智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
四川大學(xué)錦城學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目 智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)械工程系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào) 年級 級
指導(dǎo)教師
二 年 月 日
摘 要
作為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與其他傳動(dòng)控制技術(shù)相比，液壓技術(shù)具有能量密度高﹑配置靈活方便﹑調(diào)速范圍大﹑工作平穩(wěn)且快速性好﹑易于控制并過載保護(hù)﹑易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)電體化整合﹑系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造和使用維護(hù)方便等多種顯著的技術(shù)優(yōu)勢，因而使其成為現(xiàn)代機(jī)械工程的基本技術(shù)構(gòu)成和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素。智能石材切割機(jī)是加工各種石材的主要設(shè)備，適用于各類石材廠的石材的加工，如下料、開孔、開槽、拉伸等。本文根據(jù)智能石材切割機(jī)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，再經(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)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。智能石材切割機(jī)的液壓系統(tǒng)呈長方形布置，外形新穎美觀，動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、動(dòng)作靈敏可靠。該機(jī)并設(shè)有腳踏開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)工藝動(dòng)作的循環(huán)。液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
第一個(gè)使用液壓原理的是1795年英國約瑟夫·布拉曼(Joseph??Bram,以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905年他又將工作介質(zhì)水改為油,進(jìn)一步得到改善。?我國的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備。60年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個(gè)工業(yè)部門，在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應(yīng)用。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時(shí)，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計(jì)算助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也取得了顯著成果。目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件，如插裝 式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國機(jī)械工業(yè)在認(rèn)真消化、推廣國外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對一些性能差而且不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得進(jìn)一步發(fā)展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提要求也進(jìn)一步提高，因此作為高檔次的居家裝修材料——石材的需求量也逐年增加，由于天然石材的不規(guī)則性和石材資源的有限性使用使得石材的合理使用方法——石材切割技術(shù)得到迅速的發(fā)展。因此石材切割機(jī)的需求量也大量增加，國內(nèi)外各種高性能的石材切割機(jī)種類很多，但是價(jià)格也極為昂貴，不適合我省大量中小型企業(yè)的需求，設(shè)計(jì)出在性能上滿足中小企業(yè)要求的經(jīng)濟(jì)型石材切割機(jī)就顯得尤為迫切.近年來我國引進(jìn)了不少石材切割機(jī),其機(jī)械性能和技術(shù)參數(shù)在不同程度上反映出石材切割技術(shù)的現(xiàn)代水平。目前在石材切割機(jī)國產(chǎn)化過程中，調(diào)查研究使用情況和存在問題，吸收其合理的先進(jìn)的技術(shù)參數(shù)和機(jī)械結(jié)構(gòu)，改進(jìn)不足之處，對研制新穎，可靠，先進(jìn)的設(shè)備，改變我國石材切割技術(shù)的落后狀態(tài)，關(guān)鍵的一招，為了滿足社會(huì)的需求，各國爭先恐后的研制出不同得石材切割機(jī)來彌補(bǔ)現(xiàn)在石材切割機(jī)的不足，主要有：
?1.單臂石材切割機(jī)單臂石材切割機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，操縱輕便
靈活，安裝維修方便的特點(diǎn)在石材加工中得到廣泛地應(yīng)用。該機(jī)主要用于小型石材加工廠，石材市場，板材經(jīng)銷商，現(xiàn)場加工及建筑單位現(xiàn)場施工。
?2.移動(dòng)式石材切割機(jī)
? 該機(jī)可直接在荒山礦料上直接切割加工生產(chǎn)各種規(guī)格板材，可徹底淘汰取代傳統(tǒng)炸藥與鑿巖等開采方式。該機(jī)可直接安裝在礦床上，自動(dòng)切割加工各種石材，效果與傳統(tǒng)鋸石機(jī)完全一樣。該機(jī)操作靈活，安裝方便，加工效率快，板材成品率高。
3.DBS-1雙向石材切割機(jī)
該機(jī)為單柱臂式，工作臺(tái)液壓推進(jìn)，無級調(diào)速，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，操作方便，維修容易，適于切割塊度較小的荒料，是各類石材企業(yè)，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)理想的石材加工設(shè)備。切割荒料的最大規(guī)格為長2.1米，寬1.1米，高1.3米，能切割在長度方向上拼接的荒料。該機(jī)主要切割大理石，也可切割花崗石等材料。
?4.超薄型石材切割機(jī)
?該機(jī)可鋸10mm以下的石材，該機(jī)具有手動(dòng)和自控兩種功能，可任意選擇鋸片，工作臺(tái)移動(dòng)行程大，分片準(zhǔn)確，板面誤差小于0.5mm， 鋸片最小厚度達(dá)6mm。
5.數(shù)控超薄型天然復(fù)合石材切割機(jī)
該機(jī)主要用來切割花崗巖，大理石，大面積超薄型石材，主要優(yōu)點(diǎn)：
1.運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，
2.金剛石工具刀口小，石材利用率高，能節(jié)省石材資源和能源。
3.石材表面切割質(zhì)量好尺寸精度高，廢品率低.。
4.綜合生成成本低。
5能切割高檔次的超薄型天然復(fù)合材。
6.電動(dòng)石材切割機(jī)
該機(jī)適用于建筑裝潢，石材加工，對水磨石，大理石，花崗巖，玻璃，水泥制版等含硅酸鹽的非金屬脆性材料進(jìn)行切割，開槽作業(yè)，它具有切削效率高，加工質(zhì)量好，使用簡便，勞動(dòng)強(qiáng)度低的特點(diǎn)。綜合各種石材切割機(jī)，我所設(shè)計(jì)的石材切割機(jī)采用全液壓系統(tǒng)，設(shè)備由操作面板，電氣控制裝置，動(dòng)力裝置，機(jī)械裝置和狀態(tài)檢測控制裝置五大部分組成，機(jī)械裝置包括翻轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，床身平移裝置，橫梁，圓鋸片拖板等構(gòu)成，整套設(shè)備安裝在鋼筋混凝土造成的基礎(chǔ)上，床身平移行走和切割，，行走通過電動(dòng)機(jī)，減速器，齒輪，齒條嚙合傳動(dòng)，圓鋸片旋轉(zhuǎn)采用帶輪傳動(dòng)，圓鋸片升降由滑板升降液壓裝置實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，橫梁上裝有可調(diào)位置的行程開關(guān)，床身橫移切割的位移量由刻度尺示讀床身平移導(dǎo)軌上安裝有磁柵尺和讀數(shù)頭組成的位移檢測裝置，反饋床身的位移數(shù)據(jù)由PLC實(shí)現(xiàn)分片控制，以使整套設(shè)備在自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用下按程序完成加工工序。在操作過程中分為手動(dòng)和自動(dòng)，自動(dòng)按鈕按下后刀盤向下下降一個(gè)切削量，接著刀盤向左切削石材，刀盤到達(dá)左限位開關(guān)時(shí)，停止右移，又下降一個(gè)切削量，如此反復(fù)，直到刀盤在下降中碰到下限位開關(guān)時(shí)，停止下降并向相反方向切割最后一刀，以保證石材根部切割完整。
關(guān)鍵詞： 智能石材切割 機(jī)械設(shè)備 切削 切割 PLC控制
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absraote
Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.
This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of mincing ma-chine were introduced.The productingcapacity was analysed.Keywords Mincing machine Holds plate Cutting blade Transfer augerFixture design process of drilling pump cover and reaming holes is designed with 18H7 include part machining process design, process design and fixture three. In process design should first of all parts for analysis, to understand part of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design the process routes of the parts; then the parts of each step in the process to the size calculation, the key is to determine the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure design; then the special fixture, the fixture for the various components of the design, such as the connecting part positioning devices, clamping element, a guide element, fixture and machine tools and other components; positioning error calculated by the analysis of fixture, jig structure the rationality and the deficiency, pay attention to improving and will design in.
Concurrent Engineering is the first to shorten product development cycles as a means to develop. Products will be characterized by the development, production engineering involved in the acts broken down into a series of tasks, such as market analysis, design, process design, production plans and equipment purchases, processing, quality assurance, testing and after sales service. These sub-tasks as far as possible and consider synchronous parallel to achieve improved design to shorten the cycle and improve quality, reduce costs, optimize the design purpose. It stressed that integrated, coordinated and parallel, namely: (1) management, design, production, and service of all project-related personnel and product information integration as a whole, and stressed that all relevant departments and the interests of the overall goal line (2) to the establishment of a competent and reasonable charge of the project personnel structure of the working group coordinated management model, by the Working Group in the ministries responsible for project elements, and the promotion of the coordination of tasks, (3) parallel processing stages of the work. According to the project in the different tasks of the linkages between the different ministries mandate of the elements of the work process can be completely overlap or duplication. In accordance with these principles, formulate a reasonable, and optimize the work plan, and the location in which the necessary settings assessment, the Working Group by the project implementation so that all sub-tasks in parallel, to move forward in an orderly manner, so as to ensure the smooth implementation of the whole project .
According to the traditional methods of work, the work of the various stages in a row serial. In such a product development approach, divorced from each other at various stages, are not related, resulting in increased design error, and difficult to discover such a design rework, to lengthen the development cycle, adding to the costs.
This paper discusses the meat processing machinery - crusher working principle, main technical parameters, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis.
Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.
Key word: pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop Four degrees of freedom
目 錄
1緒論 9
1.1課題的來源與研究的目的與意義.............................................................................10
1.2液壓傳動(dòng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用......................................................................11
1.3液壓系統(tǒng)的基本組成............................................................................................12
1.4 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)...............................................................................................13
1.5液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用...........................................................................14
2液壓缸的負(fù)載以及工況分析......................................................................................15
2.1 液壓缸的工作負(fù)載 16
2.2 液壓缸的摩擦阻力 17
2.3 液壓缸的慣性負(fù)荷 18
3負(fù)載圖和速度圖............................................................................................................18
4液壓缸的設(shè)計(jì)及計(jì)算...................................................................................................19
4.1液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式.....................................................................................19
4.2 液壓缸的工作壓力...............................................................................................20
4.3 液壓缸尺寸計(jì)算...................................................................................................21
4.4液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計(jì)算....................................................21
4.5 繪制液壓缸的工況圖............................................................................................21
5擬定液壓系統(tǒng)圖..............................................................................................................22
5.1選擇液壓基本回路.................................................................................................22
5.2 組成系統(tǒng)圖............................................................................................................22
6選擇液壓元件..................................................................................................................23
6.1確定液壓泵的容量及電機(jī)功率.............................................................................24
6.2控制閥的選擇.........................................................................................................25
6.3確定油管直徑..........................................................................................................26
6.4確定油箱容積..........................................................................................................27
7液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算.......................................................................................................27
7.1液壓系統(tǒng)的壓力損失計(jì)算....................................................................................28
7.2液壓系統(tǒng)的熱量溫升計(jì)算.....................................................................................29
結(jié)論 30
參考文獻(xiàn) 31
致謝....................................................................................................................................32
1緒論
1.1課題的來源及研究的目的和意義
本機(jī)器適用于石材廠的大型石材板材的加工等，本機(jī)器具有獨(dú)立的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)。采用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)調(diào)整、手動(dòng)及半自動(dòng)三種操作方式。本機(jī)器的工作壓力、壓制速度、空載快速下行和減速的行程范圍均可根據(jù)工藝需要進(jìn)行調(diào)整，并能完成一般大理石、花崗石板材的切削加工，延時(shí)、自動(dòng)回程、延時(shí)自動(dòng)退回等動(dòng)作。本機(jī)器主機(jī)呈長方形，外形新穎美觀，動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、動(dòng)作靈敏可靠。該機(jī)并設(shè)有腳踏開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)工藝動(dòng)作的循環(huán)。
19世紀(jì)問世以來發(fā)展很快，液壓機(jī)在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國民經(jīng)濟(jì)各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。由于液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，目前國內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機(jī)電液一體化，以充分合理利用機(jī)械和電子的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善；自動(dòng)化、智能化，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能；液壓元件集成化、標(biāo)準(zhǔn)化，以有效防止泄露和污染等四個(gè)方面。
作為液壓機(jī)兩大組成部分的主機(jī)和液壓系統(tǒng)，由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟，國無較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過濾、冷卻及防止沖擊和振動(dòng)方面，有較明顯改善。在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國內(nèi)外液壓機(jī)都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)，插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應(yīng)用。
特別是集成塊可以進(jìn)行專業(yè)化的生產(chǎn)，其質(zhì)量好、性能可靠而且設(shè)計(jì)的周期也比較短。
近年來在集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型液壓元件組成的回路也有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，不需要另外的連接件其結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積也相對更小，重量也更輕無需管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動(dòng)和噪聲。邏輯插裝閥具有體積小、重量輕、密封性能好、功率損失小、動(dòng)作速度快、易于集成的從70年代初期開始出現(xiàn)，至今已得到了很快的發(fā)展。我國從液壓機(jī)具有點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)和半自動(dòng)等工作方式，操作方便；
1.2 液壓傳動(dòng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用
液壓傳動(dòng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用有一下幾部分：
磨床、銑床、刨床、拉床、壓力機(jī)、自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等
工程機(jī)械——挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等。
汽車工業(yè)——自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車等。
農(nóng)業(yè)機(jī)械——聯(lián)合收割機(jī)的控制系統(tǒng)、拖拉機(jī)的懸掛裝置等。
輕工機(jī)械——打包機(jī)、注塑機(jī)、校直機(jī)、橡膠硫化機(jī)、造紙機(jī)等。
冶金機(jī)械——電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)等。
起重運(yùn)輸機(jī)械——起重機(jī)、叉車、裝卸機(jī)械、液壓千斤頂?shù)取?
礦山機(jī)械——開采機(jī)、提升機(jī)、液壓支架等。
建筑機(jī)械——打樁機(jī)、平地機(jī)等。
船舶港口機(jī)械——起貨機(jī)、錨機(jī)、舵機(jī)等。
鑄造機(jī)械——砂型壓實(shí)機(jī)、加料機(jī)、壓鑄機(jī)等。
本機(jī)器適用于各類石材的加工，例如大理石，花崗石等等。本機(jī)器具有獨(dú)立的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)。采用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)調(diào)整、手動(dòng)及半自動(dòng)三種操作方式。本機(jī)器的工作壓力、空載快速下行和減速的行程范圍均可根據(jù)工藝需要進(jìn)行調(diào)整，并能完成一般壓制工藝。其總體方案圖結(jié)構(gòu)圖如下：
智能石材切割機(jī)總體方案與布局圖
本次設(shè)計(jì)的石材切割機(jī)液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為石材的加工而做的，這樣，只有當(dāng)需要切割石材時(shí)，液壓缸才會(huì)打開行程，切割機(jī)開始工作。設(shè)計(jì)中采用PLC控制石材切割機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)作，既可以簡化控制線路，節(jié)省成本，又可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
1.3液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用
液壓技術(shù)，從１７９５年英國制造出世界上第一臺(tái)水壓機(jī)誕生算起，已經(jīng)有２００多年的歷史了，然而在工業(yè)上的真正推廣使用卻是２０世紀(jì)中葉的事情了。第二次世界大戰(zhàn)期間，在一些武器裝備上用上了功率大、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，大大的提高了武器裝備的性能。同時(shí)，也加速了液壓技術(shù)本身的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速由軍事轉(zhuǎn)入民用，在機(jī)械制造、工程機(jī)械、鍛壓機(jī)械、冶金機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。２０世紀(jì)６０年代以后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、電子技術(shù)等的迅速發(fā)展，再次將液壓技術(shù)向前推進(jìn)，使其在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)代液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)的緊密結(jié)合已經(jīng)形成并發(fā)展成為一種包括傳動(dòng)、控制、檢測在內(nèi)的自動(dòng)化技術(shù)。當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善發(fā)展比例控制和伺服控制、開發(fā)數(shù)字控制技術(shù)上也有許多新成果。同時(shí)，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和測試(CAT)、微機(jī)控制、機(jī)電一體化、液電一體化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化等方面也是液壓技術(shù)發(fā)展和研究的方向。繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，采用更先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，將使液壓技術(shù)發(fā)展成為內(nèi)涵更加豐富完整的綜合自動(dòng)化技術(shù)。
目前，液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)裝備上，例如機(jī)械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機(jī)械，上至航空、航天工業(yè)，下至地礦、海洋開發(fā)工程，幾乎無處不見液壓技術(shù)的蹤跡。液壓技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域大致上可以歸納為以下幾個(gè)主要方面：
（1）各種舉升、搬運(yùn)作業(yè)。尤其在行走機(jī)械和較大驅(qū)動(dòng)功率的場合，液壓傳動(dòng)已經(jīng)成為一種主要方式。如起重機(jī)、起錨機(jī)等。
（2）各種需要作用力大的推、擠、挖掘等作業(yè)裝置。例如，各種液壓機(jī)、塑料注射成型機(jī)等。
（3）高響應(yīng)、高精度的控制。飛機(jī)和導(dǎo)彈的姿態(tài)控制等裝置。
（4）多種工作程序組合的自動(dòng)操作與控制。如組合機(jī)床、機(jī)械加工自動(dòng)線。
（5）特殊工作場合。例如地下水下、防爆等。
1.4液壓傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
〈1〉體積小、重量輕，單位重量輸出的功率大（一般可達(dá)32MPa,個(gè)別場合更高）。
〈2〉可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。
〈3〉操縱簡單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時(shí)，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。
〈4〉慣性小、響應(yīng)速度快，起動(dòng)、制動(dòng)和換向迅速。(液壓馬達(dá)起動(dòng)只需0.1s)
〈5〉易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，安全性好；采用礦物油作為工作介質(zhì)，自潤滑性好。
〈6〉液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列化 標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。
缺點(diǎn)：
〈1〉由于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的泄漏和油液的壓縮性，影響了傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，不易實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)。
〈2〉不適應(yīng)在溫度變化范圍較大的場合工作。
〈3〉由于受液體流動(dòng)阻力和泄漏的影響，液壓傳動(dòng)的效率還不是很高，不易遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。
〈4〉液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障不易查找。
2液壓缸的負(fù)載以及工況分析
2.1液壓缸的工作負(fù)載
1. 液壓缸的工作負(fù)載
由提供的一些數(shù)據(jù)可知，液壓缸的負(fù)載Fw=500P/ν=500P/(πDn/60×1000)=60×106P/πDn =60×7.5×106/π×300×150 N =1596N。
2. 液壓缸的摩擦阻力
靜摩擦阻力為：
Ffj=fj(G1+G2)=0.2×(2000+1800) N=880 N
動(dòng)摩擦阻力為：
Ffd=fd(G1+G2)=0.1×(2000+1800) N=290 N
G1-工作臺(tái)重量
G2-工件和夾具最大重量
3. 液壓缸的慣性負(fù)荷
Fg=(G1+G2) ν/gt=(4000+1800) ×2.5/9.8×0.1×60 N
=246N
g –重力加速度9.8m/s2
ν –工進(jìn)速度
t –往返加減速時(shí)間
3負(fù)載圖和速度圖
取液壓缸的機(jī)械效率η=0.9，計(jì)算液壓缸各工作階段的負(fù)載情況
啟動(dòng)：F=Ffj=880N
F‵=F/η=1160/0.9 N=1289 N
加速：F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20 N
F‵=F/η=1073.20/0.9=1193 N
快進(jìn)：F=Ffd=290 N
F‵=F/η=580/0.9=645 N
工進(jìn)：F=Ffd+Fw=580+3183=3763 N
F‵=F/η=3763/0.9=4182 N
快退：F=Ffd=290N
F‵=F/η=580/0.9=645 N
液壓缸各階段負(fù)載情況
階段
負(fù)載計(jì)算公式
液壓缸負(fù)載F/N
液壓缸推力F‵/N
啟動(dòng)
F=Ffj
1160
1289
加速
F=Ffd+Fg
1073.20
1193
快進(jìn)
F=Ffd
580
645
工進(jìn)
F=Ffd+Fw
3763
4182
快退
F=Ffd
580
1193
根據(jù)工況負(fù)載F及行程S，繪制負(fù)載圖：
根據(jù)快進(jìn)速度ν1、工進(jìn)速度v
4液壓缸的選型及設(shè)計(jì)
4.1液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式
液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動(dòng)式四大類。
其中，單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動(dòng)液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動(dòng)式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復(fù)位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動(dòng)液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。
空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒10，活塞8，活塞桿1、15，缸蓋18、24，密封圈4、7、17，導(dǎo)向套6、19，壓板11、20等主要零件組成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。活塞用錐銷9、22與空心活塞桿連接，并用堵頭2堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環(huán)12、21，用于阻止壓板11、20向外移動(dòng)，從而通過螺栓將缸蓋18、24與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結(jié)合面安放了密封圈和紙墊?？招幕钊麠U和其上的油口a、c提供了液壓缸的進(jìn)、出油口。當(dāng)缸筒移動(dòng)到左、右終端時(shí)，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對運(yùn)動(dòng)部件起到制動(dòng)緩沖作用。在缸蓋上設(shè)有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔5、14，可以排出液壓缸中的空氣，使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。
表2-1液壓缸的類型和特點(diǎn)
類型
速度
作用力
特點(diǎn)
單
作
用
液
壓
缸
雙活塞桿液壓缸
U=q/A3
F=p1A1
活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活塞一側(cè)供給壓力油，由外力使活塞反向運(yùn)動(dòng)
單活塞桿液壓缸
U=q/A3
F1=p1A1
活塞僅單向運(yùn)動(dòng)，返回行程利用自重或負(fù)荷將活塞推回
柱塞式液壓缸
U=q/A3
F1=p1A1
柱塞僅單向運(yùn)動(dòng)，由外力使柱塞反向運(yùn)動(dòng)
差動(dòng)液壓缸
U3=q/A3
F3=p1A1
可使速度加快，但作用力相應(yīng)減小
伸縮液壓缸
---
---
以短缸獲得長行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回
雙
作用液壓缸
雙活塞桿液壓缸
U1=q/A3
U2=q/A2
F1=（p1-p2）A1
F2=（p2-p1）A2
雙邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，雙向推力和速度均相等
單活塞桿液壓缸
U1=q/A3
U2=q/A2
F1=（p1-p2）A1
F2=（p2-p1）A2
單邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2
伸縮液壓缸
---
---
雙向液壓驅(qū)動(dòng)，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回
組
合
液
壓
缸
彈簧復(fù)位液壓缸
---
---
單向由液壓驅(qū)動(dòng)，回程彈簧復(fù)位
串聯(lián)液壓缸
U1=q/（A1+A2）
U2=q2A2
F1=p1（A1-A2）-2qA2
F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2）
用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得在的推力
增 壓 缸
---
---
由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入A腔，B腔輸出高壓油
齒條液壓缸
---
---
活塞的移動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變成齒輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
擺動(dòng)液壓缸
單葉片液壓缸
W
=8q/（b（D2-d2）
T=p（D^2-d^2）b/8
把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 300度
雙葉片液壓缸
W
=4q/（b（D2-d2）
T=p（D^2-d^2）b/4
把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 150度
注：b—葉片寬度；D—葉片的底端 、頂端直徑；w—葉片軸的角速度；T-- 理論轉(zhuǎn)矩
4.2液壓缸的工作壓力
根據(jù)負(fù)載并查表，初選工作壓力
P1=3MPa
4.3計(jì)算液壓缸尺寸
鑒于動(dòng)力滑臺(tái)要求快進(jìn)、快退速度相等，可選用單桿式差動(dòng)液壓缸。無桿腔工作面積A1，有桿腔工作面積A2，
且A1=2A2，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d=0.707D的關(guān)系。
回油路上背壓P2取0.8MPa
油路壓力損失△P取0.5MPa
A1=F/(P1-P2/2)=4182×10-6/(3-0.8/2)m2=0.0016m2
D==45.13mm
d=0.707D=31.91mm
按GB/T2348-2001將直徑元整成就進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)值
D=50mm d=35mm;
液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為：
A1=πD2/4=19.63×10-4m2
A2=π(D2-d2)/4=10.01×10-4m2
根據(jù)上述D與d的值，可估算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力
4.4液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計(jì)算
工況
推力
F/N
回油腔壓力P2/MPa
進(jìn)油腔壓力P1/MPa
輸入流量
輸入功率
計(jì)算公式
快進(jìn)
啟動(dòng)
1289
0
1.86
—
-
加速
1193
△P=0.5
1.76
—
-
恒速
645
1.29
4.81
0.10
工進(jìn)
4182
0.8
2.54
1.57～0.098
0.07
快退
啟動(dòng)
1289
0
1.29
—
-
加速
1193
0.5
2.17
—
-
恒速
645
1.62
5.01
0.135
4.5液壓缸工況圖
5擬定液壓系統(tǒng)圖
5.1 選擇液壓基本回路
選擇調(diào)速回路。該系統(tǒng)的流量、壓力較小，可選用定量泵和溢流閥組成的供油源，液壓系統(tǒng)功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，銑床加工有順銼和逆銼之分，可采用進(jìn)流口節(jié)流的調(diào)速形式，具有承受負(fù)切削的能力，如圖（a）
(a)
選擇快速運(yùn)動(dòng)回路和換向回路。系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速回路后，不管采用什么油源形式都必須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸兩腔，以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。在本系統(tǒng)中，單桿液壓缸要作差動(dòng)連接，為保證換向平穩(wěn)，采用電液換向閥式換接回路，如圖（b）
（b）
選擇速度換接回路。避免液壓沖擊，宜選用行程閥來控制速度換接，如圖（c）
（c）
5.2 組成液壓系統(tǒng)圖
根據(jù)各液壓基本回路組成液壓系統(tǒng)圖,如圖（d）
系統(tǒng)油路分析:
1)、快進(jìn)
進(jìn)油路：油箱→濾油器1→油泵2→單向閥3→換向閥4左位→行程閥5左位→液壓缸8右腔
回油路：液壓缸8左腔→換向閥4左位→單向閥9→行程閥5左位→液壓缸8右腔
（d）
2）、工進(jìn)
進(jìn)油路：油箱→濾油器1→油泵2→單向閥3→換向閥4左位→調(diào)速閥6→液壓缸8右腔
回油路：液壓缸8左腔→換向閥4左位→溢流閥10→順序閥11→油箱
3）、快退
進(jìn)油路：油箱→濾油器1→油泵2→單向閥3→換向閥4右位→液壓缸8左腔
回油路：液壓缸8右腔→單向閥7→換向閥4右位→單向閥13→油箱
6選擇液壓元件
6.1 確定液壓泵的容量及電機(jī)功率
1）液壓泵油路壓力損失△P=0.5MPa，回油路泄露系數(shù)取1.1，則液壓泵的最高工作壓力為：pB=p1+△p=(2.54+0.5) MPa=3.04 MPa。
總流量：QB=KQmax=(1.1x5.01) L/min=5.511 L/min。
根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)查泵的產(chǎn)品目錄,選用YB-A9B定量式葉片泵,輸出流量6.9L/min。
２）確定驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率。
由工況圖表明，最大功率出現(xiàn)在快退階段，液壓泵總效率η＝0.75,則電動(dòng)機(jī)功率為：P== kW=0.283 kW;
根據(jù)此數(shù)據(jù)按JB/T9616—1999，查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選取Y90S型三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率P=0.75Kw,額定轉(zhuǎn)速n=1000r/min。
6.2 控制閥的選擇
根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實(shí)際流量，可選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格，如下表：
序號(hào)
元件名稱
額定流量L/min
額定壓力MPa
型號(hào)規(guī)格
1
濾油器
16
6.18
XU—10x200
2
定量式葉片泵
6.9
7
YB-A9B
3
單向閥
63
16
AF3-Ea10B
4
三位五通電液閥
80
18
35DYF3Y-E10B
5
行程閥
63
16
AXQF-E10B
6
調(diào)速閥
0.07~50
16
7
單向閥
63
16
9
單向閥
63
16
AF3-Ea10B
10
背壓閥
63
6.3
YF3-10B
11
順序閥
20
3~7
X2F-L10F
12
溢流閥
63
6.3
YF3-10B
13
單向閥
63
16
AF3-Ea10B
6.3 定油管直徑
各元件間連接管道的規(guī)格按原件接口尺寸決定，液壓缸則按輸入、排出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算，如下表所示。
油液在壓油管中的流速取3m/min，
d≥2=2×mm=9.3mm
油液在吸油管中的流速取1m/min,
d≥2=2×mm=11.3mm
兩個(gè)油管都按GB/T2351-2005選用外徑Φ15mm、內(nèi)徑Φ12mm的無縫鋼管。
流量、速度
快進(jìn)
工進(jìn)
快退
輸入流量L/min
q1=(A1qp)/(A1-A2`)
=(19.63x6)/(19.63-10.01)
=12.24
q1=0.5
q1=qp=6
排出流量L/min
q2=(A2q1)/A1
=(10.01x12.24)/19.63
=6.24
q2=(A2q1)/A1
=(0.5x10.01)/19.63
=0.25
q2=(A1q1)/A2
=(19.63x6)/10.01
=11.76
6.4定油箱容積
取ξ為7時(shí)，求得其容積為：
V=ξqp=7×6 L=42 L
按JB/T7938-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=100L。
7液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算
7.1液壓系統(tǒng)的壓力損失計(jì)算
1）、快進(jìn)
滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，進(jìn)油路上通過單向閥3的流量是6L/min，通過電液換向閥4，液壓缸有桿腔的回油與進(jìn)油路匯合，以12.24L/min通過行程閥5并進(jìn)入無桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為
∑△pv=[0.2×(6/63)2+0.5×(6/80)2+0.3×(12.24/63)2]
=(0.019+0.038+0.058)MPa=0.115MPa
壓力閥不會(huì)被打開，油泵的流量全部進(jìn)入液壓缸?；赜吐飞?，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥4和單向閥9的流量都是6.24L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥5流入無桿腔。由此可算出快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力p2與無桿腔壓力p1之差
△p=p2-p1=[0.5×(6.24/80)2+0.2×(6.24/63)2+0.3×(12.24/63)2]
=(0.039+0.020+0.058)MPa =0.117MPa此值小于原估計(jì)值0.5MPa，所以是安全的。
2）、工進(jìn)
工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥4的流量為0.5L/min,在調(diào)速閥7處得壓力損失為0.5MPa，油液在回油路上通過換向閥4的流量是0.25L/min，在背壓閥10處得壓力損失為0.5MPa，通過順序閥11的流量為（6+0.24）=6.24L/min，因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力p2為p2=[0.5×(0.24/80)2+0.5+0.3×(6.24/63)2]
=(0.002+0.5+0.030)MPa =0.532MPa
此值小于原估計(jì)值0.8MPa。
重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力p1
p1=(F`+p2A2)/A1
=(4182+0.532×106×10.01×10-4)/19.63×106×10-4
=2.40 MPa
此數(shù)值與2.54MPa接近。
3）、快退
快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過換向閥4的流量為6L/min；油液在回油路上通過單向閥7、換向閥4和單向閥13的流量都是11.76L/min，因此進(jìn)油路上總壓降為
∑△pv1=[0.2×(6/63)2+0.5×(6/80)2]=(0.019+0.038)MPa=0.057 MPa
此值較小，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)
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