摇臂钻床液压控制系统设计毕业设计论文.doc

摇臂钻床液压控制系统设计摘 要液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它是采用油液完成传递能量的过程，因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术，因此对液压传动进行研究具有特别重要的意义。现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。本文以摇臂钻床为研究对象，对其进行液压控制系统设计，设计时从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。关键词：液压传动系统；摇臂钻床；系统设计Radial drill drilling machine hydraulic control system designAbstractAuthor : Tutor : The hydraulic steering is one control mode which in the industry uses frequently, it is uses the hydraulic pressure to complete the transmission energy the process, because the hydraulic steering ways flexibility and convenient, the hydraulic control receives the widespread value in the industry. The hydraulic transmission was opposite in the mechanical drive, was a new technology, therefore conducted the research to the hydraulic transmission to have the specially vital significance. The modern machinery general many are the machinery, electrical, the hydraulic pressure three close relations, a union complex compound. The hydraulic transmission and the mechanical drive, the electric drive compound are three big traditional forms, hydraulic actuation systems design hold the important status in the modern machinerys project work.This article take the radial drill drilling machine as the object of study, carries on the hydraulic control system design to it, when the design embarks from the actual situation, organically unifies each transmission form, displays the hydraulic transmission fully the merit, makes every effort to design the structure to be simple, the operation reliable, the cost are low,the efficiency is high, simplicity of operator, service convenient hydraulic actuation system. Key word: Hydraulic transmission system; Radial drilling machine; System design目 录1 绪论12 摇臂钻床概述22.1 摇臂钻床简介22.2 摇臂钻床的主要结构22.3 摇臂钻床的运动形式32.4 摇臂钻床的主要特点33 液压系统在工程中的应用及优缺点分析43.1 液压系统在工程中的应用43.2 液压传动系统的优缺点43.2.1 优点53.2.2 缺点54 液压系统的初步设计64.1 液压系统的设计步骤64.2 设计要求64.3 钻床对液压系统的要求65 液压系统方案设计75.1 制定调速方案75.2 制定压力控制方案75.3 制定顺序动作方案85.4 选择液压动力源85.5 绘制液压系统图86 液压系统主要参数的确定106.1 确定液压系统的主要参数106.1.1 摇臂钻床液压系统的主要设计参数106.1.2 初步估算系统工作压力106.2 系统工作流量的选择及管道尺寸的确定117 各种元件的设计计算与选择127.1 各种阀类的选择127.1.1 换向阀的选取127.1.2 单向阀的选择127.1.3 溢流阀的选择127.1.4 压力继电器的选择127.1.5 压力表的选择137.2 液压泵的选择137.3 液压泵驱动电机的选择147.4 液压马达的选取157.5 确定油箱的有效容积157.6 液压缸的载荷力计算168 系统性能验算178.1 沿程压力损失178.2 局部压力损失178.3 计算发热功率188.4 计算散热功率199 液压系统的仿真209.1 仿真软件介绍209.2 摇臂钻床液压控制系统仿真原理图及其电气控制原理图219.3 液压缸进给过程仿真229.4 液压缸进给后停止过程仿真239.5 液压缸返回过程仿真249.6 液压缸停止返回过程仿真259.7 液压马达正转过程仿真269.8 液压马达反转过程仿真27结论28致谢29参考文献301 绪论液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用各种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。图1-1 液压系统能量传递过程图液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。基于液压传动的优点，液压在工业中得到很广泛的应用，比如：制动用的，矿上大绞车的制动都是液压的；起重用的，比如工程机械上都是，还有上面千斤顶；支撑用的，矿上的液压支架和单体支柱；调整方向的，船、飞机都是； 调速和缓冲的，机床；但最近几年弱电的发展，取代了很多液压控制。传动作用的，液力耦合器。液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。2 摇臂钻床概述钻床是一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。按用途和结构分类，钻床可以分为立式钻床、台式钻床、多孔钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。2.1 摇臂钻床简介主轴箱可在摇臂上左右移动，并随摇臂绕立柱回转。摇臂还可沿外柱上下升降，以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床加工范围广，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑 图2-1 Z3040x13摇臂钻床座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船等行业。万向摇臂钻床的摇臂除可作垂直和回转运动外，并可作水平移动，主轴箱可在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。目前国内较大的摇臂钻床生产厂家主要有：沈阳中捷机床、沈阳机床集团、山东鲁南精机、山东翔宇机床有限公司等。这些厂家都是生产历史较长，质量可靠，有多年信誉的老厂。2.2 摇臂钻床的主要结构摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。 内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360度。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。2.3 摇臂钻床的运动形式当进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给，其运动形式为：（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；（2）进给运动为主轴的纵向进给；（3）辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。2.4 摇臂钻床的主要特点（1）采用液压预选变速机构，可节省辅助时间；（2）主轴正反转、停车（制动）、变速、空挡等动作，用一个手柄控制，操纵轻便；（3）主轴箱、摇臂、内外柱采用液压驱动的菱形块夹紧机构，夹紧可靠；（4）摇臂上导轨、主轴套筒及内外柱回转滚道等处均进行淬火处理，可延长使用寿命；（5）主轴箱的移动除手动外，还能机动；（6）有完善的安全保护装置和外柱防护及自动润滑装置；（7）X、Y分离使数控机床质量减轻，速度提高，稳定性增强；（8）刀具库管理系统包括自动换钻，断刀自动检测系统；（9）具有分布钻孔功能，能钻深孔，孔径深度比为1：10-1：20；（10）适用性强、适用范围广，即可加工高、大的零件的孔，又可加工与水平面平行或有夹角的孔，甚至可以向上钻孔；（11）缺点是：由于结合面比较多，故机床刚性较差。3 液压系统在工程中的应用及优缺点分析3.1 液压系统在工程中的应用液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。自1795年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域，1906年开始应用于国防战备武器。第二次世界大战期间出现了液压伺服系统。20世纪60年代以后，液压技术相应也得到了很大发展，在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用。近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成话等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果。解放后，我国经济获得迅速发展，液压工业也和其它工业一样，发展很快。20世纪50年代就开始生产各种通用液压元件。当前，我国已生产出许多新型和自行设计的系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其它新型液压元件等。随着我国科学技术的发展，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以预见，它在各个工业部门中的用应，也将会越来越广泛。现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。3.2 液压传动系统的优缺点液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。液压控制系统的辅助元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。3.2.1 优点（1）传动平稳：在液压传动装置中，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；（2）承载能力大：液压传动易于获得很大的力和转矩；（3）容易实现无级调速：在液压传动中以调节液体的流量实现无级凋速；（4）易于实现过载保护：液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故；（5）液压元件能够自动润滑：传动装置能自动润滑使元件的使用寿命较长；（6）容易实现复杂的动作：采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，可加工出不规则形状的零件；（7）便于实现自动化：液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环；（8）便于实现“三化”：液压元件易于实现系列比、标准化和通用化。3.2.2 缺点（1）液压元件制造精度要求高：由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格；（2）实现定比传动困难：液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统；（3）油液受温度的影响：不宜在高温或低温的环境下工作；（4）不适宜远距离输送动力：由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力；（5）油液中混入空气易影响工作性能：油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。4 液压系统的初步设计液压系统是机械伺服装置中的经典结构。液压传动系统是液压机械的一个组成部分。设计时必须有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。4.1 液压系统的设计步骤（1）明确设计方案；（2）确定液压执行元件的形式；（3）进行工况分析，确定系统的主要参数；（4）制定基本方案，拟定液压系统原理图；（5）选择液压元件；（6）液压系统的性能验算；（7）绘制工作图，编制技术文件。4.2 设计要求目前，大部分的钻床基本工作原理都是：通过液压系统回路，来实现控制卡盘的卡紧，松开及对零件实现正钻，反钻的控制。它们的工作循环大都为：快进卡紧保压钻孔松开其中快进和卡紧是通过负载的增加来实现的，而保压过程是通过换向阀来实现的。4.3 钻床对液压系统的要求（1）卡盘卡紧，松开时动作要求平稳，在进行动做换向时不应有冲击；（2）液压缸机构应具有足够的保压能力，以防止工件的脱落或加工零件尺寸出现偏差。 （3）系统中要有减压装置，为防止因压力过大而造成的事故发生。（4）系统的密封性能要好。 图4-1 摇臂钻床示意图5 液压系统方案设计5.1 制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。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，由于这种系统效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。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。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。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。根据以上综合分析，最终选择速度控制方式为节流调速回路。5.2 制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级调节压力，一般在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。5.3 制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作，本系统采用压力继电器来实现这一功能。5.4 选择液压动力源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。节流调速系统多数是用定量泵供油，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。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。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。5.5 绘制液压系统图整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时去掉重复多余的元件，系统结构简单。注重各元件间的联锁关系，避免误动作发生。减少能量损失环节，提高系统的工作效率。根据上述分析，可以基本拟订本次所设计的机床液压控制系统的原理图及电磁铁动作表：表5-1 电磁铁动作电磁铁动作YA1YA2YA3YA4缸进给+-缸返回-+-马达正转-+-马达反转-+图5-1 液压原理图1-液压缸 2-液压马达 3-单向阀 4-节流阀5、6-三位四通电磁换向阀 7-压力继电器 8-溢流阀 9-压力表10-单项变量泵11-驱动电机 12-液位计 13-温度计 14-空气过滤器 15-油箱6 液压系统主要参数的确定6.1 确定液压系统的主要参数通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。液压系统的主要参数就是压力和流量，他们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定与外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 6.1.1 摇臂钻床液压系统的主要设计参数系统工作压力：2.5-3Mpa系统流量： 16.7L/Min马达工作压力：1.5Mpa马达转数范围：100-2000r/min液压油缸工作压力：1Mpa6.1.2 初步估算系统工作压力此钻床液压控制系统，压力最大时是在马达全速运转时，此时，油压是由泵提供的，其它工况时，载荷都没有此时大，所以系统的工作压力暂定为此时的工作压力1.5Mpa。而液压系统的最大工作压力应按下式计算：PP= Ps+式中 PP系统最大工作压力Ps液压缸或液压马达最大工作压力从液压泵到液压马达或液压缸之间总的管路损失，可按经验数据选取：管路简单，流速不大的取=（0.2-0.5）Mpa。也可选取高于0.5Mpa的压力。由本设计系统求得：该系统的最大工作压力取6.2 系统工作流量的选择及管道尺寸的确定由于在工况中已经给出系统的最大流量所以在这里就不对系统的最大流量进行计算。用工况中给出的系统最大流量：。管道尺寸为d：式中 系统流量V系统流速表6-1 流速推荐值管道推荐流速（m/s）液压泵吸油管路0.5-1.5液压系统压油管路3-6液压系统回油管路1.5-2.6由上式及相关资料可求得下表：表6-2 各油管内外径实取值管路名称流量流速内径实取外径吸油管16.7L/min1m/s18.825mm20mm28mm压油管16.7L/min4m/s9.41mm10mm14mm回油管16.7L/min2m/s13.31mm14mm18mm7 各种元件的设计计算与选择7.1 各种阀类的选择根据本系统的设计技术要求，选择一个有电磁换向阀，单向节流阀，压力继电器，溢流阀组成液压回路。实现卡盘的卡紧，松开和退回，钻头的正转反转等动作。阀的规格根据系统的工作压力选取决定。7.1.1 换向阀的选取一般来说，流量在190L/min以上的适宜用二通插装阀；190L/min以下时可采用滑阀式换向阀。70L/min以下时通常用电磁换向阀。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也可以有20以内的短时间过流量。根据以上要求，本系统选择的换向阀为电磁换向阀，具体的型号和尺寸由相关厂家的样本中查得，其中电磁换向阀的产品型号为：4WE6E6X/EG24NZ5L/B10。7.1.2 单向阀的选择应选择开启压力小的单向阀，开启压力较大的单向阀可作为背压阀使用。所以，本系统选择叠加式单向节流阀，具体型号和尺寸可由相关厂家样本中查得。其中单向节流阀的型号为：Z2FS6-3-L4X/2Q。7.1.3 溢流阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量，根据本系统的压力和流量要求，所以选择中、高压阀，具体型号和尺寸可有相关厂家样本中查得。本系统选择的溢流阀型号为YF-B20C。7.1.4 压力继电器的选择压力继电器是利用液体压力信号来启动或关闭电器触点的液压电器转换元件。它在油液压力达到其设定压力时，发出电信号，控制电器元件动作，实现泵的加载和卸荷。其设定值通常是比系统正常工作压力高出约0.5Mpa，所以本系统的压力继电器预先调定压力为3.5Mpa。根据以上要求，本系统选择的压力继电器为叠加式压力继电器，具体型号和尺寸可由相关厂家样本中查得，叠加式压力继电器的型号为：HED40H10/5Z14/2。7.1.5 压力表的选择压力表安装于便于观察的地方。其选择为：型号：Y-60；测量范围：0-4Mpa；名称：一般弹簧管压力表。表7-1 系统中所用到的元件现总结序号名称数量规格1压力继电器1HED4OH10/5Z14/22单向节流阀4Z2FS6-3-L4X/2Q3电磁换向阀24WE6E6X/EG24NZ5L/B104溢流阀1YF-B20C5温度计1WU-401806空气滤清器1QUQ1-200.47液位计1YWZ-80T8压力表1Y-607.2 液压泵的选择液压泵是液压系统中的能量转化装置，是将机械能转换为液压能的动力元件。为液压系统提供具有一定压力和流量的液压液。液压泵的性能好坏直接影响液压系统工作的可靠性和稳定性。（1）确定液压泵的最大工作压力：式中 额定压力从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取，管路简单，流速不大的，取=（0.2-0.5）Mpa（2）泵的流量应满足执行元件最高速度要求，所以泵的输出流量应根据系统所需要的最大流量和泄漏量来确定：式中 K泄漏系数，一般取1.1-1.3；系统最大流量发生在马达全速运转时:（3）选择泵的规格根据以上求得的和值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或手册中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所以选择的泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%-60%。泵取YBX-16限压式变量泵，排量调节为0-25ml/r-1，额定压力为6.3Mpa，调节范围为2.0-6.3Mpa，转速为600-1500r/min-1，驱动功率为2.6Kw、效率为70%。7.3 液压泵驱动电机的选择液压泵在额定压力和额定流量下工作时，其驱动电机的功率一般可直接从产品样本或技术手册中查得，但其数值在实际中往往偏大。因此，也可以根据具体工况用下述方法计算出来。整个系统中所需功率最大的工况是发生在马达最大转速的情况下：式中 PP泵的最大工作压力qvp泵的流量泵的总效率综上所述，由厂家样本中查出本系统所选择的电机型号为Y90L-4B35 ，额定功率为1.5kw ，转速为1440r/min。7.4 液压马达的选取由系统所给定的马达排量为16.3ml/r，正常工作时转矩为19-190Nm，工作压力为1.5Mpa。选用YM-A19B，理论排量 19ml/r额定压力6.0Mpa，调速范围100-2000r/min，最高转矩 10-80Nm，机械效率大于90%。马达的载荷转矩：Nm取马达的机械效率0.95，则理论转矩为：Nm7.5 确定油箱的有效容积油箱在系统中的主要功能为：储存系统所需要的足够的油液;散发系统工作时产生的一部分热量，分离油液中的气体及沉淀污物。油箱容积的确定是设计油箱的关键，油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无回油时。最低液面应在进口过滤器之上，保证不会吸入空气，当系统有大量回油而无供油时或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。按以下公式初步确定油箱的有效容积V：式中 泵每分钟排出的容积；经验系数，见下表；表7-2 经验系数经验系数行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械1-22-45-76-1210本液压系统为低压系统，取经验系数为4，则油箱的容积可以确定为：V=100L7.6 液压缸的载荷力计算液压缸尺寸（由系统给出）D=50mm，d=28mm，行程为35mm式中 d油缸内经；P油缸压力；进给时：返回时：表7-3 液压缸的载荷力名称工况活塞上的载荷力卡紧油缸进给1.96KN返回1.35KN8 系统性能验算本系统比较简单，执行元件较少并且动作简单。管路损失很小，故主要验算各元件的压力损失对系统造成的影响。系统压力损失包括管道内沿程损失和局部压力损失。8.1 沿程压力损失主要是压油管的压力损失，管长0.5m，内径0.01m，流量16.7L/min 选用L-HL 矿物油型液压油，正常运转时的运动粘度V=35.2mm2/s，油液的密度=900kg/m3。油在管中实际的流速为：油在管路中呈乱流流动状态，其沿程阻力系数为：8.2 局部压力损失局部压力损失的计算，因为其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。从系统原理图可知从泵口到执行元件要经过节流阀，换向阀各阀，各性能如下表7-1所示：表8-1 各阀额定压力损失名称额定流量额定压力损失溢流阀30L/min0.21Mpa节流阀80L/min0.315Mpa换向阀80L/min0.35Mpa所以通过各阀的局部压力损失之和为：由以上计算结果可求得此系统总的压力损失为：根据结算结果可以判断出泵的选取是合适的。8.3 计算发热功率计算系统发热功率公式为：式中 系统发热功率系统发出总功率系统有用功率对于本系统来说，Pr是整个工作循环中泵的平均输入功率：式中 Tt系统周期；Pi泵的输入功率；Ti第i台泵工作时间；Z泵的台数；泵的总效率；Tt=tt；8.4 计算散热功率前面求得有效容积为0.1m3，按V=0.8abh求各边之积：图8-1 油箱示意图选各边均为0.5m。式中 At有效散热面积式中 散热功率；散热系数；取Kt=16w/m2/；温差取；所以油箱散热功率满足系统发热功率的需要。9 液压系统的仿真9.1 仿真软件介绍FluidSIM软件的主要特征是：（1）CAD功能和仿真功能紧密联系在一起。FluidSIM软件符合DIN电气液压（气压）回路图绘制标准，CAD功能是专门针对流体而专门设计的，最重要的是可对基于元件物理模型的回路图进行实际仿真，并有元件的状态图显示，这样就使回路图绘制和相应液压（气压）系统仿真相一致，从而能够在设计完回路后，验证设计的正确性，并演示回路的动作过程。（2）系统学习的概念。FluidSIM软件可用于自学。液压（气压）元件可以通过文本说明、图形以及介绍其工作原理的动画来描述；各种练习和教学影片则讲授了重要回路和液压（气压）元件的使用方法。（3）可设计和液压气动回路相配套的电气控制回路。弥补了以前液压与气压教学中，从而不明白各种开关和阀门动作过程的弊病。电气液压（气压）回路设计与仿真同时进行，可以提高学生对电气动、电液压的认识和实际应用能力。FluidSIM软件用户界面直观图，采用类似画图软件似的图形操作界面，拖拉图标进行设计，面向对象设置参数，易于学习，用户可以很快地学会绘制电气液压（气压）回路图，并对其进行仿真（如图9-1）。图9-1 液压系统仿真软件界面9.2 摇臂钻床液压控制系统仿真原理图及其电气控制原理图图9-2 液压系统仿真原理图图9-3 电气控制原理图利用电气控制原理对液压系统中各个电磁阀进行控制，让其实现相应的动作。其中电磁阀YV1、电磁阀YV2、电磁阀YV3、YV4分别通过继电器KM1、KM2、KM3、KM4控制。压力继电器是控制液压缸管路的压力， SB5为急停按钮。9.3 液压缸进给过程仿真图9-4 液压缸进给过程仿真图图9-5 液压缸进给过程电气控制原理图按下SB1，KM1得电，YV1得电，KM1常开触电闭合形成自锁，是YV1保持得电状态，左边电磁换向阀工作在左位，油液通过单向节流阀流向液压缸，液压缸向右进给，使卡盘夹紧工件。9.4 液压缸进给后停止过程仿真图9-6 液压缸进给后停止过程仿真图图9-7 液压缸进给后停止过程电气控制原理图当卡盘夹紧工件后，液压缸负载增加，系统压力升高，当压力升高到压力继电器调定值时，压力继电器动作，其常闭触点KM5断开，是电磁换向阀断电工作在中位，并保持液压缸的压力，使卡盘保持在夹紧状态。9.5 液压缸返回过程仿真图9-8 液压缸返回过程仿真图图9-9 液压缸返回过程电气控制图按下SB2，KM2得电，电磁阀YV2得电，KM2常开触电闭合形成自锁，YV1保持得电状态，电磁换向阀工作在右位，油液通过节流阀流向液压缸，液压缸返回，使卡盘松开工件。9.6 液压缸停止返回过程仿真图9-10 液压缸停止返回仿真图图9-11 液压缸停止返回电气控制图在液压缸停止返回的过程中，我们为了节约减少下次进给时间，当卡盘松开工件到合适程度，按下SB5按钮，可以使液压缸停止返回。9.7 液压马达正转过程仿真图9-12 液压马达正转仿真图图9-13 液压马达正转电气控制图按下SB3，KM3、YV3得电，KM3常开触点闭合形成自锁，使YV3保持得电状态，右边电磁阀工作在左位，油液经单向节流阀流向液压马达，使液压马达正转。9.8 液压马达反转过程仿真图9-14 液压马达反转仿真图图9-15 液压马达反转电气控制图按下SB4,KM4、YV4得电，KM4常开触电闭合形成自锁，使YV4保持得电状态，右边电磁换向阀工作在右位，液压马达反转。正反转切换需要通过按钮SB5来实现。结论本液压站是摇臂钻床的控制系统，它通过对液压油的压力及流量控制来完成对钻床夹盘的加紧与松开，力的大小，钻头的转动与停止，转速的大小等相关控制。（1）系统采用了液压缸来完成对夹盘的夹紧松开的动作，保证了慢进快退的性能要求，并使得系统占地空间小。（2）系统采用了电磁换向阀来实现换向动作，结构紧凑，操纵方便，换向精度和换向平稳性都较高。（3）系统设置了压力继电器，是系统工作时有着一定的保护和自动调节作用，有利于系统长时间的工作。（4）系统采用了节流调速回路，功率损失小，这对调速范围不需很大，负载较小且基本恒定的钻床来说是很合适的。此外，节流调速的形式在液压缸回路中不易造成较大的背压，工作台运动平稳，使质量较小的钻床工作是的加速制动，也有助于防止空气的渗入。本系统的压力及流量都比较小，所以对系统的控制较灵敏，不容易