液压压砖机设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 图 书 分类号： 密 级： 毕业设计 液压压砖机 HYDRAULIC BRICK PRESS MECHANISM 学生姓名 付 冬 冬 学院名称 徐州工程学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 张 元 越 2008 年 06 月 02 日 徐州工程学院毕业设计 - I - 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果 。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计 - II - 摘要 国产压砖机的技术参数、技术性能等己达到或部分超过国外先进压砖机的水平，但液压系统的设计主要借助于经验，而理论上的研究工作较少。因此，对自动压砖机的液压系统理论基础仅进行研究，为改进、优 化液压系统，提高压制次数，缩短循环时间，提升压砖机的产能提供理论支持有一定的积极意义。本文主要任务就是了解液压压砖机的整体结构，对液压机本体结构的主要部件进行强度核算，保证机器的运行安全。同时 根据压力和流量这两个液压系统的主要参数来选择液压元件、辅件和原动机的规格。最后对液压机的技术性能进行估算，以便从几种设计方案中比较出最佳方案，或判断其设计质量。本文中进行了：系统压力损失计算，系统效率计算，系统发热与温升计算，液压冲击计算等。 关键词：压砖机；本体结构；优化设计 徐州工程学院毕业设计 - III - Abstract The design and manufacturing level of hydraulic automation tile press has taken remarkable achievement not only by introduction, duplication and digestion of oversea advanced equipment, but also by independent manufacturing of hydraulic automation tile press with knowledge authorization. Although the technological parameters and functions of domestic hydraulic automation tile press has been gained or exceeded partly oversea advanced technological level of hydraulic automation tile press, design on the hydraulic system is based on working experience with less theoretic research. Therefore, it is positive to do theoretic base research on hydraulic system to improve, optimize hydraulic system, shorten cycle time and increase production. Learn the whole construction of the hydraulic jewel press machine, and figure up the strength of the main components to ensure its safe running. Pressure and flow capacity are the main parameter of hydraulic system, according to which we can calculate and choose the specifications of elements, auxiliaries and the prime motor. And last,estimate the technical data of hydraulic press to cull a best one from the several designed plans, or to judge its quality. This paper contains: calculations of system pressure, system efficiency, system heat emitting and temperature raising, hydraulic shock and so on. key words: brick press noumenon configuration optimum design 徐州工程学院毕业设计 - I - 目录 1 绪论 .1 1.1 液压压砖机的现状与发展趋势 . 1 1.1.1 国内液压压砖机的现状与发展趋势 .1 1.1.2 国外液压压砖机的现状与发展趋势 .2 2 设计计算的内容和步骤 .4 3 液压机本体结构及设计计算 .5 3.1 液压 压砖机液压系统的组成及功能 .5 3.2 液压压砖机的液压回路 .5 3.3 本体结构的选择 .5 3.4 立柱的强度计算 .6 3.5 横粱的强度与刚度计算 .7 4 确定液压系统的主要参数 .11 4.1 初选系统 压力 .11 4.2 计算液压缸主要尺寸及其选择 .11 4.3 计算液压马达排量 .15 4.4 计算液压缸或液压马达流量 .16 4.4.1 液压缸的最大流量 .16 4.4.2 液压马达的最大流量 16 4.5 液压 马达的选用 .17 5 拟订液压系统图 .18 5.1 确定和选择基本回路 .18 5.2 调速方式的选择 .18 5.3 油路循环形式的选择 .19 5.4 需要综合考虑的其他问题 .19 6 液压 元件的选用 .21 6.1 液压泵的选择 .21 6.1.1 确定液压泵的工作压力 .23 6.1.2 确定液压泵的流量 .23 徐州工程学院毕业设计 - II - 6.1.3 选择液压泵的规格 .24 6.1.4 确定驱动液压泵的功率 .24 6.2 控制阀的选择 .26 6.2.1 压力控制阀的选择原则 .26 6.2.2 流量控制阀的选择 .26 6.2.3 方向控制阀的选择 .26 6.3 蓄能器的选择 .28 6.4 管道种类的选择 .28 6.4.1 管道内径的确定 .29 6.4.2 管道壁厚的确定 .30 6.4.3 管接头的选择 .31 6.5 确定油箱容量 . .31 6.6 过滤器的选用 . 32 6.7 液压油的选用 .33 7 液压系统性能估算 .35 7.1 系统压力损失计算 .35 7.2 系统效率估算 .36 7.3 液压冲击估算 .37 8 压制油缸优化设计 . .39 8.1 前言 .39 8.2 单层厚壁油缸的应力和应变分析 .39 8.3 薄壁油缸的应力和应变分析 .41 8.3.1 油缸压力为零时，薄壁油缸的应力和应变 .42 8.3.2 油缸应力为 P 时，薄壁油缸的应力和应变 .43 8.4 薄壁油缸的优化设计 .44 8.4.1 优化目标的提出 .44 8.5 总结 .45 结论 . .46 致谢 .47 参考文献 .48 附录 .49 徐州工程学院毕业设计 - III - 附录 1 . .49 附录 2 .58 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 徐州工程学院毕业设计 - IV - 徐州工程学院毕业设计 - V - 徐州工程学院毕业设计 - VI - 徐州工程学院毕业设计 - 1 - 1 绪 论 全自动液压压砖机是集机、电、液、气、计算机技术和陶瓷工艺技术高度一体化的高科技专用设备，也是当代世界墙地砖生产线上最关键的装备。说它专用，主要是出于它的加工原料为含少量水的喷雾干燥颗粒状泥粉料，成形工艺技术是按照特定的升压线实施多次加压及排气，有别于一般的液压力机。说 它关键，主要是在流水线上作业，前面连接着原料加工，后面连接着干燥烧成，压砖机能否正常应对前后的环节的生产，甚至对整条流水线的正常运转都有着重大的意义。 1.1 液压压砖机的现状与发展趋势 1.1.1 国内液压压砖机的现状与发展趋势 中国现已是世界公认的墙地砖生产大国，有着世界最大的压砖机市场。但在压砖机上，却一直依赖于进口，其中主要来年自意大利和德国，自国家“七五”计划以来，由国家建材局组织实施的墙地砖技术装备现代化和国产化项目不断取得进步，在自主开发与国外先进技术相结合，引进技术与消化吸收相结合的 方针指导下，国产液压压砖机取得了从无到有、从小到大的重大发展和技术进步，填补了国内空白，并且产品还开始出口到东南亚等国。目前国内己生产出从百吨到万吨等多种规格的液压压砖机，累计达近万台。国产液压压砖机在主要技术参数、主要技术性能、主机结构、液压系统、电路系统等方面己达到国外先进水平，能在上线生产可靠运行，完全可替代进口相同吨位压砖机。国内已掌握液压压砖机的设计和制造技术，具有设计、制造各种结构和各种吨位压砖机的能力和经验。随着压砖机的种类越来越齐全，吨位越来越大，技术越来越成熟，一批批拥有丰富理论知识和实际 经验的专业科研队伍逐步形成。相信在不久以后，在世界的舞台上，中国将会成为压砖机强国，国产压砖机将会起着举足轻重的作用，也必将为社会发展作出重大贡献。 与国外的液压压砖机相比，虽说国产压砖机在主要技术参数、主机结构型式以及液压元件、密封件、电气元件的选用上，它们已无多大区别，但在压砖机的性能、质量、可靠性、工艺水平、外观等方面尚有一定的差距。要尽快赶上或超过国外液压压砖机的水平，还应该做好几点工作 : 1)继续研究和完善液压压砖机的主机结构、液压系统、电控部分，使之特点化，国外产品的共同点都是以 液压机构为工作机构，引入当代的科技成果，逐步完善，最终走向机电液一体化的高技术装备，但他们又都保持着企业的特点，如在液压油路的设计、控制显示手段、机架结构、布料系统设计等。因此，行业人士看压砖机，一看就知道是什么压砖机，又都知道是哪个公司生产的压砖机，也能评论这些压砖机的优点与劣势。 2)时刻关注国外液压压砖机的最新技术，及时消化吸收并创新体现在国内的液压压砖机上，使国产液压压砖机能跟随科技进步和市场需求的变化不断改进产品，开发新产品。徐州工程学院毕业设计 - 2 - 国外的压砖机企业紧跟行业终端产品而开发，紧跟社会的新科技不断提高 ，在这一点上值得国内同行借鉴。 3)成本意识有待提高，在保证液压压砖机的可靠性、先进性和精品的前提下，应注意降低制造成本，使国产液压压砖机价格低于国外液压压砖机，增强市场竞争力。 1.1.2 国外液压压砖机的现状与发展趋势 从 20 世纪 70 年代至今，国内外墙地砖压制成形机械设备有了很大的发展，取得了长足的进步。意大利、德国、日本、中国等国家的一些陶瓷机械制造公司不断推出了一大批结构日益完善、生产效率高、自动化程度高的全自动液压压砖机。这些全自动液压压砖机总的特点是压制力大，主机结构刚度大，压制 制度 (压力、压制速度、压制时间 )灵活可调，各种参数数字显示，压制过程监控，故障跟踪显示，程序存储方便，自动化程度高，高效节能，性能可靠，操作维护简单，并且可以满足不同墙地砖压制成形工艺的要求。 意大利是墙地砖压制成形机械设备主要生产国，有萨克米 (Sacmi )、西蒂 (SiTi),娜塞提(Nassetti )、唯高 (Welko )四家公司。德国生产全自动液压压砖机的公司有莱斯布赫 (LAEIS BUCHER)公司、道尔斯特 (DORST)公司、内奇 (Netzsch )公司，但目前国内使用的德国墙地砖成形液压压砖 机主要是莱斯 .布赫公司制造。 综观国外全自动液压压砖机近几年的发展，结合国内外等多家液压压砖机产商的产品特点，不难概括出今后全自动液压压砖机的发展趋势 : 1)朝大吨位发展 3000, 4000, 5000, 7200 吨等系列大吨位液压压砖机已于数年前进入市场，有消息称，10000 吨以上液压压砖机也己投入生产。 2)推出宽台面的液压压砖机 不少公司推出了一些宽台面的液压压砖机，增加砖坯的压制块数，以提高生产率。 3)液压系统趋于简化，注重系统的节能 最典型的是国外液压压砖机液压系统动力源己从传 统的定量泵驱动发展为新型的高效变量泵驱动。增加了一些压力能回收油路，尽量减少能量消耗。 4)注重液压系统的清洁和过滤 因为液压系统的故障 75%均由于是液压油的不洁而造成的，故各公司都十分注重液压系统的清洁和液压油的过滤，普遍采用全过滤方式 (即在主泵的进、出口均设置过滤器 )，提高过滤精度。 5)增加机架的整体刚性，减少压制时机架的弹性变形 6)大量采用电液比例控制技术 电液比例技术是作为连接现代电子技术和大功率液压设备之间的桥梁，已经成为现代控制工程技术的基本构成之一，在近 15 年中得到了广泛应用。它具有节能、 可靠、简化系统、调节方便和价格较低等优点。国外液压压砖机首先在料车的速度控制上应用了电液徐州工程学院毕业设计 - 3 - 比例控制技术，其后应用到活动横梁的速度控制上，近年来又有应用到顶模装置的速度控制上。采用电液比例控制技术和先进的检测元件，可使料车速度、活动横梁速度、顶模装置的速度在任意行程任意位置实现无级调节与转换，且转换位置准确，重复精度高，调节方便、易实现。 7)采用先进的 PLC 控制系统 可实现各种参数的自动显示，压制程序的修改，过程的监控，故障诊断的实时帮助和随机教学等功能。 8)全新概念的布料系统 为满足人们对砖坯装饰的要求 越来越高，使生产的砖达到天然石材的效果，因此近两年来在布料系统上做了许多的研究和改进，如二次布料装置、自由布料技术等。 徐州工程学院毕业设计 - 4 - 2 设计计算的内容和步骤 液压系统有液压传动系统和液压控制系统之分。前者以传递动力为主，追求传动特性的完善；后者以实施控制为主，追求控制特性的完善。但从结构和组成原理看，二者无本质的差别。本次设计，是液压传动系统的设计。一台机器究竟采用什么样的传动方式，必须根据机器的工作要求，对机械、电力、液压、和气压等各种传动方案进行全面的方案论证，正确估计液压传动的必 要性、可行性和经济性。当确定采用液压传动。设计内容和步骤如图 2-1 所示。 图 2-1 设计流程图 明确设计依据进行工况分析 对立柱和三梁进行强度核算 液压缸的设计 液压元件选择和专用件设计 液压系统性能估算 是否符合要求 全自动液压压砖机压制油缸优化设计 徐州工程学院毕业设计 - 5 - 3 液压机本体结构及设计计算 3.1 液压压砖机液压系统的组成及功能 所有的液压压砖机液压系统都是由动力部分、控制部分、执行部分及辅助部分四大部分组成。 1)动力部分。动力部分主要由电动机和柱塞泵 (或叶片泵 )组成，向液压系统提供压力油。 2)控制部分。控制部分一般由压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀三大类的阀件组成。液压压砖机的液压 系统一般将这些阀件组成三大集成块，即顶模、布料集成块，系统压力调节集成块和压制循环集成块。控制部分的作用是在限位开关 (包括行程开关和接近开关 )和延时器的配合下，按照压制成形的工艺要求，控制液压压砖机各个执行机构动作的先后次序，以实现运动循环的同步化。 3)执行机构部分。执行机构是将压力能转变为机械能，主要包括油缸和液压马达。油缸的作用是实现直线往复运动，将压力直接传递给坯体 ；液压马达是作回转运动。一般是液压马达通过一个带移动导杆的曲柄导杆机构 (曲拐 )将液压马达的回转运动变换为料车的往复直线运动。 4)辅助部 分。辅助部分主要由油箱、冷却器 (加热器 )、管路与接头、滤油器、蓄能器等组成。它们的功能是贮存油液、控制油温、输送油液、对油液进行过滤、清除油液中的杂质，储存能量等。 3.2 液压压砖机的液压回路 液压压砖机的工作原理一般是用一张液压原理图 (或称为液压系统图 )来表示的，它表示液压压砖机液压系统各执行元件能实现的动作循环及控制方式，一般还配有一张压制曲线图，即表示电磁铁得失电的工作循环图。通过液压原理图可以分析构成液压压砖机的液压回路由哪些基本回路构成，回路的特点和基本性能等 ；可以分析各执行机构每一个动作时的液压 油走向，从中找出各液压元件的作用，各液压元件的相互影响。因此熟悉掌握液压压砖机的液压原理图是从事液压压砖机设计、使用、调整、维修及排除设备液压故障等方面工作的工程技术人员和技术工人的基本功，也是排除液压压砖机液压故障的基础，是查找液压故障的一种最基本的方法。 3.3 本体结构的选择 液压机本体结构设计应考虑以下三个基本原则： 徐州工程学院毕业设计 - 6 - 1)尽可能好地满足工艺要求，便于操作； 2)具有合理的强度与刚度，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。 其中，工艺要求是最主要的影响因素。由于在液压机上 进行的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构型式也必然是多种多样的。从机架型式看，有立式与卧式。从机架组成方式民有立拄式、单臂式和框架式，立往式中又分四柱、双注、三住及多住等。从工作缸的数量看，有单缸，三缸或多缸。 双柱下拉式 在过去传统的三梁四柱式结构中，液压机本体的重心高出地面很多，稳定性控差。 60 年代开始，出现下拉式 (下传动 )结构，如图所示，它由两根立柱及上、下横梁组成一个可动的封闭式框架，工作缸安装在下横梁上，也随框架一起运动，而工作柱塞则固定在不动的固定梁上。固定梁上还装有立校的导套和回 程缸，立柱按对角线布置。 下拉式结构的优点为： 1)压机重心低几乎与地面处于同一水吨因此稳定性好。在偏心载荷作用 T，当下拉式结构机架变形很大冰重心 S 仍在原位，而在上传动结构中。在偏线作用下，重心 S 偏移很多，从而引起机架的严重晃动。 2)工作缸在地面以下，地面上几乎没有什么管道，当用油为工作介质时，不易着火，比较安全。管道连接处不受压机晃动或机架变形的影响，不易损坏。 3)上横梁宽度不决定于工作缸外径，因此上横梁可设计得较窄，便于操作。 4)立柱按对角线布置，立纵横两个方向上可布置活动工作台及横向移砧装置，操 作工人右较宽广的工作视野，压机辅助工具也有较大的工作空间。 5)压机地面上高度小，可安装在高度较低的车间里。 但其缺点为： 1)地坑深度大大加深，地下工程量较大。 2)运动部分质量较大，惯性大。 由于下拉式结构具有较多的优点，因此得到迅速推广。中小型锻造液压机中近年逐渐采用此种结构。 由以上优缺点比较，故 HF1100 全自动液压机采用本机架结构。 3.4 立柱的强度计算 本液压机立柱的初步设计尺寸为 d=23.4cm(立柱光滑部分直径 ) 退刀槽处过渡圆角半径 r 为 3 cm。立柱材料为 45#钢正火处理。则立柱下端 上螺纹到光滑部分过渡区局部结沟尺寸的最小直径为 20.4cm。 由于是小型液压机，应将立柱考虑为插入端的悬臂梁， m=0.25。 e 为载荷作用点相对液压机中心线的偏心距，此处取 e=2 徐州工程学院毕业设计 - 7 - 34 0 .1p m P eFd 合 式（ 3-1） 4F= 2d = 220.4 =1.31 310 2cm 式（ 3-2） 0.1 3d =0.1 320.4 =8.49 210 3cm 34 0 .1kp m P eFd 式（ 3-3） = 664321 . 1 1 0 2 0 . 2 5 1 . 1 1 0 101 . 3 1 1 0 8 . 4 9 1 0 Pa 41 4 8 7 .5 1 1 0 Pa0=2000 410Pa 疲劳强度核算 由于已设计退刀槽处过渡圆角半径 r 为 30mm 30 0 .1 4 1234rd 式（ 3-4） m i n234 1 . 1 4 7204dd 式（ 3-5） 从有关资料 14中查出理论应力集中系数值为 1.46，对于 45#钢，正火状态， q 值可取 为 0.70，则有效应力集中系数为： K =1+q(tK 1)=1+0.7(1.46 1)=1.32 式（ 3-6） 则t=1.32 1487 410 =1962 410Pa 而 0为 2000 410Pa ，因此该机架结构是安全的 。 3.5 横粱的强度与刚度计算 (1)概述 三个横梁 (上横梁、活动横梁及下横梁 )外形轮廓尺寸很大，为了节约金属和减轻重量，一般做成箱形，在安装各种缸、柱塞及立柱的地方做成圆筒形，中间加设筋板，承载大的地方筋板较密，以提高刚度，降低局部应力。合理地布置筋板，可以使横梁重量轻，又有足够的强度和均匀的刚度。筋板一般按方格形或辐射形布置。 横梁由铸造或焊接制成，目前以铸造为多，一般采用 ZG35B 铸钢， 2000KN 以小液压机也有用铸铁的。在 设计铸造横梁时，应注意使各部分厚度没有突然的变化，以避免不均匀冷却而产生内应力，在各处连接过渡区应有较大的圆角。 随着轧制板材和焊接技术的发展，钢板焊接横梁也日益增多，其特点为加工周期短结构重量轻、强度高及外形美观。一般采用 A3 或 16Mn 板材。但大型焊接横梁要求焊接技术较高，焊后整体退火往往要求大型热处理设备，特别是由于焊接应力及变形规律不易掌徐州工程学院毕业设计 - 8 - 握，使用时易产生裂纹，因此受到一定限制。 (2)上横梁的强度及刚度计算方法 由于上横梁的刚度远大于立拄的刚度，因此可以将上横梁简化为简支梁，支点间距离为宽边立柱中心距 。工作缸压力简化为作用于法蓝半圆环重心上的两个集中力。图 3-1 为经过以上简化的单缸液压柱上横粱受力图。 最大弯矩在梁的中点 m a x 22P l DM 图 3-1 单缸液压机上梁受力简图 式中 P-液压机公称压力 (N)； D-缸法蓝的环形接触面平均直径 (cm)； l -立柱宽边中心距 (cm)。 最大剪力为 2PQ最大挠度在梁的中点，由于梁的跨度与高度相比不是很大，因此应考虑剪力对挠度的影响，梁中点的挠度为 233 4 1 24 8 2 2 4DP l D l D K P l DflE J G F l 式（ 3-7） 式中 E 梁的弹性模量 2/N cm ； J 梁的截面惯性矩 4cm ； G 梁的剪切弹性模量 2/N cm ； F 梁的截面积 2cm ， K 仅与截面形状及尺寸有关，矩形截面 K 1.2 徐州工程学院毕业设计 - 9 - 本液压机的设计中， P=1.1 610 N D= 560=17.83cm t=166cm Q=2P=5.5 510 N 将以上数据代入最大挠度计算公式得 Df=0.336mm 相对挠度 Dfl= 0 .3 3 6 0 .2 0 21 .6 6 mmM mm/M 0.15mm/M 式（ 3-8） 比允许值大，所以刚度适中，强度方面是安全的。 (3)活动梁的强度 对单缸液压机，一般只校核活动横梁承压面上的挤压应力，如材料为 ZG35，则许用挤压应力为（ 8001200） 510Pa 。对三缸液压机，在两侧缸加压时，活动横梁承受弯矩。对于大型液压机，尚需考虑活动横梁的自重 G。 活动横梁很少因为强度不够而损坏，但生产中曾出现过违章操作将活动横梁压在限程套上加压而引起破坏。 再此，关于活动横梁的强度 校核就不做过多阐述。 （ 4）下横梁的强度及刚度计算 本设计中液压机下横梁的载荷为均布载荷分布，受力简图如图 3-2 图 3-2 最大弯矩为 21m a x 48qlPlM 式中 q 为均布力 q= 1/P N cml 式（ 3-9） 徐州工程学院毕业设计 - 10 - = 61.1 10132=8333.33 2/N cm 1l为均布力分布宽度，若设1l=23l最大弯矩为 2m a x 14PlM q l= 621 . 1 1 0 2 8 6 8 3 3 3 . 3 3 1 6 648 44994.6 102/N cm 式（ 3-10） 最大挠度为 3m a x116 4 8 6P l P lfKE J G F 式（ 3-11） 本设计中， l =166cm K=1.2 由上已知条件得 max 0.311f mm Dfl= 0 . 3 1 1 0 . 1 8 7 /1 . 6 6 mm m m MM 0.15mm/M 式（ 3-12） 比允许值大，所以刚度适中，强度方面是安全的。 徐州工程学院毕业设计 - 11 - 4 确定液压系统的主要参数 压力和流量是液压系统的主要参数。根据这两个参数来计算和选择液压元、辅件和原动机的规格。当系统压力选定后，液压 缸的主要尺寸或马达排量即可确定，接着就可根据液压缸的速度或液压马达的转速确定其流量。 4.1 初选系统压力 以下表 4-1 是目前我国几类机械常用的系统工作压力，他反映了这些系统繁荣特点和选用工作压力的经验。 表 4-1 机械常用的系统压力 设备类型 机床 农用机械、小型工程机械及辅助机构 液压机、中大型挖掘机重型机械 磨床组合机床 龙门刨床 拉床 系统压力 （ MPA） 0.8 2 3 5 2 8 8 10 10 16 20 32 系统压力选定得是否合理，直接关系到整个系统设计的合理程度。在液压系 统功率一定的情况下，若系统压力选得过低，则液压元、辅件的尺寸和重量就增加，系统造价也相应增加；若系统压力选得过高，则液压设备的重量、尺寸和造价会相应降低。例如，飞机液压系统的压力从 21MPa 到 28MPa，则其重量下降约 5 ，所以以及减小 13 。然而，若系统压力选得过高，由于对制造液压元、辅件的材质、密封、制造精度等要求的提高，反而会增大液压设备的尺寸、重量和造价，其系统效率和使用寿命也会相应下降，因此不能一味追求高压。就目前的技术和材质情况，一般认为选取压力为 35MPa 左右为最经济。 根据此表，本次设计选系 统压力为 32MPa。 4.2 计算液压缸主要尺寸及其选择 如何从现有国产液压缸四大系列若干种规格中，选用所需要的液压缸，应综合考虑以下两个方面： 1)应从占用空间的大小、重量、刚度、成本和密封性等方面，比较各种液压缸的缸筒、缸盖、缸底、活塞、活塞杆等零部件的结构形式、各零部件的连接方式，已经油口连接方徐州工程学院毕业设计 - 12 - 式，密封结构、排气和缓冲装置等。 2)应根据负载特性和运动方式综合考虑液压缸的安装方式，使液压缸只受运动方向的负载而不受径向负载。液压缸的安装方式有法兰型、销轴型、耳环型、拉杆型等安装方式，在选定时，应使液压 缸不受复合力的作用并应考虑易找正性、刚度、成本和可维护性等。综合考虑液压缸的结构和安装方式后，即可确定所需液压竿的规格 液压缸由缸筒、活塞、活塞杆、端盖和密封件等主要部件构成。液压缸可作成缸筒固定活塞杆运动形式和活塞杆固定缸筒运动形式。本设计所采用的是缸筒固定活塞杆运动形式。为满足各种机械的不同用途，液压缸种类繁多，其分类根据结构作用特点，活塞杆形式、用途和安装支撑形式来确定。按供油方式可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只往缸的一侧输入压力油，活塞仅作单向出力运动，靠外力使活塞杆返回。双作用缸则分别向缸的两 侧输入压力油，活塞的正反向运动均靠液压力来完成。由液压气动系统设计手册得知，工程液压缸为双作用单活塞杆液压缸，安装方式多采用耳环型。 所以本液压系统选用双作用单活塞杆液压缸 如图 4-1 液压执行元件实质上是一种能量转换装置，液压缸把输入液体的液压能转换成活塞直线移动或叶片回转摆动的机械能予以输出。所谓输入的液压能是指输入工作液体所具有的流量 Q 和液力 P，输出的机械能对活塞杆缸是指叶片轴摆动时所具有的速度 V 和扭矩 M。这些所有参数都是靠工作容积的变化来实现的，所以说，液压缸也是一种容积式的执行元件，它具有容 积液压元件的共性。 图 4-1 液压缸计算简图 本设计采用双作用单活塞杆油缸， 当无杆腔为工作腔时 cmFApAp 2211式（ 4-13） 有杆腔为工作腔时 徐州工程学院毕业设计 - 13 - cmFApAp 2221式（ 4-14） 式中 97.09.0)(4142222121般取液压缸的机械效率，一液压缸的最大外负载液压缸的最大工作压力活塞杆直径液压缸内径或活塞直径积液压缸有杆腔的有效面积液压缸无杆腔的有效面力液压缸的回油腔工作压液压缸的工作腔压力CMCMFFdDdDADApp当用以上公式确定液压缸尺寸时，需要先选取回油腔压力，即背压 P2 和杆径比 d/D.表 4-2 所列为根据回路特点选取背压的经验数据。 表 4-2 背压经验数据 回路特点 背压（ MPA） 回路特点 背压（ MPA） 回油路上设有节流阀 0.20.5 采用补油泵的闭式回路 11.5 回油路上有背压阀或调速阀 0.51.5 根据上表选 P2 为 0.5 杆径比 d/D 一般下述原则选取： 当活塞杆受拉时，一般取 d/D=0.30.5,当活塞杆受 压时，为保证活塞杆的稳定性，一般取 d/D=0.50.7。杆径比 d/D 还常常用液压缸的往返速比 i=v2/v1（其中 v1,v2 分别为液压缸的正反行程速度）的要求来选取，其经验数据如表 4-3 所列。 徐州工程学院毕业设计 - 14 - 表 4-3 液压缸常用往返速比 i 1.1 1.2 1.33 1.46 1.61 2 d D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.7 一般工作机械返回行程不工作，其速度可以大一些，但也不宜过大，以免产生冲击。一般认为 i 1.61 较为合适。如采用差动连接，并要求往返速度一致时，应取2A=121A，即d=0.7D.即 d/D=0.7,即 i=2。 由此可求出液压缸的内径为： D=138， 表 4-4 液压缸内径尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 （ 110） 125 （ 140） 160 （ 180） 200 （ 220） 250 320 400 500 630 根据上表，将所得液压缸尺寸圆整到标准值为 D=140 计算得活塞杆直径 d=80 表 4-5 活塞杆直径系列 4 5 6 7 8 10 12 14 16 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 以上两表分别选自（ GB2348-80），圆整到此标准值，是为制造时采用标准的密封件。此外，也可已确定的 D 值在下表中直接查出 d 值： 徐州工程学院毕业设计 - 15 - 表 4-6 不同缸内径和往返速比的活塞杆直径 缸内径 D 往返速比 2 1.46 1.33 1.25 1.15 40 28 22 20 18 14 50 35 28 25 22 18 63 45 35 32 28 22 80 55 45 40 35 28 90 60 50 45 40 32 100 70 55 50 45 35 110 80 60 55 50 40 125 90 70 60 55 45 140 100 80 70 60 50 160 110 90 80 70 55 180 125 100 90 80 63 200 140 110 100 90 70 由此， 液压缸内径与活塞杆直径变为已知，所以又可求出液压缸无杆有效面积21 AA 积和液压缸有杆腔工作面 分别为 32400、 23300。 根据以上分析及液压气动系统设计手册本设计选取的液压缸的型号为0 1 1 4 0 /H S G d E 。其缸径为 140mm,活塞杆直径为 80mm，速比为 1.46，推力为 246.3KN，拉力为 165.88KN，最大行程为 4000mm。 4.3 计算液压马达排量 液压马达是用来拖动外负载做功的，它将油液的压力能转换成旋转形式的机械能。按照其工作职能， 属于执行元件。 液压马达的主要性能参数包括排量、流量和容积效率。排量是指在没有泄露的情况下，马达每转一转所需要的液压油的体积。排量恒定不变的马达叫做定量马达，排量可以调节徐州工程学院毕业设计 - 16 - 的马达叫变量马达。 流量是指马达在单位时间内所需要的液压油的体积。与液压泵一样，液压马达的流量也有理论流量和实际流量之分。如果液压马达的排量为 Q，欲使马达以转速 q 旋转，则所需要的理论流量 Q=nq.但泄漏不可避免。 液压马达的排量 mmm pMq 28.6 式（ 4-15） 式中 90.080.095.090.0_；/_；/,_213叶片马达取，一般齿轮和柱塞马达取液压马达的机械效率，；，液压马达进出口压力差液压马达的负载力矩液压马达的排量mmmpapppmNMrmq根据上式可求得液压马达排量为 450m/r 4.4 计算液压缸或液压马达流量 4.4.1 液压缸的最大流量 maxmax AvQ 式（ 4-16） 式中 A 液压缸的有效面积（ 21 AA或 ） 液压缸的最大速度_m a xv 则 maxQ4. 4.4.2 液压马达的最大流量 m a xm a x mmnqQ 式（ 4-17） 式中 徐州工程学院毕业设计 - 17 - 液压马达的最高转速液压马达排量_m a xnmnq 则 maxQ456L/min 4.5 液压马达的选用 以已确定的液压马达的基本参数、排量、转拒、转速、工作压力，作为依据，再从满足基本参 数的若干中液压马达中挑选转速范围、滑差特性、总效率、容积效率等符合系统要求，并从占用空间、安装条件以及在工作机构上的布置等方面综合考虑后，择优选定。 由于本设计为小型液压机，所以选用柱塞马达。其技术参数为：型号为 A6V，最大排量为 28.1500mL/r,最高压力为 40Mpa，最大理论转矩为 1432543N.m。 徐州工程学院毕业设计 - 18 - 5 拟订液压系统图 拟订液压系统图是液压系统设计中的一个重要步骤。这一步要做的工作：一是选择基本回路，二是把选出的回路组成液压系统。下面概要的介绍一下 : 5.1 确定和选择基本回路 表 5-1 液压马达的应用范围 马达类型 适用工况 应用实例 马达类型 适用工况 应用实例 齿轮马达 负载转矩不大，速度平稳性要求不高 钻床、风扇 轴向柱塞马达 负载速度大，有变速要求，负载转矩较小，低速平稳性要求高 起重机、铲车、铰车、内然机车、数控机床 叶片马达 负载转矩不大，要求燥声较小 磨床回转工作台，机床操纵系统 球塞马达 负载转矩较大，速度中等 塑料机械、行走机械等 摆线马达 负载速度中等，要求体积较小 塑料机械、煤矿机械、挖掘机、行走机械 内曲线径向马达 负载转矩很大，转速低，平稳性要求高 挖掘机、拖拉机、起重机、采煤机牵引部件 它是决定主机动作和性能的基础，是构成系统的骨架。这就要抓住各类机器液压系统的主要矛盾。如对速度的调节、变换和稳定要求较高的机器，则调速换接回路往往是组成这类机器液压系统的基本回路；对输出力、力矩或功率调节有主要要求而对速度要求无严格要求的机器，如本挖掘机，其功率的调节和分配是系统设计的核心，其系统特点是采用复合油路、功能调节回路等。为了说明本设计液压系统的动作过程，以后将介绍动臂提升回路和行走回路。 5.2 调 速方式的选择 由于驱动液压泵的原动机有电动机和内燃机两种，所以液压系统的调速方式也相应有徐州工程学院毕业设计 - 19 - 减压调速和油门调速两种方式。如液压机等，一般用电动机做原动机，其液压系统一般只能用液压调速；而象本设计所设计的工程机械等多用内燃机做原动机，其液压系统既可采用油门调速又可采用液压调速，经比较，选用液压调速。 油门调速，就是通过调节内燃机发动机油门的大小来改变发动机的转速（即改变液压泵的转速），从而改变液压泵的流量，以达到对执行机构的调速要求，实质上是一种容积调速。油门调速无溢流损失，可减少系统发热，但调速范围受到 发动机最低转速的限制，因此还往往配以液压调速。 液压调速分为节流调速、容积调速和容积节流调速三大类。主要根据工况图上压力，流量和功率的大小，以及系统对温升、工作平稳性的要求来选择