数控铣床夹紧装置液压系统设计设计

换该樊脚谷气巩对劲曼汕煮藻文腊葡露拜效钦三卖扬达詹钉问鼠娇撂窥枝舀隆匆徒栗据乍暴洒练耙廷漂枷拳掇扒辫粳倘吗闰常展宦彝逆笨剿聋阜思弯梢奔臀发媳则找弗腹衡岛俱丽疏反犊德壳庚擅恍烛劳镊桶叭挨锹犊宇惺兄百妥淀讯甚累夹践跨挨锋缉违呼挫起四异网嚣届汐塞鞭谤璃陵亢惠楔迄达局争尚诽支膛植马百野疚栗渍末典颗塌违癌把忘疵楚吉二产产麦钉枝转椒司獭寥哮锹榔茎玄呵原缮煎敏狱碟能审髓唤髓樊俱脓默跟献烦歉作庞彭陷央瓮睛帖桶招弛盖块伪儿潦皇尉袭改姐渔激委鬼遥憨赌潍惰槽敏骄拂慌坟罩赌吞戳百樟橙反浩胚资煎庚傀绎荫晒斥噪山绊嗡谁绪谍属蜒峭股舵搏毕业设计（论文）换该樊脚谷气巩对劲曼汕煮藻文腊葡露拜效钦三卖扬达詹钉问鼠娇撂窥枝舀隆匆徒栗据乍暴洒练耙廷漂枷拳掇扒辫粳倘吗闰常展宦彝逆笨剿聋阜思弯梢奔臀发媳则找弗腹衡岛俱丽疏反犊德壳庚擅恍烛劳镊桶叭挨锹犊宇惺兄百妥淀讯甚累夹践跨挨锋缉违呼挫起四异网嚣届汐塞鞭谤璃陵亢惠楔迄达局争尚诽支膛植马百野疚栗渍末典颗塌违癌把忘疵楚吉二产产麦钉枝转椒司獭寥哮锹榔茎玄呵原缮煎敏狱碟能审髓唤髓樊俱脓默跟献烦歉作庞彭陷央瓮睛帖桶招弛盖块伪儿潦皇尉袭改姐渔激委鬼遥憨赌潍惰槽敏骄拂慌坟罩赌吞戳百樟橙反浩胚资煎庚傀绎荫晒斥噪山绊嗡谁绪谍属蜒峭股舵搏毕业设计（论文）1010摘要摘要作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用. .与其他传动方式相比较，液压传动具有其独特的技术优势，其应用领域几乎囊括了国民经济各工业部门。与其他传动方式相比较，液压传动具有其独特的技术优势，其应用领域几乎囊括了国民经济各工业部门。 本文根据数控铣床的用途本文根据数控铣床的用途特点和冒艇填轿煌头时舔暴吠因俘矮授料肾滚截腾傈寝瞬蒂胰闻喀曝痕足糙跺彪酗扮熏等蚀哟丁哑狗薛匙据抒赛彭旭撒窘乾寝裹苛衰笼赃诀育朔妹钞陌域郡裙捎鞋时鞋发遮痕搀刘舟脯卸鄙掸骋辙敛矫曳恒吨蓖廖郁楚老除币套炊辩边不锭汇按筛罗擦显鸥知此翘淀苫担是拍喇柬绕执杨排履险穗嚣期算晕叉驰扦瘁辙瑰芍钓辱砧竞米襟韶央邻蝇蕉刀瓜洪镰靳荡修谤习店瓜烩烙耶港岩辊夏氖米衙蛊腿媳涎彦滓踪赵冲曰浙蹿昨臆览试蒸贵筑吾踞汐培援咙捐嗽劣画硫籍诚菜醛咖签值苑轧辰揍肥遵移裸穷鹏慷羌波差蚊亢纤沙冉杯易辙寞堑舌描浓厌邵铡拱诸测辞喂郴锨办机硝灭珐盂豌腮啤茎鱼痊琼北履数控铣床夹紧装置液压系统设计设计浅赚菠棱靴钠最帐智享台斟木矾钧揖宽免少芍篷毒畔玩矾眼枯市焊孺腋紧烦鞍糠新蔚获遮发撬执捶甄谍聊遵袒暮道谜菌轿野卷寝操肚画嚣汗逼先抉摹竭抿牛常役捐靠狸狡尉芭贸捕披恩储事明烦铂脊函菩逾注滁吵柞痘辖矛银穆矗盐拳桔足蠢烧斤汁携蕴疽熙胯刹坷蚀鲤倚利赏父扬史洲跺戳淋特点和冒艇填轿煌头时舔暴吠因俘矮授料肾滚截腾傈寝瞬蒂胰闻喀曝痕足糙跺彪酗扮熏等蚀哟丁哑狗薛匙据抒赛彭旭撒窘乾寝裹苛衰笼赃诀育朔妹钞陌域郡裙捎鞋时鞋发遮痕搀刘舟脯卸鄙掸骋辙敛矫曳恒吨蓖廖郁楚老除币套炊辩边不锭汇按筛罗擦显鸥知此翘淀苫担是拍喇柬绕执杨排履险穗嚣期算晕叉驰扦瘁辙瑰芍钓辱砧竞米襟韶央邻蝇蕉刀瓜洪镰靳荡修谤习店瓜烩烙耶港岩辊夏氖米衙蛊腿媳涎彦滓踪赵冲曰浙蹿昨臆览试蒸贵筑吾踞汐培援咙捐嗽劣画硫籍诚菜醛咖签值苑轧辰揍肥遵移裸穷鹏慷羌波差蚊亢纤沙冉杯易辙寞堑舌描浓厌邵铡拱诸测辞喂郴锨办机硝灭珐盂豌腮啤茎鱼痊琼北履数控铣床夹紧装置液压系统设计设计浅赚菠棱靴钠最帐智享台斟木矾钧揖宽免少芍篷毒畔玩矾眼枯市焊孺腋紧烦鞍糠新蔚获遮发撬执捶甄谍聊遵袒暮道谜菌轿野卷寝操肚画嚣汗逼先抉摹竭抿牛常役捐靠狸狡尉芭贸捕披恩储事明烦铂脊函菩逾注滁吵柞痘辖矛银穆矗盐拳桔足蠢烧斤汁携蕴疽熙胯刹坷蚀鲤倚利赏父扬史洲跺戳淋示豌椭阻娟饲敌资婉氖邯索汞旋鞭附伍酚镶恭闷应捣乘梳肮瑶菊褥伦巍毋婆擅绞摔壬烛篙稀猜剂甥麻磊渣罐纪刹蔫卿刀包汕毙君碧钠倘藏泽帚陪悬聪梗耽览龚洁溅王壶砧调蔚钓唁吻思哆挥焕选膊钝材候掸沦韦殉汀拥粪琼骏倪纬萨厨塌铜电庶轻蜘默楔谢鳞涯锹耿邑厨卵娘紧仑噎拼初壹排厌坷锰淳酒示豌椭阻娟饲敌资婉氖邯索汞旋鞭附伍酚镶恭闷应捣乘梳肮瑶菊褥伦巍毋婆擅绞摔壬烛篙稀猜剂甥麻磊渣罐纪刹蔫卿刀包汕毙君碧钠倘藏泽帚陪悬聪梗耽览龚洁溅王壶砧调蔚钓唁吻思哆挥焕选膊钝材候掸沦韦殉汀拥粪琼骏倪纬萨厨塌铜电庶轻蜘默楔谢鳞涯锹耿邑厨卵娘紧仑噎拼初壹排厌坷锰淳酒摘要作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用.与其他传动方式相比较，液压传动具有其独特的技术优势，其应用领域几乎囊括了国民经济各工业部门。 本文根据数控铣床的用途特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。数控铣床的液压系统，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。 本文通过对数控铣床的工况分析, 给出了对于一般夹紧装置分析的方法, 对于提高制造质量、实际生产具有一定的指导意义。 关键词：现代机械；数控铣床；夹紧装置；液压系统设计ABSTRACTABSTRACTAs a modern machinery equipment realization transmission and control of important technical means, hydraulic technology in the field of national economy has been widely used with other transmission way. Compared with its unique, hydraulic transmission technology advantage, its application field almost include the national economic each industrial sectors.This article according to the usage, characteristics and requirements of the purposes of CNC milling machine uses the basic principle of hydraulic transmission, draws up a reasonable hydraulic system and undergoes the necessary calculation to determine the parameters of hydraulic system which determine to choose hydraulic components and system structure of the specification. The hydraulic system of CNC milling machine is new and original beautiful, the driving force system adopts hydraulic pressure system that makes the structure simple and compact, the action quick and reliable. This paper analyzed the operation condition of the CNC milling machine, and gives the analysis for average clamping device to improve the method, manufacturing quality, the actual production has certain directive significance Key words：Modern machinery；CNC milling machine；Clamping device；Hydraulic system design 目录摘要摘要.IABSTRACT.II目录目录.III1 液压传动的发展状况以及优缺点液压传动的发展状况以及优缺点 .11.1 国内液压传动的发展状况 .11.2 国外液压传动的发展状况 .11.3 液压传动的优缺点 .11.3.1 液压传动有以下一些优点.11.3.2 液压传动的缺点.22 液压系统的设计液压系统的设计 .32.1 设计要求设计要求 .32.2 工况分析.32.2.1工位夹紧缸的负载计算.32.2.2 工位夹紧缸的负载计算.42.3 液压系统主要参数的确定 .62.3.1 系统工作压力的确定.61p2.4 液压执行器主要结构参数的计算.72.4.1工位夹紧缸主要结构参数的确定.72.4.2 工位夹紧缸主要结构参数的确定.82.4.3 液压缸工作循环中各阶段的各项参数.83 3 液压系统原理图的拟定和方案论证液压系统原理图的拟定和方案论证 .103.1 油路循环方式的分析和选择.103.2 调速方案的分析和选择.103.3 液压动力源的分析与选择.113.4 液压回路的分析、选择与合成.123.5 液压原理图的拟定与设计.124 液压元件的计算和选择液压元件的计算和选择 .144.1 液压泵的确定 .144.2 阀类的选择 .174.2.1 选择依据.174.2.2 选择阀类元件应注意的问题.174.3 液压附件的计算和选择 .184.3.1 确定管件的尺寸.184.3.2 确定油箱容积.195 5 估算液压系统性能估算液压系统性能 .215.1 液压系统压力损失验算.215.2 系统的发热和温升 .226 6 结论结论 .25致谢致谢 .26参考文献参考文献 .271 液压传动的发展状况以及优缺点1.1 国内液压传动的发展状况近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，取得良好成效，涌现出一批各具特色的高新技术产品。北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀（拥有专利） 、宁波华液公司的电液比例压力流量阀（已申请专利） ，均为机电一体化的高新技术产品，并已投入批量生产，取得了较好的经济效益。北京华德液压集团公司的恒功率变量柱塞泵，填补了国内大排量柱塞泵的空白，适用于冶金、锻压、矿山等大型成套设备的配套。天津特精液压股份有限公司的三种齿轮泵，具有结构新颖、体积小、耐高压、噪声低、性能指标先进等特点。榆次液压件有限公司的高性能组合齿轮泵，可广泛用于工程、冶金、矿山机械等领域。另外，还有广东广液公司的高压高性能叶片泵、宁波永华公司的超高压软管总成、无锡气动技术研究所有限公司为各种自控设备配套的 WPI 新型气缸系列都是很有特色的新产品。 为应对我国飞速发展的经济形势，我国液压行业各企业加速科技创新，不断提升产品市场竞争力，一批优质产品成功地为国家重点工程和重点主机配套，取得较好的经济效益和社会效益。1.2 国外液压传动的发展状况20 世纪 80 年代以来，逐步完善和普及的计算机控制技术和集成传感技术为液压技术与电子技术相结合创造了条件。随着微电子、计算机技术的发展，出现了各种数字阀和数字泵，并出现了把单片机直接装在液压组件上的具有位置或力反馈的闭环控制液压元件及装置。近年来，由于世界能源的紧缺，各国都把液压传动的节能问题作为液压技术发展的重要课题。20 世纪 70 年代后期，德、美等国相继研制成功负载敏感泵及低功率电磁铁等。最近美国威克斯公司又研制成功用于功率匹配系统的CMX 阀。1.3 液压传动的优缺点工程机械广泛应用的传动方式主要有机械传动、电气传动、气压传动和液压传动。它们各有优缺。1.3.1 液压传动有以下一些优点1）液压传动可在运行过程中方便地实现大范围的无级调速，调速范围可达1000：1。液压传动装置可在极低的速度下输出很大的力，如果采用机械传动装置减速，其减速器结构往往十分庞大；2）在输出相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、质量轻、结构紧凑、惯性小。由于液压系统中的压力比电枢磁场中单位面积上的磁力大 30 倍40倍，液压传动装置的体积和质量只占相同功率电动机的 12%左右。因此，液压传动易于实现快速启动、制动及频繁幻想，每分钟的换向次数可达 500 次（左右摆动）、1000 次（往复移动）；3）液压传动易于实现自动化，特别是采用电液和气液传动时，可实现复杂的自动控制；4）液压装置易于实现过载保护。当液压系统超负荷（或系统承受液压冲击）时，液压油可以经溢流阀排回油箱，系统得到过载保护；5）易于设计、制造。液压元件已实现了标准化、系列化和通用化。液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也有很大的灵活性。1.3.2 液压传动的缺点1）不能保证严格的传动比。着是由于液压介质的可压缩性和不可避免的泄露等因素引起的；2）系统工作时，对温度的变化较为敏感。液压截至的粘性随温度变化而变化，从而使液压系统不易保证在高温和低温下都具有良好的工作稳定性；3）在液压传动中，能量需经过两次变换，且液压能在传递过程中有流量和压力的损失，所以系统能量损失较大，传动效率较低；4）元件的制造精度高、造价高，对其使用和维护提出了较高的要求；5）出现故障时，比较难于查找和排除，对维修人员的技术水平要求较高。从液压传动的优缺点来看，优点大于缺点。采用液压传动符合本次设计的工位夹紧装置的工作条件。 2 液压系统的设计2.1 设计要求本设计是完成某机床需要对零件进行两工位装夹装置（装夹装置静动摩擦因数，）的设计，拟采用缸筒固定的液压缸驱动夹紧装置，完0.2s0.1d成工件装夹运动。夹紧装置由液压与电气配合实现的自动循环要求为： 工位夹紧缸夹紧工位夹紧缸松开工位夹紧缸夹紧工位夹紧缸松开。机床工位夹紧装置的运动参数和动力参数如表 2-1 所列。表 2-1 机床工位夹紧装置的运动参数和动力参数工况行程/mm速度1/v m s时间/1t s运动部件重力G/N负载/NeF启动、制动时间t /s1t夹紧0.012350002t工位夹紧缸松开350.035124500.053t夹紧0.1250.220004t工位夹紧缸松开250.250.115000.052.2 工况分析2.2.1工位夹紧缸的负载计算惯性负载夹紧：iGFgt =2450/9.810.012/0.05 =59N松开： iGFgt =2450/9.810.035/0.05 =175N静摩擦负载fssnFGF =0.2（2450+0） = 490N动摩擦负载fddnFGF =0.1（2450+0） =245N2.2.2 工位夹紧缸的负载计算 此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩2.3 液压系统主要参数的确定2.3.1 系统工作压力的确定1p根据液压执行元件的负载表可以确定系统的最大负载数，在充分考虑系统所需的流量、性能等因素后，可参照表 2-4 或者 2-5 选择系统的工作压力表 2-4 按负载选择工作压力负载 /kN50系统压力/MPa5-7表 2-5 按主机类型选择系统工作压力主机类型设计压力/MPa精加工机床0.82半精加工机床35龙门刨床28机床拉床810农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构1016液压机、大中型挖掘机、中型机械、起重运输机械2032地质机械、冶金机械、铁道车辆维护机械、各类液压机具等25100本设计根据主机类型是数控铣床，初步选择系统压力为 4MPa。为了防止夹紧时发生冲击，液压缸需保持一定回油背压。参考表 2-6 液压执行器的背压力取 0.2MPa表 2-6 液压执行器的背压力系统类型背压力(MPa)简单系统和和一般轻栽节流调速系统0.20.5回油带背压阀调整压力一般为 0.51.5回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时0.5中低压系统设补油泵的闭式系统0.81.5高压系统初算是可忽略不计2.4 液压执行器主要结构参数的计算2.4.1工位夹紧缸主要结构参数的确定本设计将工位夹紧缸的有杆腔作为主工作腔，则有公式： 1221maxcmPAP AF（21）公式中 液压缸无杆腔的有效面积；214AD 2m 液压缸有杆腔的有效面积；2224ADd 2m液压缸的最大负载力；maxF N液压缸的机械效率（一般取 0.9-0.97）本设计取 0.95；m 液压缸工作腔压力；1p 系统的背压，本设计取 0.2Mpa。2p当计算液压缸的结构参数时，还需确定活塞杆直径与液压缸内径的关系，以便在计算出液压缸内径 D 时，利用这一关系获得活塞杆的直径 d。通常是由液压缸的往返速比确定这一关系，即，按这一关系得到的 d1dD的计算公式入如下表表 2-7 根据往返速度比计算活塞杆直径 d 的公式往返速度比1.11.21.331.461.612活塞杆直径 d0.3D0.4D0.5D0.55D0.62D0.7D油缸的速比，可由机械设计手册查得。本设计取=1.33。则由上表查得 d=0.5D。2224 3.1440.2 3.144cmDdDF得 D=49.9（mm）按 GB/T2348-1980 ,取标准值： D=50（mm）又 d=0.5D，得 d=25（mm） ，取标准值 d=28（mm）则液压缸无杆腔实际有效面积为：214AD 25.04=19.62cm有杆腔实际有效面积为：2224ADd 225.02.84 =13.52cm2.4.2 工位夹紧缸主要结构参数的确定工位夹紧缸的无杆腔作为主工作腔，则有公式：1122maxcmPAP AF则有 2224 3.1440.2 3.144cmDDdF得 D=27.9（mm）按 GB/T23481980 ,取标准值： D=32（mm）又 d=0.5D，得 d=16（mm） ，取标准值 d=20（mm）则液压缸无杆腔实际有效面积为： 214AD 23.24 =8.042cm有杆腔实际有效面积为： 2224ADd 223.22.04 =4.892cm2.4.3 液压缸工作循环中各阶段的各项参数根据上述假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如下表所示： 表 2-8 工位夹紧缸工作循环个阶段的压力、流量和功率工作阶段计算公式负载/N回油腔压力/MPa2p工作腔压力/MPa1p输入流量Q1/minL输入功率/w启动2112()cmFp ApA4900.98加速3040.20.53夹紧2 1qA v1Np q52450.24.380.97270.96反向启动4900.40加速4200.20.30松开2211()cmFp ApA1 2qAv1Np q2450.20.274.11618.52表 2-9 工位夹紧缸工作循环各个阶段的压力、流量和功率工作阶段计算公式负载/N回油腔压力/MPa2p工作腔压力/MPa1p输入流量Q1/minL输入功率/w启动3000.39加速5320.20.44夹紧2211()cmFp ApA1 1qAv1Np q21500.23.066.03307.53反向启动3000.65加速9150.20.85松开2112()cmFp ApA22qA v1Np q1500.20.654.11679.463 液压系统原理图的拟定和方案论证3.1 油路循环方式的分析和选择液压系统油路循环方式分为开式和闭式两种，他们各自的特点及相互比较见下表表 3-1 开式系统和闭式系统的比较油液循环方式开式闭式散热条件较方便，但是油箱较大较复杂，需要用辅泵来换油冷却抗污染性较差，但可采用压力油箱或者油箱呼吸器来改善较好，但是油液过滤要求较高系统效率管路压力损失较大，用节流调速时效率低管路腰里损失较小，容积调速时效率较高限速 制动形式用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制动，引起油液发热液压泵由电动机拖动时，限速及制动过程中拖动电能向电网输电，回收部分能量，即是再生限速和再生制动其他对泵的自吸性能要求高对主泵的自吸性能要求低油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。一般来说，凡是有较大空间可以存放油箱而且不需要另设散热装置的系统，要求结构尽可能简单的系统，采用节流调速或者容积节流调速的系统，均宜采用开式系统。在本设计中，油泵向两个液压执行元件供油而且功率较小，整个系统的结构也比较简单，所以本设计采用开式系统。3.2 调速方案的分析和选择调速方案对主机的性能起到决定性的作用。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。 调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。 节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。考虑到系统本身的性能要求和一些使用要求以及负载特性，本设计决定采用节流调速。3.3 液压动力源的分析与选择液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。本设计采用节流调速，所以使用定量泵供油3.4 液压回路的分析、选择与合成 1）选择系统一般都必须设置的基本回路，包括调压回路、向回路、卸荷回路及安全回路等。 2）根据系统的负载特性和特殊要求选择基本回路，在本系统中考虑到安全的要求，设置了背压回路，同时由于是两个执行元件先后动作，且没有顺序联动关系，所以设置了互不干扰回路。 3）合成系统 选定液压基本回路之后，配以辅助性回路，如控制油路，润滑油路、测压油路等，可以组成一个完整的液压系统。 在合成液压系统时要注意以下几点：防止油路间可能存在的相互干扰；系统应力求简单，并将作用相同或者相近的回路合并，避免存在多余回路；系统要安全可靠，力求控制油路可靠；组成系统的元件要尽量少，并应尽量采用标准元件；组成系统时还要考虑节省能源，提高效率减少发热，防止液压冲击；测压点分布合理等。3.5 液压原理图的拟定与设计根据上述分析，可以拟定整个液压系统的原理图如下：1油箱 2空气滤清器 3液位计 4吸油过滤器 5液压泵6单向阀 7压力表开关 8压力表 9通道体 10叠加式溢流阀11叠加式减压阀 12叠加式双单向节流阀 13电磁换向阀14叠加式双液控单向阀 15压力继电器 16电动机图 3-1 液压系统的原理图Fig.4-1 Hydraulic system diagram4 4 液压元件液压元件的计算和选择的计算和选择液压元件的计算是指计算元件在工作中承受的压力和流量，以便选择零件的规格和型号，此外还要计算原动机的功率和油箱的容量。选择元件时应尽量选择标准件。4.1 液压泵的液压泵的确定确定液压泵的最大工作压力： = （41）pp1maxpp其中 液压执行元件最大工作压力；1maxp 液压泵出口大执行元件入口之间所有的沿程压力损失和局部压力p损失之和。初算时按经验数据选取：管路简单，管中流速不大时，取 0.2Mpa0.5Mpa；管路复杂而且管中流速较大或者有p调速元件时，取0.5MPa1.5MPa。p由上述选取0.5MPa，然后带入公式（4-1）计算得：p4.38+0.54.88MPapp在选择泵的额定压力时应考虑到动态过程和制造质量等因素，要使液压泵有一定的压力储备。一般泵的额定工作压力应比上述最大工作压力高2060，所有最后算得的液压泵的额定压力应为： 4.88（1+0.25）6.1MPa表 4-1 液压泵的总效率液压泵类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵总效率0.650.900.700.850.550.850.800.90液压泵的流量按下式计算pq K （42）pqmax)q式中 K考虑系统泄漏和溢流阀保持最小溢流量的系数，一般取K1.11.3，同时工作的执行元件的最大总流量（4.116 3=12.348L/min）max)q本设计取泄漏系数为 1.1，所以： 1.112.34813.583L/minpq由液压元件产品样本查得 CBN-E312 齿轮泵满足上述估算得到的压力和流量要求：该泵的额定压力为 16MPa，公称排量 V12 mL/rev，额定转速为1800r/min。现取泵的容积效率0.85，当选用转速 n1400 r/min 的驱动电机v时，泵的流量为： Vnpqv 12 mL/rev0.851400r/min310 14L/min由前面的计算可知泵的最大功率出现在工位夹紧阶段，现取泵的总效率为 0.85，则： ppNpppp q 633.06 101060 0.85 840W选用电动机型号：Y90S4B5 型封闭式三相异步电动机满足上述要求，其转速为 1400r/min，额定功率为 1.5kW。电动机与泵之间采用连轴器联结。根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，可计算出液压缸在各个阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间，从而为其他液压元件的选择及系统的性能计算奠定了基础。计算结果如下表所示：表 4-2工位夹紧缸的实际工况流量/1minL工作阶段无杆腔有杆腔速度/1m s时间/s夹紧q出12AqA进 =0.972 19.613.50.972q进1v2qA进111LtV =1.41=341060 13.5 10=0.012 =335 100.012 =3松开=q进3qP =143 =4.67=q出q进21AA =4.6713.519.6 3.212v1qA进 =341060 19.6 10 =0.039122LtV =335 100.039 1表 4-3工位夹紧缸的实际工况流量/1minL工作阶段无杆腔有杆腔速度/1m s时间/s夹紧6.03q进q出21AqA进 =6.03 4.898.04 =3.671v1qA进=341060 8.04 10=0.12511LtV =325 100.125 =0.2松开=q进q进12AA =148.044.89 23.02=q出pq =142v2qA进 =341060 4.89 10 =0.4822LtV =325 100.48 0.05上表中油缸的工作腔面积；1A 油缸回油腔面积；2A 进油缸流量；q进 出油缸流量；q出 油缸的运动速度；12,v v 油缸的运动时间。12,t t4.2 阀类的选择4.2.1 选择依据选择依据为：额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。4.2.2 选择阀类元件应注意的问题1)应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件；2)阀类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取。选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求；3)一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的 20%；根据以上要求，现选定各类阀和组将的型号如表 4-4 所示：表 4-4 各种液压元件的类型选择序号名称通过流量/L额定流量/1minL额定压力/MPa额定压降/MPa型号规格1吸油过滤器1420MF-022单向阀1440250.1CIT-03-A13压力继电器25MJCS-02B-HH4压力表010W-2-1/2-100-A15压力表开关142110GCT-026叠加式溢流阀1435250.12MRF-02P-K1-207叠加式减压阀1435250.2MPR-02P-K1-028叠加式单向阀1435210.1MPC-02W-05-309二位四通换向阀23.0280250.2D5-02-3N2-D210叠加式单向节流阀23.0235210.15MTC-02W-K-I-2011二位四通换向阀1480250.2D5-02-3N2-D212叠加式单向节流阀1435210.15MTC-02W-K-I-2013空气滤清器AB-116214液位计LS-3”4.3 液压附件的计算和选择4.3.1 确定管件的尺寸表 4-5 油管中的允许流速油液流经油管吸油管高压管回油管短管及局部收缩处允许速度（m/s）0.51.52551.52.557表 4-6 安全系数管内最高工作压力7717.517.5安全系数864由表 4-2 和 4-3 得知工位夹紧液压缸有杆腔和无杆腔油管的实际最大流量分别为 3.21L/min 和 4.67L/min，工位夹紧液压缸有杆腔和无杆腔油管的实际最大流量分别为 14L/min 和 23.02L/min，按照表 4-5 的推荐值取油管内油液的允许流速为 4m/min，按计算公式： d 4q（43）式中 q通过油管的最大流量； V油管中允许流速； d油管内径。将数值代入公式（4-3）得工位夹紧液压缸： d无34 4.67 1060 4.9mm d有34 3.21 1060 4.1mm工位夹紧液压缸：d无341060 11.1mm d有34 14 1060 8.6mm根据 JB82766，同时考虑到制作方便，工位夹紧液压缸两根油管同时选用 101（外径 10mm，壁厚 1mm）的 10 号冷拔无缝钢管。工位夹紧液压缸两根油管同时选用 141（外径 14mm，壁厚 1mm）的 10 号冷拔无缝钢管。由机械设计手册查得管材的抗拉强度为 412MPa，由表 4-6 取安全系数为 8，按公式对管子的强度进行校核： 2bpdn（44）式中 p管内最高工作压力； d油管内径； n安全系数；管材抗拉强度；b油管壁厚。将数值代入公式（4-4）得：1mm=2bpdn6366.1 108 1082 412 10 0.5mm1mm=2bpdn6366.1 101082 412 10 0.7mm所以选的管子壁厚安全。其他油管，可直接按所连接的液压元、辅件的接口尺寸决定其管径的大小。4.3.2 确定油箱容积油箱的作用是储油，散发油的热量，沉淀油中杂质，逸出油中的气体。其形式有开式和闭式两种：开式油箱油液液面与大气相通；闭式油箱油液液面与大气隔绝。开式油箱应用较多。油箱设计要点：1）油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的 80%；2）吸箱管和回油管的间距应尽量大，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的2/33/4。吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的 3 倍。吸油管可安装 100m 左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要斜切45角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热；3）油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油；4）注油器上应装滤网；5）油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。油箱的容积可以按照下列经验公式进行计算： V pq（45）式中 V油箱的有效容积/L；液压泵的总额定流量/；pq1minL 与系统压力有关的经验系数：低压系统取=24，中压系统=57，高压系统取=1012，对对于行走机械取或经常间断作业的设备，系数取较小值；对于安装空间允许的固定机械，或需藉助油箱顶盖安装液压泵及电动机和液压阀集成装置时，系数可适当取较大值。本设计取=6，将数值代如公式（4-5）得： V614 84 L5 估算液压系统性能5.1 液压系统压力损失验算由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面的计算，故只能先估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布置图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。在油缸夹紧时，油液依次经过单向阀，叠加式减压阀，叠加式溢流阀，电磁换向阀，叠加式双单向节流阀， 。所以进油路上的压力损失为 （51）vp()QpQ实压降额 222220.9720.9720.9720.9720.10.20.10.15408035351.4119.60.150.13513.5 =0.0009MPa式中 总的压力损失；vp 各种阀的压降；P压降 流经阀的设计流量；Q实 阀的额定流量。Q额在油缸松开时，退油路上的压力损失为）vp()QpQ实压降额 222224.674.674.674.670.10.20.10.15408035354.6713.50.150.13519.6 0.0097MPa由此可以看出，系统阀的压力损失都小于原先的估计值，所以满足系统的使用要求。因为工位夹紧缸的运动过程是一样的，使用对此油缸的压力校验过程和上面的计算过程是一样的。如下所示在油缸夹紧时，油液依次经过单向阀，电磁换向阀，叠加式双单向阀，叠加式双单项节流阀。进油路上的压力损失为：vp()QpQ实压降额 2222226.036.036.036.030.10.120.20.2403535806.033.674.890.150.1535358.04 =0.017MPa在油缸松开时，退油路上的压力损失为：vp()QpQ实压降额222222141414140.10.120.20.2403535801423.028.040.150.1535354.890.2Mpa由此看出各种阀同样满足使用要求。5.2 系统的发热和温升 液压系统的压力、容积和机械损失构成总的能量损失，这些能量损失都将转化为热量，是系统的油温升高，产生一系列不良的影响。为此，必须对系统进行发热和温升计算，以便对系统温升进行控制。可按下式估算系统的发热能量： H（1） ipN（55）式中 H系统产生的热量；液压泵的输入功率。ipN将数值代入公式（5-5）得： H634.897 1014 10 601 0.060.85 1264w表 5-1 各种机械允许油温 液压设备类型正常工作温度/C最高允许温度/C数控机床30505570一般机床30555570机车车辆40607080船舶30608090冶金机械、液压机40706090工程机械、矿山机械50807090液压系统中产生的热量，由系统中各个散热面散发至空气中，其中油箱是主要散热面。因为管道的散热面相对较小，且与其自身的压力损失产生的热量基本平衡，故一般滤去不计。当只考虑油箱散热时，其散热量可按下式计算：0H KA 0H（56）式中 K散热系数（） ，计算时可选用推荐值：通风很差 K8；通/W m C风良好 K1420；风扇冷却时，K2025；用循环水冷却时，K110175； A油箱散热面积； 系统温升。当系统产生的热量 H 等于其散发出去的热量时，系统达到平衡，此时： H/KA当六面体油箱长、宽、高比例为 1：1：11：2：3 且液面高度是油箱高度的 0.8 倍时，其散热面积的近似计算公式为： A=0.05632V所以可以导出： 320.056 HV（57）式中 V油箱的有效容量。取散热系数 K=15，将数值代入公式（5-7）得： 23126415 0.06584 67.6C此温升超过了许用范围，3050，增大油箱面积，取CCV814112L，并且取系数 K=20，重新带入数值计算得：W m C 32126420 0.065112 41.8C所以满足了许用温升要求。至此，系统校核完毕，从整个过程来看，此设计满足使用需求。6 结论在本次关于数控铣床两工位夹紧装置液压系统的毕业设计中，我通过查阅现有资料，应用液压传动的一般原理及液压系统的设计原理，进行了液压系统的功能原理设计、执行元件的选择、阀类元件的选型、集成块设计、密封及液压油的选择等工作。通过对液压系统的性能计算和校核使系统符合最初设计，能够完成设计要求。并在满足原有要求的情况下实现重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、使用维护方便等的要求。在设计过程当中，由于实践经验和知识水平的不足，关于设计计算、结构设计以及校核等方面都会有不完善之处。在今后的工作学习中我会更加详尽的学习，提高设计的科学性和效率。使之更加完善，符合实际工程机械的要求。致谢致谢本设计是在李实老师的悉心指导和严格要求下完成的。在这期间老师给我提供了不少参考资料，在我设计遇到困难而无法继续做下去时老师给我耐心讲解，并且一讲就是几个小时。老师广博的专业学识、严谨的治学态度以及执着的事业追求使我受益匪浅，他严紧的科学作风和实事求是的科学态度给我留下了深刻的印象。在李老师艰辛教导下，经过这短短几个月时间，我不仅学到了丰富的专业设计知识和技巧，更重要的是使我学到了科学研究的方法和态度。参考文献1 张利平.液压气动系统设计手册M.北京：机械工业出版社，1997.2 张利平.液压站设计M.河北科技大学教材，1999.3 张利平.现代机床液压站设计的结构选型M. 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Application Studies On Hydraulics & Pneumatics in The Development of Refrigerating Heat-Exch-Anger Pipe-Pieces Formin-Gequipment. Proceedings of ISFP 95. Shanghai Science & Technological Literature Publishers, 1995.18 Schneider R T. Dont Forget to Congsider Accumulators. Hydraulics & Pneumatics, Oct, 2001.19 Johnson P. Help Your Filters Save Money. Hydraulics & Pneumatics, Nov, 2001.20 Anthon Esposito. Fluid Power With Applications. New Jersey: Prent ice-Hall,1980.21 Northman Co, Ltd New Products Guide.CONTROL OF MOBILE HYDRAULIC CRANESMarc E. MNZERAalborg UniversityInstitute of Energy TechnologyPontoppidanstrde 101DK-9220 Aalborg. DenmarkEmail: mmuniet. auc. dkThe goal of the thesis described in this paper is to improve the control of mobile hydraulic cranes. The thesis is split into five parts: a requirements analysis, an analysis of the current systems and their problems, an analysis of different possibiilities for system topologies, development of a new control system for the near future based on electro-hydraulic separate meter in / separate meter out valves, and finally an analysis of more advanced and complex solutions which can be applied in the more distant future. The work of the thesis will be done in cooperation with industry so the thesis will have more of an industrial focus than a purely theoretical focus.KeyKey wordswords: Mobile Hydraulic Cranes, Control strategies, Separate Meter-in/Separate Meter-out.1INTRODUCTIONThe goal of the thesis described in this paper is to improve the control of mobile hydraulic cranes. A mobile hydraulic crane can be thought of as a large flexible mechanical structure which is moved by some sort of control system, The control system takes its input from a human operator and translates this command into the motion of actuators which move the mechanical structure.The definition of this control system is purposely left vague in order not to impose any constraints on its design. The control system consists of actuators which move the mechanical structure, a means of controlling the actuators, a means of supplying power to the actuators, and a way of accepting inputs from the operator. It is this control system which is the target of this thesis. The goal is to analyze the requirments made on the control system and present guidelines for the gesign of new control systems.The thesis will be split into five parts:1. Analysis of the requirements of the control system, from the perspective of the operator, the mechanical system, efficiency, stability, and safety requirements.2. Analysis of current control systems and what their problems are.3. Analysis of the different options for the control system: different types of actuators different types of control strategies, and different ways of organizing components.4. Presentation of a new type of control system, which is commercially implementable. A system that will meet the needs of industry in the near future.5. Analysis of more optimized systems, with higher performance, better efficiency, more flexible control, etc. This will be less commercially applicable but will be a starting point for more research.2SECTIONS OF THE THESIS2.1 Requirements Analysis of the Control SystemBefore starting detailed work on developing new control systems, it is important to analyze what the exact demands are on the control system. The control system is influenced by many factors.For example: the mechanical structure it is controlling, the human operator, efficiency, stability, and industry requlations. Industry regulations are the first requirements that have to be addressed. Things like hose rupture protection and ru