【文章內(nèi)容簡介】 下面一些缺點。 (1) 由于存在泄露及油的可壓縮性，因而不能用于高精 度的定比傳動。 (2) 由于油的黏度隨溫度變化，影響傳動系統(tǒng)的工作性能，因而不宜在高溫或低溫下工作。 (3) 能量損失較大，因而效率較低。 (4) 對油液的污染比較敏感，要求有良好的防護和過濾設施。 (5) 液壓元件制造精度要求高，造價高。 (6) 故障診斷及排除比較困難，要求操作維修人員有較高的專業(yè)水平。 液壓技術(shù)的應用和發(fā)展狀況 液壓與氣壓傳動相對于機械傳動來說是一門新興技術(shù)。雖然從 17 世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳遞原理、 18 世紀末英國制造出世界上第一臺水壓機算起，已有幾百年歷史，但液壓與氣壓傳動在工 業(yè)上被廣泛采用和有較大幅度的發(fā)展卻是 20 世紀中期以后的事情。 近代液壓傳動是由 19 世紀崛起并蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)推動起來的，最早時間成功的液壓傳動裝置是艦艇上的炮塔轉(zhuǎn)位器，其后才在機床上應用。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)和裝備迫切需要反應迅速、動作準確、輸出功率大的液壓傳動及控制裝置，促使液壓技術(shù)迅速發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)很快轉(zhuǎn)入民用工業(yè)，在機床、工程機械、冶金機械、塑料機械、農(nóng)林機械、汽車、船舶等行業(yè)得到了大幅度的應用和發(fā)展。 20 世紀 60 年代以后，隨著原子能、空間技術(shù)、電子技術(shù)等方面的發(fā)展，液壓技術(shù)向更廣 闊的領域滲透，發(fā)展成為包括傳動、控制和檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)?，F(xiàn)今，采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。如發(fā)達國家生產(chǎn)的 95%的工程機械、 90%的數(shù)控加工中心、 95%以上的自動線都采用了液壓傳動。 隨著液壓機械自動化程度的不斷提高，液壓元件應用數(shù)量急劇增加，元件小型化、系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢。特別是近十年來，液壓技術(shù)與傳感技術(shù)、微電子技術(shù)密切結(jié)合，出現(xiàn)了許多諸如電液比例控制閥、數(shù)字閥、電液伺服液壓缸等機（液）電一體化元器件，使液壓技術(shù)在高壓、高速、大功率、節(jié)畢業(yè)設計（論文） 6 能高效、低噪聲 、使用壽命長、高度密集化等方面取得了重大進展。無疑，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計（ CAD）、計算機輔助試驗（ CAT）和計算機實時控制也是當前液壓技術(shù)的發(fā)展方向。 人們很早就懂得用空氣作工作介質(zhì)傳遞動力做功，如利用自然風力推動風車、帶動水車提水灌田，近代用于汽車的自動開關門、火車的自動抱閘、采礦用風鉆等。因為空氣做工作介質(zhì)具有防火、防爆、防電磁干擾，抗振動、沖擊、輻射等優(yōu)點，近年來氣動技術(shù)的應用領域已從汽車、采礦、鋼鐵，機械工業(yè)等重工業(yè)迅速擴展到化工、輕工、食品、軍事工業(yè)等各行各業(yè)。和液壓技術(shù)一樣，當今 氣動技術(shù)亦發(fā)展成包含傳動、控制與檢測在內(nèi)的自動化技術(shù)，作為柔性制造系統(tǒng)（ FMS）在包裝設備、自動生產(chǎn)線和機器人等方面成為不可缺少的重要手段。由于工業(yè)自動化以及 FMS 的發(fā)展，要求氣動技術(shù)以提高系統(tǒng)可靠性、降低總成本與電子工業(yè)相適應為目標，進行系統(tǒng)控制技術(shù)和機電液氣綜合技術(shù)的研究和開發(fā)。顯然，氣動元件的微型化、節(jié)能化、無油化是當前的發(fā)展特點，與電子技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的自適應元件，如各類比例閥和電氣伺服閥，使氣動系統(tǒng)從開關控制進入到反饋控制。計算機的廣泛普及與應用為氣動技術(shù)的發(fā)展提供了更廣闊的前景。 液壓系統(tǒng)設 計要求及流程 液壓的設計一般泛指液壓傳動系統(tǒng)設計。由于液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)和工作原理而言，并無本質(zhì)上的區(qū)別。通常所說的液壓系統(tǒng)設計，皆指液壓傳動系統(tǒng)設計。液壓系統(tǒng)的設計與主機的設計是緊密聯(lián)系的，當從必要性、可行性和經(jīng)濟性幾方面對機械、電氣、液壓和氣動等傳動形式進行全面比較和論證，決定應用液壓傳動之后，二者往往同時進行。所設計的液壓系統(tǒng)首先應滿足主機的拖動、循環(huán)要求，其次還應符合結(jié)構(gòu)組成簡單、體積小重量輕、工作安全可靠、 總體看來，液壓系統(tǒng)設計的流程是： (1) 明確系統(tǒng)的設計； (2) 分析系統(tǒng)工況； (3) 確定主要參數(shù)； (4) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖； (5) 選擇液壓元件； (6) 驗算液壓系統(tǒng)性能； (7) 繪制工作圖編織技術(shù)文件。 3 速度換接回路液壓系統(tǒng)的設計 7 3 速度換接回路液壓系統(tǒng)的設計 液壓系統(tǒng)的工況分析 采用調(diào)速閥的速度換接回路實驗裝置設計主要是利用電磁換向閥的通電與否，不同位的工作控制不同調(diào)速閥的工作狀態(tài)來實現(xiàn)。首先，液壓油液通過液壓泵輸出，經(jīng)由未連接調(diào)速閥的油路直接工作給液壓缸，實現(xiàn)液壓缸快進的工作狀態(tài)，通過控制電磁換向閥的通電，先使某一個調(diào)速閥進行工作，控制液壓泵輸出后的流量的大小，實 現(xiàn)液壓缸一工進的任務要求，然后控制不同電磁換向閥的通電，實現(xiàn)液壓缸二工進的任務要求。其中，通過液壓回路的設計，實現(xiàn)調(diào)速閥之間的串并聯(lián)要求，以此完成題目中的任務要求。 任務書中給出壓力的大小為 左右，液壓缸的速度為 1~3m/min。 原理圖的擬定 確定液壓泵類型 葉片泵具有流量均勻，壓力脈動小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，而排量較大等優(yōu)點。在工程機械、船舶、壓鑄及冶金設備中得到廣泛應用。 工作原理主要是當葉片泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，葉片在離心力和壓力油的作用下，尖部緊貼在定子內(nèi) 表面上。這樣兩個葉片與轉(zhuǎn)子和定子內(nèi)表面所構(gòu)成的工作容積，先由小到大吸油后再由大到小排油，葉片旋轉(zhuǎn)一周時，完成兩次吸油與排油。 單作用葉片泵轉(zhuǎn)自每轉(zhuǎn)一周，吸、壓油各一次，故稱為單作用。 這次所設計的實驗臺要求壓力不高，單作用泵可以滿足回路要求，故選用單作用葉片泵。 原理圖的設計 a. 二調(diào)速閥串聯(lián)兩工進速度換接回路的設計 (1) 二調(diào)速閥串聯(lián)的兩工進速度換接回路 如圖 所示為我們教材中常見的二調(diào)速閥串聯(lián)的兩工進速度換接回路。當閥 1 左位工作且閥 3 斷開時，控制閥 2 的通斷與否，使油路經(jīng) 調(diào)速閥 A 或既經(jīng)調(diào)速閥 A 后又經(jīng)調(diào)速閥 B 才能進入液壓缸左腔，從而實現(xiàn)第一次工作進給或第二次工作進給。這里要求調(diào)速閥 B 的開口需要調(diào)節(jié)的比調(diào)速閥 A 的開口小，畢業(yè)設計（論文） 8 即第二次工進的速度必須比第一次工進的速度低；此外，第二次工作進給時，油液流經(jīng)調(diào)速閥 A 后又流過調(diào)速閥 B，須經(jīng)過兩個調(diào)速閥，故液壓能量損失較大。 圖 二調(diào)速閥串聯(lián)的兩工進 圖 二調(diào)速閥串聯(lián)的兩工進 速度換接回路原有原理圖 速度 換接回路新原理圖 (2) 新回路的組成與原理 將現(xiàn)有回路圖 中閥 3 接在 E 點的油路略略改動，移接到 D 點處，即閥3 的進、出油口分別接到 C、 D 處，只與調(diào)速閥 A 并聯(lián)，另外閥 2 的規(guī)格相應加大，而其他部分均無變化。如圖 所示，這就是新回路的組成。圖 則是新回路圖 的另一種等效畫法。新回路不但可以完全實現(xiàn)已有回路 所要求的動作循環(huán)，而且還具有現(xiàn)有回路不具備的一些新的優(yōu)點，現(xiàn)分析如下（參考圖 ）： 圖 二調(diào)速閥串聯(lián)的兩工進速度換接回路新原理圖 畢業(yè)設計（論文） 9 1) 快進 按下啟動按鈕 ，電磁鐵 1TA 通電，三位換向閥 1 左位接入系統(tǒng)工作；電磁鐵 3YA 及 4YA 均不帶電，閥 2 和閥 3 的右位（常開）接入系統(tǒng)工作；從油泵來的壓力經(jīng)閥 1 左位、閥 3 和閥 2 的右位進入液壓缸左腔；液壓缸右腔的油經(jīng)閥 1 回油箱，推動活塞快速右移，實現(xiàn)快進。 2) 一工進 電磁鐵 1YA 通電，閥 1 左位接入系統(tǒng)工作，電磁鐵 4YA 通電、 3YA 仍不通電，閥 3 左位、閥 2 右位接入系統(tǒng)工作；從油泵來的壓力流經(jīng)流經(jīng)閥 1 左位后，流過調(diào)速閥 A，在流經(jīng)閥 2 右位而進入液壓缸左腔，液壓缸右腔油經(jīng)閥 1回油箱；活塞推動工作臺慢速右移，實現(xiàn)了第一次工作進給 ，進給量的大小由調(diào)速閥 A 來調(diào)節(jié)。 3) 二工進 電磁鐵 1YA 仍通電，閥 1 左位仍接入系統(tǒng)工作；此時電磁鐵 4YA 失電（與已有回路圖 中通電剛好相反，從而可節(jié)約用電）、 3YA 通電，閥 3 的右位和閥 2 的左位接入系統(tǒng)工作；從油泵來的壓力經(jīng)過閥 1 左位后，會流過閥 3 的右位，再流經(jīng)調(diào)速閥 B 而進入液壓缸左腔；液壓缸右腔的油經(jīng)閥 1 后回油箱；活塞推動工作臺慢速右移，實現(xiàn)了第二次工作進給，進給量的大小由調(diào)速閥 B 來調(diào)節(jié)，不受調(diào)速閥 A 通流面積大小的限制。（現(xiàn)有回路圖 中，閥 B 的開度需調(diào)的比 A 小，即二工進速度必須比一工進速 度低）。 4) 快退 電磁鐵 1YA 失電、 2YA 通電，閥 1 的右位接入系統(tǒng)工作；電磁鐵 3YA 和4YA 均失電，閥 2 和閥 3 的右位同時接入系統(tǒng)工作。從油泵來的壓力油經(jīng)閥 1右位流入液壓缸右腔；液壓缸左腔的油經(jīng)閥 2 和閥 3 的右位后，再流經(jīng)閥 1 后位而進入油箱；活塞帶動工作臺快速左移，實現(xiàn)了快退。 5) 原位停止 工作臺快速退回到原位后，工作臺上的擋塊壓下行程開關、發(fā)出信號，使電磁鐵 2YA 斷電，至此全部電磁鐵皆斷電，閥 1 處于中位，液壓缸兩腔油路均被切斷，活塞與工作臺原位停止。此時，油泵經(jīng)閥 1 中位卸荷。 綜上所述 ，圖 和圖 所示的新回路不但完全可以實現(xiàn)圖 所示現(xiàn)有回路的所有循環(huán)動作，而且還具有現(xiàn)有回路不具備的新特點。 b. 二調(diào)速閥并聯(lián)兩工進速度換接回路的設計 兩個調(diào)速閥并聯(lián)的速度換接回路設計思路與兩調(diào)速閥串聯(lián)的原理大同小異，通斷電情況、工進情況均相同，原理圖如圖 。 畢業(yè)設計（論文） 10 圖 二調(diào)速閥并聯(lián)的兩工進速度換接回路原理圖 c. 實驗原理圖的完善 在一個液壓站的實驗裝置設計實驗中，要求完成兩種工進速度換接回路實驗裝置的設計，可實現(xiàn)兩個調(diào)速閥的串聯(lián)、并聯(lián)換接實驗，原理圖如圖 。 圖 液壓試驗原理圖 畢業(yè)設計（論文） 11 電磁鐵動作順序表如表 。 表 電磁鐵動作順序表 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 快進 ＋ － － － － 一工進 ＋ － ＋ － － 二工進 ＋ － ＋ ＋ /－ － /＋ 快退 － ＋ － － － 停止 － － － － － 液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇 液壓缸主要尺寸的確定 a. 工作壓力 p 的確定 液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設備的類型來確定，對不同用途的液壓設備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。由表 列出的數(shù)據(jù) 【 4】 ，可選擇工作壓力為 。 表 液壓設備常用的工作壓力 設備類型 機 床 農(nóng)業(yè)機械或中型工程機械 液壓機、重型機械、起重運輸機械 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 工作壓力 p/(MPa) ~ 3~5 2~8 8~10 10~16 20~32 b. 計算液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d。 分析得液壓缸所受的外負載： waf FFFF ??? （ ） 式中 Fw工作負載，為 0； Ff導軌摩擦阻力負載： f 為導軌摩擦系數(shù)，其中靜摩擦系數(shù)為 ，動摩擦系數(shù)為 。 Ffs=100=20N Ffa=100=10N F運動部件速度變化時的慣性負載： 畢業(yè)設計（論文） 12 tvgGFa ???? （ ） Δt取 ， Δv=3時， Fa 為最大。 ? NNgFa 8 5 0600 0 0 0 31 0 0 ???? 取 Δv=， NNgGFa 4 2 5600 0 0 0 ???? 所有液壓元器件的尺寸計算由壓力最大時的計算， 故： F 最大 =850N+20N=870N cmfcFFF ??? （ ） 式中 F工作循環(huán)中最大的外負載； Ffc液壓缸密封處的摩擦力，精確值不易求得，通常由 ηcm進行估算； ηcm液壓缸的機械效率，現(xiàn)取值 。 解得 Ffc= ? F+Ffc= D2= 1)(4 pFF fc ?? +（ D2d2） 12 pp （ ） 式中 p1液壓缸工作壓力； p2液壓缸回油腔背壓力，由表 可知； d/D活塞桿直 徑與液壓缸內(nèi)經(jīng)之比，由表 可知 d=； 帶入式（ ）得 D=35mm 表 執(zhí)行元件背壓的估算值 系 統(tǒng) 類 型