半自动液压专用铣床的液压设计_毕业论文(编辑修改稿)

半自动液压专用铣床的液压设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

世纪 50年代，最初只是应用于机床和锻压设备，后来发展到拖拉机和工程机械上。 自 1964 年开始引进国外液压元件生产技术，并自行设计液压产品以来，我国的液压元件生产从低压刀高压形成了系列。 液压技术中的重大进展是微电子 技术和计算机技术在液压系统中的应用。 微电子技术与液压技术相结合，创造出了很多高可能性、低成本的微型节能元件，为液压技术在工业中的应用开辟了更为广阔的前景。 计算机控制是必然趋势，电业比例阀和伺服阀只能接受连续变化的电压或电流信号，而计算机要求数字开关量，使用电液比例阀和伺服阀与计算机接口必须经过 D/A转换和 A/D 转换，极不方便。 而数字液压泵、数字控制阀、数字液压缸等，即用数字量进行控制并具有数字量输出响应特性的液压元件。 由于是可以直接与计算机接口，不需 D/A数模转换器，是今后液压技术发展的重要趋向之一。 计 算机与液压技术的结合包括：计算机实时控制技术、计算机辅助设计（液压元件CAD 和液压系统 CAD）、液压产品的计算机辅助试验（ CAT）及计算机仿真和优化设计。 利用计算机闭环控制、最优控制和自适应控制以及灵活的多余度控制等。 计算机辅助设计的基本特点是利用计算机的图形功能，由设计者通过人机对话控制设计过程以得到最优设计结果，并能通过动态仿真对设计结果进行检测。 计算机辅助试验则可运用计算机技术对液压元件及液压系统的静、动态性能进行测试，对液压设备故障进行诊断和对液压兰州工业高等专科学校毕业设计（论文） 3 元件和系统的数学模型辨识等。 此外，高压大流量小型化 与液压集成技术、液压节能与能量回收技术也成为近年研究的重要课题。 总之，随着科学技术的进步，液压技术也随之发展，拓宽范围，以适应各行各业新技术的发展需求。 液压系统的组成 液压系统有以下 5 个部分组成： 1. 动力元件 —— 液压泵 机械能转换为液压能的装置，给整个系统提供压力油。 2. 执行元件 —— 液压缸或液压马达 将液压能转换为机械能的装置，可克服负载做功。 3. 控制元件 —— 各种类型的液压阀 可控制和调节液压系统的压力、流量及液流方向，以改变执行元件输出的力（或转矩）、速度（或转速 ）及运动方向。 4. 辅助装置 —— 油管、管接头、油箱、过滤器、蓄能器和压力表等 起连接、储油、过滤、储存压力能和测量油液压力的辅助元件。 5. 工作介质 —— 传递压力的工作介质 通常为液压油，同时还可起润滑、冷却和防锈的作用。 液压系统的设计步骤和内容 液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选取液压元件的规格和进行系统的结构设计。 （ 1）液压系统的工况 分析 在开始设计液压系统时，首先要对机器的工况进行详细的分析，一般要考虑下面几个问题。 1）确定该机器中那些运动需要液压传动来完成。 2）确定各运动的工作顺序和各执行元件的工作循环。 3）确定液压系统的主要工作性能。 例如：执行元件的运动速度、调速范围、最大行程以及运动平稳形要求等。 4）确定各执行元件所承受的负载及其变化范围。 （ 2）拟定液压系统原理图 拟定液压系统原理图一般要考虑以下几个问题。 采用何种形式的执行机构。 确定调速方案和速度换接方法。 如何完成执行机构的自动循环和顺序动作。 系统的调压、卸荷 及执行机构的换向和安全互锁等要求。 压力测量点的合理选择。 兰州工业高等专科学校毕业设计（论文） 4 根据上述要求选择回路，然后将其基本回路组合成液压系统。 当液压系统中有多个执行部件时，要注意到它们相互间的联系和影响，有时要采用防干扰回路。 在液压系统原理图中，应该附有运动部件的动作循环图和电磁动作顺序表。 （ 3）液压系统计算和选择液压元件 液压系统计算的目的是确定液压系统的主要参数，以便按照这些参数合理选择液压元件和设计非标准元件。 1）计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量。 2）计算液压泵的工作压力、流量和传动效率。 3）选择液压泵和电动机 的类型和规格。 4）选择阀类元件和辅助元件的规格。 5）对液压系统进行验算 必要时，对液压系统的压力损失和发热温升要进行验算，但是有经过生产实践考验过的同类型设备类比参考，或有可靠的设计结果，那也可以不再进行验算。 （ 4）绘制正式的工作图和编制技术文件 设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术要求。 正式工作图一般包括以下内容：液压系统原理图、液压缸零件图、液压系统总装配图、邮箱装配图、电气控制原理图。 本文的主要研究工作 本次设计主要包括液压升降台液压系统的设计和电气控制系统的设计。 液压系统设计包括了 液压系统原理图的拟定，液压元件的选择，液压系统参数的计算与校核以及液压缸参数的确定；控制系统的设计主要包括电气控制原理图的拟定，电气元件的选型。 本说明书共分为 6 章： 第 1 章绪论 简介了液压传动的发展历程及特点，提出了本文的研究目标。 第 2 章液压系统的设计 通过对液压系统的工况分析和计算，液压缸的主要结构参数的确定，拟定液压系统原理图 选择液压元件并对液压系统进行验算。 第 3 章液压缸的设计 通过相关的计算，确定液压缸的主要结构尺寸。 第 4 章液压站的设计 进行液压油箱、液压站的结构设计。 第 5 章集成 油路的设计 进行液压集成回路设计和底块、集成块的结构设计。 第 6 章 PLC 设计 进行 PLC简介并拟定原理图和做出梯形图等。 本章小结 本章主要介绍了铣床的定义和用途、液压系统的发展和特点、以及液压系统的设计步骤和本文主要研究的工作。 兰州工业高等专科学校毕业设计（论文） 5 2 液压系统的设计 液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定合理的液压系统原理图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照参数来选用液压元件的规格。 设计题目分析 根据半自动专用铣床的主要参数 ：要求该铣床的工作台的移动和工件的压紧采用液压系统控制。 该工作台的承载能力为 4000~8000N，工作部件重量约为 1500N，工进速度为60mm/min~1000mm/min，快进速度为 ，工作行程为 400mm。 工况分析 经过分析，铣床的工况如下所示。 按设计要求，希望系统结构简单，工作可靠，估计到系统的功率不会很大，且连续工作，所以决定采用单个定量泵，非卸荷式供油系统；考虑到铣削时可能有负的负载力产生，故采用回油节流调速的方法；为提高夹紧力的稳定性与可靠性，夹紧系统采用单向阀与 蓄能器的保压回路，并且不用减压阀，使夹紧油源压力与系统的调整压力一致，以减少液压元件数量，简化系统结构；定位液压缸和加紧液压缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，并采用压力继电器发讯启动工作，以简化电气发讯与控制系统，提高系统可靠性。 液压缸外负载的计算 液压缸负载主要包括：切削阻力、摩擦阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和背压阻力等。 兰州工业高等专科学校毕业设计（论文） 6 切削阻力 tF ： NFt 9000 摩擦阻力 F静摩擦力 fsF 、动 摩擦力 fdF ：   NF fs 1 1 0 0 0 01 5 0 0    NF fd  (3)惯性阻力 F惯 Fm Ntg vGF m 2 5 0 0   式中 :g — 重力加速度（ m/s2） G — 运动部件重量（ N） v — 在 t时间内的速度变化值（ m/s） t — 启动加速或减速制动的时间。 （ 4）重力 因气动部件是水平安置，故重力在运动方向的分力为零。 （ 5）密封阻力 密F 一般按经验取 FF 密 (F为总的负载） （ 6）背压阻力 背F 这是液压缸回油路上的阻力，粗算时，可不考虑。 其数值待系统确定后才能定下来。 根据上述分析，可 计算出液压缸各动作阶段的负载，计算公式及数值见下表。 表 21 液压缸各阶段的负载 工况 负载组成（ N） 系统负载 F/η m（ N） 启动阶段 1100 fsFF  加速阶段  mfd FFF  快进阶段 550 fdFF  工进阶段 9550 fdt FFF  快退阶段 550 fdFF  制动阶段  mfd FFF  注： 1000mm/min； ； m=。 （ 7）绘制进给液压缸的负载图和速度图。 兰州工业高等专科学校毕业设计（论文） 7 图 21 速度循环图 图 22 负载循环图 初步确定液压缸参数及绘制工况图 1）工作压力 P的确定 工作压力 P 可根据负载大小及机器的类型来初步确定，现参照 简明手册 表 21，取液压缸工作压力为 3MPa。 2）计算液压缸内径 D和活塞杆直径 d 根据负载图知最大负载 IF =10611N，确定系统的工作压力，因为夹紧液压缸的作用很大，所以可以按其工作负载来选定系统压力，为使液压缸体积紧凑，可以选取PI=25bar，则液压缸直径 D 为 : cmmPFD II 7 1 0 6 1 144 5   按缸径尺寸系列，取 D=80mm。 根据液压缸快进和快退速度相等，可选择单出杆液压缸差动连接，活塞杆直径可按下式计算： cmDd  按活塞杆尺寸系列，取 d=55mm 根据已知的缸径和活塞杆直径，计算液压缸实际有效工作面积，无杆腔面积 1A 和有杆腔面积 2A 分别为： 221 cmDA     2222 cmdDA   液压缸面积确定后，还需验算液压缸能否获得最小稳定速度，如果验算后不能获得稳定速度时，还需相应加大液压缸直径，直至满足稳定速度为止，其验算方法如下： 2m inm in cmVQA 稳 兰州工业高等专科学校毕业设计（论文） 8 式中 稳A — 能保证最小稳定速度的最小有效面积； minQ — 调速阀最小稳定流量，从手册查得 Q=25l/min，流量阀 Q=70cm2/min； minV — 执行机构最低速度，取 V=4cm/min。 由于 A1A 稳，所以能满足最小稳定要求。 3）确定夹紧缸的内径和活塞杆直径 根据 F夹 =4000~8000N，选 P 夹 =16179。 105pa 由液压缸的推力 F 夹及工作压力 P夹来确定液压缸内径 D，即 42DA  PFD 4 则夹紧缸 cmPFD 40 0044 5   取 D=80mm（按缸径尺寸系列查得） 根据活塞杆工作中受压， 活塞杆直径尽量取大些，活塞杆直径 d为： mmDd  按尺寸系列取 d=55mm。 快速进给时液压缸做差动连接，由于管道中有压力损失 ,取此项损失 P ==3179。 105Pa，同时假定快退时回油压力损失为。 根据以上数据，可以计算出液压缸在一个工作循环各阶段的压力、流量和功率如表 22 所示，并根据此绘制出其工况图如图 所示： 表 22 液压缸在不同阶段所需压力、流量和 工作阶段 系统 负载 F/ηm(N) 回油腔压力 P2（ MPa） 工作腔压力 P1（ MPa） 输入流量 q（ L/min） 输入功率 P（ KW） 快速前进 611   pp 2121  AApAFp m=   121  VAAq qpp 工作进给 10611   pp 1221 AApFp m =  Avq qpp 快速退回 611   pp 2121 AApFp m = 1732  vAq  qpp 注：取液压缸的机械效率η m=。 兰州工业高等专科学校毕业设计（论文） 9 (a)pt 图 （ b)qt 图 （ c)Pt 图 图 23 液压缸工况图 设计方案，初拟定液压系统原理图 液压系统循环图是表示系统的组成和工作原理的图样，它是以简图的形式全面的具体体现设计任务中提出的技术和其他方面的要求。 要拟订一个比较完善的液压系统，就必须对各种基本回路、典型液压系统有全面深刻的了解。 以下是对液压系统回路选择进行的简要。