【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 發(fā)展，中小型多功能工程機(jī)械也將在我國(guó)推廣應(yīng)用，而它們無疑將首先采用靜液壓傳動(dòng)作為其主要傳動(dòng)裝置。國(guó)內(nèi)工程機(jī)械企業(yè)應(yīng)該看到中小型多功能工程機(jī)械的發(fā)前景，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外靜液壓元件生產(chǎn)企業(yè)共同開展對(duì)它們的研究開發(fā)，以促進(jìn)中小型多功能工程機(jī)械在我國(guó)的發(fā)展。 （ 3）在國(guó)內(nèi)大型鏟土運(yùn)輸和起重機(jī)械中，由于配套的靜液壓與電子控制元件的技術(shù)難度大，價(jià)格太高，在國(guó)內(nèi)用戶中難以接受。因此，在我國(guó)暫時(shí)不宜將靜液壓傳動(dòng)研究開發(fā)的重點(diǎn)放在與大型鏟土運(yùn)輸和起重機(jī)械配套上，而應(yīng)將重點(diǎn)放在上述兩類工程機(jī)械上。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 2 液壓傳動(dòng)的工作原理和組成 液壓傳動(dòng)是用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式。液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件 (缸或馬達(dá) )把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu) ，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 。 驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)是由油箱、過濾器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭等組成。 工作原理 1)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵經(jīng)濾油器從油箱中吸油，油液被加壓后 ,從泵的輸出口輸入管路。油液經(jīng)開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞而使工作臺(tái)左右移動(dòng)。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。 2)工作臺(tái)的移動(dòng)速度是通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量減少，工作臺(tái)的 移動(dòng)速度減少。由此可見，速度是由油量決定的。 液壓系統(tǒng)的基本組成 1）能源裝置 —— 液壓泵。它將動(dòng)力部分（電動(dòng)機(jī)或其它遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。 2）執(zhí)行裝置 —— 液壓機(jī)（液壓缸、液壓馬達(dá)）。通過它將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，推動(dòng)負(fù)載做功。 3）控制裝置 —— 液壓閥。通過它們的控制和調(diào)節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向 ， 根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥 (安全閥 )、減壓閥、順序閥、 壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥 。 4）輔助裝置 —— 油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關(guān)等 .通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來，以實(shí)現(xiàn)各種工作循環(huán)。 5）工作介質(zhì) —— 液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 1）在相同的體積下，液壓執(zhí)行裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動(dòng)力。在同等功率的情況下，液壓執(zhí)行 裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的 12%左右。 2）液壓執(zhí)行裝置的工作比較平穩(wěn)。由于液壓執(zhí)行裝置重量輕、慣性小、反應(yīng)快，所以易于實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)、制動(dòng)和頻繁地?fù)Q向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)到每分鐘 500 次，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)每分鐘1000 次。 3）液壓傳動(dòng)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速（調(diào)速比可達(dá) 1： 2021），并可在液壓裝置運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。 4）液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因?yàn)樗菍?duì)液體的壓力、流量和流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。當(dāng)液壓控制和電氣 控制或氣動(dòng)控制結(jié)合使用時(shí)，能實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的順序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。 5）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)且液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。 6）由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) 1)液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免地要有泄漏，同時(shí)，液體又不是絕對(duì)不可壓縮的，因此不宜在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合采用，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的內(nèi)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)。 2）液壓傳動(dòng)在工作過程中有較多的能量損失，如摩擦損失、泄漏損失等，故不宜于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。 3）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，油溫變化會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。因此，在低溫和高溫條件下，采用液壓傳動(dòng)有一定的困難。 4）為了減少泄露，液壓元件的制造精度要求高，因此，液壓元件的制造成本高，而且對(duì)油液的污染比較敏感。 5）液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難，因此對(duì)維修人員提出了更高的要求，既要系統(tǒng)地掌握液壓傳動(dòng)的理論知識(shí)，又要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 6）隨著高壓、高速、高效率和大流量化，液壓元件和系統(tǒng)的噪聲日益增大，這也是要解決的問題。 總而言之，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是突出的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)將得到克服， 液壓傳動(dòng)將日益完善，液壓技術(shù)與電子技術(shù)及其它傳動(dòng)方式 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 的結(jié)合更是前途無量。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 4 液壓系統(tǒng)工況分析 運(yùn)動(dòng)分析 繪制動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)圖 負(fù)載分析 負(fù)載計(jì)算 （ 1） 工作負(fù)載 工作負(fù)載 為已知 FL=28000`N （ 2）摩擦阻力 負(fù)載 已知采用平導(dǎo)軌，且 靜摩擦 因數(shù) ju =,動(dòng)摩擦 因數(shù) ud=,則： 靜摩擦 阻力 ujF = 9810N=981N 動(dòng)摩擦阻力 udF = 9810N=1962N （ 3）慣性負(fù)載 動(dòng)力滑臺(tái)起動(dòng)加速，反向起動(dòng)加速和快退減速制動(dòng)的加速度的絕對(duì)值相等，既△ u=，△ t=，故慣性阻力為： aF =ma=G△ u/g△ t=（ 9810 ） 247。 （ ） =4004N （ 4）由于動(dòng) 力滑臺(tái)為臥式放置，所以不考慮重力負(fù)載。 （ 5）關(guān)于液壓缸內(nèi)部密封裝置摩擦阻力 Fm 的影響，計(jì)入液壓缸的機(jī)械效率中。 （ 6）背壓 負(fù)載 初算時(shí)暫不考慮 液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算： （ 1） 啟動(dòng)時(shí) F1= ujF /η cm=1962/=2180N （ 2）加速 時(shí) F2=（ udF + aF ） /η cm=（ 981+4004） /=5538N （ 3）快進(jìn) 時(shí) F3= udF /η cm=981/=1090N （ 4）工進(jìn) 時(shí) F4=( qF + udF )/η cm=(28000+981)/=32201N 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 （ 5）快退 時(shí) F5= udF /η cm=981/=1090N 繪制動(dòng)力滑臺(tái)負(fù)載 循環(huán) 圖，速度 循環(huán) 圖（見圖 1） 圖 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 確定液壓缸的工作壓力 參考課本資料 ,初選液壓缸工作壓力 p1=40 106 Pa 確定缸筒內(nèi)徑 D，活塞桿直徑 d A=Fmax／ pη =7276 D= 64 4 7 2 7 6 1 0 963 . 1 4A m m m m?????? 按 GB/T2348—— 1993，取 D=100mm d==71mm 按 GB/T2348—— 1993，取 d=70mm 液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算 無桿腔面積 A1=π D2/4= 1002/4 mm2=7850mm2 有桿腔面積 A2=π（ D2－ d2） /4=（ 1002－ 702） /4 mm2=4004 mm2 活塞桿面積 A3=π D2/4= 702/4 mm2=3846 mm2 最低穩(wěn)定速度驗(yàn)算 最低 穩(wěn)定 速度為工進(jìn)時(shí) u=50mm/min，工進(jìn)采用無桿腔進(jìn)油，單向行程調(diào)速閥調(diào)速，查得最小穩(wěn)定流量 qmin= A1≥ qmin/umin= 滿足最低 穩(wěn)定 速度要求。 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力、流量、功率列于表（ 1） 表（ 1）液壓缸壓力、流量、功率計(jì)算 工 況 差 動(dòng) 快 進(jìn) 工 進(jìn) 快 退 啟 動(dòng) 加 速 恒 速 啟 動(dòng) 加 速 恒 速 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 工 況 差 動(dòng) 快 進(jìn) 工 進(jìn) 快 退 啟 動(dòng) 加 速 恒 速 啟 動(dòng) 加 速 恒 速 計(jì) 算公 式 p= F/A3 q= u3A3 P=pq p=(F+ p2A2) / A1 q= u1 A1 P=pq p=(F+ p2A1) / A2 q= u2 A2 P=pq 速 度m/s u2= u1=3 104~5 103 u3= 有 效面 積m2 A1=7850 106 A2=4004 106 A3=3846 106 負(fù) 載N 3266 3000 1633 32744 3266 3000 1633 壓 力MPa 流 量L/min 23 功 率KW 取 背 壓 力 p2= 取 背 壓 力 p2= 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 5 擬定液壓系統(tǒng)圖 液壓泵型式的選擇 由工況圖可知，系統(tǒng)循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量?jī)蓚€(gè)階段組成，而且是順序進(jìn)行的。從提高系統(tǒng)效率考慮，選用限壓式變量葉片或雙聯(lián)葉片泵教適宜。 將兩者進(jìn)行比較（見表 2） 故 采用雙聯(lián)葉片泵 較好 。 表 2 雙聯(lián)葉片泵 限壓式變量葉片泵 1．流量突變時(shí)，液壓沖擊取決于溢流閥的性能，一般沖擊較小 1．流量突變時(shí)，定子反應(yīng)滯后，液壓沖擊大 2 內(nèi)部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲小，工作性能較好。 2．內(nèi)部徑向力不平衡，軸承較大，壓力波動(dòng)及噪聲較大，工作平衡性差 3．須配有 溢流閥、卸載閥組，系統(tǒng)較復(fù)雜 3．系統(tǒng)較簡(jiǎn)單 4．有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較高 4．無溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升較低 選擇液壓回路 (1) 選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比 qmax/qmin=( 102) ? 60；其相應(yīng)的時(shí)間之比(t1+t3)/t2=(1+)/=。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率 、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源?？紤]到前者流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時(shí)向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖 2a 所示。 (2) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖 2b 所示。 (3) 選擇速度換 接回路 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 （ ? 1/? 2=( 103)? 114），為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖 2c所示。 (4) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。 將上面選出的液壓基本回 路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖 3 所示。在圖 3 中，為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥 6。為了避免機(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)