金属屑压块液压机液压系统及主缸的设计.doc

Sanming University Diploma Work (Project) Title: Metal Chip Briquetting hydraulic system and the design of the main cylinder Grade & Major: Grade 2006, Mechanical Design Manufacturing and Automation Number: 20060663130 Name: Instructor: 2010-3-6 毕业论毕业论文文(设计设计)承承诺书诺书 我仔细阅读了毕业论文（设计）的有关文件规定。 我知道，抄袭别人的成果是剽窃行为，是可耻的，也是违反毕业论文（设计）规 定的。如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料） ，必须按照规定 的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我郑重承诺，严格遵守学院毕业论文（设计）规定，以自己的真实水平认真做好 毕业论文（设计） 。如有违反规定的行为，我将接受严肃处理。我的毕业论文（设计） 题目为： 学生签名： 日期: 导师签名： 日期: 论论文版文版权权使用授使用授权书权书 本论文作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权三明学 院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编本论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 目录目录 第 1 章 绪论 .1 1.1 课题背景 1 1.2 液压机的发展趋势 1 1.3 液压机的简介 2 1.4 金属屑压块机的简述 3 小结 5 第 2 章 金属屑压块液压机液压缸主要参数的选定 .6 2.1 主缸主要参数的计算 6 2.2 水平缸主要参数的计算 7 小结 7 第 3 章 金属屑压块液压机主缸及水平液压缸的压力计算 .8 3.1 主液压缸的压力计算 8 3.2 水平液压缸的压力计算 8 小结 9 第 4 章 金属屑压块液压机液压系统图的确定 10 4.1 工况分析 .11 4.2 方案确定11 4.3 液压系统循环动作说明 .12 4.4 液压系统保护装置的设计 .15 4.5 流量及一次工作循环时间的计算 .16 4.6 电动机的选择18 小结 .19 第 5 章 金属屑压块液压机主缸的设计 20 5.1 液压缸的说明 .20 5.2 缸筒的设计计算 .20 5.3 活塞的设计计算 .25 5.4 拉杆强度校核 .33 5.5 压头强度的校核 .33 小结 .34 结 论 35 致 谢 语 .36 参考文献 .37 金属屑压块液压机液压系统及主缸的设计金属屑压块液压机液压系统及主缸的设计 摘要摘要 介绍了液压机的发展趋势，对液压机进行简介，根据任务书所给的液压机的设计技术参 数，对 4000KN 金属屑压块液压机液压系统进行了设计，也介绍了该液压系统的工作原理和元件的 选择，并设计计算出主油缸的结构尺寸，再对计算结果进行核对分析。 关键词关键词 金属屑压块液压机 液压系统 液压缸 Metal Chip Briquetting Hydraulic Machine Design Abstract Describes the development trend of hydraulic machine, hydraulic machine profile, according to the book given the task of hydraulic machine design parameters, 4000KN metal filings Briquetting hydraulic press hydraulic system has been designed, but also introduces the working principle of the hydraulic system and component selection and designed to calculate the structure of the main fuel tank size, and then check the results of analysis of the calculation. Key words Metal Chip Briquetting Hydraulic Machine Hydraulic System hydraulic cylinder 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题背景课题背景 液压传动开始应用于十八世纪末，但在工业上被广泛应用的时间比较短。有大幅度的发展也就 在近 50 年。因此，与其它传动方式比还是一项年轻的技术。当今液压技术广泛应用于工程机械、 起重运输、冶金工业、农用机械、轻工业和机床工业。 随着液压技术的不断发展，液压技术也广泛应用在高科技高精度的行业，如机床行业。它能代 替人们一部分频繁而笨重的劳动，能在条件恶劣的环境中工作。特别在数控机床这类要求精度较高 的领域有着不可代替的作用，出现了液压传动的自动化机床，组合机床和自动生产线等。在国防工 业中，如飞机、坦克、火炮等都普遍采用了液压传动装置和液压控制装置。 1.2 液压机的发展趋势液压机的发展趋势 1.2.1 高精度 随着比例伺服技术的发展，液压机的停位精度、速度控制精度越来越高，在要求精度高的液压 机中，大多采用位移光栅检测加比例伺服控制的闭环 PLC 控制（变量泵或阀） 。例如滑块的停位精 度可达 0.05mm；压力控制精度可达 0.5%；有的停位精度可达到。在要求滑块速度极低0.01mm 且稳定性的等温锻造液压机中，当滑块的工作速度为时，速度稳定性误差可控制0.050.30mm s: 在。0.03mm s 位移传感器与比例伺服阀的组合闭环控制，也大大提高了活动横梁（滑块）在偏载时的纠偏调 平性能和同步性，将偏载时滑块的水平精度保持在的水平。0.040.05mm m: 2005 年，在中国国际机床展览会（CIMT2005）上。日本天田（Amada）公司展出的 ASTPO 100 （公称力 1000KN）自动折弯机滑块定位精度 0.001mm，后挡料前后位置重复定位精度为 0.002mm。 1.2.2 液压系统的集成化与精密化 现在锥阀已经很少使用，一般滑阀的采用液相应减少，插装阀得到广泛应用。将插装阀按不同 回路的要求，集成在一个或几个阀块上，大大减少了各阀之间的连接管道，从而减少液体压力在管 道中的损失，减少了冲击振动。插装阀中控制盖板的多种多样，又极大地丰富了各种插装阀的控制 性能、控制精度和其变换的柔性。比例和伺服技术在控制阀和变量泵中的大量应用，也极大地使液 压控制技术精密化。 1.2.3 数控化、自动化与网络化 在液压机的数字控制中，已普遍采用工业控制机作为上位机，可编程控制器（PLC）对各部分 设备的直接控制与操作的双机系统。华中科技大学在研究快锻液压机组的控制系统中，把工业控制 机与 PLC 组成现场控制网络体系，实现集中监控、分散管理、分散控制。天田公司在液压折弯机 中，提出 FBD-NT 系列的网络联结对应型高精度折弯机，用 ASIS 100 PLC 网络服务系统来统一 管理 CAD/CAM。 在自动化数控技术中。多轴控制已相当普遍。在液压折弯机中，很多设备采用 8 个控制轴，有 的甚至到 10 个。 1.2.4 柔性化 为了适应越来越多的多品种、小批量的生产趋势，液压机的柔性要求也越来越突出，主要体现 在各式各样的快速换模技术上，包括模具的快速装卸，模具库的建立与管理，模具的快速运送等。 1.2.5 高生产率与高效率 高生产率不仅体现在设备本身的高速化，更主要体现在辅助工序的自动化与高效率，把辅助工 序占用主机的机动时间减到最少。诸如采用上、下料机械手、模具（工具）磨损的自动检测、自动 润滑系统、自动分拣系统、自动码垛、移动工作台的告诉开进与开出及其准确定位于锁紧等。 1.2.6 环境保护与人身安全保护 除了防止滑块自行下滑的安全锁紧装置外，红外线光幕保护系统也在许多场合得到采用。在液 压系统中，油液泄漏的污染，促进对各种密封系统做了许多改进。在挤压生产线中，锯切噪声对环 境影响很大，因此把锯切工序密封于箱行装置中，并配以锯屑自动收集与运输装置，极大地改善了 挤压生产环境。 1.2.7 成线化与成套化 现代化的生产要求设备供应商不只是单台设备供货，而要求供应整个生产线的全套设备，做到 交钥匙工程。例如汽车覆盖件生产线，就不能只供应几台大型冲压液压机，而各台液压机之间的传 送机械手或传送装置，也是供货的重要内容。又如铝材挤压生产线上，除了挤压液压机主机外，还 有锭坯加热、拉扭矫直、在线淬火、冷床、中断锯切、定尺锯切、时效处理等几十台挤压前后的辅 助设备。因此，成套化与成线化的供货方式已成为当前供货的主流。 1.31.3 液压机的简介液压机的简介 液压机是一种利用液体压力能来传递能量的，来实现各种压力加工工艺的机器，油泵传动高压 液体直接供给液压机其工作液体是抗腐蚀液压油，防腐蚀，防锈润滑性能好，油的粘度比较大，易 于密封。 液压机是锻压机械的一大类，它是飞机、汽车和拖拉机等工业部门不可缺少的加工设备，因此， 它在机器制造业中占有重要地位。液压机同所有的液压系统一样是根据帕斯卡原理制成，是一种利 用液体压力能来传递能量的机器。自 19 世纪问世以来发展很快，已成为工业生产中必不可少的设 备之一。由于液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。如板材成 型；管、线、型材挤压；粉末冶金、塑料及橡胶制品成型；胶合板压制、打包；人造金刚石、耐火 砖压制和碳极压制成型；轮轴压装、校直等等。各种类型液压机的迅速发展，有力地促进了各种工 业的发展和进步。八十年代以来，随着微电子技术、液压技术等的发展和普及应用，液压机有了更 进一步的发展。目前，液压机的最大标称压力已达 750MN，用于金属的模锻成型。众多机型已采 用 CNC 或工业 PC 机来进行控制，使产品的加工质量和生产率有了极大的提高。随着人们生活水 平的提高，金属压制和拉伸制品的需求逐年提高，同时，对产品品种的需求也越来越多，另一方面 产品的生产批量日益缩小。为与中、小批量生产相适应，需要能够快速调整的加工设备，这使液压 机成为理想的成型工艺设备。特别是当液压机系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后，不 仅能够实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，实现了极低的废品率。这种加工方式还适合 于长行程、难成型以及高强度的材料。可变的动力组合、短的加工时间、根据工件长度的简易的压 力行程调整，这与机械加工系统相比，有其优越性。 液压机一般由本体（主机）及液压系统两部分组成。它由上横梁、下横梁、四个立柱和十六个 内外螺母组成一个封闭框架，框架承受全部工作载荷。工作缸固定在上横梁上，工作缸内装有工作 柱塞，它与活动横梁相连接。活动横梁以四根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运动。在活动横 梁的下表面上，一般固定有上模（上砧）而下模（下砧） ，则固定于下横梁上的工作台上。当高压 液体进入工作缸后，在工作柱塞上产生很大的压力，并推动柱塞、活动横梁及上模向下运动，使工 件在上、下模之间产生塑性变形。回程缸固定在下横梁上，其中有回程柱塞，它与活动横梁相连接。 回程时，工作缸通低压，高压液体进入回程缸，推动回程柱塞 , 向上运动，带动活动横梁回到原 始位置，完成一个工作循环。 液压机的基本参数：公称压力（公称吨位）及其分级、最大净空距（开口高度）H、最大行程 s、工作台尺寸（长宽） 、回程力、活动横梁运动速度（滑块速度） 、允许最大偏心距、顶出器公 称压力（公称吨位）及行程。 液压机本体一般由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置组成。液压机本体结构的设计应 考虑以下三个基本原则： （1）尽可能地满足工艺要求，便于操作；（2）具有合理的强度、刚度及运动部分的导向精度，使 用可靠，不易损坏；（3）具有很好的经济性，重量轻，制造维修方便。 一个正常工作的液压系统，一般都应具有下列五个主要部分：（1）动力源液压泵站 它将 电动机（或其他原动机）输出的机械能转变为工作液体的压力能，一般为液压泵；（2）执行元件 包括液压缸和液压马达，它把工作液体的压力能重新转变为往复直线运动或回转运动的机械能，推 动负载运动；（3）控制元件 包括对液压系统中液体压力、流量（速度）和方向进行控制和调节的 压力阀、流量阀和方向阀，实现液压系统的工作循环；（4）辅助元件 为保证液压系统正常工作所 需的上述三类元件以外的装置，在系统中起到输送、贮存、加热、冷却、过滤和测量等作用。包括 管路、管接头、油箱、过滤器、蓄能器以及各种指示和控制仪表等；（5）工作介质利用它进行能 量和信号传递。 液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设 备，其应用液压系统的部分就愈多。世界工业发达都将液压工业列为竞相发展的产业，其发展速度 也远远高于机械工业的发展速度。现代液压都将液压工业列为竞相发展的产业，元件、系统及其控 制已发展成为综合的液压技术，其应用和发展被普遍认为是衡量一个国家的工业水平和现代工业发 展水平的重要标志。 1.41.4 金属屑压块机的简述金属屑压块机的简述 金属屑压块机主要是用于将铸铁屑、钢屑、铜屑、铝屑、优质矿粉等金属原料通过高压直接冷 压成 36 公斤的圆柱饼块，整个过程不需加温、添加剂，或其他工艺，以便于储运及减少回收再 利用过程中的损耗。适用于铝合金型材厂、铸钢厂、铸铝厂、铸铜厂、汽配、五金等铸造相关企业。 机型分类及构成： 设备在机型上分为立式机型和卧式机型两种形式，主要由以下部件构成：主机：由机架、主 液压缸、推料液压缸、底板液压缸、配套模框及模具、压头等构成；液压站：由电机，液压泵， 泵保护装置，控制阀块和连接压块机用的管道系统构成；控制台：由电气系统和 plc 控制系统构 成。 金属屑压块液压机见图 1、2： 图图 1 金属屑金属屑压块压块机（立式机型）机（立式机型） 图图 2 金属屑金属屑压块压块机（卧式机型）机（卧式机型） 金属屑压块液压机产品特点： 1.本机采用液压传动,HDYJ 捷龙高度专业集成阀块,超大流量通径,使系统压力损失少,密封性 能 好； 2.插装阀、电液比例阀的使用和独特的油路设计使液压系统完美无缺,即使在长期大负荷的情 况 下工作,系统也不会出现力不从心的现象； 3.系统设计预泄荷装置,彻底消除了液压冲击； 4.先进的快速装置,确保您的班产量； 5.电器部分采用进口 PLC 全自动控制系统,抗干扰能力强、故障率低； 6.机体采用卧式整体钢结构,强度高,稳定性好,不需要安装地脚螺钉。 金属屑压块液压机技术特点： 1.电气部分采用 PC 控制，抗干扰性强，自动程度高，操作简单； 2.液压站采用整体式 HDYJ 捷龙专业阀块及大通经装阀，杜绝了油的渗漏，降低了系统的油温， 提高了系统的稳定性； 3.机架部分采用整体铸钢件，提高了设备的可靠稳定性和使用的寿命； 4.油缸采用串联式油缸，提高了运动速度和生产效率； 5.根据用户工况另带螺旋自动送料器、链条式自动出料器，降低了工人的劳动强度。 金属屑压块液压机适用性： 1.在不加任何添加剂的情况下，可将各种颗粒、粉末状的铸铁、铝、铜、镁、钛、钼等压制成 高密度压块，直接投炉冶炼，大大降低了成本费用。 2.卧式机型由于设备卧放，油封受重力作用的影响较大，原则上只配备小吨位机型。 小结小结 本章主要讲述了选题的背景，液压在各个领域都得到广泛的应用，特别是在国防工业中；液压 机的发展趋势，液压机正朝着高精度、集成化、精密化、数控化、自动化、网络化、柔性化、高生 产率、高效率、成线化、成套化、环境保护与人身安全保护；概述了液压机的分类、基本参数和机 体设计的原则，最后对金属屑压块机的用途、产品特点、技术特点和适应性进行说明。 第第 2 章章 金属屑压块液压机液压缸主要参数的选定金属屑压块液压机液压缸主要参数的选定 液压缸的主要参数就是缸筒内径 D 和活塞杆直径 d。根据设计要求，本液压机使用三个液压缸， 竖直缸为主缸，其余两缸为水平缸。 2.1 主缸主要参数的计算主缸主要参数的计算 2.1.1 缸筒内径计算 当液压缸的理论作用力 F 及供油压力 P 为已知时，则缸筒内径 D： （2- 4F D P 1） 式中 F-液压缸作用力（N） ； P-预先选定的作用力（Pa） 。 根据已知值代入式（2-1）得： 3 1 6 44 4000 10 0.451451 3.14 25 10 F Dmmm P 查表 4-52（GB/T2348-1993） ，取。 1 500Dmm 2.1.2 活塞杆直径 1 d 查公式 （4-5）2得：活塞杆直径 （2- 4F d 2） 式中 F液压缸作用力（N） ； 活塞杆材料许用应力，为材料抗拉强度，n 为安全系数，查表 7.3-98 b n b ，得 ，其， 。 # 45 钢600 b Mpa 600 150 4 b Mpa n 把已知值代入式（2-2）可得： 。 6 6 44 4 10 0.184 3.14 150 10 F dm 对于双作用单活塞杆的液压缸，取活塞杆直径 d，可根据往复运动的速度比（即面积比）的 要求，查公式 23.3-279 （2- 1 dD 3） 查表 4-112，取=2，代入公式（2-3）得： 2 1 500353.6 2 dmm 查表 4-62（GB/T2348-1993）取。360dmm 2.2 水平缸主要参数的计算水平缸主要参数的计算 2.2.1 确定水平缸的内径 根据本金属屑压块液压机技术参数要求，确定竖直缸为主缸，高压压制。其它缸为水平缸，采 取水平方向垂直布置，要求其两缸内径相同，活塞直径相同。 根据水平压制最大工作压力为 ；。 6 1 10 N max 12PMpa 6 23 6 44 1 10 0.32 12 10 F DDm P 查表 4-52（GB/T2348-1993） ，取。 23 320DDmm 2.2.2 确定水平缸活塞杆的直径 活塞杆直径，查表 4-112，取速度比=2，再根据公式（2-3） ，得： 23 dd 2 1 320226.3 2 dmm 查表 4-62（GB/T2348-1993） ，取。 23 250ddmm 小结小结 本章主要是根据任务书的技术参数要求，经过查经验公式及设计计算，初步确定主缸和两个水 平缸的缸筒的内径、活塞（活塞杆）的直径等主要结构参数，结构参数为后面章节的压力计算、循 环时间计算和设计计算做准备。 第第 3 章章 金属屑压块液压机主缸及水平液压缸的压力计算金属屑压块液压机主缸及水平液压缸的压力计算 3.1 主液压缸的压力计算主液压缸的压力计算 3.1.1 主缸实际压制力 查公式 3-11 （3-1）FPA 式中 P为压强（Pa） ； A为活塞的有效面积（） 。 2 mm 取， 其中 0.85 为缸的效率 ，即 1 31.5 0.8526.775PMpa0.85 。取；0.85 mv 1 25PMpa 代入公式（3-1）得： （满足要求） 。 226 1111 25255004.91 10 44 FPADN 6 4.0 10 N 3.1.2 主缸回程力 回程时，较小，为了计算方便； 1 P 1 8.5PMpa 代入公式（3-1）得： 。 226226 1111 8.5100.50.360.804 10 44 FPDdN 3.2 水平液压缸的压力计算水平液压缸的压力计算 3.2.1 水平缸 实际压制力 ，取值取，水平缸 为送料压制缸，其最大调定值为压制到底； 222 FP A 2 P8.5Mpa8.5Mpa 代入公式（3-1）得： 。 2625 222 8.5 100.326.84 10 44 FPDN 3.2.2 水平缸 回程力 ，取； 22 2222 4 FPDd 2 8.5PMpa 代入公式（3-1）得： 。 6225 2 8.5 100.320.252.26 10 4 FN 3.2.3 水平缸实际压制力 ,取。 333 4 FPD 3 12PMpa 代入公式（3-1）得： 。 2625 333 12 100.329.65 10 44 FPDN 3.2.4 水平缸推料力 。 2625 333 8.5 100.326.84 10 44 FPDN 3.2.5 水平缸的回程力等于水平缸 回程力 。 5 32 2.26 10FFN 小结 本章根据上一章计算所得结构参数，计算系统在工作过程中各阶段的压力，包括主缸和水平液 压缸的压制力、推料力、回程力等，为接下来的循环时间、主缸的设计计算及校核做准备。 第第 4 章章 金属屑压块液压机液压系统图的确定金属屑压块液压机液压系统图的确定 液压传动系统的设计与主机的设计是紧密联系的，两者往往是同时进行的，互相协调。但是， 液压传动系统的设计迄今仍然没有一个公认的统一步骤，常常随着系统的繁简、借鉴的多寡、设计 人员经验的不同而具体做法上是有所差异。实际设计工作中，大体上可按图 3 所示的内容和流程来 进行。这里除了最后一项全部处于性能设计的范围。这些步骤是互相关联的。常需穿插进行，并经 反复修改才能逐步完成。 图图 3 液液压传动压传动系系统统的一般的一般设计设计流程流程 4.1 工况分析工况分析 （1）主机为金属屑压块液压机，具体无速度要求，只要生产率达到；1520h:件 （2）周期时间：，即 ；34T : 分钟180240Tss: （3）工作特点：要求动作平稳，三缸压制时，依次顺序动作，一个缸压制完毕时，另一缸压制时， 要求前一缸能自锁； （4）回程时，要求每一个缸要快速归位； （5）性能指标要达到良好； （6）作业环境要达到清洁，无污染环境。 4.2 方案确定方案确定 4.2.1 缸的选择 采用三个缸，其具体作用如下：一个水平送料，并起压制作用； 另一个水平缸压制，并 起推料作用；主缸为竖直缸，起高压压制作用。 根据设计要求，选取单杆活塞杆，其特点是：一般连接、往返速度和出力不同，应用于各类机 械，一般自行设计。 4.2.2 泵的选择 根据设计要求，本液压系统为了满足生产量的需要，选择两个液压泵，满足于活塞缸送料和回 程迅速和大流量需求。 4.2.3 确定系统的工作压力 根据设计要求，高压为，中压为。31.5Mpa8.5Mpa 4.2.4 确定执行元件的控制和调速方案 根据设计要求，采取两个定量泵供油。高压压制时，为了减缓冲击作用，只用大流量泵，中压 泵泄荷，该液压系统无其它任何节流阀，以保证工作循环时间。 4.2.5 草拟液压系统原理图 要求：不要有多余元件，使用元件和电磁阀越少越好；注意各元件的联锁关系，防止相互 影响，产生误动作；系统各主要部分的压力要随时检测，压力表数目最少；按国家标准规定， 元件符号按常态工况绘出。 4.2.6 拟定工艺顺序动作图 注意事项： （1） 液压执行元件的每一个动作成份，如启动、换速、运动结束，按一个工艺循环工艺顺 序 列出； （2） 在每一个动作栏中，写出该动作成份，开始执行元件代号，同时在表上标出发出信号 元 件所发出信号，是指几号电磁阀处于什么工作状态； （3）液压系统有多种工艺循环时，原则上一个工艺循环一个表，若表达清楚又不会误解， 也可适当合并。 该液压系统系统图如图 4： 图图 4 液液压压系系统图统图 该该液液压压系系统图统图中元件名称：（中元件名称：（1）、）、 （ （2） ）滤滤油器；（油器；（3） ）齿轮泵齿轮泵；（；（4） ）联轴联轴器；（器；（5） ）电电机；（机；（6） ）联轴联轴器；（器；（7）柱塞）柱塞 泵泵；（；（8） ）电电磁溢流磁溢流阀阀；（；（9） ）电电磁溢流磁溢流阀阀；（；（10） ）单单向向阀阀；（；（11） ）压压力表；（力表；（12） ）电电液液换换向向阀阀；（；（13） ）电电液液换换向向阀阀； ； （ （14） ）电电液液换换向向阀阀；（；（15）行程开关；（）行程开关；（16）溢流）溢流阀阀；（；（17） ）单单向向阀阀；（；（18）卸荷液控）卸荷液控单单向向阀阀；（；（19）内泄式）内泄式单单向向阀阀； ； （ （20）内泄式）内泄式单单向向阀阀；（；（21）主缸；（）主缸；（22）送料）送料压压制缸；（制缸；（23）行程开关；（）行程开关；（24）行程开关；（）行程开关；（25） ）压压制水平垂直向制水平垂直向 内缸。内缸。 4.3 液压系统循环动作说明 循环动作开始前的约束条件： （1）主缸处于上极限位置，水平压制及送料缸 22 处于水平，在极限位置，水平压制及推料缸 25 处 于垂直向内极限位置； （2）电液换向阀（弹簧对中式）处于中间位置； （3）推料装置处于退回位置。 4.3.1 启动 电动机 5 启动，通过联轴器 6、4，分别带动齿轮泵 3 和柱塞泵 7 旋转，它们分别通过自身的 滤油器 1、2 吸油液，其中齿轮泵 3 吸油液，通过单向阀 10 与柱塞泵 7 吸油液汇合成，向水平送料 及压制缸供送液压油，此时，通电。5YA 4.3.2 水平送料及压制 进油路： 回油路： 当缸 22 送料压制时，由行程开关 23，左端压制到另一端时，断电，电液换向阀 13 由于5YA 在弹簧作用下处于中间位置，水平缸 22 处于自锁状态中。 同时，开始通电，电液换向阀 14 位于左端位置，另外由于电磁溢流阀 8，调定压力7YA ，当水平缸 22 压制时，达到时。齿轮泵 3 就通过电磁溢流阀 8，直接把吸油液留8.5Mpa8.5Mpa 回油箱。此时，通电。2YA 4.3.3 垂直向内的水平缸压制 进油路： 回油路： 当水平缸 25 压制时，垂直向内，通过行程开关 24，由初始位置压制到终止位置时，行程开关 24 发出信号，断电，电液换向阀 14 处于中间位置，水平缸 25 处于自锁状态之中。7YA 4.3.4 主缸的压制 当行程开关 24 发出信号，使断电时，开始通电。电液换向阀 12 处于左端位置。7YA3YA 进油路： 回油路： 当主缸 21 压制时，由上端压制到下端时，由行程开关 15 来控制。当主缸压制完毕时，断3YA 电，和同时通电，电液换向阀 12、13，同时处于右端位置。此时，压力降低，齿轮泵 34YA6YA 又开始送油，此时开始断电。2YA 4.3.5 水平缸 22 回程 由于水平缸 22 回程压力小，所以水平缸 22 先开始运动。 进油路： 回油路： 正是由于大流量供油系统，促使送料缸回程、装料，提供宝贵时间。 4.3.6 主缸的回程 当水平缸 22 由行程开关 23 右端退回左端，水平缸 22 停止运动，且断电，电液换向阀 136YA 处于中间位置。 进油路： 回油路： 当主缸由下底端运动到上端，由行程开关 15 发出信号，使断电，电液换向阀 12 处于中间4YA 位置，同时，通电。7YA 4.3.7 水平缸 25 推料过程 由于的通电，电液换向阀 14 处于左端位置。7YA 进油路： 回油路： 推料过程由行程开关 24 组系列控制。当行程开关由压制室终点推到推料道终点时，行程开关 24 发出信号，断电，通电，电液换向阀 14 处于右端位置。7YA8YA 4.3.8 水平缸 25 回程 进油路： 回油路： 当水平缸 25 由推料尽头回到压制前始位置时，行程开关 24 发出信号，断电，电液换向阀8YA 14 处于中间位置，同时，开始通电。5YA 新的一个工作循环开始。 4.4 液压系统保护装置液压系统保护装置的设计的设计 （1） 压力表 当主缸压力超过正常调定值时，由压力表发出信号，使通电，柱塞泵油液由1YA 电磁溢流阀 9 回油箱。 （2） 当调节压高为，通电，电磁溢流阀 8 与油箱直接相通，齿轮泵 3 空转，以降8.5Mpa2YA 低电机给齿轮泵 3 输出功率，保护电机。 （3） 液控单向阀 18、19、20 的作用在于调定三个缸的背压，防止活塞杆冲击缸体。 4.5 流量及一次工作循环时间的计算流量及一次工作循环时间的计算 4.5.1 选泵 根据设计要求每一个工作循环时间为之间。根据表 6.1-148，高压使用柱塞泵，180240ss: 中压使用齿轮泵。 齿轮泵：查表 3-112，选取 CB-100 型，该齿轮泵采用铝合金壳体和浮动轴套等结构，具有结 构简单、重量轻、能长期保持较高容积效率等特点。其技术规格见表 1： 表表 1 CB-100 型技型技术规术规格格 压力 （Mpa）转速 （ ）minr 型号 排量 （）ml r 额定最高额定最高 容积效率(%) CB-1001001012.51450165090 生生产产厂：四川厂：四川长长江液江液压压件有限件有限责责任公司（原任公司（原长长江液江液压压件厂）、合肥液件厂）、合肥液压压件厂、栖霞液件厂、栖霞液压压件厂、武件厂、武汉汉液液压压 件厂。件厂。 柱塞泵：查表 3-212，选取 CY14-B，具体为 80MCY14-B。其技术规格见表 2： 表表 2 CY14-B 技技术规术规格格 型 号 排 量()ml r 额定压力( Mpa) 额定转速()minr 容积效率(%) 80CY14-B8031.5150092 生生产产厂：启厂：启东东高高压压油油泵泵厂、昭阳液厂、昭阳液压压件厂、天津高件厂、天津高压泵阀压泵阀厂。厂。 4.5.2 根据设计要求确定行程 设计要求： 压缩室尺寸：长宽高=150012501100 （） 3 mm 压块尺寸： 长宽高=600500500 （） 3 mm （1） 确定 X 方向压制力及送料长度： 以压缩室宽度和压块宽度之差（1250-500=750）和压缩室宽度（1250）之和mmmm （750+1250=2000）作为 X 方向压制力及送料长度。mm （2） 确定 Y 方向压制力及推料长度： 以压缩室长度和压块长度之差（1500-600=900）与压块长度（600）之和mmmm （600+900=1500） 。mm （3） 确定 Z 方向压制力长度： 以压缩室高度和压块高度之差（1100-500=600）作为 Z 方向压制力长度。mm 4.5.3 计算一次工作的循环时间 （1） 选取电动机的转速为 1480minr 为 CB-100 型齿轮泵所提供的流量，为 80MCY14-B 型柱塞泵所提供的流量。 1 q 2 q = （4-1）qVn 式中 -为排量（） ；Vml r -为转速（） 。nminr 根据已知数据代入（4-1）得： =148 = 容积效率为 90%； 1 qVn 3 100 1480 10minL 1 q实 1 q v v =1480.9=133.2=2.22。 1 q实minL 3 10 3 m s 根据已知数据代入（4-1）得： =118.4 = 容积效率为 92%； 2 qVn 3 80 1480 10minLq实2 2 q v v =118.40.92=108.928=1.82。q实2minL 3 10 3 m s （2） 水平缸 22 水平送料及压制的时间： 1 T 此时流量为 =+=2.22+1.82=4.04；q 1 q实q实2 3 10 3 10 3 10 3 m s 无杆腔面积=0.0804； 2 A 2 2 4 D 2 0.32 4 2 m 流速 =50.25； 1 v 1 q A 3 4.04 10 0.0804 3 10m s 时间 =。 1 T 1 1 s v 3 3 2000 10 39.80 50.25 10 s （3） 水平缸 25 压制时间: 2 T 此时由于压力达到 8.5Mpa，CB-100 型齿轮泵卸荷，此时流量=1.82，qq实2 3 10 3 m s 由于 固=0.0804； 32 DD 32 AA 2 m 流速： =22.60； 2 v 3 q A 3 1.82 10 0.0804 3 10m s 时间： =39.80。 2 T 2 2 s v 3 3 900 10 22.60 10 s （4） 垂直主缸 21 压制时间 : 3 T 无杆腔面积：=； 1 A 2 1 4 D 2 2 0.50.196 4 m 此时流量： =1.82；q q实2 3 10 3 m s 流速： ； 3 3 3 1 1.82 10 9.29 10 0.196 q vm s A 时间：。 3 T 3 3 3 3 600 10 64.6 9.29 10 s s v （5） 水平缸 22 回程时间: 4 T 由于竖直缸压制完毕后，压力降低，齿轮泵重新开始向该液压系统输送油液。 此时流量：=+=2.22+1.82=4.04；q 1 q实q实2 3 10 3 10 3 10 3 m s 有杆腔面积：； 22222 222 0.320.250.031 44 ADdm 流速：； 3 3 4 2 4.04 10 130.32 10 0.031 q vm s A 时间：。 3 4 4 3 4 2000 10 15.4 130.32 10 s Ts v （6） 垂直主缸 21 回程时间 : 5 T 此时流量：=+=2.22+1.82=4.04q 1 q实q实2 3 10 3 10 3 10 3 m s 有杆腔面积： 22222 111 0.50.360.095 44 ADdm 流速： 3 3 5 1 4.04 10 42.53 10 0.095 q vm s A 时间：。 3 5 5 3 5 600 10 14.1 42.53 10 s Ts v （7）水平缸 25 推料时间 ： 6 T 此时流量：=+=2.22+1.82=4.04；q 1 q实q实2 3 10 3 10 3 10 3 m s 无杆腔面积：； 22 33 0.0804 4 ADm 流速：； 3 3 6 3 4.04 10 50.25 10 0.0804 q vm s A 时间：。 3 6 6 3 6 600 10 11.9 50.25 10 s Ts v （8）水平缸 25 回程时间 : 7 T 此时流量：=+=2.22+1.82=4.04；q 1 q实q实2 3 10 3 10 3 10 3 m s 有杆腔面积：； 22222 333 0.320.250.031 44 ADdm 流速：； 3 3 7 3 4.04 10 130.32 10 0.031 q vm s A 时间：。 3 7 7 3 7 1500 10 11.5 130.32 10 s Ts v 综上所述，循环一次所需时间 :T 1234567 197.1TTTTTTTTs 符合之间，满足设计要求。180240ss: 4.6 电动机的选择 （1） 当系统压力小于 8.5Mpa 时，电动机所提供功率由 CB-100 型齿轮泵和 80MCY14-B 型柱塞 泵共同转速，以 8.5Mpa 计算。 电机的功率： （4-2） 1 pq N 式中 p压力（pa） ； q流量（） ；L s 效率，取 0.85。 根据已知数据代入（4-2）得： 666 1 8.5 1080 101480 100 1480 8.5 10 44.4 0.85 60 pq NKW （2） 另外系统压力大于 8.5Mpa 时，CB-100 型齿轮泵卸荷空转，此时，电动机对它的输出功率 接近于 0。假设系统压力最高压力为 31.5Mpa，此时电动机所提供的功率为 80MCY14-B 型柱塞泵 运转，根据已知数据代入（4-2） ，此时功率为： 2 31.5 80 1480 73.13 0.85 60 pq NKW 根据表 19-85查得：选用 Y250M-4 其具体参数见表 3： 表表 3 Y250M-4 的具体参数的具体参数 型 号额定功率 （KW） 转 速（）minr 效率（%） Y250M-490148092 小结小结 本章首先说明了液压系统的设计步骤，然后对工作情况进行分析，从而确定了液压系统，并对 液压系统的循环动作进行详细的说明，对本系统的保护装置进行设计，计算出流量和循环动作的时 间，最后对电机进行了选择。 第第 5 章章 金属屑压块液压机主缸的设计金属屑压块液压机主缸的设计 5.1 液压缸液压缸的说明的说明 液压缸是将液体的压力能转化为机械能的能量转化装置，是机械整机的最终执行机构，将液压 能转化为做反复直线运动的机械能，按其作用方式分为单作用缸和双作用缸。本系统是采用双作用 活塞液压缸，工作时，油压达，将工作主缸装配在横梁上，上位活动梁，将压力传给压31.5Mpa 头，将金属屑压制成块，但由于液体压力较高，活塞在运动与密封两方面要求较高。 5.2 缸筒缸筒的设计计算的设计计算 5.2.1 主要技术要求 （1） 有足够的强度和冲击韧型，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久 性 变形； （2） 有足够的刚度，能承受活塞侧向压力和安装的反作用力而不致产生弯曲； （3） 内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用力下，能长期工作而磨损小，有较高的几何精 度,足以保证活塞密封件的密封性； （4） 有几种结构的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊接法兰或管接头后而不致产生裂纹或 过 大变形。 5.2.2 缸筒结构 缸筒与缸底做成一体，缸筒与端盖使用法兰连接。 5.2.3 缸筒计算 （1） 缸筒内径计算 前面计算过，取缸筒的内径。500Dmm （2） 缸筒厚度计算 查表 4-17 2得： 缸筒厚度：对于中高压系统，缸筒厚度可按厚壁筒计算：m 当缸筒采用塑性材料制造时，其计算公式为： （5- 1 21.73 y D P 1） 式中 试验压力， （）当工作压力时，；当工作压力时 y PMpa16Mpa1.5 y PP16Mpa ；1.25 y PP D液压缸内径（） ；m 缸体材料的许用应力（Mpa） ； 缸体材料的抗拉强度（Mpa） ； b 安全系数， （因为工作压力大，n 可选小点）一般取；n3.55n :4n 对与钢一般取。 # 45 150Mpa 根据以上数据代入公式（5-1）得： 0.5150 1162.602 21.732150 1.73 25 1.25 y D mm P 取。80mm （3）进出油口尺寸 液压缸的进出油口，可布置在缸筒或前后端盖上，其连接型式有螺纹、方形法兰和矩形法兰等。 本主缸采用的连接型式为螺纹连接，因为该液压缸是 25Mpa 系列单杆液压缸，查表 23.3-139 （ISO8137-1986） 得： ， 。进油口型式见图 5：60 2ECM(min)38EEmm 图图 5 进进油口油口结结构构 （4） 缸底厚度计算 查表 4-172，得缸底厚度： h m 当缸底有孔时 （5- 0 0.433 () PyD hD Dd 2） 式中 缸体材料的许用应力， （Mpa） ； 缸底油孔直径， （） ； 0 dm 其它符号意义同上。 根据已知数据代入公式（5-2）得： 1.25 25 0.5 0.433 0.5105.34 150 (0.50.06) hmm 取。120hmm （5） 缸筒厚度验算 计算求得的缸筒厚度值后，应做一下几方面的验算，以保证液压缸安全的工作。 （A）液压缸的额定工作压力应低于一定的极限，以保证工作安全。查公式 23.3-79得： n P （5- 22 1 2 1 0.35 s n DD PMpa D 3） （B）为了避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力值应与塑性变形压力有一定的比 n P 例范围，查公式 23.3-99和公式 23.3-109得： （5-(0.350.42) nPL PP:Mpa 4） （5- 1 2.3log() PLs D PMpa D 5） 式中 缸筒材料的屈服强度，查表 7.3-98 ，得 ，其=355Mpa,； s Mpa # 45 钢 s 缸筒是外径； 1 Dmm 缸筒内径。Dmm 根据以上数据代入公式（5-3）得： 2222 1 22 1 3550.70.5 0.350.3558.29 0.7 s n DD PMpa D 故满足要求。31.558.29 n PMpaMpa 将数据代入公式（5-5）得： 1 2.3log119.31 PLs D PMpa D 将数据代入公式（5-4）得： ，故也满足要求。0.350.4241.7650.1131.5 pln PPMpa: （C）为了确保液压缸的安全使用，缸筒的爆裂压力应大于耐压试验压力。查公式 23.3-129 E P T P 得： （5-6） 1 2.3log() E