臥式組合鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計

臥式組合鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計,臥式,組合,鉆床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - I - 摘 要 面對我國經(jīng)濟近年來的快速發(fā)展，機械制造工業(yè)的壯大，在國民經(jīng)濟中 占重要地位的制造業(yè)領(lǐng)域得以健康快速的發(fā)展。制造裝備的改進，使得作為 制造工業(yè)重要設(shè)備的各類機加工藝裝備也有了許多新的變化，尤其是孔加工， 其在今天的液壓系統(tǒng)的地位越來越重要。本畢業(yè)設(shè)計（論文）主要闡述了組 合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)，能實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快速前進→ 工作進給 → 快速退回 →原位停止。 綜上所述，完成整個設(shè)計過程需要進行一系列的工作。設(shè)計者首先應(yīng)樹 立正確的設(shè)計思想，努力掌握先進的科學(xué)技術(shù)知識和科學(xué)的辯證的思想方法。 同時，還要堅持理論聯(lián)系實際，并在實踐中不斷總結(jié)和積累設(shè)計經(jīng)驗，向有 關(guān)領(lǐng)域的科技工作者和從事生產(chǎn)實踐的工作者學(xué)習(xí)，不斷發(fā)展和創(chuàng)新，才能 較好地完成機械設(shè)計任務(wù)。 關(guān)鍵詞 組合機床；液壓系統(tǒng)；液壓缸；液壓泵；換向閥 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - II - Abstract Boring machine hydraulic system design, in addition to the host in action and meet the performance requirements of the provisions, but also must meet the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation, convenient use and maintenance of a number of generally recognized design principles. The design of the hydraulic system is the basis of known conditions to determine the work program of hydraulic, hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other components of the design. To sum up, the need to complete the entire design process to conduct a series of hard work. Enter here Abstract In this paper, focused on the combination of dual-use horizontal boring drilling machine hydraulic system, to achieve the duty cycle is: work fast forward feed situ rapid return to stop, hydraulic technology is mechanical equipment in the fastest growing technologies. Key words :modular machine；tool hydraulic system；pump hydraulic；cylinder 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - III - 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................I Abstract.................................................................................................................II 第 1 章 緒 論 ......................................................................................................1 1.1 研究意義 ........................................................................................................1 1.1.1 液壓技術(shù)及其應(yīng)用 .................................................................................2 1.1.2 組合機床液壓系統(tǒng) .................................................................................2 1.2 液壓傳動的工作原理及其組成部分 ............................................................3 1.2.1 液壓傳動的工作原理 ..............................................................................3 1.2.2 液壓傳動的組成 .........................................................................................4 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 ........................................................................................5 1.3.1 液壓傳動的優(yōu)點 .....................................................................................5 1.3.2 液壓傳動的缺點 .....................................................................................6 1.4 液壓技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 ................................................................6 1.5 課題的來源及研究的目的和意義 ................................................................7 1.6 課題的研究內(nèi)容 ............................................................................................9 第 2 章 組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)分析 ..................................................................10 2.1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 .......................................................10 2.1.1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 .........................................................10 2.1.2 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)工作過程 .............................................11 2.1.3 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 .....................................................12 2.2 雙泵動力滑臺供油液壓系統(tǒng) ......................................................................12 2.2.1 雙泵供油動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 ...........................................................12 2.2.2 雙泵供油液壓系統(tǒng)工作過程 ...............................................................13 2.2.3 雙泵供油液壓系統(tǒng)分析 .......................................................................14 2.3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng) ..................................................................15 2.3.1 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 ........................................................15 2.3.2 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)工作過程 ............................................15 2.3.3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 ...................................................17 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - IV - 第 3 章 臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計 ........................................18 3.1 明確系統(tǒng)要求 ..............................................................................................18 3.2 負載與運動分析 ..........................................................................................18 3.2.1 工作負載 ...............................................................................................18 3.2.2 慣性負載 ...............................................................................................19 3.2.3 阻力負載 ...............................................................................................19 3.2.4 負載圖和速度圖的繪制 .......................................................................20 3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 ..............................................................................21 3.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計 ..............................................................................................23 3.4.1 選用執(zhí)行元件 .......................................................................................24 3.4.2 速度控制回路的選擇 ...........................................................................24 3.4.3 選擇快速運動和換向回路 ...................................................................24 3.4.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 ...........................................................................24 3.4.5 液壓系統(tǒng)工作過程 ...............................................................................26 3.4.6 液壓系統(tǒng)工作過程 ...............................................................................27 3.5 液壓元件的選擇 ........................................................................................28 3.5.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 .......................................................28 3.5.1.1 選擇液壓泵 ....................................................................................28 3.5.1.2 選擇電動機 ....................................................................................28 3.5.2 選其它元件及輔助元件 .......................................................................29 第 4 章 組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..........................................................32 4.1 動力滑臺液壓站結(jié)構(gòu)圖 ..............................................................................32 4.2 閥塊總裝結(jié)構(gòu)圖 ..........................................................................................33 4.3 閥塊結(jié)構(gòu)圖 ..................................................................................................33 4.4 液壓缸結(jié)構(gòu)圖 ..............................................................................................35 4.4.1 缸筒與缸蓋的連接形式 ........................................................................35 4.4.2 缸筒材料選擇 ........................................................................................35 4.4.3 液壓缸壁厚的確定 ................................................................................35 4.4.4 缸筒底部厚度 ........................................................................................35 4.4.5 缸筒頭部法蘭厚度 ................................................................................35 4.4.6 缸筒與缸蓋的連接計算 ........................................................................36 4.4.7 螺釘連接計算 ........................................................................................36 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - V - 第 5 章 液壓缸的有限元分析 ..............................................................................38 5.1 液壓缸三維模型的建立 ..............................................................................38 5.2 有限元分析基本理論 ..................................................................................38 5.2.1 有限元法的發(fā)展概況 ...........................................................................39 5.2.2 有限元分析的基本思想 .......................................................................40 5.2.3 有限元法分析過程 ...............................................................................42 5.2.4 ADINA 軟件簡介 ..................................................................................43 5.3 靜力分析 ......................................................................................................43 5.4 結(jié)果總結(jié)與分析 .............................................................................................46 第 6 章 組合鉆孔機床液壓站成本估算 ..............................................................47 6.1 元件明細 ......................................................................................................47 6.2 液壓站報價明細 .............................................................................................48 結(jié) 論 ....................................................................................................................49 致 謝 ....................................................................................................................50 參考文獻 ................................................................................................................51 附錄 1.....................................................................................................................52 附錄 2.....................................................................................................................55 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 1 - 第 1 章 緒 論 1.1 研究意義 組合機床（如圖 1-1 所示）是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形 和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。它一般 采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用 機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活 配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點， 在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。 圖 1-1 組合機床實物圖 組合機床一般用于加工箱體類或非凡外形的零件。加工時，工件一般不 旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、 锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的 組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些 回轉(zhuǎn)體類零件（如飛輪、汽車后橋半軸等）的外圓和端面加工。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 2 - 專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件 因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。 組合機床的研制和推廣，是加速機械工業(yè)技術(shù)革命的有效途徑之一。它 是機械工業(yè)，特別是汽車、拖拉機、電動機、儀表以及軍工等生產(chǎn)部門進行 機床革新、推動生產(chǎn)發(fā)展的重要設(shè)備。 1.1.1 液壓技術(shù)及其應(yīng)用 液壓技術(shù)作為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一，已成為工業(yè)機 械、工程建設(shè)機械及國際尖端產(chǎn)品不可缺少的重要技術(shù)基礎(chǔ)。是它們向自動 化、高精度、高效率、高速度、小型化、輕量化方向發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。世界 工業(yè)發(fā)達國家都將液壓工業(yè)列為競爭發(fā)展的行業(yè)，其發(fā)展速度遠高于機械工 業(yè)的發(fā)展速度。液壓元件及其控制已發(fā)展成為綜合的液壓工程技術(shù)。 機械制造是為國民經(jīng)濟各部門和自身技術(shù)改造提供先進技術(shù)裝備的工業(yè) 部門。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、及切削等是機械制造工業(yè)獲取毛坯、成 形產(chǎn)品及提高零件機械性能的重要生產(chǎn)方法，在眾多金屬冷、熱加工機器設(shè) 備中普遍使用液壓技術(shù)，其中壓力機和金屬切削機床是應(yīng)用液壓技術(shù)較早較 廣的領(lǐng)域 [1]。 在車、銑、刨、磨、鉆各類液壓機床中，主要利用液壓技術(shù)可在較寬范 圍內(nèi)進行無級調(diào)速，具有良好的換向及換接性能，易于實現(xiàn)工作循環(huán)等優(yōu)點， 完成工件及刀具的夾緊、控制進給速度和驅(qū)動主軸作業(yè)，盡管現(xiàn)代數(shù)控機床、 加工中心等先進制造設(shè)備中采用電伺服系統(tǒng)，但采用液壓傳動與控制仍然是 現(xiàn)代金屬切削機床自動化的重要途徑。在鍛造機、液壓機、折彎機、剪切機 等壓力加工設(shè)備中，主要利用液壓傳動傳遞力較大、便于壓力調(diào)節(jié)控制和過 載保護的特點，進行下料、成形加工等作業(yè)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等 機器設(shè)備的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境極為惡劣，溫度高、粉塵多、濕度大、有腐蝕性氣 體、振動噪聲大。因此要求機器要有良好的適應(yīng)性、可靠性和維護性。在造 型機及澆鑄機、焊接機、淬火機等鑄造、焊接及熱處理機器設(shè)備中，主要利 用液壓技術(shù)便于無級調(diào)速和遠距離遙控作業(yè)等特點，進行造型及鑄型輸送與 澆鑄、高溫零件抓取等作業(yè)，以減輕勞動者勞動強度、避免和減少熱輻射和 有害氣體對人身的侵襲并提高生產(chǎn)率。 1.1.2 組合機床液壓系統(tǒng) 組合機床液壓系統(tǒng)主要由通用滑臺和輔助部分（如定位、夾緊）組成。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 3 - 液壓動力滑臺是組合機床上的一種通用部件，可根據(jù)加工需要安裝不同用途 的主軸箱，以完成鉆、擴、鉸、鏜、刮端面、銑削及攻絲等工序 [2]。 1.2 液壓傳動的工作原理及其組成部分 液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的 塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng) 業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土 木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)等；發(fā) 電廠渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車） 、船 頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、 升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、 飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等 [3]。 1.2.1 液壓傳動的工作原理 液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體 壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行 元件（液壓缸或馬達）把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，從而驅(qū)動工作機構(gòu)，實 現(xiàn)直線往復(fù)運動和回轉(zhuǎn)運動。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它 的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。 圖 1-2 是組合鉆床動力滑臺的液壓系統(tǒng)原理圖 [2]。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 4 - 9 1 1 死 擋 鐵 停 留 3 4 5 6 1 2 P 2 P 3 快 進 一 工 進 二 工 進 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 1 1 2 7 2 Y A 1 Y A 4 Y A 3 Y A 8 1 0 1-過濾器；2-限壓式變量泵；3，6-單向閥；4-背壓閥；5-順序閥； 7-電液磁換向閥；8，10-單向調(diào)速閥；9，11- 電磁閥；12-壓力繼電器 1-2 組合鉆床 動力滑臺液壓傳動系統(tǒng)原理圖 1.2.2 液壓傳動的組成 液壓傳動系統(tǒng)主要由下列 5 部分組成： （1）動力元件，即液壓泵，其職能是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的 壓力動能（表現(xiàn)為壓力、流量） ，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是系統(tǒng) 的動力源 [5]。 （2）執(zhí)行元件，指液壓缸或液壓馬達，其職能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械 能而對外做功，液壓缸可驅(qū)動工作機構(gòu)實現(xiàn)往復(fù)直線運動（或擺動） ，液壓 馬達可完成回轉(zhuǎn)運動。 （3）控制調(diào)節(jié)元件，指各種閥利用這些元件可以控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng) 中液體的壓力、流量和方向等，以保證執(zhí)行元件能按照人們預(yù)期的要求進行 工作。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 5 - （4）輔助元件，包括油箱、過濾器、管路及接頭、冷卻器、壓力表等。 它們的作用是提供必要的條件使系統(tǒng)正常工作并便于監(jiān)測控制。 （5）工作介質(zhì)，即傳動液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過工作介 質(zhì)實現(xiàn)運動和動力傳遞的，另外液壓油還可以對液壓元件中相互運動的零件 起潤滑作用。 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 1.3.1 液壓傳動的優(yōu)點 （1）傳動平穩(wěn) 在液壓傳動裝置中，由于液壓油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以 認為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中 還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，因此不像機械機構(gòu)因加工和裝配誤差會引起振動 扣撞擊，使傳動十分平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求 傳動平穩(wěn)的機械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。 （2）質(zhì)量輕/體積小 液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，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、動作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動 控制和要求減輕質(zhì)量的機器來說，是特別重要的。例如我國生產(chǎn)的 1m3 挖掘 機在采用液壓傳動后，比采用機械傳動時的質(zhì)量減輕了 1t[5]。 （3）承載能力大 液壓傳動易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、 萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。 （4）容易實現(xiàn)無級調(diào)速 在液壓傳動中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實現(xiàn)無級凋速，并且凋速范圍很大， 可達 2000:1，很容易獲得極低的速度。 （5）易于實現(xiàn)過載保護 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護措施，能夠自動防止過載，避免發(fā)生事 故。 （6）液壓元件能夠自動潤滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件 的使用壽命較長。 （7）容易實現(xiàn)復(fù)雜的動作 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 6 - 采用液壓傳動能獲得各種復(fù)雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、 數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件。 （8）簡化機構(gòu) 采用液壓傳動可大大地簡化機械結(jié)構(gòu)，從而減少了機械零部件數(shù)目。 （9）便于實現(xiàn)自動化 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，很容易實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機床 和自動線上應(yīng)用得很普遍。 1.3.2 液壓傳動的缺點 （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，使用維護比較格。 （2）實現(xiàn)定比傳動困難 液壓傳動是以液壓油液為工作介質(zhì)，在相對運動表面間不可避免的要有 泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動比要求嚴格 的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統(tǒng)。 （3）液壓油液受溫度的影響 由于液壓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）不適宜遠距離輸送動力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。 （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，會影響系統(tǒng)工作的可靠性。 （7）發(fā)生故障不易檢查和排除。 1.4 液壓技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù) 17 世紀帕斯卡提出的液體 靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一 門技術(shù)。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重 要標(biāo)志。第一個使用液壓原理的是 1795 年英國約瑟夫·布拉曼（Joseph Braman，1749-1814 ） ，在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機的形式將其應(yīng)用 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 7 - 于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機。1905 年他又將工作介質(zhì)由水改為 油，使其性能得到了進一步的到改善 [6]。 在流體產(chǎn)品領(lǐng)域內(nèi)，目前世界上最大的流體產(chǎn)品（主要是液壓件、密封 件及液壓附件等）制造企業(yè)，美國的派克（Parket）公司，成立于 1918 年， 也有近 100 年歷史，可以提供品種齊全的、高技術(shù)水平的液壓件、密封件及 所有的液壓附件。目前世界上最大的用于靜液壓系統(tǒng)的變量液壓元件制造企 業(yè)，德國的博士――力士樂公司，已有 200 多年的歷史，從 1953 年開始全 面制造液壓元件，也有 50 年以上歷史。其最具特色的產(chǎn)品是用于靜液壓傳 動的變量系統(tǒng)液壓元件，無論是斜盤式或斜軸式，閉式（泵控）或開式（閥 控）系統(tǒng)液壓元件品種都非常齊全，能為各種需要靜液壓系統(tǒng)元件的工程機 械整個系統(tǒng)成套配套。還有世界上最大的傳動部件制造企業(yè)，德國的 ZF 公 司，成立于 1915 年，也有近 100 年歷史，能為各種工程機械提供品種齊全 的傳動部件。在電氣配套件方面，世界最大的德國西門子電氣公司，以及日 本的東芝公司、川崎公司、德國的博士（Bose）公司等，都有 50 年以上， 甚至 100 年以上的悠久歷史，能滿足工程機械各種高技術(shù)水平的電氣系統(tǒng)和 電氣元件的要求。 第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）后液壓傳動廣泛應(yīng)用，特別是 1920 年以 后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的 20 年間，才開始 進入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925 年維克斯（F. Vikers）發(fā)明了壓力平衡式葉 片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。 20 世紀初康斯坦丁·尼斯克（G. Constantimsco）對能量波動傳遞所進行 的理論及實際研究；1910 年對液力傳動（液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等）方 面的貢獻，使這兩方面領(lǐng)域得到了展。 我國的液壓工業(yè)開始于 20 世紀 50 年代，液壓元件最初應(yīng)用于機床和鍛 壓設(shè)備。60 年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個工業(yè)部門，在機床、工程機 械、冶金、農(nóng)業(yè)機械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了 普遍的應(yīng)用。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低 能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計算機 輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化、微機控制等工作，也取得了顯著成果。 目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件， 如插裝閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國機械工業(yè)在 認真消化、推廣國外引進的先進液壓技術(shù)的同時，大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓 件新產(chǎn)品，加強產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 8 - 合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對一些性能差，而且不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采 用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得 進一步發(fā)展，在各種機械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。 近些年來國外工程機械有一種發(fā)展趨勢，主機制造企業(yè)逐步向組裝企業(yè) 方向發(fā)展，配套件逐步由供應(yīng)商來提供。比如世界上實力最強的主機制造企 業(yè)美國的卡特彼勒（Caterpillar） 、凱斯（Case ） 、日本的小松（Komatsu ） 、 瑞典的沃爾沃（Volvo）等世界上這些大型的工程機械主機制造企業(yè)，其配 套件的配套能力也是非常強的，它們的配套件外配的數(shù)量也是在逐年大幅度 地增長，一些中小工程機械企業(yè)就更是如此，配套件逐步主要由零部件制造 企業(yè)來提供。這樣做有幾大好處，主機企業(yè)可集中精力把自己的主機產(chǎn)品作 好，減少配套件完全由主機企業(yè)自己來承擔(dān)的風(fēng)險，而配套件企業(yè)作得更強 更大，有能力迅速提高配套件的質(zhì)量、技術(shù)水平，同時能為主機企業(yè)提供更 多的新產(chǎn)品，這樣更容易促進主機產(chǎn)品的發(fā)展。國外工程機械主機企業(yè)從 1988 年達 850 億美元的銷售額以來，基本上沒有多大變化，而相反這些年 來配套件從 150 億美元，增長到 1000 億美元，增幅是相當(dāng)大的。因此，國 外工程機械配套件這些年來得到了快速發(fā)展。國外工程機械配套件生產(chǎn)歷史 悠久、技術(shù)成熟、品種齊全，完全能滿足各種工程機械的配套需求國外許多 工程機械主要配套件企業(yè)都有 50 年，甚至 100 年以上的發(fā)展歷史，企業(yè)的 規(guī)模都相對較大，技術(shù)十分成熟，品種也非常齊全，幾乎應(yīng)有盡有。比如目 前世界上生產(chǎn)密封件及減振器最大的企業(yè)，德國的弗羅伊登貝 （Freudenberg ）公司，成立于 1849 年，生產(chǎn)密封件及減振器已有 100 多年 歷史，其品種應(yīng)有盡有，從技術(shù)上、品種上完全能滿足液壓行業(yè)對密封件及 密封技術(shù)的要求。同時還不斷推出新的密封材料及新的密封結(jié)構(gòu)，推動液壓 密封技術(shù)不斷向更高技術(shù)水平發(fā)展。目前世界上最大的中大型發(fā)動機制造企 業(yè)，美國的康明斯（Cummins）發(fā)動機制造公司，成立于 1919 年，也幾乎 有近 100 年的歷史。37.3kW（50 馬力）以上的柴油機可以全方位為各種工 程機械，甚至所有需要柴油機動力的各種機械配套，在技術(shù)上可以完全滿足 最苛刻的歐 II、歐 III 排放標(biāo)準(zhǔn)，甚至可以達到歐 IV、歐 V 排放標(biāo)準(zhǔn) [8]。 在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代 化信息技術(shù)正對人類 的生產(chǎn)生活產(chǎn)生著前所未有的影響。這些信息技術(shù)的 進步，為今后制造業(yè)的發(fā)展，設(shè)計方法與制造技術(shù)模式的改變指明了方向， 為數(shù)字化設(shè)計資源與制造資源的遠程共享，進一步提高產(chǎn)品開發(fā)效率奠定了 基礎(chǔ)。這一點已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并且有很多科研學(xué)者已經(jīng)投入 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 9 - 到了這方面的研究。目前在液壓領(lǐng)域中，特別是中小企業(yè)在進行液壓傳動系 統(tǒng)的設(shè)計時，存在著零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復(fù)雜、參考資料缺乏等一系 列困難，而遠程設(shè)計服務(wù)可以解決這些問題。為減輕液壓設(shè)計人員的工作負 擔(dān)，實現(xiàn)現(xiàn)代化設(shè)計模式的轉(zhuǎn)變以及設(shè)計資源、技術(shù)資源和產(chǎn)品信息的共享。 1.5 課題的來源及研究的目的和意義 課題來源于哈爾濱通用液壓機械制造有限公司。 研究的目的：通過本次畢業(yè)設(shè)計主要學(xué)習(xí)掌握綜合運用液壓傳動、機械 設(shè)計、工程系統(tǒng)等課程中所學(xué)理論知識的能力；著重突出液壓系統(tǒng)設(shè)計的獨 立性和實用性，培養(yǎng)和提高獨立分析問題和解決實際問題的能力，為今后適 應(yīng)工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下堅實基礎(chǔ)。 研究的意義：組合機床是以系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少 量的專用部件組成的專用機床。它適宜于在大批、大量生產(chǎn)中對一種或幾種 類似零件的一道或幾道工序進行加工。這種機床既有專用機床的結(jié)構(gòu)簡單、 生產(chǎn)率和自動程度較高的特點，又具有一定的重新調(diào)整能力，以適應(yīng)工件變 化的需要。其中液壓系統(tǒng)是組合機床必不可少的部分，由于液壓傳動的各種 元件，可以根據(jù)需要方便、靈活地來布置，而且重量輕、體積小、運動慣性 小、反應(yīng)速度快，還可自動實現(xiàn)過載保護。 1.6 課題的研究內(nèi)容 對現(xiàn)有的臥式組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)進行調(diào)研和分析，明確組合鉆床液 壓系統(tǒng)的工作機理和分類，設(shè)計組合鉆床液壓系統(tǒng)中的相關(guān)部分，并對其進 行總結(jié)。其中包括： （1）分析現(xiàn)有組合鉆床的組成和工作原理； （2）設(shè)計組合鉆床液壓油源系統(tǒng)原理圖； （3）設(shè)計組合鉆床液壓油源； （4）設(shè)計液壓缸的裝配圖； （5）設(shè)計液壓缸的部分零件圖； （6）設(shè)計系統(tǒng)所需的閥塊裝配圖； （7）設(shè)計閥塊的零件圖； （8）撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 10 - 第 2 章 組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)分析 2.1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 2.1.1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 圖 2-1 為 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)圖，下面以實現(xiàn)二次工作進給的 自動循環(huán)為例，說明其工作原理 [3]。 8 1 2 死 擋 鐵 停 留 3 4 5 6 1 3 P 2 P 3 快 進 一 工 進 二 工 進 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 1 1 2 7 2 Y A 1 Y A 3 Y A 1 0 1 1 9 1-過濾器；2-限壓式變量泵；3，6，10-單向閥；4- 背壓閥；5-順序閥； 7-電液磁換向閥； 8,9-調(diào)速閥；11-下行程閥；12-電磁閥；13- 壓力繼電器 圖 2-1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 2.1.2 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)工作過程 1．快進 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 11 - 按下啟動按鈕，電磁鐵 1YA 通電，電磁換向閥 7 的先導(dǎo)閥左位，液動 換向閥在控制壓力油作用下將作為接入系統(tǒng)。 進油路 油箱→過濾器 1→泵 2→單向閥 3→閥 7→閥 11→液壓缸左腔 回油路 液壓缸右腔→閥 7→單向閥 6→閥 11→液壓缸左腔 2．第一次工進 當(dāng)滑臺快進到預(yù)定位置時，壓下行程閥 11，切斷快進通道，這時壓力 油經(jīng)調(diào)速閥 8、電磁閥 12 進入液壓缸左腔。由于液壓泵供油壓力高，順序 閥 5 已被打開。 進油路 油箱-過濾器 1→泵 2→單向閥 3→閥 7→調(diào)速閥 8→閥 12→液 壓缸左腔 回油路 液壓缸右腔→閥 7→順序閥 5→背壓閥 4→油箱 3．第二次工進 一工進結(jié)束時，擋塊壓下行程閥開關(guān)使電磁鐵 3YA 通電，這時壓力油 經(jīng)調(diào)速閥 8 和 9 進入液壓缸的左腔液壓缸右腔的回油路線與一工進時相同。 此時，變量泵輸出的流量自動與二工進調(diào)速閥 9 的開口相適應(yīng)。 4．死擋鐵停留 當(dāng)滑臺以二工進速度進行碰到死檔鐵時，滑臺即停留在死擋鐵處，此時 液壓缸左腔壓力升高，使壓力繼電器 13 動作，發(fā)出電信號給時間繼電器。 停留時間由時間電器調(diào)定。 5．快退 停留結(jié)束后，時間繼電器發(fā)出信號，使電磁鐵 1YA、3YA 斷電，2YA 通電，電液磁換向閥 7 的先導(dǎo)閥右位工作，液動換向閥在控制壓力油作用下 將右位接入系統(tǒng)。 進油路 泵 2→單向閥 3→閥 7→液壓缸右腔 回油路 液壓缸左腔→閥 10→閥 7→油箱 6．原位停止 當(dāng)滑快退到原位時，擋塊壓下終點行程開關(guān)，使電磁鐵 2YA 斷電，電 磁先導(dǎo)閥和液動換向閥都處于中位液壓缸兩腔油路封閉，滑臺停止運動。這 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 12 - 時泵輸出的油液經(jīng)閥 3 和閥 7 進入油箱，泵在低壓卸荷。 2.1.3 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 （1）采用容積節(jié)流調(diào)速回路，無溢流功率損失，系統(tǒng)效率較高，且能 保證穩(wěn)定的低速運動，較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍。 （2）限壓式變量泵加上差動連接的快速回路，即解決了快慢速度相差 懸殊的難題，又使能量利用經(jīng)濟合理。 （3）采用行程閥實現(xiàn)快慢速換接，使動作的可靠性、轉(zhuǎn)換精度和平穩(wěn) 性都較高。一工進和二工進之間的轉(zhuǎn)換，由于通過調(diào)速閥 8 的流量很小，采 用電磁閥式換接已能保證所需的轉(zhuǎn)換精度。 （4）限壓式變量泵本身就能按預(yù)先調(diào)定的壓力限制其最大工作壓力， 故在采用限壓式變量泵的系統(tǒng)中，一般不需要另外設(shè)置安全閥。 （5）采用換向閥式低壓卸荷回路，可以減少能量損耗，結(jié)構(gòu)也比較簡 單。 （6）采用三位五通電液換向閥，具有換向性能好，滑臺可在任意位置 停止，快進時構(gòu)成差動連接等優(yōu)點。 2.2 雙泵動力滑臺供油液壓系統(tǒng) 2.2.1 雙泵供油動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 圖 2-2 為雙泵供油動力滑臺液壓系統(tǒng)圖，下面以實現(xiàn)一次工作進給的自 動循環(huán)為例，說明其工作原理。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 13 - 8 2 1 0 9 6 P 2 P 3 快 進 工 進 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 1 3 1 2 Y A 1 Y A 7 P 1 4 3 5 1 1 1 2 死擋鐵停留 1-雙聯(lián)葉片泵；2-溢流閥；3，4，8- 單向閥；5-三位五通電磁換向閥； 6-壓力繼電器；7-單向行程調(diào)速閥；9- 背壓閥；10-外控順序閥； 11-壓力表；12-壓力表開關(guān)；13- 壓力繼電器 圖 2-2 雙泵供油液壓系統(tǒng)圖 2.2.2 雙泵供油液壓系統(tǒng)工作過程 1．快進 快進如圖 2-2 所示，按下啟動按鈕，電磁鐵 1YA 通電，由泵 1 輸出地 壓力油經(jīng)三位五通換向閥 5 的左側(cè)，這時的主油路為： 進油路：泵→單向閥 3、4→三位五通換向閥 2（1YA 得電）→單向行 程調(diào)速閥 7→液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔→三位五通換向閥 5（1YA 得電）→單向閥 8→單 向行程調(diào)速閥 7→液壓缸左腔。 由此形成液壓缸兩腔連通，實現(xiàn)差動快進，由于快進負載壓力小，系統(tǒng) 壓力低，變量泵輸出最大流量。 2．工進 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 14 - 當(dāng)滑臺快到預(yù)定位置時，此時要工進。擋塊壓下單向行程調(diào)速閥 7 內(nèi)的 行程閥，切斷了該通路，這時，壓力油只能經(jīng)過單向行程調(diào)速閥 7 的調(diào)速閥 進入液壓缸的左腔。由于減速時系統(tǒng)壓力升高，變量泵的輸出油量便自動減 小，且與調(diào)速閥開口向適應(yīng)，此時液控順序閥 10 打開，單向閥 8 關(guān)閉，切 斷了液壓缸的差動連接油路，由于閥 3 壓力升高，背壓閥 9 被打開，液壓缸 右腔的回油經(jīng)背壓閥 9 流回油箱，這樣經(jīng)過調(diào)速閥就實現(xiàn)了液壓油的速度下 降，從而實現(xiàn)減速，其主油路為： 進油路：泵 →單向閥 3→三位五通換向閥 5（1YA 得電）→單向行程 調(diào)速閥 7→液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔→三位五通換向閥 5→背壓閥 9→液控順序閥 10→ 油箱。 3．死擋鐵停留 當(dāng)滑臺完成工進進給碰到死鐵時，滑臺即停留在死擋鐵處，此時液壓缸 左腔的壓力升高，使壓力繼電器 6 發(fā)出信號給時間繼電器，滑臺停留時間由 時間繼電器調(diào)定。 4．快退 滑臺停留時間結(jié)束后，時間繼電器發(fā)出信號，使電磁鐵 1YA 斷電， 2YA 通電，這時三位五通換向閥 5 接通右位，因滑臺返回時的負載小，系 統(tǒng)壓力下降，變量泵輸出流量又自動恢復(fù)到最大，滑快速退回，其主油路為： 進油路：泵 →單向閥 3、4→三位五通換向閥 5（ 2YA 得電）→液壓缸 右腔。 回油路：液壓缸左腔→單向行程調(diào)速閥 7→三位五通換向閥 5（右位） →油箱。 5．原位停止 當(dāng)滑臺退回到原位時，擋塊壓下單向行程調(diào)速閥 7 的原位行程開關(guān)，發(fā) 出信號，使 2YA 斷電，換向閥處于中位，液壓兩腔油路封閉，滑臺停止運 動。 2.2.3 雙泵供油液壓系統(tǒng)分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 15 - 該液壓系統(tǒng)采用雙泵供油，系統(tǒng)的功率損失小、效率高、節(jié)約能源。 再回路上設(shè)有背壓閥，提高了滑臺運動的平穩(wěn)性。把調(diào)速閥設(shè)在進油路 上，具有啟動沖擊小、便于壓力繼電器發(fā)訊控制、容易獲得較低速度。 2.3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng) 2.3.1 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 圖 2-3 為帶蓄能器動力滑臺液壓系統(tǒng)圖，下面以實現(xiàn)一次工作進給的自 動循環(huán)為例，說明其工作原理 [10]。 死 擋 鐵 停 留 快 進 一 工 進 二 工 進 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 2 P 3 P 1 1 2 3 4 8 6 5 7 1 Y A 2 Y A 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1-蓄能器；2- 截止閥；4，6，11，14-單向閥；5，17- 壓力繼電器；7- 限壓式變量葉片泵； 8，12，15-調(diào)速閥；9-三位四通電磁換向閥；10- 順序背壓閥；13，16-行程閥 圖 2-3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 16 - 2.3.2 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)工作過程 1．快進 快進如圖所示，按下啟動按鈕，電磁鐵 1YA 通電，三位四通電磁換向 閥左位，截止閥 2 打開，順序背壓閥無背壓，因此處于左位。 進油路分兩個方向進入油路。 ① 液壓泵 7→單向閥 6→節(jié)流閥 8→電磁換向閥 9→行程閥 13→行程閥 16→液壓缸左腔； ② 蓄能器 1→截止閥 2→節(jié)流閥 3→單向閥 4→電磁換向閥 9→油箱； 回油路：液壓缸右腔→順序背壓閥 10→電磁換向閥 9→油箱。 2．一工進 當(dāng)滑臺快進結(jié)束，液壓缸處于工進開始位置，此時液壓缸擋塊把行程閥 13 的推桿壓下，行程閥 13 關(guān)閉，截止閥 2 關(guān)閉，順序背壓閥有背壓，因此 處于右位。 進油路：液壓泵 7→單向閥 6→節(jié)流閥 8→電磁換向閥 9→調(diào)速閥 12→ 行程閥 16→液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔→順序背壓閥 10→電磁換向閥 9→油箱。 3．二工進 當(dāng)滑臺完成一工進后，液壓缸處于二工進開始位置，此時液壓缸上的擋 塊把行程閥 16 的推桿壓