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文档简介
PAGEIIIPAGEII摘要本次毕业设计的是半自动液压专用铣床的液压设计,设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中,初步掌握正确的设计思想和设计的基本方法步骤,巩固深化和扩大所学的知识,培养理论联系实际的工作方法和独立工作能力,以及达到正确绘制部件总装图和零件工作图等方面的基本训练及基本技能。整个设计主要完成了七个部分:参数的选择、方案的制定、图卡的编制、液压系统的设计、PLC的设计以及最后有关的验算。主体部分基本在图的编制和液压系统的设计两部分中完成的。通过这次毕业设计锻炼了自己独立思考和严谨的求学态度,了解了半自动专用铣床液压系统的工作原理以及它的总体结构,同时我也明白了学习是一个长期积累的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学习,努力提高自己知识和综合素质。关键词:液压设计;半自动;铣床;……
ABSTRACTThisgraduationdesignisasemiautomatichydraulicspecialmillingmachinehydraulicdesign,designismainlytocombinetheknowledgeofauxiliarymaterialsusedindesign,thepreliminarymasterthecorrectdesignideaandbasicstepstoconsolidate,deepenandexpandtheknowledge,trainingtheorywiththeactualmethodofworkandworkindependentlyability,andtoachievethecorrectrenderingofpartworkandpartsassemblydiagramandotheraspectsofthebasictrainingandbasicskills.Thedesignwascompletedinsevenparts:parameterselection,scheme,cardmaking,hydraulicsystemdesign,PLCdesignandrelatedcalculationat.Themainpartofthebasicinmapcompilationandthedesignofhydraulicsysteminthetwopartcomplete.Throughthisgraduationdesignexercisetheirownindependentthinkingandrigorouslearningattitude,understandingofthesemiautomaticspecialmillingmachinehydraulicsystemprincipleofworkaswellasitsoverallstructure,atthesametime,Ialsounderstandthatlearningisalong-termaccumulationprocess,inthefuturework,lifeshouldcontinuetostudy,workhardtoimprovetheirknowledgeandcomprehensivequalityKeywords:hydraulic;designautomatic;millingmachine;
目录10185摘要 I31161ABSTRACT II84821绪论 1131611.1课题研究的目的 16401.2铣床的简介 1258941.2.1铣床介绍 1267251.2.2铣床的发展 1195211.3液压系统的发展历程及特点 2190251.3.1液压的发展历程 2153361.3.2液压系统的组成 3106811.4液压系统的设计步骤和内容 3181031.5本文的主要研究工作 429153本章小结 42470液压系统的设计 5223962.1设计题目分析 5193852.2工况分析 5159252.3液压缸外负载的计算 5327302.4初步确定液压缸参数及绘制工况图 770542.5设计方案,初拟定液压系统原理图 9252772.6计算和选择液压元件 10188772.7验算液压系统性能 15319453液压缸的设计 2047183.1液压缸的主要零件及技术要求 20205653.1.1缸体 20144813.1.2缸盖 20324403.1.3活塞 20167993.2液压缸主要尺寸的确定 21171553.2.1.液压缸工作压力的确定 215063.2.2液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 21223653.2.3液压缸壁厚和外径的计算 22197933.2.4液压缸工作行程的确定 23169753.2.5缸盖厚度的确定 23294923.2.6最小导向长度的确定 24132043.2.7缸体长度的确定 24126053.2.8活塞杆稳定性的计算 2451443.3液压缸结构的设计 25203383.3.1缸体与缸盖的连接形式 25192833.3.2活塞杆与活塞的连接结构 252093.3.3活塞杆导向部分的结构 2531123.3.4活塞及活塞杆处密封圈的选用 26125793.3.5液压缸的缓冲装置 26199363.3.6液压缸的排气装置 27293253.3.7液压缸的安装连接结构 28312433.3.8液压缸主要零件的材料和技术要求 284212本章小结 29241294集成油路块的设计 30150215液压站的设计 32105285.1.1液压油箱有效容积的确定 3248865.1.2液压油箱的外形尺寸的确定 33133015.1.3液压油箱的结构设计 33309845.2.1液压泵的安装方式 3699685.2.2电动机与液压泵的联接方式 3623695.2.3液压站的结构图 36132815.2.4液压站结构设计的注意事项 36159286PLC设计 38173436.1.1PLC的发展 38153536.1.2PLC的基本结构 3855176.1.3PLC的特点 39276436.1.4PLC的应用领域 403536.2.1扫描工作方式 41288166.2.2扫描周期 42267686.3.1动作顺序 42299136.3.2I/O分配表 42256796.3.3接线图 43177726.3.4流程图 4336576.3.5SFC程序图 4316135结论 4623290致谢 4719466参考文献 4831696参考文献 5011916附录 51兰州工业高等专科学校毕业设计(论文)PAGE511绪论1.1课题研究的目的本次设计的主要任务是半自动专用铣床的液压系统设计,该设计可以培养学生综合运用所学的基础理论和专业理论知识,独立解决机床设计问题的能力的一个重要的实践性教学环节。因此,通过设计应达到下述目的。a初步掌握正确的设计思想和设计的基本方法步骤,巩固深化和扩大所学的知识,培养理论联系实际的工作方法和独立工作能力。b获得机床总体设计,结构设计,零件计算,编写说明书。绘制部件总装图(展开图,装配图)和零件工作图等方面的基本训练及基本技能。c熟悉有关标准、规格、手册和资料的应用。d对专用机床的夜压系统初具分析能力和改进设计的能力。1.2铣床的简介1.2.1铣床介绍铣床(millingmachine)系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动,工件(和)铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽,也可以加工各种曲面、齿轮等。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外,还能加工比较复杂的型面,效率较刨床高,在机械制造和修理部门得到广泛应用。专用铣床是根据工件加工需要,以液压传动为基础,配以少量专用部件组成的一种机床。在生产中液压专用铣床有着较大实用性,可以以液压传动的大小产生不同性质的铣床。1.2.2铣床的发展铣床最早是由美国人E.惠特尼于1818年创制的卧式铣床。为了铣削麻花钻头的螺旋槽,美国人J.R.布朗于1862年创制了第一台万能铣床,是为升降台铣床的雏形。1884年前后出现了龙门铣床。20世纪20年代出现了半自动铣床,工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。1950年以后,铣床在控制系统方面发展很快,数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后,微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用,扩大了铣床的加工范围,提高了加工精度与效率。随着机械化进程不断加剧,数控编程开始广泛应用与于机床类操作,极大的释放了劳动力。数控编程铣床将逐步取代现在的人工操作。对员工要求也会越来越高,当然带来的效率也会越来越高。较高。简单来说,铣床就是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。1.3液压系统的简介1.3.1液压的发展历程几十年来,随着我国工业水平的不断提高,液压传动技术被广泛应用在机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、航空航海、轻工、农机、渔业、林业等各个方面,也被应用在宇宙航行、海洋开发、核能建设、地震预测等新的技术领域中。从1795年英国制造出世界上第一台水压机至今,液压传动已有二三百年的历史,但广泛的应用和推广仅有六七十年。19世纪末,德国制造出液压龙门刨床,美国制成液压六角车床和液压磨床,但因当时没有成熟的液压元件以及机械制造工艺水平的限制,液压技术的应用仍不普遍。第二次世界大战期间,一些兵器采用恶劣反应快、精度高、功率大的液压传动装置,大大提高了兵器的性能,同时推动了液压技术的发展。战后,其迅速转向民用,在机床、工程机械、农业机械、汽车、船舶等行业中逐步推广。20世纪60年代后,随着原子能、空间技术、计算机技术的发展,液压技术的应用更加广泛。目前,正在向高压、高速、高效、大流量、大功率、低噪声、长寿命、高度集成化和模块化、提高可靠性技术及污染控制技术的方向发展。同时,液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等,又使液压技术的发展进入到了一个新的阶段。我国的液压工业始于20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。1.3.2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。1.4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。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。1.5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。
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。2.1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4.5m/min,工作行程为400mm。2.2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。2.3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。切削阻力:摩擦阻力F静摩擦力、动摩擦力:(3)惯性阻力F惯Fm式中:—重力加速度(m/s2)—运动部件重量(N)—在t时间内的速度变化值(m/s)—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)密封阻力一般按经验取(F为总的负载)(6)背压阻力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2-1液压缸各阶段的负载工况负载组成(N)系统负载F/ηm(N)启动阶段加速阶段快进阶段工进阶段快退阶段制动阶段注:1.取工进时的最大速度为1000mm/min;2.4.5m/min;3.取液压缸机械效率为ηm=0.9。(7)绘制进给液压缸的负载图和速度图。图2-1速度循环图图2-2负载循环图2.4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2-1,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=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: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: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,无杆腔面积和有杆腔面积分别为: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:式中—能保证最小稳定速度的最小有效面积;—调速阀最小稳定流量,从手册查得Q=25l/min,流量阀Q=70cm2/min;—执行机构最低速度,取V=4cm/min。由于A1>A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=16×105pa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,即则夹紧缸取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: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=0.3MPa=3×105Pa,同时假定快退时回油压力损失为0.5MPa。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2-2所示,并根据此绘制出其工况图如图所示:表2-2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=0.29工作进给10611=2.35快速退回611=0.59注:取液压缸的机械效率ηm=0.9。(a)p-t图(b)q-t图(c)P-t图图2-3液压缸工况图2.5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分析:(1)确定供油方式考虑到该机床进给时负载较大,速度较低。而在快进、快退时负载较小,速度较高。从节省能量、减少发热考虑,泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。(2)调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中,进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点,决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点,并且调速阀装在回油路上,具有承载负切削力的能力。(3)调速换接方式的选择本系统已选定差动连接回路作为快速回路。由于快进转工进时,速度变化较大,故选用行程阀来实现速度的平稳换接。(4)夹紧回路的选择用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时,为了避免工作时突然失电而松开,应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力,所以接入节流阀调速和单向阀保压。最后把所选的液压回路组合起来,再考虑以下问题即可组合成图2-4所示的液压系统原理图及它的电磁顺序动作表如表所示。a.为了防止机床停止工作后回路中的油液流回油箱,导致空气进入系统,影响滑台运动平稳性,需在三位四通电磁换向阀出口处增加一个单向阀8。b.为了使系统夹紧回路中能发出信号,需在系统中加入一个压力继电器11.c.为了保持进入系统油液的清洁,在泵的吸油口处设置滤油器1.图2-4系统原理图表2-3电磁铁动作顺序表工况1DT2DT3DT4DT快进__+_工进+___快退_+__放松____2.6计算和选择液压元件(1)泵的工作压力的确定首先确定液压泵压缸的最大压力为2.35MPa,选取进油路上总压力损失为0.8MPa,为使压力继电器可靠的工作压力,小流量泵在快进和工进时都向系统供油,有工况图可知,在整个工作循环中液的工作,取其调整压力高出液压缸的最大压力为0.5MPa,小流量泵的最大工作压力为:Pp1—小流量泵的最大工作压力p1—执行元件的最大工作压力∑∆p—进油路中的压力损失。初算时简单系统可取0.2~0.5Mpa,复杂系统取0.5~1.5Mpa,本例中取0.5Mpa。大流量泵只在快速运动时向系统供油,由工况图可知,快退时缸的工作压力较大,考虑到快退时进油路不经调速阀,故取总压力损失为0.5MPa,则大流量泵的最高工作压力为:式中Pp2—流量泵的最大工作压力p1—执行元件的最大工作压力∑∆p—进油路中的压力损失。初算时简单系统可取0.2~0.5Mpa,复杂系统取0.5~1.5Mpa,本例中取0.5Mpa。(2)泵的流量确定其次确定液压泵的最大供油量,由工况图可知,液压缸所需最大流量为10.6L/min,若取系统泄露系数k=1.05,则两泵的总流量为:Qp=K×(∑q)max=1.3×17L/min=22.1L/min式中Qp—液压泵的最大流量K—系统泄露系数,一般取k=1.1~1.3,现取k=1.3(∑q)max—同时工作的各执行元件,所需流量之和的最大值。工进时所需流量为0.3L/min,考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min,因此,小流量泵的流量至少为3+0.3=3.3L/min(3)选择液压泵规格根据以上计算数据Pp、qp查阅产品样本,选择YBX—16限压式变量叶片泵,该泵的基本参数为:每转排量qv=16m/r,泵的额定压力为Pn=6.3Mpa,电动机转速nH=1450r/min,容积效率为ηv=0.85,总效率η=0.74.叶片泵的特点叶片泵具有结构紧凑、体积小、流量均匀、运动平衡、噪音小、使用寿命较长、容积效率较高等优点。但也存在着结构复杂、吸油性能差、对油污染比较敏感等缺点。叶片泵广泛应用于完成各种中等负荷的工作。由于它流动脉动小,故在金属切削机床液压传动中,尤其是在各种需调速的系统中,更有其优越性。叶片泵根据工作原理可分为单作用式和双作用式。单作用式的可做成各种变量型。但主要零件在工作时要受径向不平衡力的作用,工作条件较差。双作用式一般不能变量,但径向力是平衡的,工作情况较好,应用推广。限压式变量叶片泵与双作用定量叶片泵相比,结构复杂、尺寸大,相对运动的机件多,轴上受单向径向液压力大,故泄露大,容积效率和机械效率较低。由于流量有脉动和困油现象存在,因而压力脉动和噪声大,工作压力的提高受到限制。国产限压式变量泵的额定压力为6.3MPa。但是这种泵的流量可随负载的大小自动调节,故功率损失小,可节省能源减少发热。由于它在低压时流量大,高压时流量小,特别适合驱动快速推力小,慢速推力大的工作机构,例如在组合机床上驱动动力滑台实现快速趋近→工作进给→快速退回的半自动循环运动等。为了使叶片泵可靠的吸油,其转速必须按照产品规定。转速太低时,叶片不能紧压在定子的内表面和吸油;转速过高则造成泵的“吸空”现象,泵的工作不正常。油的粘度要在3°E40~10°E40之间,粘度太大,吸油阻力增大;油液过稀,因间隙影响,其空度不够,都会对吸油造成不良影响。叶片泵对油中的污物很敏感,工作可靠性较差,油液不清洁会使叶片卡死,因此必须注意油液良好过滤和环境清洁。因泵的叶片有安装倾角,故转子只允许单向旋转,不应反向使用,否则会使叶片折断等。(4)与液压泵匹配的电动机的选择首先,分别算出工进时的功率作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时液压泵的效率急剧下降,一般当流量在范围内时,可取ηp=0.8式中——所选电动机额定功率;——限压式变量泵的限定压力;——压力为时,液压泵的输出流量。这时驱动液压泵所需电动机功率为:查阅电动机产品样本,选用Y90S—4型电动机,其额定功率为1.1KW,额定转速为1400r/min。(5)液压阀的选择液压控制阀在液压系统中的作用是控制液流的压力,流量和方向,以满足执行元件在输出的力、运动速度及运动方向上的不同要求。按机能可分为:管式、板式、法兰式、叠加式和插装式等。出上述分类外,又可根据阀的使用压力将其分为低压、中低压、中高压和高压等。液压控制阀的性能对液压系统的工作性能有很大的影响,因此液压控制阀应满足下列要求:动作灵敏、准确、可靠、工作平稳、冲击和振动小。油液流过时压力损失小。密封性能好。结构紧凑,工艺性能好,安装、调整、使用、维修方便,通用性大。本液压系统采用GE系列的阀。根据所拟定的液压系统图,按照通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。阀的基本类型控制阀在液压系统中的作用是控制液流的压力,流量和方向,以满足执行元件在输出的力、运动速度及运动方向上的不同要求。按机能可分为:管式、板式、法兰式、叠加式和插装式等。出上述分类外,又可根据阀的使用压力将其分为低压、中低压、中高压和高压等。阀的基本要求控制阀的性能对液压系统的工作性能有很大影响,因此液压控制阀应满足下列要求:1)动作灵敏、准确、可靠、工作平稳、冲击和振动小。2)油液流过时压力损失小。3)密封性能好。4)结构紧凑,工艺性能好,安装、调整、使用、维修方便,通用性大。一、换向阀换向阀的作用、性能要求及分类换向阀在系统中的作用是利用阀芯和阀体的相对运动来接通、关闭油路或变换油液通向执行元件的流动方向,以使执行元件启动、停止或变换运动方向。对换向阀的主要性能要求:1.油液流经换向阀时的压力损失小;2.各关闭阀口的泄露量小;3.换向可靠,换向时平稳迅速。换向阀的应用很广,种类也很多。按结构分由转阀式和滑阀式;按阀芯工作位置数分由二位、三位和多位等;按进出口通道数分有二通、三通、四通和五通等;按操纵和控制方式分有手动、激动、电动、液动和电液动等;按安装方式分有管式、板式和法兰式等。三位换向滑阀的中位机能如下:三位换向阀的左、右位是切换油液的流动方向,以改变执行元件运动方向的。其中位为常态位置。利用中位P、A、B、T间通路的不同连接,可获得不同的中位机能以适应不同的工作要求。在分析和选择三位滑阀的中位机能时,须考虑以下几点:系统的保压与卸荷;换向平稳性和换向精度;启动平稳性;液压缸的停止与浮动。其机能特点为:在中间位置时,液压泵卸荷,不能并联其他执行元件,从静止到启动较平稳。换向时与O型性能相同。可用于立式或锁紧的系统中。换向发的操作方式:换向阀的换向原理均相同,只是按阀芯所受操作外力的方式不同可分为手动换向阀、机动换向阀、电动换向阀、液动换向阀和电液动换向阀等。电磁换向阀是利用电磁铁的推力来实现阀芯换位的换向阀。其因其自动化程度高,操纵轻便,易实现远距离自动控制,因而应用非常广泛。电磁换向阀按电磁铁所用电源的不同可分为交流(D型)和直流(E型)两种。交流电磁铁使用电源方便,换向时间短,起动力大,但换向冲击大,噪声大,换向频率低,且起动电流大,在阀芯被卡住时会使电磁铁线圈烧毁。相比之下,直流电磁铁工作比较可靠,换向冲击小,噪声小,换向频率可较高,且在阀芯被卡住时不会增大以至烧毁电磁线圈,但它需要直流电源或整流装置,不很方便。本次设计中选用中位机能为O型,电源为D型的三位四通换向阀,型号为34D-63B。当电磁铁1YA得电时,液压升降台处于上升状况;当电磁铁2YA得电时,液压升降台处于下降状况。二、溢流阀溢流阀是通过阀口的溢流,使被控制系统或回路的压力维持恒定,实现调压、稳压和限压的功能。对溢流阀的主要性能要求是:调压范围大,调压偏差小,工作平稳,动作灵敏,过流能力大,压力损失小,噪声小。溢流阀根据结构和工作原理可分为:直动式溢流阀和先导式溢流阀。根据本设计中系统的要求,现选用直动式溢流阀,采用板式连接。溢流阀安装在电磁换向阀前面。直动式溢流阀是利用阀芯上端弹簧直接与下端液压力相平衡来工作的。直动式溢流阀具有结构简单,灵敏度高,成本低的优点。但压力受溢流量变化的影响较大,调压偏差大,不适于在高压、大流量场合工作。根据以上所述和控制阀所在油路上的最大工作压力和通过该阀的最大流量来选择规格型号,所选液压元件见表2-4所示:表2-4液压元件表序号元件名称型号通过流量(L/min)1滤油器XU—B32×100242液压泵YBX—16243压力表开关K—H64单向阀AF3—EA10B9.45三位四通电磁换向阀24D—25P256单向阀AF3—EA10B9.47调速阀AQF3—25B258行程阀35X—25B259减压阀JF3—25B2510两位四通电磁换向阀24D—25B2511压力继电器DP1—63B9.4(6)管道尺寸的选择在液压系统中,常用的油管有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。主要按压力和工作环境选择。钢管能承受较高的压力,价廉;但弯制比较困难,弯曲半径不能太小,多用在压力较高、装配位置比较方便的地方。一般采用无缝钢管,当工作压力小于1.6MPa时,也可用焊接钢管。紫铜管能承受的压力较低(),经过加热冷却处理后,紫铜管软化,装配时可按需要进行弯曲;但价贵且抗振能力较弱。尼龙管用在低压系统;塑料管一般只用作回油管用。胶管用作联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管,可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻线或棉线编织体为骨架的胶管,多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难,成本高,因此非必要时尽量不用。油管的选择油管的内径可按照所连接元件的接口尺寸确定,也可按照管路中允许的流速来计算,推荐取油液在压油管的流速v=3m/s,按下式算得液压缸无杆腔及有杆腔相连的油管的内径为:取液压缸无杆腔油管内径d1=20mm。取液压缸有杆腔油管内径d2=12mm。最后,参照计算由选定的液压元件连接油口尺寸确定油管内径。(7)邮箱容量的确定由经验公式按GB2876—81规定取标准值V=160L2.7验算液压系统性能由于系统的具体管路布置尚未确定,整个系统的压力损失无法计算,但是阀类零件的局部压力损失是可以估算出来的,它在总压力损失中占了很大的份额。现已知该液压系统中进、回油管的内径均为12mm,各段管道的长度分别为:AB=0.3,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m。选用L—HL32液压油,考虑到油的最低温度为15℃,查得15℃时该液压油的运动粘度v=150cst=1.5cm2/s,油的密度ρ=920kg/m3。(1)压力损失的计算1)工作进给时进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度为1m/min,进给时的最大流量为5.02L/min,则液压缸在管内流速为:式中q—进给时的最大流量;d—回油管的内径。管道流动雷诺数为:式中—管道流动雷诺数;v1—液压缸在管内流速;d—管道内径;v—15℃时液压油的运动粘度。,可见油液在管道内流态为层流,其沿程阻力系数。进油管道BC的沿程压力损失为:式中—进油管道BC的沿程压力损失;λ—沿程阻力系数;l—管道BC的长度;d—管道内径;ρ—油的密度;—液压油在管内流速。查得换向阀24D—25P的压力损失为P1—2=0.025×106Pa忽略油液通过管头、油路板等处的局部压力损失,则进油路总压力损失P1为2)工作进给时回油路的压力损失。由于选用但活塞杆液压缸,且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔的工作面积的二分之一,则回油管道的流量为进油管道的二分之一,则回油管道的沿程压力损失为:查产品样本知行程阀35X—25B的压力损失0.025×106pa,换向阀24D—25P的压力损失为0.0125×106Pa,调速阀AQF3—25B的压力损失=0.5×106pa。回油路总压力损失为:3)变量泵出口处的压力Pp快进时的压力损失。快进时液压缸为差动连接,自会流点A至液压缸进油口C之间的管路AC中,流量为液压泵出口流量的两倍即34L/min,AC段管路的沿程压力损失为:同样可求管道AB段及AD段的沿程压力损失和为:查产品样本知,流经各阀的局部压力损失为:24D—25P的压力损失=0.17×106Pa35X—25B的压力损失=0.17×106Pa据分析在差动连接中,泵的出口压力pp为:快退时压力损失验算从略。上述验算表明,无需修改原设计。(2)系统温升的验算在整个工作循环中,工进阶段所占的时间最长,为了简化计算,主要考虑工进时的发热量。一般情况下,工进速度大时发热量较大,由于限压式变量泵在流量不同时,效率相差极大,所以分别计算最大、最小时的发热量,然后加以比较,取数值大者进行分析。当v=10cm/min时此时泵的效率为0.1,泵的出口压力为3.2Mpa,则有:此时的功率损失为:当v=120cm/min时,q=9.42L/min,总效率η=0.7.则可见在工进速度低时,功率损失为0.25kw,发热量最大。假定系统的散热状况一般,取k=10×10-3kw/(cm2·℃),邮箱的散热面积A为:系统的温升为:验算表明系统的温升在许可范围内。
3液压缸的设计液压缸是液压传动系统中的执行元件,用来实现工作机构直线往复运动或小于360°摆动运动的能量转换装置。柱塞缸结构简单、工作可靠,因此在液压系统中得到了广泛的使用。在完成了液压系统的设计后,还必须对主要参数进行计算与校核,确定液压缸的材料,并对液压缸各部分的结构进行了设计。3.1液压缸的主要零件及技术要求3.1.1缸体液压缸缸体的常用材料一般为20、35、45号无缝钢管,一般情况下均采用45号钢,并调质到241—285HB。铸铁可采用HT200—HT350间的几个牌号或球墨铸铁。由于球墨铸铁具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳强度,也具有良好的塑性和韧性,其屈服度比钢高。因此,球墨铸铁制造承受静载荷的构件比铸钢节省材料,重量也轻。所以本设计的液压缸采用QT450—10。铸件需进行正火消除内应力处理。1.缸体的内径因为须与活塞配合,防止漏油,所以要尽量减少表面粗糙度,可采用H8、H9配合。当活塞采用橡胶密封圈时,Ra为0.1—0.4μm,当活塞用活塞环密封时,Ra为0.2—0.4μm,且均需珩磨。2.缸体内径的圆度公差值可按9、10、11级精度选取,圆柱度公差应按8级精度选取。3.缸体端面的垂直度公差可按7级精度选取。4.缸体与缸头采用螺纹连接时,螺纹应用6级精度的米制螺纹。5.当缸体带有耳环或轴销时,孔径或轴径的中心线对缸体内孔轴线垂直公差值按9级精度选取。此液压缸体的外径需要与机架配合,应进行加工,且与中心线同轴度的要求。装卸时需把吊环螺栓吊起。所以缸体端部选用螺纹连接,螺纹连接径向尺寸小,质量轻,使用广泛。装卸需用专用工具,安装是应防止密封圈扭曲。3.1.2缸盖本液压缸采用在缸盖中压入导向套,缸盖选用HT200铸铁,导向套选用铸铁HT200,以使导向套更加耐用。3.1.3活塞液压缸活塞常用的材料为耐磨铸铁,灰铸铁,钢及铝合金等。本设计冶压缸活塞材料选用45号钢,需要经过调质处理。1.活塞外径D对内孔d的径向跳动公差值,按7、8级精度选取。2.端面T对内径d轴线的垂直度公差值,应按7级精度选取。3.外径D的圆柱度公差值,按9、10、11级精度选取。4.活塞与缸体的密封结构由前可以选用Y型密封圈。3.2液压缸主要尺寸的确定3.2.1.液压缸工作压力的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定,对不同用途的液压设备,由于工作条件不同,通常采用的压力范围也不同,设计时,可用类比法来确定。参照参照《液压系统设计简明手册》第2章表2-1列出的数据,可供选定工作压力时参考。在此选取工作压力P=2Mpa。3.2.2液压缸内径D和活塞杆直径d的确定该液压缸为单活塞杆,由图3—1可知:式中液压缸密封处摩擦力,它的精确值不以求的,常用液压缸的机械效率进行估算。式中液压缸的机械效率,一般为0.9~0.97将ηcm代入式(—),可求得D为:活塞杆直径可由值算出,D=93mm,d=68mm。由计算所得的D与d值分别按简明手册表2-4与2-5圆整到相近的标准直径,以便采用标准的密封元件。由此取D=100mm,d=70mm。图3-1单活塞杆液压缸计算示意图对选定后的液压缸内径D,必须进行最小稳定速度的验算。要保证液压缸节流腔的有效工作面积A,必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积Amin,即AAmin。式中qmin—流量阀的最小稳定流量,一般从选定流量阀的产品样本中查得;Vmin—液压缸的最低速度,由设计要求给定。A=50.24cm2,Amin=17.5cm2,因为AAmin,所以满足速度稳定的要求。3.2.3液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知,承受内压力的圆筒,其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚δ的比值D/δ的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸,一般用无缝钢管材料,大多属于薄壁圆筒结构,其薄壁按薄壁圆筒公式计算式中δ—液压缸壁厚(m);D—液压缸内经(m);Pp—实验压力,一般取最大工作压力的(1.25~1.5)倍(Mpa);[σ]—缸筒的材料许用应力。其值为:锻钢[σ]=110~120Mpa;铸钢:[σ]=100~110Mpa;无缝钢管:[σ]=100~110Mpa;高强度铸铁:[σ]=60Mpa;灰铸铁:[σ]=25Mpa。在中低压液压系统中,按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小,使缸体的刚度往往很不够,如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或者漏油。因此一般不作计算,按经验选取,必要时按上式进行校核。对于,应按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。对脆性及塑性材料取δ=10mm。式中符号意同前。液压缸壁厚算出后,即可求出缸体的外径D1为:=120mm式中D1值应按无缝钢管标准,或按有关标准圆整为标准值。3.2.4液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度,可根据执行机构实际工作的最大行程来确定。参照《液压系统设计简明手册》表2—6液压缸活塞行程参数系列尺寸选取标准值,现取行程L=400mm。3.2.5缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖,其有效厚度t按照强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时取t=13mm。有孔时取t=15mm。式中t—缸盖有效厚度(m);D2—缸盖止口内径(m);d0—缸盖孔的直径(m)。3.2.6最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时,从活塞支承面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小,将使液压缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大,影响液压缸的稳定性,因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般液压缸,最小导向长度应该满足以下要求:式中L—液压缸的最大行程;D—液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B=(0.6~1.0)D=60mm;缸盖滑动支承面的长度l1,根据液压缸内径D而定:当D<80mm时,取l1=(0.6~1.0)D;当D>80mm时,取l1=(0.6~1.0)d;因为D=100mm>80mm,所以为保证最小导向长度H,若过分增大l1和B都是不适宜的,必要时可在缸盖和活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定,即C=H—。3.2.7缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20~30倍,即不应大于200~300mm。3.2.8活塞杆稳定性的计算由于本设计为中压系统,活塞杆稳定性须校核。活塞杆的强度校核如下:为了确保拉压杆正常安全的工作,必须使杆内的最大工作应力不超过材料的拉伸或压缩许用应力,即已知活塞杆的直径d=63mm,受到最大拉压力Nmax=9000N对脆性材料而言,(强度极限,其值为530MPa),且n=2.0~3.5则所以,即活塞杆的强度足够。3.3液压缸结构的设计液压缸主要尺寸确定以后,就进行各部分的结构设计。主要包括:缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、缓冲装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同,结构形式也各不相同。设计时应根据具体情况进行选取。3.3.1缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。由《液压系统设计简明手册》表2—7选择螺纹连接方式。螺纹连接的优缺点如下:优点:1)外形尺寸小;2)重量较轻。缺点:1)端部结构复杂;2)装拆时需用装用工具;3)拧端盖时易损坏密封圈。其中右端盖与钢体的连接采用螺母连接(GB/T5782-1986M10×50)。其中左端盖与钢体的连接考虑到法兰盘的安装,采用螺钉连接(GB/T68-1985M8×30)。3.3.2活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞有几种常用的连接形式。分整体结构和组合结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。本设计中选用整体式连接,整体式连接的特点如下:结构简单,适用于外径较小的液压缸。3.3.3活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构,包括活塞杆与端盖、导向套的结构,以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向,也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换,所以应用比较方便。导向套的位置可安装在密封圈内侧,也可以装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构,有利于导向套的润滑;而油压机常采用装在外侧的结构,在高压下工作时,使密封圈有足够的油压将唇边张开,以提高密封性能。活塞杆处的密封形式有O形、V形、Y形、Yx形密封圈。为了清除活塞杆处外露部分沾浮的灰尘,保证油液清洁及减少磨损,在端盖外侧增加防尘圈。常用的有无骨架防尘圈和形橡胶密封圈,也可用毛毡圈防尘。此处活塞杆的导向与密封及防尘装置选用的结构形式为端盖直接导向,其结构简图如图所示。该种形式有以下几种特点:⑴端盖与活塞杆直接接触导向,结构简单,但磨损后只能更换整个端盖;⑵盖与杆的密封常用O型、Y型、Yx型密封圈;⑶防尘圈用无骨架的防尘圈。图活塞杆的导向与密封及防尘装置3.3.4活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈的选用,应根据密封的部位、适用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。在设计该密封圈时选用O形圈,其使用参数如下表所示。表活塞及活塞杆的O形密封圈使用参数类型密封部位材料压力范围(Mpa)温度范围(℃)速度范围(m/s)摩擦/泄漏用途活塞用活塞杆用O形圈√√NBR≤6-30~+130≤0.5中/低通用FPM-15~+180注:NBR—丁腈橡胶,FPM—氟碳橡胶,—应用部位3.3.5液压缸的缓冲装置液压缸带动工作部件运动时,因运动件的重量较大,运动速度较高,则在到达行程终点时,会产生液压冲击,甚至使活塞与缸筒端盖之间产生机械碰撞。为防止这种现象的发生,在行程末端设置缓冲装置。经分析选取环状间隙式节流缓冲装置,如图所示,活塞端部的缓冲柱塞1向端盖3方向运动进入圆柱形油腔2时,将封闭在柱塞与端盖间的油液从环间隙中挤出去。由于间隙很小,因而起节流缓冲作用。适用于运动惯性不大,运动速度不高的液压系统。a)b)图环状间隙节流缓冲装置a)圆柱形柱塞b)圆锥形柱塞1—缓冲柱塞2—圆柱形油腔3—端盖图a)为圆柱形的缓冲形的缓冲柱塞,间隙的大小不变,缓冲柱塞长度一般为10mm左右。这种结构制造容易,但在缓冲开始时会出现压力的峰值。图b)为圆锥形缓冲柱塞,缓冲时有明显的渐减过程。现选择圆柱形的缓冲柱塞。3.3.6液压缸的排气装置对于运动速度稳定性要求较高的机床液压缸和大型液压缸,则需要设置排气装置,如排气阀等。排气装置的结构有多种形式。该设计中选择如图所示的结构。排气阀一般安装在液压缸两端的最高处。双作用液压缸需装设两个排气阀。当液压缸需要排气时,打开相应的排气阀,空气连同油液经过锥部缝隙和小孔排出缸外,直至连续排油时,就将排气阀关死。图排气阀结构3.3.7液压缸的安装连接结构液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸进出油口的连接等。液压缸的安装形式根据安装位置和工作要求不同现选用长螺栓安装。液压缸进、出油口形式及大小的确定液压缸的进、出油口,可布置在端盖或缸体上。对于活塞杆的固定的液压缸,进、出油口可设在活塞杆端部。如果液压缸无专用的排气装置,进、出油口应设在液压缸的最高处,以便空气能首先从液压缸排出。进、出油口的形式一般选用螺孔和法兰连接。因为缸体直径为80mm,查《液压系统设计简明手册》表2—14知单杆液压杆油口安装尺寸为M272。3.3.8液压缸主要零件的材料和技术要求液压缸主要零件如缸体、活塞、活塞杆、缸盖、导向套的材料和技术要求见表所示。表液压缸主要零件的材料及技术要求零件名称材料主要表面粗糙度技术要求缸体灰铸铁:HT200液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.2~0.4μm内径用H8~H9的配合内径圆度、圆柱度不大于直径公差之半内表面母线直线度在500mm长度不大于0.03mm缸体端面T对轴线的垂直度在直径每100mm上不大于0.04mm活塞35钢活塞外圆柱表面粗糙度为Ra0.8~1.6μm外径D对内孔d1的径向跳动不大于外径公差之半外径D的圆度、圆柱度不大于外径公差之半端面T对轴线垂直度在直径100mm上不大于0.04mm活塞杆45钢杆外圆柱面粗糙度为Ra0.4~0.8μm材料热处理:调质20~25HRC外径d和d2的圆度、圆柱度不大于直径公差之半外径表面直线度在500mm长度上不大于0.03mm缸盖45钢配合表面粗糙度为Ra0.8~1.6μm配合表面的圆度、圆柱度不大于直径公差之半、对D的同轴度不大于0.03mm导向套青铜导向表面粗糙度为Ra0.8μm导向套的长度一般取活塞杆直径的60%~100%外径D与内孔的同轴度不大于内孔公差之半本章小结本章内容主要为液压缸工作压力和主要参数的确定,包括了:液压缸内径D和活塞杆直径d的确定;液压缸壁厚和外径的确定;液压缸工作行程的确定;缸盖厚度的确定;最小导向长度的确定;缸体长度的确定。
4集成油路块的设计液压站作为液压系统中提供动力的装置,其液压油路的主要结构由液压集成块,本章就对液压集成块和底块的结构进行设计。4.1集成块的设计通常采用的液压元件有板式和管式两种结构。管式元件通过油管来实现相互之间的连接,液压元件的数量越多,结构越复杂,系统压力损失越大,占用空间也越大,维修,保养和拆装越困难。因此,管式元件一般用于结构简单的系统。板式元件固定在板件上,分为液压油路板连接,集成块连接和叠加阀连接。把一个液压回路中个元件合理地布置在一块液压油路板上,这与管式连接比较,除了进出液压油液通过管道外,各液压元件用螺钉规则地固定在一块液压阀板上,元件之间由液压油路板上的孔道沟通。板式元件的液压系统安装,调试和维修方便,压力损失小,外形美观。但是,其结构标准化程度差,互换性不好,结构不够紧凑,制造加工困难,使用受到限制。此外,还可以把液压元件分别固定在几块集成块上,在把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路,这种方式与邮路板比较,标准化、系列化程度高,互换性能好,维修、拆卸方便,元件更换容易;集成块可进行专业化生产,其质量好、性能可靠而且设计生产周期短。使用近年来液压油路板和集成块基础上发展起来的新型液压元件叠加阀组成回路也有其独特的优点,它不在需要另外的连接件,由叠加阀直接叠加而成。其结构更为紧凑,体积更小,重量更轻,无管件连接,从而消除了因油管、接头引起的泄漏、震动和噪声。此次设计采用液压集成块的型式:1.把液压回路划分为若干个单元回路,每个单元回路一般由三个液压元件组成,采用通用的压力油路和回油路,这样的单元回路称液压单元集成回路。设计液压单元集成回路时,优先选用通用液压单元集成回路,以减少集成块设计工作量,提高通用性。2.把各液压单元集成回路连接起来,组成液压集成回路。一个完整的液压集成回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、调速回路、顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。液压集成回路设计完成后,要和液压回路进行比较,分析工作原理是否相同,否则说明液压集成回路出了差错。4.2液压集成块及其设计参照前面液压站装配图,液压集成块由底板、方向调速快组成,由四个紧固螺栓把它们连接起来,再由四个螺钉将其紧固在液压油箱上,液压泵通过油管与底板连接,组成液压站。液压元件分别固定在各集成块上,这样就组成了一个完整的液压系统。下面分别介绍其设计:1.底板设计底板其作用是连接集成块。液压泵供应的压力油由底板引入集成块,液压系统回油路经底板引入液压油箱冷却沉淀。2.集成块设计其步骤如下:1)制作液压元件样板。2)决定通道的孔径。集成块上的公用通道,即压力油孔、回油孔及四个安装孔。压力油孔由液压泵流量决定,回油孔一般不得小于压力油孔。直接与液压元件连接的液压油孔由选定液压元件规格确定。孔与孔之间的连接孔(即工艺孔)用螺栓在集成块表面堵死。3)集成块上液压元件的布置。把制作好的液压元件样板放在集成块各视图上进行布局,有的液压元件需要连接板,则样板应以连接板为主。电磁换向阀应布置在集成块的前、后面上,要避免电磁换向阀两端的电磁铁与其他部分相碰。液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为好。孔道相同的液压元件尽可能布置在同一水平面。设计专用集成块时,要注意其高度应比装在其上的液压元件的最大横向尺寸大2mm,以避免上下集成块上的液压元件相碰,影响集成块紧固。4)集成块上液压元件布置程序。电磁换向阀布置在集成块的前面和后面,先布置垂直位置,后布置水平位置,要避免电磁换向阀的固定螺孔与阀口通道、集成块固定螺孔相同。液压元件泄露孔可考虑与回油孔合并。水平位置孔道可分为三层布置。根据水平孔道布置的需要,液压元件可以上下左右移动一段距离。溢流阀的先导阀部分可伸出集成块外。有的元件如蓄能器,可以横向布置。3.集成块零件图的绘制集成块的六个面都是加工面,其中有三个侧面要装液压元件,一个侧面引出管道。块内孔道纵横交错、层次多,需要多个视图和两三个剖面图才能表达清楚。孔系的位置精度要求较高,因此尺寸、公差及表面粗糙度均应标注清楚,技术要求也应予以说明。集成块的视图比较复杂,视图应尽可能少用虚线表达。
5液压站的设计在确定液压系统主要参数和液压缸的主要参数后,本章开始对液压系统中为液压系统提供动力来源的液压站进行设计,包括:对液压站的结构设计和液压油箱的设计。液压站是由液压油箱、液压泵装置及液压控制三大部分组成。机床液压站的结构形式有分散式和集中式两种类型。1.集中式这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置独立于机床之外,单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便,液压装置的振动、发热都与机床隔开,缺点是液压站增加了占地面积。2.分散式这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置独立于机床各处。例如,利用机床床身或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放在便于操作的地方。这种结构的优点是结构紧凑,泄露油易回收,节省占地面积,但安装维修不方便。同时供油装置的振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生不良影响,故较少采用,一般非标设备不推荐使用。由于集中式结构的液压站安装维修方便,并与机床不直接接触,能有效提高机床的加工精度,更加符合本次设计的设计需求,因此采用集中式这种结构形式。5.1液压油箱的设计液压油箱简称油箱,它往往是一个功能组件,在液压系统中的主要作用是贮存液压油、分离液压油中的杂质和空气,同时还起到散热的作用。按新近的液压系统污染控制理论的要求,油箱不应是一个容纳污垢的场合,而要求在油箱中的油液本身达到一定清洁度等级,提供给液压泵和整个液压系统的工作回路,因此油箱的设计、制造、使用和维护都应按照以上这些功能的要求来实施。5.1.1液压油箱
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