【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 世紀(jì) 50年代，最初只是應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來(lái)發(fā)展到拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。自 1964 年開始引進(jìn)國(guó)外液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，并自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來(lái)，我國(guó)的液壓元件生產(chǎn)從低壓刀高壓形成了系列。 液壓技術(shù)中的重大進(jìn)展是微電子 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用。微電子技術(shù)與液壓技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出了很多高可能性、低成本的微型節(jié)能元件，為液壓技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用開辟了更為廣闊的前景。 計(jì)算機(jī)控制是必然趨勢(shì)，電業(yè)比例閥和伺服閥只能接受連續(xù)變化的電壓或電流信號(hào)，而計(jì)算機(jī)要求數(shù)字開關(guān)量，使用電液比例閥和伺服閥與計(jì)算機(jī)接口必須經(jīng)過 D/A轉(zhuǎn)換和 A/D 轉(zhuǎn)換，極不方便。而數(shù)字液壓泵、數(shù)字控制閥、數(shù)字液壓缸等，即用數(shù)字量進(jìn)行控制并具有數(shù)字量輸出響應(yīng)特性的液壓元件。由于是可以直接與計(jì)算機(jī)接口，不需 D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器，是今后液壓技術(shù)發(fā)展的重要趨向之一。 計(jì) 算機(jī)與液壓技術(shù)的結(jié)合包括：計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（液壓元件CAD 和液壓系統(tǒng) CAD）、液壓產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)（ CAT）及計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制、最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制以及靈活的多余度控制等。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)是利用計(jì)算機(jī)的圖形功能，由設(shè)計(jì)者通過人機(jī)對(duì)話控制設(shè)計(jì)過程以得到最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果，并能通過動(dòng)態(tài)仿真對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)則可運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)液壓元件及液壓系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行測(cè)試，對(duì)液壓設(shè)備故障進(jìn)行診斷和對(duì)液壓蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 元件和系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型辨識(shí)等。 此外，高壓大流量小型化 與液壓集成技術(shù)、液壓節(jié)能與能量回收技術(shù)也成為近年研究的重要課題。 總之，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓技術(shù)也隨之發(fā)展，拓寬范圍，以適應(yīng)各行各業(yè)新技術(shù)的發(fā)展需求。 液壓系統(tǒng)的組成 液壓系統(tǒng)有以下 5 個(gè)部分組成： 1. 動(dòng)力元件 —— 液壓泵 機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的裝置，給整個(gè)系統(tǒng)提供壓力油。 2. 執(zhí)行元件 —— 液壓缸或液壓馬達(dá) 將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，可克服負(fù)載做功。 3. 控制元件 —— 各種類型的液壓閥 可控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力、流量及液流方向，以改變執(zhí)行元件輸出的力（或轉(zhuǎn)矩）、速度（或轉(zhuǎn)速 ）及運(yùn)動(dòng)方向。 4. 輔助裝置 —— 油管、管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和壓力表等 起連接、儲(chǔ)油、過濾、儲(chǔ)存壓力能和測(cè)量油液壓力的輔助元件。 5. 工作介質(zhì) —— 傳遞壓力的工作介質(zhì) 通常為液壓油，同時(shí)還可起潤(rùn)滑、冷卻和防銹的作用。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、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(lái)確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來(lái)選取液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （ 1）液壓系統(tǒng)的工況 分析 在開始設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，首先要對(duì)機(jī)器的工況進(jìn)行詳細(xì)的分析，一般要考慮下面幾個(gè)問題。 1）確定該機(jī)器中那些運(yùn)動(dòng)需要液壓傳動(dòng)來(lái)完成。 2）確定各運(yùn)動(dòng)的工作順序和各執(zhí)行元件的工作循環(huán)。 3）確定液壓系統(tǒng)的主要工作性能。例如：執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度、調(diào)速范圍、最大行程以及運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)形要求等。 4）確定各執(zhí)行元件所承受的負(fù)載及其變化范圍。 （ 2）擬定液壓系統(tǒng)原理圖 擬定液壓系統(tǒng)原理圖一般要考慮以下幾個(gè)問題。 采用何種形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 確定調(diào)速方案和速度換接方法。 如何完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)循環(huán)和順序動(dòng)作。 系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷 及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向和安全互鎖等要求。 壓力測(cè)量點(diǎn)的合理選擇。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 根據(jù)上述要求選擇回路，然后將其基本回路組合成液壓系統(tǒng)。當(dāng)液壓系統(tǒng)中有多個(gè)執(zhí)行部件時(shí)，要注意到它們相互間的聯(lián)系和影響，有時(shí)要采用防干擾回路。 在液壓系統(tǒng)原理圖中，應(yīng)該附有運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作循環(huán)圖和電磁動(dòng)作順序表。 （ 3）液壓系統(tǒng)計(jì)算和選擇液壓元件 液壓系統(tǒng)計(jì)算的目的是確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，以便按照這些參數(shù)合理選擇液壓元件和設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)元件。 1）計(jì)算液壓缸的主要尺寸以及所需的壓力和流量。 2）計(jì)算液壓泵的工作壓力、流量和傳動(dòng)效率。 3）選擇液壓泵和電動(dòng)機(jī) 的類型和規(guī)格。 4）選擇閥類元件和輔助元件的規(guī)格。 5）對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算 必要時(shí)，對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進(jìn)行驗(yàn)算，但是有經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)過的同類型設(shè)備類比參考，或有可靠的設(shè)計(jì)結(jié)果，那也可以不再進(jìn)行驗(yàn)算。 （ 4）繪制正式的工作圖和編制技術(shù)文件 設(shè)計(jì)的最后一步是要整理出全部圖紙和技術(shù)要求。正式工作圖一般包括以下內(nèi)容：液壓系統(tǒng)原理圖、液壓缸零件圖、液壓系統(tǒng)總裝配圖、郵箱裝配圖、電氣控制原理圖。 本文的主要研究工作 本次設(shè)計(jì)主要包括液壓升降臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括了 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定，液壓元件的選擇，液壓系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算與校核以及液壓缸參數(shù)的確定；控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括電氣控制原理圖的擬定，電氣元件的選型。 本說明書共分為 6 章： 第 1 章緒論 簡(jiǎn)介了液壓傳動(dòng)的發(fā)展歷程及特點(diǎn)，提出了本文的研究目標(biāo)。 第 2 章液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 通過對(duì)液壓系統(tǒng)的工況分析和計(jì)算，液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定，擬定液壓系統(tǒng)原理圖 選擇液壓元件并對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算。 第 3 章液壓缸的設(shè)計(jì) 通過相關(guān)的計(jì)算，確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸。 第 4 章液壓站的設(shè)計(jì) 進(jìn)行液壓油箱、液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第 5 章集成 油路的設(shè)計(jì) 進(jìn)行液壓集成回路設(shè)計(jì)和底塊、集成塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第 6 章 PLC 設(shè)計(jì) 進(jìn)行 PLC簡(jiǎn)介并擬定原理圖和做出梯形圖等。 本章小結(jié) 本章主要介紹了銑床的定義和用途、液壓系統(tǒng)的發(fā)展和特點(diǎn)、以及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和本文主要研究的工作。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定合理的液壓系統(tǒng)原理圖，再經(jīng)過必要的計(jì)算來(lái)確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照參數(shù)來(lái)選用液壓元件的規(guī)格。 設(shè)計(jì)題目分析 根據(jù)半自動(dòng)專用銑床的主要參數(shù) ：要求該銑床的工作臺(tái)的移動(dòng)和工件的壓緊采用液壓系統(tǒng)控制。該工作臺(tái)的承載能力為 4000~8000N，工作部件重量約為 1500N，工進(jìn)速度為60mm/min~1000mm/min，快進(jìn)速度為 ，工作行程為 400mm。 工況分析 經(jīng)過分析，銑床的工況如下所示。 按設(shè)計(jì)要求，希望系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，估計(jì)到系統(tǒng)的功率不會(huì)很大，且連續(xù)工作，所以決定采用單個(gè)定量泵，非卸荷式供油系統(tǒng)；考慮到銑削時(shí)可能有負(fù)的負(fù)載力產(chǎn)生，故采用回油節(jié)流調(diào)速的方法；為提高夾緊力的穩(wěn)定性與可靠性，夾緊系統(tǒng)采用單向閥與 蓄能器的保壓回路，并且不用減壓閥，使夾緊油源壓力與系統(tǒng)的調(diào)整壓力一致，以減少液壓元件數(shù)量，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；定位液壓缸和加緊液壓缸之間的動(dòng)作次序采用單向順序閥來(lái)完成，并采用壓力繼電器發(fā)訊啟動(dòng)工作，以簡(jiǎn)化電氣發(fā)訊與控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性。 液壓缸外負(fù)載的計(jì)算 液壓缸負(fù)載主要包括：切削阻力、摩擦阻力、慣性阻力、重力、密封阻力和背壓阻力等。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 切削阻力 tF ： NFt 9000? 摩擦阻力 F靜摩擦力 fsF 、動(dòng) 摩擦力 fdF ： ? ? NF fs 1 1 0 0 0 01 5 0 0 ???? ? ? NF fd ???? (3)慣性阻力 F慣 Fm Ntg vGF m 2 5 0 0 ??? ????? 式中 :g — 重力加速度（ m/s2） G — 運(yùn)動(dòng)部件重量（ N） v? — 在 t時(shí)間內(nèi)的速度變化值（ m/s） t? — 啟動(dòng)加速或減速制動(dòng)的時(shí)間。 （ 4）重力 因氣動(dòng)部件是水平安置，故重力在運(yùn)動(dòng)方向的分力為零。 （ 5）密封阻力 密F 一般按經(jīng)驗(yàn)取 FF ?密 (F為總的負(fù)載） （ 6）背壓阻力 背F 這是液壓缸回油路上的阻力，粗算時(shí)，可不考慮。其數(shù)值待系統(tǒng)確定后才能定下來(lái) 。 根據(jù)上述分析，可 計(jì)算出液壓缸各動(dòng)作階段的負(fù)載，計(jì)算公式及數(shù)值見下表。 表 21 液壓缸各階段的負(fù)載 工況 負(fù)載組成（ N） 系統(tǒng)負(fù)載 F/η m（ N） 啟動(dòng)階段 1100?? fsFF ? 加速階段 ??? mfd FFF ? 快進(jìn)階段 550?? fdFF ? 工進(jìn)階段 9550??? fdt FFF ? 快退階段 550?? fdFF ? 制動(dòng)階段 ??? mfd FFF ? 注： 1000mm/min； ； m=。 （ 7）繪制進(jìn)給液壓缸的負(fù)載圖和速度圖。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 21 速度循環(huán)圖 圖 22 負(fù)載循環(huán)圖 初步確定液壓缸參數(shù)及繪制工況圖 1）工作壓力 P的確定 工作壓力 P 可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來(lái)初步確定，現(xiàn)參照 簡(jiǎn)明手冊(cè) 表 21，取液壓缸工作壓力為 3MPa。 2）計(jì)算液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d 根據(jù)負(fù)載圖知最大負(fù)載 IF =10611N，確定系統(tǒng)的工作壓力，因?yàn)閵A緊液壓缸的作用很大，所以可以按其工作負(fù)載來(lái)選定系統(tǒng)壓力，為使液壓缸體積緊湊，可以選取PI=25bar，則液壓缸直徑 D 為 : cmmPFD II 7 1 0 6 1 144 5 ??????? ? 按缸徑尺寸系列，取 D=80mm。 根據(jù)液壓缸快進(jìn)和快退速度相等，可選擇單出桿液壓缸差動(dòng)連接，活塞桿直徑可按下式計(jì)算： cmDd ???? 按活塞桿尺寸系列，取 d=55mm 根據(jù)已知的缸徑和活塞桿直徑，計(jì)算液壓缸實(shí)際有效工作面積，無(wú)桿腔面積 1A 和有桿腔面積 2A 分別為： 221 cmDA ?? ? ? ? 2222 cmdDA ??? ? 液壓缸面積確定后，還需驗(yàn)算液壓缸能否獲得最小穩(wěn)定速度，如果驗(yàn)算后不能獲得穩(wěn)定速度時(shí)，還需相應(yīng)加大液壓缸直徑，直至滿足穩(wěn)定速度為止，其驗(yàn)算方法如下： 2m inm in cmVQA ???穩(wěn) 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 式中 穩(wěn)A — 能保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積； minQ — 調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，從手冊(cè)查得 Q=25l/min，流量閥 Q=70cm2/min； minV — 執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低速度，取 V=4cm/min。 由于 A1A 穩(wěn)，所以能滿足最小穩(wěn)定要求 。 3）確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑 根據(jù) F夾 =4000~8000N，選 P 夾 =16179。 105pa 由液壓缸的推力 F 夾及工作壓力 P夾來(lái)確定液壓缸內(nèi)徑 D，即 42DA ?? PFD ?4? 則夾緊缸 cmPFD 40 0044 5 ?????? ? 取 D=80mm（按缸徑尺寸系列查得） 根據(jù)活塞桿工作中受壓， 活塞桿直徑盡量取大些，活塞桿直徑 d為： mmDd ???? 按尺寸系列取 d=55mm。 快速進(jìn)給時(shí)液壓缸做差動(dòng)連接，由于管道中有壓力損失 ,取此項(xiàng)損失 P? ==3179。 105Pa，同時(shí)假定快退時(shí)回油壓力損失為 。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出液壓缸在一個(gè)工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率如表 22 所示，并根據(jù)此繪制出其工況圖如圖 所示： 表 22 液壓缸在不同階段所需壓力、流量和 工作階段 系統(tǒng) 負(fù)載 F/ηm(N) 回油腔壓力 P2（ MPa） 工作腔壓力 P1（ MPa） 輸入流量 q（ L/min） 輸入功率 P（ KW） 快速前進(jìn) 611 ? ?? pp 2121 ????? AApAFp m?= ? ? 121? ?? VAAq ??qpp 工作進(jìn)給 10611 ? ?? pp 1221 AApFp m?? ?= ?? Avq ??qpp 快速退回 611 ? ?? pp 2121 AApFp m?? ?= 1732 ?? vAq ?? qpp 注：取液壓缸的機(jī)械效率η m=。 蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 (a)pt 圖 （ b)qt 圖 （ c)Pt 圖 圖 23 液壓缸工況圖 設(shè)計(jì)方案，初擬定液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)循環(huán)圖是表示系統(tǒng)的組成和工作原理的圖樣，它是以簡(jiǎn)圖的形式全面的具體體現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中提出的技術(shù)和其他方面的要求。要擬訂一個(gè)比較完善的液壓系統(tǒng)，就必須對(duì)各種基本回路、典型液壓系統(tǒng)有全面深刻的了解。 以下是對(duì)液壓系統(tǒng)回路選擇進(jìn)行的簡(jiǎn)要