【正文】 ，并且符合運動要求，液壓缸可采用將活塞桿與箱體連接，動力頭與缸筒焊接的方式水平布置。 液壓系統(tǒng)原理圖的繪制 液壓系統(tǒng)工作循環(huán)圖 41： 圖 41 系統(tǒng)循環(huán)圖 液壓系統(tǒng)原理圖 42： 24 圖 42液壓系統(tǒng)原理圖 其工作原理為： 參見《液壓與氣壓傳動》 [16]第 4 版，左健民主編， 164 頁： YT4543 動力滑臺的液壓系統(tǒng)的工作原理。 25 五 PLC 控制系統(tǒng)設計 PLC 控制系統(tǒng)分析 PLC（可編程控制器的簡稱）， 一種以微處理為核心并使用各種軟件手段來實現(xiàn)各種不同條件下的控制的工業(yè)控制器 。 可以說，現(xiàn)在可編程控制器已經成為自動化控制系統(tǒng)中應用最為廣泛的控制裝置。 為了實現(xiàn)液壓鉆動力頭進給運動的控制，我們必須首先設計出與之對應的機械和液壓回路系統(tǒng)的 PLC控制系統(tǒng) 。由以上分析，該方案不僅操作簡單，價格低廉，而且控制精度高，工作可靠等。 這樣的話工人的勞動強度得到極大的降低，還在一定程度上提高了生產效率 。 [13] PLC 控制系統(tǒng)設計 我們可以根據液壓回路的設計，完成了電氣控制系統(tǒng)，從而使主軸在作主運動的同時，還能實現(xiàn)進給運動：快進 — 工進 — 延時 — 快退 — 停止 。 （ 1） 快進 按下 SB2， KA1自鎖， 1YA得點使電磁換向閥位于左位，實現(xiàn)快速進給。 （ 2） 工進 當鉆頭碰到工件時，開關 SQ1 接通，繼電器 KA2 得電，使開關 KA2 閉合， 3YA 的電使速度換向閥啟動，實現(xiàn)工作進給運動。 （ 3） 暫停 通過端子板進行位置檢測，當鉆頭進給到一定程度時， SQ2 開關接通，繼電器 KT得電，使開關 KT 斷開，從而使各支路斷開，開關復位，進給運 動停止。 （ 4） 快退 延時開關 KT 延時到預定時間后接通， 2YA得點事電磁換向閥右位接通，實現(xiàn)快速退回。 （ 5） 當鉆頭退到原始位置時， SQ1接通，繼電器 KA3得點時開關 KA3斷電， 切斷了整個系統(tǒng)的回路，同時主軸也停止了快退。 動力頭電氣原理圖如圖 51 26 圖 51 電氣原理圖 數(shù)控液壓鉆動力頭的動作順序如圖 52所示，其中， 1ST*SB表示 1ST與 SB同時閉合；“ +”代表電磁閥得電，“ ”表示電磁閥失電。 部序 輸入條件 輸出 1YA 2YA 3YA 原位 1ST 快進 1ST*SB + 工進 2ST + + 延時 3ST 快退 3ST*KT + 原始 1ST 圖 52 動作順序圖 PLC現(xiàn)場實際連接圖如圖 53 圖 53 現(xiàn)場實際連接圖 27 六 液壓元件的選擇計算 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)往復運動最大運動速度： 液壓系統(tǒng)往復運動最大行程： 初選系統(tǒng)的工作壓力 我們知道，工作壓力的選擇要根據多個方面來綜合考慮，不僅要根據設備類型和工作載荷的大 小，還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、供應條件和經濟條件的對工作壓力的限制。 具體可參考表 61和表 62。 表 61 按載荷選擇工作壓力 載荷 104 N 12 23 35 5 工作壓力 MPa 34 45 ≥ 57 表 62 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力 機械類型 機 床 農業(yè)機械、小型工程機械、建筑機械 液壓機、大中型挖掘機、重型機械 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 工作壓力 MPa 35 28 810 1018 2032 根據系統(tǒng)的載荷大小和表 1表 2中的數(shù)據進行綜合考慮，初步選定系統(tǒng)壓力為 5MPa。 液壓缸主要尺寸的設計計算 液壓缸主要尺寸的計算 液壓缸有關設計參數(shù)如下圖所示，則存在活塞桿受力為： mms 240?min/8mv?AppF )( 21 ?? 28 式中 — 活塞的有效工作面積 1p — 液壓缸工作腔壓力 Pa 2p — 液壓缸回油腔壓力 Pa ， 可根據回路的具體情況來確定 ，初算時可參照表 3 取值。 D — 活塞直徑 m d — 活塞桿直徑 m 表 63 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力 MPa 系統(tǒng)類型 背壓力 MPa 簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調速系統(tǒng) 用補油泵的閉式回路 回油帶調速閥的系統(tǒng) 多用于 回油路較復雜的工程機械 回油路設置有背壓閥的系統(tǒng) 多用于 回油路較短，且直接接回油箱 可忽略計 在此次設計中， 我們可以看到，我們的 回油路 線 較短，且直接接回油箱，故背壓力 可以 忽略不計。 一般來說，在 2個工況下的液壓缸，活塞面積計算公式 ： 運用上式計算活塞直徑和活塞桿的直徑，必須先確定活塞直徑 D 與活塞桿直徑 d 的關系，令桿徑比 Dd/?? ， 由于 為 單 桿雙作用缸，往返速度相等 。 液壓缸的選型 我們在前面已經計算出來了活塞桿直徑 d和活塞直徑 D,但是這只是理論計算出來的，還要按國家標準規(guī)定的液壓缸的相關標準進行調整 。如果 說計算結果 與標準值液壓缸參數(shù)相差不到 ， 則 最好選用標準液壓缸， 這是為了免去自行設計和加工 。 經常使用到的液壓缸內徑及活塞桿直徑可以通過查閱有關表格 。本次設計將標準液壓缸加以技術改造，如下圖61 4 )(22 dDA ?? ?21224 )( pp FdDA ???? ? 29 圖 61 液壓缸 進給機構帶動動力頭前進或后退達到鉆進或后退的目的，本設計采用長行程單桿液壓缸進給機構，動力頭 給進機構如上圖。 活塞桿是雙層使用時，這時活塞桿是固定不動的，而動力頭是固定在滑板上的，從而當液壓缸移動時，固定在滑板上的動力頭隨著移動 。當b 孔進油時通過內層油管進入液壓缸上腔，下腔油通過 a 孔返回油箱，進行后退工作。當a 空進油時，通過兩層夾管進入液壓缸下腔，下腔油通過 b 孔返回油箱，進行給進工作。由于上腔工作面積大于下腔工作面積，所以提升力大于給進力，滿足鉆進工藝要求。進給機構由滑板、進給油箱等組成。進給油箱帶動滑板在導軌上移動，動力頭通過套筒與滑板焊接傳遞動力，因此，動力頭對鉆具的加、減壓給進由給進油缸直接驅 動，剛性大導向性好、間隙可調節(jié)。 表 64 常用液壓缸內徑 mm 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 表 65 常用活塞桿直徑 mm 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 根據表 64和表 65的標準值，最終選定活塞直徑 D 為 mm90 ， 活塞桿直徑 d 為 32mm。 國家標準的活塞行程系列如下表所示： 表 66 活塞行程 mm 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 計算所得的液壓缸行程為 mm240 ，根據標準值，選活塞行程為 mm250 。 30 根據機械設計手冊和網上查的的液壓產品資料，選定的液壓缸的型號為1001 ?EHGY ?? 。工作類型為等速缸，額定壓力為 7MPa，采用底角形式安裝，活塞桿端用外螺紋連接，缸徑為 100mm，活塞桿徑為 32mm，行程為 250mm。 液壓缸流量的計算 當活塞桿運動時： 式中 v? — 容積效率。采用彈性物密封圈時 1?v? ；采用金屬環(huán)時， ?v? 。 由于選用的液壓缸采用彈性密封圈密封，故 1?v? ，則 ： 液壓泵 我們知道，液壓泵的能量轉換形式為機械能轉換成液壓能的裝置 。 在液壓系統(tǒng)中，液壓泵作為動力源，為液壓系統(tǒng)提供液壓壓力。 液壓泵的分類和用途 我們知道液壓泵到的分類可根據其不同的結構來劃分，通常情況下我們可以劃分為齒輪泵、柱塞泵、葉片泵和螺桿泵四種 。 液壓泵的選擇 我們在選擇合適的液壓泵的時候，要在保證其可靠性、使用壽命、維護保養(yǎng)等方面外，還應考慮各種參數(shù)對結構的影響，例如以下參數(shù)就對我們的選擇起到很大的影響，有工作壓力、轉速、流量和液壓油的相容性 。 根據設計需要及結構布置， 選擇雙作用葉片泵，性能如下： 定量葉片泵，型號 YB2E,排量 10200mL?r1,壓力 16Mpa，轉速 1450r?min1 sLq v / )( 3322 ?????? ??vvvdDq ?? 4 )( 22 ?? 31 七 結論 本設計以液壓鉆動力頭為設計對象，選用可更換齒輪實現(xiàn)多個進給速度并結合花鍵傳遞液壓控制的綜合設計 方案， 我們在進行有關主軸選擇計算、液壓系統(tǒng)的設計以及關鍵零部件的設計校核的時候，我們時刻要記住，在保證強度和使用壽命的同時，還有考慮對結構和參數(shù)的優(yōu)化設計 ，并滿足各零部件等強度等壽命的要求。 本次設計主要做了以下工作： 1） 根據已知的轉速、行程等計算出轉矩，并初步選擇標準液壓 缸； 2） 對選擇的各元件， 在保證強度和壽命的條件下進行了結構和參數(shù)等的優(yōu)化，實現(xiàn)了傳動機構的輕量化和 各零部件和等強度等壽命的總體要求； 3） 對軸和鍵的結構進行了設計和相關強度的校核，對機體的結構進行優(yōu)化設計并完成了軸承的強度校核 ； 4） 根據上面的設計及計算，我們繪制出了液壓鉆動力頭的總裝配圖，以及主軸，箱體和液壓系統(tǒng)的零件圖 。 以上內容為本學期的主要工作，由于時間和精力的限制，內容中尚有一些不完善的地方，有待以后進一步的深入研究。 32 八 致謝 本 次畢業(yè) 論文是在孫金風副教授悉心指導 下完成的。 孫老 師 那 淵博的專業(yè)知識， 精益求精的工作作風， 嚴謹?shù)?治學態(tài)度 ，平易近人的人格魅力 等等都無時無刻在激勵著我前行 。本論文從選題到完成，每一步都是在孫老師的指導下完成的，傾注了老師大量的心血和汗水。在此，謹向孫老師表示崇高的敬意和由衷的感謝！ 本次畢業(yè)論文 不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文的順利完成，離不開各位老師、同學和朋友的關心和幫助。 四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個 完美的 句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始 ，勇往前進 。在未來的日子里，我會更加努力的學習和工作，不辜負 老師、 父母 和朋友 對我的 殷切期望！我一定會加倍努力，爭取更大的進步！ 33 參 考 文 獻 [1] 上海紡織工學院、哈爾濱工業(yè)大學、天津大學 .機床設計圖冊 .上?？茖W技術出版， 1979. [2] 徐 .機械設計手冊第 5卷 .機械工業(yè) 出版社， 1995. [3] 朱龍根 .簡明機械零件設計手冊 .機械工業(yè)出版社。 1997. [4] 清華大學精密儀器系液壓教材編寫組 .金屬切削機床液壓傳動 .人民教育 出版社， 1980. [5] 成大先 .機械設計手冊第三版第 2卷 .化學工業(yè)出版社， 1998. [6] 龍振宇 .機械設計 .機械工業(yè)出版社 2022. [7] 祖業(yè)發(fā) .現(xiàn)代機械制圖 .機械工業(yè)出版社 2022. [8] 張利平等 .液壓氣動技術速查手冊 .化學工業(yè)出版社， 2022. [9]趙大興 現(xiàn)代工程圖學 湖北科學技術出版社 [10]楊練根 互換性與技術測量 華中科技大學出版社 [11]汪建曉 機械設計 華中科技大學出版社 [12]詹友剛 機械設計教程 機械工業(yè)出版社 [13]吳斌方 范超毅 數(shù)控技術課程設計 華中科技大學出版社 [14]唐 增寶 常建娥 機械設計課程設計 華中科技大學出版社 [15]工業(yè)設計院 機構 /運動分析 清華大學出版社 [16]左健民 液壓與氣壓傳動 機械工業(yè)出版社 [17]陳儀先 機械制造基礎 中國水利水電出版社