數(shù)控機(jī)床自動(dòng)夾持搬運(yùn)裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床自動(dòng)夾持搬運(yùn)裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),數(shù)控機(jī)床,自動(dòng),夾持,搬運(yùn),裝置,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 題 目： 數(shù)控機(jī)床自動(dòng)夾持搬運(yùn)裝置 的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作 者： 學(xué) 號(hào)： 系 (院)： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 年 月  畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要 數(shù)控機(jī)床自動(dòng)夾持搬運(yùn)裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要：數(shù)控機(jī)床上專用于工件和零件的夾持和自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置，其運(yùn)動(dòng)自由度多，且有嚴(yán)格的動(dòng)作順序要求。用液壓驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)作自動(dòng)循環(huán)，利于自動(dòng)化和高效率等要求。機(jī)械手用于各種工藝裝備上，其中包括組成柔性自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)控金屬切削機(jī)床。工業(yè)機(jī)器人裝備有自動(dòng)可換夾持裝置，其中雙夾持器的裝置用來(lái)保證同時(shí)操作毛坯和在加工的零件。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，確定液壓系統(tǒng)中各個(gè)部分的功能，并且對(duì)各種執(zhí)行元件進(jìn)行計(jì)算分析，最終完成液壓原理圖。 關(guān)鍵詞：可換夾持裝置 液壓元件 雙夾持器 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 Numerically Controlled Machine Tools Automatically Handling Devices Hydraulic Rescue System Design Abstract: Numerically controlled machine tools, spare parts and dedicated to her rescue and automatic operation of the device, the more freedom of movement and strict action sequence. Driven by hydraulic achievable moves automatically cycle for automation and high efficiency. Mechanical hand for various processes and equipment, including the digital automation system composed soft metal cutting machine tools. Industrial robots are equipped with automatic convertible rescue devices, including devices used to ensure that double-rescue devices at the same time and in the processing operation blank parts. The design of the hydraulic system mainly mechanical hand, identifying the functions of the various parts of the hydraulic system, and implementation of various components in the calculation of analysis, and ultimately complete hydraulic principles maps. Keywords: Convertible rescue devices ; Hydraulic components; Double-rescue vehicles  目 錄 1 概述……………………………………………………………………………………… 1 1.1課題背景……………………………………………………………………… 1 1.2課題內(nèi)容………………………………………………………………………… 1 1.3課題的意義………………………………………………………………………… 2 1.4課題的創(chuàng)新點(diǎn)………………………………………………………………………… 2 2 機(jī)械手的功能設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 2 2.1機(jī)械手液壓系統(tǒng)的各部分功能…………………………………………………………… 2 2.2 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的功能綜合…………………………………………………………5 2.3機(jī)械手電磁鐵動(dòng)作循環(huán)表…………………………………………………………… 6 2.4 機(jī)械手液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)……………………………………………………… 6 3 機(jī)械手液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………… 6 3.1負(fù)載分析………………………………………………………………………………… 6 3.2 液壓馬達(dá)的負(fù)載…………………………………………………………………………9 3.3 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定…………………………………………………………………10 3.4 計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、功率………………………………………11 3.5 擬定液壓原理圖………………………………………………………………………11 3.6選擇液壓元件………………………………………………………………………………12 3.7液壓缸基本參數(shù)的確定……………………………………………………………………14 3.8液壓缸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定校驗(yàn)…………………………………………………………17 3.9液壓傳動(dòng)用油的選擇………………………………………………………………………22 4 驗(yàn)算系統(tǒng)液壓性能………………………………………………………………………23 4.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整…………………………………………………………23 4.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱和溫升驗(yàn)算…………………………………………………………………26 4.3濾油器的選擇………………………………………………………………………………26 結(jié)論 …………………………………………………………………………………… 30 致謝 …………………………………………………………………………………… 31 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………32 1概述 1．1 課題背景 現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。自從1962年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，機(jī)器人技術(shù)極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動(dòng)化工廠（FA）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動(dòng)化工具。 廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。 工業(yè)機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來(lái)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。國(guó)外專家預(yù)測(cè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲委員會(huì)（UNECE）和國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）的統(tǒng)計(jì)，世界機(jī)器人市場(chǎng)前景看好，從20世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長(zhǎng)的良好勢(shì)頭。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度較快，年增長(zhǎng)率平均在10%左右。2004年增長(zhǎng)率達(dá)到闖記錄的20%。其中，亞洲機(jī)器人增長(zhǎng)幅度最為突出，高達(dá)43%。 在自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域中，工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的。工業(yè)機(jī)械手的是從工業(yè)機(jī)器人中分支出來(lái)的。 其特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)具有準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中可以分：機(jī)械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式，其中液壓操作力最大。 本課題是數(shù)控機(jī)床上專用于工件和零件的夾持和自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置，其運(yùn)動(dòng)自由度多，且有嚴(yán)格的動(dòng)作順序要求、用液壓驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)作自動(dòng)循環(huán)，利于自動(dòng)化和高效率等要求。 1．2課題內(nèi)容 本課題的基本內(nèi)容是： 1）功能原理方案分析 2）液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 3）液壓系統(tǒng)的計(jì)算 4）油箱與執(zhí)行元件工作圖設(shè)計(jì) 5）編寫計(jì)算說(shuō)明書 1．3課題的意義 本課題所研究的數(shù)控機(jī)床的裝夾裝置屬于工業(yè)機(jī)器人這一范疇，對(duì)它的研究實(shí)際上就是對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研究?，F(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。自從1962年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，機(jī)器人技術(shù)極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動(dòng)化工廠（FA）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動(dòng)化工具。 廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。 隨著加工行業(yè)在我國(guó)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)的自動(dòng)化裝備水平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車間，常常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，代替工人完成惡劣環(huán)境下危險(xiǎn)、繁重的勞動(dòng)。 1．4課題的創(chuàng)新點(diǎn) 采用手動(dòng)換向閥變換夾持方式，既可以雙夾持也可以單夾持。 2機(jī)械手的功能設(shè)計(jì) 2．1機(jī)械手液壓系統(tǒng)的各部分功能 2.1.1 液壓站 圖2-1液壓站液壓原理圖 1．蓄能器 2精過(guò)濾器 3.壓力繼電器 4.減壓閥 5.冷卻器 6.液壓馬達(dá) 本設(shè)計(jì)應(yīng)用液壓站供應(yīng)小車，滑板和機(jī)器人手臂位移電液步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)裝置以及手腕轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾持器夾緊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置。同時(shí)液壓站能夠相應(yīng)于在主干線恒壓下進(jìn)入液壓系統(tǒng)的耗油量來(lái)自動(dòng)變化可調(diào)泵的供給量。液壓站還進(jìn)行油的冷卻，并能防止在斷路狀態(tài)下液壓系統(tǒng)中漏油。 2..1.2小車驅(qū)動(dòng)裝置 圖2-2小車驅(qū)動(dòng)裝置液壓原理圖 1.液壓馬達(dá)M1 2.單向閥 3.液壓分配器 4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 小車的驅(qū)動(dòng)裝置由液壓馬達(dá)M1和成套步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。當(dāng)信號(hào)傳遞到步進(jìn)馬達(dá)M5時(shí)，其轉(zhuǎn)子通過(guò)螺旋傳動(dòng)推動(dòng)液壓分配器的滑閥，他連接著壓力管和溢流管與相應(yīng)的液壓馬達(dá)腔。液壓馬達(dá)之間的連接使其在軸上的力矩方向相反，以保持在齒輪齒條傳動(dòng)中的無(wú)隙嚙合。在電液步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置的液壓馬達(dá)傳動(dòng)時(shí)，其與分配器滑閥剛性相連的軸，使得滑閥回到初始位置，從而實(shí)現(xiàn)位置反饋。 手臂滑板移動(dòng)用線性電液步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)裝置和手臂擺動(dòng)用線性電液步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置是由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（M3和M4）、隨動(dòng)分配器和液壓缸組成，液壓缸活塞桿內(nèi)裝有位置反饋螺旋機(jī)構(gòu)。在信號(hào)傳遞到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，其轉(zhuǎn)子通過(guò)螺旋傳動(dòng)推動(dòng)液壓分配器滑閥，開啟進(jìn)入液壓缸油通道。液壓缸活塞平行運(yùn)動(dòng)通過(guò)螺旋傳動(dòng)變?yōu)榻z桿傳動(dòng)，而通過(guò)齒輪傳動(dòng)和螺旋副變?yōu)榛y軸向移動(dòng)。單向閥的作用是用來(lái)防止液壓設(shè)備斷路時(shí)手臂桿件自然下垂。 2.1.3 機(jī)械手腕轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)） 圖2-3機(jī)械手手腕擺動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)）液壓原理圖 1.定位器 2.液壓缸 液壓操縱盤控制手腕轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)），取決于電磁鐵Y7或Y8及Y6，由取決于手腕（頭部）擺動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)指令控制。此時(shí)定位器的活塞克服彈簧力向上運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)杠桿推動(dòng)隨動(dòng)滑閥，開啟油道通路，油通過(guò)分配器P2到液壓馬達(dá)M2的腔內(nèi)。此后，當(dāng)液壓馬達(dá)達(dá)到所需的轉(zhuǎn)速時(shí)，信號(hào)進(jìn)入電磁鐵斷路，從而使手腕固定和分配器P2斷路。液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)。 在指令傳遞到液壓滑閥上的分配器P3和P4時(shí)，液壓馬達(dá)M3使手腕轉(zhuǎn)動(dòng)。在電磁鐵P4接通時(shí)，油在壓力下進(jìn)入控制液壓缸左腔。此時(shí)電磁鐵Y5斷開，則活塞移動(dòng)到極右位置，通過(guò)杠桿17推動(dòng)隨動(dòng)閥，并且開啟油通道，使油進(jìn)入液壓馬達(dá)M3腔內(nèi)。杠桿17的另一端安裝在手腕傳動(dòng)部分的靠模保持接觸。這樣當(dāng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)（例如在極右位置）杠桿17使隨動(dòng)閥回到中間位置，且液壓馬達(dá)M3停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電磁鐵Y5接通，Y4斷開，油在壓力下進(jìn)入控制液壓缸右腔，而其左腔與排油孔相連；活塞移動(dòng)到左邊位置，且液壓馬達(dá)M3將手腕轉(zhuǎn)動(dòng)到靠模的相應(yīng)突緣上。在電磁鐵Y2和Y5接通時(shí)，液壓缸2兩腔均與壓力管路相連，而由于活塞面積，使他停在套筒擋塊所確定的中間位置上。液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)手腕到靠模中間凸緣上。 2.1.4夾持器驅(qū)動(dòng)裝置 圖2-4夾持裝置液壓原理圖 1.手動(dòng)換向閥 2.單向閥 液壓缸的驅(qū)動(dòng)裝置不但用于帶雙夾持器，又用于單夾持器。按夾持器型式，液壓操縱盤的閥式分配器用手動(dòng)擺放在左面或右面的位置。用單夾持器工作時(shí)用液壓分配器P5進(jìn)行控制。在接通電磁鐵Y2時(shí)，夾持器張開；而在斷開Y2時(shí)，夾持器產(chǎn)生壓緊動(dòng)作。裝在液壓操縱盤上的單向閥防止在系統(tǒng)中壓力下降時(shí)，夾持器迅速松開。在雙夾持工作時(shí)，通過(guò)接通電磁鐵Y2或Y3來(lái)傳遞給每一只手臂的松開指令。當(dāng)兩個(gè)磁鐵接通時(shí)（或斷開），夾持器同時(shí)被彈簧壓緊。 2．2 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的功能綜合 總之，本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手的總的功能如以下圖所示： 圖2-5機(jī)械手總功能示意圖 小車，滑板和機(jī)器人手臂位移電液步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)裝置以及手腕轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾持器夾緊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置都需要液壓系統(tǒng)來(lái)調(diào)控。 2．3機(jī)械手電磁鐵動(dòng)作循環(huán)表 表2-1機(jī)械手工作狀態(tài)以及動(dòng)作 控制目標(biāo) 工作狀態(tài) 電 磁 鐵 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 液壓站 啟動(dòng) - 工作 + 夾持器傳動(dòng)裝置 夾緊 + - + 松開 + + - 中間位置 + + + - 手腕（頭部）回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置 向右 + + - 向左 + - + 中間位置 + + + 停止 + - - 手腕（頭部）擺動(dòng)傳動(dòng)裝置 向右 + + + - 向左 + + - + 停止 + - - - 2.4 機(jī)械手液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓馬達(dá)。前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，后者實(shí)現(xiàn)回旋運(yùn)動(dòng)，對(duì)于單純并且簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以分別采用液壓缸或液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)。 根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)及現(xiàn)有條件,在查閱有關(guān)資料和實(shí)物調(diào)研的基礎(chǔ)上,構(gòu)建本機(jī)械手的總本設(shè)計(jì)方案如下: 1.設(shè)計(jì)成一個(gè)數(shù)控機(jī)床搬運(yùn)機(jī)械手,用于將工件從工位I搬運(yùn)到工位Ⅱ。 2.本機(jī)械手包含手指夾緊工件,手臂轉(zhuǎn)位,手指松開卸料,手臂復(fù)位四個(gè)基本動(dòng)作,采用手動(dòng)上下料等功能。 3.具備自動(dòng)與手動(dòng)操作兩種工作方式并能快速靈活地切換且互鎖.手動(dòng)方式下操作者可以隨意地完成這四個(gè)基 本動(dòng)作的任意組合;自動(dòng)方式下機(jī)械手的一個(gè)工作循環(huán)包括夾緊,轉(zhuǎn)位,卸料,復(fù)位,能夠穩(wěn)定可靠地重復(fù)循環(huán)工作。 3機(jī)械手液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 3．1負(fù)載分析 3．1．1載荷的組成和計(jì)算 如圖1表示一個(gè)以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖。各參數(shù)標(biāo)注圖上，其中Fw是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m是活塞與缸壁以及活塞桿遇導(dǎo)向套之間的密封阻力。作用在活塞桿上的外部載荷Fg，導(dǎo)軌的摩擦力Ff和由速度變化而產(chǎn)生的慣性力Fa。 圖3-1液壓缸受力簡(jiǎn)圖 （1）工作載荷Fd 常見的工作載荷有作用于活塞桿上的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力與活塞的運(yùn)動(dòng)方向相同為負(fù)相反為正。 （2）導(dǎo)軌摩擦載荷 摩擦阻力是指液壓缸驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)工作時(shí)所克服的機(jī)械摩擦阻力，對(duì)于機(jī)床來(lái)說(shuō)，即導(dǎo)軌摩擦阻力，其值與導(dǎo)軌的形式，放置情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 在機(jī)床上經(jīng)常使用的平導(dǎo)軌和V型導(dǎo)軌水平放置。 對(duì)于平道軌 ＝f× （3-1） 對(duì)于V型導(dǎo)軌 ＝f×/sin（Φ/2） （3-2） 式中Fn——作用在導(dǎo)軌上的法向力 Φ——V型導(dǎo)軌夾角 f——導(dǎo)軌摩擦因數(shù) 圖3-2 平導(dǎo)軌 圖3-3 V型導(dǎo)軌 本課題采用平軌，故： ＝f× f取滑動(dòng)導(dǎo)軌（材料鑄鐵對(duì)鑄鐵）低速（v<10m/min）時(shí)的摩擦因數(shù)。 F＝0.1 ＝40×9.8＝392N 故：＝39.2 （3）慣性力 慣性力指運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中的慣性力，其計(jì)算公式如下： （3-3） 式中m——運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量 a——運(yùn)動(dòng)部件的加速度 ΔV——啟動(dòng)或制動(dòng)前后的速度差 Δt——啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間 一般機(jī)床運(yùn)動(dòng)取0.25~0.5s 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)取0.1~0.5s 故取Δt＝0.5s ＝40×0.8/0.5＝64N （4）重力 垂直或傾斜放置運(yùn)動(dòng)部件無(wú)平衡，其自重也是一種負(fù)載， ＝40×9.8＝392N （5）密封阻力 密封阻力指裝有密封件在相對(duì)移動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦力。它與密封類型、液壓缸的加工精度和油液的工作壓力有關(guān)。密封阻力難以計(jì)算，一般估算為 ＝（1-）×F （3-4） 式中 ——液壓缸的機(jī)械效率 一般取0.90~0.95 F——作用在活塞桿上的載荷 故 = / ——液壓缸的外載荷 （6）背壓力 它是指液壓回油路上的阻力。 （7）液壓港各個(gè)主要工作階段的總機(jī)械負(fù)載荷可按下列各式計(jì)算 啟動(dòng)加速時(shí)＝（＋＋）/ 穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)＝（＋ ）/ 減速制動(dòng)時(shí)＝（＋－）/ 將數(shù)值代入以上公式得： 啟動(dòng)加速時(shí)＝（392＋39.2＋64）/0.9＝550.2N 穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)＝（392＋39.2）/0.9＝479.1N 減速制動(dòng)時(shí)＝（392＋39.2－64）/0.9＝408N 3.2液壓馬達(dá)的負(fù)載 3.2.1工作載荷力矩Tg 常見的載荷力矩有被驅(qū)動(dòng)輪的阻力距、液壓卷筒的阻力距等。 3.2.2軸頸摩擦力矩 ＝υGR N ．M （3-5） 式中 G——旋轉(zhuǎn)部件所受的重力 υ——摩擦系數(shù) R——旋轉(zhuǎn)軸的半徑 3.2.3慣性力矩Ta ＝J×ε＝J×Δω／Δt　　 N ．M （3-6） 式中ε——角加速度 rad/ Δω——角速度變化量 rad/s Δt　——啟動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間 s J＝GD/4g——回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 GD——回轉(zhuǎn)部件的分輪效應(yīng) 3．3 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定 3.3.1初選液壓缸的工作壓力 參考同類型組合機(jī)床，初定液壓缸的工作壓力為P1＝40×10Pa 3.3.2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 設(shè)動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)，快退速度相等，先采用缸體固定的單桿式液壓缸，快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，并取無(wú)干腔有效面積為A1等與有桿腔有效面積的2倍，即A1＝A2。為了防止在鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，初選背壓Pb＝8×10Pa。 查表可知：最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F＝22105N按此計(jì)算A1，則： A1＝＝ ＝6.14× ＝61.4cm 液壓缸直徑D＝＝＝8.84cm 由A1＝2A2可知活塞桿的直徑 d＝0.707D＝0.707×8.84＝6.25cm 按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出 A1＝＝＝6.25cm A2＝ 按最底工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量 q＝0.05L/min 因工進(jìn)速度V＝0.05m/min為最小速度。由公式得： A1＝ A1＝63.6cm>10cm滿足最底速度的要求。 3.4計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力，流量，功率 根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過(guò)程各階段的壓力，在計(jì)算時(shí)工進(jìn)時(shí)的背壓力按Pb＝8×10Pa代入，快退時(shí)按 Pb＝5×10Pa 代入公式和計(jì)算結(jié)果如下表： 表3-1各工作階段的工作壓力，流量，功率 工作循環(huán) 計(jì)算公式 負(fù)載 進(jìn)油壓力 回油壓力 所需流量 輸入功率 F(N) P(Pa) Pn (Pa) L/min P(KW) 差動(dòng)快進(jìn) Pj＝ q＝v(A1－A2) P＝P 550.2 8.5×10 13.5×10 12.5 0.174 工進(jìn) 479.1 38.5×10 8×10 0.32 0.021 快退 408 13.1×10 5×10 12.9 0.218 注：1.差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失ΔP＝5×10Pa，而 Pn＝P＋ΔP 2．快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油。壓力為P，無(wú)桿腔回油，壓力為Pn。 3.5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 3.5.1 選擇液壓基本回路 1．確定調(diào)速方式及供油形式 在液壓缸的初步計(jì)算前，已經(jīng)確定了采用調(diào)速閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速，因此相應(yīng)采用開式循環(huán)系統(tǒng)，這種調(diào)速回路具有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特性。 2．快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路 根據(jù)本設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接和雙泵供油，兩種快速回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，即快進(jìn)時(shí)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。 采用二位三通電磁閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)，與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺(tái)行程開關(guān)控制，管路較簡(jiǎn)單，行程大小餓容易調(diào)整，另外采用液壓控制順序閥與單項(xiàng)閥來(lái)切斷差動(dòng)油路，因此速度換接回路為形成和壓力聯(lián)合控制形式。 3．換向回路選擇 本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒(méi)嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。為提高換向的位置精度，采用壓力繼電器的行程終點(diǎn)反程控制。 3.5.2 組成液壓系統(tǒng) 將選定的液壓回路進(jìn)行組合，并做出休整，即組成液壓系統(tǒng)圖。 3.6選擇液壓元件 3.6.1選擇液壓泵 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，再無(wú)其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是采用變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需油量較小的情況，可增設(shè)蓄能器作輔助油源。 工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大。若取壓力損失＝5×10 Pa壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為5×10 Pa液壓泵最高工作液壓可按： 因此泵的額定壓力可取 Pa 工進(jìn)所需的流量最小是0.32L/min，設(shè)備流量最小流量為2.5L/min，則小流量泵的流量按公式即 ＝2.85L/min 快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是12.9L/min，則泵的總流量為： 即大流量泵的流量： 根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本選用YB-4/12型的雙聯(lián)葉片泵，該泵的額定壓力為6.3MP，額定轉(zhuǎn)速為960r/min。 3.6.2電動(dòng)機(jī)的選擇 系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的流量為： 大泵的流量為： 差動(dòng)快進(jìn)快退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油，工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載，下面計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率P。 1.差動(dòng)快進(jìn) 差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵2m出口油經(jīng)單向閥與小泵匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通閥3，二位三通閥4進(jìn)入液壓缸大腔，大腔的壓力查樣本可知，小泵的出口壓力損失，于是計(jì)算可得小泵的出口壓力（總效率），大泵出口壓力（總效率）。電動(dòng)機(jī)效率為： 2．工進(jìn) 考慮到調(diào)速閥所需最小壓力壓力繼電器可靠動(dòng)作所需壓力差因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力而大泵的卸載壓力?。ㄐ”玫目傂剩╇妱?dòng)機(jī)功率： 綜合比較 快退時(shí)所需功率最大，因此選用Y90l-6異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率1.1KW，額定轉(zhuǎn)速 910r/min. 3.6.3 選擇液壓閥 根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中最高的工作壓力與通過(guò)的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格，本設(shè)計(jì)中所有閥是壓力為63×10額定流量根據(jù)通過(guò)的流量是確定為10L/min，30L/min和63L/min三種規(guī)格。 表3-2液壓閥的流量、型號(hào)和規(guī)格 序號(hào) 元件名稱 通過(guò)流量（L/min） 額定流量（L/min） 額定壓力（MPa） 額定壓降（MPa） 型號(hào)、規(guī)格 1 過(guò)濾器 34.8 63 1.6 0.07 XU-A63×50 2 單向閥 34.8 30 6.3 <0.2 I-30B 3 溢流閥 3 30 6.3 Y-30B 4 節(jié)流閥 22.2 30 6.3 <0.3 L-30B 5 節(jié)流閥 3.78/2.4/1 10 6.3 <0.3 L-10B 6 三位四通電磁閥 22.2 30 6.3 <0.4 34D-30B 7 二位四通電磁閥 2.4 10 6.3 <0.4 24D-10B 8 二位二通電磁閥 3.78 10 6.3 <0.4 22D-10B 9 減壓閥 22.2 30 6.3 J-30B 10 三位四通電磁閥 3.78/0.96 10 6.3 <0.4 34D-10B 11 減壓閥 2.4 10 6.3 J-10B 3.7 液壓缸基本參數(shù)的確定 3.7.1 工作負(fù)載 液壓缸的工作負(fù)載是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)載情況下，以一定的加速度啟動(dòng)時(shí)對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力。 F=K （3-7） ——工作機(jī)構(gòu)的要求的負(fù)載力； K——考慮缸本身的各種負(fù)載力的系數(shù)； K=1.2 F——缸的輸出力。 由原始參數(shù)F=1.83N, 則F=1.21.8310=2.210N 3.7.2 定活塞桿直徑 按簡(jiǎn)單拉伸或壓縮的受力條件來(lái)確定活塞桿的直徑。 （3-8） ——材料的許用應(yīng)力。 計(jì)算出的d 值如果太小，允許根據(jù)結(jié)構(gòu)要求加大。若遇到明顯過(guò)細(xì)過(guò)長(zhǎng)的活塞桿，活塞桿又受壓，則須按壓桿穩(wěn)定的條件來(lái)確定活塞桿直徑。 計(jì)算出的活桿直徑查GB2348-80圓整。 ==108.2 mm 圓整后,取桿徑d=110mm. 3.7.3 根據(jù)速比定出缸筒直徑D 速比根據(jù)工作機(jī)構(gòu)的要求提出作為已知參數(shù)。若工作機(jī)構(gòu)對(duì)無(wú)明顯要求可按表3-1選取。 表3-3速比的推薦值 1.06 1.12 1.25 1.4 1.6 2 2.5 5 缸內(nèi)徑公式： 取=2， =155.56（mm） 計(jì)算出的D值按表3-3 圓整 表3-4 缸內(nèi)徑D系列（GB2348-80）(mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 圓整后取港的內(nèi)徑D=160mm。 3.7.4 選擇設(shè)計(jì)壓力p 液壓件的額定壓力是在指定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下液壓件能長(zhǎng)期正常工作的壓力。又叫公稱壓力。 液壓件的工作壓力是指在真實(shí)系統(tǒng)中承受的壓力。若負(fù)載變化工作壓力的大小也會(huì)發(fā)生變化。系統(tǒng)的額定壓力可參照和現(xiàn)正設(shè)計(jì)的主機(jī)相同或類似的機(jī)器的系統(tǒng)壓力來(lái)選定缸的設(shè)計(jì)壓力。參見表3-5。 表3-5 各類主機(jī)常用系統(tǒng)壓力 主 機(jī) 類 型 系統(tǒng)壓力（MPa） 精加工機(jī)床 半精加工機(jī)床 精加工或重型機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械，小型工程機(jī)械、工程機(jī)械的輔助機(jī)構(gòu) 液壓機(jī)、重型機(jī)械、超重機(jī)、大中型工程機(jī)械 0.8-2 3-5 5-10 10-16 20-32 表3-6 液壓缸公稱壓力系列（GB2346-80）(MPa) 0.63 1 1.6 2.5 4 6.3 10 16 25 40 本設(shè)計(jì)中選設(shè)計(jì)壓力為p=10MPa. 3.7.5 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向 長(zhǎng)度 H（圖3-4）。 圖3-4 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H示意圖 如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始饒度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 對(duì)于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足下式要求： （m） （3-9） 式中 L——液壓缸最大工作行程(m)； D——缸筒內(nèi)徑（m）. 本設(shè)計(jì)中，L=1750mm=1.75m; D=160mm=0.16m. =0.1675m 符合要求。 3.8 液壓缸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定校驗(yàn) 3.8.1 缸筒外徑計(jì)算 缸內(nèi)徑確定之后，由強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算缸筒壁厚，然后計(jì)算出缸筒的外徑，按JB2183-77或其它相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)外徑。 1.缸筒壁厚的計(jì)算 (1)薄壁缸筒 缸筒壁厚與內(nèi)徑D之比小于1/10者，稱為薄壁缸筒，壁厚按薄壁筒公式計(jì)算，則 (m) （3-10） 式中 p——液壓缸的最大工作壓力（Pa）; D——缸筒內(nèi)徑（m）; ——缸筒材料的許用應(yīng)力（Pa）; = ——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度極限（Pa）; n——安全系數(shù)，一般取n=5. 本設(shè)計(jì)中：===47 MPa 圓整后，取 2.缸筒外徑的確定: 3.8.2 缸底厚度 缸底為平底時(shí)，可由材料力學(xué)中圓盤計(jì)算公式導(dǎo)出。 缸底厚度: 取 3.8.3 液壓缸的穩(wěn)定性和活塞桿強(qiáng)度的驗(yàn)算 前面對(duì)活塞桿直徑僅按速比作了初步確定，活塞直徑還必須同時(shí)滿足液壓缸的穩(wěn)定性及其本身的強(qiáng)度要求。 1.液壓缸穩(wěn)定性驗(yàn)算 根據(jù)材料力學(xué)概念，液壓缸的穩(wěn)定條件為 （N） （3-11） 式中 P——活塞桿的最大推力（N）; ——液壓缸穩(wěn)定臨界力（N）; ——穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取=2-4。 液壓缸的穩(wěn)定臨界力值與活塞桿和缸體的材料、長(zhǎng)度、剛度以及兩端承狀況有關(guān)。一般l/d大于10以后就要進(jìn)行穩(wěn)定校驗(yàn)。 圖3-5 液壓缸的安裝形式和活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度 用歐拉公式計(jì)算 ==110/4=27.5 mm ==101.8 當(dāng)時(shí)，由歐拉公式 （N） （3-12） 式中 ——活塞桿計(jì)算柔度（柔性系數(shù)）； ——長(zhǎng)度折算系數(shù)，取決于液壓缸的支承在狀況，如圖4-5所示； l——活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度（即液壓缸安裝長(zhǎng)度，m）； E——活塞桿材料的縱向彈性模數(shù)，E=20.59； i——活塞桿橫斷面回轉(zhuǎn)半徑， （m），其中A為斷面面積（）,I為斷面最小慣性矩（）。對(duì)圓斷面，； ——柔性系數(shù)（按表3-7選取）， 表3-7 柔性系數(shù)表 材料 a b 鋼(A3) 鋼(A5) 硅鋼 鑄鐵 3100 4600 5890 7700 11.40 36.17 38.17 120 105 100 100 80 61 60 60 -- 本設(shè)計(jì)中，1，l=1.750m, E=20.59, I=iA = = =7.18 = =N 故=N,完全符合穩(wěn)定性要求。 3.8.4 活塞組件 活塞組件活塞和活塞桿。這部分的結(jié)構(gòu)活塞和活塞桿的聯(lián)結(jié)，活塞桿頭部的結(jié)構(gòu)兩方面的問(wèn)題。根據(jù)工作壓力、安裝形式及工作條件的不同，活塞組件也有多種結(jié)構(gòu)形式。 1.活塞與活塞桿的聯(lián)結(jié) 活塞和活塞桿的聯(lián)結(jié)可采用螺紋連接和非螺紋連接兩種形式。非螺紋連接常用于大工作壓力的場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)中采用的是螺紋連接。 2.活塞桿頭部結(jié)構(gòu) 活塞桿頭部直接和工作機(jī)械聯(lián)系，根據(jù)與負(fù)載連接的要求不同，活塞桿頭部主要有如下幾種結(jié)構(gòu)：（1）單耳環(huán)不帶襯套式；（2）單耳環(huán)帶襯套式；（3）單耳環(huán)式；（4）雙耳環(huán)式；（5）球頭式；（6）外螺紋式；（7）內(nèi)螺紋式。本設(shè)計(jì)中考慮到液壓缸和機(jī)械裝置的連接形式，采用單耳環(huán)帶襯套式的頭部結(jié)構(gòu)。 3.8.5 密封裝置 液壓缸在工作時(shí)，缸內(nèi)壓力較缸外的壓力高的很多；缸內(nèi)的進(jìn)油腔壓力較回油腔壓力也高的很多，這樣，油液就可能通過(guò)固定件的聯(lián)結(jié)處和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的配合間隙處泄漏，這種泄漏既有內(nèi)泄也有外泄，外泄不但使油液損失影響環(huán)境，而且有著火的危險(xiǎn)。內(nèi)泄則能使油液發(fā)熱，液壓缸的容積效率降低，從而使液壓缸的工作性能變壞。因此應(yīng)最大限度的減少泄漏。 活塞和缸筒內(nèi)壁之間的滑動(dòng)和密封，目前主要有這樣幾種方案：第一種方案是靠活塞直接與缸壁接觸滑動(dòng)，密封由O型圈來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方案構(gòu)造簡(jiǎn)單摩擦阻力小，但密封壽命低，而且工藝要求高；第二種方案是采用V型密封圈，這種密封圈的特點(diǎn)是可以支承一定的徑向力，但活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的磨擦阻力大；第三種方案是目前工程機(jī)械上用的最普遍的一種，活塞上套一個(gè)用耐磨材料（尼龍或聚四氟乙烯）制成的支承環(huán)，用以代替活塞與缸壁的磨擦，可降低摩擦系數(shù)和提高液壓缸的壽命，它不起密封作用，密封靠一對(duì)小Y型密封圈，本設(shè)計(jì)即采用第三種方案。 3.8.6 緩沖裝置 液壓缸一般都設(shè)有緩沖裝置，特別是活塞運(yùn)動(dòng)速度較高和運(yùn)動(dòng)部件較大時(shí)，為了防止活塞在行程終點(diǎn)與缸蓋或缸底發(fā)生機(jī)械碰撞，引起噪聲、沖擊，甚至造成液壓缸或被驅(qū)動(dòng)件的損壞，則必須設(shè)置緩沖裝置。 a)固定節(jié)流孔緩沖器 b)節(jié)流槽緩沖機(jī)構(gòu) c)溢流閥緩沖機(jī)構(gòu) 圖3-6 節(jié)流緩沖裝置 本設(shè)計(jì)中采用的緩沖裝置為溢流閥的緩沖裝置，如果不考慮溢流閥的壓力超調(diào)值，則該緩沖裝置為恒壓等減速緩沖裝置。優(yōu)點(diǎn)是隨運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量和初速度V。的不同，緩沖壓力可以調(diào)節(jié)。 3.8.7 油管的選擇 根據(jù)選定的液壓閥連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸進(jìn)出油管按輸出，排出的流量來(lái)計(jì)算。由于系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)32L/min，則液壓缸進(jìn)出油口直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號(hào)冷拔鋼管。 3.8.8 油箱容積的確定 取油箱的有效容積為泵每分鐘排除液體體積的1.2倍，上述的有效容積是指油箱中油所占據(jù)的容積，其實(shí)際含義是系統(tǒng)正常工作時(shí)油箱中的油所占據(jù)的容積，和系統(tǒng)中的油全部流回油箱所占的容積，這兩部分之總和，油箱的總?cè)莘e是指油箱的有效容積和油箱中空氣所占據(jù)的容積的總和，空氣的體積約為油箱總?cè)莘e的10%。 本設(shè)計(jì)中，液壓泵的流量為230L/min，即每分鐘流量為230升。 圓整后取280升。 擬定油箱的長(zhǎng)、寬、高為。 3.9液壓傳動(dòng)用油的選擇 油液在液壓系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑與傳遞動(dòng)力的雙重功能,必須根據(jù)使用環(huán)境和目的慎重選擇。 3.9.1 工作介質(zhì)的選擇 根據(jù)液壓工作介質(zhì)的使用要求，選取L-HL型液壓油。該液壓油的特征和主要應(yīng)用：本產(chǎn)品為精制礦物油，并改善其防銹和抗氧性的潤(rùn)滑油，常用于低壓液壓系統(tǒng)，也可適用于要求換油期較長(zhǎng)的輕負(fù)荷機(jī)械的油浴式非循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)。 3.9.2 介質(zhì)粘度的選擇 液壓系統(tǒng)所有元件中，以液壓泵的轉(zhuǎn)速最高，壓力大，溫度較高。一般應(yīng)根據(jù)液壓泵的要求來(lái)確定液壓油的粘度。根據(jù)表3-8選擇L-HL46。 表3-8液壓油的粘度 名稱 粘度（/s） 工作壓力 （MPa） 工作溫度 （℃） 推薦用油 允許 最佳 齒輪泵 4～220 25～54 12.5以下 5～40 L-HL32, L-HL46 40～80 L-HL46, L-HL68 10～20 5～40 L-HL46 ,L-HL68 40～80 L-HL46 ,L-HL68 16～32 5～40 L-HL32, L-HL68 40～80 L-HL46, L-HL68 4驗(yàn)算系統(tǒng)液壓性能 4.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 1．工進(jìn)時(shí)壓力損失的驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整 工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為0.32L/ min,因此流速很小，所以沿程損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，回油路只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力P加上進(jìn)油 口的壓力差，并考慮繼電器的動(dòng)作需要?jiǎng)t： 即小流量的溢流閥口按此壓力調(diào)整。 2．快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整 因快退時(shí)液壓缸無(wú)桿腔的回油量是進(jìn)油量的2倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)的大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失，以便確定大流量泵的卸載壓力。 進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度均為l=1.8mm，油管直徑，通過(guò)的油量為進(jìn)油路回油路 液壓系統(tǒng)選用L-HL46號(hào)液壓油，考慮最底工作溫度為15℃。由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 1） 確定油流的流動(dòng)狀態(tài)，按公式 （3-13） 式中 v——平均流速（m/s）; d——油管內(nèi)徑（m） ——油的運(yùn)動(dòng)粘度（cm/s） q——通過(guò)的流量（m） 則進(jìn)油路中油流的雷諾數(shù)為： 回油路中液流的雷諾數(shù)為： 由上可知進(jìn)出油路中的流動(dòng)都是層流。 2）沿程壓力損失由下面公式可以算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失 在進(jìn)油路上，流速， 則壓力損失為： 在回油路上，流速為進(jìn)油路的兩倍即v=3.02m/s，則壓力損失為 3）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)的壓力損失。通過(guò)各閥局部壓力損失可得見表（3-9）： 表3-9各閥的壓力損失 序號(hào) 元件名稱 通過(guò)流量（L/min） 額定流量（L/min） 額定壓降（MPa） 壓降（MPa） 型號(hào)、規(guī)格 1 過(guò)濾器 34.8 63 0.07 0.021 XU-A63×50 2 單向閥 34.8 30 <0.2 0.2 I-30B 3 溢流閥 3 30 Y-30B 4 節(jié)流閥 22.2 30 <0.3 0.16 L-30B 5 節(jié)流閥 3.78/2.4/1 10 <0.3 0.043 0.017 0.003 L-10B 6 三位四通電磁閥 22.2 30 <0.4 0.22 34D-30B 7 二位四通電磁閥 2.4 10 <0.4 0.023 24D-10B 8 二位二通電磁閥 3.78 10 <0.4 0.057 22D-10B 9 減壓閥 22.2 30 J-30B 10 三位四通電磁閥 3.78/1 10 <0.4 0.057 0.004 34D-10B 若取集成塊進(jìn)油路的壓力損失 回油路的壓力損失為 則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為 快退時(shí)液壓缸負(fù)載F＝1053N；則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為 由此可算出快進(jìn)時(shí)泵的工作壓力為 因此大流量泵卸載閥10的調(diào)整壓力應(yīng)大于12.38。 4.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱和溫升驗(yàn)算 在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占用的時(shí)間最長(zhǎng)，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進(jìn)階段造成的，故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。 工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)輸出功率如前面計(jì)算 工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率 系統(tǒng)總的發(fā)熱功率為 已知油箱的容積V＝280L＝280則油箱的近似散熱面積為 A＝0.065 假定通風(fēng)良好，取油箱散熱系數(shù)G＝15則可得油箱溫升為 設(shè)環(huán)境溫度T＝25℃，則熱平衡溫度為 所以油箱散熱基本可以達(dá)到要求。 4.3 濾油器選擇 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的液壓油不可避免的含有各種雜質(zhì)，如水銹、鑄沙、焊渣、鐵屑、涂料、油漆皮和棉紗屑等；還有從外部進(jìn)入的雜質(zhì)，如經(jīng)加油口、防塵圈等處進(jìn)入的灰塵；工作過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，如密封瀝青質(zhì)、碳渣等。上述雜質(zhì)混入液壓油后，隨著液壓油的循環(huán)作用，將到處起破壞作用，嚴(yán)重妨礙液壓系統(tǒng)的正常工作。如：使液壓元件中相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的很小間隙以及節(jié)流小孔和縫隙卡死或堵塞；破壞相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的油膜，劃傷間隙表面，增大內(nèi)部泄露，降低效率，增加發(fā)熱；加劇油液的化學(xué)作用，使油液變質(zhì)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，液壓系統(tǒng)的故障中有75%以上是由于液壓油中混入雜質(zhì)造成的。因此，維護(hù)油液的清潔，防止油液的污染，對(duì)液壓系統(tǒng)十分重要。 4.3.1 濾油器的要求 一般濾油器主要由濾芯和殼體組成，由濾芯上的無(wú)數(shù)細(xì)小間隙或小孔構(gòu)成油液的通流面積。因此，當(dāng)混入油液中的雜質(zhì)的尺寸大于這些微小間隙或小孔時(shí)，被阻隔從油液中濾清出來(lái)。由于不同的液壓系統(tǒng)有著不同的要求，而要完全濾清混入油液中的雜質(zhì)是不可能的，有時(shí)也是不必苛求的。因此，對(duì)濾油器的要求，應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)定，其基本要求包括： 1.能滿足液壓系統(tǒng)對(duì)過(guò)濾精度的要求 濾油器的過(guò)濾精度，是指油液通過(guò)濾油器是時(shí)，濾芯能夠?yàn)V除的最小的雜質(zhì)的顆粒度的大小，以直徑d的公稱尺寸表示。顆粒度越小，濾油器的過(guò)濾精度越高。一般將濾油器分成四類：粗的（d>0.1mm）、普通的（d>0.01mm）、精的（d>0.005mm）、特精的（d>0.001mm）。不同的液壓系統(tǒng)，對(duì)濾清器的過(guò)濾精度要求如下表： 表4-1 濾清器的過(guò)濾精度要求 系統(tǒng)類別 潤(rùn)滑系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng) 隨動(dòng)系統(tǒng) 特殊要求系統(tǒng) 壓力(Pa) 0--25 ≤70 >70 ≥350 ≤210 ≤350 顆粒度（mm） ≤0.1 ≤0.025-0.05 ≤0.025 ≤0.005 ≤0.005 ≤0.001 2. 能滿足液壓系統(tǒng)對(duì)過(guò)濾能力的要求 濾油器的過(guò)濾能力，是指在一定壓差下，允許通過(guò)濾油器的最大流量。一般用濾油器的有效過(guò)濾面積（濾芯上能通過(guò)的油液的總面積）來(lái)表示。對(duì)濾油器過(guò)濾能力的要求，應(yīng)結(jié)合濾油器在系統(tǒng)中的安裝位置來(lái)考慮。如安裝在液壓泵吸油管路上的濾油器，其過(guò)濾能力應(yīng)為液壓泵流量的兩倍以上。 3. 濾油器的材料應(yīng)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，保證在一定的工作壓力下不會(huì)因液壓力的作用而受到破壞 4. 在一定的工作溫度下，應(yīng)能保證性能穩(wěn)定，有足夠的耐久性 5. 有良好的抗腐蝕能力 6. 結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，尺寸緊湊 7. 便于清洗維護(hù)，便于更換濾芯 8. 造價(jià)低廉 4.3.2 濾油器的種類 濾油器按過(guò)濾精度分粗、普通、精、特精四類。 濾油器還可按濾芯的結(jié)構(gòu)分類 1. 網(wǎng)式濾油器，油液流經(jīng)此濾油器時(shí)，由濾網(wǎng)上的小孔起濾清作用。 2. 線隙式濾油器，濾芯由金屬絲繞制而成，依靠金屬絲間的微小間隙來(lái)過(guò)濾混入油 液中的雜質(zhì)。 3. 紙質(zhì)濾油器，濾芯為多層酚醛樹脂處理過(guò)的微孔濾紙，由微孔濾掉混入油液中的雜質(zhì)。 4. 磁性濾油器，依靠永久磁鐵，利用磁化原理來(lái)濾除混入油液中的鐵屑。 5. 燒結(jié)式濾油器，濾芯為顆粒狀青銅粉末等金屬粉末壓制燒結(jié)而成，利用顆粒之間 的微孔濾去混入油液中的雜質(zhì)。 6. 不銹鋼纖維濾油器，濾芯為不銹鋼纖維壓制制成，由纖維絲之間的間隙濾掉混入 油液中的雜質(zhì)，這種濾油器的過(guò)濾精度高，可承受200bar的壓差，可以清洗，但因?yàn)闉V芯價(jià)格昂貴，一般液壓系統(tǒng)并不采用，只推薦在高壓伺服系統(tǒng)中應(yīng)用。 7. 合成樹脂濾油器，濾芯由一種無(wú)機(jī)纖維經(jīng)液態(tài)樹脂浸滯處理制成。由于微孔很小、 牢度很大，因此過(guò)濾精度高，且能承受210bar的壓差。 4.3.3 線隙式濾油器 如圖 4-1 所示，線隙式濾油器的濾芯由銅絲（d=0.4mm）繞成，依靠銅絲間的微小間隙來(lái)濾除混入油液中的雜質(zhì)。線隙式濾油器分為壓油管路用線隙式濾油器和吸油管路用線隙式濾油器兩種。 圖 4-1 線隙式濾油器 圖示為壓油管路用線隙式濾油器，有外殼1；當(dāng)用于吸油管路時(shí)不用外殼，濾芯部分2直接進(jìn)入油液中。壓油管路用線隙式濾油器的過(guò)濾精度分0.03 mm和0.08mm 兩類，壓力損失小于0.6bar；吸油管路用濾油器的過(guò)濾精度分0.05mm和0.1mm兩類，壓力損失小于0.2bar。 線隙式濾油器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通油能力大，過(guò)濾精度比網(wǎng)示濾油器高，缺點(diǎn)是不易清洗，一般用于低壓回路或輔助回路。 4.3.4 濾油器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置和維護(hù) 安裝位置 濾油器的連接形式有板式、管式和法蘭式三種，可以安裝在液壓泵的吸油管路上、壓油管路上、回油路上、輔助泵的輸油路上、支流管路上或單獨(dú)過(guò)濾。 本課題中濾油器安裝在液壓泵的吸油管路上，如圖4-2 ，將粗濾油器裝在液壓泵的吸油管路上，主要目的是保護(hù)液壓泵免遭較大顆粒雜質(zhì)的直接傷害。為了不置影響液壓泵的吸油能力，裝在吸油管路上的濾油器的通油能力應(yīng)大于液壓泵流量的兩倍。濾油器應(yīng)經(jīng)常清洗，以免過(guò)多增加液壓泵的吸油能力。 圖4-2 濾油器安裝位置 結(jié) 論 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我主要對(duì)機(jī)械手液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)械手有下列基本組成部分：小車，滑板和機(jī)器人手臂位移電液步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)裝置以及手腕轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾持器夾緊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置。而液壓系