【正文】 久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計 (CAD)、計算機輔助測試 (CAT)、計算機直接控制(CDC)、機電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。 我國的液壓工業(yè)開始于 20世紀 50年代，最初只應(yīng)用于機床和鍛壓設(shè)備上，后來又用于拖 拉機和工程機械?，F(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進行自行設(shè)計，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛的使用。盡管如此，我國的液壓元件與國外先進的同類產(chǎn)品相比，在性能上，在種類上、在規(guī)格上仍存在著較大的差距。我國已瞄準世界發(fā)展主流的液壓元件系列型譜，有計劃地引進、消化、吸收國外最先進的液壓技術(shù)和產(chǎn)品，大力開展產(chǎn)品國產(chǎn)化工作。我國的液壓技術(shù)在21 世紀必將獲得更快的發(fā)展。 切斷設(shè)備發(fā)展狀況 鋼管自動切斷機床是鋼管加工必不可少的設(shè)備之一。切斷技術(shù)是現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的加工方法 之一，應(yīng)用于汽車工業(yè)、農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、家用電器、電子儀表、國防工業(yè)等部門，在國民經(jīng)濟建設(shè)的各個領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。而切斷設(shè)備是完成切斷的先決條件，現(xiàn)在切斷方法有液壓切斷機床、電火花切斷機床、機械切斷機床，其中尤以液壓切斷機床廣受歡迎，具有重量輕、耗能小、效率高、精度高等特點。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 液壓式切斷方式的優(yōu)點 切割機的原理是當鋼管進入機器承料器時，向前出動定尺信號，該信號出發(fā)，液壓裝置進行運動，帶動活塞桿頭部的切刀向下運動，這樣就可以切斷鋼管。雖然液壓切割機的出現(xiàn)晚于機械式的切割裝置，但是其優(yōu)越性十分明 顯，其優(yōu)勢大致如下： 1）液壓的可調(diào)控性使液壓作用可以產(chǎn)生很大的沖擊力，這樣在對鋼管進行剪切是可以適應(yīng)各種鋼管 強度，這樣可以提高剪切的效率。 2）由于傳動系統(tǒng)主要是液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)本身的特性是噪音小，而且由于減少了純粹的機械傳動過程，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，減小了部件的磨損，提高了壽命。 3）由于液壓系統(tǒng)的壓力可控性，使得切割機實現(xiàn)了一機多用的實際操作功能，可以進行多種加工工作，如彎折、穿孔等。 4）提高了工作的可靠性。設(shè)備中減少了各種離合裝置，使得機器不會因為離合問題而產(chǎn)生連切。同時使得設(shè)備很容易實現(xiàn)自動化， 引入控制系統(tǒng)實現(xiàn)定尺剪切，并可以保證質(zhì)量。 5）隨著技術(shù)的進步，超高壓小電流的液壓技術(shù)應(yīng)用到切割機上，使得設(shè)備的體積和重量大大減輕，設(shè)備更容易攜帶。 液壓傳動的工作原理和組成 液壓傳動的基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作的介質(zhì)來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動力的。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機械傳動的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相似。 在液壓傳動中，液壓缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析它的工作過程，可以清楚地了解液壓傳動系統(tǒng)的基本原理。 液 壓系統(tǒng)的組成：液壓系統(tǒng)主要由動力元件（油泵），執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)五部分組成。 1）動力元件。其作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。 2）執(zhí)行元件。其 作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載作直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動。 3）控制元件。控制元件 (即各種液壓閥 )在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 向控制 閥。壓力控制閥又分為益流閥 (安全閥 )、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。 4）輔助元件。包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位油溫計等。 5）工作介質(zhì)。是指各類液壓傳動中的液壓油和乳化液，它經(jīng)過油泵和液壓機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 本文主要的設(shè)計任務(wù) 本文主要的設(shè)計任務(wù)是設(shè)計鋼管自動切斷機床 液壓系統(tǒng)，包括機床的液壓系統(tǒng)的設(shè)計方案論證，并對液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算，確定標準零部件的型號、規(guī)格及數(shù)量，完成設(shè)計圖紙的繪制和編寫技術(shù)資料，通過對系統(tǒng)的設(shè)計和論證，最終達到設(shè)計任務(wù)書中對液壓工作臺循環(huán)動作的要求，即實現(xiàn)機床對鋼管的自動切斷。 鋼管自動切斷機床的主要動作循環(huán)為：定位 → 夾緊 → 快進 → 1 工進 → 2 工進 →停留 → 快退 → 松夾 → 停止。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 系統(tǒng)方案論證 設(shè)計參數(shù) 設(shè)計鋼管自動切斷機床帶有工作液壓定位和夾緊裝置。要求實現(xiàn)的動作循環(huán)為：定位 → 夾緊 → 快進 → 1工進 → 2 工 進 → 停留 → 快退 → 松夾 → 停止。主要參數(shù)為：切斷鋼管最大直徑 ф 100mm，最大切削負載 4000N，運動部件總質(zhì)量 100N，快進行程 100mm，最快行程速度 50mm/s，工進行程 100mm，工進速度 ，夾緊力 100N，工作臺采用水臺導(dǎo)軌。 液壓泵站的方案論證 液壓泵 液壓泵站一般由液壓泵、集成塊和閥組合、郵箱以及一些液壓輔助元件（過濾器、溫控元件、熱交換器、儲能器、壓力表及管件等）組成。其工作原理：電機帶動油泵旋轉(zhuǎn)，油泵從郵箱中吸油，將機械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能，液壓油通過集成塊（或 閥組合）被液壓閥實現(xiàn)了方向、壓力、流量調(diào)節(jié)后，經(jīng)外接管路傳輸?shù)揭簤簷C械的油缸或馬達中，實現(xiàn)液壓機械的方向的變換，速度的快慢，推動各種液壓機械的做功。 在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓泵是將動力機械傳輸?shù)臋C械能轉(zhuǎn)換成流動液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置，屬動力元件，其功用是給液壓系統(tǒng)提供足夠的壓力油以驅(qū)動系統(tǒng)工作。它的工作原理都是依靠液壓泵密封工作腔容積大小交替變換來實現(xiàn)的。 液壓泵的主要技術(shù)參數(shù)包括：壓了、排量、流量、轉(zhuǎn)速、功率、效率等。 液壓泵的種類很多。按泵的排量是否可調(diào)可分為定量泵和變量泵兩種，按排油方式可分為單向泵和 雙向泵，按內(nèi)含泵數(shù)量可分為單泵式和雙聯(lián)泵及多聯(lián)泵，按劑子的結(jié)構(gòu)可分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵，其中齒輪泵又可分為外齒合式和內(nèi)齒合式，葉片泵可分為單作用式和雙作用式，柱塞泵可分為軸向式和徑向式。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 單作用葉片泵的工作原理是葉片靠離心力和根部油的壓力作用伸出緊貼在定子內(nèi)表面上。兩兩葉片之間的轉(zhuǎn)子的外圓柱面，定子內(nèi)圓柱面及前、后配流盤構(gòu)成了與葉片數(shù)相等的密封空間。由于轉(zhuǎn)子和東子不同心，有偏心距 e，隨著轉(zhuǎn)子帶動葉片旋轉(zhuǎn)，每個密封腔內(nèi)的容積都在發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)，左半部分每個密封腔內(nèi)的容積都在增大，產(chǎn)生真空，吸進油 液，而右半部分每個密封腔都在逐漸減小，排除油液。 雙作用液壓泵的工作原理與單作用葉片泵的工作原理基本一樣，不同之處只是雙作用葉片泵中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，有兩次吸油和兩次抽油過程。同時，轉(zhuǎn)子和定子的中心軸線重合，轉(zhuǎn)子外表面為圓柱面，定子內(nèi)表面近似橢圓形，由兩段長徑圓弧，兩段短徑圓弧和四段過渡曲線組成。 考慮到該機床在工作進給時負載較大、速度較低，而在快進、快退時負載較小，速度較高。從節(jié)省能量，減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油。現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵，采用這種限壓式葉片泵時，系統(tǒng)的最高壓 力由泵調(diào)節(jié)，其值為泵出于無流量輸出時的壓力值。 液壓輔助元件有 濾油器 、 蓄能器 、 管件 、 密封件 、 油箱 和 熱交換器 等。 液壓輔助元件和液壓元件一樣，都是液壓系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。 它們對系統(tǒng)的性能、效率、溫升、噪聲和壽命的影響不亞于液壓元件本身。 為了保持油液清潔，一方面應(yīng)盡可能防止或減少油液污染，另一方面把已污染的油液凈化，在液壓系統(tǒng)中一般采用過濾器來濾去外部混入或系統(tǒng)工作中內(nèi)部產(chǎn)生在液壓油中的固體雜質(zhì)，保持液壓油的清潔，延長液壓元件使用壽命，保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性，因而在本次畢業(yè)設(shè)計 中需要采用過濾器。 儲能器是儲存和釋放液體壓力能的裝置。它儲存高壓油，在需要的場合和時間使用。在液壓系統(tǒng)中，儲能器和主要用途：（ 1）作為輔助動力源，短期大量供油。（ 2）維持系統(tǒng)壓力。（ 3）吸收沖擊壓力和脈動壓力。由于本系統(tǒng)采用的油泵能夠保證工作循環(huán)中對壓力的要求，所以暫不采用儲能器。 液壓系統(tǒng)在適宜的工作溫度下保持熱平衡，不僅是系統(tǒng)所必須的，而且有利于減小機械設(shè)備的熱變形，提高工作精度。為了使油溫控制在最佳范圍內(nèi)，通常使用冷卻器冷卻，使用加熱器預(yù)熱。因而是否采用熱交換器，要等對系統(tǒng)熱平衡計算完畢后以及系統(tǒng)升 溫情況而定。 油箱在液壓系統(tǒng)中的主要功用是： 1）儲存供油系統(tǒng)循環(huán)所需的油液。 2）散發(fā)系統(tǒng)工作時所產(chǎn)生的熱量。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3）釋放出混在油液中的氣體。 4）為系統(tǒng)中的元件的安裝作準備。 液壓系統(tǒng)中油箱有整體式油箱、分離式油箱、分開式油箱、閉式油箱、上置式油箱、下置式油箱、旁置式油箱等之分。 整體式油箱是采用主機的內(nèi)腔作為油箱，結(jié)構(gòu)緊湊、易于回收漏油，但維修不便，散熱條件不好，且會使主機產(chǎn)生熱變形。分離式油箱單獨設(shè)置，與主機分開，減少了油箱發(fā)熱和液壓源的震動對主機工作精度的影響，應(yīng)用較為廣泛。 所謂 開式油箱是油箱液面和大氣相通的油箱應(yīng)用最廣。而閉式油箱則是油箱液面和大氣隔絕。這種油箱的特點在于泵的吸油條件較好，但系統(tǒng)的回油管、泄油管要承受背壓。油箱還須配置安全閥。電接點壓力表等以穩(wěn)定充氣壓力，所以它只在特殊場合下使用。 根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計采用的是分離式的開式上置式油箱。 液壓執(zhí)行元件的方案論證 將液壓介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置叫做液壓執(zhí)行元件。它依靠壓力油液驅(qū)動與其外伸桿或軸相連的工作機構(gòu)運動而做功。按輸出運動形式的不同，液壓執(zhí)行元件有液壓缸、液壓馬達和擺動液壓馬達三類 。 液壓缸是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的執(zhí)行元件，液壓缸一般用于實現(xiàn)直線往復(fù)運動和擺動運動等。由于它的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，因而在很多液壓傳動機構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。由于本系統(tǒng)中的液壓缸是用作推動鋼管自動切斷機床工作臺，實現(xiàn)的是直線往復(fù)運動，所以本次設(shè)計采用液壓缸。 液壓缸的種類繁多。按作用方式可分為單作用和雙作用液壓缸。液壓缸只有一個工作油口，在壓力油的作用下，活塞桿或者柱塞伸出，返回行程靠重力或彈簧力等實現(xiàn)，雙作用液壓缸有兩個工作油口，活塞的往復(fù)運動都是在壓力油的作用下實現(xiàn)的。按結(jié)構(gòu)形式液壓缸又可分為柱塞式 液壓缸、活塞式液壓缸、伸縮套筒式液壓缸、組合式液壓缸等，其中組合式液壓缸有串聯(lián)式、增壓式、多位式、齒條傳動活塞液壓缸，齒條傳動柱塞液壓缸。 活塞式液壓缸有缸體固定和活塞桿固定兩種形式，本系統(tǒng)采用缸體固定的形式。 活塞式液壓缸主要有缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿、密封件等零件組成。 活塞式液壓缸有雙活塞桿式和單活塞桿式，活塞桿有實心的也有空心的。由于機床工作臺液壓系統(tǒng)獅子工作臺的單側(cè)進行推動作用的，所以采用單作用式的活塞桿。 單桿活塞液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用相當廣泛。由于兩個工作腔的活塞有效作用面積不相同，其連接方式具 有三種，分別是無桿腔進油、有桿腔進油和差動連接。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 由于差動連接時，雙向輸出力和速度不同，單桿活塞液壓缸特別適合滿速重載前進和快退輕載退回的工作機構(gòu)，如果要求在快速退回的速度與快進速度相同，可將單桿差動連接，也可采用回路調(diào)壓、調(diào)流的方式實現(xiàn)運動速度的調(diào)整。 由于本系統(tǒng)中的液壓缸需要在換向閥及其它閥類的控制下完成往復(fù)運動，即液壓缸的伸出行程和返回行程都是在壓力油的作用下完成的，所以系統(tǒng)采用的液壓缸是雙作用活塞式，這樣才能保證工作循環(huán)中快進、工進和快退的動作的有效實現(xiàn)。綜合考慮，機床工作臺液壓系統(tǒng)采用的執(zhí)行元件采用 直線往復(fù)雙作用單活塞式液壓缸。 液壓控制部分的方案論證 液壓系統(tǒng)中的控制元件是指各類液壓控制閥，其功用是通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中油液的流向、壓力和流量，使執(zhí)行元件及其驅(qū)動的工作機構(gòu)獲得所需的運動方向、推力及運動速度，滿足不同的動作要求。液壓閥性能的優(yōu)劣、工作是否可靠對整個液壓系統(tǒng)能否正常工作產(chǎn)生直接影響。 液壓閥按用途可分為壓力閥（溢流閥、減壓閥、順序閥、平衡閥）、流量閥（節(jié)流閥、調(diào)速閥、同步閥）、方向閥（單向閥、換向閥）；按閥的管路連接方式分為螺紋連接、板式連接、法蘭連接；按壓力級別分為中低壓系列、高中 壓系列、高壓系列；按操縱方法可以分為手動式、機動式、電動式、液壓式和電液動式。 液壓閥的工作原理是利用閥芯在閥體內(nèi)的相對運動來改變發(fā)出口的通斷面積，從而控制壓力、流量和方向。 本系統(tǒng)設(shè)置溢流閥和減壓閥來維持系統(tǒng)的工作壓力，保護系統(tǒng)的安全運行，以帶有壓力和溫度補償?shù)碾p串聯(lián)的調(diào)速閥和電磁閥的并聯(lián)回路和單向調(diào)速閥進行調(diào)速控制，從而實現(xiàn)進給缸在工作過程中不同階段對進給速度的要求。 方向控制閥 方向控制閥是用來使液壓系統(tǒng)中的油路通斷或改變油液的流動方向，從而控制液壓執(zhí)行元件的啟動或停止，改變其運動 方向的閥類，如單向閥、換向閥等。 單向閥有普通單向閥和液控單向閥兩類。普