【文章內(nèi)容簡介】 世紀 50年代，最初只是應用于機床和鍛壓設備，后來發(fā)展到拖拉機和工程機械上。自 1964 年開始引進國外液壓元件生產(chǎn)技術，并自行設計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓元件生產(chǎn)從低壓刀高壓形成了系列。 液壓技術中的重大進展是微電子 技術和計算機技術在液壓系統(tǒng)中的應用。微電子技術與液壓技術相結合，創(chuàng)造出了很多高可能性、低成本的微型節(jié)能元件，為液壓技術在工業(yè)中的應用開辟了更為廣闊的前景。 計算機控制是必然趨勢，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，而計算機要求數(shù)字開關量，使用電液比例閥和伺服閥與計算機接口必須經(jīng)過 D/A轉換和 A/D 轉換，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)字量進行控制并具有數(shù)字量輸出響應特性的液壓元件。由于是可以直接與計算機接口，不需 D/A數(shù)模轉換器，是今后液壓技術發(fā)展的重要趨向之一。 計 算機與液壓技術的結合包括：計算機實時控制技術、計算機輔助設計（液壓元件CAD 和液壓系統(tǒng) CAD）、液壓產(chǎn)品的計算機輔助試驗（ CAT）及計算機仿真和優(yōu)化設計。利用計算機閉環(huán)控制、最優(yōu)控制和自適應控制以及靈活的多余度控制等。計算機輔助設計的基本特點是利用計算機的圖形功能，由設計者通過人機對話控制設計過程以得到最優(yōu)設計結果，并能通過動態(tài)仿真對設計結果進行檢測。計算機輔助試驗則可運用計算機技術對液壓元件及液壓系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能進行測試，對液壓設備故障進行診斷和對液壓蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 3 元件和系統(tǒng)的數(shù)學模型辨識等。 此外，高壓大流量小型化 與液壓集成技術、液壓節(jié)能與能量回收技術也成為近年研究的重要課題。 總之，隨著科學技術的進步，液壓技術也隨之發(fā)展，拓寬范圍，以適應各行各業(yè)新技術的發(fā)展需求。 液壓系統(tǒng)的組成 液壓系統(tǒng)有以下 5 個部分組成： 1. 動力元件 —— 液壓泵 機械能轉換為液壓能的裝置，給整個系統(tǒng)提供壓力油。 2. 執(zhí)行元件 —— 液壓缸或液壓馬達 將液壓能轉換為機械能的裝置，可克服負載做功。 3. 控制元件 —— 各種類型的液壓閥 可控制和調節(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（或轉矩）、速度（或轉速 ）及運動方向。 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、儲油、過濾、儲存壓力能和測量油液壓力的輔助元件。 5. 工作介質 —— 傳遞壓力的工作介質 通常為液壓油，同時還可起潤滑、冷卻和防銹的作用。 液壓系統(tǒng)的設計步驟和內(nèi)容 液壓系統(tǒng)的設計是整個機器設計的一部分，它的任務是根據(jù)機器的用途、特點和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選取液壓元件的規(guī)格和進行系統(tǒng)的結構設計。 （ 1）液壓系統(tǒng)的工況 分析 在開始設計液壓系統(tǒng)時，首先要對機器的工況進行詳細的分析，一般要考慮下面幾個問題。 1）確定該機器中那些運動需要液壓傳動來完成。 2）確定各運動的工作順序和各執(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)行元件的運動速度、調速范圍、最大行程以及運動平穩(wěn)形要求等。 4）確定各執(zhí)行元件所承受的負載及其變化范圍。 （ 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問題。 采用何種形式的執(zhí)行機構。 確定調速方案和速度換接方法。 如何完成執(zhí)行機構的自動循環(huán)和順序動作。 系統(tǒng)的調壓、卸荷 及執(zhí)行機構的換向和安全互鎖等要求。 壓力測量點的合理選擇。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（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)。當液壓系統(tǒng)中有多個執(zhí)行部件時，要注意到它們相互間的聯(lián)系和影響，有時要采用防干擾回路。 在液壓系統(tǒng)原理圖中，應該附有運動部件的動作循環(huán)圖和電磁動作順序表。 （ 3）液壓系統(tǒng)計算和選擇液壓元件 液壓系統(tǒng)計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計非標準元件。 1）計算液壓缸的主要尺寸以及所需的壓力和流量。 2）計算液壓泵的工作壓力、流量和傳動效率。 3）選擇液壓泵和電動機 的類型和規(guī)格。 4）選擇閥類元件和輔助元件的規(guī)格。 5）對液壓系統(tǒng)進行驗算 必要時，對液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進行驗算，但是有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗過的同類型設備類比參考，或有可靠的設計結果，那也可以不再進行驗算。 （ 4）繪制正式的工作圖和編制技術文件 設計的最后一步是要整理出全部圖紙和技術要求。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 本次設計主要包括液壓升降臺液壓系統(tǒng)的設計和電氣控制系統(tǒng)的設計。液壓系統(tǒng)設計包括了 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)的計算與校核以及液壓缸參數(shù)的確定；控制系統(tǒng)的設計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 簡介了液壓傳動的發(fā)展歷程及特點，提出了本文的研究目標。 第 2 章液壓系統(tǒng)的設計 通過對液壓系統(tǒng)的工況分析和計算，液壓缸的主要結構參數(shù)的確定，擬定液壓系統(tǒng)原理圖 選擇液壓元件并對液壓系統(tǒng)進行驗算。 第 3 章液壓缸的設計 通過相關的計算，確定液壓缸的主要結構尺寸。 第 4 章液壓站的設計 進行液壓油箱、液壓站的結構設計。 第 5 章集成 油路的設計 進行液壓集成回路設計和底塊、集成塊的結構設計。 第 6 章 PLC 設計 進行 PLC簡介并擬定原理圖和做出梯形圖等。 本章小結 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、以及液壓系統(tǒng)的設計步驟和本文主要研究的工作。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 5 2 液壓系統(tǒng)的設計 液壓系統(tǒng)的設計是整個機器設計的一部分，它的任務是根據(jù)機器的用途、特點和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬定合理的液壓系統(tǒng)原理圖，再經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格。 設計題目分析 根據(jù)半自動專用銑床的主要參數(shù) ：要求該銑床的工作臺的移動和工件的壓緊采用液壓系統(tǒng)控制。該工作臺的承載能力為 4000~8000N，工作部件重量約為 1500N，工進速度為60mm/min~1000mm/min，快進速度為 ，工作行程為 400mm。 工況分析 經(jīng)過分析，銑床的工況如下所示。 按設計要求，希望系統(tǒng)結構簡單，工作可靠，估計到系統(tǒng)的功率不會很大，且連續(xù)工作，所以決定采用單個定量泵，非卸荷式供油系統(tǒng)；考慮到銑削時可能有負的負載力產(chǎn)生，故采用回油節(jié)流調速的方法；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)的調整壓力一致，以減少液壓元件數(shù)量，簡化系統(tǒng)結構；定位液壓缸和加緊液壓缸之間的動作次序采用單向順序閥來完成，并采用壓力繼電器發(fā)訊啟動工作，以簡化電氣發(fā)訊與控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性。 液壓缸外負載的計算 液壓缸負載主要包括：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校畢業(yè)設計（論文） 6 切削阻力 tF ： NFt 9000? 摩擦阻力 F靜摩擦力 fsF 、動 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 — 運動部件重量（ N） v? — 在 t時間內(nèi)的速度變化值（ m/s） t? — 啟動加速或減速制動的時間。 （ 4）重力 因氣動部件是水平安置，故重力在運動方向的分力為零。 （ 5）密封阻力 密F 一般按經(jīng)驗取 FF ?密 (F為總的負載） （ 6）背壓阻力 背F 這是液壓缸回油路上的阻力，粗算時，可不考慮。其數(shù)值待系統(tǒng)確定后才能定下來 。 根據(jù)上述分析，可 計算出液壓缸各動作階段的負載，計算公式及數(shù)值見下表。 表 21 液壓缸各階段的負載 工況 負載組成（ N） 系統(tǒng)負載 F/η m（ N） 啟動階段 1100?? fsFF ? 加速階段 ??? mfd FFF ? 快進階段 550?? fdFF ? 工進階段 9550??? fdt FFF ? 快退階段 550?? fdFF ? 制動階段 ??? mfd FFF ? 注： 1000mm/min； ； m=。 （ 7）繪制進給液壓缸的負載圖和速度圖。 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 7 圖 21 速度循環(huán)圖 圖 22 負載循環(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)負載大小及機器的類型來初步確定，現(xiàn)參照 簡明手冊 表 21，取液壓缸工作壓力為 3MPa。 2）計算液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d 根據(jù)負載圖知最大負載 IF =10611N，確定系統(tǒng)的工作壓力，因為夾緊液壓缸的作用很大，所以可以按其工作負載來選定系統(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)液壓缸快進和快退速度相等，可選擇單出桿液壓缸差動連接，活塞桿直徑可按下式計算： 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，計算液壓缸實際有效工作面積，無桿腔面積 1A 和有桿腔面積 2A 分別為： 221 cmDA ?? ? ? ? 2222 cmdDA ??? ? 液壓缸面積確定后，還需驗算液壓缸能否獲得最小穩(wěn)定速度，如果驗算后不能獲得穩(wěn)定速度時，還需相應加大液壓缸直徑，直至滿足穩(wěn)定速度為止，其驗算方法如下： 2m inm in cmVQA ???穩(wěn) 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（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 — 調速閥最小穩(wěn)定流量，從手冊查得 Q=25l/min，流量閥 Q=70cm2/min； minV — 執(zhí)行機構最低速度，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。 快速進給時液壓缸做差動連接，由于管道中有壓力損失 ,取此項損失 P? ==3179。 105Pa，同時假定快退時回油壓力損失為 。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以計算出液壓缸在一個工作循環(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 611 ? ?? pp 2121 ????? AApAFp m?= ? ? 121? ?? VAAq ??qpp 工作進給 10611 ? ?? pp 1221 AApFp m?? ?= ?? Avq ??qpp 快速退回 611 ? ?? pp 2121 AApFp m?? ?= 1732 ?? vAq ?? qpp 注：取液壓缸的機械效率η m=。 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 9 (a)pt 圖 （ b)qt 圖 （ c)Pt 圖 圖 23 液壓缸工況圖 設計方案，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，它是以簡圖的形式全面的具體體現(xiàn)設計任務中提出的技術和其他方面的要求。要擬訂一個比較完善的液壓系統(tǒng)，就必須對各種基本回路、典型液壓系統(tǒng)有全面深刻的了解。 以下是對液壓系統(tǒng)回路選擇進行的簡要