【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)化要求； （ 3） 工作臺(tái)快進(jìn)速度為 ，工進(jìn)速度為 sm/103 3?? ； （ 4） 系統(tǒng)發(fā)熱量?。? （ 5） 維修方便。 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 概述 根據(jù)主機(jī)的工作情況、主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求、液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境環(huán)境條件以及成本、經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)濟(jì)性、供貨情況等諸多因素，進(jìn)行全面、綜合的設(shè)計(jì)，從而擬定出一定各方面比較合理的、可實(shí)現(xiàn)的液壓系統(tǒng)的方案。其內(nèi)容包括：油路循環(huán)方式的分析與選擇，油源形式的分析與選擇，液壓回路的分析、選擇與合成，液壓系統(tǒng) 原理圖的擬定、設(shè)計(jì)與分析。 工況分析與初定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 工況分析 為了使設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)合理、實(shí)用，必須對(duì)其進(jìn)行工況分析，以明確機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和負(fù)載的大小及其變化規(guī)律。多軸鉆床的液壓系統(tǒng)主要是在多軸鉆床工作時(shí)，活塞桿推動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)給和后退。下面將對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載的分析以便確定所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。 負(fù)載分析 液壓缸推動(dòng)工作臺(tái)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其克服的主要負(fù)載有：工作負(fù)載 pF ；摩擦負(fù)載 tF ；慣性負(fù)載 mF ；重力負(fù)載 gF ；彈簧壓力 fF 。受力示意圖如圖 51所示： 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 41： 液壓系統(tǒng)受力示意圖 1 液壓缸推力； 2 摩擦負(fù)載； 3 重力負(fù)載； 4 摩擦負(fù)載； 5 工作負(fù)載； 6 彈簧壓力。 （ 1） 工作負(fù)載 pF 多軸鉆床的工作負(fù)載即為擴(kuò)削時(shí)鉆頭產(chǎn)生的軸向力，參 考同組同學(xué)的計(jì)算結(jié)果： NFF op 2 4 7 01024710 ????? 式中： oF —— 單個(gè)鉆頭擴(kuò)削時(shí)所受軸向力 （ 2）摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載 fF 主要包括兩個(gè)方面，一個(gè)是工作臺(tái)的 8 個(gè)滑塊與方形柱面之間產(chǎn)生的摩擦力 39。fF ，二是液壓缸密封裝置的摩擦阻力 fF 。 其中，滑塊與方形柱面間的摩擦力 39。fF 包括兩個(gè)部分，動(dòng)摩 擦 39。fdF 和靜摩擦。 39。fsF fNF ifd ???39。 式中： iN —— 作用在單個(gè)柱面的預(yù)緊力 f —— 柱面與滑塊間的摩擦系數(shù) 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 取 NN 20? ，則： NFNFfdfs 39。39。???????? 液壓缸密封裝置的摩擦阻力 fF計(jì)入液壓缸 的機(jī)械效率中，（取液壓缸的機(jī)械效率 ?m? ）。 （ 3） 慣性負(fù)載 mF 慣性負(fù)載是活塞，活塞桿，夾具和工件，工作臺(tái)在加速和制動(dòng)的過(guò)程中的慣性力，其平均值： )(NtvgGFm ???? 式中： g —— 重力加速度 t?—— 啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間 v? —— t? 時(shí)間內(nèi)的速度變化值 G—— 運(yùn)動(dòng)部件的重量 則： NFm ???? （ 4） 重力負(fù)載 gF 工作臺(tái)及其上部件垂直作用在液壓缸活塞桿上的力， gGF ?? ??? （ 5） 彈簧壓力 kF 彈簧的壓力值界于零到最大值之間，計(jì)算其最大值， F xk?? N108186 ??? 式中： k —— 彈簧的彈性系數(shù) x—— 彈簧的最大壓縮 工作臺(tái)液壓缸在各工況階段的負(fù)載值列于表 4－１中 表 4－１ 各階段負(fù)載值 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 工況 負(fù)載計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 F（ N） 液壓缸推力 F0（ N） 啟動(dòng) fsFF? gF? 3956 4164 加速 gmfd FFFF ??? 3999 428 快進(jìn) gfd FFF ?? 3940 4147 工進(jìn) Ttgfd FFFFF ???? 6518 6861 反向啟動(dòng) tgfs FFFF ??? 4160 4227 反向加速 Tmgfd FFFFF ???? 3957 4165 快退 gds FFF ?? 3908 4114 負(fù)載循環(huán)圖如圖 4－ 2 所示： 圖 4－ 2： 負(fù)載循環(huán)圖 運(yùn)動(dòng)分析 根據(jù)給定條件，快進(jìn)，快退速度為０ .０７２ sm/ ，其行程分別為：２１６ mm和２３６ mm ，工進(jìn)速度為 ?? sm/ ，給出速度循環(huán)圖如圖 5－２所示： 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 （ ） 圖 4－ 3： 速度循環(huán)圖 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與選定 初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)液壓缸推力為： 6865Ｎ，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)并參照同類(lèi)機(jī)床，初選液壓缸的工作壓力為 aP51010? 。 確定液壓缸的尺寸 由于多軸鉆床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度較為簡(jiǎn)單，因此選用單活塞桿液壓缸。管路中有壓力損失，又因管路相對(duì)不復(fù)雜，快進(jìn)時(shí)回油路壓力損失取 aPp ??? ，快退時(shí)回油路壓力損失取 aPp 5101??? ，快退時(shí)，因工作臺(tái)的重力負(fù)載和慣性負(fù)載，在液壓缸進(jìn)油回路上加背壓閥，取背壓值為 aP5105? 。 根據(jù)ＧＢ２３４８－８０，參照同類(lèi)機(jī)床取液壓缸內(nèi)徑 mmD 125? ，根據(jù)公式 24 dPFD ?? ?，可求出液壓缸活塞桿的直徑為： 526 8 6 14125?????d ? 將其圓整為就近的標(biāo)準(zhǔn)值，得 mmd 85? ，于是液壓缸的實(shí)際有效工作面積焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 為： 21 4DA ?? 22 m??? ）（ 222 4 dDA ?? ? 222m??? ）（ 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力，流量和功率計(jì)算 表 4－２： 各工況壓力流量及功率計(jì)算值 工況 計(jì)算公式 )(NFO 液壓缸 aPP 52 10? aPP 510? Ｑ （ sm/3） )(?N 快進(jìn) 啟動(dòng) PAA FP O ???? 211121 VAAQ ）（ ?? QPN 1? 3956 0 376 加速 3999 恒速 3940 工進(jìn) 101 AFP? 21VAQ? QPN 1? 6518 0 快退 啟動(dòng) PA FAPP ???? 2 01214160 0 198 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 加速 321 VAAQ ）（ ??QPN 1? 3957 5 恒速 3908 5 繪制液壓缸工況圖 根據(jù)表 4－１計(jì)算結(jié)果，分別繪制Ｐ－Ｌ，Ｑ－Ｌ和Ｎ－Ｌ圖，如圖 4－ 4 所示。（）（ ）（ ）（ ） 圖 44： Ｐ－Ｌ，Ｑ－Ｌ和Ｎ－Ｌ圖 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 確定液壓系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 油路循環(huán)方式的分析與選擇 液壓系統(tǒng)油路循環(huán)方式分為開(kāi)式和閉式兩種，它們各自的特點(diǎn)及其相互比較見(jiàn)表 43。 表 4— 3： 開(kāi)式系統(tǒng)與閉式系統(tǒng)的比較 油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件。 一般來(lái)說(shuō)，凡備有較大空間可以存放油箱且不需另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)。要求結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，采用節(jié)流調(diào)速或容積一節(jié)濟(jì)調(diào)速 的系統(tǒng)，均宜采用開(kāi)式系統(tǒng)。例如，泵向多個(gè)液 壓執(zhí)行元件供油且功率較小的機(jī)器（如組合機(jī)床、磨床等）、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器（如鏟車(chē)、高空作業(yè)車(chē)、液壓汽車(chē)起重機(jī)，裝載機(jī)及挖掘機(jī)等）以及固定式機(jī)械。 開(kāi)式系統(tǒng) 閉式系統(tǒng) 油液循環(huán)方式 開(kāi)式 閉式 散熱條件 較方便，但油箱較大 較復(fù)雜、須用輔泵換油冷卻 抗污染性 較差，但可采用壓力油箱或呼吸器來(lái)改善 較好，但油液過(guò)濾要求較高 系統(tǒng)效率 管路壓力損失較大。用節(jié)流調(diào)速時(shí)效率低 管路壓力損失較小，容積調(diào)速時(shí)，效率較高 限速、制動(dòng)形式 用平衡閥進(jìn)行能耗限速，用制動(dòng)閥進(jìn)行能耗制動(dòng)，引起油液發(fā)熱 液壓泵由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)限速及制動(dòng)過(guò)程中拖動(dòng)電機(jī)能向電網(wǎng)輸電，回收部分能量，即是再生限速（可省去平衡閥）及再生制動(dòng) 其他 對(duì)泵的自吸性能要求高 對(duì)主泵的自吸性能要求低 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 凡允許采用輔助泵進(jìn)行補(bǔ)油并通過(guò)換油來(lái)達(dá)到冷卻目的的系統(tǒng)，對(duì)工作穩(wěn)定性和效率有較高要求的系統(tǒng)、采用容積調(diào)速的系統(tǒng)，都宜采用閉式系統(tǒng)，對(duì)工作穩(wěn)定性大且換向頻繁的機(jī)構(gòu)（如一些起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)及龍門(mén)刨床，拉床的工作臺(tái)等）、重力下降機(jī)構(gòu)（如不平衡類(lèi)型的起升、動(dòng)臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)等）、要求結(jié)構(gòu)特別緊湊的運(yùn)動(dòng)式機(jī)械（如液壓汽車(chē)平板車(chē)、拖拉機(jī)、礦車(chē)及飛機(jī)等）。大型貨輪的舵、工程船舶調(diào) 距槳等系統(tǒng)也常用閉式系統(tǒng)。 開(kāi)式系統(tǒng)油路組合方式的分析與選擇： 當(dāng)系統(tǒng)有多個(gè)液壓執(zhí)行元件時(shí)，開(kāi)式系統(tǒng)按油路的不同連接方式，又可分為串聯(lián)、并聯(lián)、獨(dú)聯(lián)以及它們的組合－復(fù)聯(lián)等。 （ 1） 串聯(lián) 串聯(lián)方式除第一個(gè)液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油口和最后一個(gè)執(zhí)行元件的回油口分別與液壓泵和油箱連接外，其余壓執(zhí)行元件的進(jìn)、出口依次相連。這種連接方式的特點(diǎn)是多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度不隨外負(fù)載而變，故輕載時(shí)可多個(gè)液壓執(zhí)行遠(yuǎn)件同時(shí)動(dòng)作；但液壓泵的壓力負(fù)擔(dān)重，受原動(dòng)機(jī)功率限制，故重載時(shí)不宜多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作。另外，系統(tǒng)的壓力 損失也較大。 串聯(lián)連接方式適用于中小型工程機(jī)械液壓系統(tǒng)、單泵供油的工程機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)，以保證行走的直線性。 （ 2） 并聯(lián) 在并聯(lián)連接方式中，液壓泵與所有液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油口相連，而其回油口都接油箱。 這種連接方式的特點(diǎn)是多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，負(fù)載小的液壓執(zhí)行元件的速度會(huì)增大，但液壓泵的壓力負(fù)擔(dān)輕，為任一液壓執(zhí)行遠(yuǎn)件的負(fù)載壓力與其相應(yīng)回路的壓力損失之和。 并聯(lián)連接方式適用于多個(gè)液壓執(zhí)行元件不要求同時(shí)動(dòng)作；或要求同時(shí)動(dòng)作但功率較小，或工作時(shí)間較短的，如機(jī)床、機(jī)械手等；也常用于大型工程機(jī)械的雙液壓泵雙回路系 統(tǒng)。 選擇液壓回路 調(diào)速回路 由工況圖 4－ 1 可知，該多軸鉆床液壓系統(tǒng)功率小，因此選用節(jié)流調(diào)速方式，工進(jìn)時(shí)用進(jìn)油路節(jié)流閥來(lái)保證速度穩(wěn)定，快退時(shí)利用節(jié)流閥產(chǎn)生背壓，在回油路上產(chǎn)生阻尼作用。 前面介紹的三種基本回路其速度的穩(wěn)定性均隨負(fù)載的變化而變化，對(duì)于一些焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 負(fù)載變化較大，對(duì)速度穩(wěn)定性要求較高的液壓系統(tǒng)，可采用調(diào)速閥來(lái)改善起速度 負(fù)載特性。 采用調(diào)速閥也可按其安裝位置不同，分為進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流、旁路節(jié)流三種基本調(diào)速回路。 其工作原理與采用節(jié)流的進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路相似，在這里當(dāng)負(fù)載 F 變化而使 變化時(shí)，由于調(diào)速閥中的定差輸出減壓閥的調(diào)節(jié)作用，使調(diào)速閥中的節(jié)流閥的前后壓差 Δp 保持不變，從而使流經(jīng)調(diào)速閥的流量 q1不變，所以活塞的運(yùn)動(dòng)速度 v 也不變。 由于泄漏的影響，實(shí)際上隨負(fù)載 F 的增加，速度 v有所減小。 在此回路中，調(diào)速閥上的壓差Δ p包括兩部分：節(jié)流口的壓差和定差輸出減壓口上的壓差。 所以調(diào)速閥的調(diào)節(jié)壓差比采用節(jié)流閥時(shí)要大， 取 Δp≥58 5Pa。這樣泵的供油壓力 pB相應(yīng)地比采用節(jié)流閥時(shí)也要調(diào)得高些，故其功率損失也要大些。 這種回路其他調(diào)速性能的分析方法與采用節(jié)流閥時(shí)基本相同。 綜上所述， 采用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路的低速穩(wěn)定性、回路剛度、調(diào)速范圍等，要比采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路都好，所以在多軸鉆床的液壓系統(tǒng)中應(yīng)用調(diào)速閥進(jìn)行速度（流量）的調(diào)節(jié)。 換向回路和卸荷回路 多軸鉆床工作臺(tái)采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動(dòng)，由工況圖知，系統(tǒng)壓力和流量都不大，同時(shí)考慮工作臺(tái)工作