【正文】 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 I 頁(yè) 共 41 頁(yè) 摘 要 本次設(shè)計(jì)主要是完成對(duì)液壓上料機(jī)原理的設(shè)計(jì)與液壓缸的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要完成上料機(jī)的液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)以及完成液壓缸的裝配圖和零件圖。 關(guān)鍵詞 ： 液壓原理 ， 液壓缸，工作壓力無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 II 頁(yè) 共 41 頁(yè) 目錄 第一章 緒論 —————————————————————————— 1 畢業(yè)論文背景 ——————————————————————— 3 傳動(dòng)介紹 ————————————————————————— 5 論文研究?jī)?nèi)容 ——————————————————————— 6 第二章 上料機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 負(fù)載分析 ————————————————————————— 7 負(fù)載圖與速度圖 —————————————————————— 8 液壓缸的主要參數(shù)確定 ——————————————————— 9 液壓系統(tǒng)圖擬定 —————————————————————— 11 液壓元件的選用 —————————————————————— 12 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 ———————————————————— 16 第三章 液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸的介紹 ——————————————————————— 18 液壓缸設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié) ————————————————————— 20 液壓缸零件的技術(shù)要求 ——————————————————— 21 第四章 總結(jié)和致謝 參考文獻(xiàn) ———————————————————— 23 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) 第一章 緒 論 論文的背景 液壓與氣壓傳動(dòng)是研究以有壓流體（壓力油或壓縮空氣）為能源介質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)控制的學(xué)科。液壓技術(shù)自 18 世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，已有 300 年的歷史了，但其真 正的發(fā)展只是在第二次世界大戰(zhàn)后 50 余年的時(shí)間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，在機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等行業(yè)中逐步推廣。本世紀(jì) 60 年代以來(lái)，隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了很大的發(fā)展，并滲透到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中去。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（ CAT）、計(jì)算機(jī)直接控制（ CDC）、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性技術(shù)，以及污染 控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。 液壓傳動(dòng)介紹 一、液壓傳動(dòng)的研究對(duì)象 液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)控制的科學(xué)。它是利用各種元件組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成能完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行能量傳遞，轉(zhuǎn)換和控制。因此，要研究液壓傳動(dòng)及其控制技術(shù)，就首先要了解組成系統(tǒng)的各類元件的結(jié)構(gòu)，工作原理，工作性能以及由這些元件所組成的各種控制回路的性能和特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 二、液壓系統(tǒng)的組成 1)能源裝置 — 把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能的裝置，一般最常見(jiàn)的是液壓泵。 2)執(zhí)行裝置 — 把流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，一般指作直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸，作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)等。 3）控制調(diào)節(jié)裝置 — 對(duì)液壓系統(tǒng)中流體的壓力，流量和流動(dòng)方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥，節(jié)流閥，換向閥等。這些元件的不同組合組成了能完無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 4 頁(yè) 共 41 頁(yè) 成不同功能的液壓系統(tǒng)。 4）助裝置 — 指除以上三種外的其他裝置，如油箱、過(guò)濾器，分水濾氣器、油霧器、蓄能器等。它們對(duì)保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定地工作有重大作用。 5） 動(dòng)介質(zhì) — 傳遞能量的流體，即液壓油。 三、液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 拖 動(dòng)能力 從所能達(dá)到的最大功率看，液壓系統(tǒng)遠(yuǎn)不如電力拖動(dòng)系統(tǒng)，但液壓傳動(dòng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是出力大，重量輕，慣性小以及輸出剛度大，可用以下的指示來(lái)表示： a)功率 — 質(zhì)量比大 這意味著同樣功率的控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)體積小，重量輕，這是因?yàn)殡姍C(jī)元件，例如電動(dòng)機(jī)由于受到磁性材料飽和作用的限制，單位質(zhì)量的設(shè)備所能輸出功率比較小，液壓系統(tǒng)可以通過(guò)提高系統(tǒng)的壓力提高輸出功率，這時(shí)僅受到機(jī)械強(qiáng)度和密封技術(shù)的限制。在典型情況下，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率 質(zhì)量比僅為 165W/KG，而液壓泵和液壓馬達(dá)可達(dá) 165W/KG，是機(jī)電元件的 10 倍，在航空航天技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的液壓馬達(dá)可達(dá) 6600W/KG。作直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置將更加懸殊，從單位面積出力來(lái)看液壓缸的出力一般可達(dá)到7003000N/CM2，而直流直線式電動(dòng)機(jī)為 30 N/CM2左右。 b)力 — 質(zhì)量比 液壓缸的力 — 質(zhì)量比一般為 13000N/KG，而直流直線式電1020 倍，這意味著液壓系統(tǒng)能夠產(chǎn)生大的加速度，也就是說(shuō)時(shí)間常數(shù)小，響應(yīng)速度快，具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。 控制方式性能 液壓傳動(dòng)在組成控制系統(tǒng)時(shí)，與機(jī)械裝置相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是操作方便，省力，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間的自由度大，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，且能 在很大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，傳動(dòng)比可達(dá) 100： 1 至 2021： 1。如與電氣控制相配合，可較方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的程序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。此外，流動(dòng)傳動(dòng)還具有傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，反應(yīng)速度快，沖擊小，能高速啟動(dòng)，制動(dòng)和換向；易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)；流體控制元件標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和通用化程度高，有利于縮短機(jī)器的設(shè)計(jì)，制造周期和降低制造成本。 當(dāng)然液壓傳動(dòng)也有一定的缺點(diǎn)，例如傳動(dòng)介質(zhì)易泄漏和可壓縮性會(huì)使傳動(dòng)比不能嚴(yán)格保證；由于能量傳遞過(guò)程中壓力損失和泄漏的存在使傳動(dòng)效率低；流體裝置不能在高溫下工作；流體控制元件制造精度高以及系統(tǒng)工作過(guò)程中 發(fā)生故障不易診斷等。 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) 四、壓傳動(dòng)的應(yīng)用及發(fā)展 在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門應(yīng)用液壓傳動(dòng)技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是不盡相同的。例如，工程機(jī)械，礦山機(jī)械，壓力機(jī)械和航空工業(yè)中采用液壓傳動(dòng)的主要原因是取結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，輸出力大；機(jī)床上采用液壓傳動(dòng)是取其能在工作過(guò)程中方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，易于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 液壓傳動(dòng)在各類機(jī)械中的應(yīng)用如表 11 表 11 行業(yè)名稱 應(yīng)用舉例 工程機(jī)械 挖掘機(jī) 裝載機(jī) 推土機(jī) 礦山機(jī)械 鑿開(kāi)機(jī) 開(kāi)掘機(jī) 提升機(jī) 液壓支架 建筑機(jī)械 打樁機(jī) 液壓千斤頂 平地機(jī) 冶金機(jī)械 軋鋼機(jī) 壓力機(jī) 步進(jìn)加熱爐 鍛壓機(jī)械 壓力機(jī) 模鍛機(jī) 空氣錘 機(jī)械制造 組合機(jī)床 沖床 自動(dòng)線 氣動(dòng)扳手 液壓傳動(dòng)發(fā)展到目前的水平主要是由于液壓傳動(dòng)本身的特點(diǎn)所致，隨著工業(yè)的發(fā)展，液壓技術(shù)必將更加廣泛的應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。 液壓技術(shù)自 18 世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)計(jì)算起，已有 300 年的歷史了，但是真正的發(fā)展只是在第二次世界大戰(zhàn)后 50 余年的時(shí)間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，在機(jī)床，工程機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械，汽車等行業(yè)中逐步推廣。本世紀(jì) 60 年代以來(lái)，隨著原子能，空間技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了很大的發(fā)展，并滲透到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中去。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓，高速，大功率，高效，低噪音，經(jīng)久耐用，高度集成化的方向發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD），計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（ CAT），計(jì)算機(jī)直接控制（ CDC），計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)，機(jī)電一體化技術(shù)，計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。 五、 系統(tǒng)的污染控制 工作介質(zhì)的污染是液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。它嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的可靠性及液壓元件的壽命，因此工作介質(zhì)的正確使用，管理以及污 染控制是提高液壓系統(tǒng)的可靠性及延長(zhǎng)液壓元件使用壽命的重要手段。 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) 進(jìn)入工作介質(zhì)的固體物有四個(gè)主要根源，它們是：已被污染的新油，殘留污染，侵染和內(nèi)部生成污染。了解每一個(gè)根據(jù)，都是液壓系統(tǒng)的污染控制措施和過(guò)濾器設(shè)置的主要考慮因素。 a) 已被污染的新油 — 雖然液壓油和潤(rùn)滑油是在比較清潔的條件下精煉和調(diào)和的，但油液在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中受到管道，油桶和儲(chǔ)油罐的污染。其污染物為灰塵，沙土，銹垢，水分和其它液體等。 b) 殘留污染 — 液壓系統(tǒng)和液壓元件在裝配和沖洗中的殘留物。如毛刺，切屑，型砂，涂料，橡膠 。焊星和棉紗纖維等。 c)侵入污染 — 液壓系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于油管密封不完善以及元件密封裝置損壞由系統(tǒng)外部侵入的污染物。如灰塵，沙土，切屑以及水分等。 d)生成污染 — 液壓系統(tǒng)運(yùn)行中系統(tǒng)本身所生成的污染物。其中既有元件磨損剝離，被沖刷和腐蝕的金屬顆?；蛳鹉z末，又有油液老化產(chǎn)生的污染物等。這一類污染物最具有危險(xiǎn)性。 引起的危害 液壓系統(tǒng)的故障有 75%以上是由工作介質(zhì)污染所引起的。污染物顆粒具有各種形狀和尺寸并由各種材料組成，大多數(shù)是磨粒性的。它們與元件表面相互作 用時(shí)，產(chǎn)生磨粒磨損和表面疲勞。從元件表面犁削和切削出碎片，加速元件磨損，使內(nèi)泄漏增加，降低泵，閥等元件的效率和精度，這些變化一開(kāi)始很難察覺(jué)，尤其對(duì)泵來(lái)說(shuō)，最終會(huì)引起失效。這種失效是不能恢復(fù)的退化失效。最容易引起磨損的顆粒是處于間隙尺寸的顆粒。當(dāng)一個(gè)大顆粒進(jìn)入泵或閥時(shí)，可能使泵或閥卡死，或者堵塞閥的控制節(jié)流孔，引起突發(fā)失效。細(xì)小顆粒淤積也能引起突法失效。有時(shí)，顆?；蛭廴疚锓赖K閥的歸位，使閥不能完全關(guān)閉，當(dāng)閥再次打開(kāi)時(shí)，該顆粒或污染物可能被沖走，于是，出現(xiàn)一種討厭的間歇失效。導(dǎo)致液壓系統(tǒng)不能正常工作。 顆粒污染 物和油液氧化變質(zhì)生成的粘性膠質(zhì)堵塞過(guò)濾器，使液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)困難，產(chǎn)生噪聲。水分和空氣的混入使工作介質(zhì)的潤(rùn)滑性能降低，并使它加速氧化變質(zhì)，產(chǎn)生氣蝕，使液壓元件加速腐蝕，液壓系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)和爬行等現(xiàn)象。 這些故障輕則影響液壓系統(tǒng)的性能和使用壽命，重則損壞元件使元件失導(dǎo)致液壓系統(tǒng)不能工作。危害是非常嚴(yán)重的。 本文研究?jī)?nèi)容 如下：無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) 第二章 一上料機(jī)的液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。要求驅(qū)動(dòng)它的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)完成快速上升—— 慢速上升 —— 停留 —— 快速下降的工作循環(huán)。其垂直上升工件 1 的重力為5000N，滑臺(tái) 2 的重量為 1000N，快 速上升行程 350MM，速度要求大于 45mm/s；慢速上升行程為 100mm，其最小速度為 8mm/s；快速下降行程為 450mm，速度要求大于等于 55mm/s，滑臺(tái)采用 V 行導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面的夾角 90 度，滑臺(tái)與導(dǎo)軌的最大間隙為 2mm，起動(dòng)加速和減速時(shí)間均為 ，液壓缸的機(jī)械效率（考慮密封阻力）為 . ㈠負(fù)載分析 1. 工作負(fù)載 ? ? NNFF GL 60 0010 0050 00 ???? 2. 摩擦負(fù)載 2sin ?Nf fFF ? 由于工件為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo) 軌的載荷可由其間隙和機(jī)構(gòu)尺寸求得 F=120N，取 fs=， fd= 則有 靜摩擦負(fù)載 NNfsF 45s i n1 2 ??? ?????????? ? 動(dòng)摩擦負(fù)載 NNfdF 45s i n1 2 ??? ?????????? ? 3. 慣性負(fù)載 加速 NNtvgGF a ?????? 減速 NNtvgGF a ??????? 制動(dòng) 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 共 41 頁(yè) NNtvgGF a ?????? 反向加速 NNtvgGF a ?????? 反向制動(dòng) NFF aa ?? 根據(jù)以上 的計(jì)算，考慮到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而自行下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路。因此在對(duì)快速向下運(yùn)動(dòng)的負(fù)載分析時(shí)，就不考慮滑臺(tái) 2 的重量。則液壓缸各階段中的負(fù)載如表 93 所示（效率 ） 表 9— 3 液壓缸各階段中的負(fù)載 工況 計(jì)算公式 總負(fù)載 缸推力 啟動(dòng) F=Ffs+FL 加速 F=FL+Ffd+Fa1 快上 F=Ffd+FL 減速 F=Ffd+FLFa2 慢上 F=FL+Ffd 制動(dòng) F=Ffd+FLfa3 反向加速 F=Ffd+Fa4 快上 F=Ffd 制動(dòng) F=FfdFa5 負(fù)載圖和速度圖的繪制 按照前面的負(fù)載分析結(jié)果及已知的速度要求 行程限制等，繪制出負(fù)載圖及速度圖如圖 94 所示。 F/N