按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力

負(fù)載F/KN

＜5

5～10

10～20

20～30

30～50

＞50

工作壓力p/MPa

＜0.8～2.0

1.5～2.0

2.5～3.0

3.0～4.0

4.0～5.0

＞5.0＞7.0

表2.2各類主機(jī)常用工作壓力

主機(jī)類型

精加工機(jī)床

半精加工機(jī)床

粗加工或重型機(jī)床

農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械

液壓機(jī)、重型機(jī)械、大中型挖掘機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械

工作壓力p/MPa

0.8～2.0

3.0～5.0

5.0～10.0

10.0～16.0

20.0～32.0

最大流量則由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度循環(huán)中的最大速度計(jì)算出來，它與執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。通常的做法是：先按最大負(fù)載Fmax或Tmax和選取的工作壓力，由（2.5）或式（2.6）求出液壓缸的有效工作面積A或液壓馬達(dá)的排量

EQ

。

A=（2.5）

（2.6）

式中p——選取的系統(tǒng)工作壓力；

ηm————泵或馬達(dá)的機(jī)械效率。

則液壓缸或液壓馬達(dá)的最大流量可由式（2.7）或式（2.8）計(jì)算

（2.7）

（2.8）

對(duì)于要求工作速度很低的執(zhí)行元件,在計(jì)算最大流量之前,需檢驗(yàn)所求得的執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)能否在系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量下使該執(zhí)行元件獲得要求的最低速度Vmin或，即

A≥（2.9）

≥（2.10）

否則，需要調(diào)整A，或。在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中決定于變量泵的最小穩(wěn)定流量，由產(chǎn)品的性能表查出。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，決定于變量泵的最小穩(wěn)定流量。

圖2.2執(zhí)行元件的工況圖

由以確定A值可以計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑D，在參考有關(guān)手冊(cè)根據(jù)系統(tǒng)工作壓力或液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比或活塞桿的受力情況（受拉力或壓力）計(jì)算活塞桿的的直徑d，計(jì)算出D和d，最后還必須圓整成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格數(shù)值。各液壓執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定之后，即可根據(jù)負(fù)載循環(huán)圖，速度循環(huán)圖以及A和作出各執(zhí)行元件的工況圖（見圖2.2）。工況圖反映了一個(gè)工作循環(huán)中，執(zhí)行元件的實(shí)際工作壓力，流量和功率隨時(shí)間的變化情況。最后還需將各個(gè)執(zhí)行元件的q-t圖，P-t圖綜合疊加，歸并成整個(gè)液壓系統(tǒng)的工況圖，以顯示出整個(gè)工作循環(huán)中系統(tǒng)壓力.流量和功率的最大值以及在不同工作階段的分布情況，作為后續(xù)步驟中進(jìn)行方案設(shè)計(jì).選擇液壓元件等的依據(jù)之一。

2.2.3進(jìn)行液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要一步。它從作用原理和結(jié)構(gòu)組成上具體體現(xiàn)了主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)提出的各項(xiàng)要求其主要工作包括兩項(xiàng)內(nèi)容：一是根據(jù)主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，選擇液壓回路，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)；二是把選出的液壓回路有機(jī)的組成液壓系統(tǒng)。

（1）選擇液壓系統(tǒng)

選擇液壓回路時(shí)既要考慮調(diào)速、壓力控制、換向、順序或同步動(dòng)作、互鎖等，還要考慮節(jié)省能源，提高效率，減少發(fā)熱，安全可靠，減少?zèng)_擊等問題。選擇回路奧抓住各類主機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)和主要問題，從對(duì)主機(jī)的主要性能起決定性影響的回路開始。例如，對(duì)機(jī)床的液壓系統(tǒng)應(yīng)從選擇調(diào)速回路開始；液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)從選擇壓力調(diào)節(jié)和控制回路開始等。然后再考慮其他回路，或許有些回路的形式已由主要回路所決定。

選擇回路時(shí)，往往有很多方案，需要進(jìn)行反復(fù)比較，同時(shí)還應(yīng)采取類比法，多參考同類型液壓系統(tǒng)的成熟結(jié)構(gòu)方案。

（2）初擬液壓系統(tǒng)原理圖

將選定的各液壓回路組合、歸并在一起，再加上一些輔助元件或回路就初步形成了液壓系統(tǒng)原理圖。在合成液壓系統(tǒng)原理圖時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①盡可能合并作用相同或相近的多余元件。

②消除回路合并可能帶來的相互干擾。

③對(duì)可靠型要求比較高的主機(jī)，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置必要的備用元件或備用回路。

④盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元件，減少制造周期和成本。

⑤為了便于調(diào)整和檢修，在需要檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的地方設(shè)置工藝接頭，以便安裝檢測(cè)儀器。

2.2.4計(jì)算與選擇液壓元件

液壓元件的選擇通常是由以下諸因素共同決定的：

①參考同類設(shè)備。

②系統(tǒng)所需要的最高壓力和最大流量。

③對(duì)穩(wěn)態(tài)功率以及整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的考慮。

④可供選用的液壓元件及其成本。

（1）液壓泵及電機(jī)的選擇

首先確定液壓泵的最大工作壓力

(2.11)

式中——執(zhí)行元件的最高壓力，由其工況圖中得到；

——油液流經(jīng)執(zhí)行元件進(jìn)油路上個(gè)液壓元件及管路的總壓力損失。

在整個(gè)液壓系統(tǒng)尚未組成前，的取值可估算，也可以按經(jīng)驗(yàn)資料估計(jì)。例如，對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)?。粚?duì)復(fù)雜的系統(tǒng)取。當(dāng)執(zhí)行元件的最大工作壓力出現(xiàn)在其停止運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則取。

其次根據(jù)系統(tǒng)工況圖中的最大流量確定液壓系統(tǒng)的最大供油流量

(2.12)

對(duì)于工作過程始終處于節(jié)流調(diào)速狀態(tài)的系統(tǒng)，在確定液壓系統(tǒng)的最大供油時(shí)，尚未考慮溢流閥的最小穩(wěn)定流量，在一般為溢流閥額定流量的15%以上。

對(duì)于采用差動(dòng)液壓缸的系統(tǒng)，液壓缸的供油為

(2.13)

對(duì)于采用蓄能器共同供油的系統(tǒng)，在液壓泵的最大供油量可由系統(tǒng)一個(gè)工作循環(huán)中的平均流量確定，即

(2.14)

式中K——考慮系統(tǒng)泄漏的修正系數(shù)，一般取1.1～1.3；

——差動(dòng)液壓缸無桿腔、有桿腔的有效面積；

——差動(dòng)連接時(shí)活塞或液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度；

——系統(tǒng)在一個(gè)工作循環(huán)中等i個(gè)階段內(nèi)所需的供油量；

T——一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)工況可確定液壓泵的類型，然后按上面計(jì)算出的和，參照產(chǎn)品樣本即可選擇液壓泵的規(guī)格型號(hào)?？紤]到動(dòng)態(tài)壓力超調(diào)，并確保泵有足夠的使用壽命，應(yīng)使液壓泵具有一定的壓力儲(chǔ)備，從產(chǎn)品樣本中選擇泵的額定壓力應(yīng)比高出25%～60%，其額定流量則只需與相當(dāng)。

驅(qū)動(dòng)液壓泵所需的電動(dòng)機(jī)功率可直接從泵的產(chǎn)品樣本上查出，然后結(jié)合泵的轉(zhuǎn)速選擇電動(dòng)機(jī)。液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率也可以根據(jù)具體工況計(jì)算出來。若在整個(gè)工作循環(huán)中，液壓泵的工作壓力和流量比較恒定，則液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率為

(2.15)

式中—液壓泵的最大工作壓力；

—液壓泵的輸出流量；

—液壓泵的總效率，可由泵的產(chǎn)品樣本中查出。

若一個(gè)工作循環(huán)中，液壓泵的最大工作壓力和流量變換較大，則需要分別計(jì)算出工作循環(huán)中各個(gè)階段所需的驅(qū)動(dòng)效率，然后按下式求出平均驅(qū)動(dòng)功率

(2.16)

式中—個(gè)工作循環(huán)中各個(gè)階段所需的驅(qū)動(dòng)功率；

—個(gè)工作循環(huán)中各個(gè)階段所需要的時(shí)間。

在按平均驅(qū)動(dòng)功率選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)將求得值與整個(gè)工作循環(huán)中所需的最大驅(qū)動(dòng)功率進(jìn)行比較，核算短期超載量是否在允許的范圍之內(nèi)，一般電動(dòng)機(jī)允許的短期超載量為25%.如果超出允許的范圍，則必須按最大驅(qū)動(dòng)功率選則電動(dòng)機(jī)。

（2）控制閥的選擇

各種控制閥的規(guī)格型號(hào)按該閥所在油路的最大工作壓力和經(jīng)此油路的最大流量選定。即各種閥的額定壓力和額定流量應(yīng)與上述壓力和流量相接近。必要時(shí)可允許閥最大通過流量超過其額定流量的20%，如果超過太大，則壓降及發(fā)熱劇增。

此外需確定液壓閥的安裝方式。根據(jù)連接方式的不同，液壓閥可分為管式閥、板式閥和疊加閥等。

管式閥是靠螺紋管接頭的各進(jìn)出油口與系統(tǒng)管路相連接。液壓閥自身亦靠管接頭固定在管路上。大流量時(shí)用法蘭代替管接頭。較簡(jiǎn)單、試制性、未定型的液壓系統(tǒng)可采用管式連接閥。

板式閥有兩種連接方式。采用安裝地板的板式連接結(jié)構(gòu)。位于閥體安裝面上的全部油口與安裝底板上加工出的油口相對(duì)應(yīng)，閥體用螺釘安裝在底板上，并用O型密封圈密封，在底板的背面或側(cè)面用螺紋管接頭將閥的各油口與系統(tǒng)管路連通。集成塊的另一種板式連接結(jié)構(gòu)是集成塊是一個(gè)六面體，在3個(gè)側(cè)面均可用螺釘安裝板式閥，另一側(cè)面安裝通向執(zhí)行元件的管接頭。塊內(nèi)有鉆出的油孔試固定在集成塊上的閥與閥之間按一定的要求連通。一個(gè)液壓系統(tǒng)往往需要幾個(gè)集成塊來安裝連接板式閥，各集成塊和頂蓋、底板用長(zhǎng)螺栓即可緊固組裝在一起。使用時(shí)可按系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求選擇集成塊及相應(yīng)的板式液壓閥，也可根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)集成塊。板式安裝連接目前經(jīng)常采用的液壓閥連接方式。

疊加閥式安裝連接是板式閥集成塊安裝連接的一種新型發(fā)展形式，用于液壓閥的集成化。疊加閥的上下兩個(gè)面是閥間的安裝面，閥的進(jìn)出油口分別在這兩個(gè)面上，以便疊加安裝另一個(gè)或幾個(gè)液壓閥組成一個(gè)集成化的控制回路。這樣閥與閥之間無須任何中間連接體，閥體本身就起到了連接板和油路通道的作用，而閥本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理與一般液壓閥基本相同。

在選擇液壓閥時(shí)，除了考慮上述問題外，還應(yīng)該考慮控制閥的操作方式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能特點(diǎn)及價(jià)格等，故此，在這次設(shè)計(jì)中我們選用板式閥。

（3）輔助元件的選擇

選擇油管和管接頭的簡(jiǎn)便方法是使它們的通徑與其所連接的液壓元件借口處的尺寸一致。

（4）確定油箱容量

油箱的有效容量可根據(jù)系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)的流量，按經(jīng)驗(yàn)公式估算。

油箱的總?cè)萘繎?yīng)為其有效容量V的1.25%倍。對(duì)于行走機(jī)械的液壓系統(tǒng)，其油箱容量可適當(dāng)減小，但須配冷卻裝置。

2.2.5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算工作到這一步，還需要對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的技術(shù)性能進(jìn)行驗(yàn)算，判斷設(shè)計(jì)質(zhì)量，以便調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)及方案。一般技術(shù)性能驗(yàn)算包括：系統(tǒng)壓力損失計(jì)算；系統(tǒng)效率計(jì)算；系統(tǒng)發(fā)熱溫升的計(jì)算等。若對(duì)系統(tǒng)有其他要求時(shí)，尚需作相應(yīng)的估算。

（1）系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算

當(dāng)系統(tǒng)的元件、輔助規(guī)格和管道尺寸確定后，即可繪出油路的安裝草圖，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)油路上總壓力損失進(jìn)行驗(yàn)算，即

(2.17)

式中——系統(tǒng)管道沿程壓力和局部壓力損失，可分為參照1.4節(jié)中有關(guān)計(jì)算公式；

——閥和輔助元件的局部壓力損失，可根據(jù)各自的型號(hào)規(guī)格從產(chǎn)品樣本中查出。

系統(tǒng)在不同工作階段的壓力損失要求分開計(jì)算。

在中往往是主要部分，若經(jīng)過閥類元件的實(shí)際流量與其額定流量相差較大，實(shí)際壓力損失與額定壓力損失有如下關(guān)系

(2.18)

如果計(jì)算出的系統(tǒng)進(jìn)油路總壓力損失比前面選泵時(shí)估計(jì)的數(shù)值大的多，則應(yīng)重新調(diào)整液壓元件、輔助規(guī)格和管道尺寸。計(jì)算出的系統(tǒng)壓力損失可作為確定系統(tǒng)調(diào)整壓力的依據(jù)之一，并可考查系統(tǒng)的回路效率，在對(duì)不同的方案進(jìn)行比較作為參考。

（2）系統(tǒng)效率的計(jì)算

液壓系統(tǒng)工作時(shí)，液壓泵和執(zhí)行元件都有泄漏和機(jī)械摩擦損失，必然消耗一定的功率，即反應(yīng)了一定的效率。液壓系統(tǒng)的效率是系統(tǒng)的輸出效率與其輸入效率之比，即

(2.19)

它也可以寫成

(2.20)

式中——液壓泵的總效率，油產(chǎn)品樣本查出；

——執(zhí)行元件的總效率，由產(chǎn)品樣本查出，對(duì)于液壓缸一般取0.95；

——回路效率，它反映了泵出口到執(zhí)行元件進(jìn)口這段油路的功率利用程度。

(2.21)

式中——同時(shí)工作的執(zhí)行元件工作壓力與輸入流量乘積之和；

——同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的液壓泵的輸出功率之和。

（3）系統(tǒng)發(fā)熱和溫升的驗(yàn)算

液壓系統(tǒng)的壓力、容積和機(jī)械所消耗的功率轉(zhuǎn)化為熱量，試系統(tǒng)的油溫升高。連續(xù)工作一定時(shí)間后，系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量便和散發(fā)的熱量相等達(dá)到平衡狀態(tài)，油溫不再升高。對(duì)于不的主機(jī)，因環(huán)境條件與工況不同，最高允許油溫也不相同(參見表2.3)。因此，必須運(yùn)用熱量平衡原理對(duì)系統(tǒng)的溫升值進(jìn)行估算，使其不得超過允許值。若執(zhí)行元件的有效功率為，液壓泵上輸入功率為，則系統(tǒng)的總發(fā)熱H可按試下式估算

(2.22)

如果系統(tǒng)的總效率已由式（2.20）求出，則系統(tǒng)的總發(fā)熱量也可按下式計(jì)算

(2.23)

假設(shè)熱量全部由油箱散發(fā)出去，不考慮系統(tǒng)其他部分的散熱，則對(duì)油箱溫升的估算公式可以根據(jù)不同的條件分別從有關(guān)手冊(cè)中查找出來。對(duì)于油箱3個(gè)邊的尺寸1:1:1到1:2:3之間，油平面高度是油箱高度的80%，且油箱通風(fēng)良好時(shí)，油液溫升的計(jì)算可用下式來估算

(2.24)

式中V——油箱的有效容積。

計(jì)算結(jié)果如果超出最高允許油溫，需增加油箱表面積，采取冷卻措施或改進(jìn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

表2.3各種機(jī)械允許油溫

液壓設(shè)備名稱

正常工作油溫

最高允許油溫度

油及油箱的溫升

機(jī)床

30-50

55-70

≤30-35

工程機(jī)械、礦山機(jī)械

50-80

70-90

≤35-40

數(shù)控機(jī)床

30-50

55-70

≤25

機(jī)械粗加工機(jī)床

40-70

60-90

機(jī)車車輛

40-60

70-80

船舶

30-60

80-90

2.2.6繪制正式工作圖，編制技術(shù)文件

設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過驗(yàn)算后，即可繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件。

正式工作圖包括液壓系統(tǒng)原理圖、液壓系統(tǒng)裝備圖、各種非標(biāo)準(zhǔn)元件、輔助的零件圖及其裝配圖。

液壓系統(tǒng)原理圖時(shí)對(duì)初擬的原理圖進(jìn)行修改、補(bǔ)充、完善而成、圖中應(yīng)附有液壓元件明細(xì)表。表中標(biāo)明各種液壓元件的型號(hào)和規(guī)格。一般還應(yīng)該給出各執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖、動(dòng)作順序表和簡(jiǎn)要說明。

液壓系統(tǒng)裝備圖時(shí)液壓系統(tǒng)的正式安裝、施工的圖紙，包括油箱裝配圖、泵裝置圖、管路安裝圖等。

技術(shù)文件一般包括液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書、標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表、液壓系統(tǒng)操作使用說明書等內(nèi)容。

2.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算

設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面多軸鉆床組合機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)工作的內(nèi)容和過程如下：

2.3.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面多軸鉆床組合機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過6000N。該系統(tǒng)的工作循環(huán)為“快進(jìn)—工進(jìn)—快退—停止”。機(jī)床快進(jìn)快退速度約為6m/min，工進(jìn)速度可在30~120mm/min范圍內(nèi)無極調(diào)速，快進(jìn)行程為200mm，工進(jìn)行程為50mm，最大切削力為25N,運(yùn)動(dòng)部件總重量為15N，加速（減速）時(shí)間為0.2s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。要求經(jīng)過作業(yè)分析、方案擬定、元件選取和有關(guān)計(jì)算后，完成對(duì)該裝置的實(shí)質(zhì)性設(shè)計(jì)。

2.3.2組合機(jī)床工作情況分析，確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)

（1）負(fù)載分析

1）工作負(fù)載

2）摩擦負(fù)載

靜摩擦負(fù)載

動(dòng)摩擦負(fù)載

3）慣性負(fù)載

==765N

根據(jù)以上計(jì)算，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表2.4所示

由表2.4數(shù)值繪制負(fù)載循環(huán)圖2.3(a)所示。

（2）運(yùn)動(dòng)分析

根據(jù)，取，繪制速度循環(huán)圖如圖2.3(b)所示。

（3）確定液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

參照表2.1和表2.2取液壓缸工作壓力為。為節(jié)省能源宜選用較小流量的油源，利用單桿活塞缸差動(dòng)連接滿足快進(jìn)速度要求，且往復(fù)速度相等，這樣就給液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d規(guī)定了的關(guān)系。

在水平推力壓緊時(shí)，液壓缸回油腔應(yīng)有一定的背壓，查液壓工程手冊(cè)取背壓為。由此求得液壓缸無桿腔面積為

表2.4液壓缸在各工作階段的負(fù)載/N

工況

負(fù)載組成F

系統(tǒng)負(fù)載/N

時(shí)間/s

啟動(dòng)

3334

加速

+

2517

2s

快速進(jìn)給

1667

25s

工作進(jìn)給

+

29445

2.5s

制動(dòng)

-

735

2.5s

注：1.取工進(jìn)時(shí)的最大速度=2mm/s

2.取液壓缸機(jī)械效率=0.9

3.

(a)(b)

圖2.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載和速度循環(huán)圖

由GB/T2348-1993查得標(biāo)準(zhǔn)值D=11cm，d=8cm。由此計(jì)算出液壓缸的實(shí)際有效面積為

由工進(jìn)給速度檢驗(yàn)液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸，查產(chǎn)品樣本，Q型調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量為

則

本計(jì)算，故能滿足工作進(jìn)給速度要求。

快速進(jìn)給時(shí)的液壓缸工作差動(dòng)連接。由于管路中由壓力損失，取此項(xiàng)損失為，同時(shí)假定快退時(shí)回油壓力損失為0.5Mpa。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出液壓缸在一個(gè)工作循環(huán)各個(gè)階段的壓力，流量和功率，如表2.5所示，并根據(jù)此繪制出液壓缸工況圖如圖2.4所示。

表2.5液壓缸在不同階段所需的壓力、流量、和功率

工作階段

系統(tǒng)負(fù)載

回油腔壓力

工作腔壓力

輸入流量

輸入功率

工作進(jìn)給

29444

0．6

快速前進(jìn)

1667

快速退回

1667

0．5

注：取液壓缸機(jī)械效率

（3）確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑

根據(jù)夾緊力F=5000～6000N，選取夾緊壓力為

夾緊缸內(nèi)徑為：

cm

查缸徑尺寸系列，取D=8cm

根據(jù)活塞桿工作中受壓，活塞桿直徑適當(dāng)取大些，活塞桿直徑d為：

d=0.5D=4cm

取d=4cm，符合活塞桿尺寸系列。

圖2.4液壓缸工況圖

（a）p-t圖（b）q-t圖（c）P-t

（4）計(jì)算夾緊液壓缸的壓力和流量

進(jìn)油腔壓力為

輸入流量為

2.3.3設(shè)計(jì)方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖

(1)選擇基本回路

1）確定供油方式

從工況圖上可以清楚的看到：在整個(gè)工作循環(huán)中，液壓缸要求交替提供快行程的低壓大流量和慢行程的高壓小流量油液。最大流量與最小流量之比約為50。而快進(jìn)、快退所需時(shí)間為

工進(jìn)時(shí)間

即

考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)的負(fù)載較大，速度較低，而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜采用雙泵供油或變量泵供油。現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。油源選擇如圖2.5所示

圖2.5油源的選擇

（2）調(diào)速方式的選擇

在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流或調(diào)速閥。根據(jù)銑削類專用機(jī)床工作時(shí)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。

（3）速度換接方式的選擇

本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。

（4）夾緊回路的選擇

用二位四通電磁閥來控制夾緊、松開換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式，考慮到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持夾緊力，可以接入單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定，為了保證工件確已夾緊后進(jìn)給缸才能動(dòng)作，在夾緊缸進(jìn)油口處裝一壓力繼電器。

（5）組成液壓系統(tǒng)原理圖

把所選擇的液壓回路組合起來，在液壓泵進(jìn)口設(shè)置一過濾器；出口設(shè)一壓力表及壓力表開關(guān)，以便觀測(cè)泵的壓力等。即可組成液壓系統(tǒng)原理圖，如圖2.6所示。

2.3.4計(jì)算和選擇液壓元件

（1）液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇

1）泵的工作壓力的確定?？紤]到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為

（1.25）

式中—液壓泵最大工作壓力

—執(zhí)行元件最大工作壓力

—進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2～0.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)可取0.5～1.5MPa，本設(shè)計(jì)中取0.8MPa

首先確定液壓泵的最大工作壓力。小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向系統(tǒng)供油。由工況圖

圖2.6單面多軸鉆床液壓系統(tǒng)原理圖

知，在整個(gè)工作循環(huán)中液壓缸的最大工作壓力3.1MPa，選取進(jìn)油路上的總壓力損失為0.8MPa，流量泵的最大工作壓力為：

上述計(jì)算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各中工況的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力（1.25～1.6）。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。

在本例中=1.45=5.655MPa

2）泵的流量確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為

（2.26）

式中—液壓泵的最大流量

—同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。

—系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取=1.1～1.3，現(xiàn)取=1.2。

=1.2×30.156L/min=36.2L/min

3)選擇液壓泵的規(guī)格

根據(jù)以上算的和再查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YBX—40限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為沒轉(zhuǎn)排量=40ml/r，泵的額定壓力

EQ

=6.3MPa，額定轉(zhuǎn)速940r/min，總效率0.8，容積效率0.9。

4）與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定

首先分別算出快進(jìn)和工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，取兩者最大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時(shí)泵的輸出流量減少，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.2～1L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取0.03～0.14。同時(shí)還應(yīng)注意到，為了使所選的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即

（2.27）

式中—所選電動(dòng)機(jī)的額定功率

—限壓式變量泵的限定壓力

—壓力為時(shí)，泵的輸出流量

首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為15000N，進(jìn)油路的壓力損失定為0.3MPa，由式（2—3）可得

MPa=0.39MPa

快進(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為

工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為

0.0926

查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選用Y100L—6，=940r/min，p=1.5kw

根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得YBX—40的流量壓力特性曲線。

（2）液壓閥的選擇

根據(jù)控制所在油路的最大工作壓力和通過該閥的最大流量選擇規(guī)格型號(hào)見表1.6：

表2.6液壓元件表

序號(hào)

元件名稱

通過閥的最大流量

規(guī)格

規(guī)格

型號(hào)

額定流量

額定壓力MPa

額定壓降MPa

1

限壓式變量

葉片泵

—

YBL-40

40

6.3

—

2

三位四通

電磁換向閥

57.018

34D-63B

63

6.3

<0.4

3

兩位四通

電磁換向閥

22.4

24D-25B

25

6.3

<0.3

4

兩位三通

電磁換向閥

30.156

23D-63B

63

6.3

<0.4

5

壓力繼電器

—

-63B

—

6.3

—

6

單向閥

3.2

I-10B

10

6.3

<0.2

7

單向閥

26.862

I-63B

63

6.3

<0.2

8

單向節(jié)流閥

22.4

LDF-B32C

32

6.3

—

9

過濾器

36.2

XU-4080J

80

6.3

—

10

減壓閥

22.4

JI-25B

25

6.3

—

注：此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)液壓泵輸出的實(shí)際流量

（3）油管的計(jì)算和選擇

油管的內(nèi)徑可按照所連接元件的接口尺寸確定，也可按照管路中允許的流速來計(jì)算，由表1.7推薦取油液在壓油管的流速V=4m/s，按式算得液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管的內(nèi)徑為

取d=20mm

取d=16mm

最后，依照計(jì)算由選定的液壓元件連接油口尺寸確定油管內(nèi)徑。

（4）油箱容量

由經(jīng)驗(yàn)公式得

按GB2876-81規(guī)定取油箱的標(biāo)準(zhǔn)值V=250L，其型號(hào)：BEX—250

2.3.5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能

（1）系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算

由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無法計(jì)算，但閥類元件的局部壓力損失是可以由公式估算出來的，它在總壓力損失中占據(jù)了很大的份額。壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。

1）快進(jìn)

快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，進(jìn)油路上油液通過三位四通閥的流量30.156L/min。因此，進(jìn)油路上的總壓降為

回油路上，通過兩位三通電磁換向閥是的流量為

2）工進(jìn)

工進(jìn)時(shí)，進(jìn)油路上通過三位四通電磁換向閥的流量為1.14L/min,回油路上通電二位三通電磁換向閥的流量為，在調(diào)速閥處的壓力損失為0.5MPa，在背壓閥處的壓力損失為0.6MPa，因此，將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上后，便得到了整個(gè)回路因閥類元件造成的壓力損失為

液壓缸回油腔的壓力為：

可見此值略大于原估計(jì)值，故需重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力即：

此值略等于表2.5中的數(shù)值。

因?yàn)槎蝗姶艙Q向閥處的力損失為，調(diào)速閥處的壓力損失為0.5MPa，所以工進(jìn)時(shí)溢流閥的調(diào)整壓力應(yīng)為

=3.6MPa

3）快退

快退時(shí)，進(jìn)油路上通過三位四通電磁換向閥的流量為36.2L/min，通過單向閥和二位三通電磁換向閥為26.862L/min，回油路上通過三位四通電磁換向閥和單向閥的流量為：

因此，進(jìn)油路上總壓降為

此值小于估計(jì)值，因此液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率是足夠的，快退時(shí)回油路上總壓降為

此值略小于原估計(jì)值，因此，重新計(jì)算快退時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力為：

快退時(shí)液壓泵的工作壓力應(yīng)為：

（2）計(jì)算系統(tǒng)效率

在一個(gè)工作循環(huán)中，工作進(jìn)給占大部分時(shí)間，因此完全可用工進(jìn)時(shí)的系統(tǒng)效率來代替整個(gè)工作循環(huán)的系統(tǒng)效率。

由此可見，系統(tǒng)的效率很低，但在小功率系統(tǒng)是允許的。

（3）系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算

系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進(jìn)時(shí)的工況來計(jì)算

工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為：

液壓泵的總功率為：

按式可計(jì)算出液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為：

按式，求出油液溫升為：

由表2.3可知，油液溫度沒有超過所允許的溫升值。

2.4本章小結(jié)

本章主要闡述了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與要求,通過計(jì)算選擇了相關(guān)的液壓元件并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的驗(yàn)算,擬定出了液壓系統(tǒng)原理圖。

3液壓站的設(shè)計(jì)

液壓站是現(xiàn)代液壓技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形態(tài),既是各類液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的歸宿,又是保證主機(jī)完成其工藝目的和長(zhǎng)期可靠工作的重要裝置。正確合理地設(shè)計(jì)和使用液壓站，對(duì)于提高液壓系統(tǒng)乃至整個(gè)液壓設(shè)備的工作品質(zhì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，具有重要意義。其基本設(shè)計(jì)框圖如圖3.1。

液

壓

站

油箱

集成塊

電動(dòng)機(jī)

過濾器

液壓泵

聯(lián)軸器

圖3.1液壓站設(shè)計(jì)框圖

3.1液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

液壓站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的是，液壓裝置中各部件、元件布置要均勻、便于裝配、調(diào)整、維修和使用，并且要適當(dāng)?shù)淖⒁馔庥^的整齊和美觀。液壓泵與電動(dòng)機(jī)可裝在液壓油箱的蓋上，也可裝在液壓油箱之外，主要考慮液壓油箱的大小與剛度。在閥類元件的布置中，行程閥的安放位置必須靠近運(yùn)動(dòng)部件。手動(dòng)換向閥的位置必須靠近操作部位。換向閥之間應(yīng)留有一定的軸向距離，以便進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整或裝拆電磁鐵，壓力表及其開關(guān)應(yīng)布置在便于觀察和調(diào)整的地方。液壓泵與機(jī)床相聯(lián)的管道一般都先集中接到機(jī)床的中間接頭上，然后再分別通向不同部件的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去，這樣做有利于搬運(yùn)、裝拆和維修。硬管應(yīng)貼地或沿著機(jī)床外形壁面敷設(shè)。相互平行