机电一体化毕业设计（论文）-卧式组合钻床液压系统.doc

哈尔滨应用职业技术学院毕 业 论 文题 目卧式组合钻床液压系统学生姓名系部名称自动化系专业班级09级机电一体化二班指导教师起止时间教 务 处 制毕业论文项目表填表日期年 月 日迄今已进行 周剩余 周学生姓名系部自动化系专业、班级机电一体化、二班指导教师姓名职称从事专业是否外聘是否题目名称卧式组合钻床液压系统指导教师意 见 指导教师签字： 年 月 日系 意 见系主任签字： 年 月 日毕业答辩成绩：年 月 日小组答辩委员会成员签字：年 月 日答辩委员会主任签字：年 月 日哈尔滨应用职业技术学院毕业设计（论文）摘要 本论文主要阐述了组合机床动力滑台液压系统，能实现的工作循环是：快速前进 工作进给 快速退回 原位停止，液压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一。特别是近年可与微电子、计算机技术相结合、使液压技术进入了一个新的发展阶段。目前，已广泛应用在工业各领域。由于近年来微电子、计算机技术的发展，液压元器件制造技术的进一步提高，使液压技术不仅在作为一种基本的传统形式上占有重要地位而且以优良的静态、动态性能成为一种重要的控制手段。面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的液压系统的地位越来越重要。本液压系统的设计，除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外，还必须符合体积小、重量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普遍设计原则。液压系统的设计主要是根据已知的条件，来确定液压工作方案、液压流量、压力和液压泵及其它元件的设计。综上所述，完成整个设计过程需要进行一系列艰巨的工作。设计者首先应树立正确的设计思想，努力掌握先进的科学技术知识和科学的辩证的思想方法。同时，还要坚持理论联系实际，并在实践中不断总结和积累设计经验，向有关领域的科技工作者和从事生产实践的工作者学习，不断发展和创新，才能较好地完成机械设计任务。关键词:组合机床 液压系统 液压缸 液压泵换向阀abstractthe face of chinas economy developed rapidly in recent years, the growth of machinery manufacturing industry, in the national economy accounts for an important position in the field of manufacturing industry to be healthy and rapid development. improvement of manufacturing equipment, making an important equipment manufacturing industry as a wide range of machining processes and equipment have been many new changes, especially the hole processing, in todays hydraulic system is becoming more and more important.boring machine hydraulic system design, in addition to the host in action and meet the performance requirements of the provisions, but also must meet the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation, convenient use and maintenance of a number of generally recognized design principles. the design of the hydraulic system is the basis of known conditions to determine the work program of hydraulic, hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other components of the design. to sum up, the need to complete the entire design process to conduct a series of hard work.in recent years, in particular with the microelectronics, computer technology, so that the hydraulic technology has entered a new stage of development. at present, it has been widely used in industry in various fields. in recent years, microelectronics, computer technology, hydraulic components to further improve manufacturing technology, so that hydraulic technology as a fundamental, not only in traditional form but also occupies an important position with excellent static and dynamic performance has become an important means of control.enter here abstract in this paper, focused on the combination of dual-use horizontal boring drilling machine hydraulic system, to achieve the duty cycle is: work fast forward feed situ rapid return to stop, hydraulic technology is mechanical equipment in the fastest growing technologies.key words: modular machine tool hydraulic system pump hydraulic cylinder valve.目录摘要.iabstractii第1章 绪论11 液压传动的发展概况和应用11.1.1液压传动的发展概况11.1.2液压传动在机械行业中的应用2第二章 液压传动的工作原理和组成42.2.1工作原理42.2.2液压系统的基本组成41、动力元件（油泵）42、执行元件（油缸、液压马达）43、控制元件44、辅助元件45、工作介质4第三章 液压传动的优缺点53.3.1液压传动的优点53.3.2液压传动的缺点5第四章 液压系统工况分析64.1运动分析64.2 负载分析64.2.1 负载计算64.2.2 液压缸各阶段工作负载计算：64.2.3 绘制动力滑台负载循环图，速度循环图（见图1）74.2.4 确定液压缸的工作压力84.2.5 确定缸筒内径d，活塞杆直径d84.2.6 液压缸实际有效面积计算84.2.7 最低稳定速度验算94.2.8 计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力、流量、功率列于表9第五章 拟定液压系统图115.1液压泵型式的选择115.2 选择液压回路125.2.1 调速与速度换接回路125.2.2 换向回路125.2.3 压力控制回路135.2.4定位，夹紧系统的减压顺序回路135.2.3 形成终点的控制145.3组成液压系统14第六章 液压元件选择156.1 选择液压泵和电机156.1.1 确定液压泵的工作压力156.1.2 液压泵的流量156.1.3 选择电机156.2辅件元件的选择186.3 确定管道尺寸18第七章 液压系统的性能验算197.1管路系统压力损失验算197.1.1 判断油流类型197.1.2 沿程压力损失p1197.1.3 局部压力损失p2197.2 液压系统的发热与温升验算217.2.1 液压泵的输入功率217.2.2 有效功率227.2.3 系统发热功率ph227.2.4 散热面积227.2.5 油液温升t22第八章 液压系统最新发展状况238.1 国外液压系统的发展238.2 远程液压传动系统的发展24第九章 注意事项27结束语28谢辞.29参考文献3031哈尔滨应用职业技术学院毕业设计（论文）第1章 绪论1 液压传动的发展概况和应用1.1.1液压传动的发展概况液压技术发展趋势液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。世界液压元件的总销售额为350亿美元。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%3.5%，而我国只占1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。液压气动技术具有独特的优点，如:液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力【2】，易实现直线运动【1】等优点；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因此，液压气动技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。 液压产品技术发展趋势由于液压技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术【4】、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向21世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。其主要的发展趋势将集中在以下几个方面。 减少损耗，充分利用能量液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统【5】、二次调节系统和采用蓄能器回路。 泄漏控制泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。 污染控制过去，液压界主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视。今后应重视解决：严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。 主动维护开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。要进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自校正，在故障发生之前进行补偿，这是液压行业努力的方向。 机电一体化机电一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：液压系统将有过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统【8】，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将实现自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。液压cad技术充分利用现有的液压cad设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计-制造-销售-使用-设计的闭环系统。将计算机防真及适时控制结合起来，在试制样机前，便可用软件修改其特性参数，以达到最佳设计效果。下一个目标是，利用cad技术支持液压产品到零不见设计的全过程，并把cad/cam/capp/cat，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造系统（cims），使液压设计与制造技术有一个突破性的发展。 新材料、新工艺的应用新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液压的发展引起新的飞跃。为了保护环境，研究采用生物降解迅速的压力流体，如采用菜油基和合成脂基或者水及海水等介质替代矿物液压油。铸造工艺的发展，将促进液压元件性能的提高，如铸造流道在阀体和集成块中的广泛使用，可优化元件内部流动，减少压力损失和降低噪声，实现元件小型化。1.1.2液压传动在机械行业中的应用液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。自1975年制成的第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域，1906年开始应用于国防备战武器。第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快和精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服系统。20世纪60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰以及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出了新要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床工业中，液压技术得到了普遍应用。近年来，液压技术已经广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航空、地震预测及各种电液伺服系统，使得液压技术的应用提高到一个崭新的高度。目前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成化等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化设计、微机控制等工作，也日已取得显著效果。解放前，我国经济落后，液压工业完全是空白。解放后，我国经济获得迅速发展，液压工业也和其它工业一样，发展很快。20世纪50年代就开始产生各种通用液压元件。目前，我国已经生产出很多新型和自行设计的系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀【6】、电液脉冲马达【7】以及其它新型液压元件等。但是由于过去基础薄弱，所生产的液压元件，在各种与质量等方面和国外先进水平相比，还存在一定差距，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以预见，液压技术将获得进一步发展，它在各个工业部门中的应用，也将会越来越广泛。代机械一般多是机械、电气、传动并列为三大传统形式【4】，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。第二章 液压传动的工作原理和组成2.2.1工作原理2.2.2液压系统的基本组成液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1、动力元件（油泵）它的作用是利用液体把原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。 2、执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 3、控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 4、辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式）高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹及油箱等，它们同样十分重要。 5、工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。 第三章 液压传动的优缺点3.3.1液压传动的优点（1）体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的1020%。因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； （2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且调速范围最大可达1：2000(一般为1：100）。 （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； （4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长； （6）操纵控制简便，自动化程度高； （7）容易实现过载保护； （8)液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。 3.3.2液压传动的缺点（1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁； （2）对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高； （3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平； （4）液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作， 一般工作温度在-1560范围内较合适。 （5）液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统效率较低。 （6）由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比。 第四章 液压系统工况分析4.1运动分析4.2 负载分析4.2.1 负载计算（1）工作负载工作负载为已知 f=35000n（2）摩擦阻力负载 已知采用平导轨，且静摩擦因数=0.1,动摩擦因数ud=0.2,则： 静摩擦阻力 =0.135000n=3500n 动摩擦阻力 =0.235000n=7000n （3）惯性负载=ma=gu/gt=2500/9.80.05/0.05=255n（4）由于动力滑台为卧式放置，所以不考虑重力负载。（5）关于液压缸内部密封装置摩擦阻力fm的影响，计入液压缸的机械效率中。（6）背压负载 初算时暂不考虑4.2.2 液压缸各阶段工作负载计算：（1）启动加速度时 f=(ff+fa)/m=f(fsg+g/g*v/t)/m=（0.2*35000+35000/9.8*0.1/0.05）/0.9=15714n（2）快进时 f=ff/m =fdg/m=(0.1*35000)/0.9=3888n （4）工进时 f=(fw+ff)/m=(f+fg)/m=(25000+0.1*35000)/0.9n=31666n（5）快退时 f=ff/m =fdg/m=(0.1*35000)/0.9=3888n4.2.3 绘制动力滑台负载循环图，速度循环图（见图1）工作阶段速度负载工作阶段速度负载启动加速15714工进最小0.003，最大0.00231666快进、快退0.0753888工进最小0.003，最大0.00231666图1 4.2.4 确定液压缸的工作压力 参考课本资料,初选液压缸工作压力p1=40106 pa4.2.5 确定缸筒内径d，活塞杆直径da=fmaxp=7276d= 按gb/t23481993，取d=100mm d=0.71d=71mm 按gb/t23481993，取d=70mm4.2.6 液压缸实际有效面积计算 无杆腔面积 a1=d2/4=3.141002/4 mm2=7850mm2 有杆腔面积 a2=（d2d2）/4=3.14（1002702）/4 mm2=4004 mm2 活塞杆面积 a3=d2/4=3.14702/4 mm2=3846 mm24.2.7 最低稳定速度验算最低稳定速度为工进时u=50mm/min，工进采用无杆腔进油，单向行程调速阀调速，查得最小稳定流量qmin=0.1l/min a1qmin/umin=0.1/50=0.002 m2=2000 mm2 满足最低稳定速度要求。4.2.8 计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力、流量、功率列于表表（1）液压缸压力、流量、功率计算工况差 动 快 进工 进快 退启 动加 速恒 速启 动加 速恒 速计 算公 式p= f/a3q= u3a3p=pqp=(f+ p2a2) / a1q= u1 a1p=pqp=(f+ p2a1) / a2q= u2 a2p=pq速 度m/su2=0.1u1=310-4510-3u3=0.1有 效面 积m2a1=785010-6a2=400410-6a3=384610-6负 载n32663000163332744326630001633压 力mpa0.850.780.424.41.41.10.99流 量l/min230.3924.0功 率kw0.161.7550.40取 背 压 力p2=0.4mp取 背 压 力p2=0.3mp第五章 拟定液压系统图 5.1液压泵型式的选择 由工况图可知，系统循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，而且是顺序进行的。从提高系统效率考虑，选用限压式变量叶片或双联叶片泵教适宜。将两者进行比较（见表2）故采用双联叶片泵较好。表2双联叶片泵限压式变量叶片泵1流量突变时，液压冲击取决于溢流阀的性能，一般冲击较小1流量突变时，定子反应滞后，液压冲击大2内部径向力平衡，压力平衡，噪声小，工作性能较好。2内部径向力不平衡，轴承较大，压力波动及噪声较大，工作平衡性差3须配有溢流阀、卸载阀组，系统较复杂3系统较简单4有溢流损失，系统效率较低，温升较高4无溢流损失，系统效率较高，温升较低 外啮合双齿轮泵的结构。一对相互啮合的齿轮和泵缸把吸入腔和排出腔隔开。齿轮转动时，吸入腔侧轮齿相互脱开处的齿间容积逐渐增大，压力降低，液体在压差作用下进入齿间。随着齿轮的转动，一个个齿间的液体被带至排出腔。这时排出腔侧轮齿啮合处的齿间容积逐渐缩小，而将液体排出。齿轮泵适用于输送不含固体颗粒、无腐蚀性、粘度范围较大的润滑性液体。泵的流量可至300米3/时，压力可达3107帕。它通常用作液压泵和输送各类油品。齿轮泵结构简单紧凑,制造容易,维护方便，有自吸能力，但流量、压力脉动较大且噪声大。齿轮泵必须配带安全阀，以防止由于某种原因如排出管堵塞使泵的出口压力超过容许值而损坏泵或原动机5.2 选择液压回路5.2.1 调速与速度换接回路 这台机床的液压滑台工作进给速度 低，传动功率也较小，很适宜选用节流调速方式，由于钻孔时切削力变化小，而且是正负载，同时，为了保证切削过程速度稳定，采用调速阀进口节流调速，回油路背压阀为好，由液压缸的图v-l曲线知，滑台由快进转工进时，速度变化较大，故许选用行程阀换接速度，以减小压力冲击，绘出部分回路图，如图2-8（a）所示。从液压缸工作循环图可知，动力滑台在工作进给时是高压小流量，而快速行程时则是低压大流量，故可选用双泵供油回路或变量泵供油回路。由于左右两滑台在工作时要采用互不干扰回路，所以只能选用双泵供油回路。小流量泵提供高压油，供两滑台工作进给用（也供定位夹紧用）。低压大流量泵供油以实现两滑台的快速运动。为使两系统（左滑台系统与右滑台系统）工作互不干扰，小泵高压油分别经一节流阀进入各自系统，大泵低压油分别经一单向阀进入各自系统。5.2.2 换向回路此机床快进时，采用液压缸差动连接方式，使其快速往返运动，即快进，快退速速基本相等。滑台在由停止转快进，工进完毕转快退等换向中，速度变化大。为了保证换向平稳，采用有电液换向阀的换向回路，由于液压缸采用了差动连接，电液换向阀宜用三位五通阀，为了保证机床调整时可停在任意位置上，现采用中位机能位o型。 快进时，液压缸的油路差动连接，进油路与回油路串通，且又不允许经背压阀回油箱。转为工进后，进油路与回油路则要隔开，回油则经背压阀流回油箱，故须在换向阀处，在进，回路连通的油路上增加一单向阀，在背压阀后增加一液控顺序阀，其控制油与进入换向阀的压力油连通。由于快进时，液压缸的回油被液控顺序阀切断（快进空行程时为低压，此阀打不开），只有经单向阀与进油汇合，转工进后，（行程阀断路），由于调速阀的作用，系统压力升高，液控顺序阀才打开，液压缸的回油可经背图1.3 选择液压回路5.2.3 压力控制回路高压小流量泵与低压大流量泵各设一溢流阀调压。工进时只有小流量泵供油，大流量泵则可卸荷，而小流量泵只是在工件加工完毕，输送带即将装入第二个工件之瞬刻，才处于不工作状态，其间断时间很短，故不必让其卸荷。绘出双泵油源及压力控制回路图，如图2-8（c）所示。5.2.4定位，夹紧系统的减压顺序回路 定位，夹紧液压缸的工作面积，行程均不大，完全可以由高压小流量泵对其单独供油。为了保证工件的定位夹紧完全可靠，其换向阀采用带定位装置的电磁阀。夹紧压力比系统低，且要求既稳定，又可调，故采用减压阀减压，减压阀后设置一单向阀，这可增加夹紧的可靠性和安全性。先定位后夹紧的顺序动作，由顺序阀来完成。为了使松开工件不受顺序阀影响，使单向阀与顺序阀并联。绘出定位，夹紧系统部分的回路图，如图2-8（d）所示。5.2.3 形成终点的控制 由于机床需加工不通孔，工作部件对终点的位置有一定要求，因此采用死挡铁停留，并可通过压力继电器发出换向信号。5.3组成液压系统第六章 液压元件选择6.1 选择液压泵和电机6.1.1 确定液压泵的工作压力 由前面可知，液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为4.4mpa，本系统采用调速阀进油节流调速，选取进油管道压力损失为0.6mpa。由于采用压力继电器，溢流阀的调整压力一般应比系统最高压力大0.5mpa，故泵的最高压力为 pp1=（4.4+0.6+0.5）mpa=5.5mpa 这是小流量泵的最高工作压力（稳态），即溢流阀的调整工作压力。 液压泵的公称工作压力pr为 pr=1.25 pp1 =1.255.5mpa=6.7mpa 大流量泵只在快速时向液压缸输油，由压力图可知，液压缸快退时的工作压力比快进时大，这时压力油不通过调速阀，进油路比较简单，但流经管道和阀的油流量较大。取进油路压力损失为0.5mpa，故快退时泵的工作压力为 pp2=（0.99+0.5）mpa=1.49mpa 这是大流量泵的最高工作压力，此值是液控顺序阀7和8调整的参考数据。6.1.2 液压泵的流量 由流量图4（b）可知，在快进时，最大流量值为23lmin,取k=1.1，则可计算泵的最大流量 k()max =1.123lmin=25.3lmin在工进时，最小流量值为0.39 lmin.为保证工进时系统压力较稳定，应考虑溢流阀有一定的最小溢流量，取最小溢流量为1 lmin（约0.01710-3m3s）故小流量泵应取1.39lmin 根据以上计算数值，选用公称流量分别为18lmin、12lmin；公称压力为70mpa压力的双联叶片泵。6.1.3 选择电机 由功率图4（c）可知，最大功率出现在快退阶段，其数值按下式计算 pp= pp2（qv1+ qv2）p=1.35106（0.2+0.3）10-30.75=993w式中 qv1大泵流量，qv1=18 lmin（约0.310-3m3s） qv2小泵流量，qv2=12lmin（约0.210-3m3s） p液压泵总效率，取p =0.75。图4 (a) （b） (c)根据快退阶段所需功率993w及双联叶片泵要求的转速，选用功率为1.1kwj526型的异步电机。6.2辅件元件的选择 6.3 确定管道尺寸 由于本系统液压缸差动连接时，油管内通油量较大，其实际流量 qv 24 lmin(0.510-3m3s),取允许流速u=0.5ms,则主压力油管d用下式计算 d=圆整化，取d=12mm。 油管壁厚一般不需计算，根据选用的管材和管内径查液压传动手册的有关表格得管的壁厚。 选用14mm12mm冷拔无缝钢管。其它油管按元件连接口尺寸决定尺寸，测压管选用4mm3mm紫铜管或铝管。管接头选用卡套式管接头，其规格按油管通径选取。4、确定油箱容量 中压系统油箱的容量，一般取液压泵公称流量的57倍 v=7 =730l=210l第七章 液压系统的性能验算7.1管路系统压力损失验算 由于有同类型液压系统的压力损失值可以参考，故一般不必验算压力损失值。下面以工进时的管路压力损失为例计算如下：已知：进油管、回油管长约为l=1.5m，油管内径d=1.210-3m，通过流量 =0.39 lmin（0.006510-3m3s），选用lhm32全损耗系统用油，考虑最低温度为15，v=1.52s。7.1.1 判断油流类型 利用下式计算出雷诺数 re=1.273104=1.2730.006510-31041.210-3/1.5662000为层流。7.1.2 沿程压力损失p1 利用公式分别算出进、回油压力损失，然后相加即得到总的沿程损失。 进油路上p1=4.41012v.l.qvd4=4.310121.51.50.006510-3124pa=0.0313105pa 回油路上，其流量qv=0.75 lmin（0.012510-3m3s）（差动液压缸a12a2）,压力损失为p1=4.31012v.l.qvd4=4.310121.51.50.0032510-3124pa=0.01532105pa由于是差动液压缸，且a12a2，故回油路的损失只有一半折合到进油腔，所以工进时总的沿程损失为 p1=（0.03103+0.50.01532）105pa=0.039105pa7.1.3 局部压力损失p2 在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失p常按下式作经验计算各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算其中的dpn由产品样本查出，qn和q数值查表可列出。滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算如下：1快进滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。在进油路上，油液通过单向阀10、电液换向阀2，然后与液压缸有杆腔的回油汇合通过行程阀3进入无杆腔。在进油路上，压力损失分别为在回油路上，压力损失分别为将回油路上的压力损失折算到进油路上去，便得出差动快速运动时的总的压力损失2工进滑台工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀2、调速阀4进入液压缸无杆腔，在调速阀4处的压力损失为0.5mpa。在回油路上，油液通过电液换向阀2、背压阀8和大流量泵的卸荷油液一起经液控顺序阀7返回油箱，在背压阀8处的压力损失为0.6mpa。若忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失，则在进油路上总的压力损失为此值略小于估计值。在回油路上总的压力损失为该值即为液压缸的回油腔压力p2=0.66mpa，可见此值与初算时参考表4选取的背压值基本相符。按表7的公式重新计算液压缸的工作压力为此略高于表7数值。考虑到压力继电器的可靠动作要求压差dpe=0.5mpa，则小流量泵的工作压力为此值与估算值基本相符，是调整溢流阀10的调整压力的主要参考数据。3快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀10、电液换向阀2进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液通过单向阀5、电液换向阀2和单向阀13返回油箱。在进油路上总的压力损失为此值远小于估计值，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路上总的压力损失为此值与表7的数值基本相符，故不必重算。大流量泵的工作压力为此值是调整液控顺序阀7的调整压力的主要参考数据。7.2 液压系统的发热与温升验算 本机床的工作时间主要是工进工况，为简化计算，主要考虑工进时的发热，故按工进工况验算系统温升。7.2.1 液压泵的输入功率 工进时小流量泵的压力pp1=54105pa，流量qvp1=12lmin (0.210-3m3s)小流量泵的功率为 p1= pp1qvp1p=540.21020.75w=1440w式中 p液压泵的总效率。工进时大流量泵卸荷，顺序阀的压力损失p=1.5105pa，即大流量泵的工作压力pp2=1.5105pa，流量qvp2=18lmin (0.310-3m3s)大流量泵的功率p2为 p2= pp2qvp2p=1.50.31020.75w=60w故双联泵的合计输出功率pi为 pi= p1+ p2=1440+60w=2040w7.2.2 有效功率 工进时，液压缸的负载f=32744n，取工进速度v=0.0008310-3ms输出功率p0为 p0=fv=327440.00083w=27w7.2.3 系统发热功率ph 系统总的发热功率ph为 ph= p ip0=2013w7.2.4 散热面积 油箱容积v=210l，油箱近似散热面积a为 a=0.0657.2.5 油液温升t 假定采用风冷，取油箱的传热系数k t =23w(.),可得油液温升为 t= phk t a=1198（232.296）=22.7 设夏天的室温为30，则油温为（30+22.7）=52.7，没有超过最高允许油温（5065）。第八章 液压系统最新发展状况8.1 国外液压系统的发展 我国的气动工业虽然达到了一定规模与技术水平，但是与国际先进水平相比，差距甚大。我国气动产品产值只占世界总产值的1.3%，仅为美国的1/21，日本的1/15，德国的1/8。这与10多亿人口的大国很不相称。从品种上看，日本一家公司有6500个品种，我国只有它的1/5。产品性能和质量水平的差距也很大。 由于气动技术越来越多地应用于各行业的自动装配和自动加工小件、特殊物品的设备上，原有传统的气动元件性能正在不断提高，同时陆续开发出适应市场要求的新产品，使气动元件的品种日益增加，其发展趋势主要有以下几个方面： 体积更小，重量更轻，功耗更低.在电子元件、药品等制造行业中，由于被加工件体积很小，势必限制了气动元件的尺寸，小型化、轻型化是气动元件的第一个发展方向。国外已开发了仅大姆指大小、有效截面积为0.2mm2的超小型电磁阀。能开发出外形尺寸小而流量较大的元件更为理想。为此，相同外形尺寸的阀，流量已提高23.3倍。有一种系列的小型电磁阀，其阀体宽仅10mm，有效面积可达5mm2;宽15mm,有效面积达10mm2等。 国外电磁阀的功耗已达0.5w，还将进一步降低，以适应与微电子相结合。 气源处理组合件，国内外大多采用了积木式的砌块结构，不仅尺寸紧凑，而且结合、维修都很方便。 执行元件的定位精度提高，刚度增加，活塞杆不回转，使用更方便.为了提高气缸的定位精度，附带制动机构和伺服系统的气缸应用越来越普遍。带伺服系统的气缸，即使供气压力和所负的载荷变化，仍可获得0.1mm的定位精度。 在国际展览会上，各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸甚多，这类气缸由于活塞杆不会回转，应用在主机上时，无须附加导向装置即可保持一定精度。此外还开发了不少带各种导向机构的气缸和气缸滑动组件，例如具有两根导向杆的气缸、双活塞杆双缸筒气缸等。 气缸筒外形已不限于圆形、而是方形、米字形或其它形状，在型材上开了导向槽、传感器和开关的安装槽等，让用户安装使用更方便。 多功能化，复合化.为了方便用户，适应市场的需要开发了各种由多只气动元件组合并配有控制装置的小型气动系统。如用于移动小件物品的组件，是将带导向器的两只气缸分别按x轴和z轴组合而成。该组件可搬动3kg重物，配有电磁阀、程控器，结构紧凑，占有空间小，行程可调整。又如一种上、下料模块，有七种不同功能的模块形式，能完成精密装配线上的上、下料作业，可按作业内容将不同模块任意组合。还有一种机械手是由外形小并能改变摆动角度的摆动气缸与夹头的组合件，夹头部位有若干种夹头可选配。 与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化.带开关的气缸国内已普遍使用，开关体积将更小，性能更高，可嵌入气缸缸体；有些还带双色显示，可显示出位置误差，使系统更可靠。用传感器代替流量计、压力表、能自动控制压缩空气的流量、压力，可以节能并保证使用装置正常运行。气动伺服定位系统已有产品进入市场。该系统采用三位五通气动伺服阀，将预定的定位目标与位置传感器的检测数据进行比较，实施负反馈控制。气缸最大速度达2m/s、行程300mm时，系统定位精度0.1mm。日本试制成功一种新型智能电磁阀，这种阀配带有传感器的逻辑回路，是气动元件与光电子技术结合的产物。它能直接接受传感器的信号，当信号满足指定条件时，不必通过外部控制器，即可自行完成动作，达到控制目的。它已经应用在物体的传送带上，能识别搬运物体的大小，使大件直接下送，小件分流。 更高的安全性和可靠性.从近几年的气动技术国际标准可知，标准不仅提出了互换性要求，并且强调了安全性。管接头、气源处理外壳等耐压试验的压力提高到使用压力的45倍，耐压时间增加到515min，还要在高、低温度下进行试验。如果贯彻这些国际标准，国内的缸筒、端盖、气源处理铸件和管接头等都难达到标准要求。除耐压试验处，结构上也作了某些规定，如气源处理的透明壳外部规定要加金属防护罩。 从上述的气动技术发展方向可知，在气动产品的开发上我们有许多工作可做。任何一个气动元件厂，即使其规模不大，只要突破一个方面，并保持技术领先，就可以在市场上占一席之地，在激烈的竞争中获得生存和发展。8.2 远程液压传动系统的发展1、系统的体系结构基于web的远程液压传动设计系统采用bs(浏览器服务器)模式的体系结构，见图1。服务器端上存放了所有与设计计算相关的应用程序，以及用户信息数据库、产品信息数据库与专家知识数据库等。用户在使用该设计系统时，只要客户端具备上网功能(即安装了ie浏览器并接通网络)即可访问使用。这样的体系结构具有它独特的优势：克服了传统单机版应用程序只能单机操作的局限性，实现了设计与技术资源的跨区域、跨平台共享，使设计人员的工作变得简单方便，提高了工作效率。2、系统的工作流程用户在