数控车床夹盘液压系统设计

前言液压传动相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术只有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线，从而使它在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业得到推广应用。720世纪60年代以来，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展，并渗透到各个工业领域中。液压技术开始向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计CAD、计算机辅助测试CAT、计算机直接控制CDC、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压工业开始于20世纪50年代，最初只应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。我国的液压技术在21世纪必将获得更快的发展。本次设计机床的夹盘液压系统，运用了液压传动系统的各方面知识，通过对夹盘液压系统的工作循环和工况分析计算其技术参数，选择系统的回路、元件、附件等。在满足其使用要求的前提下使系统质量轻，体积小，性能完善，维护方便。1绪论11液压技术的应用液压技术是涉及液体流动和液体压力规律的科学技术。近十几年来，液压技术发展非常快，应用领域也不断拓展，几乎囊括了国民经济的各个部门工业、农业和国防等各个部门。如机械制造业、其中设备、矿山机械、工程机械、农业机械以及化工机械；又如军舰上的舵机、雷达扫描设备、坦克、火炮、飞机、导弹等都采用了液压技术。特别是在机床行业中，油液采用液压传动可以实现无极变速、自动化和在往复运动中实现频繁的换向等，所以它的应用正在不断的扩大和完善。例如，液压传动经常应用在机床的如下方面。1）机床往复运动6龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕、组合机床动力滑台、拉床刀杆等都是采用液压传动来实现高速往复运动。与机械传动相比，采用液压技术可以大大地减少换向冲击，降低能量消耗，并能缩短换向时间，有利于提高生产效率和加工质量。2）机床回转运动机床和铣床主轴采用液压传动来实现回转运动，可是主轴无极变速。但是，由于液压传动泄漏是难免的，加之液体的可压缩性使液压传动不能保证有严格的传动比；因此，车床的螺纹传动链、齿轮机床的展成传动链，亦即具有内联系的运动，尚不能采用液压传动。3）机床进给运动液压传动在机床进给运动装置中应用的比较多，如磨床砂轮架快进、快退运动的传动装置；六角车床、自动车床的刀架或转塔架；磨床、钻床、铣床、刨床的工作台；组合机床的动力滑台等都广泛采用了液压技术。4）机床仿形运动在车床、铣床、刨床上应用液压伺服系统进行仿形加工，实现复杂曲面加工自动化。随着电液伺服阀和电子技术的发展，各种数字程序控制机床和加工中心开始普及，提高了机床自动化水平和加工精度，并为计算机辅助制造创造了条件。5）机床辅助运动机床上的卡紧装置，变速操纵装置，丝杠螺母间隙消除机构，分度装置，工件和道具的装卸、输送、储存装置，都采用了液压技术。这样不但简化了机床结构，而且提高了机床的自动化程度。此外，为了提高机床的承载能力，满足高精度、高效率的需要，在大型机床上应用了静压技术，如静压导轨、静压轴承和静压丝杠等。12液压技术的发展我国的液压行业开始于20世纪50年代，随着工业迅速发展逐日发展壮大，相继建立了科研机构和专业生产厂家，从事液压技术研究和液压产品生产。他们不但生产液压泵、液压阀等液压元件，还设计制造了许多新型的液压元件，如电液比例阀、电液伺服阀等。到目前为止，液压元件的生产，已经形成了我国液压元件产品的生产系列。液压技术的发展正向着高效率、高精度、高性能方向迈进；液压元件向着体积小、重量轻、微型化和集成化方向发展；静压技术、交流液压等新兴的液压技术正在开拓。又由于计算机的应用，更大大推进了液压技术的发展，像液压系统的辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也都取得了显著的成绩。可以预见，为满足国民经济发展的需要，液压技术也将继续获得飞速的发函，它在各个工业部门中的应用越来越广泛。综上所述，在机床行业，尤其是在卡紧和拖料架等需要往复运动并且频繁换向的机构上，选用液压系统作为其控制系统是最为合理的。在设计的过程中，要尽量发挥液压传动与其他传动形式相比所体现出的长处，把液压系统的缺点限制到最小，还必须符合重量轻、体积小、成本低、效率高等特点，尽量满足顾客的所有要求，才是设计的宗旨。2液压系统设计21液压系统的设计要求本次设计是完成数控车床上高、低压夹盘装置液压系统的设计。具体的设计要求如下夹盘装置要实现“夹盘油缸前进夹盘夹紧保压夹盘油缸后退”的行程循环。整个装置全部采用滑台装置，其静摩擦系数02，动摩擦系数01，运动行程见表SD21表21车床夹盘的运动参数和动力参数TAB21THEMOVEMENTANDDYNAMICPARAMETERSOFTHELATHECLAMP工况行程速度时间最大夹紧力运动部件重力启动、制动时间/MM/T/S/NG/NT/S1MS快进200007525夹紧保压005000高压3000低压快退20000752100000522液压系统的功能设计4221工况分析由表21中的运动过程，分析卡盘液压缸的负载情况，具体的计算结果见表22。表22夹盘液压缸外负载计算结果TAB22THELOADCALCULATIONRESULTSOFCLAMPINGCYLINDER工况计算公式外负载/N启动FSF200加速FDGVGT253快进FD100夹紧保压EFF5100反向启动FSF200加速FDGVGT253快退FD100上表中静摩擦负载FSFNG（21）02（10000）100N其中负载对动力滑台的法向力。NF动摩擦负载FDFNG（22）01（10000）100N惯性负载GVGT（23）107598153N其中平均速度/。VT2MSA222夹盘工作技术参数参考表23初选液压缸的高压设计压力45MPA，低压设计压力3MPA，为了1P1P防止夹紧结束时发生前冲，液压缸需保持一定的回油背压。参考表24暂取背压04MPA，并取液压缸的机械效率094，设定液压缸有杆腔为工作腔，则计算出2PCM液压缸有杆腔的有效面积为121CMFAP（24）6509111592CM式中F油缸的外负载；系统的工作压力。1P由速比和有杆腔的面积分别列式23，24213DD（25）214D（26）11592CM解（23）（24）得液压缸内径D44CM；活塞杆直径D22CM，按GB/T23481980取标准值D50MM，D25MM。液压缸实际有效面积为无杆腔214AD52196CM有杆腔224ADD52147CM由本设计分析，只要液压缸的杆径能满足高压工作的工况，就能满足低压工作的工况，所以在低压工作时也采用此杆径值。表23按主机类型选择系统压力TAB23SELECTSYSTEMPRESSUREBYTHETYPES主机类型设计压力/MPA精加工机床082半精加工机床35机床龙门刨床28主机类型设计压力/MPA机床拉床810农用机械、小型工程机械、工程机械辅助机构1016液压机、大中型挖掘机、中型机械、起重运输机械2032地质机械、冶金机械、地道车辆维护机械，各类液压机具等25100表24液压执行器的背压力TAB24THEBACKPRESSUREOFTHEHYDRAULICACTUATOR系统类型背压力/MPA简单系统和和一般轻栽节流调速系统0205回油带背压阀调整压力一般为0515回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时05中低压系统设补油泵的闭式系统0815高压系统初算是可忽略不计根据上述条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率见表25、表26、表27、表28。表25夹盘油缸高压正向工作TAB25THEHIGHPRESSUREPOSITIVEWORKOFTHECLAMPINGCYLINDER工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPA/MPA/N/W2P1Q1MINLA启动200068211CMFPAP加速253040721NQ恒速100040666662,AV夹紧保压5100044266464反向启动20004211CMFPPA工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPA/MPA/N/W2P1Q1MINLA加速253040441,QAV恒速100040358851NP表26夹盘油缸高压反向工作TAB26THEHIGHPRESSUREREVERSEWORKOFTHECLAMPINGCYLINDER工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPA/MPA/N/W2P1Q1MINLA启动200068211CMFPAP加速253040721NQ恒速100040666662,AV夹紧保压5100043188455反向启动20004211CMFPPA加速253040441,QAV恒速100040358851NP表27夹盘油缸低压正向工作TAB27THELOWPRESSUREPOSITIVEWORKOFTHECLAMPINGCYLINDER工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPA/MPA/N/W2P1Q1MINLA启动200068211CMFPAP加速253040721NQ恒速100040666662,AV夹紧保压3100042766298反向启动20004211CMFPPA加速25304044,QV恒速1000403588511NP表28夹盘油缸低压反向工作TAB28THELOWPRESSUREREVERSEWORKOFTHECLAMPINGCYLINDER工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPA/MPA/N/W2P1Q1MINLA启动200068211CMFPAP加速253040721NQ恒速100040666662,AV夹紧保压3100042088294反向启动20004211CMFPPA工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPA/MPA/N/W2P1Q1MINLA加速253040441,QAV恒速100040358851NP23执行元件流量的确定液压缸所需最大流量按其实际有效工作面积和所要求的最大速度来计算，即MAXAXCMQA（27）88L式中液压缸的最大流量；MAXQA液压缸有效工作面积；液压缸的最大速度；AXV执行元件的容积效率，取094。CM同理，液压缸所需最小流量按其实际有效工作面积和所要求的最小速度来计算，即MININCMQA（28）66L式中液压缸的最小流量；MINQA液压缸有效工作面积；液压缸的最大速度；AXV执行元件的容积效率，取094。CM3液压系统方案确定和原理图的拟定31基本方案的确定10液压系统方案设计是根据主机的工作情况、主机对液压系统的技术要求、液压系统的工作条件和环境条件以及成本、经济性、供货情况等诸多因素，进行全面、综合的设计，从而拟订出一个各方面比较合理的、可实现的液压系统的方案。其内容包括1油路循环方式的分析与选择；2调速方案的分析和选择；3油源形式的分析与选择；4液压回路的分析、选择与合成；5液压系统原理图的拟订与设计。311油路循环方式的分析和选择液压系统油路循环方式分为开式和闭式两种，他们各自的特点及相互比较见表31。表31开式系统和闭式系统的比较TAB21COMPAREOFHOLDDYADICSYSTEMANDSHUTDYADICSYSTEM油液循环方式开式闭式散热条件较方便，但是油箱较大较复杂，需要用辅泵来换油冷却抗污染性较差，但可采用压力油箱或者油箱呼吸器来改善较好，但是油液过滤要求较高系统效率管路压力损失较大，用节流调速时效率低管路腰里损失较小，容积调速时效率较高限速制动形式用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制动，引起油液发热液压泵由电动机拖动时，限速及制动过程中拖动电能向电网输电，回收部分能量，即是再生限速和再生制动其他对泵的自吸性能要求高对主泵的自吸性能要求低油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。一般来说，凡是有较大空间可以存放油箱而且不需要另设散热装置的系统，要求结构尽可能简单的系统，采用节流调速或者容积节流调速的系统，均宜采用开式系统。在本设计中，油泵向两个液压执行元件供油而且功率较小，整个系统的结构也比较简单，所以本设计采用开式系统。312调速方案的分析和选择调速方案对主机的性能起到决定性的作用。调速方案包括节流调速、容积调速和容积节流调速三种。选择调速方案时，应根据液压执行元件的负载特性和调速范围以及经济性能因素，最后选出合适的调速方案。考虑到系统本身的性能要求和一些使用要求以及负载特性，参照表32，本设计决定采用容积节流调速表32各种调速方式的性能比较TAB32VARIOUSFORMSOFSPEEDPERFORMANCECOMPARISON节流调速容积调速回路容积节流调速回路简式节流调速系统带压力补偿阀的节流调速系统主要性能进油节流及回油节流旁路节流调速阀在进油调速阀在旁油路及溢流节流变量泵定量马达流量适应功率适应路调速回路负载速度刚度差很差好较好好特性承载能力好较差好较好好调速范围大小大较大大效率低较低低较低最高较高高功率特性发热大较大大较大最小较小小成本低较低高最高适用范围小功率轻载或者低速的中低压系统及工程机械非经常性调速的场合大功率高速中高压系统负载变化小，速度刚度要大的中小功率，中压系统负载变化大速度刚度较大的中高压系统313油源形式的分析与选择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。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，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。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。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。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。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。本设计采用容积节流调速，所以使用变量泵供油。314液压回路的分析、选择与合成1选择系统一般都必须设置的基本回路，包括调压回路、向回路、卸荷回路及安全回路等。2根据系统的负载特性和特殊要求选择基本回路，在本系统中考虑到安全的要求，设置了背压回路，同时由于是两个执行元件先后动作，且有顺序联动关系，所以设置了互不干扰回路。3合成系统选定液压基本回路之后，配以辅助性回路，如控制油路，润滑油路、测压油路等，可以组成一个完整的液压系统。在合成液压系统时要注意以下几点防止油路间可能存在的相互干扰；系统应力求简单，并将作用相同或者相近的回路合并，避免存在多余回路；系统要安全可靠，力求控制油路可靠；组成系统的元件要尽量少，并应尽量采用标准元件；组成系统时还要考虑节省能源，提高效率减少发热，防止液压冲击；测压点分布合理等。315液压原理图的拟定与设计根据上述分析，可以拟定整个液压系统的原理图如下1油箱、2空气过滤器、3油温油位计、4吸油过滤器5电机、6泵、7单向阀、8安全阀、9蓄能器10压力表开关、11压力表、12压力表、13二位四通换向阀14三位四通换向阀、15叠加式减压阀、16叠加式减压阀18通道体、19压力继电器、20液控单向阀图21液压系统的原理图FIG21HYDRAULICSYSTEMDIAGRAM电磁铁的动作顺序表见表23表23电磁铁动作顺序表TAB23ACTIONSEQUENCETABLEOFTHESOLENOIDVALVE电磁铁工作状态动作名称YV11YV12YV13YV14外夹紧外松开内夹紧夹盘高压内松开外夹紧夹盘低压外松开电磁铁工作状态动作名称YV11YV12YV13YV14内夹紧夹盘低压内松开注“”通电；“”断电。4计算和选择液压元件液压元件的计算是指计算元件在工作中承受的压力和流量，以便选择零件的规格和型号，此外还要计算原动机的功率和油箱的容量。选择元件时应尽量选择标准件。41液压泵的确定411液压泵的类型选择液压泵有齿轮泵、叶片泵、螺杆泵、和柱塞泵等多种类型，各种泵间的特性有很大差异，见表31，选择液压泵的主要依据是其最大工作压力和最大流量，同时还要考虑定量或变量、原动机类型、转速、容积效率、自吸特性、噪声等因素。这些因素通常在产品样本或型录中均有反映。参照表31，比较各种泵的性能参数，本设计选择叶片泵。表31液压泵的类型及特性TAB31THETYPESANDCHARACTERISTICSOFTHEPUMP柱塞泵特性齿轮泵叶片泵螺杆泵轴向式径向式额定压力/MPA低压泵25高压泵达25低压8中压16高压322510约40约40排量/1MLRA05650135025150041006500最高转速/IN300700050040001000230050001800最大功率/KW1203203902660260总效率/75907590708585958092适用黏度/21MSA2050020200194920200自吸能力非常好好最好差变量能力否单作用叶片泵能变量否好功率质量/1KWGA中大小大输出压力脉动大小小小污染敏感度小大小大柱塞泵特性齿轮泵叶片泵螺杆泵轴向式径向式历时变化齿轮磨损后效率下降叶片磨损效率下降较小螺杆磨损效率下降配流盘、滑靴或分配阀磨损时效率下降较大黏度对效率的影响很大稍小很小噪声小大小中最小中大价格最低中高高使用场合机床、工程机械、车辆等机床、液压机飞机及噪声较低的场合机密机床、轻纺化工、石油机械工程机械、矿山冶金机械、锻压机械、建筑机械、船舶、飞机液压泵站按照泵组的布置方式可以分为上置式、柜式和非上置式。液压泵组置于油箱之上的上置式液压泵站，分为立式和卧式两种，上置式液压泵站结构紧凑，占地小，被广泛应用于中、小功率液压系统中。考虑到整个安装空间的布置，本设计选择上置式的卧式安装。412液压泵的计算与选择液压泵的最大工作压力为P1MAXP（41）式中液压执行元件最大工作压力；1MAXP液压泵出口到执行元件入口之间所有的沿程压力损失和局部压力损失之和。初算时按经验数据选取管路简单，管中流速不大时，取02MPA05MPA管路复杂而且管中流速较大或者有调速元件时，P取05MPA15MPA。由上述选取03MPA，然后带入公式（41）计算得P420345MPA在选择泵的额定压力时应考虑到动态过程和制造质量等因素，要使液压泵有一定的压力储备。一般泵的额定工作压力应比上述最大工作压力高2060，所有最后算得的液压泵的额定压力应为45（102）54MPA液压泵的流量按照下式进行计算，即PQKMAX（42）式中K考虑系统泄漏和溢流阀保持最小溢流量的系数，一般取K1113；MAXQ同时工作的执行元件的最大总流量。本设计取泄漏系数K11，带入公式（42）得PQ118897L/MIN由维乐样本查的VP12FA2低压变量叶片泵满足上述估算得到的压力和流量要求该泵的额定压力为7MPA，公称排量V83，额定转速为1800。现取泵的1MLRA1MINRA容积效率085，当选用转速N1400的驱动电机时，泵的实际流量为VINPQVNV（43）8308514003101001MINLA式中V泵的公称排量；N电机转速；泵的容积效率。V由前面计算可知泵的最大功率出现在夹紧保压阶段，参照表32取泵的总效率为075，则PPNPQ631075933W选用电动机型号由于内轴式电动机可以与相对应的泵直接连接，无需用连轴器，从而减少安装空间，装配方便。所以由维乐样本查的CT011HP4P3JV式电动机满足上述要求，其转速为1450，额定功率为0735KW。1MINRA表32液压泵的总效率TAB32THETOTALEFFICIENCYOFHYDRAULICPUMPS液压泵类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵总效率0607065080060075080085413液压泵站组件的选择液压泵站一般由液压泵组、油箱组件、过滤器组件和蓄能器组件等组成。根据系统的实际需要，本设计选择液压泵组、油箱组件、过滤器组件。液压泵组由液压泵，原动机，连轴器及管路附件等组成。油箱组件由油箱面板，空气滤清器，液位显示计等组成。过滤器组将是保持工作介质清洁度必备的组件，可根据系统对介质清洁度的不同要求设置不同等级的粗过滤器，精过滤器等。根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，可计算出液压缸在各个阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间，从而为其他液压元件的选择及系统的性能计算奠定了基础。计算结果如表42所示。表42夹盘油缸的实际工况TAB42THEACTUALWORKINGCONDITIONSOFTHECLAMPINGCYLINDER工作阶段无杆腔/1MINLA有杆腔/1INLA速度/1MSA时间/S快进Q出12进47133Q进P101VQ进340610081LTV022S快退Q进12AP47133Q出进21A3965102VPQ3410601112LTV0825S42液压控制阀的确定液压控制阀在液压系统中的功能是通过控制调节液压系统中的油液的流向、压力和流量使执行器及其驱动的工作机构获得所需的运动方向、推力（转矩）及运动速度（转速）等。同一工艺的目的的液压机械设备，通过液压阀的不同的组合使用，可以组成有路截然不同的多种液压系统方案，因此，液压阀是液压技术中品种与规格最多的、应用最广泛、最活跃的部分（元件）。所设计的液压系统，将来是否按照既定要求正常可靠运行，很大程度上取决与其中所采用的各种液压阀的性能优劣及参数匹配是否合理。足见液压阀的在整个液压系统设计中占有相当重要的地位。各种液压控制阀的规格型号，可以系统的最高压力和通过阀的实际流量为依据，并考虑阀的控制特性、稳定型及油口的尺寸、外型尺寸与重量、安装连接方式、操纵方式、适应性与维修方便性、货源及产品历史，从相关的设计手册和产品样本中选取。选择压力控制阀时，应考虑压力控制阀的压力调节范围、流量变化范围、所要求的压力灵敏度和平稳性等。选择流量控制阀时，应考虑流量阀的流量调节范围，流量压力特性，最小稳定流量，压力补偿要求或者温度补偿要求，对滤油器过滤精度的要求，阀进出口压差的大小以及阀内泄漏的大小等。选择方向控制阀时，应考虑方向阀的换向频率，响应时间，阀口的压力损失以及阀的内泄漏的大小等。通过各类阀的实际流量最多不应超过其额定流量的120。根据本系统的设计要求，本系统需要有管式单向阀，安全阀，叠加式减压阀，叠加式单向阀，液控单向阀，电磁换向阀。43液压附件的计算和选择431蓄能器的选择液压系统使用蓄能器的目的很多，但归纳起来主要是蓄能保压、吸收液压冲击和吸收液压脉动等三种，详细作用见表43。按照加载方式不同，蓄能器有弹簧加载、重力加载和气体加载等三种类型。其中气体加载型蓄能器按照气体与油液是否隔开，又分为隔离式和非隔离式两大类，而隔离按照物体的材料及工作的形态又分为非可挠式和可挠式两种主要形式，可挠式中的皮囊式蓄能器应用最多，详细分类见表44。由于本设计中使用变量泵，会有脉动；而且在卡紧过程中有液压冲击。所以本设计中蓄能器主要用途是吸收脉动、缓和冲击与保压。结合表43和44，选择直通气囊式蓄能器型号为NXQA063/10L，容量10L。表43蓄能器的用途TAB43THEUSEOFACCUMULATOR用途说明蓄能用于间歇型机械的液压系统，可以存储在执行器间歇或低速运动时液压泵输出的油液（充液蓄能），并在执行器快速运动需要大流量时，作为辅助能源与液压泵一起向系统提供油液。从而实现了液压泵组及整个液压装置的小型化，达到了节能的目的吸收冲击液压换向阀快速启闭和负载的骤然变化，系统会产生冲击压力，从而导致振动和噪声，甚至损坏机器。蓄能器缓和、吸收这些流体的冲击压力吸收脉动能吸收或减小各种液压泵的流量脉动和压力脉动，从而降低系统噪声减震就有吸收气体弹簧的作用，可用于吸收车辆等行走机械机身与车轮之间的振动平衡可把立置执行器（液压缸）及其负载下降时的重力势能转化为液压能进行储存，同时产生极限阻力；立置执行器上升时，蓄能器释放吸收的能量，与泵一起向液压缸供油。从而实现了平衡和节能补油在执行器锁紧回路里的液体，随着温度的变化而膨胀或缩小，它的压力也上升或下降，会引起回路故障或机器损坏。蓄能器能吸收或补充这种因温度变化而导致的油量变化保压在工件夹紧时液压泵卸载的液压回路中，蓄能器可保持执行器所需的压力以补偿液压泵卸载系统所产生的泄漏表44蓄能器的详细分类及特点TAB44THEDETAILEDCLASSIFICATIONANDCHARACTERISTICSOFTHEACCUMULATOR特点用途类型响应噪声容量限制/L最大压力/MPA漏气温度/C蓄能吸收脉动冲击传送异性液体弹簧加载式不好有小1250120可不太好不可重力加载式不好有可做较大容量4550120可不好不可特点用途类型响应噪声容量限制/L最大压力/MPA漏气温度/C蓄能吸收脉动冲击传送异性液体非隔离式良好有大5有可不限制可可不可活塞式不太好有较大21小量50120可不太好可非可挠式差动活塞式不太好有较大45无50120可不太好不可柱塞式不太有较大45小量50可不太可好120好皮囊式良好无480200无10120可可可隔膜式良好无0951157无1070可可可直通气囊式好无小21无1070可很好不可盘式好无小21无1070不可很好不可金属波纹管式良好无小21无50120不可可不可气体加载式隔离式可挠式活塞隔膜式良好无较大7小量1070可可可432过滤器的确定由于液压系统的各类故障绝大多数由油液的污染造成，而过滤器是保持油液清洁的主要手段，所以合理选择过滤器显得非常重要。按照过滤器在液压系统中安放部位的不同，过滤器有多种类型。详细分类见表45。表45过滤器的类型TAB45THETYPESOFTHEFILTERS序号类型作用1吸油过滤器保护液压泵2高压过滤器保护液压泵以外的液压元件3回油过滤器滤出液压元件磨损后生成的污物4离线过滤器独立于系统之外，连续清除系统杂质5泄油过滤器防止生成物进入油箱6注油过滤器防止注油时污物侵入7安全过滤器保护抗污能力低的液压元件过滤器的主要指标有过滤精度（滤除各种不同尺寸的污染颗粒的能力）、液降特性性和纳垢量（压力降达到规定限值之前，可以滤除并容纳的）。按照过滤精度的不同，过滤器又可分为粗过滤器、普通过滤器、精过滤器和特精过滤器四类，各类过滤器的精度及其适用的液压系统见表46。本设计中液压系统是低压系统过滤器的主要作用是保护液压泵，所以选择吸油过滤器型号为MF02。表46各类过滤器的过滤精度TAB46THEACCURACYOFTHEFILTERS类型过滤精度适用系统及元件粗过滤器100重型设备、低压液压系统普通过滤器10100机床、液压机、船舶的设备的液压系统，齿轮泵、叶片泵、一般液压阀、叠加阀、插装阀精过滤器510一般电液伺服、比例液压系统，柱塞泵、工业伺服阀、比例阀特精过滤器15航空航天设备、飞船的精密电液伺服系统、高性能伺服阀等综上所述，现选定卡盘液压系统的各个液压元件的类型如表44所示。表44液压系统元件选型TAB44VARIOUSTYPESOFHYDRAULICCOMPONENTSOFCHOICE序号名称通过流量/L额定流量/1MINLA额定压力/MPA额定压降/MPA型号规格1空气过滤器AB11622油温油位计LS3”3吸油过滤器10201MF024单向阀104025005CIT0205105安全球阀10352001YJZQJ106蓄能器10NXQA063/10L7压力表开关102121GCT038压力表10I21/2100B19压力表5I21/250B110二位四通换向阀10631002SWHG02C2D2420LS11三位四通换向阀1063502SWHG02D2D2420LS12叠加式减压阀10352501MPR02AK12013叠加式减压阀10352501MPR02BK12014叠加式单向阀10352101MC02AB053015压力继电器3535PS7012016液控单向阀10352101MPC02W5030433确定油箱容积液压系统的散热主要是靠油箱，油箱大散热块，油箱小则油温较高。初始设计时，应注意以下几个方面1油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质；而工作时又能保持适当的液位2吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。吸油管可安装100M左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要斜切45角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热3吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的2/33/4。油箱的容积可以按照下列经验公式进行计算VVQ（44）式中液压泵每分钟排出的液体体积；VQ经验系数。低压系统取24；中压系统取57；高压系统取612；行走机械取12。将数值带入公式（44）得V71070L434确定管件的尺寸由表42和43得知液压缸有杆腔和无杆腔油管的实际最大流量分别为133L/MIN和10L/MIN，按照表45的推荐值取油管内油液的允许流速为4M/MIN，管径的计算公式为D4Q（45）式中Q通过油管的最大流量；V油管中允许流速；D油管内径；将数值带入公式（45）得D无3410684MMD有3410673MM根据JB82766，同时考虑到制作方便，两根油管同时选用101（外径10MM，壁厚1MM）的冷拔无缝钢管。由机械设计手册查得管材的抗拉强度为412MPA，由表56取安全系数为8，按公式（46）对油管的强度进行校核，公式如下2BPDN（46）式中P管内最高工作压力；D油管内径；N安全系数；管材抗拉强度；B油管壁厚。将数值带入公式（46）得636451082026MM因为026MM1MM,所以所选油管壁厚安全。表45油管中的允许流速TAB45ALLOWTHEPIPELINEFLOW油液流经油管吸油管高压管回油管短管及局部收缩处允许速度（M/S）0515255152557表46安全系数TAB46SAFETYFACTOR管内最高工作压力77175175安全系数8645液压油的选择与维护51液压油的种类液压油可分为三大类矿油型、合成型和含水型。国内常用的液压油有LHL液压油、LHM抗磨液压油、LHV低温抗磨液压油、LHS低凝抗磨液压油、LHG液压导轨油和抗燃液压油等。油品的主要性能及适用范围1）LHL液压油具有一定的抗氧防锈和抗泡性，适用于系统压力低于7MPA的液压系统和一些轻载荷的齿轮箱润滑。2）LHM抗磨液压油除了具有LHL液压油的性能外，抗磨性能强。适用于系统压力721MPA的液压系统。高压抗磨液压油，能在系统压力为35MPA情况下正常工作。3）LRV低温抗磨液压油和LHS低凝抗磨液压油在LHM抗磨液压油的基础上加强了粘温性能和低温流动性。适合在寒区或严寒区工程机械液压系统使用。4）LHG液压导轨油具有防爬性，适用于润滑机床导轨及其液压系统。5）抗燃液压油抗燃性好，应用在高温易燃的场合。52设备用油的选择不同机械设备系统要选择不同类型的油，其选择要具备以下条件1）环境条件环境温度的变化情况及最高和最低环境温度，有无高温热源和明火，以便选择合适的油品。2）工作条件如油泵类型、工作压力、温度、转速油与金属、密封件和涂料的配伍性系统的运转周期和工作特点等，以便选用合适的品种和粘度。3）油品的性质首先要参考机器设备的推荐用油，如液压油品和液体的理化指标及使用性能,各类液压油的特性等。4）经济性在液压油选用中经济性是不可缺少的一个重要部分，如液压油的价格、液压系统与元件的寿命等。在液压系统中，一般有油泵、阀门、管路、油缸或马达等，其中油泵的运转速度快，压力、温度高，是系统中的主要部件，通常应根据油泵选择液压油。随着液压技术的迅速发展，液压系统向高压、高速和小型化的方向发展，系统压力的升高，泄漏的可能性随之增加，在其泄漏喷射范围如有高温热源或明火，就有燃爆的危险，应考虑选用合适的抗燃液压油。综上所述，考虑到本液压系统的使用环境和压力大小，本系统所选择的液压油为LHL液压油中的YB46号液压油作为本系统的液压介质。其主要性能如下运动粘度27506，粘度指数90，闪点，凝点,油的密度为21MSA170C25918KG353液压油的维护合理选好油液是液压机械设备工作的开始，在工作过程中，油液的维护也很重要。首先，应了解液压油污染物的来源，液压油污染物的来源可分为外部影响，包括油液运输过程带来的污染液压元件内存在的污染周围环境的污染。其次是了解使用过程中产生的影响，包括运动部件磨损产生的影响油液发生化学变化产生的影响外来污染物、统维修和元件更换过程的污染。在工作开始前和工作过程中，对液压油应注意以下几点531防止油污染1）使用前保持油的清洁。购买油品时，虽经化验合格，但存放时间或保管环境都可能使油品的清洁受到影响。因此，使用前应重新化验，如有问题及时处理。2）安装和运转前保持液压系统的清洁。液压元件加工和安装过程残存的金属粉末等杂质，如未及时清洗干净，会带进油液中随着油流动，引起液压元件的磨损、卡死或堵塞油路，甚至造成事故。因此，安装和运转前一定要对系统进行清洗。清洗时最好用液压装置所需的工作油或试车油，尤其是系统选用水一乙二醇、乳化液及高水基液时，更要用这些液体本身进行冲洗，以取得更好的效果。3）工作过程中保持油品清洁。运动和振动引起元件磨损，所产生的微粒随油循环，引起元件进一步磨损，造成油膜被破坏、润滑性变差、元件使用寿命缩短。另外，油在工作过程中会受到环境的污染，空气、尘埃、冷却水、蒸汽等会使油氧化变质，产生胶质、沥青质和炭渣等污染物，需随时除去。要保持压油的清洁，应根据系统要求，选用不同过滤精度的过滤器，过滤器的材质要与所用油品相适应，选择过滤器的原则如下根据被过滤微粒的大小，选择适当网目的过滤器；系统压力及可接受的压力降；过滤器的成本、费用。过滤器的位置可根据工作系统的要求而布置。多数情况下，液压设备用的是矿油液压油，一般滤器材质都适用，但带活性材料的滤油器不宜采用，以免影响液压油中的添加剂。532防止空气混人空气进人液压系统会产生以下不良影响1）产生气蚀。气体的存在，会产生大量气泡，致使油泵的容积效率显著下降，在油泵和节流的地方产生气蚀，引起元件的磨损，缩短使用寿命；2）产生噪音、振动和爬行，使运转特性不稳定；3）空气中的氧与油起反应，使油过早变质，影响使用。533防止水分混人冷却水及蒸汽的混人会带来以下不利影响1）对液压系统中的金属起腐蚀作用，缩短元件；的使用寿命锈蚀的微粒落到系统中，会加速磨损；2）加速油变质，特别是有铁、铜、锰等微粒存在时，水与大气中的氧会使油迅速氧化，产生油泥；3）使油的润滑性下降，水含量由0增到10,油的烧结负荷由735N降至30N，水含量越大，润滑性越差。一般规定液压油的水含量不超过05。534控制液压油的使用温度控制油的使用温度，对液压系统极为重要。油升温会加速油的氧化变质，不仅缩短油的使用寿命，而且氧化生成的酸性物质还会对金属起腐蚀作用，增加磨损，引起泄漏。在实际工作中，常会碰到各种油品互相更换的问题，尤其是液压系统原来使用矿油产品，为了解决防火问题而更换成水乙醇液体后，就要求把矿油放尽，用水乙醇置换两次，再装入水乙醇正式使用，切不可各种油品互相混用。液压系统运行故障中选用油不当是一个重要的因素。因此正确合理地选用液压油可提高液压设备运行的可靠性，延长系统和元件的使用寿命，节约开支，对企业有着明显的经济效益。6密封装置的选择与维护、保养61密封圈的选用液压元件与系统的工作条件情况复杂，影响密封装置，密封性能的因素很多，各种工作条件对密封件的选择具有相应要求。在选择密封件的结构、型式及材料时，应从以下几个方面来考虑。1）根据工作介质和工作温度，选择密封件材料类型；2）根据密封副偶件相对滑移面的运动速度，选择密封件的结构型式；3）根据液压系统的压力高低，考虑密封件的结构参数及装置滑移面的间隙尺寸；4）根据运动偶件的运动跳动量，选择材料的硬度或调整结构参数，以增强随动性；5）根据工况条件，选择合理的偶合面粗糙度及密封件安装腔体的结构型式、尺寸和位置精度。最常用的密封圈是O形圈、Y形圈、V形圈和橡胶材料与低摩擦材料聚四氟乙烯并用的组合式密封圈。O形橡胶密封圈是动、静密封均可用的密封件，安装方便，价格低。工作压力大与7MPA时，必须配置挡圈。与唇形密封圈相比，寿命短，且对密封装置的机械加工精度要求高。当设备闲置时间过久时，再次启动密封圈阻力，会因O形圈与密封副偶合面的粘着而陡增，并出现爬行现象。橡胶密封圈的使用速度范围000503。1MSA由上所述，本设计选择O型密封圈。62密封装置的的维护大多数密封装置是由以合成橡胶为主的高分子材料制成的，必须十分注意因氧气变质引起的性能下降。密封圈从生产厂家时要有聚乙烯袋密封，装在纸箱中，以隔绝热、氧气、油、水、紫外线等会促进材料劣化的各种因素。保管中应注意以下问题1）避免高温，应在37以下保存，不要触及水、油，不受阳光直射；C2）避免放置于电动机等臭氧源附近；3）避开放射线；4）开封后尽快使用；5）不要用绳索拴捆密封圈。密封装置工作中的维护、保养要规范化、制度化，以便及时发现问题，保护密封装置。对液压、气动元件应制定检测周期与部位，如缸的磨损量、负载变形量，泵的振动量；以便控制变形量与振动量。对管路要规定检测周期，限定振动允许值。对液压油定期检测清洁度、黏度和含水量。7计算液压系统技术性能参数71验算压力损失由于系统的管路布置尚未具体确定，故仅按式（71）对系统进行校核。FRVPPPA（71）式中系统油路上的压力损失包括油路上即从执行器出口到油箱的压力损失P折算过来的部分；管道的压力损失；F局部压力损失；RP阀类元件的局部压力损失。V其中21FPVPAD（72）2RPVPA（73）2VVNQPA（74）式中沿程阻力系数和局部阻力系数（从有关手册查取）；、油液密度/；3KGMA液流平均速度/；1S管道长度/M；L管道直径/M；D阀的额定压力损失/PA（可从样本上查得）；NP阀的额定流量/；Q31MSA阀的实际流量/。V711夹盘油缸的压力损失验算在油缸快进时，油液依次经过单向阀，叠加式减压阀，电磁换向阀、叠加式单向阀、液控单向阀。所以进油路上的压力损失为VPQ实压降额（75）226050120100140026MPA式中总的压力损失；VP各种阀的压降；P压降流经阀的设计流量；Q实阀的额定流量。额在油缸快退是，油液依次经过单向阀，叠加式减压阀，电磁换向阀、叠加式单向阀、液控单向阀，所以退油路上的压力损失为VPQ实压降额（76）228050120100140048MPA由此可以看出，系统阀的压力损失都小于原先的估计值，所以满足系统的使用要求。由此看出各种阀同样满足使用要求。72估算系统效率由表42可以看出，本液压系统在整个工作循环过程中，快进、快退和夹紧保压的工作过程占整个工作循环的主要部分，所以在估算系统效率时只估算此部分就可以。快进、快退阶段系统效率的计算公式为C1PQ（77）式中执行元件的负载压力；1P执行元件的负载流量；Q液压泵的供油压力；P液压泵的供油流量。将各个阶段的数值分别带入公式（77）得快进阶段回路效率C0087快退阶段回路效率C0358410068夹紧保压阶段回路效率C24510061系统在一个完整的循环周期内的平均回路效率可按下式计算CICTT（78）式中一个周期的平均回路效率；C各工作阶段的液压回路效率；I各个工作阶段的持续时间；ITT一个完整循环的时间。将数值带入公式（78）得系统快进、快退阶段的平均效率C087450076系统的总效率为PCA（79）式中液压泵的总效率，取075；P液压回路的效率；C液压执行元件的总效率，取094。A由以上计算，将数值带入公式（79）得系统的总效率为07500760610940054043整个系统的效率很低只要是由于减压损失和节流损失造成的。73系统的发热和散热计算液压传动系统工作时，除执行器驱动外负载输出的有效功率外，其余功率全部以热量的形式损失掉了。其中包括液流的沿程压力损失、局部压力损失、各部件的机械损失和容积损失等。这些损失的能量都转变为热能，使油液的温度升高，从而是油液的物理性能发生变化，影响液压系统的正常工作。如油温的升高会引起油液的黏度降低和零件间隙增大，造成容积损失的增加，还会使热膨胀系数不同的运动副之间的间隙变小而卡死，失去工作能力。为保证液压系统的良好工作性能，应进行系统的发热计算，并采取措施，是油液温度保持在允许的范围内。可按式（710）估算系统的发热能量H（1）IPN（710）式中H系统产生的热量；IPN液压泵的输入功率。将数值带入公式（710）得H6345101057956W液压系统中产生的热量，由系统中各个散热面散发至空气中，其中油箱是主要散热面。因为管道的散热面相对较小，且与其自身的压力损失产生的热量基本平衡，故一般滤去不计。当只考虑油箱散热时，其散热量可按下式计算0H0KAT