搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),搖臂鉆床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),搖臂,鉆床,液壓,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) 共 31 頁(yè) 1 緒論 1.1 液壓技術(shù)的應(yīng)用 液壓技術(shù)與現(xiàn)代社會(huì)中人們的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究活動(dòng)產(chǎn)生著日益密切的關(guān)系，已成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備和裝置中的基本技術(shù)構(gòu)成、現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素和工業(yè)及國(guó)防自動(dòng)化的重要手段，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)以及幾乎所有技術(shù)領(lǐng)域中日益廣泛應(yīng)用，應(yīng)用液壓技術(shù)的程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志[1,2]。液壓傳動(dòng)控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動(dòng)控制的學(xué)科?，F(xiàn)代機(jī)械一般多是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系結(jié)合的一個(gè)綜合體。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中占有重要的地位[3]。 從原理上來說，液壓傳動(dòng)所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強(qiáng)是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面承受的壓力比較小，而大的活塞上承受的壓力也就比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個(gè)變換的目的[4]。 圖1-1 液壓傳動(dòng)基本原理 1.2 我國(guó)液壓傳動(dòng)技術(shù)的歷史進(jìn)展與趨勢(shì) 我國(guó)的液壓技術(shù)是隨著新中國(guó)的建立、發(fā)展而發(fā)展起來的，從1952年上海機(jī)床廠試制出我國(guó)第一臺(tái)液壓元件（齒輪泵）起，迄今，大致經(jīng)歷了創(chuàng)業(yè)奠基、體系建立、成長(zhǎng)發(fā)展、引進(jìn)提高等幾個(gè)發(fā)展階段[5]。 20世紀(jì)50年代初期，我國(guó)沒有專門的液壓元件制造廠，上海、天津、沈陽(yáng)、長(zhǎng)沙等地機(jī)床廠的液壓車間自產(chǎn)自用仿前蘇聯(lián)的頸項(xiàng)柱塞泵、葉片泵、組合機(jī)床用液壓操縱版、磨床操縱箱及液壓刨床等元件。此期間的液壓產(chǎn)品多為管式連接，結(jié)構(gòu)差，性能基本上是國(guó)際上20世紀(jì)40年代的水平[6,7]。進(jìn)入20世紀(jì)60年代，液壓技術(shù)的應(yīng)用從機(jī)床行業(yè)逐步推廣到農(nóng)業(yè)機(jī)械和工業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域，為了解決仿蘇產(chǎn)品品種單調(diào)、結(jié)構(gòu)笨重和性能落后的問題，并滿足日益增長(zhǎng)的主機(jī)行業(yè)的需要，我國(guó)的液壓工業(yè)從仿制開始走向自行開發(fā)設(shè)計(jì)的道路。1965年，為適應(yīng)液壓機(jī)械從低壓向高壓方向的發(fā)展，成立了榆次液壓件廠，并引進(jìn)了日本油研公司公稱壓力為21MPa的中高壓系列液壓閥及其全部制造加工和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。同時(shí)引進(jìn)30萬(wàn)美元的液壓元件國(guó)外樣機(jī)，組織測(cè)繪仿制[8,9]。1966年，北京機(jī)床研究所研制成功了噴嘴擋板式電液伺服閥并用于電火花機(jī)床。1967年濟(jì)南鑄鍛機(jī)械研究所完成了32MPa的CY14-1型軸向柱塞泵的系列設(shè)計(jì)。直至1968年我國(guó)液壓元件產(chǎn)量已接近20萬(wàn)件。至此我國(guó)已基本形成一個(gè)獨(dú)立的液壓元件制造工業(yè)體系。20世紀(jì)70年代，在高壓液壓閥品種規(guī)格逐漸增多的情況下，為了實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，擴(kuò)大品種，提高質(zhì)量，追趕國(guó)際先進(jìn)水平。1973年，有關(guān)科研單位、高等院校、液壓閥專業(yè)制造廠等10多個(gè)單位參加，組成液壓閥聯(lián)合設(shè)計(jì)組，在分析對(duì)比國(guó)內(nèi)外同類液壓閥產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、性能、工藝特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)液壓閥生產(chǎn)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，完成了我國(guó)公稱壓力32MPa高壓閥新系列圖紙的設(shè)計(jì)?？梢哉f，整個(gè)70年代是我國(guó)液壓元件品種發(fā)展最多的時(shí)期之一。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，在國(guó)家改革開放的方針的指引下，隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，基礎(chǔ)件滯后于主機(jī)的矛盾日益突出，并引起有關(guān)政府部門的重視。為此，原一機(jī)部于1982年組建了通用基礎(chǔ)件工業(yè)局，將原分散在機(jī)床、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等行業(yè)歸口的液壓專業(yè)廠，統(tǒng)一劃歸通用基礎(chǔ)件工業(yè)局管理，從此我國(guó)的液壓工業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，先后引進(jìn)了40余項(xiàng)國(guó)外先進(jìn)液壓技術(shù)[10]。 經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的努力，我國(guó)液壓行業(yè)已形成了門類比較齊全，有一定生產(chǎn)能力和技術(shù)水平的工業(yè)體系。目前我國(guó)的液壓產(chǎn)品有1200個(gè)品種、1000多個(gè)規(guī)格，已基本能適應(yīng)各類主機(jī)產(chǎn)品的一般需求?，F(xiàn)在，我國(guó)的液壓元件制造業(yè)已能為包括金屬材料工程、機(jī)床與汽車工業(yè)、電力與煤炭行業(yè)、石油天然氣探采與化工裝備、礦山及冶金機(jī)械、鐵路與公路運(yùn)輸、建材建筑、工程機(jī)械及農(nóng)林牧機(jī)械、家電五金、輕工紡織、航空與河海工程、計(jì)量質(zhì)檢與特種設(shè)備、國(guó)防及武器裝備、公共設(shè)施與環(huán)保等行業(yè)在內(nèi)的多種部門提供較為齊全的液壓元件產(chǎn)品[11]。 21世紀(jì)是信息化、網(wǎng)絡(luò)化、知識(shí)化和全球化的世紀(jì)，信息技術(shù)、生命科學(xué)、生物技術(shù)和納米技術(shù)等新科技的日益進(jìn)展將對(duì)液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)的研究、設(shè)計(jì)觀念及方法、對(duì)包括液壓閥在內(nèi)的各類液壓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與工藝、對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域以及企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理模式產(chǎn)生深刻影響并帶來革命性變化。在社會(huì)和工程需求的強(qiáng)力推動(dòng)及機(jī)械與電氣傳動(dòng)及控制的挑戰(zhàn)下，液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)將依托機(jī)械制造、材料工程、微電子及計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)及力學(xué)、控制科學(xué)，不斷發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，滿足顧客需求，變的更為綠色化、機(jī)械電子一體化、模塊化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，將自身推進(jìn)到新的水平?？梢灶A(yù)見，液壓技術(shù)也將獲得進(jìn)一步發(fā)展，它在各個(gè)工業(yè)部門中的用應(yīng)，也將會(huì)越來越廣泛[12,13]。 1.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)中所需要的元件主要有動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。其中液壓動(dòng)力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個(gè)嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得液體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時(shí)候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。 　　除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個(gè)器件，我們就能夠建設(shè)出一個(gè)液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。根據(jù)不同的控制目標(biāo)，我們能夠設(shè)計(jì)不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。 液壓傳動(dòng)的應(yīng)用性是很強(qiáng)的，比如裝卸堆碼機(jī)液壓系統(tǒng)，它作為一種倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械，在現(xiàn)代化的倉(cāng)庫(kù)里利用它實(shí)現(xiàn)紡織品包、油桶、木桶等貨物的裝卸機(jī)械化工作。也可以應(yīng)用在萬(wàn)能外圓磨床液壓系統(tǒng)等生產(chǎn)實(shí)踐中。這些系統(tǒng)的特點(diǎn)是功率比較大，生產(chǎn)的效率比較高，平穩(wěn)性比較好[14]。 1.3.1 優(yōu)點(diǎn) 1) 傳動(dòng)平穩(wěn) 在液壓傳動(dòng)裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，故不像機(jī)械機(jī)構(gòu)因加工和裝配誤差會(huì)引起振動(dòng)扣撞擊，使傳動(dòng)十分平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求傳動(dòng)平穩(wěn)的機(jī)械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動(dòng)。 2) 質(zhì)量輕體積小 液壓傳動(dòng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動(dòng)作靈敏；這對(duì)液壓仿形、液壓自動(dòng)控制和要求減輕質(zhì)量的機(jī)器來說，是特別重要的。例如我國(guó)生產(chǎn)的1m3挖掘機(jī)在采用液壓傳動(dòng)后，比采用機(jī)械傳動(dòng)時(shí)的質(zhì)量減輕了1t。 3) 承載能力大 液壓傳動(dòng)易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機(jī)、隧道掘進(jìn)機(jī)、萬(wàn)噸輪船操舵機(jī)和萬(wàn)噸水壓機(jī)等。 4) 容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速 在液壓傳動(dòng)中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)凋速，并且調(diào)速范圍很大，可達(dá)2000：1，很容易獲得極低的速度。 5) 易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù) 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護(hù)措施，能夠自動(dòng)防止過載，避免發(fā)生事故。 6) 液壓元件能夠自動(dòng)潤(rùn)滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動(dòng)裝置能自動(dòng)潤(rùn)滑，因此元件的使用壽命較長(zhǎng)。 7) 容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作 采用液壓傳動(dòng)能獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺(tái)，可加工出不規(guī)則形狀的零件。 8) 簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu) 采用液壓傳動(dòng)可大大地簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而減少了機(jī)械零部件數(shù)目。 9) 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。目前，液壓傳動(dòng)在組合機(jī)床和自動(dòng)線上應(yīng)用得很普遍[15,16]。 10) 便于實(shí)現(xiàn)“三化” 液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化．也易于設(shè)計(jì)和組織專業(yè)性大批量生產(chǎn)，從而可提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。 1.3.2 缺點(diǎn) 1) 液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較嚴(yán)格。 2) 實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)困難 液壓傳動(dòng)是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免的要有泄漏，同時(shí)油液也不是絕對(duì)不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。 3) 油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。 4) 不適宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力。 5) 油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動(dòng)和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。 6) 油液容易污染 油液污染后，會(huì)影響系統(tǒng)工作的可靠性。 7) 發(fā)生故障不易檢查和排除。 2 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)是機(jī)械伺服裝置中的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。即使在機(jī)電類元件獲得長(zhǎng)足進(jìn)步的今天，液壓系統(tǒng)仍以其高功率、重量比、響應(yīng)快、低速特性好等特點(diǎn)而在不少系統(tǒng)當(dāng)中扮演舉足輕重的角色。在現(xiàn)代電子和控制技術(shù)推動(dòng)下涌現(xiàn)出了一些原理新穎，物美價(jià)廉的液壓元器件，給這一傳統(tǒng)的技術(shù)帶來了新的生機(jī)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 2.1 制定調(diào)速方案 目前，大部分的鉆床機(jī)床的卡盤，鉆頭等都是由液壓來控制的。而他們的基本工作原理都是：通過液壓系統(tǒng)回路，來實(shí)現(xiàn)控制卡盤的卡緊，松開及對(duì)不同的零件類型來實(shí)現(xiàn)正鉆、反鉆的控制。而它們的工作循環(huán)大都為： 快進(jìn)卡緊保壓鉆孔松開 其中快進(jìn)和卡緊并不是通過高低壓的換向來控制，而是通過負(fù)載的增加來實(shí)現(xiàn)的，而保壓過程是通過換向閥來實(shí)現(xiàn)的，而它是保證卡緊力在突然斷電等事故發(fā)生時(shí)保護(hù)設(shè)備和人員安全的必要設(shè)備。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。 速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。 節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流啟動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。 容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。 容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 2.2 制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。 在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。 2.3 制定順序動(dòng)作方案 在液壓系統(tǒng)中，如果一個(gè)油源供給液壓執(zhí)行器壓力油時(shí)，這些執(zhí)行器會(huì)因壓力和流量的彼此影響而在動(dòng)作上相互牽制。因此，必須使用一些特殊的回路才能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的動(dòng)作要求。 順序動(dòng)作回路的功用是使液壓系統(tǒng)中的多個(gè)執(zhí)行器嚴(yán)格地按規(guī)定的順序動(dòng)作。按控制方式可分為壓力控制、行程控制和時(shí)間控制三類。壓力控制回路是用油路中壓力的差別自動(dòng)控制多個(gè)執(zhí)行元件先后動(dòng)作的回路。行程控制順序動(dòng)作回路是在液壓缸移動(dòng)一段規(guī)定行程后，由機(jī)械機(jī)構(gòu)或電器元件作用，改變液流方向，使另一液壓缸移動(dòng)的回路。時(shí)間順序動(dòng)作回路是采用延時(shí)閥、時(shí)間繼電器等延時(shí)元件，使多個(gè)液壓缸按時(shí)間先后完成動(dòng)作的回路。 對(duì)于順序動(dòng)作要求嚴(yán)格的多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)，采用行程控制回路實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作更為合適。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。 2.4 選擇液壓動(dòng)力源 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無(wú)其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施[17]。 2.5 繪制液壓系統(tǒng)圖 根據(jù)上述分析，可以基本擬訂本次所設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床液壓控制系統(tǒng)的原理圖及電磁鐵動(dòng)作表： 1 液位計(jì); 2 空氣濾清器; 3 油箱; 4 液壓泵電機(jī); 5 過濾器; 6 單向變量液壓泵; 7,13 減壓閥; 8,14 壓力繼電器; 9,15 三位四通換向閥; 10,11,16,17 雙單向節(jié)流閥; 12 液壓缸; 18 雙向變量液壓馬達(dá) 圖2-1 液壓原理圖 表2-1 電磁鐵動(dòng)作 YV1 YV2 YV3 YV4 缸進(jìn)給 + - 缸返回 - + 馬達(dá)正轉(zhuǎn) + - 馬達(dá)反轉(zhuǎn) - + 整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免錯(cuò)誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。 為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測(cè)元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。 各液壓元件盡量采用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號(hào)的常態(tài)位置繪制。對(duì)于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。 系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動(dòng)作，注明各液壓元件的序號(hào)以及各電磁鐵的代號(hào)，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動(dòng)作表。 3 液壓執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選用 3.1 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)就是壓力和流量，他們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 3.1.1 搖臂鉆床控制控制液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 系統(tǒng)工作壓力：2.8MPa—3.5MPa 系統(tǒng)流量：18L/min 馬達(dá)工作壓力：1.8MPa 馬達(dá)轉(zhuǎn)速范圍：150r/min—2000r/min 液壓缸工作壓力：1.5MPa 3.1.2 初步估算系統(tǒng)工作壓力 此鉆床液壓控制系統(tǒng)，壓力最大時(shí)是在馬達(dá)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)，油壓是由液壓泵提供的，其它工況時(shí)，載荷都沒有此時(shí)大，所以系統(tǒng)的工作壓力暫定為此時(shí)的工作壓力1.8Mpa。 而液壓系統(tǒng)的最大工作壓力應(yīng)按下式計(jì)算： P1 = Ps +?P （3-1） 式中 P1－系統(tǒng)最大工作壓力 －液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力 －從液壓泵到液壓馬達(dá)或液壓缸之間總的管路損失，可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單，流速不大的取。也可選取高于0.5Mpa的壓力，由于本系統(tǒng)流速較低，所以取為0.5MPa。 由本設(shè)計(jì)系統(tǒng)求得：該系統(tǒng)的最大工作壓力取。 3.1.3 系統(tǒng)工作流量的選擇 由于在工況中已經(jīng)給出系統(tǒng)的最大流量所以在這里就不對(duì)系統(tǒng)的最大流量進(jìn)行計(jì)算。用工況中給出的系統(tǒng)最大流量： 。 3.2 管道尺寸的確定 3.2.1 油管類型的選擇 液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力，同時(shí)，應(yīng)盡量縮短管路，避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。 (1)鋼管：中高壓系統(tǒng)選用無(wú)縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價(jià)格低，性能好，使用廣泛。 (2)銅管：紫銅管工作壓力在6.5MPa～10MPa以下，易變曲，便于裝配；黃銅管承受壓力較高，達(dá)25MPa，不如紫銅管易彎曲。銅管價(jià)格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應(yīng)盡量少用，只用于液壓裝置配接不方便的部位。 (3)軟管：用于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間的連接。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物；低壓橡膠軟管中夾有棉線或麻線編織物；尼龍管是乳白色半透明管，承壓能力為2.5MPa～8MPa，多用于低壓管道。因軟管彈性變形大，容易引起運(yùn)動(dòng)部件爬行，所以軟管不宜裝在液壓缸和調(diào)速閥之間。 本設(shè)計(jì)為低壓系統(tǒng)，故選用焊接鋼管作為回路的管路。 3.2.2 油管尺寸的確定 管道內(nèi)徑及壁厚是液壓管道的兩個(gè)主要參數(shù)，計(jì)算公式如下： （3-2） 式中 －系統(tǒng)流量 V－系統(tǒng)流速 表3-1 流速推薦值 管道 推薦流速（m/s） 液壓泵吸油管路 0.5－1.5 液壓系統(tǒng)壓油管路 3－6 液壓系統(tǒng)回油管路 1.5－2.6 由上式及相關(guān)資料可求得下表： 表3-2 各油管內(nèi)外徑實(shí)取值 管路名稱 流量 流速 內(nèi)徑 實(shí)取 外徑 吸油管 18L/min 1m/s 19.52mm 20mm 26.9mm 壓油管 18L/min 5m/s 8.74mm 10mm 17.2mm 回油管 18L/min 2.5m/s 12.34mm 15mm 21.3mm 3.3 各類閥的選擇 根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，選擇一個(gè)有電磁換向閥，疊加式雙單向節(jié)流閥，疊加式壓力計(jì)電器，疊加式減壓閥組成液壓回路。實(shí)現(xiàn)卡盤的卡緊，松開和退回，鉆頭的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等動(dòng)作。閥的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和工作年限來通過樣本的選取決定。 3.3.1 換向閥的選取 一般來說，流量在190L/min以上的適宜用二通插裝閥；190L/min以下時(shí)可采用滑閥式換向閥。70L/min以下時(shí)通常用電磁換向閥?？刂崎y的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量大一些，必要時(shí)也可以有20％以內(nèi)的短時(shí)間過流量。 根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的換向閥為電磁換向閥，具體的型號(hào)和尺寸由相關(guān)廠家的樣本中查得。 其中電磁換向閥的產(chǎn)品型號(hào)為：4WE6E6X/EG24NZ5L/B10。 3.3.2 單向閥的選擇 應(yīng)選擇開啟壓力小的單向閥，開啟壓力較大的單向閥可作為背壓閥使用。所以，本系統(tǒng)選擇疊加式雙單向節(jié)流閥，具體型號(hào)和尺寸可由相關(guān)廠家樣本中查得。其中疊加式雙單向節(jié)流閥的型號(hào)為：Z2FS6-3-L4X/2Q。 3.3.3 減壓閥的選擇 減壓閥根據(jù)不同的需要，可將液壓系統(tǒng)區(qū)分成不同的壓力油路，例如控制機(jī)構(gòu)的控制油路或其他輔助油路，以使不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不同的工作壓力；減壓閥也可用作穩(wěn)定油路工作壓力的調(diào)節(jié)裝置，使油路不受壓力源壓力變化及其他閥門工作時(shí)引起壓力波動(dòng)的影響。 根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的減壓閥為疊加式P口減壓閥，具體型號(hào)和尺寸可由相關(guān)廠家樣本中查得。 本系統(tǒng)中的疊加式減壓閥型號(hào)為：ZDR6DP3-30/2.5YM。 3.3.4 壓力繼電器的選擇 壓力繼電器是利用液體壓力信號(hào)來啟動(dòng)或關(guān)閉電器觸點(diǎn)的液壓電器轉(zhuǎn)換元件。它在油液壓力達(dá)到其設(shè)定壓力時(shí)，發(fā)出電信號(hào)，控制電器元件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)泵的加載和卸荷。其設(shè)定值通常是比系統(tǒng)正常工作壓力高出約0.5Mpa，所以本系統(tǒng)的壓力繼電器預(yù)先調(diào)定壓力為4.3Mpa。 根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的壓力繼電器為疊加式壓力繼電器，具體型號(hào)和尺寸可由相關(guān)廠家樣本中查得。 疊加式壓力繼電器的型號(hào)為：HED40H10/5Z14/2。 表3-3 系統(tǒng)中所用到的元件現(xiàn)總結(jié) 序號(hào) 名稱 數(shù)量 規(guī)格 1 減壓閥 2 ZDR6DP3-30/2.5YM 2 壓力繼電器 2 HED4OH10/5Z14/2 3 雙單向節(jié)流閥 2 Z2FS6-3-L4X/2Q 4 電磁換向閥 2 4WE6E6X/EG24NZ5L/B10 5 WU型網(wǎng)式過濾器 1 WU-40180 6 空氣濾清器 1 QUQ1-200.4 7 液位計(jì) 1 YWZ-80T 3.4 液壓泵的選擇 選擇液壓泵的主要依據(jù)是其最大工作壓力和最大流量，同時(shí)還要考慮定量或變量、轉(zhuǎn)速、容積效率等。 1) 確定液壓泵的額定壓力： （3-3） －從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并會(huì)出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單，流速不大的，取。 2) 確定液壓泵的流量： （3-4） 式中 K－泄露系數(shù) 一般取1.1～1.3，本文取K=1.2； －系統(tǒng)最大流量 一般比系統(tǒng)流量大2 L/min～3L/min 3) 選擇泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所以選擇的泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大。 泵取YBX-16限壓式變量泵，排量調(diào)節(jié)為0ml/r～25ml/r，額定壓力6.3Mpa，調(diào)節(jié)范圍，轉(zhuǎn)速，額定功率為2.6Kw，效率。 3.5 液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 液壓泵在額定壓力和額定流量下工作時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率一般可直接從產(chǎn)品樣本或技術(shù)手冊(cè)中查得，但其數(shù)值在實(shí)際中往往偏大。因此，也可以根據(jù)具體工況用下述方法計(jì)算出來。 整個(gè)系統(tǒng)中所需功率最大的工況是發(fā)生在馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速的情況下。 （3-5） 式中 －泵的最大工作壓力 －泵的流量 －泵的總效率 綜上所述，由廠家樣本中查出本系統(tǒng)所選擇的電機(jī)型號(hào)為Y100L2-4 額定功率3kw 轉(zhuǎn)速1420r/min。 3.6 液壓馬達(dá)的選取 馬達(dá)工作壓力為1.8Mpa。選用YM-A19B，理論排量 19ml/r，額定壓力6.0Mpa，調(diào)速范圍150r/min-2000r/min，最高轉(zhuǎn)矩 10Nm-80Nm，機(jī)械效率大于。 馬達(dá)的載荷轉(zhuǎn)矩 （3-6） 取馬達(dá)的機(jī)械效率0.95，則理論轉(zhuǎn)矩為 （3-7） 3.7 確定油箱的有效容積 常見的油箱類型有整體式油箱、兩用油箱和獨(dú)立油箱三種，而獨(dú)立油箱應(yīng)用最為廣泛，常用于各類工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，通常做成矩形的，也有圓柱形的或油罐系形的。容量是油箱的主要參數(shù)，通常按液壓泵的額定流量估算確定。 （3-8） 式中 －泵每分鐘排出的容積； －與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)：低壓系統(tǒng)，中壓系統(tǒng)，高壓系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)為低壓系統(tǒng)，故取； 取V=100L 3.8 液壓缸的載荷力計(jì)算 液壓缸是一類只用最為廣泛的執(zhí)行器，結(jié)構(gòu)類型多樣，下面介紹一下雙作用單活塞干液壓缸的載荷力的計(jì)算方法。 液壓缸尺寸（由系統(tǒng)給出） D=50mm,d=28mm 行程為35mm （3-9） 式中 d－油缸內(nèi)經(jīng)； P－油缸壓力； 進(jìn)給時(shí) (3-10) 返回時(shí) （3-11） 表3-3 液壓油缸的載荷力 名稱 工況 活塞上的載荷力 卡緊油缸 進(jìn)給 2.94KN 返回 2.03KN 4 系統(tǒng)性能驗(yàn)算 本系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，執(zhí)行元件較少并且動(dòng)作簡(jiǎn)單。管路損失很小，故主要驗(yàn)算各元件的壓力損失對(duì)系統(tǒng)造成的影響。 4.1 沿程壓力損失 主要是壓油管的壓力損失，管長(zhǎng)0.5m，內(nèi)徑0.01m，流量18L/min 選用L-HL 礦物油型液壓油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度V=35.2，油液的密度。 油在管中實(shí)際的流速為 （4-1） （4-2） 油在管路中呈亂流流動(dòng)狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為： （4-3） （4-4） 4.2 局部壓力損失 局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失，以及通過控制閥的局部壓力損失，其中管路局部壓力損失相對(duì)來說小得多，故主要計(jì)算通過控制閥的局部壓力損失。 參看系統(tǒng)原理圖可知從泵口到執(zhí)行元件要經(jīng)過減壓閥，節(jié)流閥，換向閥各閥的性能如下表5-1所示： 表4-1 各閥額定壓力損失 名稱 額定流量 額定壓力損失 減壓閥 30L/min 0.21Mpa 節(jié)流閥 80L/min 0.315Mpa 換向閥 80L/min 0.35Mpa 所以通過各閥的局部壓力損失之和為： （4-5） 由以上計(jì)算結(jié)果可求得此系統(tǒng)總的壓力損失為： 泵的出口壓力距泵的額定壓力有一定的壓力裕度，所以泵的選取是合適的。 5 系統(tǒng)發(fā)熱量的計(jì)算 5.1 計(jì)算發(fā)熱功率 系統(tǒng)發(fā)熱來源于系統(tǒng)內(nèi)部的能量損失，如液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失、溢流閥的溢流損失、液壓閥及管道的壓力損失等。這些能量損失轉(zhuǎn)換為熱能，使油液溫度升高。油液的溫升使粘度下降，泄漏增加，同時(shí)，使油分子裂化或聚合，產(chǎn)生樹脂狀物質(zhì)，堵塞液壓元件小孔，影響系統(tǒng)正常工作，因此必須使系統(tǒng)中油溫保持在允許范圍內(nèi)。因?yàn)橐簤洪y等液壓元件能量損失較少，故本文主要計(jì)算液壓泵的發(fā)熱功率。 (5-1) 式中：PS為液壓泵的輸入功率(W)； η為液壓泵的總效率； 5.2 計(jì)算散熱功率 液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量，由系統(tǒng)中各個(gè)散熱面散發(fā)至空氣中，其中油箱是主要散熱面。因?yàn)楣艿赖纳崦娣e較小，且與其自身的壓力損失產(chǎn)生的熱量基本平衡，故一般略去不計(jì)，只考慮油箱散熱。前面求得有效容積為0.1，按求各邊之積： （5-2） 圖 5-1 油箱示意圖 選各邊均為0.5m。 式中 －有效散熱面積 （5-3） 式中 散熱功率； －散熱系數(shù)；??； －溫差??； 油箱散熱功率滿足系統(tǒng)發(fā)熱功率的需要。 6 液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維護(hù) 6.1 安裝前的技術(shù)準(zhǔn)備工作 1) 技術(shù)資料的準(zhǔn)備與熟悉 液壓系統(tǒng)原理圖、電氣原理圖、管道布置圖、液壓元件、輔件、管件清單和有關(guān)元件樣本等，這些資料都應(yīng)準(zhǔn)備齊全，以便對(duì)具體內(nèi)容和技術(shù)要求逐項(xiàng)熟悉和研究。 2) 物資準(zhǔn)備 按照液壓系統(tǒng)圖和液壓件清單，核對(duì)液壓件的數(shù)量，確認(rèn)所有液壓元件的質(zhì)量狀況。嚴(yán)格檢查壓力表的質(zhì)量，查明壓力表交驗(yàn)日期，對(duì)檢驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)的壓力表要重新進(jìn)行校驗(yàn)，確保準(zhǔn)確。 3) 質(zhì)量檢查 液壓元件在運(yùn)輸或庫(kù)存過程中極易被污染和銹蝕，庫(kù)存時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)使液壓元件中的密封件老化而喪失密封性，有些液壓元件由于加工及裝配質(zhì)量不良使性能不可用，所以必須對(duì)元件進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查[18,19]。 6.1.1 液壓元件質(zhì)量檢查 1) 各類液壓元件型號(hào)必須與元件清單一致 2) 要查明液壓元件保管時(shí)間是否過長(zhǎng)，或保管環(huán)境不合要求，應(yīng)注意液壓元件內(nèi)部密封件老化程度，必要時(shí)要進(jìn)行拆洗、更換、并進(jìn)行性能測(cè)試。 3) 每個(gè)液壓元件上的調(diào)整螺釘、調(diào)節(jié)手輪、鎖緊螺母等都要完整無(wú)損。 4) 液壓元件所附帶的密封件表面質(zhì)量應(yīng)符合要求、否則應(yīng)予更換。 5) 板式連接元件連接平面不準(zhǔn)有缺陷。安裝密封件的溝槽尺寸加工精度要符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 6) 管式連接元件的連接螺紋口不準(zhǔn)有破損和活扣現(xiàn)象。 7) 板式閥安裝底板的連接平面不準(zhǔn)有凹凸不平缺陷，連接螺紋不準(zhǔn)有破損和活扣現(xiàn)象。 8) 將通油口堵塞取下，檢查元件內(nèi)部是否清潔。 9) 檢查電磁閥中的電磁鐵芯及外表質(zhì)量，若有異常不準(zhǔn)使用。 10) 各液壓元件上的附件必須齊全[20]。 6.1.2 液壓輔件質(zhì)量檢查 1) 油箱要達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求。油箱上附件必須齊全。箱內(nèi)部不準(zhǔn)有銹蝕，裝油前油箱內(nèi)部一定要清洗干凈。 2) 濾油器型號(hào)規(guī)格與設(shè)計(jì)要求必須一致，確認(rèn)濾芯精度等級(jí)，濾芯不得有缺陷，連接螺口不準(zhǔn)有破損，所帶附件必須齊全。 3) 各種密封件外觀質(zhì)量要符合要求，并查明所領(lǐng)密封件保管期限。有異?；虮９芷谙捱^長(zhǎng)的密封件不準(zhǔn)使用。 4) 蓄能器質(zhì)量要符合要求，所帶附件要齊全。查明保管期限，對(duì)存放過長(zhǎng)的蓄能器要嚴(yán)格檢查質(zhì)量，不符合技術(shù)指標(biāo)和使用要求的蓄能器不準(zhǔn)使用。 5) 空氣濾清器用于過濾空氣中的粉塵，通氣阻力不能太大，保證箱內(nèi)壓力為大氣壓。所以空氣濾清器要有足夠大的通過空氣的能力[21,22]。 6.1.3 管子和接頭質(zhì)量檢查、管接頭壓力等級(jí)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求 1) 管子的材料、通徑、壁厚和接頭的型號(hào)規(guī)格及加工質(zhì)量都要符合設(shè)計(jì)要求。 2) 所用管子不準(zhǔn)有缺陷。有下列異常，不準(zhǔn)使用： a 管子內(nèi)、外壁表面已腐蝕或有顯著變色。 b 管子表面?zhèn)诹押凵疃葹楣茏颖诤竦?0%以上。 c 管子壁內(nèi)有小孔。 d 管子表面凹入程度達(dá)到管子直徑的10%以上。 3) 使用彎曲的管子時(shí)，有下列異常不準(zhǔn)使用： a 管子彎曲部位內(nèi)、外壁表面曲線不規(guī)則或有鋸齒形。 b 管子彎曲部位其橢圓度大于10%以上。 c 扁平彎曲部位的最小外徑為原管子外徑的70%以下。 4) 所用接頭不準(zhǔn)有缺陷。若有下列異常，不準(zhǔn)使用： a 接頭體或螺母的螺紋有傷痕、毛刺或斷扣等現(xiàn)象。 b 接頭體各結(jié)合面加工精度未達(dá)到技術(shù)要求。 c 接頭體與螺母配合不良，有松動(dòng)或卡澀現(xiàn)象。 d 安裝密封圈的溝槽尺寸和加工精度未達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。 5) 軟管和接頭有下列缺陷的不準(zhǔn)使用： a 軟管表面有傷皮或老化現(xiàn)象。 b 接頭體有銹蝕現(xiàn)象。 c 螺紋有傷痕、毛刺、斷扣和配合有松動(dòng)、卡澀現(xiàn)象。 6) 法蘭件有下列缺陷不準(zhǔn)使用： a 法蘭密封面有氣孔、裂縫、毛刺、徑向溝槽。 b 法蘭密封溝槽尺寸、加工精度不符合設(shè)計(jì)要求。 c 法蘭上的密封金屬墊片不準(zhǔn)有各種缺陷。材料硬度應(yīng)低于法蘭硬度[23]。 6.2 液壓管道的安裝要求 液壓管道安裝是液壓設(shè)備安裝的一項(xiàng)主要工程。管道安裝質(zhì)量的好壞是關(guān)系到液壓系統(tǒng)工作性能是否正常的關(guān)鍵之一。 1) 布管設(shè)計(jì)和配管時(shí)都應(yīng)先根據(jù)液壓原理圖，對(duì)所需連接的組件、液壓元件、管接頭、法蘭作一個(gè)通盤的考慮。 2) 管道的敷設(shè)排列和走向應(yīng)整齊一致，層次分明。盡量采用水平或垂直布管，水平管道的不平行度應(yīng)≤2/1000；垂直管道的不垂直度應(yīng)≤2/400。用水平儀檢測(cè)。 3) 平行或交叉的管系之間，應(yīng)有10mm以上的空隙。 4) 管道的配置必須使管道、液壓閥和其它元件裝卸、維修方便。系統(tǒng)中任何一段管道或元件應(yīng)盡量能自由拆裝而不影響其它元件。 5) 配管時(shí)必須使管道有一定的剛性和抗振能力。適當(dāng)配置管道支架和管夾。彎曲的管子應(yīng)在起彎點(diǎn)附近設(shè)支架或管夾。管道不得與支架或管夾直接焊接。 6) 管道的重量不應(yīng)由閥、泵及其它液壓元件和輔件承受；也不應(yīng)由管道支承較重的元件重量。 7) 較長(zhǎng)的管道必須考慮有效措施以防止溫度變化使管子伸縮而引起的應(yīng)力。 8) 使用的管道材質(zhì)必須有明確的原始依據(jù)材料，對(duì)于材質(zhì)不明的管子不允許使用。 9) 液壓系統(tǒng)管子直徑在50mm以下的可用砂輪切割機(jī)切割。直徑50mm以上的管子一般應(yīng)采用機(jī)械加工方法切割。如用氣割，則必須用機(jī)械加工方法車去因氣割形成的組織變化部分，同時(shí)可車出焊接坡口。除回油管外，壓力由管道不允許用滾輪式擠壓切割器切割。管子切割表面必須平整，去除毛刺、氧化皮、熔渣等。切口表面與管子軸線應(yīng)垂直。 10) 一條管路由多段管段與配套件組成時(shí)應(yīng)依次逐段接管，完成一段，組裝后，再配置其后一段，以避免一次焊完產(chǎn)生累積誤差。 11) 為了減少局部壓力損失，管道各段應(yīng)避免斷面的局部急劇擴(kuò)大或縮小以及急劇彎曲。 12) 與管接頭或法蘭連接的管子必須是一段直管，即這段管子的軸心線應(yīng)與管接頭、法蘭的軸心平行、重合。此直線段長(zhǎng)度要大于或等于2倍管徑。 13) 外徑小于30mm的管子可采用冷彎法。管子外徑在30～50mm時(shí)可采用冷彎或熱彎法。管子外徑大于50mm時(shí)，一般采用熱彎法。 14) 焊接液壓管道的焊工應(yīng)持有有效的高壓管道焊接合格證。 15) 焊接工藝的選擇：乙炔氣焊主要用于一般碳鋼管壁厚度小于等于2mm的管子。電弧焊主要用于碳鋼管壁厚大于2mm的管子。管子的焊接最好用氬弧焊。對(duì)壁厚大于5mm的管子應(yīng)采用氬弧焊打底，電弧焊填充。必要的場(chǎng)合應(yīng)采用管孔內(nèi)充保護(hù)氣體方法焊接。 16) 焊條、焊劑應(yīng)與所焊管材相匹配，其牌號(hào)必須有明確的依據(jù)資料，有產(chǎn)品合格證，且在有效使用期內(nèi)。焊條、焊劑在使用前應(yīng)按其產(chǎn)品說明書規(guī)定烘干，并在使用過程中保持干燥，在當(dāng)天使用。焊條藥皮應(yīng)無(wú)脫落和顯著裂紋。 17) 液壓管道焊接都應(yīng)采用對(duì)接焊。焊接前應(yīng)將坡口及其附近寬10～20mm處表面臟物、油跡、水份和銹斑等清除干凈。 18) 管道與法蘭的焊接應(yīng)采用對(duì)接焊法蘭，不可采用插入式法蘭。 19) 管道與管接頭的焊接應(yīng)采用對(duì)接焊，不可采用插入式的形式。 20) 管道與管道的焊接應(yīng)采用對(duì)接焊，不允許用插入式的焊接形式。 21) 液壓管道采用對(duì)接焊時(shí)，焊縫內(nèi)壁必須比管道高出0.3～0.5mm。不允許出現(xiàn)凹入內(nèi)壁的現(xiàn)象。在焊完后，再用銼或手提砂輪把內(nèi)壁中高出的焊縫修平。去除焊渣、毛刺，達(dá)到光潔程度。 22) 對(duì)接焊焊縫的截面應(yīng)與管子中心線垂直。 23) 焊縫截面不允許在轉(zhuǎn)角處，也應(yīng)避免在管道的兩個(gè)彎管之間。 24) 在焊接配管時(shí)，必須先按安裝位置點(diǎn)焊定位，再拆下來焊接，焊后再組裝上整形。 25) 在焊接全過程中，應(yīng)防止風(fēng)、雨、雪的侵襲。管道焊接后，對(duì)壁厚小于等于5mm的焊縫，應(yīng)在室溫下自然冷卻，不得用強(qiáng)風(fēng)或淋水強(qiáng)迫冷卻。 26) 焊縫應(yīng)焊透，外表應(yīng)均勻平整。壓力管道的焊縫應(yīng)抽樣探傷檢查。 27) 管道配管焊接以后，所有管道都應(yīng)按所處位置預(yù)安裝一次。將各液壓元件、閥塊、閥架、泵站連接起來。各接口應(yīng)自然貼和、對(duì)中，不能強(qiáng)扭連接。當(dāng)松開管接頭或法蘭螺釘時(shí)，相對(duì)結(jié)合面中心線不許有較大的錯(cuò)位、離縫或蹺角。如發(fā)生此種情況可用火烤整形消除。 28) 可以在全部配管完畢后將管夾與機(jī)架焊牢，也可以按需求交叉進(jìn)行。 29) 管道在配管、焊接、預(yù)安裝后，再次拆開進(jìn)行酸洗磷化處理。經(jīng)酸洗磷化后的管道，向管道內(nèi)通入熱空氣進(jìn)行快速干燥。干燥后，如在幾日就復(fù)裝成系統(tǒng)、管內(nèi)通入液壓油，一般可不作防銹處理，但應(yīng)妥善保管。如須長(zhǎng)期擱置，需要涂防銹涂料，則必須在磷化處理48小時(shí)后才能涂裝。應(yīng)注意，防銹涂料必須能與以后管道清洗時(shí)的清洗液或使用的液壓油相容。 30) 管道在酸洗、磷化、干燥后再次安裝起來以前，需對(duì)每一根管道內(nèi)壁先進(jìn)行一次預(yù)清洗。預(yù)清洗完畢后應(yīng)盡早復(fù)裝成系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)的整體循環(huán)凈化處理，直至達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的清潔度等級(jí)。 31) 軟管的應(yīng)用只限于以下場(chǎng)合： a 設(shè)備可動(dòng)元件之間 b 便于替換件的更換處 c 抑制機(jī)械振動(dòng)或噪聲的傳遞處 32) 軟管的安裝一定要注意不要使軟管和接頭造成附加的受力、扭曲、急劇彎曲、磨擦等不良工況。 33) 軟管在裝入系統(tǒng)前，也應(yīng)將內(nèi)腔及接頭清洗干凈。 6.3 液壓件安裝要求 6.3.1 泵的安裝 1) 在安裝時(shí)，油泵、電動(dòng)機(jī)、支架、底座各元件相互結(jié)合面上必須無(wú)銹、無(wú)凸出斑點(diǎn)和油漆層。在這些結(jié)合面上應(yīng)涂一薄層防銹油。 2) 安裝液壓泵、支架和電動(dòng)機(jī)時(shí)，泵與電動(dòng)機(jī)兩軸之間的同軸度允差，平行度允差應(yīng)符合規(guī)定，或者不大于泵與電動(dòng)機(jī)之間聯(lián)軸器制造商推薦的同軸度、平行度要求。 3) 直角支架安裝時(shí)，泵支架的支口中心高，允許比電動(dòng)機(jī)的中心高略高0～0.8mm，這樣在安裝時(shí)，調(diào)整泵與電動(dòng)機(jī)的同軸度時(shí)，可只墊高電動(dòng)機(jī)的底面。允許在電動(dòng)機(jī)與底座的接觸面之間墊入圖樣未規(guī)定的金屬墊片（墊片數(shù)量不得超過3個(gè)，總厚度不大于0.8mm）。一旦調(diào)整好后，電動(dòng)機(jī)一般不再拆動(dòng)。必要時(shí)只拆動(dòng)泵支架，而泵支架應(yīng)有定位銷定位。 4) 調(diào)整完畢后，在泵支架與底板之間鉆、鉸定位銷孔。再裝入聯(lián)軸器的彈性耦合件。然后用手轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)軸器，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)、泵和聯(lián)軸器都應(yīng)能輕松、平滑地轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)異常聲響。 6.3.2 集成塊的安裝 1) 閥塊所有各油流通道內(nèi)，尤其是孔與孔貫穿交會(huì)處，都必須仔細(xì)去凈毛刺，用探燈伸入到孔中仔細(xì)清除、檢查。閥塊外周及各周棱邊必須倒角去毛刺。加工完畢的閥塊與液壓閥、管接頭、法蘭相貼合的平面上不得留有傷痕，也不得留有劃線的痕跡。 2) 閥塊加工完畢后必須用防銹清洗液反復(fù)加壓清洗。各孔流道，尤其是對(duì)盲孔應(yīng)特別注意洗凈。清洗槽應(yīng)分粗洗和精洗。清洗后的閥塊，如暫不裝配，應(yīng)立即將各孔口蓋住，可用大幅的膠紙封在孔口上。 3) 往閥塊上安裝液壓閥時(shí)，要核對(duì)它們的型號(hào)、規(guī)格。各閥都必須有產(chǎn)品合格證，并確認(rèn)其清潔度合格。 4) 核對(duì)所有密封件的規(guī)格、型號(hào)、材質(zhì)及出廠日期（應(yīng)在使用期內(nèi)）。 5) 裝配前再一次檢查閥塊上所有的孔道是否與設(shè)計(jì)圖一致、正確。 6) 檢查所用的連接螺栓的材質(zhì)及強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求以及液壓件生產(chǎn)廠規(guī)定的要求。閥塊上各液壓閥的連接螺栓都必須用測(cè)力扳手?jǐn)Q緊。擰緊力矩應(yīng)符合液壓閥制造廠的規(guī)定。 7) 凡有定位銷的液壓閥，必須裝上定位銷。 8) 閥塊上應(yīng)訂上金屬制的小標(biāo)牌，標(biāo)明各液壓閥在設(shè)計(jì)圖上的序號(hào)，各回路名稱，各外接口的作用。 9) 閥塊裝配完畢后，在裝到閥架或液壓系統(tǒng)上之前，應(yīng)將閥塊單獨(dú)先進(jìn)行耐壓試驗(yàn)和功能試驗(yàn)。 6.4 液壓系統(tǒng)清洗 液壓系統(tǒng)安裝完畢后，在試車前必須對(duì)管道、流道等進(jìn)行循環(huán)清洗。使系統(tǒng)清潔度達(dá)到設(shè)計(jì)要求： 1) 清洗液要選用低粘度的專用清洗油，或本系統(tǒng)同牌號(hào)的液壓油。 2) 清洗工作以主管道系統(tǒng)為主。清洗前將溢流閥壓力調(diào)到0.3～0.5MPa，對(duì)其它液壓閥的排油回路要在閥的入口處臨時(shí)切斷，將主管路連接臨時(shí)管路，并使換向閥換向到某一位置，使油路循環(huán)。 3) 在主回路的回油管處臨時(shí)接一個(gè)回油過濾器。濾油器的過濾精度，一般液壓系統(tǒng)的不同清洗循環(huán)階段，分別使用30m、20m、10m的濾芯；伺服系統(tǒng)用20m、10m、5m濾芯，分階段分次清洗。清洗后液壓系統(tǒng)必須達(dá)到凈化標(biāo)準(zhǔn)，不達(dá)凈化標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)不準(zhǔn)運(yùn)行。 4) 復(fù)雜的液壓系統(tǒng)可以按工作區(qū)域分別對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行清洗。 5) 清洗后，將清洗油排盡，確認(rèn)清洗油排盡后，才算清洗完畢。 6) 確認(rèn)液壓系統(tǒng)凈化達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，將臨時(shí)管路拆掉，恢復(fù)系統(tǒng)，按要求加油。 6.5 調(diào)試 1) 確認(rèn)液壓系統(tǒng)凈化符合標(biāo)準(zhǔn)后，向油箱加入規(guī)定的介質(zhì)。加入介質(zhì)時(shí)一定要過濾，濾芯的精度要符合要求，并要經(jīng)過檢測(cè)確認(rèn)。 2) 檢查液壓系統(tǒng)各部，確認(rèn)安裝合理無(wú)誤。 3) 向油箱灌油，當(dāng)油液充滿液壓泵后，用手轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)軸節(jié)，直至泵的出油口出油并不見氣泡時(shí)為止。有泄油口的泵，要向泵殼體中灌滿油。 4) 放松并調(diào)整液壓閥的調(diào)節(jié)螺釘，使調(diào)節(jié)壓力值能維持空轉(zhuǎn)即可。調(diào)整好執(zhí)行機(jī)構(gòu)的極限位置，并維持在無(wú)負(fù)載狀態(tài)。如有必要，伺服閥、比例閥、蓄能器、壓力傳感器等重要元件應(yīng)臨時(shí)與循環(huán)回路脫離。節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥等應(yīng)調(diào)到最大開度。 5) 接通電源、點(diǎn)動(dòng)液壓泵電機(jī)，檢查電源連線是否正確。延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，檢查空運(yùn)轉(zhuǎn)有無(wú)異常。按說明書規(guī)定的空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)要隨時(shí)了解濾油器的濾芯堵塞情況，并注意隨時(shí)更換堵塞的濾芯。 6) 在空運(yùn)轉(zhuǎn)正常的前提下，進(jìn)行加載試驗(yàn)，即壓力調(diào)試。加載可以利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)移到終點(diǎn)位置，也可用節(jié)流閥加載，使系統(tǒng)建立起壓力。壓力升高要逐級(jí)進(jìn)行，每一級(jí)為1MPa，并穩(wěn)壓5分鐘左右。最高試驗(yàn)調(diào)整壓力應(yīng)按設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)額定壓力或按實(shí)際工作對(duì)象所需的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。 7) 壓力試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的故障應(yīng)及時(shí)排除。排除故障必須在泄壓后進(jìn)行。若焊縫需要重焊，必須將該件拆下，除凈油污后方可焊接。 8) 調(diào)試過程應(yīng)詳細(xì)記錄，整理后納入設(shè)備檔案。 9) 注意：不準(zhǔn)在執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力；調(diào)壓前應(yīng)先檢查壓力表，無(wú)壓力表的系統(tǒng)不準(zhǔn)調(diào)壓；壓力調(diào)節(jié)后應(yīng)將調(diào)節(jié)螺釘鎖住，防止松動(dòng)。 6.6 保養(yǎng) 1) 按設(shè)計(jì)規(guī)定和工作要求，合理調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作壓力與工作速度。壓力閥、調(diào)速閥調(diào)到所要求的數(shù)值時(shí)，應(yīng)將調(diào)節(jié)螺釘緊固，防止松動(dòng)。 2) 液壓系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行過程中，要注意油質(zhì)的變化狀況，要定期取樣化驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)油質(zhì)不符合要求，要進(jìn)行凈化處理或更換新油液。 3) 液壓系統(tǒng)油液工作溫度不得過高。 4) 為保證電磁閥正常工作，應(yīng)保持電壓穩(wěn)定，其波動(dòng)值不應(yīng)超過額定電壓的5%～10%。 5) 電氣柜、電氣盒、操作臺(tái)和指令控制箱等應(yīng)有蓋子或門，不得敞開使用。 6) 當(dāng)系統(tǒng)某部位產(chǎn)生異常時(shí)，要及時(shí)分析原因進(jìn)行處理，不要勉強(qiáng)運(yùn)轉(zhuǎn)。 7) 定期檢查冷卻器和加熱器工作性能。 8) 經(jīng)常觀察蓄能器工作性能，若發(fā)現(xiàn)氣壓不足或油氣混合，要及時(shí)充氣和修理。 9) 高壓軟管、密封件要定期更換。 10) 主要液壓元件定期進(jìn)行性能測(cè)定，實(shí)行定期更換維修制。 11) 定期檢查潤(rùn)滑管路是否完好，潤(rùn)滑元件是否可用，潤(rùn)滑油脂量是否達(dá)標(biāo)。 12) 檢查所有液壓閥、液壓缸、管件是否有泄漏。 13) 檢查液壓泵或馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)是否有異常噪聲。 14) 檢查液壓缸運(yùn)動(dòng)全行程是否正常平穩(wěn)。 15) 檢查系統(tǒng)中各測(cè)壓點(diǎn)壓力是否在允許范圍內(nèi)，壓力是否穩(wěn)定。 16) 檢查系統(tǒng)各部位有無(wú)高頻振動(dòng)。 17) 檢查換向閥工作是否靈敏。 18) 檢查各限位裝置是否變動(dòng)。 結(jié) 論 本液壓站是搖臂鉆床的控制系統(tǒng) 它通過對(duì)液壓油的壓力及流量控制來完成對(duì)鉆床夾盤的夾緊與松開，力的大小，鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止，轉(zhuǎn)速的大小等相關(guān)控制。 1) 系統(tǒng)采用了液壓缸來完成對(duì)夾盤的夾緊和松開的動(dòng)作，保證了慢進(jìn)快退的性能要求，并使得系統(tǒng)占地空間小。 2) 系統(tǒng)采用了電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)換向動(dòng)作，結(jié)構(gòu)緊湊，操縱方便，換向精度和換向平穩(wěn)性都較高。 3) 系統(tǒng)設(shè)置了壓力繼電器，使系統(tǒng)工作時(shí)有著一定的保護(hù)和自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，有利于系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的工作。 4) 系統(tǒng)采用了進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，功率損失小，這對(duì)調(diào)速范圍不需很大，負(fù)載較小且基本恒定的鉆床來說是很合適的。此外，進(jìn)口節(jié)流調(diào)速的形式在液壓缸回路中不易造成較大的背壓，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，使質(zhì)量較小的鉆床工作時(shí)的加速制動(dòng)，也有助于防止空氣的滲入。 本系統(tǒng)的壓力及流量都比較小，所以對(duì)系統(tǒng)的控制較靈敏，不容易出現(xiàn)大的泄露。并且它的散熱是通過油箱來完成不但節(jié)省空間而且節(jié)省資金。它相對(duì)于以前的液壓控制系統(tǒng)來說更具有空間小、能耗低、無(wú)污染、無(wú)噪音等特點(diǎn)，與電器相配合使得操縱、控制簡(jiǎn)單、方便、省力，是搖臂鉆床理想的控制元件 致 謝 感謝我的導(dǎo)師江琴老師，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。江老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖接觸較少，卻給以終生受益無(wú)窮之道。對(duì)江老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。另外感謝陳安民老師、方子良老師等對(duì)我的課程指導(dǎo)。有了他們的細(xì)心指導(dǎo)，才使我的論文得以順利完成，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。 感謝我的輔導(dǎo)員楊鳴老師，多虧她及時(shí)得給我們提供必要的信息，有了楊老師提供的信息，我可以及時(shí)得趕上論文進(jìn)度，并且在大學(xué)四年里，楊老師給我們的學(xué)習(xí)和生活方面都提供了很大的幫助，在這里請(qǐng)?jiān)试S我代表全體的機(jī)械系同學(xué)向楊鳴老師奉上真誠(chéng)的敬意。 感謝我的室友們，我們一起從校園來到這個(gè)遙遠(yuǎn)而又陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！ 參 考 文 獻(xiàn) [1] 陳嘉上.2006版實(shí)用液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè).北京:中國(guó)知識(shí)出版社 2006. 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