5000KN单臂液压机的液压系统设计

编 号无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目：5000KN 单臂液压机的液压系统设计信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业学 号：学生姓名：指导教师：2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）5000KN 单臂液压机的液压系统设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班 级： 机械 97 学 号： 0923812 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日I无 锡 太 湖 学 院信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 5000KN 单臂液压机的液压系统设计 2、专题 二、课题来源及选题依据设计题目为无锡某企业在建系统，采用典型的插装阀集成系统，在机床、内燃机、汽车电器、 军 工企业等行业都有应用,面前的液压控制由于其压力大、平稳等优点,在控制系统中占比越来越大,学生通过该系统设计,能综合运用所学的机械知识和液压与气动控制知识。解决生产中的实际问题。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1. 液压系统设计，绘制液压系统图，选择典型的液压元件 2. 液压系系统典型回路设计 3. 液压元件的选用 4. 编写设计说明书（大于 30 页）； 5.编专业外语翻译（大于 800010000 字符，约合汉子 5000 字符） 四、接受任务学生：机械 97 班 姓名 詹 颂 五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 05 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名II签名签名教 研 室 主 任学科组组长研究所所长 签名系主任 签名2012 年 11 月 12 日 III 摘 要液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，液压机是利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，广泛应用于各种工业中。而在液压机中液压传动系统是其非常重要的组成部分，对液压机的各种性能起到决定性的作用，至于它与微电子和计算机技术密切结合，得以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以精确控制，更是近几十年内出现的新事物。本文为 5000KN 单臂液压机设计了液压传动系统，500T 单臂校正压装液压机液压系统采用插装阀集成系统，动作可靠，使用寿命长，液压冲击小，减小了连接管路与泄漏点。独立的电器控制系统，工作可靠，动作直观，维修方便。采用按钮集中控制，设调准（点动）,单次（半自动）二种操作方式。大大的提高了传统液压机的控制有欠缺自动化、操纵性和安全性差等缺点。它适用于轴类零件、型材的校正和轴套类零件的压装、板材零件的弯曲、压印、套形、简单零件的拉伸塑料制品、机床、内燃机、轻纺制造机械、轴类、轴承、洗衣机、汽车电机、空调电机、电器、军工企业、三资企业装配流水线等行业使用。该设计主要包括在给定参数情况下液压系统零部件的参数计算，从而进行合适的选择，在根据实际情况确定液压元件（辅助元件）以及液压泵站和油箱，文章也附带了液压元件的安装说明及液压机的技术要求和液压机的驱动要求。关键词：单臂液压机；液压系统 ；液压元件IV AbstractHydraulic transmission is a new technology compared with the mechanical transmission. The hydraulic press is based on the Pascals law and designed for producing heavy press. The hydraulic drive system is an important part in the hydraulic press system. And it is the fateful element for the techniques of hydraulic press system. When closely combing with microelectronics and computer technology, it is able to deliver as far as possible big power and precise control within as little space as possible, especially in recent years it is a new thing.This paper is designed for 5000 KN single arm hydraulic press hydraulic transmission system, 500t single arm correction hydraulic press hydraulic system adopts cartridge valve integrated system installation with the advantages to reliable, long service life, small hydraulic impact, reducing the connection pipe and the leak point. The Independent electric control system, has the advantages of the work reliable, intuitive, easy maintenance. With the using of centralized control buttons, alignment (or points) and single (semi-automatic) ,two kinds of operating mode, greatly improve the traditional hydraulic control with lack of automation, poor maneuverability and security flaws.It is suitable for shaft parts, profile correction and sleeve parts, bending, stamping of sheet parts installation, set of form, the simple components of the tensile plastic products, machine tools, internal combustion engines, textile manufacturing machinery, shaft, bearing, washing machine, automobile motor, air conditioner motor, electrical appliance assembly line, military industrial enterprises, joint ventures, etc.This design mainly includes the system preliminary design is in such a case that the estimated parameters is determined and the loop forms of some circumstances, hydraulic components and connecting lines are fully determined. The design of the system has the performance analysis and performance checking to deal with the actual situation. I determine hydraulic components (secondary element), and hydraulic pump stations and tank. The article also comes with the installation instructions of hydraulic components and technical requirements of hydraulic press and hydraulic press driven by demand.Key words: Single arm hydraulic press；Hydraulic system; Hydraulic componentsvV目 录Abstract .IV目 录 .V1 绪论 .11.1 液压机的介绍 .11.1.1 液压机的工作原理 .11.1.2 液压机的分类 .11.2 液压形成的技术优点 .21.3 液压传动系统的简介及发展趋势 .21.3.1 液压传动的概念及其优缺点 .21.3.2 液压系统的组成 .31.3.3 液压系统的维护 .31.4 本课题的研究内容和意义 .41.5 国内外的发展概况 .41.6 本课题应达到的要求 .52 5000KN 液压系统参数及略见图 .62.1 表 2-1 各型号单臂液压机参数（500T） .62.2 5000kN 单臂液压机（略见图纸） .73 单臂液压机液压系统设计 .83.1 液压系统零部件的参数计算与选择 .83.1.1 电机的选用 .83.1.2 液压缸的载荷组成与计算 .83.2 液压元件的选用 .133.2.1 液压阀的选定 .143.2.2 单向阀的选择 .153.2.3 溢流阀的选择 .163.2.4 电液换向阀的选择 .163.2.5 电磁换向阀的选择 .173.2.6 顺序阀的选定 .173.3 过滤器的选定 .183.3.1 回油过滤器的选择 .183.3.2 空气过滤器的选择 .193.4 压力表及压力表辅件的选择 .193.4.1 压力表的选定 .193.4.2 压力表开关的选定 .203.5 液位仪表的选定 .203.6 管件的选定 .213.6.1 管路尺寸参数的确定 .21VI3.6.2 管接头的确定 .213.7 油箱的设计确定 .223.7.1 初选油箱容积 .223.7.2 油箱的结构设计 .223.8 液压泵站的选用 .244 液压元件的安装说明和驱动要求 .264.1 液压元件的安装说明 .264.2 液压机的安全使用及液压驱动要求 .264.2.1 安全防护 .264.2.2 装配质量 .264.3 液压驱动要求 .275 结论与展望 .285.1 结论 .285.2 不足之处与展望 .28致 谢 .30参考文献 .315000KN 单臂液压机的液压系统设计11 绪论1.1 液压机的介绍1.1.1 液压机的工作原理液压机是利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械。按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。油压机是一种专用液压油和乳化油做为工作介质，用液压泵作为动力源件，靠液压泵的压力使液压油通过液压管道进入活塞和油缸，然后油缸和活塞有几组互相配合的密封件，不同位置的密封件是不同的，但都起到密封的作用，使液压油不能泄露。最后通过各种阀改变液压油方向并在油箱循环使油缸和活塞循环做功从而完成一定机械动作的机械。 11.1.2 液压机的分类按用途主要分为金属成型、折弯、拉伸、冲裁、粉末（金属，非金属)成型、压装、挤压等。按结构形式主要分为：四柱式、单柱式（C 型)、卧式、立式框架等。与传统的冲压工艺相比，液压成形工艺在减轻重量、减少零件数量和模具数量、提高刚度与强度、降低生产成本等方面具有明显的技术和经济优势，在工业领域尤其是汽车工业中得到了越来越多的应用。在控制方面主要有电控，机控与手控三大类。电控液压设备通过电磁铁操纵有关的换向阀，实现其控制的目的，这是主要的液压设备。对于它多采用标准液压元件，所以拆卸比较方便，设备储存液方便的，这对于故障分析是很有利的。机控液压机的设备信息取决于机构的运动。例如在车床与刨床的液压系统就是通过行程限位控制运动方向，对于它工作压力及传动功率偏低，运行环境适中，磨损速度相对是比较慢。手控液压机设备的信息是取决于操作者，手控液压设备运行环境比较差，元件磨损速度快。1.2 液压形成的技术优点在汽车工业及航天、航空等领域，缩短工艺时间节约资源是人们长期追求的目标，也是先进制造技术发展的趋势之一。液压成形（hydroforming)就是为实现速度快和量化的一种先进制造技术。与传统的冲压工艺相比，液压成形工艺在重量、数量和成本有很大的优势，它不仅提高工件的刚度与强度、大大降低生产中成本等方面所具有明显的经济优势，在工业领域尤其是汽车工业中（主要是汽车的外壳的冲压）得到了越来越多的实用价值。液压成形技术广泛的应用汽车、航空、航天和管道等行业，主要适用于：沿构件轴线变化的圆形、矩形或异型截面空心结构件，如汽车的排气系统异型管件；非圆截面空心框架，如发动机托架、仪表盘支架、车身框架；空心轴类件和复杂管件等。液压成形工艺的适用材料包括碳钢、不锈钢、铝合金、铜合金及镍合金等，原则上适用于冷成形的材料均适用于液压成形工艺。与冲压工艺相比，液压成形技术和工艺有以下主要优点 2：1.减轻质量，节约材料。对于汽车发动机托架、散热器支架等典型零件，液压成形件无锡太湖学院学士学位论文2比冲压件减轻 15%45%；对于空心阶梯轴类零件，可以减轻 30%45%的重量。2.减少零件和模具数量，降低模具费用。液压成形件通常需要 1 套模具，而冲压件大多需要多套模具。液压成形的发动机托架零件由 6 个减少到 1 个，散热器支架零件由 17个减少到 7 个，大大减少了资源。3.可减少后续机械加工和组装的焊接量。4.降低生产成本。根据对已应用液压成形零件的统计分析，液压成形件的生产成本比冲压件平均降低 16%21%,模具费用降低 28%38%。5.提高强度与刚度，尤其是疲劳强度，如液压成形的散热器支架，其刚度在垂直方向可提高 40%，水平方向可提高 47%。液压机技术特点： （1）本系列液压机适合于可塑性材料的压制工艺，如冲压、弯曲、拉伸等。（2）也可以从事校正、压装、塑料制品及粉末制品的压制成型。1.3 液压传动系统的简介及发展趋势1.3.1 液压传动的概念及其优缺点液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和控制的传动方式之一。气压传动和液压传动统称为流体传动，它根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理，发展起来的一门新兴技术，是工、农业生产中广泛使用的一门新技术。当今世界，流体传动技术水平的高低能够衡量一个国家工业发展水平的重要标准。1、液压传动的优点： 3(1)体积较小、重量较轻，结构比较紧凑。液压马达的体积和质量只有同等功率电动机的百分之 12 左右，所以惯性力比较小，如果突然过载或停车时，也不会发生太大的冲击；(2)它在大范围内自动的平稳调节速度大小，无级调速可容易实现，且调速范围最大可达 1：2000(一般为 1：100)，它还可在运行过程中进行调速； (3)换向容易，当电机旋转方向不改变的情况下，可以比较方便地实现直线往复运动的转换和工作机械旋转； (4) 液压马达和液压泵之间需用油管连接，在空间上应不受严格限制，需减少成本；(5)当采用油液为工作介质的情况下，相对运动表面之间，元件润滑效果佳，磨损较小，使用寿命比较长； (6)自动化程度较高，操纵控制简便，能够方便实现了远程控制和自动化； (7)液压装置很容易实现过载保护；(8)液压元件实现了通用化、系列化、标准化、便于设计、制造和使用都比较方便。2、液压传动的缺点： (1)液压传动对维护和修理的要求高，工作油无污染，必须要保持清洁， ； (2)为了减少泄露，液压元件制造成本和精度要求高，工艺复杂，成本高，油液的污染比较敏感； (3)液压元件不易找出原因，维修较困难； 5000KN 单臂液压机的液压系统设计3(4)液压传动中油温变化比较敏感，直接影响传动的工作稳定性，所以液压传动不宜在变化范围大的温度下工作（工作温度一般在-1560范围内） ；（5）液压传动在能量转化的过程中，尤其是在调速系统中，其压力大，流量大（摩擦损失、泄露损失） ，导致系统效率较低。总的来说，液压传动的优点是突出的，它的缺点可以通过技术进步不断克服或改善。 1.3.2 液压系统的组成 液压系统主要由：动力装置（液压泵)、执行装置（油缸或液压马达)、控制装置（各种阀) 、辅助装置和工作介质等五部分组成： 1、动力装置（液压泵) ：它的作用是利用液体把原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。 2、执行装置（油缸、液压马达) 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 3、控制装置 ：包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是对系统中油液压力和流量或者流动的方向进行控制或者调节的装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。 4、辅助装置 ：除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、过滤器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、 、卡套式等)、液位仪、高压球阀、管夹、测压接头及油箱等，它们对保证系统的正常工作起到了重要的作用。 5、工作介质 ：工作介质是指各种液压传动中传递能量的液压油，它经过液压泵和电动机实现了能量转换，在受调节的状态下进行的工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。1.3.3 液压系统的维护一个液压系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的的优劣，优质的液压系统是针对无故障使用寿命长而设计的，它需要很少的维护。但是，这些少量的维护对于主机来讲是非常重要的，可以使得设备的运行受控，避免很多故障；实践证明，液压系统的故障大多数的失效和损坏事由于液压油的污染维护不足和液压油的选用不当造成的，所以，每年对系统元件的维护和保养是必要的。可以保证每年设备出厂和进厂的时候，其完好是受控的。油液污染对系统的危害主要如下：1）.元件的污染磨损油液中各种形式污染物引起元件的各种磨损，固体小颗粒进入运动机构间隙中，对零件表面产生疲劳磨损或是切削磨损。液流中的固体小颗粒高速运动对元件的表面冲击引起摩擦磨损。在油液中，水和油液氧化变质的生成物会对元件产生腐蚀作用。除此之外，系统的油箱中的空气能够引起气体腐蚀，导致元件表面和内部的破坏。2).元件堵塞与卡紧故障固体小颗粒堵塞各种阀的间隙和小孔，导致阀芯阻塞和卡紧，影响工作性能的稳定性，甚至导致严重的安全事故。无锡太湖学院学士学位论文43).加速油液性能的氧化水和空气会在油液中会使油液氧化产生残留物和废物，油液中的金属颗粒在油液的氧化会加速，此外，油液中的水和悬浮在油液里的气泡降低了运动机构间油膜的粘度，使润滑性能降低。系统的维护：一个系统在正式投入之前一般都要经过冲洗，冲洗的目的就是要清除残留在系统内的污染物、金属屑、纤维化合物、铁芯等，在最初两小时工作中，即使没有完全损坏系统，也会引起一系列故障。所以应该按下列步骤来清洗系统油路：1)严格清洗元件和系统部件；2)防止污染物从外界侵入；3)采用高性能的过滤器；4)保持系统所有部位良好的密封性；5)控制液压液的温度。6)定期检查和更换液压液并形成制度。1.4 本课题的研究内容和意义液压机设计是集液压机总体结构设计、挤压结构设计及计算，绘制主要零部件图机架结构设计及计算，绘制液压机装配图液压机液压系统设计，绘制液压系统原理图液压机控制系统设计，编写,绘制非标准件油箱等过程的全面系统设计。通过对本课题进行设计，进一步理解和掌握液压系统、液压机、机械加工工艺等的理论知识，了解先进液压技术、工艺技术，提高液压系统分析能力、结构设计能力，加强分析和解决现场机械和结构设计问题的能力，为以后工作时的产品开发、技术改进打下坚实基础，并在实际的生产中灵活处理质量、生产率和成本之间的关系，获得良好的经济效益。1.5 国内外的发展概况随着科学技术发展取得了很大成就，液压机的诞生给很多企业带来了不少利益，更加随着广泛的使用，其生产技术的发展也是日渐成熟。不过对于国外的生产技术来说，我国不管是在生产的工艺上，还是在售后安装维护的方面，都是相对来说有点欠缺，但是和以前的相比，对其液压机的制作工艺也是慢慢有所提高，并且不管是在制作液压机的哪一个环节上，对其液压机的制作都是日渐成熟，其质量也是有所提高。尤其是在制作液压机的时候，在其油路环节上，不管是国内，还是国外，对其液压机的设计，都是封闭式设计。还有对于液压机的液压系统，不管是采用复合原件，还是别种样式，在制作液压机的时候，得到了广泛的应用。不过现如今国外最为普遍的使用封闭式，据行业人士介绍，因为这中方法不但具有能够预防泄油现象，还避免对液压机带来更多的污染。不过据研究液压机的专家说，因为这种设计，是完全可以延长液压机的使用寿命，因为这种设计不但可以预防漏油，所带来的存储环境污染，还有可以使其空气进行对其隔离，避免有化学物质的对其具有腐蚀作用。不过在我国的制作液压机各个厂家中，这种模式比较少见。不过随着经济发展加快，对其液压机的使用越是广泛，为了能够提高其性能，液压机的设计成为了至关重要的关键之处。5000KN 单臂液压机的液压系统设计51.6 本课题应达到的要求设计的液压传动系统，具备以下特点：1.性能可靠该装置需满足液压机工艺的需要。保证系统的正常运行，减少生产事故的发生。2.成本经济保证系统性能可靠的同时，选用较为经济的液压元件，降低成本，提高效益。同时设备使用时应节能。3. 体积小，安装维修方便，安全该装置体积紧凑，辅助设备少，整个系统占地面积小，新建或改建作业线均可使用。该装置安装调试容易，维护检修方便，分析处理故障迅速。操作方便、安全，实现了自动化控制。今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断的提高和改进元件和系统的性能，以满足日夜变化的市场需求。液压技术的持续发展体现在微型化、集成化、模块化、智能化和多元化。液压技术实现高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高级度成化、微型化、智能化等各方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算辅助设计、计算机仿真和优化以及计算机控制等开发性研究方面，更日益显示出显著的成绩。无锡太湖学院学士学位论文62 5000KN 液压系统参数及略见图2.1 表 2-1 各型号单臂液压机参数（500T）表 2-1 液压系统参数型号 单位 45T 63T 100T 160T 200T 315T 400T 500T 630T公称力 KN 400 630 1000 1600 2000 3150 4000 5000 6300顶出力 KN 63 100 200 250 400 630 630 1000 1250液体最大工作压力 MPa 25 25 26.5 26 25 25 25 26 26滑块行程 mm 400 500 500 500 700 800 800 900 900最大开口高度 mm 600 700 900 900 1120 1250 1400 1500 1500前后 mm 400 500 580 800 900 1200 1200 1400 1600工作台尺寸左右 mm 400 500 710 800 900 1200 1260 1400 1600顶出行程 mm 120 160 200 200 250 300 300 300 400空程下行 mm/s 40 76 100 100 100 100 100 100 100工作 mm/s 10 10 8-15 8-15 8-15 8-15 8-15 10 12滑块速度回程 mm/s 60 60 60 60 70 70 70 80 65左右 mm 1000 110 1200 1600 2120 2220 2220 2420 2520前后 mm 500 650 380 400 500 500 650 680 700机床外形尺寸地面上高度 mm 2406 243 3300 3350 3690 3900 4050 5348电机功率 KW 5.5 5.5 7.5 15 18.5 22 22 37总重量 T 1.95 2.5 4 7 12 15 20 302.2 5000kN 单臂液压机（略见图纸）5000KN 单臂液压机的液压系统设计7图 2.2 5000KN 单臂液压机装配图无锡太湖学院学士学位论文83 单臂液压机液压系统设计3.1 液压系统零部件的参数计算与选择3.1.1 电机的选用 4工作压力一般为 25mpa功 P=q.p (3.1)= Av(速度)p( 工作压力)=（500 1000250)6.7910-3m/s25mpa= 13.5810-2/s电机功率=功率 效率 （取 90%）式中 q实际流量p工作压力A活塞面积根据电机功率选用电动机:表 3-1 Y250M-6 电动机参数电机型号 额定功率 （kw）额定转速nN（rpm）额定电流IN（ A）效率 (%)功率因数(cos )转动惯量() 净重()Y250M-6 37 980 74 90.8% 0.86 0.834 408图 3.1 Y250M-6 电动机3.1.2 液压缸的载荷组成与计算3.1.2.1 液压缸的主要结构尺寸液压机的液压系统执行元件为-液压缸，系统工作压力的选用 2032mpa；假设运动部件所受的重力为 5000kN ，静压导轨，材料为铸铁，摩擦系数为 0.004；图 3.2 液压缸简图5000KN 单臂液压机的液压系统设计9工作载荷 F 并非每阶段都存在，在该阶段没有工作，则：gF =0导轨摩擦载荷：F =0.004500010=20KNf惯性载荷：F =G/g v/ t (3.2)a=5000103/10( v/ t=0.61.4)=500 KN( v/ t=0.6 1.4)=(300700)KN式中 g重力加速度：10 ；sm2 v速度变化量( )； t启动或制动时间（ ） 。一般机械=0.2 0.4s，对轻载低速运动部件区小值，对重载高速部件取大值， v/ t=0.61.4。以上三种载荷之和称为液压缸外载荷 F ,即：w起动加速度时：F =F +F +F =(300700)KNwgfa稳态运动时： F = F +F =20KNf查表得： 表 3-2 液压缸部分参数液压缸的公称压力 40MPa液压缸内径 D 80mm活塞杆的直径 d 35100mm活塞行程 520mm通过计算各执行流程所需最大流量得知系统最大流量，从而帮助选择液压元件 ,当活塞杆伸出时 Q1：Q1=/4 D2103 (3.3)无锡太湖学院学士学位论文10=3.14/40.956.7910-30.062103=20.2010-3L/min当活塞杆缩回时 Q2：Q2=/4 (D2-d2) 103 (3.4)=3.14/40.95（0.06 2-0.042）6.810 -3103=10.1510-2L/min当活塞杆差动伸出时 Q：Q=/4 D 2103 (3.5)=3.14/40.950.0426.810-3103=8.1110-3L/min查表按速比、工作压力选取 1/ 2：表 3-3 工作压力工作压力/ MPa 5.05.07.0 7.0