銑床液壓系統設計
液壓系統是以電機提供動力基礎，使用液壓泵將機械能轉化為壓力，推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出不同行程、不同方向的動作、完成各種設備不同的動作需要。液壓系統已經在各個工業部門及農林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應用。
液壓傳動課程設計是本課程的一個綜合實踐性環節，通過學習設計，要求達到以下目的:鞏固和深化已學知識，掌握液壓系統設計計算的一般方法和步驟；培養學生工程設計能力和綜合分析問題、解決問題能力；正確合理地確定執行機構，選用標準液壓元件；能熟練地運用液壓基本迴路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統； 熟悉並會運用有關的國家標準、部頒標準、設計手冊和產品樣本等技術資料。對學生在計算、製圖、運用設計資料以及經驗估算、考慮技術決策、CAD技術等方面的基本技能進行一次訓練。
設計時必須從實際出發，綜合考慮實用性、經濟性、先進性及操作維修方便。如果可以用簡單的迴路實現系統的要求，就不必過分強調先進性。並非是越先進越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應不惜多用一些元件或採用性能較好的元件，不能單獨考慮簡單、經濟；
獨立完成設計。設計時可以收集、參考同類機械的資料，但必須深入理解，消化後再借鑑。不能簡單地抄襲；在課程設計的過程中，要隨時複習液壓元件的工作原理、基本迴路及典型系統的組成，積極思考，以提高這些技能的水平。
關鍵字：液壓傳動 液壓系統 穩定性 設計要求
1.液壓傳動概述
液壓系統是以液體為介質，將原動機的機械能轉換成液體的壓力能，通過執行元件在將液體的壓力能轉換為所需要的機械能，來驅動負載作直線往復運動或迴轉運動。
1.1液壓系統工作原理
液壓工作原理以液壓千斤頂為例，如圖1所示。大缸體3和大活塞4組成了舉升缸，槓桿手柄6、小缸體8、活塞7、單向閥5和9組成手動液壓泵。活塞和缸體之間要保持良好的配合關係，以便能實現可靠的密封。當拾起手柄6，是小活塞7向上移動，小活塞下腔封閉容積增大形成局部真空時，單向閥9打開，油箱1中的油液在大氣壓力的作用下通過吸油管進入小活塞下腔，完成一次吸油過成。當用力壓下手柄6時，活塞7下移，其下腔密封容積減小，油液受擠壓使壓力升高，單向閥9關閉，單向閥5打開，油液進入舉升缸下腔，驅動大活塞4使重物G上升一段距離，完成一次排油過程。反覆地拾、壓手柄，是油液不斷地壓入舉升缸，重物不斷升高，達到起重目的。如將放油閥2旋轉90°，活塞4可以在重力的作用下實現回程。這就是液壓千斤頂的工作過程。
液壓傳動系統以液體為工作介質來實現各種機械傳動和控制。其壓力和流量是液壓系統兩個重要參數，它們的特性是工作壓力取決於負載，液壓缸的運動速度取決於流量。
1.2.液壓系統組成和特點
液壓傳動系統主要由：動力裝置、執行裝置、控制調節裝置、輔助裝置、傳動介質五部分組成。液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比具有輸出力大，容易實現過載保護、自動控制和無極調速，且調速範圍大，同時還具有定位精度高，傳動平穩，使用壽命長等優點。它的缺點有：傳動效率低，對溫度變化敏感，實現定比傳動困難，出現故障不易診斷，以及油液的洩漏易汙染環境和產生火災等。
2.專用銑床液壓系統基本技術分析
設計一臺專用銑床，其工作循環為：快進、工進、快退。已知洗頭驅動電機的功率為6.8KW，銑刀直徑為120mm，轉速350r/min，如工作檯質量為420kg，工作和夾具的質量為150kg，工作檯的行程為400mm，快進行程為300mm，工進行程為100mm，快進快退速度為3.5m/min，工進速度為180mm/min，其往復運動的加速、減速時間為0.05s，工作檯用平導軌，靜摩擦係數06s=0.2，動摩擦係數06d=0.1，試設計該工具機的液壓系統。
2.1銑床的運動方式和性能要求
銑床工作檯為臥式布置，工作檯用平導軌，工作檯的行程為400mm，快進行程為300mm，工進行程為100mm，快進快退速度為3.5m/min，工進速度為180mm/min，其往復運動的加速、減速時間為0.05s，擬採用缸筒固定的液壓缸驅動工作檯，完成工件銑削加工時的進給運動；工件採用機械方式夾緊，工作檯由液壓與電氣配合實現的自動循環要求為：快進→工進→快退→停止。工作檯除了機動外，還能實現手動。液壓系統採用閉式傳動和容積調速，同時要求結構簡單、緊湊、工作穩定、安全可靠、效率高，使用維護方便。
2.2工作負載分析
根據給定已知條件，由銑頭的驅動電機功率可以求得銑削最大負載阻力F1：
式中 F1—銑刀最大切削阻力
P—電機功率
u—進給速度
n—銑頭轉速
d—銑刀直徑
2.3慣性負荷分析
工作檯運動中受慣性力Fm：
2.4摩擦阻力分析
2.5繪製負載圖和速度圖
表1 液壓缸在各工作階段的負載值
按計算的負載值來繪製負載圖，如圖2所示：
圖2 工作負載圖
圖3 工作速度圖
3.專用銑床液壓缸主要參數的確定
通過工況分析，可以看出液壓執行元件在工作過程中的速度和負載變化情況。為確定系統和各執行元件的參數提供了依據。
表2液壓缸壓力與負載的關係
表3 各類設備液壓缸常用壓力
由工進時的推力F′可計算液壓缸面積即：
3.2確定液壓缸的主要參數
根據液壓缸的面積，可以計算液壓系統工作時需要的壓力和流量。
3.2.5快進時油缸壓力
表4 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值
3.3繪製液壓缸工況圖
圖4、圖5所示是由液壓缸的壓力、流量繪製的工況圖。
4.專用銑床液壓系統功能設計
液壓系統功能主要有系統類型的選擇和各基本迴路的選擇，在通過把這些迴路組合在一起，就可以得到完整的液壓工作原理圖。
4.1液壓基本迴路的選擇
液壓基本迴路主要有液壓快速運動迴路和液壓換向迴路，它們是組成液壓系統的重要迴路。
這表明在一個工作循環中的大部分時間都處於高壓小流量工作，從提高系統效率﹑節省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯葉片泵作為油源。在這裡採用雙聯式定量葉片泵作為液壓泵源如圖6所示。同時，考慮到銑床可能受到負值負載，故採用回油路調速閥節流調速方式，並選用開式循環系統。
圖6 液壓泵源
4.1.2選擇液壓快速運動迴路
本系統已選定液壓缸差動連接和雙聯式定量葉片泵供油，採用快速運動迴路來實現快速運動。由表2可知這臺工具機液壓系統功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，可選用進口節流調速迴路。不管是什麼油源形式都必須有單獨的油路直接通向液壓兩腔，以實現快速運動。為了保證換向平穩，可選用換向時間可調的電液換向閥來做換向迴路，由於要實現液壓缸差動連接，選三位五通電液換向閥如圖7所示。
為防止負載突然消失發生向前衝現象，應在液壓缸的迴路上加背壓閥。在雙聯式定量葉片泵供油的油源形式確定後，調壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺工進時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥確定，無需另設調壓迴路。在滑臺工進和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺停止時雖為卸荷，但功率損失較小，故可不許再設卸荷迴路。
圖7 換向迴路
4.1.3選擇液壓換向迴路
由上圖4、圖5可知，當從快進轉為工進時，輸入液壓缸的流量由114cm 06/s轉變為12cm 06/s，滑臺速度變化大，迴路流量較大，適宜選用行程閥來控制速度的換接，以減少衝擊。當滑臺由工進轉變為快退時通過的流量大，進油路通過109cm06/s，回油路通過222.54cm06/s。如圖8所示。
圖 8 速度換接迴路
4.2繪製液壓系統原理圖
將上面選出的液壓基本迴路組合在一起，經過修改和完善，就可得到完整的液壓系統工作原理圖，如圖9所示。
圖9 液壓系統原理圖
1—雙聯葉片泵 2—電液換向閥 3—行程閥 4—調速閥 5、10、12、13、15—單向閥 6—液
缸 7—卸荷閥 8—背壓閥 9—溢流閥 11—過濾器 14—壓力繼電器
5.專用銑床液壓元件的選擇
根據計算，得出液壓系統的工作壓力和通過各個閥類元件和輔助元件的實際流量，在通過查閱機械設計手冊來選擇所需要的液壓元件。
5.1液壓泵的選擇
5.2液壓閥和輔助元件的選擇
根據液壓系統的工作壓力和通過各個閥類元件和輔助元件的實際流量，查閱產品樣本，可選出這些元件的型號及規格，見表5所示。
表5 元件型號及規格
5.3油管的選擇
油管的規格是按管道的耐壓、流量和各個元件間連接管道外尺寸來確定，油管均按流過的最大流量計算。按設計手冊推薦的油液在壓油管的流速u=3m/s可得，液壓缸有杆腔和無杆腔相連的油管內徑分別為：
兩根油管按YB231—64選用外徑為13mm，壁厚為1.2mm的冷拔無縫鋼管。其他油管，可直接按所連接的液壓元件、輔助件件的接口尺寸決定其管徑大小。
5.4油箱的選擇
油箱容積可按經驗公式初步估算為：
6.專用銑床液壓系統性能驗算
由於系統的管路布置尚未具體確定，整個系統的壓力損失無法全面估算，故只能先估算閥類元件的壓力損失，加上管路的沿程損失和局部損失即可。壓力損失的驗算應按一個工作循環中不同階段分別進行。
6.1液壓迴路壓力損失驗算
這裡包括沿程壓力損失、局部壓力損失、油液溫升三個方面的驗算。
表6 常用管道的臨界雷諾數Rec