自動(dòng)鋸床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全自動(dòng)金屬帶鋸床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)】

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In the specific design of the structure, is mainly directed against the system relates to the valve element design, circuit board design and so on. Key words:Automatic metal band sawing machine; Hydraulic system; Hydraulic components; Hydraulic system diagram 1 1 前言 傳統(tǒng)意義上的金屬鋸切常被認(rèn)為是簡(jiǎn)單的切斷下料工序。金屬帶鋸床作為機(jī)械加 工制造的第一道工序所需設(shè)備，其加工精度和自動(dòng)化程度直接關(guān)系到后續(xù)工序的效率 和質(zhì)量 1。隨著現(xiàn)代制造工業(yè)朝著高效、高精度和經(jīng)濟(jì)性的方向發(fā)展，鋸切作為金切 加工的起點(diǎn)，已成為零件加工過(guò)程中重要的組成環(huán)節(jié) 2。鋸切可以節(jié)約材料、減少二 次加工量和提高生產(chǎn)效率。全自動(dòng)金屬鋸床是專為高產(chǎn)量連續(xù)切割而設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)新穎、 功能完備的中型鋸切加工設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)緊湊、造型美觀、加工精度高、工作可靠、 噪聲低、操作簡(jiǎn)便、節(jié)材和節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)，主要適用于切割普通碳鋼、高速工 具鋼、軸承鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁材、銅材等各種棒材和管材?？蓾M足任何大量 生產(chǎn)切斷加工的需要，因此鋸床特別是自動(dòng)化鋸床已廣泛地應(yīng)用于鋼鐵、機(jī)械、汽車、 造船、石油、礦山和航天航空等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域 1,2.3。 2 鋸床的基本組成 全自動(dòng)金屬帶鋸床由九個(gè)部分組成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分述如下 2： 1 全自動(dòng)金屬帶鋸床 的床身、立柱：床身為箱形焊接結(jié)構(gòu)為整個(gè)機(jī)床的基座， 并用作液壓油箱及冷卻液池。立柱由一圓一方雙立柱組成，圓立柱座位鋸架運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌 用以支撐鋸架，并保證精確的導(dǎo)向，用以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，方立柱起輔助作用從而保證 進(jìn)行正常的切削。 2 鋸架及據(jù)帶傳動(dòng)部分：它由鋸架及主傳動(dòng)、據(jù)帶張緊機(jī)構(gòu)組成，鋸架為焊接 結(jié)構(gòu)，主傳動(dòng)采用減速機(jī)減速，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)皮帶輪變速，實(shí)現(xiàn)五種切削速度； 據(jù)帶張緊采用絲帶及滑座使鋸輪移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)鋸帶張緊。 3 全自動(dòng)金屬帶鋸床工件夾緊裝置：工件采用液壓夾緊，由電磁閥操縱通過(guò)夾 緊采用絲桿及滑座使鋸座，使切削正常進(jìn)行。 4 導(dǎo)向部分：用以保證鋸帶運(yùn)行的穩(wěn)定與準(zhǔn)確，從而提高切削精度它由導(dǎo)向壁 導(dǎo)向頭，導(dǎo)向滾子及導(dǎo)向塊組成。鋸帶采用雙重滾子導(dǎo)向，即固定在鋸架上的與裝在 導(dǎo)向頭上的兩組導(dǎo)向滾子組成，以減小導(dǎo)向臂的負(fù)荷，確保導(dǎo)向精度。 5 機(jī)床液壓系統(tǒng)：有裝于床身一側(cè)的液壓站組成，通過(guò)電磁閥控制，用以實(shí)現(xiàn) 機(jī)床的工作進(jìn)給、工作夾緊。 6 機(jī)床電氣系統(tǒng)：有安裝在機(jī)床前方一側(cè)的操縱臺(tái)組成，用以按一定的工作程 序控制各部件的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正常的切削工作循環(huán)，并保證各運(yùn)動(dòng)部件之間的動(dòng)作連鎖 協(xié)調(diào)地，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。 2 3 設(shè)計(jì)要求及給定參數(shù) 現(xiàn)欲設(shè)計(jì)制造一臺(tái)全自動(dòng)金屬鋸床用于高速工具鋼、軸承鋼、低合金鋼、不銹鋼、 鋁材、銅材等各種棒料和管材的鋸切加工。該機(jī)床的主機(jī)由床身、鋸架、鋸刀、夾緊 虎鉗等組成。工作時(shí)，要加工的工件由送料缸和夾緊虎鉗的相互配合運(yùn)送到待加工位 置并由相應(yīng)的夾具夾緊在夾緊虎鉗上，鋸架帶動(dòng)鋸頭 6 下降至工件待加工部位，鋸頭 與樣件緊密接觸，通過(guò)與帶傳動(dòng)同步轉(zhuǎn)動(dòng)的鋸帶形成的鋸切的直線主運(yùn)動(dòng)（切削）加 工工件。夾緊虎鉗、鋸架、送料均由液壓驅(qū)動(dòng)。根據(jù)表 1 的設(shè)計(jì)要求和給定參數(shù)設(shè)計(jì) 其電液位置伺服系統(tǒng)。工作時(shí)，前虎鉗由兩對(duì)液壓缸驅(qū)動(dòng)，用于夾緊鋸切材料，后虎 鉗由一對(duì)液壓缸驅(qū)動(dòng)，用于夾緊鋸切材料，并在送料液壓缸的作用下完成送料工作， 一只液壓缸用于驅(qū)動(dòng)鋸頭的上升和下降，一只液壓缸用于驅(qū)動(dòng)送料裝置完成鋸切材料 的輸送工作，供下一次鋸切。鋸頭的主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，則由 2.2kw 的電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng) 輪轉(zhuǎn)動(dòng)，用鋸帶帶動(dòng)從動(dòng)輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，形成鋸切的直線運(yùn)動(dòng)，相互配合完成鋸頭的上 升、下降、快進(jìn)、工進(jìn)以及鋸切材料的送料等工作。 表 1 設(shè)計(jì)要求和給定參數(shù) Table 1 Design requirements and certain parameters 項(xiàng)目 符號(hào) 參數(shù) 單位 質(zhì)量 Mt 1000 Kg 最大摩擦力 Ff 200 N 最大行程 Smax 0.8 m 工進(jìn)行程 快進(jìn)行程 工進(jìn)速度 S 工 S 快 v 0.5 0.2 0.002 m m m/s 最大速度 Vmax 8x10-2 m/s 最大加速度 amax 1 m /s2 鋸 架 供油壓力 Ps 4 MPa 切削負(fù)載力 FL 3850 N 送料運(yùn)動(dòng)速度 v 0.02 m /s 送料等效質(zhì)量 m 20 Kg 最大行程 ymax 0.11 m 起動(dòng)換向時(shí)間 夾緊力 T F 0.2 8000 S N 送 料 能源壓力 P 2 MPa 4 負(fù)載分析 此全自動(dòng)金屬鋸床液壓系統(tǒng)包括 4 個(gè)液壓缸，四個(gè)液壓缸分別為架舉升液壓缸、 送料液壓缸、鋸前夾緊缸和后夾緊缸?，F(xiàn)分別逐個(gè)對(duì)四個(gè)液壓缸進(jìn)行分析與計(jì)算。 3 3.1 鋸架舉升液壓缸 3.1.1 負(fù)載分析 工作負(fù)載 Fw=13850N，重力負(fù)載 FG =9800，按起動(dòng)換向時(shí)間和運(yùn)動(dòng)部件重量計(jì)算 得到慣性負(fù)載 Fa = 1000N，摩擦力負(fù)載 Ff=200N。 取液壓缸機(jī)械效率為 nm=0.9，則液壓缸工作階段的負(fù)載值見表 2。 表 2 液壓缸工作階段的負(fù)載 Tab. 2 The work stage load of hydraulic cylinder 工作循環(huán) 計(jì)算公式 負(fù)載 f/N 啟動(dòng)加速 F=(Ff+Fa)/nm 1333 快進(jìn) F=Ff/nm 222 工進(jìn) F=(Ff+Fw)/nm 15611 快退 F=Ff/nm 222 3.1.2 速度分析 根據(jù)已知速度和上述分析可繪制出速度循環(huán)圖和負(fù)載循環(huán)圖 4-9。 圖 1 速度和壓力循環(huán)圖 Fig.The circulant graph of velocity and pressure 4 3.2 送料液壓缸 3.2.1 負(fù)載分析 工作負(fù)載 Fw=13850N，重力負(fù)載 FG =0N，按起動(dòng)換向時(shí)間和運(yùn)動(dòng)部件重量計(jì)算得 到慣性負(fù)載 Fa = 10N，摩擦力負(fù)載 Ff=40N。 取液壓缸機(jī)械效率為 nm=0.9，則液壓缸工作階段的負(fù)載值見表 3。 3.2.2 速度分析 根據(jù)已知速度和上述分析課繪制出負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖（略） 表 3 送料液壓缸的負(fù)載 Tab. 3 The hydraulic cylinder load of material supply 工作循環(huán) 計(jì)算公式 負(fù)載 f/N 工進(jìn) F=(Ff+Fw)/nm 15433 3.3 夾緊液壓缸 3.3.1 負(fù)載分析 由全自動(dòng)金屬鋸床的設(shè)計(jì)要求可知，夾緊缸的夾緊力為 8000N。 4 確定各液壓缸的主要參數(shù) 4.1 計(jì)算各液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù) 4.1.1 鋸架液壓缸 根據(jù)鋸架液壓缸的工作要求選擇雙作用活塞缸 4-10，設(shè)液壓缸兩有效面積為 A1 和 A2，且 A1=2A2,即 d=0.707D。為防止液壓缸發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓 P2 取 0.6MPa，而液壓缸快退時(shí)背壓取 0.5MPa。 由工進(jìn)工況下液壓缸的平衡力平衡方程 p1A1=p2A2+F （1 ） 可得； A 3=F/(p1-0.5p2) =15433/（2*10 6-0.5*0.6*106）cm 2 = 90.8cm2 液壓缸的內(nèi)徑 D=107mm，對(duì) D 進(jìn)行圓整，取 D=110mm，d=0.707D，經(jīng)圓整得 d=78mm。計(jì)算出液壓缸的有效面積 A3=28cm2，A4=14cm 2 。 工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量 qmin=0.05L/min ，設(shè)計(jì)要求最低工進(jìn)速 度 vmin=20mm/min，經(jīng)驗(yàn)算可知滿足要求。 5 4.1.2 前夾緊缸 根據(jù)夾緊缸的工作情況選擇單作用彈簧活塞缸，設(shè)液壓缸兩有效面積為 A1和 A2，且 A1=2A2,即 d=0.707D。為防止液壓缸發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓 P2 取 0.6MPa，而液壓缸快退時(shí)背壓取 0.5MPa。 由工進(jìn)工況下液壓缸的平衡力平衡方程 p1A1=p2A2+F （ 2 ） 可得：A 5=F/(p1-0.5p2) =8000/（2*10 6-0.5*0.6*106） cm 2 = 47cm2 液壓缸活塞桿的內(nèi)徑 D=74.5mm，對(duì) D 進(jìn)行圓整，取 D=80mm，d=0.707D，經(jīng)圓整 得 d=56.56mm。計(jì)算出液壓缸的有效面積 A5=28cm2，A6=14cm 2 。經(jīng)驗(yàn)算可知滿足要 求。 4.1.3 后夾緊缸 根據(jù)夾緊缸的工作情況選擇單作用彈簧活塞缸，設(shè)液壓缸兩有效面積為 A1和 A2，且 A1=2A2,即 d=0.707D。為防止液壓缸發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓 P2 取 0.6MPa，而液壓缸快退時(shí)背壓取 0.5MPa。 由工進(jìn)工況下液壓缸的平衡力平衡方程 p1A1=p2A2+F （ 3 ） 可得：A 5=F/(p1-0.5p2) =8000/（2*10 6-0.5*0.6*106） cm 2 = 47cm2 液壓缸活塞桿的內(nèi)徑 D=74.5mm，對(duì) D 進(jìn)行圓整，取 D=80mm，d=0.707D，經(jīng)圓整 得 d=56.56mm。計(jì)算出液壓缸的有效面積 A5=28cm2，A6=14cm 2 。經(jīng)驗(yàn)算可知滿足要 求。 4.1.4 送料缸 根據(jù)送料缸的工作情況選雙作用活塞缸，設(shè)液壓缸兩有效面積為 A1和 A2，且 A1=2A2,即 d=0.707D。為防止液壓缸發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓 P2 取 0.6MPa， 而液壓缸快退時(shí)背壓取 0.5MPa。 由工進(jìn)工況下液壓缸的平衡力平衡方程 p1A1=p2A2+F （ 4 ） 可得； A 3=F/(p1-0.5p2) 6 =4545/（2*10 6-0.5*0.6*106）cm 2 = 27cm2 液壓缸活塞桿的內(nèi)徑 D=2.9cm，對(duì) D 進(jìn)行圓整，取 D=3cm，d=0.707D，經(jīng)圓整得 d=21.21mm。計(jì)算出液壓缸的有效面積 A3=28cm2，A4=14cm 2 。 工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量 qmin=0.05L/min ，設(shè)計(jì)要求最低工進(jìn)速 度 vmin=20mm/min，經(jīng)驗(yàn)算可知滿足要求。 4.2.1 計(jì)算鋸架液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 差動(dòng)時(shí)液壓缸有桿腔壓力大于無(wú)桿腔壓力 11-13，取兩腔間回路及閥上的壓力損 失為 0.5MPa，則 p2=p1+0.5MPa，其計(jì)算結(jié)果見表 4： 表 4 鋸架液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 Tab.4 The circulation work pressure, flow and power value of sash hydraulic cylinder in every stage 工作循環(huán) 計(jì)算公式 負(fù)載 F/KN 回油背壓 p2/MPa 進(jìn)油壓力 p1/MPa 輸入流量 q1/10-3m3s- 1 輸入功 率 P/KW 快 進(jìn) 加速 恒速 p1=F+A2(P 2-P1)/(A1-A2) q1=(A1-A2)V1 P=p1q1 1 333 2 22 p2=p 1+ 0.5 1.03 0.59 8 0.50 0.299 工進(jìn) p1=(F+A2p2 )/A1 q1=A1V1 P=p1q1 1 5611 0.6 3.42 0.003 1-0.019 0 .011- 0.065 快 退 加速 恒速 p1=(F+A1p2)/A2 q1=A2V1 P=p1q1 1 333 222 0.5 0.5 1.53 1.08 - 0.50 - 0.54 4.2.2 計(jì)算夾緊液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 差動(dòng)時(shí)液壓缸有桿腔壓力大于無(wú)桿腔壓力，取兩腔間回路及閥上的壓力損失為 0.5MPa，則 p2=p1+0.5MPa，計(jì)算結(jié)果見表 5。 7 表 5 夾緊液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 Tab. 5 The circulation work pressure, flow and power value of gripping hydraulic cylinder in every stage 工作循環(huán) 計(jì)算公式 負(fù)載 F/KN 回油背壓 p4/MPa 進(jìn)油壓力 p3/MPa 輸入流量 q3/10-3m3s- 1 輸入功 率 P/KW 工進(jìn) p3=(F+A4p4)/A3 q3=A3V3 P=p3q3 4545 0.6 1.92 0.056 0.108 4.2.3 計(jì)算送料液壓缸在工作循環(huán)個(gè)階段的壓力、流量和功率值 對(duì)夾緊液壓缸在工作循環(huán)個(gè)階段的壓力、流量和功率值進(jìn)行計(jì)算，并列表于表 6。 表 6 送料液壓缸在工作循環(huán)個(gè)階段的壓力、流量和功率值 Tab. 6 The pressure, flow and power value of supply hydraulic cylinder in working cycle 工作循環(huán) 計(jì)算公式 負(fù)載 F/KN 回油背壓 p6/MPa 進(jìn)油壓力 p5/MPa 輸入流量 q5/10-3m3.s- 1 輸入功 率 P/KW 工進(jìn) p5=(F+A6p6 )/A5 q5=A5V5 P=p5q5 3000 0.6 1.37 - - 5 液壓系統(tǒng)及其工作原理 5.1 主機(jī)功能結(jié)構(gòu) 該機(jī)床的主機(jī)由床身、夾緊虎鉗、鋸頭、立柱和鋸架等組成（見圖 2） 。全自動(dòng)金 屬鋸床工作時(shí)，要加工的工件由相應(yīng)的夾具夾緊在工作臺(tái) 1 上，刀架臂 5 帶動(dòng)鋸架 6 下降至工件待加工部位，觸頭 2 與樣件（靠模）緊密接觸，通過(guò)工作臺(tái)的往復(fù)直線主 運(yùn)動(dòng)（切削）和鋸架的仿形運(yùn)動(dòng)加工出與樣件曲面形狀相同的工件。工作臺(tái)和鋸架均 由液壓驅(qū)動(dòng) 5。其中前虎鉗有四個(gè)油缸組成，考慮到鋸床加工時(shí)需要較大的緊固力， 此時(shí)四缸同步控制夾緊，能起到較好的固定作用。后虎鉗由倆個(gè)油缸配合組成實(shí)現(xiàn)夾 緊，主要起到固定和配合送料的作用。鋸架升降臺(tái)由一個(gè)油缸控制，主要實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、 8 工進(jìn)、快退三個(gè)步驟，工進(jìn)時(shí)需要提供較大的力。送料機(jī)構(gòu)也是由一個(gè)油缸控制，送 料油缸與后虎鉗油缸協(xié)同配合完成送料。前虎鉗、后虎鉗、升降鋸架、送料機(jī)構(gòu)四個(gè) 部分協(xié)同完成送料、固定、材料切割三個(gè)步驟，從而實(shí)現(xiàn)材料切割成型的工作內(nèi)容。 圖 2 液壓全自動(dòng)金屬鋸床的主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 Figure 2 Hydraulic Automatic metal band sawing machinehost structure schematic drawing 帶鋸機(jī)床中鋸架的快進(jìn)、工進(jìn)、快升及夾緊送料工作循環(huán) 16-18，由電氣控制并 由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。進(jìn)給、送夾料的動(dòng)作順序?yàn)椋轰忣^下降工進(jìn)快升前松 后緊后虎鉗送料前進(jìn)前緊后松后虎鉗后退前后虎鉗同時(shí)夾緊鋸頭下降（第 二次工作循環(huán)開始）。工作循環(huán)如圖 3 所示。 圖3 工作循環(huán) Fig.3 working cycle 5.2 擬采用液壓系統(tǒng)及其工作原理 5.2.1. 確定供油方式 考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小， 速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油。現(xiàn) 9 采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。 5.2.2. 調(diào)速方式的選擇 在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。 根據(jù)組合機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓 式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛 性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。 5.2.3. 速度換接方式的選擇 本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)行程比較方 便，閥的安裝也較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則 可改用行程閥切換的速度換接回路。 5.2.4. 夾緊回路的選擇 。 1 油箱；2、9 單向閥；3 過(guò)濾器；4 溢流閥；5 電動(dòng)機(jī)；6 液壓泵；7 壓力表開關(guān)；8 壓力表； 1013 三位五通電液換向閥；14 節(jié)流閥；15、16 液控單向閥；17 舉升缸；18、19 前夾緊缸； 20 后夾緊缸；21 送料缸；22 二位二通電磁換向閥 1.Tank;2.Check-valve;3.Filter;4.Overflow-valve;5.Electromotor;6.Hydraulic-pump; 7.Pressure- meter-swich;8.Piezometer;1013. The three position five way of Electro hydraulic Directional control valve;14. throttle valve; 15、16.Hydraulic control non return valve;17. Lifting cylinder; 18、19. Before clamping cylinder;20. After the clamping-cylinder; 21.hydro-cylinder; 22. The two position two way electromagnetic valve 圖 4 全自動(dòng)金屬鋸床液壓系統(tǒng)原理圖 Fig. 4 Automatic metal band sawing machinehydraulic system diagram 用三位四通電磁閥來(lái)控制夾緊、松開換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松 開，應(yīng)采用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保 10 持夾緊力，所以接入單向閥保壓。在該回路中還裝有溢流閥，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小 和保持夾緊力的穩(wěn)定 6。 全自動(dòng)金屬帶鋸床的液壓系統(tǒng)原理圖如圖 4 所示，系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī) 5 驅(qū)動(dòng)的單向變 量液壓泵 6 供油，最大工作壓力由溢流閥 4 設(shè)定，壓力表 8 及其開關(guān) 7 可觀測(cè)系統(tǒng)壓 力。系統(tǒng)的液壓執(zhí)行器有舉升缸 17，前夾緊缸 18、19兩對(duì)缸并聯(lián)，且上腔裝有復(fù)位 彈簧，后夾緊缸 20 和送料缸 21.各類缸的運(yùn)動(dòng)方向依次由電液換向閥 10-13 控制。單 向閥 2 作背壓閥用，單向閥 9 可防止油液倒灌，以保護(hù)液壓泵。電磁換向閥 22 和溢 流閥 4 用于控制缸 17 的快慢速轉(zhuǎn)換，液控單向閥可鎖緊前夾緊缸，以保證夾緊的可 靠性。 整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程是：?jiǎn)?dòng)電動(dòng)機(jī) 5 及液壓泵 6 后，電磁鐵 1YA 和 9YA 通電是 換向閥 10 和 22 均切換至左位，泵 6 的壓力油經(jīng)單向閥 9、換向閥 10 和閥 22 進(jìn)入舉 升缸 17 的下腔，缸 17 上腔經(jīng)閥 10 和單向閥 2 向油箱排油，鋸頭快速下降，并在電 氣控制下完成工進(jìn)（回油經(jīng)節(jié)流閥 14）。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到 SQ1 有輸入時(shí)，完成一次 切削，電磁鐵 1YA 和 9YA 重新通電動(dòng)作，鋸頭在舉升缸 17 的作用下上升，同時(shí)電磁 鐵 6YA 通電使換向閥 12 切換至右位、后虎鉗松開后，電磁鐵 8YA 通電使換向閥 13 切 換至右位，后虎鉗在送料缸 21 的作用下后退。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到 SQ3 有輸入時(shí)，電 磁鐵 5YA 通電使換向閥 12 切換至左位，后虎鉗夾緊鋸切材料，與此同時(shí)電磁鐵 4YA 通電使換向閥 11 切換至右位，前夾緊缸 18、19 在上腔復(fù)位彈簧的作用下打開液控單 向閥，下腔回油、前夾緊缸松開。然后電磁鐵 7YA 通電使換向閥 13 切換至左位，后 虎鉗夾持鋸切物料在送料缸 21 的作用下前進(jìn)。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到 SQ4 有輸入時(shí)電磁 鐵 7YA 斷電使換向閥 13 復(fù)至中位，缸 21 停止前進(jìn)，同時(shí)電磁鐵 3YA 通電使換向閥 11 切換至左位，前夾緊缸 18、19 推動(dòng)前虎鉗夾緊鋸切材料。這時(shí)控制系統(tǒng)再次檢測(cè)到 SQ2 有輸入，則第二次切削工作循環(huán)開始。 全自動(dòng)金屬鋸床的液壓系統(tǒng)電磁鐵的動(dòng)作順序如表 7 所示： 表 7 電磁鐵的動(dòng)作順序 Tab. 7 The order action of solenoid 電磁鐵 工況 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 鋸頭快升 鋸頭快進(jìn) 11 鋸頭工進(jìn) 送料前進(jìn) 虎鉗前松后緊 后虎鉗后退 虎鉗前緊后松 6 液壓元件的選擇 6.1 液壓泵及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定 6.1.1 液壓泵的工作壓力 已知定量液壓泵的最大工作壓力為 4.02MPa，取進(jìn)油路上壓力損失為 1MPa，則小 最高工作壓 5.02MPa，選擇泵的額定壓力應(yīng)為 pn=(5.02+5.02*0.25%)=6.27MPa。大流 量變量液壓泵在液壓缸工進(jìn)時(shí)工作壓力較大，其工作壓力最高位（1.92+0.4） MPa=2.32MPa，卸荷閥的調(diào)整壓力應(yīng)高于此值。 6.1.2 液壓泵流量計(jì)算 取系統(tǒng)的泄露系數(shù) K=1.2，則泵的最小供油壓力 qp由公式（3）得 qp= kqmax （ 3 ） =1.2*0.5*10-3m3/s =36L/min 由于工進(jìn)時(shí)所需的最大流量是 1.9x10-5m3/s,溢流閥最小穩(wěn)定流量為 0.05x10- 3m3/s,小流量泵最小流量為 qp1=4.4L/min。 大流量泵最小流量為 qp2=qp-qp1 （ 4 ） =31.6l/min 6.1.3 確定液壓泵規(guī)格 對(duì)照產(chǎn)品樣本可選擇兩個(gè) YB-A-40/7 雙作用葉片泵，其額定轉(zhuǎn)速為 1450r/min。 其為我過(guò)第一代國(guó)產(chǎn)葉片泵第五次改型產(chǎn)品；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，排量范圍大，噪 聲低、壽命長(zhǎng)，適用于機(jī)床設(shè)備和其他中低壓液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 19-21。 變量泵可以選擇型號(hào)為 YBX-40/6.3 的單作用彈簧泵。其最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到 1800r/min，容積效率大于 90%。為外反饋式限壓變量泵。工作時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的變 12 化通過(guò)分別位于定子兩邊的變量活塞和預(yù)緊彈簧的力平衡原理，改變定子與轉(zhuǎn)子的偏 心距，從而改變泵的流量,適用于組合機(jī)床等 19-20。 故以上兩種葉片泵均滿足系統(tǒng)要求。 6.1.4 確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率 根據(jù)系統(tǒng)需求，液壓泵在快退階段時(shí)的功率要求最大。取液壓缸在進(jìn)油路上壓力 損失為 0.5MPa，則液壓泵的輸出壓力為 1.58MPa,液壓泵的總效率為 0.8，液壓泵的流 量為 40L/min，則液壓泵驅(qū)動(dòng)快退所需的功率 9由公式( 5 )計(jì)算可得： P=pq/n ( 5 ) =1.58x106x40 x10-3/(60 x0.8)=1317W。 據(jù)此選用型號(hào)為 Y100L-6 的三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為 1.5KW，滿載轉(zhuǎn)速為 940r/min。 另外一個(gè)電動(dòng)機(jī)可選擇型號(hào)為 Y802-4 的三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為 0.75KW，滿載轉(zhuǎn)速為 1390r/min。 6.2 液壓控制閥和液壓輔件的選擇 液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能多的由標(biāo)準(zhǔn)液壓控制元件組成，液壓控制元件的主要選擇依據(jù) 是閥所在的油路的最大工作壓力和通過(guò)該閥的最大實(shí)際流量。因此，首先根據(jù)所選擇 的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，算出液壓缸在各階段的實(shí)際進(jìn)出流量、運(yùn)動(dòng)速度和持 續(xù)時(shí)間，以便為其他液壓控制閥及輔件的選擇及系統(tǒng)的性能計(jì)算奠定基礎(chǔ) 16。 6.2.1 壓力控制閥 壓力控制閥的選用原則 10、19 壓力：壓力控制閥的額定壓力應(yīng)大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力，以保證壓力 控制閥正常工作。 壓力調(diào)節(jié)范圍：系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力應(yīng)在法的壓力調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。 流量：通過(guò)壓力控制閥的實(shí)際流量應(yīng)小于壓力控制閥的額定流量。 結(jié)構(gòu)類型：根據(jù)結(jié)構(gòu)類性及工作原理，壓力控制閥可以分為直動(dòng)型和先導(dǎo)型兩種， 直動(dòng)型壓力控制閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但壓力受流量的變化影響大，調(diào)壓偏差大， 不適用在高壓大流量下工作。但在緩沖制動(dòng)裝置中要求壓力控制閥的靈敏度高，應(yīng)采 用直動(dòng)型溢流閥，先導(dǎo)型壓力控制閥的靈敏度和響應(yīng)速度比直動(dòng)閥低一些，調(diào)壓精度 比直動(dòng)閥高，廣泛應(yīng)用于高壓，大流量和調(diào)壓精度要求較高的場(chǎng)合。 此外，還應(yīng)考慮閥的安裝及連接形式，尺寸重量，價(jià)格，使用壽命，維護(hù)方便性， 貨源情況等。 13 6.2.2 流量控制閥 流量控制閥的選用原則如下： 壓力：系統(tǒng)壓力的變化必須在閥的額定壓力之內(nèi)。 流量：通過(guò)流量控制閥的流量應(yīng)小于該閥的額定流量。 測(cè)量范圍：流量控制閥的流量調(diào)節(jié)范圍應(yīng)大于系統(tǒng)要求的流量范圍，特別注意， 在選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，所選閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度要 求。 根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過(guò)個(gè)液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查產(chǎn)品樣本 所選擇的元件型號(hào)規(guī)格如表 8 所列。 表 8 全自動(dòng)金屬鋸床液壓閥明細(xì)表 Tab. 8 The hydraulic valvesdetail list of automatic metal band sawing machine 序號(hào) 名稱 實(shí)際流量（L/min） 選用規(guī)格 1 二位二通電磁換向閥 108 4WE56.0/W220R 2 遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)壓閥 70 FD6-B10 3 三位五通液動(dòng)換向閥 108 4WEH10-20/8AW220-50 4 三位四通電磁換向閥 36 4WE6-61/W220-50 5 單向閥 108 PVP-8 6 壓力表 30 YTXG-150 7 溢流閥 2.78 DZ20-30/210 8 節(jié)流閥 20 MG8G1.2 9 冷卻器 108 2LQFW 10 精過(guò)濾器 72 PFB-35-75F 11 壓力繼電器 20 HEDZO 12 二位三通電磁換向閥 20 23QDF6K/315E24 13 伺服閥 36 QDY6 14 蓄能器 20 NXQA-25/20-L 15 柱塞液壓缸 108 2G-E40 16 仿形液壓缸 72 2HG20-125/80F250 17 夾緊液壓缸 86 YGX-30 14 6.3 油箱的有效容積 油箱的有效容積可按公式(6)確定 UaqVp ( 6 ) 式中 a 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)中壓系統(tǒng)取 a=5.所選泵的總流量為 201.4L/min，液壓泵 每分鐘排出的壓力油的體積為 0.2 3m，算的油箱的有效容積由公式（7）得，為 312.05Vuqvd4 ( 7 ) 6.4 油管內(nèi)徑計(jì)算 本系統(tǒng)管理較為復(fù)雜，取其主要幾條（其余略），根據(jù)公式計(jì)算，得有關(guān)參數(shù)及 計(jì)算結(jié)果列于下表 9。 表 9 主要管路內(nèi)徑 Tab. 9 Main pipeline inside diameter 管路名稱 通過(guò)流量/(L/s) 允許流速/(m/s) 管路內(nèi)徑/m 實(shí)際取 值/m 泵吸油管 3.6 0.85 0.073 0.07 泵排油管 3.6 4.5 0.032 0.03 工作臺(tái)液壓缸 進(jìn)油管路 1.4 4.5 0.019 0.02 7 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 7.1 驗(yàn)算回路中的壓力損失 本系統(tǒng)較為復(fù)雜，有多個(gè)液壓執(zhí)行元件動(dòng)作回路，其中環(huán)節(jié)較多，管路損失較大 的要算工作臺(tái)液壓缸動(dòng)作回路，故主要驗(yàn)算由泵到工作臺(tái)液壓缸這段管路的損失。 7.1.1 驗(yàn)算回路中的壓力損失 沿程壓力損失，主要是工作臺(tái)液壓缸快速注射時(shí)進(jìn)油管路的壓力損失。此管路長(zhǎng) 5m，管內(nèi)徑 0.032m，快速時(shí)通過(guò)流量 2.7L/s，選用 20 號(hào)機(jī)械系統(tǒng)損耗油，正常運(yùn)轉(zhuǎn) 后油的運(yùn)動(dòng)粘度 smv/27，油的密度 3/918mkg。 油在管中的實(shí)際流速為： ssdquv /6./02.7432 ( 8 )2309811.6Re5v 15 油在管路中呈絮流動(dòng)狀態(tài)，其沿程阻力系統(tǒng)為： 25.0e 3164R ( 9 )dup1 ( 10 ) 按式 求得沿程壓力損失為： MPap03.1203.98198654. ( 11 ) 7.1.2 局部壓力損失 局部壓力損失包括通過(guò)管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失 2p，以及 通過(guò)控制閥的局部壓力損失 3p。其中管路局部壓力損失相對(duì)來(lái)說(shuō)小得多，故主要計(jì) 算通過(guò)控制閥的局部壓力損失。 參看圖，從泵出口到工作臺(tái)液壓缸進(jìn)油口，要經(jīng)過(guò)換向閥 11，及單向節(jié)流閥。 換向閥的額定流量為 300L/min，額定壓力損失為 0.6 MPa。電液換向閥的額定流 量為 190L/min,額定壓力損失 0.3MPa。單向節(jié)流閥的額定流量為 150L/min，額定壓力 損失之和為 0.2MPa。 通過(guò)各閥的局部壓力損失之和由公式(12)可得，為： a15062.190.4573.2301.46231 MPp ( 12 )a.68.P3 由以上計(jì)算結(jié)果可求得快進(jìn)時(shí)： 泵到工作臺(tái)液壓缸之間總的壓力損失為 Map36.1.031 泵出口壓力為：6.3MPa。 由計(jì)算結(jié)果看，大小泵的實(shí)際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所 選泵是合適的。 另外還要說(shuō)明的一點(diǎn)是：在整個(gè)工作過(guò)程中，工作壓力是不斷變化的，工作臺(tái)液 壓缸的進(jìn)口壓力也隨之由小到大變化，當(dāng)工作壓力達(dá)到最大時(shí)，工作臺(tái)液壓缸活塞的 16 運(yùn)動(dòng)速度也將近似等于零，此時(shí)管路的壓力損失隨流量的減小而減小。泵的實(shí)際出口 壓力要比以上計(jì)算值小一些 8。 綜合考慮各工況的需要，確定系統(tǒng)的最高工作壓力為 6MPa，也就是溢流閥的調(diào)定 壓力。 7.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 7.2.1 計(jì)算發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)的功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量。按式( 13 )計(jì)算其發(fā)熱功率 ovp1 ( 13 ) 對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 1p是整個(gè)工作循環(huán)中三泵的平均輸入功率。 ZiiptqT1 ( 14 )iT -系統(tǒng)工作循環(huán)周期；ip -執(zhí)行裝置的工作壓力；iq -執(zhí)行裝置的流量；it -執(zhí)行裝置工作時(shí)間； -執(zhí)行裝置的總效率 這樣，可算得雙泵平均輸入功率 1p=12KW。 系統(tǒng)的總輸出功率為( 15 )： mjjwjiniWto tTSFT11 ( 15 ) 式中:tT -系統(tǒng)工作循環(huán)周期；wiF -液壓缸輸出的推力；iS -液壓缸運(yùn)動(dòng)的距離；wjT -液壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩；j -液壓馬達(dá)輸出的角度； 17 jt-液壓馬達(dá)工作時(shí)間； 由前面給定參數(shù)及計(jì)算結(jié)果可知： 工作臺(tái)液壓缸的外載荷為 15KN，行程 0.8m；鋸架液壓缸的外載荷為 4.5KN，行程 0.11m； KWpo 31502.109.35014. 35 總的發(fā)熱功率為： KWPV. 。 7.2.2 計(jì)算散熱功率 前面初步求得油箱的有效容積為 1 3m，按 V=0.8abh 求得油箱各邊之積由( 16 ) 可得； 3325.8.0hba ( 16 ) 取 a 為 1.25m，b、h 分別為 1m。 根據(jù)公式，求得油箱散熱面積為： 229.5.125.18.5.18. maAt 油箱散熱功率由( 17 )可得，為： TAKptc ( 17 ) 式中 tK 油箱散熱系數(shù)，查表 23.4-12， t取 )./(162CWo;T 油溫與環(huán)境溫度之差，取 CTO35。KpKpRc 3.2.9.16 由此可見，油箱的散熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了系統(tǒng)散熱的要求，管路散熱是極小的，需要 另設(shè)冷卻器 9。 7.2.3 冷卻器所需冷卻面積的計(jì)算 冷卻面積由( 18 )可得： m CRtKPA ( 18 ) 18 式中 K傳熱系數(shù)，用管式冷卻器時(shí)，取 )/(162CmWK o ; 其中： mt 平均溫升， 2 11tTtm ， 取油進(jìn)入冷卻器的溫度 C ot60 ，油流出冷卻器的溫度 CTo502，冷卻水入口 溫度 CTo251，冷卻水出口溫度 32，則：t Om2350 （ 19 ） 所需冷卻器的散熱面積由（ 19 ）可得，為： 2238.5.7160.2mA 考慮到冷卻器長(zhǎng)期使用時(shí)，設(shè)備腐蝕和油垢，水垢對(duì)傳熱的影響，冷卻面積應(yīng)比 計(jì)算值大 30%，實(shí)際選用冷卻器散熱面積為式（ 20 ）： 226.38.1A （ 20 ） 8 總結(jié) 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的論文設(shè)計(jì)，至此已基本完成了任務(wù)書所規(guī)定的任務(wù)。本設(shè)計(jì) 涉及的課程很多，涉及到液壓傳動(dòng)、流體動(dòng)力學(xué)、液壓、電氣控制等相關(guān)課程的知識(shí)。 通過(guò)完成該設(shè)計(jì)，自我感覺(jué)收獲很多，能力提高很大。首先，對(duì)大學(xué)四年所學(xué)過(guò)的主 要專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了一遍較系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。在論文完成的過(guò)程中，基本上是在不斷翻閱課 本，加以總結(jié)和聯(lián)系的基礎(chǔ)上獨(dú)立來(lái)完成的，因此，可以說(shuō)通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使自己 在專業(yè)知識(shí)方面得到了一次較大的提高。其次，設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不免會(huì)遇到很多問(wèn)題 和難點(diǎn)，在問(wèn)題面前，我學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考解決問(wèn)題和協(xié)作。在論文完成的過(guò)程中，我 通過(guò)查找資料，請(qǐng)教老師和同學(xué)，使難點(diǎn)和問(wèn)題逐個(gè)擊破，感覺(jué)很充實(shí)，收獲頗多。 參考文獻(xiàn) 1梁應(yīng)選.全自動(dòng)金屬帶鋸床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.液壓與氣動(dòng).2008(5):59-60 2楊久青.一種全自動(dòng)金屬帶鋸床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.科技信息.2010(9):59-60 3郭北濤.國(guó)內(nèi)外金屬鋸床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J.制造技術(shù)與機(jī)床，2004（2）:32-33 4 Bernd Gromoll.Advanced Micro Air-Cooling Systems for High Density Packaging.Tenth IEEE 19 THERM Symposium .1994：259-280 5許賢良、王傳禮.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008 年：125-128 6成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-液壓傳動(dòng)與控制M.北京：機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)，2007:88-92 7王守成，段俊勇.液壓元件及選用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007:253-321 8范存德.液壓技術(shù)手冊(cè)M.遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004 年:167-261 9王積偉、章宏甲、黃宜.液壓傳動(dòng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 年：65-180 10張利平.液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006 年:156-165 11劉延俊.液壓系統(tǒng)使用與維修M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006 年：89-96 12王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.1 :235-267 13徐學(xué)林.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)M.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社,2005.8：55-67 14丁年雄.機(jī)械加工工藝辭典M.北京：學(xué)苑出版社，1990：230-268 15李洪.機(jī)械加工工藝手冊(cè)M.北京：北京出版社,1990.12：129-136 16于駿一.典型零件制造工藝M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1989：149-166 17成大先.液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)使用規(guī)范M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 年：129-189 18黃克孚.王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989：139-231 19周恩濤.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件選型手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 年：165-189 20雷天覺(jué).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 年：38-55 21 G.E.McCreey.Liquid flow and vapor formation phenomena a flat heat pipe.Heat Transfer Engineering.1994(4):33-41 22 Zong-Yi LE.Transient thermoelastic problem on the vapor flow of heat pipe.Applied Mathematics and Cpmputation.2004(154):127-151 致 謝 本論文是在劉啟定老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在歷時(shí)十幾周的緊張有序的過(guò)程中， 學(xué)到了很多東西，不止書上的知識(shí)，還有獨(dú)立思考、解決問(wèn)題的能力。記得初涉設(shè)計(jì) 時(shí)，主、客觀問(wèn)題層出不窮，按著設(shè)計(jì)計(jì)劃，設(shè)計(jì)思路有序地進(jìn)行，圍繞全自動(dòng)、鋸 床、液壓三個(gè)關(guān)鍵詞，既了解了全自動(dòng)鋸床的有關(guān)規(guī)范，又涉及到了專業(yè)知識(shí)，加強(qiáng) 了自己的專業(yè)，拓寬了知識(shí)面。在無(wú)數(shù)次的奔波于圖書館，設(shè)計(jì)教室后，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不 僅僅是設(shè)計(jì)，還包括了實(shí)踐、耐心、耐力、毅力。在不斷的探索中，我也在不斷的進(jìn) 步，慢慢的學(xué)著獨(dú)立的完成一件事，這個(gè)過(guò)程自我感覺(jué)非常充實(shí)，這也是學(xué)校、老師 20 讓我們?cè)O(shè)計(jì)的目的所在。 大學(xué)四年里面，劉老師一直都是很有耐心地教導(dǎo)我們，在此，我要深深的感謝老 師的幫助，從老師身上我不僅學(xué)會(huì)了很多專業(yè)知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了很多做人的道理這對(duì) 我以后步入社會(huì)有很大的幫助。 同時(shí)要感謝論文答辯組專家的精心指導(dǎo)。感謝大學(xué)四年里面教導(dǎo)我們的專業(yè)課老 師，是你們讓我認(rèn)識(shí)到了機(jī)械專業(yè)的博大精深，機(jī)械設(shè)備的變化多端及精妙。 即將畢業(yè)，感觸良多，但愿能成為一個(gè)有價(jià)值的人,多為社會(huì)做貢獻(xiàn)，多為人民 多為社會(huì)創(chuàng)造勞動(dòng)價(jià)值。