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下载论文就送你全套CAD图纸,Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸,Q咨询414951605或1304139763攀枝花学院本科毕业设计(论文)液压卷花系统设计学生姓名王友学生学号200310622031院(系)机电工程学院年级专业2003级机械设计制造及其自动化指导教师张勇讲师二七年六月攀枝花学院毕业设计(论文)摘要I摘要本次毕业设计题目是液压卷花系统设计。任务限制只能用液压来实现。本人致力于整机系统的设计,即机械结构的设计,液压系统方案的拟定,液压油箱的设计,液压缸的设计,液压站的设计。设计思路是从卷花机的性能和动作要求入手,并以国内的质量和技术性能接近设计要求的卷花机为基础,研究国外的先进机型,开发出自己的全套液压系统方案。图纸采用AUTOCAD绘制。经过认真地设计计算,查找资料撰写设计论文。本液压卷花机的优点是传动平稳,输出力矩大,用模具来实现花形的变化,且同一批形状的一致性好,液压机造型美观。设计出来的液压卷花系统具有,尺寸精确,生产效率高,劳动强度低,产品质量好的优点。广泛应用于铁艺行业中。由该机器生产的各种花形可用在围栏、大门、台、椅、扶梯、窗、招牌、艺术品等制作的地方。关键词液压卷花机,液压系统,铁艺攀枝花学院毕业设计(论文)ABSTRACTIIABSTRACTMYGRADUATIONPROJECTTOPICISTHEVOLUMEHYDRAULICSYSTEMDESIGNTHEDUTYLIMITONLYUSESTHEHYDRAULICPRESSURETOREALIZEIHAVECARRIEDONTHEWHOLEDESIGN,NAMELY,THEMECHANISMDESIGN,HYDRAULICSYSTEMPLANDRAWINGUP,THEHYDRAULICFLUIDTANKDESIGN,THEHYDRAULICCYLINDERDESIGN,THEHYDRAULICPRESSURESTANDSDESIGNANDSOONTHEDESIGNSTARTATTHEVOLUMEFLOWERSMACHINEPERFORMANCEANDTHEMOVEMENT,TAKINGTHEHOMEEXISTINGVOLUMEFLOWERMACHINEASTHEFOUNDATION,THEIRQUALITYANDTHETECHNICALPERFORMANCEAPPROACHTOTHISDESIGNREQUEST,ANDHASSTUDIEDTHEOVERSEASADVANCEDTYPE,DEVELOPEDOWNCOMPLETESETHYDRAULICSYSTEMPLANTHEBLUEPRINTDRAWSUPWITHAUTOCADAFTEREARNESTLYCALCULATED,HASCONSULTEDTHECORRELATIONDATA,IHAVECOMPOSEDTHISDESIGNPAPERTHEVOLUMEFLOWERSMACHINEMERITISTHETRANSMISSIONSTEADY,OUTPUTMOMENTOFFORCEBIG,REALIZESTHEFLOWEREDSHAPECHANGEWITHTHEMOLD,ALSOIDENTICALBATCHOFPRODUCTUNIFORMITYGOOD,THEVOLUMEFLOWERSMACHINEMODELINGISARTISTICTHESYSTEMOFTHEVOLUMEFLOWERSMACHINEHASTHEMERIT,SUCHAS,SIZEPRECISELY,THEPRODUCTIONEFFICIENCYHIGH,THELABORINTENSITYISLOW,THEPRODUCTQUALITYISGOODANDSOONTHISMACHINEISWIDELYAPPLIEDINTHESTEELARTPROFESSION,ANDCANPRODUCTSEVERALKINDSOFFLOWERSFORFENCES,GATES,PLACE,CHAIRS,ELEVATOR,WINDOWS,SIGNS,ARTANDSOON攀枝花学院毕业设计(论文)ABSTRACTIII攀枝花学院毕业设计(论文)ABSTRACTIVKEYWORDSVOLUMEHYDRAULICMACHINE,HYDRAULICSYSTEM,STEELART买文档送全套图纸扣扣414951605攀枝花学院毕业设计(论文)目录目录摘要IABSTRACTII1绪论111本课题研究的目的意义112本课题国内外发展概况及存在的问题113本课题解决的主要问题22液压卷花机系统分析与设计321设计思想322液压卷花机系统分析3221本机设计要求及具体的技术参数3222卷花机的液压系统3223液压卷花机系统方案的比较与选用33液压系统的计算731弯矩力的计算7311材料力学的角度7312采用类比法1032齿轮齿条传动设计1133载荷组成和计算1334卷花机液压系统设计16341负载分析16342初选液压系统工作压力16343液压缸的类型及安装方式16344液压缸的主要结构尺寸16345压杆稳定性验算17346按最低速度要求验算液压缸尺寸18347计算液压缸所需流量18348绘制液压系统工况图19349制定基本方案确定液压系统原理图2135液压系统的计算和选择液压元件22351确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格22攀枝花学院毕业设计(论文)目录352液压阀的选择和部分液压辅助元件选择24353油箱容量的初步确定及油液的选择2736液压系统性能验算28361压力损失及调定压力的确定28362系统温升验算304液压缸的设计3241选择液压缸类型安装方式3242液压缸的主要性能参数和主要尺寸3243液压缸的参数计算32431缸筒壁厚的计算32432液压缸活塞行程33433液压缸油口直径计算33434缸底厚度计算33435缸头厚度计算34436最小导向长度的计算34437缸体长度的确定3444活塞的设计35441活塞的结构形式35442活塞与活塞杆的连接35443活塞的密封36444活塞材料39445活塞尺寸及加工公差3945活塞杆3946活塞杆的导向套、密封和防尘4047液压缸缓冲装置的设计41471间隙缓冲41472阀式缓冲4148排气阀425液压站的设计4451确定液压站的结构类型方案44511分散配置型液压装置44512集中配置型液压装置44513确定液压站的方案4452液压控制装置(液压阀站的集成设计)44攀枝花学院毕业设计(论文)目录521有管集成45522无管集成45523确定液压控制装置4553液压动力源装置(液压泵站)的设计47531液压泵组布置方式的确定47532液压油箱的设计4854液压泵组的结构设计54541液压泵组的布置方式54542液压泵组的连接和安装方式5455液压站的结构总成55551管路的选择55552电气控制装置的设计与布置5556液压站总图的设计与绘制566机械结构的设计5761齿轮齿条传动设计5762轴的设计57621求输出轴上的功率P,转速N和转矩T57622求作用在齿轮上的力57623初步确定轴的最小直径57624轴的结构设计5763求轴上载荷6064按弯扭合成应力校核轴的强度6165卷花机的内部结构示意图62结论63参考文献64致谢65攀枝花学院毕业设计(论文)1绪论11绪论11本课题研究的目的意义液压卷花机是一种利用液体压力来传递能量,以实现各种压力加工工艺的机床。由该机器生产的各种花形可用在围栏,大门,台,椅,扶梯,窗,招牌,艺术品等地方。随着人民生活水平提高,这些铁艺制品必然会有较大需求。另一方面,用液压来实现,能满足用户任意设计的图案,效率高,花形同一性好,体积小,重量轻,功能多,施工方便,劳动强度轻,随着新工艺及新技术的应用,卷花机在金属加工及非金属成形方面的应用越来越广泛,在铁艺行业中的占有份额正在大幅度攀升。12本课题国内外发展概况及存在的问题目前,用来制作卷花的设备还非常落后,按动力的来源角度,大体分为四种方式来实现一、采用手工。该方法一般为小作坊生产,批量不大,生产效率低,但也能满足个性化的需要,因为它可任意改变花形,但劳动强度高。代表型号有北京光大利克经贸有限责任公司生产的手动式铁艺轧花工装设备。二、采用机械方式来实现。效率有所提高,但制作了的花形的尺寸有限,主要是受动力的限制。噪声大,能耗大,不能完全满足市场需求。代表型号有石家庄安邦机械公司的电动卷花机,ABDW10A,ABDW10B东北林业大学机械厂的万能铁艺成形机宁夏富盛机械制造有限公司的电动金属扭曲机。三、采用锻造方式。锻造方式来实现的,材料局限性较大,不能用厚板,也加工不出开关复杂的尾部曲卷,效率不高。代表型号有广州郎亚公司的锻铁液压装置。四、采用液压来实现。采用该方式的优点比较明显在,下面将要介绍。在铁艺行业市场中,它们四种方式对应对的装备的使用比例大概为2431;可见,使用机械方式来加工的占了大多数,使用液压的较少。在总结目前国内外卷花机的发展现状以及今后的发展趋势的情况下,当前卷花机还有着以下的几点不足1、能耗较大,不够环保。现在有的卷花机的能源利用率不能,仅有50左右,因为主要是采用的是机械方式作为动力,热损耗较大。不符合当今提倡的节约型社会的要求。而且,机械方式的噪音较大,对工人及周边的损害也严重,不人性化。2、卷花机体积大,占地面积较多。对企业来说不是一件好事。3、加工的料的尺寸有限,花形较少。这主要受动力的限制。不能完全满足当前的市场需求,在模具上,也可在进行改进。4、自动化程度不高,生产率也就不高。5、现在使用的模具较复杂。攀枝花学院毕业设计(论文)1绪论213本课题解决的主要问题设计出的卷花机能满足当前市场的需要。有效地规避了当前卷花机的不足。采用液压力传动来代替机械传动,并且用模具来实现花形的变化。采用液压液压传动能有效地克服,上面所说的不足,并且传动平稳,出力较大,从整体来看单位体积的出力比机械的传动方式大得多,体积小。采用模具来加工,在需要改变花形时,只需要改变模具的形状即可,扩充了机器的加工范围,且又能很好地保证同一批产品形状的一致性。设计出来的液压卷花系统具有,尺寸精确,生产效率高,劳动强度低,产品质量好的优点。攀枝花学院毕业设计(论文)2液压卷花机系统分析与设计32液压卷花机系统分析与设计21设计思想本课题是以机器使用功能多样、经济性好、人性化设计、环境友好性好、可靠性高、寿命长、结构简单、可维修性好为设计思想。22液压卷花机系统分析221本机设计要求及具体的技术参数在现有的机械卷花机系统的基础上进行改造。根据机械卷花的原理,设计相应的液压系统来代替机械卷花系统。实现液压自动化、效率高、多花形、经济实用的要求。目前市场上常用的加工件的最大加工规格及其种类为扁钢30X10;方钢16X16;圆钢。本设计中的卷花机也要求能加工出它们。卷花时最小花形是16F标准弧中的61035的上半部,最大的花形是标准弧中的6110下半部份(来自资料5)。加工出的花形的最大旋转圈数为2圈。考虑到铁艺行业中用来制作各种花形的材料,常用普通碳素钢中的甲类钢,A0,A1,A2,A3A7。它们有良好的塑性,韧性,故广泛用于铁艺行业中。在本设计中选A5计算。查资料7P303附录B常用材料的力学性能旧牌号A5对应Q275,其中,275SAMPD49063BAPD222卷花机的液压系统卷花机是把一定长度的工件(棒料、方钢、扁铁),通过压力作用,使之弯曲曲服,从而实现所需的花形。通过分析机械卷花机,当用液来压来代替时需要实现主轴的旋转运动。即用液压能来驱动输出主轴进行旋转。223液压卷花机系统方案的比较与选用用液压能够实现旋转运动的有很多种方式,其中有1液压缸加齿轮齿条;2齿轮缸;3液压马达;4摆动缸等,都是能够实现旋转运动的方式。第四种即摆动缸,当它通入压力油后,通常主轴只能输出小于360度的摆运动,常用于工夹具夹紧装置、养料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中。在此它并不适合。第二种即齿轮缸,它在市场上比较少见,生产厂家比较少。并不常用。在此排除。在此着重比较用第一种,和第三种。因为这两种在工程上用的比较多,市场上标准系列产品,且实现起来相对容易些。用液压马达与液压缸加齿轮齿条方案的比较攀枝花学院毕业设计(论文)2液压卷花机系统分析与设计4从执行元件性能方面来比较用液压马达来实现,它的所能输出转矩较小,起始负载转矩也不能太大。且有泄漏;液压缸能输出较大的推力(通过改变活塞的有效面积来实现),无泄漏,效率高于液压马达,无噪声。液压缸优于液压马达。从经济性方面比较一般来说,液压马达的价格比液压缸的高,但它的寿命不如液压缸长,且液压马达的可维修性不如液压缸,使用成本也较高。从空间的占用方面比较液压缸的占用的空间较液压马达的小,液压马达可选用双速马达,分别实现工进与快退。从整体系统性能方面比较初步拟定两种方式的液压系统图,对比分析它们的优缺点。用液压马达来实现的系统图如下攀枝花学院毕业设计(论文)2液压卷花机系统分析与设计5图21卷花机系统原理图1用液压缸来实现的系统图如下图22卷花机系统原理图2攀枝花学院毕业设计(论文)2液压卷花机系统分析与设计6从上面两个图中可以看,原理图1中的11是双速马达,通过12来改变速度,系统控制比较简单,速度已定,不可调,能够实现自动控制;原理图2是通过节流阀5来实现速度的变化原理图1用的元件除液压马达外比原理图2的便宜,大多数为普通元件;原理图1的系统可靠性不如2,它的速度控制是通过液压缸来控制,不如2中用直接控制方式。综上,选原理图2,即用液压缸来实现,较优为合理。机械方面在此采用模具来弯曲工件,弯制出所需的花形。模具的形状与所需的花形一致。当卷花机的动力头带动模具旋转时,工件则缠绕在模具上,并在上面产生塑性变形,即可制出所需要的花形。当加工圆钢和方钢在加工前要将夹紧的一端头部需压制为鱼尾状,头部厚度就小于10MM,这是为了便于把加工件放入模具的槽内。并在模具的插口内安装一对偏心轮,作用是防止在弯制的过程中工件脱出来。要实现上述模具的旋转,必然有一个带动其转动的主轴。这就是卷花机的动力头,用来输出转矩。因控制系统已选用上述的原理图2,用液压缸作为动力输出。那么这之间还缺少一个机构,它的作用是能够把直线运动,转换向旋转运动。经过分析,本设计中采用齿轮齿条来实现直线运动转换为旋转运动。在此,为了简化结构,把齿条和液压缸筒融为一体,即把齿条用螺钉固定在缸筒上,缸筒采用铸造的形式(要铸造出承受力的凸台)。在弯制工件时,导轨和凸台相接触,由导轨来承受垂直于齿条的力(由齿轮传来)。导轨采用双矩形导轨,该导轨结构简单,易制造和承载能力大,安装调整方便缺点是导轨面磨损后不能自动补偿。但在该机器中轨导面的磨损对加工精度和过程影响不大,可忽略不计。攀枝花学院毕业设计(论文)2液压卷花机系统分析与设计7攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算73液压系统的计算要进行液压系统计算,先应计算要把工件弯曲成所需的形状需要多大的力,即卷花机的动力头应该输出多大的转矩,这对后面计算与设计有着重要的意义。这也是决定卷花机功率的依据。但卷花机在卷制工件的过程是一个较为复杂的过程,在这个过程中,主要是工件的塑性变形,还有摩擦,弹性恢复,并且在每一个接触点处的力(工件产生塑性变形所需要的力)是不同的。如果要把这个过程的力分析清楚,每个接触点处的力计算出来,这是不可能的,在本设计中也是没有意义的。为了简化计算,在此只进行粗略估算,并留下一定的余量。估算出一个在整个卷花过程中的最大转矩,然后以这个最大转矩作为卷花机的动力计算依据,使卷花机输出这个最大的恒定转矩,那么应能满足最大规格以下的工件弯制。做这样的简化,在这种类型的机械上是可行的,工程是也是允许的。31弯矩力的计算本设计的卷花机的三种规格的工件中,通过比较分析,卷制16X16的方钢时,所需的转矩是最大的,固以下的转矩T的计算均以它作为工件加工来计算。在此,通过三种不同的角度来初步估算卷花机所需的弯矩。工件在加工过程中,与模具的相对位置如下图所示图31加工示意图311材料力学的角度工件在弯曲变形的过程也就是工件产生塑性变性的过程,利用材料力学公被加工的工件模具与动力头相连的方形槽转矩T有挡块攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算8式,即要想工具变形,模具对工件产生的最大应力大于工件本身的屈SDD服应力。S经分析,一方面,弯曲得越厉害,所需要的力也就越大。另一方面,用模具来弯制工件时,在弯制到末位时,工件受力点与主轴轴心的直线距离是最大的距离,有可能存在着最大的力臂。所以,按照此方法来算转矩,可通两个极限位置来定开始弯曲时的起始点、弯制到末位时的终点,取这两个位置分别用应力计算公式来算,得出的最大力作为计算卷花机主轴的依据。弯制时,最大正应力设为,由7P143MAXD式(31)AZMW而矩形截面的抗弯截面系数为式(32)26ZBH不管是在弯制起时点,还是终了位置。其受力分析的方法是一样的,分析过程如下先求弯曲时的最大弯矩MAXM在弯曲时的受力情况可等价为悬臂梁攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算9图32受力图由上面的图可知,在截面A处是最大弯矩的点,由材料力学可知式(33)MAXMFL代(32)(33)入(31),有式(34)AX26BHD要使工件弯曲成型,需要求即,推出MAXS2SFLD式(35)26SBH即工作所受的力达到时,工作就发生塑性变形。2SLD则此时,主轴上所需要的转矩T式(36)FAAA为模具与工件作用点处的力臂攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算10代(35)入(36),推出T式(37)26SBHALD本设计中,上面公式(37)中的相关变量。在加工起始点设为A1,终点A2经测量;12,9A1296,4L故可得起始点的主轴转矩60310750TNMA加工终了时的主轴转矩362192134综上,应该用作为计算主轴转矩的依据。21T2T312采用类比法找相同或相近的机器。在此参照广州郎亚公司的机械卷花机,其参数见下表。表31朗亚牌弯花机的主要技术参数最大加工规格30X10扁钢16X16方钢16圆棒主轴转速15R/MIN电动机性能220V380V,50HZ1400R/MIN,22KW外形尺寸850X80X820净重220KG由上表作如下的分析输入总功率,传入机器后,分成两部份,一方面,由主轴输出2PKW总有用功,另一方面,损失功率,主要作为热量消耗。在这里,假950TN出P损设0,即,假设输入的所有功率都作为有用功率输出。损,即,2PK出总15290T转矩14067TNMA在此根据前面确定的主轴转矩取主轴转矩T2000,即把它作为卷花机NMA要输出的转矩。在这下面的章节中,将把前面算得的动力转矩T,转化为液压缸的的推力。攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算1132齿轮齿条传动设计齿轮齿条的设计参数与要求先进行所需要的齿轮齿条传动设计,其要求如下由工作要求知轴输出功率2015/MIN314959TNNMRPKWKWA设计齿轮转速,工作寿命15年(设每年工作300天),两班制,1/MIR卷花机工作平稳,单向受力弯制工件,反向时齿轮无外负载(不考虑)。选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数。1)选直齿轮圆柱齿轮传动。传动方案如下图2)卷花机为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度。(GB1009588)3)材料选择。资料8表101选择齿轮材料为40(调质),硬度为RC280HBS,齿条材料的选择45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。4)根据齿数初步选择原则、卷花机的安装位置要求及相类似机构的比较。在此,初步确定此卷花机齿轮齿数为Z30。按齿根弯曲强度计算模数本设计中的卷花机为一般机器,传动方式选开式传动。传动精度不高,为动力传动。则有只需按弯曲强度来设计即可。由8式105),得弯曲强度的设计公式为式38132FASDYKTMZS1确定公式内的各计算数值。由8中图1020C查得齿轮的弯曲疲劳强度极限,齿条的弯150FEAMPS曲疲劳强度极限;2380FEAMPS由8图1018查得弯曲疲劳寿命系数,卷花机齿轮1293,8FNFNK的转速,齿轮每转一圈同一齿面啮合次数,齿轮工作寿命15/MINR1J,又因在一个工作循环周期中,加工时速度与返2830720HLH回时的速度为12,可知整个寿命中加工的时间为2704803HLH则应力循环次数由8公式1013计算攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算12式39716015480210HNNJL因为本设计中,卷花机的模具是按转2圈来设定的。分析可知,在弯制工件时,齿条在工进阶段,齿轮的一个齿要与齿条接触两次,对齿条而言,则在工进阶段,只有一个齿参加工作。在整个寿命中,齿条的应力循环次数为2N7712430216N2计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S14,由式(1012)得109352144FNEAKMPSS2286FEA3计算载荷系数K式3101213584AVFAB4查取齿形系数由资料8表105查得12,FAFAY5查取应力校正系数由8表105,1265,73SASA6计算并加以比较FAYS;1251602334FAS281730486FASYS比较可知,齿条的数值大。7设计计算,代值上面的数值入38式3321840148926MM就近圆整为标准值M5MM计算几何尺寸因齿轮齿数Z30,则1齿轮分度圆直径13051DZA2齿轮中心到齿条基准线距离H0752DXMMA攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算13计算齿轮宽度。取齿轮宽为B1150MM,齿条150DBMFA宽也为150MM。因齿轮齿条传动要使齿轮最多转2圈,则齿条的工作长度L2取L1M。19428,DMP33载荷组成和计算液压缸所需的外负载F,包括二种类型的力,即WMF是作用在活塞杆上外部载荷;WF是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。M而,其中,是工作载荷;是导轨的摩擦力;是由WGFAGFAF于速度变化而产生的惯性力。计算上面各个力的大小计算工作载荷GF在此,工作载荷就是齿条在运动方向上的推力。齿轮与齿条在啮合过程中,把齿轮对齿条的力分解为两个相互垂直的方向上。齿轮对齿条的力如图33,其中,齿轮切向方向对液压缸的力就是工作载荷,法向方向的力就是使液压缸产生摩擦力的正压力。齿轮面面导轨底座齿条液压缸示意图A齿轮与齿条在啮合主视图攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算14正向(B)齿轮与齿条啮合俯视图图33齿轮与齿条啮合液压缸与导轨的接触面A产生摩擦力;B面产生摩擦力;为齿FSAFFSBFT轮对齿条切向的力;G为液压缸及齿条的重力;是齿轮对齿条的法向力;R“正向”是指弯制工件的方向。;312012675TTFND0ANTAN95RTA由以上分析GTF求摩擦力F工作时齿条运动速度,其中,为齿轮分度圆直径(MM);160DPU1D为齿轮转速()。1N/MINR代入值得,工进时的齿条的速度为5078/61MSU根据资料9,本设计中选用的导轨类型为滑动导轨(平导轨),铸铁对铸铁的相对运动。启动时为静摩擦力,启动后为动摩擦力。查资料1表2341,取静摩擦系数为02,动摩擦系数为01由,来求摩擦力。FNFGM其中,上面所提及的摩擦系数;齿条齿轮攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算15G液压缸的重力,在此为1000N;作用于导轨上正压力(N),即上面的静摩擦阻力FRF求静摩擦力0202197052148FSFFN求动摩擦力19FAF惯性载荷由公式,来求。其中,G为重力;G为加速度取AVGTDA981;为速度变化量(M/S),在此,01178M/S为起运或制动2/MSVDT时间(S),01S。T在此0178209AFNA求M由于各种缸的密封材质和密封形式不同,密封阻力难以精确计算,一般估算为,其中,为液压缸的机械效率,一般取090095,在此1HMH取093,其中,F为活塞杆的总的负载。M综上各阶段的外负载如表32表32工作循环各阶段外负载工况计算公式外负载N启动FSGM3097618加速FAAFF2995413稳定工进FAGM2982501反向起运02FG193F21505加速MA02560981A36577快退1MFG03F10753攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算1634卷花机液压系统设计液压系统要实现加工的目的,完成的工作循环是工进停止(10S)快退。停止10S是为了让工件彻底变形。运动部件(液压缸)的重力为1000N,工进时,模具转速为15R/MIN快退时模具转速为30R/MIN,活塞行程1000MM。初选系统工作压力。341负载分析液压缸所受负载F,已在前面已经算得。342初选液压系统工作压力根据资料1表23422,初选工作压力为4MPA343液压缸的类型及安装方式液压缸类型选双作用液压缸,不可调质缓冲式,活塞行程终了时减速制动,减速值不变。安装方式选径向底座型(液压缸所受倾翻力矩较小)。344液压缸的主要结构尺寸计算中要用到的相关参数说明如下无杆腔活塞有效作用面积()24ADP12M有杆腔活塞有效作用面积()D液压缸工作腔压力。1P液压缸回油腔压力,即背力。其值可根据回路的具体情况而定,预2算时可参照1表2344取值。在此因回油路较短,且直接回油箱,忽略不计。20D活塞直径(M)D活塞杆直径(M)一般,液压缸在受压状态下工作,其活塞面积为式3112FPA11运用上式事先确定与的关系,或是活塞杆径D与活塞直径D的关系,按A121表2346按速比要求确定,取/DD07F根据公式1式23418求活塞直径D式3122624439181FDPPFP930M攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算17根据,则活塞杆直径取D071D,D071993070503MM071DDF又根据表23633、34活塞直径D100MM,活塞杆直径取D70MM根据表23635,液压缸活塞行程取,因行程与活塞杆直径比0LM,需要做压杆稳定性验算。10437LD345压杆稳定性验算在此,因是没有偏心载荷的细长杆,按等截面计算法来验算。计算细长比,其中K为活塞杆断面回转半径(M),对,1LMK活塞行程实心杆;式01754JDKA313故,而,可知157430LK85170MN1LK达到所需低速。347计算液压缸所需流量,其中,A为液压缸有效作用面积();V为活塞与缸体相对速VQV2攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算19度(M/S)。工进时的流量;214QDVPA工进201785/MINL快退时的流量2222364/I4QDP快退有效作用面积3410M348绘制液压系统工况图绘制液压缸工况图如下,工况图包括压力图,流量循环图,和功率循环图。它们是调整系统参数,选择液压泵,阀等元件的依据。工作循环中工作阶段的液压缸压力和功率如表33所示。表33工作过程中的各参数工况压力()/APMP流量()/MINLQ功率()/PW起动395加速382稳定工进3805553515反向起运123反向加速127反向稳定快退12566411328以上在算反向压力时,取背压为06MPA,由公式来计算;211FPA计算正向压力时,背压取为0,由来计算。1FPA由上表绘制出液压缸工况图如下所示攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算20图35液压系统工况图攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算21349制定基本方案确定液压系统原理图制定基本方案1调速回路和动力源。本机对速度的稳定性要求不高,从经济性上考虑,采用节流阀,而不是采用调速阀的节流调速回路。在弯花过程中不存在速度的换接,在刚开始起运时,就有较大的外负载,故采用进油节流调速时,完全可避免前冲,且在弯制工件时,活塞杆的进度较低,在低速时,进油节流调速回路的节流阀通流面积比回流时的大。因此,进油节流在低速时不易堵塞。进油节流调速回路能获得更低的稳定速度。故,此系统可采用节流阀的进油节流调速回路。该液压系统在整个工件循环中需油量变化不大。另从经济上考虑,此处选用单定量泵供油。2油路循环方式由于已选用节流调速回路系统必然为开式循环方式。3换向回路综合考虑到卷花机的自动化程度要求,在此选用三位四通Y型中位机能的电磁滑阀作为系统的主换向阀。4压力控制回路在泵出口并联一先导式溢流阀,实现系统的定压溢流同时在该溢流阀的远程控制口连接一个二位二通电磁换向阀,以便于通过电信号来控制泵的卸载。5保压回路当液压缸在弯制工件到末位时,需要进行保压,以便让工件彻底塑性变形。考虑到此力较大。采用蓄能器来提供能量来保压,同时单向阀关闭。保压时间可灵活控制(时间继电器来实现)、压力稳定、压力保持也可靠。确定液压系统原理图根据前面第二章中初步拟定的液压系统原理图。经过修改和更正后,使之更符合本设计的要求,再由上述计算结果和技术要求,在主回路初步选定基础上,只要再增加一些必要的辅助回路便可组成较完整的液压系统了。所拟定的液压系统原理图如图39所示,系统的电磁铁动作顺序见图310。攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算22图36液压系统原理图电磁铁动作表信号来源动作名称1按下起运按钮工作台工进压下行程保压时间继电器时间到取工件返回按钮返回压下行程开关卸荷图37系统电磁铁动作顺序图35液压系统的计算和选择液压元件351确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格泵的最大工作压力P攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算23考虑到正常工作中进油管路上有一定压力表损失所以泵的工作压力为式3151PPD其中液压缸最大工作压力;1进油管路中压力表损失,准确计算要待元件选定并给出管路图D时才能进行。对进口有单向阀,节流阀,取0515,在此取1PMPAA3951495PMPA所得的泵的最大工作压力是系统静态压力,考虑到各种工况的过渡阶段出P现的动态压力往往超过静态压力值。另外考虑到泵要有一定的压力贮备,并确定泵的寿命,因此泵的额定压力应满足。在此取125P1256PNN,所以,把它作为泵的最大工作压力。P1254961PAN泵的流量液压缸工作时,泵的输出流量应为式316MAXVPVQK式中,K系统泄漏系数,一般取K1112,在此取K12;同时动作的液压缸或液压马达最大总流量可从()上查MAXVQVQT得。对于在工作过程中用节流调速的系统,还须加上溢流阀的最小流量,一般取,即3L/MIN。43051/S所以,MAX125643715/MINVPVQKL选择泵的规格根据前面求得的值,按系统中拟定的液压泵的形式,从资料1表PQN和23521中选择相应的液压泵。型单级叶片泵能满足上述估算出的压力和流量要求,该泵的额定180YB压力为63,公称排量V80ML/R,额定转速驱动功率MPA960/MIN,R12KW,重量为20KG由公式,QVN计算得,流量为768L/MIN,现在取泵的容积效率,那么泵的实际流量95VH768/IN572/IPQLL确定液压泵的驱动功率。查电机产品目录、工况图,可知,最大功率出现在工进阶段,查资料3表7108,取泵的总效率,则泵的输入功率085PH式317633917205PQNKW选择电机型号根据3表7134查得Y132M26,额定功率55KW,转速为960R/MIN。根据所选择的液压泵规格及系统工作情况,可算出液压缸在各阶段的实际进出流量,运动速度和持续时间,见表如下,从而为其他液压元件的选择及系攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算24统的性能计算奠定基础。液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间见下表。表34液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间流量(L/MIN)工作阶段无杆腔有杆腔速度(M/S)时间(S)工进5Q进21AQ出进34057821QVA进35067813941078TS快退12AQ出进3785096414318496QP进2QVA进3796104030439410T310上表中,;321AM32410A352液压阀的选择和部分液压辅助元件选择液压阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量。本系统工作压力在6左右,所以阀都选用中、高压阀。查资料3,所选阀的规格型号见下表AMP表35液压卷花机液压阀和部分辅助元件的型号名细表名称实际流量()/MINL额定压力()AMP额定流量()/MINL规格额定压降()AMP三位四通电磁换向阀555166034DF3YE10BD综上,上述验算表明,系统在工进时,没有超过泵能达到的最高压力,无需修改原来的设计。压力阀的调定值根据上述计算可知,液压泵溢流阀的调整压力应为工进阶段的系统工作压力和压力损失之和;49502520PAAMP即可以把先导式溢流阀的调定压力值定为53。AMP系统中的压力继电器作为系统的过载保护装置。当系统中的压力大于了继电器的调定压力时,它使系统的电器控制部分复位。压力继电器调定压力应大于溢流阀调定压力,所以,取压力继电器调定压力为57。035APAP362系统温升验算在整个工作循环中,工进阶段所占的时间最长,为了简化计算,主要考虑工进时的发热量。计算液压系统的发热功率在此根据以下公式来估算系统的总发热量,1PIHNHPCAH而其中,液压泵输入功率;系统的总效率;PINH液压泵的总效率,前面已选为085;PH液压缸的总效率,前面选为093;A液压回路的效率;要根据如下方法下确定C攀枝花学院毕业设计(论文)3液压系统的计算31,式(324)1CPQH其中,液压负载压力;负载流量输入;1P1液压泵供油压力;输出流量。PQ在此,则,足见工进39507726CH057893045H时液压系统效率很低,这主要是由于溢流损失和节流损失造成的。根据系统的发热量计算公式,可算得工进阶段的发热功率(参照资料3)式(325)6338151045270HW由下面的公式来计算系统温升式(326)32065HKVDT其中,K散热系数。取;V油箱有效容量(L),取0A19W/MCV400L则03274065DT9可见未超出了选用范围,从而满足许用温升要求。0MAXTC攀枝花学院毕业设计(论文)4液压缸的设计324液压缸的设计根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计,如缸体壁厚,缸盖结构,密封形式,排气与缓冲装置等。41选择液压缸类型安装方式根据主机的要求,按资料1表23639选择液压缸类型为双作用液压缸不可调缓冲式;根据机构的结构要求,按资料1表23640选择液压缸的安装方式为径向底座型。42液压缸的主要性能参数和主要尺寸液压缸的主要性能参数和主要尺寸前面已确定,在此不在赘述。43液压缸的参数计算431缸筒壁厚的计算由于该系统为中低压系统,按公式计算所得的液压缸厚度往往很小,使缸体的刚度往往很不够,如在切削过程中变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作公式计算,按经验选取,然后按下式进行校核式2YPDDS(41)式中,液压缸缸筒的厚度S试验压力(MPA),因工作压力有YP;16,153952AYAMPPPMP查手册4,有D液压缸内径(M)缸体的许用应力(MPA)。由下面的公式来计算S,缸体材料的抗拉强度(MPA),N是安全系数,取BNS5。则408AMP选缸体材料为铸钢ZG200400。400MPA,由前面知,液压缸内BSD100MM,先预选缸的外径为120MM(查1表23659工程机械液压缸外径系列),所以壁厚为10MM。攀枝花学院毕业设计(论文)4液压缸的设计33因,而已取的壁厚为10MM4MM,故,满592013748YPDMS足要求。432液压缸活塞行程本设计中计算得出活塞行程为,查查1表23635液压缸活塞9428第一行程系列选取活塞行程为1000MM。433液压缸油口直径计算根据油缸的整体设计,将液压缸进、出油口分别设计在缸底和缸头上,同时进、出口连接形式采用螺孔联接。液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度和油口最高液流速度而定。U0U参照资料1中,由下式来计算式0013DD(42)其中液压缸油口直径(M);D液压缸内径(M);0DV液压缸最大输出速度,V0272M/MIN;油口液流速度(M/S)。0U则;0163247D查3表712,以及考虑到后面的油管所用的管接头因管子选用的是外径为28MM,查资料3表776,扩口式端直通管接头D33MM,选取油口安装尺寸为M33X2。434缸底厚度计算一般液压缸为平形缸底,在本设计中缸底有油孔,按123628公式来计算缸底盖的厚度H,式(43)0043YPDDS式中,H缸底厚度(M)D液压缸内径(M)试验压力,由前面计算得5925;YPAMP缸底油孔直径(M),在此为0024M。0D缸体的许用应力(MPA)。为80,缸底与缸筒的材料是相S攀枝花学院毕业设计(论文)4液压缸的设计34同的。代入数据,则59201043170914HM435缸头厚度计算由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔,因此其厚度的计算方法与缸底有所不同。但考虑到缸头端容腔所受的压力比缸底端容腔的小得多,(在工进时缸头在液压缸的回油腔调)故,在此为了简化计算,取缸头的厚度与缸底相同H17MM。436最小导向长度的计算当活塞杆全部外伸时,从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点到的距离H称为最小导向长度,见下图。如果导向长度过小,将使液压缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大,影响液压缸的稳定性。因此,设计时必须保证有一定的最小导向长度。图41液压缸示意图对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求式20LD(44)式中,L液压缸的最大行程。为1000MM。D液压缸的内径。为100MM。所以MIN10102HM活塞宽度B一般取,在此取6D。088缸盖滑动支承面的长度,即导向套长度,根据液压缸内径D而定(参考资料1L6),因D10080,取08X7056MM。D为活塞杆直径。0D为保证最小导向长度,若过分增大和B都是不适宜的。在此,用在MINH1L攀枝花学院毕业设计(论文)4液压缸的设计35活塞与导向导之间的缸头的厚度来保证。即缸头的轴向长度至少要达到A32MM110568022AHLB437缸体长度的确定液压缸缸体的内部长度应等于活塞的行程和活塞宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端盖的厚度,同时液压缸缸体的长度不应大于内径的2030倍。缸筒长度S;80180BLM缸筒外形长度1080325630401238MM;(其中,2LALK总为缸底总长度30;为缸头总长度取40MM),一般应小于20D,即1K220X1002000MM。因12382000,所以满足要求。44活塞的设计由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动,因此,它与缸筒的配合应适当,既不能过紧,也不能间隙过大。配合过紧,不仅使最低启动压力增大,降低机械效率,而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面;间隙过大,会引起液压缸内部泄漏,降低容积效率,使液压缸达不到要求的设计性能。441活塞的结构形式根据密封装置的形式来选用活塞的结构形式(密封装置则按工作条件选定)。通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞周围上下开沟槽,安装密封圈,结构简单,但给活塞的加工带来难度,密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样,主要受密封型式决定。组合式活塞大多数可以多次拆装,密封件使用寿命长。随着耐磨的导向套环的大量使用,多数密封圈与导向套环联合使用,大大降低了活塞的加工成本。所以在该设计中选用组合式活塞。442活塞与活塞杆的连接液压缸的活塞与活塞杆的连接方式很多种型式,所有型式均需要锁紧措施,以防止工作时由于往复运动而松开,同时在活塞与活塞杆之间需要设置静密封。油缸在一般的工作条件下,活塞与活塞杆的连接采用螺纹连接,但当油缸工作压力较大、工作机械振动较大时,采用半环连接。根据具体情况,也有把活塞与活塞杆做成一个整体。所以根据系统工作条件在本设计中选用螺纹连接。活塞多采用此种结构,该结构不仅应用在机床上,工程机械也广泛采用。连接方式分为1)卡环型攀枝花学院毕业设计(论文)4液压缸的设计36图42卡环型两半环卡入环槽后回松脱,需要套上卡环帽,再装上弹性挡圈。装拆方便,低速时使用广泛。2)轴套型3)螺母型图43螺母型4)锁紧螺母型图44锁紧螺母型5)焊接型根据设计要求,选用螺母型连接方式,最适用本设计要求。443活塞的密封间隙密封间隙密封是依靠相对运动的零件的配合表面间的微小缝隙来防止泄漏,活塞上一般做出环槽,如下图所示。其目的是为了使径向压力平衡,并改善密封性,环形槽的形状主要有矩形,V形和半圆形。间隙密封应用较广,特别在各种阀类中得到广泛的应用,其密封性能与间隙大小、压力差、配合表面的长度和直径尺寸以及加工质量等有关,其中间隙大小及均匀与否影响最大。这种密封间隙密封装置结构简单,摩擦力小,但它不能随压力的增大而提高其密封性能。对于圆柱形表面,制造精度较易保证,攀枝花学院毕业设计(论文)4液压缸的设计37但摩损后无法补偿。对平面配合,制造较困难,但摩损后可以采取自动压紧等措施进行补偿。对尺寸较大的液压缸,由于配合尺寸较大,要达到间隙密封所要求的加工精度比较困难,而且也不经济。因此,间隙密封仅用于尺寸较小,压力较低,运动速度较高的液压缸。当采用间隙密封时,应考虑零件材料的耐磨性,通常采用耐磨铸铁制造活塞。图45间隙密封O形密封圈密封图46O型密封圈上图所示是一种断面形状为圆形的O形密封圈。O形密封圈通常安装在矩形的沟槽中,用于固定件或往复运动件间的密封为了使密封圈保持良好的密封性能而又不致产生过大的摩擦力,O形密封圈安装在槽中应当有适当的预压量。预压量的大小,对密封性能影响很大。过小,密封性能不好,易泄漏;过大,则压缩形密封圈力增加,摩擦力增大,使密封圈容易在沟槽中产生扭曲,加快磨损,缩短寿命。O形密封圈的预压缩量大小及压力分布,如下图所示。攀枝花学院毕业设计(论文)4液压缸的设计38图47O型密封圈预压缩量及压力分布O形密封圈具有结构简单,密封性能良好,动摩擦阻力小,制造容易,成本低,安装方便等优点,所以在液压系统中应用十分广泛。可用于直线往复运动和回转运动的动密封,也可用于无相对运动的静密封,可用于外径密封,也可用于内径密封等。一般使用工作压力小于30MPAY形密封圈密封图48Y型密封圈Y形密封圈是一种断面形状为形的密封元件,如图231所示,图中尺寸D和D是Y形密封圈的公称外径和内径。形密封圈分为等高唇和不等高唇两种。Y形密封圈的应用如图232A所示。是依靠密封圈的两唇边和轴或孔的表面相接触而起密封作用如图232B所示,随着工作油压升高,两唇的张开力也增大,使密封圈唇边和轴或孔的表面贴得更紧,密封效果好,并能补偿磨损的影响。攀枝花学院毕业设计(论文)4液压缸的设计39图49Y型密封圈的应用V型密封圈V形密封圈主要用于压力较高(如油压机)和更换密封圈较困难的场合。在相对运动速度。不太高的活塞杆处常常使用这种密封圈。图410V型密封圈图411V型密封圈的结构使用V形密封圈的优点是(1)适宜在工作压力小于50MPA,温度在4880条件下工作,安装时也应注意方向,即密封环的开口,应面向压力。(2)密封性能好,寿命长。若有泄漏,只要重新压紧就可继续使用。(3)可用于活塞密封,也可用于活塞杆密封。缺点是(1)摩擦阻力大(2)调

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