【文章內(nèi)容簡介】 液壓缸是將液體壓力能轉(zhuǎn)化為機械能的執(zhí)行元件。液壓缸一般用于實現(xiàn)直線往復(fù)或擺運動等。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，因而在很多液壓傳動機構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于本 系統(tǒng)中的液壓缸是用作推動工作臺上的圓形鋸片作往復(fù)直線運動，所以采用液壓缸。 液壓缸的種類繁多，按作用方式，可分為單作用和雙作用液壓缸。單作用液壓缸只有一個工作油口。在壓力作用下，活塞桿或者柱塞伸出，返回行程靠重力或彈簧力來實現(xiàn)。雙作用液壓缸有兩個工作油口，活塞的往復(fù)運動都是壓力油的作用下實現(xiàn)的。按結(jié)構(gòu)形式，可把液壓缸分為柱塞式液壓缸、活塞式液壓缸、伸縮套筒式液壓缸、組合式液壓缸等。 活塞式液壓缸主要由缸筒、活塞、活塞桿、密封件等零件組成?；钊揭簤焊子须p活塞桿式和單活塞桿式，活塞桿有實心的、也有空心的。由于 設(shè)計中的活塞桿相連的鋸片在單側(cè)進行運動，所以采用單活塞桿式。又由于本系統(tǒng)中的液壓缸需要在換向閥及其它閥類的控制下完成往復(fù)運動，即液壓缸的伸出行程和往復(fù)行程都是在壓力油的作用下完成的，所以系統(tǒng)采用的液壓缸是雙作用活塞式，這樣才能保證工作循環(huán)中快進、工進、暫停和快退的動作順序有兒實現(xiàn)。綜合所述，此次設(shè)計，液壓系統(tǒng)采用的執(zhí)行元件采用直線往復(fù)、雙作用單活塞桿式液壓缸。 液壓控制部分的方案論證 液壓系統(tǒng)中的抓賭我伯是指各類液壓控制閥，其作用是通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中油液的流向、壓力和流量，從而使執(zhí)行元件及其驅(qū)動 的工作機制獲得所需的運動方向。推力及運動速度等，滿足不同的動作要求。液壓閥性能的優(yōu)劣、工作是否可靠對整個系統(tǒng)能否正常工作產(chǎn)生直接影響。 液壓閥按用途可分為壓力閥、流量閥、方向閥；按閥的管路連接方式可分為螺紋連接、板式連接、法蘭連接；按壓力級別分為中低壓閥系列 (63 105Pa)、中高系列 (210武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 105Pa)、高壓系列 (320 105Pa)；按操縱方法可分為手動式、機動式、電動式、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)的相對運動來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 閥和背壓閥來維持系統(tǒng)的工作壓力，保護系統(tǒng)的安全運行。 方向控制閥 方向控制閥是用來使液壓系統(tǒng)中的油路斷或改變油液的流動方向，從而控制液壓執(zhí)行元件的啟動與停止，改變運動方向的閥有單向閥、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方向流動，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)行元件需要長時間保壓、緊鎖等情況，也用于防止立式壓缸停止時自動下滑及速度換接等回路中。 換向閥是復(fù)代芯和閥體間相對位置的不同來變換閥本上和主油口的通斷情況，實現(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、機動、電磁控制、液動、電液動和氣動。 液壓控制閥 流量控制是通過改變閥口通流面積的大小或通道長短來改變局部陰力，從而實現(xiàn)對流量的控制。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 閥是進行了壓力補償節(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)點在于流量穩(wěn)定性好，但是由于液流經(jīng)過調(diào)速閥時，多經(jīng)過一個液陰，壓力損失比較大，常用于負載變化大而對速度控制精 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（論文） 10 壓力控制閥是用來調(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，它們的共同特點是利用閥芯上的液壓作用力與彈簧力相平衡的原理進行工作。 溢流閥的主要用途有兩點：一是用來保持系統(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)計中，系統(tǒng)用溢流閥起過載保護作用，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 鋼管自動切斷液壓系統(tǒng)采用了 PLC 控制，控制電路得到大大簡化。控制電路設(shè)計主要依據(jù)系統(tǒng)工作循環(huán)各節(jié)拍或不同工作狀態(tài)下的電磁鐵動作順序。液壓系統(tǒng)的電氣控制回路包括電動機驅(qū)動回路、主液壓控制回路和輔助液壓回路的控制電話。電動機在系統(tǒng)中的工作時間較長，不經(jīng)常啟停，可設(shè)置成簡單的停止開關(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 控制程序的編寫根據(jù)系統(tǒng)循環(huán)動作各個繼電器的斷開情況來決定。 PLC 主要由中央處理單元 CPU、存儲器、輸入、輸出等部分組成， CPU 的應(yīng)用靈活，擴展性好，操作方便，標(biāo)準(zhǔn)化的硬件和軟件設(shè)計，通用性強、體積小、性價比也高、省電。 繼電器控制 壓力繼電器是壓力 —— 電信號的轉(zhuǎn)換元件，通常由壓力 —— 位移轉(zhuǎn)換部分和微動開關(guān)兩部分組成。當(dāng)被控制壓力達到設(shè)定值時，電器微動開關(guān)動作，從而發(fā)出斷電的電信號來控制系統(tǒng)的有關(guān)動作。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（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（論文） 12 控制系統(tǒng)工作原理剖析 系統(tǒng)采用雙泵供 油，帶動快進的串聯(lián)調(diào)速閥 9 回油調(diào)速回路。液壓缸 13 的運動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。由下表電磁鐵動作順序表容易分析液壓系統(tǒng)油液流動路線。 表 5 1 電磁鐵動作順序 動作 1ya 2ya 動作 1ya 2ya 快進 + 快退 + 工進 + + 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)出信號合 電磁鐵 14 的開關(guān)斷電來夾緊工伯，此時的油路為： 進油路：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 當(dāng)工作夾緊后油壓升高，壓力繼電器 17 發(fā)出訊號使 1YA 得電，換向閥 8 的左位開始接入油路。由于快進時滑臺負載較小，工作壓力不高，變理泵 2 以最大流量輸入，此時進給缸以差動連接。其油路為： 進油路：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（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 當(dāng)鋸片快進到指定位置時觸碰行程開關(guān) 1XK，由 1XK 發(fā)出訊差換向閥 12 的 2YA 得電。差動連接被打斷，此時的油路為： 進油路：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)工作臺到達預(yù)定位置，切斷鋼管后，工作臺碰觸行程開關(guān) 2XK 并發(fā)出訊號，使電磁換向閥 7 的 2YA 失電，其右位接入回路，其此時的油路： 進油路：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 當(dāng)鋸片退回 來原來位置，碰觸 3XK 時，發(fā)現(xiàn)永嘉與使電磁換向閥的 2YA 失電，此時油路中斷，停止運動。此此同時，電磁換向閥 14 的 3YAtj jn ,其右位接入回路，使工作松開，回路為： 進油路：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。 此時一個完整的工作循環(huán)完成，當(dāng)下一個鋼材安裝好以后，再次啟動開關(guān)，重新開始以上各個步驟的循環(huán)。 本系統(tǒng)的特點 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 通過選擇合適的液壓泵流量，避免快進快退時采用單向節(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。 快時時采用關(guān)動迦接，并使液壓缸的大小腔面積比為 2,充分利用回油流量對無腔的補油作用，不便可以實現(xiàn)快進快退速度相等，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（論文） 15 第三章 主要參數(shù)設(shè)計和元件選擇 通過前面的分析和論證，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)計任務(wù)中所給出的主要設(shè)計參數(shù)對液壓系統(tǒng)進行性能參數(shù)的設(shè)計計算，包括負載力的分析與計逄。 液壓執(zhí)行元件的設(shè)計計算 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，通過它在液壓油的作用下的移動來實現(xiàn)工作鋸片的快進、工進、快退等功能動作。通過對執(zhí)行元件的受力分析和計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)計任務(wù)書給定的技術(shù)參數(shù) 鋼管最大直徑 216。130mm 最大切削負載 500N； 運動部件總質(zhì)量 1300N； 快進行程 100 mm； 工進行程 135mm； 快進行程速度 50mm/s； 工進行程速度 2mm/s； 夾緊力 130N； 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 動力分析和負載圖 動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)行元件的動力分析，目的是便于了解運動過程的本質(zhì)，查明每個執(zhí)行元件在其工作中的負載，位移及速度的變化規(guī)律，并找出最大負載點和最大速度點。 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. 外負載阻力 Fg的計算 由于外負載阻力就是等于最大切削負載，即 Fg=5000N. 2. 慣性力的計算 工件在啟動加速或減速制動時的慣性力可以根據(jù)牛頓第二定律按下式進行計算，F(xiàn)a= （ ） 式中 g— 重力加速度 , g=； 速度變化量（ m/s） ；起動或制動時間 (s),一般機械 =,對輕載低速部件取小值，對重載高速部件取大值。 Fa= N= 3. 導(dǎo)軌摩擦載荷 對于平導(dǎo)軌，機床工作部件對動力滑臺導(dǎo)軌的法向力 FN=1300N,取 fs=,fd=,則 靜摩擦阻力 Ffs= 1300N=260N 動摩擦阻力 Ffd= 1300N=130N 4. 液壓缸運動循環(huán)各個階段的總負載力 表 31 負載表 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 循環(huán)動作 計算公式 液壓缸總負載力（ N） 啟動 Ffs 260 加速 Ffd+Fa 快進 Ffd 130 工進 Ffd+Fg 5130 反響啟動 Ffs 260 快退 Ffd 130 停止 FfdFfa 5. 鋸片工進速度和快進、工進、快退時間 表 32 速度時間表 工進速度 快進速度 50mm/s 快進時間 t1=s=2s 工進時間 t2=s= 快退時間 t2=s= 6. 繪制液壓缸 FL和 VL 圖 綜合上述計算結(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（論文） 18 圖。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 F（ N) 圖 31 FL圖 V(mm/s) 260N 2