銑床夾緊裝置液壓系統的設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ＝ ＝根據JB827－66，同時考慮到制作方便，Ⅰ工位夾緊液壓缸兩根油管同時選用101（外徑10mm，壁厚1mm）的10號冷拔無縫鋼管。Ⅱ工位夾緊液壓缸兩根油管同時選用141（外徑14mm，壁厚1mm）的10號冷拔無縫鋼管。由機械設計手冊查得管材的抗拉強度為412MPa，由表46取安全系數為8，按公式對管子的強度進行校核： ≥ （4－4）式中 p——管內最高工作壓力； d——油管內徑； n——安全系數；——管材抗拉強度；——油管壁厚。將數值代入公式（44）得：＝1mm≥= ＝＝1mm≥= ＝所以選的管子壁厚安全。其他油管，可直接按所連接的液壓元、輔件的接口尺寸決定其管徑的大小。 確定油箱容積油箱的作用是儲油，散發油的熱量，沉淀油中雜質，逸出油中的氣體。其形式有開式和閉式兩種：開式油箱油液液面與大氣相通；閉式油箱油液液面與大氣隔絕。開式油箱應用較多。油箱設計要點：1）油箱應有足夠的容積以滿足散熱，同時其容積應保證系統中油液全部流回油箱時不滲出，油液液面不應超過油箱高度的80%；2）吸箱管和回油管的間距應盡量大，之間應設置隔板，以加大液流循環的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質的效果。隔板高度為液面高度的2/3～3/4。吸油管及回油管應插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100μm左右的網式或線隙式過濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過濾器。回油管口要斜切45176。角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時也有利于散熱；3）油箱底部應有適當斜度，泄油口置于最低處，以便排油；4）注油器上應裝濾網；5）油箱的箱壁應涂耐油防銹涂料。油箱的容積可以按照下列經驗公式進行計算： V＝ （4－5）式中 V——油箱的有效容積/L；——液壓泵的總額定流量/； ——與系統壓力有關的經驗系數：低壓系統取=2～4，中壓系統=5～7，高壓系統取=10～12，對對于行走機械取或經常間斷作業的設備，系數取較小值；對于安裝空間允許的固定機械，或需藉助油箱頂蓋安裝液壓泵及電動機和液壓閥集成裝置時，系數可適當取較大值。本設計取=6，將數值代如公式（45）得： V＝614 ＝84 L由于系統的管路布置尚未具體確定，整個系統的壓力損失無法全面的計算，故只能先估算閥類元件的壓力損失，待設計好管路布置圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。在油缸夾緊時，油液依次經過單向閥，疊加式減壓閥，疊加式溢流閥，電磁換向閥，疊加式雙單向節流閥。所以進油路上的壓力損失為＝ （5－1） =式中 ——總的壓力損失； ——各種閥的壓降； ——流經閥的設計流量； ——閥的額定流量。在油缸松開時，退油路上的壓力損失為＝） ＝由此可以看出，系統閥的壓力損失都小于原先的估計值，所以滿足系統的使用要求。因為Ⅱ工位夾緊缸的運動過程是一樣的，使用對此油缸的壓力校驗過程和上面的計算過程是一樣的。如下所示在油缸夾緊時，油液依次經過單向閥，電磁換向閥，疊加式雙單向閥，疊加式雙單項節流閥。進油路上的壓力損失為：＝ =在油缸松開時，退油路上的壓力損失為：＝＝由此看出各種閥同樣滿足使用要求。 估算系統效率由表42和43可以看出，本液壓系統在整個工作循環過程中，液壓缸夾緊是主要的工作過程，所以系統效率、發熱和溫升等可一概用夾緊時的數值計算。系統效率的計算公式為： ＝ （5－2）式中 ——執行元件的負載壓力； ——執行元件的負載流量； ——液壓泵的供油壓力； ——液壓泵的供油流量。Ⅰ工位液壓缸夾緊時，將數值代如公式（52）得：＝ ＝Ⅱ工位液壓缸夾緊時，將數值代入公式（52）得：＝ ＝系統在一個完整的循環周期內的平均回路效率可按下式計算： ＝ （5－3）式中 —— 一個周期的平均回路效率； ——各工作階段的液壓回路效率； ——各個工作階段的持續時間；T——一個完整循環的時間。分別將Ⅰ、Ⅱ工位液壓缸夾緊時的數值代入公式（53）得： ＝ ＝則系統的總效率為： ＝ （5－4）式中 ——液壓泵的總效率，；——液壓回路的效率；——液壓執行元件的總效率。所以： ＝ ＝。整個系統的效率很低，主要是由于溢流損失和節流損失造成的。 系統的發熱和溫升 液壓系統的壓力、容積和機械損失構成總的能量損失，這些能量損失都將轉化為熱量，是系統的油溫升高，產生一系列不良的影響。為此，必須對系統進行發熱和溫升計算，以便對系統溫升進行控制。可按下式估算系統的發熱能量： H＝（1－） （5－5）式中 H——系統產生的熱量；——液壓泵的輸入功率。將數值代入公式（55）得： H＝ ＝1264w表51各種機械允許油溫 液壓設備類型正常工作溫度/最高允許溫度/數控機床30～5055～70一般機床30～5555～70機車車輛40～6070～80船舶30～6080～90冶金機械、液壓機407～060～90工程機械、礦山機械50～8070～90液壓系統中產生的熱量，由系統中各個散熱面散發至空氣中，其中油箱是主要散熱面。因為管道的散熱面相對較小，且與其自身的壓力損失產生的熱量基本平衡，故一般濾去不計。當只考慮油箱散熱時，其散熱量可按下式計算： ＝KA （5－6）式中 K——散熱系數（），計算時可選用推薦值：通風很差K＝8；通風良好K＝14－20；風扇冷卻時，K＝20－25；用循環水冷卻時，K＝110－175； A——油箱散熱面積； ——系統溫升。當系統產生的熱量H等于其散發出去的熱量時，系統達到平衡，此時： ＝H/KA當六面體油箱長、寬、高比例為1：1：1－1：2：3 ，其散熱面積的近似計算公式為： A=所以可以導出： ＝ （5－7）式中 V——油箱的有效容量。取散熱系數K=15，將數值代入公式（57）得： ＝液壓動力源（即液壓泵站）是多種元、附件組合而成的整體。是為一個或幾個系統存放一定清潔度的工作介質，并輸出一定壓力、流量的液體動力，兼作整體式液壓站安放液壓控制裝置基座的整體裝置。，液壓動力源是整個液壓系統或液壓站的一個重要部件，其設計質量的優劣，對液壓設備性能關系很大。 液壓泵站的結構形式液壓泵站上泵組的布置方式分成上置式和非上置式。泵組置于油箱上的上置式液壓泵站中，采用立式電動機并將液壓泵置于油箱之內時，稱為立式（圖61）；采用臥式電動機時稱為臥式（圖62）。非上置式液壓泵站中，泵組與油箱并列布置的為旁置式（圖63）；泵組置于油箱下面時為下置式（圖64）。 本設計采用上置式液壓動力源，即泵組布置在油箱之上的動力源，當電動機臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時，稱為臥式液壓動力源。當電動機立式安裝，液壓泵置于油箱內時，稱為立式液壓動力源。上置式液壓動力源站地面積小，結構緊湊，液壓泵置于油箱內的立式安裝動力源，噪聲低且便于收集漏油。這種結構在中、小功率液壓站中被廣泛采用。本次設計即采用這種結構。當采用臥式動力源時，由于液壓泵置于油箱之上，必須注意各類液壓泵的吸油高度，以防液壓泵進油口產生過大的真空度，造成吸空或氣穴現象。而立式安裝的動力源則可避免這種情況的發生。按泵組流量特性分為定量型和變量型；按泵組驅動方式分為電動型、機動型和手動型。圖61 圖62 圖 63 圖64 液壓裝置按其總體配置分為分散配置型和集中配置型兩種主要結構類型。集中配置型液壓裝置通常是將系統的執行器安放在主機上，而將液壓泵及其驅動電機、輔助元件等獨立安裝在主機之外，即集中設置所謂液壓站。液壓站按控制裝置位置和液壓站功能分為動力型和復合型。其中復合型又分為整體式和分離式；按液壓站規模分為單機型、機組型和中央型；按通用化程度分為專用型和通用型。本次設計采用復合型整體液壓站設計。復合型液壓站是將系統中液壓泵及其驅動電機、油箱及其附件、液壓控制裝置及其他輔助元件等均安裝在主機之外，系統的執行器仍然安裝在主機上。復合型液壓站不僅具有向執行器提供液壓動力的功能，同時還兼具控制調節功能。按照液壓控制裝置是否安裝在液壓泵站上，此種液壓站又可進一步分為整體式液壓站和分離式液壓站。整體式液壓站是將液壓控制裝置及蓄能器等均安裝在液壓泵站上；而分離式液壓站則是將液壓泵及其驅動電動機和油箱及其附件、液壓控制裝置和蓄能器等分裝成液壓泵站、液壓閥站和蓄能器站等幾部分。液壓站的優點是外形整齊美觀，便于安裝維護，便于采集和檢測電液信號以利于自動化，可以隔離液壓系統震動、發熱等對主機精度的影響。疊加式液壓閥簡稱疊加閥，是近十年內在板式閥集成化基礎上發展起來的新型液壓元件。這種閥既具有板式液壓閥的工作功能，其閥體本身又同時具有通道體的作用，從而能用其上、下安裝面呈疊加式無管連接，組成集成化液壓系統。疊加閥自成體系。每一種通徑系列的疊加閥，其主油路通道和螺釘孔的大小、位置、數量都與相應通徑的板式換向閥相同。因此，同一通徑系列的疊加閥可按需要組合疊加起來組成不同的系統。1）塊體結構 集成塊的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設備可用鑄鐵，高壓強振場合要用鍛鋼。塊體加工成正方體或長方體。通常其四周除1面安裝通向液壓執行器（液壓缸或液壓馬達）的管接頭外，其余3面安裝標準的板式液壓閥及少量的疊加閥或插裝閥，這些閥之間的油路聯系由油路塊內部的通道孔實現，塊的上下兩面為塊間疊積結合面。比較簡單的液壓系統，其閥件較少，可安裝在同一個集成塊上。如果液壓系統復雜，控制閥較多，就要采取多個集成塊疊積的形式。如果系統為比較復雜的液壓系統，各種閥可安裝在相互疊積的集成塊上，上下面一般為疊積接合面，鉆有公共壓力油孔P，公用回油孔T，泄漏油孔L和4個用以疊積緊固的螺栓孔。P孔，液壓泵輸出的壓力油經調壓后進入公用壓力油孔P，作為供給各單元回路壓力油的公用油源。T孔，各單元回路的回油均通到公用回油孔T，流回到油箱。L孔，各液壓閥的泄漏油，統一通過公用泄漏油孔流回油箱。2）集成塊結構尺寸的確定 外形尺寸要求滿足閥件的安裝，孔道布置及其他工藝要求。為減少工藝孔，縮短孔道長度，閥的安裝位置經仔細考慮，使相通油孔盡量在同一豎直面上，一定要保證三個公用油孔的坐標相同，使之疊積起來后形成三個主通道。各通油孔的內徑要滿足允許流速的要求，具體參照管徑的大小確定孔徑，與閥直接相通的孔徑應等于所裝閥的油孔通徑。集成塊設計應注意幾個方面： a閥的選型安裝尺寸； b 整機的結構及管路的布局，應按美觀、管路彎道少、管路順暢的原則選擇閥板上的接管的位置； c 根據a、b兩點進入閥體的具體設計； d 設計時應注意壓力孔壁厚的選擇，實際情況依壓力情況及閥板材料而定； e 另外要注意鉆閥板時工藝要求，例如細長孔鉆頭的偏擺誤差等； f 閥板閥的安裝面粗糙度要求及相交孔毛刺清除等； g 接頭孔間距要求以防兩接頭干涉等現象均是設計閥板時應注意的。對于中低壓系統，油孔之間的壁厚δ，不得小于5mm，高壓系統應更大些。本系統屬于中低壓系統，δ不得小于5mm。液壓系統的故障是多種多樣的，這些故障有的是有某一液壓元件失靈而引起的；有的是系統中多個液壓元件的綜合性因素造成的；有的是因為液壓油被污染造成的；有的是機械、電器以及外界的因素引起的，但液壓系統的故障有75%以上與液壓油的污染有關。因此，提高油液的清潔性，實現污染控制，能大幅度降低設備故障的發生。