【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓閥系列 (63 105Pa)、中高系列 (210武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 105Pa)、高壓系列 (320 105Pa)；按操縱方法可分為手動(dòng)式、機(jī)動(dòng)式、電動(dòng)式、液壓式和電液式。 液壓閥的工作原理是利用閥芯在閥體內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變閥口的通 斷面積，從而控制壓力、流量和方向。 本系統(tǒng)調(diào)車了溢流閥和背壓閥來(lái)維持系統(tǒng)的工作壓力，保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 方向控制閥 方向控制閥是用來(lái)使液壓系統(tǒng)中的油路斷或改變油液的流動(dòng)方向，從而控制液壓執(zhí)行元件的啟動(dòng)與停止，改變運(yùn)動(dòng)方向的閥有單向閥、換向閥等。單向閥有著通單向閥和液控單向閥兩類。普通單向閥的作用是使油液只能向一個(gè)方向流動(dòng)，不許經(jīng)反向倒流。液控單向閥具有良好的單向密封性能，常用于執(zhí)行元件需要長(zhǎng)時(shí)間保壓、緊鎖等情況，也用于防止立式壓缸停止時(shí)自動(dòng)下滑及速度換接等回路中。 換向閥是復(fù)代芯和閥體間 相對(duì)位置的不同來(lái)變換閥本上和主油口的通斷情況，實(shí)現(xiàn)各油路連通、切斷和改變液流方向的閥類。按照結(jié)構(gòu)形式，換向閥可分為滑閥式、轉(zhuǎn)閥式、球閥式和錐閥式。按照操作方式，可分為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁控制、液動(dòng)、電液動(dòng)和氣動(dòng)。 液壓控制閥 流量控制是通過(guò)改變閥口通流面積的大小或通道長(zhǎng)短來(lái)改變局部陰力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、旁通調(diào)速閥和分流庥流閥等。 調(diào)速 閥是進(jìn)行了壓力補(bǔ)償節(jié)流閥。它是由單向閥與節(jié)流閥串聯(lián)而成的復(fù)合閥。它的優(yōu)點(diǎn)在于流量穩(wěn)定性好，但是由于液流經(jīng)過(guò)調(diào)速閥時(shí)，多經(jīng)過(guò)一個(gè) 液陰，壓力損失比較大，常用于負(fù)載變化大而對(duì)速度控制精度要求高的定量泵供油節(jié)流調(diào)整速液壓系統(tǒng)。 壓力控制閥 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 壓力控制閥是用來(lái)調(diào)節(jié)和控制液壓系統(tǒng)中油液壓力的閥類。按其功能和用途可分為益流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等，它們的共同特點(diǎn)是利用閥芯上的液壓作用力與彈簧力相平衡的原理進(jìn)行工作。 溢流閥的主要用途有兩點(diǎn)：一是用來(lái)保持系統(tǒng)或回路的壓力恒定；二是在系統(tǒng)中作安全閥用。此外，溢流閥不可在背壓閥、卸荷閥、制動(dòng)閥、平衡閥和限速閥等使用。 按調(diào)節(jié)要求不同，減壓閥可分為用于保證出口壓力位定制的定壓減壓閥 ，用于保證進(jìn)出口壓力差不變的定差減壓閥以及用于保證出口壓力成比例的定比減壓閥。在本次設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)用溢流閥起過(guò)載保護(hù)作用，在夾緊回路中用減壓閥得到恒定壓力。 電氣控制部分的方案論證 G30 鋼管自動(dòng)切斷液壓系統(tǒng)采用了 PLC 控制，控制電路得到大大簡(jiǎn)化?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)主要依據(jù)系統(tǒng)工作循環(huán)各節(jié)拍或不同工作狀態(tài)下的電磁鐵動(dòng)作順序。液壓系統(tǒng)的電氣控制回路包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回路、主液壓控制回路和輔助液壓回路的控制電話。電動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)中的工作時(shí)間較長(zhǎng)，不經(jīng)常啟停，可設(shè)置成簡(jiǎn)單的停止開(kāi)關(guān)控制，主液控回路的控制則由主要由 PLC 完成。 PLC 控制 由于系統(tǒng)采用了 PLC 控制，可以柔性地適應(yīng)技術(shù)條件地變更，而且能夠使電控裝置小型化， PLC 控制程序的編寫(xiě)根據(jù)系統(tǒng)循環(huán)動(dòng)作各個(gè)繼電器的斷開(kāi)情況來(lái)決定。 PLC 主要由中央處理單元 CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部分組成， CPU 的應(yīng)用靈活，擴(kuò)展性好，操作方便，標(biāo)準(zhǔn)化的硬件和軟件設(shè)計(jì)，通用性強(qiáng)、體積小、性價(jià)比也高、省電。 繼電器控制 壓力繼電器是壓力 —— 電信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件，通常由壓力 —— 位移轉(zhuǎn)換部分和微動(dòng)開(kāi)關(guān)兩部分組成。當(dāng)被控制壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電器微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而發(fā) 出斷電的電信號(hào)來(lái)控制系統(tǒng)的有關(guān)動(dòng)作。壓力繼電器多采用彈簧式和柱塞式。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 系統(tǒng)原理圖的初步推論 初定系統(tǒng)原理圖如下 ： 1— 濾油器 2— 變量泵 3— 定量泵 4— 單向閥 5— 單向閥 6— 先導(dǎo)式溢流閥 7 二位四通電磁換向閥 8— 調(diào)速閥 9— 單向閥 10— 精濾油器 11— 二位三通電磁換向閥 12— 油缸 13— 減壓閥 14— 二位四通電磁換向閥 15— 油缸 16— 壓力繼電器 17— 溢流閥 18— 油箱 19— 油箱 20— 壓力表 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 控制系統(tǒng)工作原理剖析 系統(tǒng)采用雙泵供油，帶動(dòng)快進(jìn)的串聯(lián)調(diào)速閥 9 回油調(diào)速回路。液壓缸 13 的運(yùn)動(dòng)方向由二位四通電磁換向閥 8 控制。二們?nèi)姶艙Q向閥用于實(shí)現(xiàn)液壓缸 13 的爬行，在調(diào)速閥之前設(shè)置一支精濾器。由下表電磁鐵動(dòng)作順序表容易分析液壓系統(tǒng)油液流動(dòng)路線。 表 5 1 電磁鐵動(dòng)作順序 動(dòng)作 1ya 2ya 動(dòng)作 1ya 2ya 快進(jìn) + 快退 + 工進(jìn) + + 停止 夾緊 夾緊油路需要的壓力一般小于主油路，因而在夾緊油路上裝有溢流閥 7,以減低夾緊缸的壓力，按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵 15 的 3YA 得電，安裝并定位元件。當(dāng)工件定位好以后，發(fā)出信號(hào)合電磁鐵 14 的開(kāi)關(guān)斷電來(lái)夾緊工伯，此時(shí)的油路為： 進(jìn)油路：泵 3→單向閥 6→減壓閥 14→換抽閥 15 左位→液壓缸 18 的上腔； 回油路：液壓腔 18 的下腔→換向閥 15 左位→油箱 快進(jìn) 當(dāng)工作夾緊后油壓升高，壓力繼電器 17 發(fā)出訊號(hào)使 1YA 得電，換向閥 8 的左位開(kāi)始接入油路。由于快進(jìn)時(shí)滑臺(tái)負(fù)載較小，工作壓力不高，變理泵 2 以最大流量輸入，此時(shí)進(jìn)給缸以差動(dòng)連接。其油路為： 進(jìn)油路：油泵 2→單向閥 5→換向閥 8 的左位→缸 13 的左腔。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 回油路：泵 13 的右腔→抽象向閥 12 的左們→缸 13 的左腔 工進(jìn) 當(dāng)鋸片快進(jìn)到指定位置時(shí)觸碰行程開(kāi)關(guān) 1XK，由 1XK 發(fā)出訊差換向閥 12 的 2YA 得電。差動(dòng)連接被打斷，此時(shí)的油路為： 進(jìn)油路：油泵 2→單向閥 5→電磁換向閥 8 的左位→缸 13 的左腔 回油路：缸 13 的右腔→換抽閥 12 的右腔→調(diào)速閥 9→換向閥 8 的左位→油箱。 快退 當(dāng)工作臺(tái)到達(dá)預(yù)定位置，切斷鋼管后，工作臺(tái)碰觸行程開(kāi)關(guān) 2XK 并發(fā)出訊號(hào)，使電磁換向閥 7 的 2YA 失電，其右位接入回路，其此時(shí)的油路： 進(jìn)油路：油泵 2→單向閥 4→電磁換向閥 7 的右位→單向閥 9→電磁換向閥 11 的右位→缸 12 的右位 回油路：缸 12 的左位 →電磁換向閥 7 的右位→油箱 夾緊裝置松開(kāi) 當(dāng)鋸片退回來(lái)原來(lái)位置，碰觸 3XK 時(shí)，發(fā)現(xiàn)永嘉與使電磁換向閥的 2YA 失電，此時(shí)油路中斷，停止運(yùn)動(dòng)。此此同時(shí)，電磁換向閥 14 的 3YAtj jn ,其右位接入回路，使工作松開(kāi)，回路為： 進(jìn)油路：泵→單向閥 5→減壓閥 7→換向閥 14 的右位→缸 15 的下腔 回油路：缸 15 的上腔→換向閥 14 的右位→油箱。 此時(shí)一個(gè)完整的工作循環(huán)完成，當(dāng)下一個(gè)鋼材安裝好以后，再次啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，重新開(kāi)始以上各個(gè)步驟的循環(huán)。 本系統(tǒng)的特點(diǎn) 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 通過(guò)選擇合適的液壓泵流量，避免快進(jìn)快退時(shí)采用單向 節(jié)流閥，不便可以節(jié)省液壓元件和管路，降低成本，而且降低能耗，提高效率。 快時(shí)時(shí)采用關(guān)動(dòng)迦接，并使液壓缸的大小腔面積比為 2,充分利用回油流量對(duì)無(wú)腔的補(bǔ)油作用，不便可以實(shí)現(xiàn)快進(jìn)快退速度相等，而且可使泵的總流量減少一半，減小泵的流量規(guī)格，降低能耗，減少成本，提高效率 。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第三章 主要參數(shù)設(shè)計(jì)和元件選擇 通過(guò)前面的分析和論證，根據(jù)液壓系統(tǒng)的要求，初步確定了系統(tǒng)方案和液壓系統(tǒng)圖。本章主要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)中所給出的主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行性能參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括負(fù)載力的分析與計(jì)逄。 液壓執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)計(jì)算 系統(tǒng)方案論證中已經(jīng)確定本系統(tǒng)的執(zhí)行元件為單桿活塞式液壓缸，通過(guò)它在液壓油的作用下的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工作鋸片的快進(jìn)、工進(jìn)、快退等功能動(dòng)作。通過(guò)對(duì)執(zhí)行元件的受力分析和計(jì)算可以確定液壓缸的尺寸和液壓系統(tǒng)的其它重要性能參數(shù)。 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定的技術(shù)參數(shù) 鋼管最大直徑 216。130mm 最大切削負(fù)載 500N； 運(yùn)動(dòng)部件總質(zhì)量 1300N； 快進(jìn)行程 100 mm； 工進(jìn)行程 135mm； 快進(jìn)行程速度 50mm/s； 工進(jìn)行程速度 2mm/s； 夾緊力 130N； 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 動(dòng) 力分析和負(fù)載圖 動(dòng)力分析是確定液壓系統(tǒng)主要性能參數(shù)的基本依據(jù)，包括液壓執(zhí)行元件的動(dòng)力分析，目的是便于了解運(yùn)動(dòng)過(guò)程的本質(zhì)，查明每個(gè)執(zhí)行元件在其工作中的負(fù)載，位移及速度的變化規(guī)律，并找出最大負(fù)載點(diǎn)和最大速度點(diǎn)。 作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷 Fg,軌道的摩擦力 Ffs、 Ffd，由于速度變化產(chǎn)生的慢性力 Fa. 1. 外負(fù)載阻力 Fg的計(jì)算 由于外負(fù)載阻力就是等于最大切削負(fù)載，即 Fg=5000N. 2. 慣性力的計(jì)算 工件在啟動(dòng)加速或減速制動(dòng)時(shí)的慣性力可以根據(jù)牛頓第二定律按下式進(jìn)行計(jì)算，F(xiàn)a= （ ） 式中 g— 重力加速度 , g=； 速度變化量（ m/s） ；起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間 (s),一般機(jī)械 =,對(duì)輕載低速部件取小值，對(duì)重載高速部件取大值。 Fa= N= 3. 導(dǎo)軌摩擦載荷 對(duì)于平導(dǎo)軌，機(jī)床工作部件對(duì)動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌的法向力 FN=1300N,取 fs=,fd=,則 靜摩擦阻力 Ffs= 1300N=260N 動(dòng)摩擦阻力 Ffd= 1300N=130N 4. 液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)各個(gè)階段的總負(fù)載力 表 31 負(fù)載表 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 循環(huán)動(dòng)作 計(jì)算公式 液壓缸總負(fù)載力（ N） 啟 動(dòng) Ffs 260 加速 Ffd+Fa 快進(jìn) Ffd 130 工進(jìn) Ffd+Fg 5130 反響啟動(dòng) Ffs 260 快退 Ffd 130 停止 FfdFfa 5. 鋸片工進(jìn)速度和快進(jìn)、工進(jìn)、快退時(shí)間 表 32 速度時(shí)間表 工進(jìn)速度 快進(jìn)速度 50mm/s 快進(jìn)時(shí)間 t1=s=2s 工進(jìn)時(shí)間 t2=s= 快退時(shí)間 t2=s= 6. 繪制液壓缸 FL和 VL圖 綜合上述計(jì)算結(jié)果，以行程為橫坐標(biāo)，分別以受力和速度為縱坐標(biāo)繪制 FL和 VL武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 F（ N) 圖 31 FL圖 V(mm/s) 260N 235 5130 260 L(mm) F(N) 235 L(mm) 100 0 V(mm/s) 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺 本系統(tǒng)中，由于活塞桿主要受到壓力， F=，式中 A1=π D2— 無(wú)桿腔活塞有效作用面積 (m2)； A2=π (D2d2)— 有桿腔活塞有效作用面積 (m2)； P1— 液壓缸工作腔壓力 (Pa)； P2— 液壓缸回油腔壓力 (Pa)； D— 活塞直徑； d— 活塞桿直徑。 表 執(zhí)行元件 背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力 /Mpa 簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速回路 — 回油帶調(diào)速閥的系統(tǒng) — 回油帶背壓閥的系統(tǒng) — 用補(bǔ)油泵的閉式回路 — 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 — 3 回油路較短、且直接回油箱的系統(tǒng) 可忽略不計(jì) 1) 初定液壓缸的工作壓力 P1D的確定主要根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段中的最大負(fù) 載力。通用液壓系統(tǒng)一般采用中壓 (30— 50) 105Pa，選 P1=4Mpa。根據(jù)表 3— 3，當(dāng)回油調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)采用調(diào)速閥，此時(shí)選用回油調(diào)速壓力為 P2=。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 2) 液壓缸主要尺寸的計(jì)算。 a) 液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定。 當(dāng)采用差動(dòng)連接時(shí)， A1=2A2，取ｇ m=,有ｇ m(P1A1P2A2)=Fw 從而 A2m2 （ ） 從而 D=m=,取標(biāo)準(zhǔn)值 50mm. 采用差動(dòng)連接，往返速度相等， , 取標(biāo)準(zhǔn)值 32㎜ . 從而知工作腔的面積 : 活塞桿的面積為： 有效工作面積： b) 計(jì)算缸筒壁厚 缸筒壁厚為 ,因?yàn)榇讼到y(tǒng)為中低壓系統(tǒng)，可以用薄臂缸的實(shí)用計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算 ； （ ） 其中 C0— 缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值， m； C1— 缸筒外徑公差余量， m； C2— 缸筒材料的許用應(yīng)力， Mpa， δ b 為缸筒材料的抗拉強(qiáng)度， n為安全系數(shù)，通常取 、 . 當(dāng)時(shí)用鋼材，本處采用 45號(hào)鋼，則有 從而 ，于是有 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 ,查表取標(biāo)準(zhǔn)值，滿足要求。 c) 計(jì)算缸筒壁厚 缸筒底部為平面時(shí)，其厚度 δ 1 可以按照四周嵌住的圓盤(pán)強(qiáng)度近似計(jì)算，其計(jì)算公式為 ,取 . d) 活塞桿及缸筒的長(zhǎng)度計(jì)算 缸筒及活塞桿的長(zhǎng)度與活塞的工作行程有關(guān)。活塞的最大工