贴面板压机液压系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

摘 要 液压机是一种以液体为工作介 质，根据帕斯卡原理制成的用于 传递能量以实现各种工艺的机器。液压机是一种锻压机械，它能完成调直、冷冲压、冷挤压等多种锻压工艺。液压机的结构形式很多，但通常由横梁、立柱、工作台、滑块和顶出机构等部件组成。 本文为 300吨液压机液压系统设计，通过对液压机的液压缸 进行工况分析，绘制其速度图和 负载图。选择液压基本回路，拟定液压系统原理图，使液压缸 缸能完成快速下行、减速 加压 、保压、快速 回程、 原位 停止的基本工作循环。确定液压系统的主要参数，通过对压力、流 量等参数的分析与计算，对泵、电机、 控制阀等液压元件和辅助件进行 选择。 本次设计 通过液压系统压力损失和温升的验算，使 液压系统的设计可以满足液压机工作循环的动作要求，能够实现材料的成型加工工艺。 关键词： 液压机 ; 液压系统 ; 原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 as to to to as so of is 00T s of s we we to We of of on we of s of we go on as of of ; ; 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 目录 摘 要 . 0 前言 . 3 一、液压系统的设计要求与工况分析 . 5 . 5 . 5 二、液压缸主要参数的确定 . 7 . 7 . 7 . 9 三、液压系统原理图的 设定 . 9 . 9 . 10 . 10 . 11 四、液压系统的计算及液压元件的选 择 . 11 . 11 . 12 . 16 . 17 . 18 . 18 . 18 . 19 向套长度 及其密封圈 的确定 . 19 . 18 . 19 五、液压系统性能验算 . 19 六、结论 . 22 参考文献 . 23 致谢 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 前言 液压机是一种以液体为工作介 质，根据帕斯卡原理制成的用于 传递能量以实现各种工艺的机器。液压机是一种锻压机械，它能完成调直、冷冲压、冷挤压等多种锻压工艺。 我国的液压工业开始于 20世纪 50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。 60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗 、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技 术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。 本文为 300吨液压机液压系统设计，通过对液压机的液压缸 进行工况分析，绘制其速度图和 负载图。选择液压基本回路，拟定液压系统原理图，使液压缸 缸能完成快速下行、减速 加压 、保压、快速 回程、 原位 停止的基本工作循环。确定液压系统的主要参数，通过对压力、流 量等参数的分析与计算，对泵、电机、控制阀等液压元件和辅助件进行 选择。 本次设计 通过液压系统压力损失和温升的验算，使 液压系统的设计可以满足液压机工作循环的动作要求，能够实现材料的成型加工工艺。 液压系统的基本 组成 1）能源装置 液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。 2）执行装置 液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。 3）控制装置 液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀 (安全阀 )、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控 制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 4）辅助装置 油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等 实现各种工作循环。 5）工作介质 液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 一、 液压系统的设计要求与工况分析 定对液压系统的工作要求 根据贴面板压机的要求，其工作由机械传动来实现；工作循环为“启动快速下行减速、加压保压回程 原位 停止”，故 拟采用液压传动方式的来实现，选定液压缸作执行元件。 根据要求幅面为 2600 1400功率较大所以采用两个液压缸 。 采用的液压缸规格相同且为单杆活塞式液压缸。 所以以下计算都作为单个液压缸计算。 根据设计要求和经验，取 液压缸下行和回程 时速度 为 28mm/s，加压速度4mm/s, 立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑动下行时 ,运动部件的质量 一般 为 1000在负载分析中，暂不考虑回油腔中的背压力。 行元件的工况分析 300 1000/2=610 N 取静摩擦因数s=摩擦因数d=摩擦阻力：000960N 动摩擦力 ：00080N 取液压缸 下行 快进 和回程 快退 时 时间 为 行和 回程 速度为 28mm/mF=ma=m =1000 6N 滑块重量 G=9800N 其中m= m为液压缸的机械效率 ， 一般取m= 1压缸 各工作阶段负载值 工况 负载组成 推力 F/ m 启动 7840 F N 快速下行 8876m F G N 减速、加压 820保压 w 1461180 F G N 回程 0 7 8 0买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 图 1文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 二、 液压缸 主要参数的确定 选液压缸 的工作压力 根据参考文献【 4】表 10 表 2种机器常用的系统压力 参考表 2取液压缸的工作压力 5定液压缸 内径和活塞杆直径 : 因为本系统采用单杆活塞式液压缸， 因液压缸 快速下行和回程速度相等， 由液压缸 负载图可知最大 负载 为加压时 设液压缸 无活塞杆的缸筒内径为 1D ， 活塞杆直径为 1d 。 初算时高压系统可不考虑背压，则 m a 4 4 1 5 3 8 0 8 4 . 2 0 . 2 8 0 1 0 根据参考文献【 2】查表 d = =据参考文献【 2】查表 液压缸内径圆整为标准1D=280 查表 活塞杆直径圆整为标准 1d =200 所以 ： 无杆腔面积 2 2 21 0 . 2 8 6 1 5 . 444D 有杆腔面积 2 2 2 211 20 . 2 8 0 . 2 3 0 1 . 444Dd 活塞杆的材料选用 45号钢， 液压缸的支承 长度根据实际需要此处 约为650故 对活塞杆的弯曲稳定性暂验算为： m ax k k/ 机械类型 机 床 农业机械 小型工程机械 液压机 重型机械 起重机械 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力 /2 3 5 2 8 8 10 10 16 20 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 ，通常取 处取 4。 又因为： 2 6 2 21 1 0 / （ 1510 l 为 1d 4m 。 K 液压缸安装及导向系数，本系统液压缸采用法兰连接所以 则通过以上可知 510 610 / =kk/ 对选定的液压缸内径1D，进行最小稳定速度的验算，要保证液压缸的有效工作面积 量阀 最小稳定速度的最小有效面积 A 在此取流量阀的最小稳定流量为1000ml/ 4mm/s V 满足要求。 定液压缸 流量 进时 的流量为： 1 1 1 6 . 1 5 2 8 / 1 0 0 6 0 1 0 3 . 3 / m i V L 式中： 1V 液压缸下行 时速度（ mm/s）。 的流量为： 2 1 2 /100 60 m V L 式中：2V 液压缸工作时速度（ mm/s）。 量为 ： 3 2 1 3 . 0 1 2 8 / 1 0 0 6 0 5 0 . 6 / m i V L 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 式中： 3V 液压缸回程时速度（ mm/s）。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 三、液压系统原理图的设定 择基本回路 液压系统的供油工况主要为 下行 、 回程 时的低压大流量供油和 工作 时的高压小流量供油两种工况 。 液压机工作时负载大，运动速度慢，下行、回程时的负载相对于工进时要小很多 ，但是速 度却比工进时要快。为了提高液压机工作效率 和经济效益 ，可以采用 低压大流量 液压泵和 高压小流量液压泵 两个液压泵 的组合 供油的 供油 方式 ，并且可以用同一个电机驱动。 每个泵的一边加个溢流阀帮助泵卸荷，且在两个泵之间加个 单向阀防止高压泵的油液流向低压泵一头。 由于市场上大多数的液压机的液压缸的同步采用的是机械同步， 本系统 采用两个液压缸的 机械连结的同步回路。并用采用 液控单向阀的 锁紧回路帮助 液压缸进行保压 。且其速度较 低 则选用回油路节流调速回路。 由于本系统压力、流量较大，所以 为 了实现上述工作循环，拟采用电液 换向阀实现顺 序动作。 定液压系统原理图 将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改，即组成如下图所示的液压原理图。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 图 3 ； 2 3 泵； 4 泵； 5 ； 6；78910112 1314向阀； 15压系统控制过程的分析 按启动按钮 ，电磁铁全部处于失电状态。 泵 4输出的油以压力经 阀 5的溢流回油箱，泵 3空载启动。 电磁铁 13电， 换向阀 7换至左位，控制油经液控单向阀向液压缸11上腔供油。因换向阀 14 3右端接入工作，所以回油路 经阀 7和阀14回油箱使其快速下行 。 此时油路是： 进油 路： 滤油器 液压 泵 4 三位四通电液 换向阀 7左端 口液控单向阀 10液压缸 11 上腔 回油 路： 液压缸 11下腔三位四通电液 换向阀 7左端 口 二位二通电液 换向阀 14右端油箱 加压 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 当上缸 滑块降至一定位置触动行程开关 （图中未画出） ， 发出一个电信号使电磁铁 3换向阀 14处于左端 ， 液压缸回油须经节流阀 13回油箱，实现减速慢进。当接触工件后，阻力急剧增加，上腔压力进一步提高， 泵 3、 4此时同时工作， 泵 4输出的油主要以压力经 阀 5流 回油箱，泵 3输出的油主要进行 加压。 当液压缸 11上腔的油液达到要求的数值时，由压力继电器发 出 信号，使电磁铁 1换向 阀 7 回复中位，将主缸上下腔油液封闭， 液压缸上腔短时保压。 保压时间由压力继电器控制的时间继电器调整 （图中未画出） 。保压期间，泵 4经阀 阀 5卸 荷 ，泵 3经溢流阀 15卸荷。 。 5. 回程 该液压系统保压完毕，电磁铁 23换向 阀 7和换向阀 14 换至右位。 此时系统压力减小泵 3和 泵 4的 输出 油液进入液压缸的下腔，同时控制油路打开液控单向阀 10，液压缸上腔的油经阀 7和阀 14回到油箱。此时的油路是： 进油 路： 滤油器 液压 泵 4 三位四通电液 换向阀 7右端 口液压缸 11下腔 回 油路： 液压缸 11上腔液控单向阀 10三位四通电液 换向阀 7右端 口 二位二通电液 换向阀 14右端油箱 当上缸滑块上升至触动行程开关 （ 图中未画出） ，电磁铁 2三位四通电磁换向 阀 7处于中位， 液控单向阀使液压缸上 腔封闭，液压缸 原位停止 。泵4输出油经 阀 5回油箱，泵卸载。 压系统电磁铁动作顺序表 表 3磁铁 1动 - - - 快速下行 + - + 减速、加压 + - - 保压 - - - 回程 - + + 原位 停止 - - - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 四 、液压系统的计算及液压元件的选择 择液压泵 及其电机 + P 式中 ： 液压泵最大工作压力 ; P 从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失。 低压 泵工作时最大压力 为回程时此时1F= 112 =压 泵工作时最大压力 为保压时此时 ：m 2 5 P 的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取 ： 管路简单，流速不大的取 P =路复杂，流速较大的取 P =1本系统取 低压 泵 1P=压 泵 2P= 故：5+述计算所得的 系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外 考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，因此泵的额定压力 低压 泵压 泵大 流量 由于采用两个液压缸，所以 当两个液压缸工作时，所需的最大流量为： m ax m q式中： 液压泵的最大流量； 同时动作两个液压缸所需流量之和的最大值。 K 系统泄漏系数 ,一般取 K = 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 低压 泵 ：2 压 泵 ：2 以： 低压泵 ：压泵 ：由于液压系统的工作 时 压力高，负载压力大，流量大 ,所以 高 压 泵 选 变量 柱塞泵 ，低 压 泵选 定量 齿轮 泵 。 根据以上算得的 3】 ， 低压 泵 现选用 轮 泵，排量 160ml/r，额定压力 定转速 1450r/额定流量 232L/额定功率 高压 泵的型号为 25 ， 额定压力为 定转速 为 1500r/排量为 25ml/r,额定流量为 额定功率 为 电动机的额定功率必须根据消耗功率最大的工况来确定，功率计算公式如下： P= 式中： 液压泵的流量； 查 参考文献【 4】表 10塞泵 =塞泵取 = 比较液压缸各工况所需要的功率，液压缸加压时的功率最大， 且为高压泵的功率最大， 为 P=2 62 5 . 2 1 0 1 4 . 86 0 0 . 8 2 610 2=文献 【 3】 ，选取电动机型号为： 技术参数为：额定功率：满载转速 1458r/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 择液压阀 及辅助元件 通过液压 系统的参数计算查阅液压手册 ,主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格。 查找文献 【 3】 得： 滤油器 ：按 p=q= 去 滤油器：按 p=q= 单向阀：按 p=q= 三位四通电液换向阀：按 p=q= 二位二通电磁 换向阀：按 p=q= 4向阀 液控单向阀：按 p=q= 节流阀：按 =q= 顺序阀：按 p=q= 溢流阀：按 p=q= 流阀 压力表：按 p= 压力继电器：按 p= 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 表 4序 号 元件 名称 规格 型 号 额定流量 L/定压力 量 1 滤油器 50 2 滤油器 0 32 1 3 低压泵 232 1 4 高压泵 25 5 三位四通电液换向阀 00 6 二位二通电液换向阀 4 250 1 7 液控单向阀 20 8 节流阀 00 9 单向阀 40 10 溢流阀 250 1 11 顺序阀 300 1 12 压力表 - 1 13 压力继电器 - 1 定管道尺寸 油管系统中使用的油管种类很多，因为本设计中所须的压力是高压，而钢管能承受高压且价格低廉、耐油、抗腐蚀，所以本设计中油管采用钢管。但钢管装配不能任意弯曲，本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，本设计管路旋入端用的连接螺纹为细牙螺纹，它密封性好，常用于高压系统， 采用 压系统中的泄漏问题大部分都出现在管接头上，为此对管材的选用，接头形式的确定，管系的设计以及管道的安装都要考虑清楚，以免 影 响整个液压系统的使用质量。本设计根据需要，选择卡套式管接头， 采用冷拔无缝钢管。 油管内径可由以下公式求得 式中： d 油管内径 ( q 油路通过最大流量 (L/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 油管中允许流速 m/s。 对吸油管 V 1 2m/s（一般取 1m/s 以下）；对于压油管 V 3 6m/s；对于回流管 V s 液压泵至液压缸上腔和下腔的油管 取 v = 5m/s， q = 查 文献【 3】得： 选 d = 32厚 t=6 定油箱 初始设计时，先按经验 公式确定油箱的容量，待系统确定后， 再按散热的要求进行校核。 油箱容量的经验公式为 V=中 ： 液压泵每分钟排出压力油的容积（ 经验系数 ,低压系统取 =2压系统取 =5压系统取 =6于本系统输油主要靠低压泵， 所以 本设计取 =4，则 V=4 232=928L 油箱的有效容积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，液压油箱外形尺寸长、宽、高的比值在 1:1:1 1:2:3 之间分配，并使液面高度 约 为油箱高度的 80%。为了提高冷却效率，安装位置不受影响时，可适当增大油箱的容积。本设计中的油箱根据液压泵与电动机的联接方式的需要以及安装其它液压元件需要，选择长为 为 为 液压油箱材料一般选用 板，通过焊接的方式连接。 钢板的厚度分别设置为： 油箱箱壁厚 3底厚度 5为箱盖上需要安装其他液压元件，因此箱盖厚度取为 10了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地的距离为 150此，油箱基体的总长总宽总高为： 长为： 1 2 (1 4 0 0 2 3 ) 1 4 0 6l l t m m m m 宽为： 1 2 1 1 0 0 2 3 1 1 0 6w w t m m m m 高为：1( 1 0 5 1 6 0 ) ( 1 0 7 5 0 5 1 6 0 ) 9 2 5h h m m m m m m 为了更好的清洗 油箱，取油箱底面倾斜角度为 2 。 油箱内一般设有隔板，隔板的作用是使回油区与泵的吸油区隔开，增大油液循环的路径，降低油液的循环速度，有利于降温散热、气泡析出和杂质沉淀。隔板的安装型式有多种，隔板一般沿油箱的纵向布置，其高度一般为最低液面高度的 2/3。有时隔板可以设计成 高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过；在中部开有较大的窗口并配上适当面积的滤网，对油液进行粗滤。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 压缸的壁厚和外径的计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 液压缸的壁厚 一般是指缸筒结构中最薄处的厚度，从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的 不同而各异，一般计算时可视为薄壁圆筒。压机的液压缸 材料 此处选 35 号 钢， 大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算： m a x 1 / 2 D ， 铸钢 =100110以m a x 1 / 2 D P=280/2/100= =45 液压缸壁厚算出后，既可算出缸体的外径2D： 2D1D+2 =280+2 45=370压缸行程的确定 根据设计要求 300查参考文献【 3】可取液压缸的行程 标准值 L=320盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖， 此处缸盖材料选 35号钢， 其有效厚度 ,按强度要求可用下式进行近似计算： 1t P ） 式中：1D 缸盖止口内径 ( 材料应力 铸钢 为 100 最大外径根据安装位置及安装要求确定最小不小于缸桶外径 计算得1t 1t=40文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 小寻向长度的确定 当活塞全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点距离 最小寻向长度过小，将使液压缸的初试挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须要保证有一定的最小寻 向长度。 对于一般的液压缸，最小寻向长度应该满足以下要求： H L/20+1D/2=320/20+280/2=156处取 H=160塞 、导向套 长度的确定 导向套的长度 S=（ D=280=224 S=220 活塞宽度 B=（ D=280=196 B=200 由于此系统压力较大 ，故在导向套处采用 采用 4个型圈密封性较好的 在活塞处采用 体长度的确定 液压缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和，缸体外形的长度还要考虑到端盖的厚度，一般的液压缸的缸体长度不应大于内径的 20。 盖 螺栓的计算 此处缸体与缸盖采用法兰连接，所以需要 计算 螺栓 液压缸承受的最大载荷由于系统压力较大所以 拟采用 12 个螺栓， 则每个螺栓的工作压力2=每个 螺栓总拉力 / ( )a b b m C C C F 又 1 / ( ) a b b b m C C C F 则 .8） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 / ( )b b C在无垫片 是取 次取 所以得到：F=此求得 F=栓的中径 1 / 2 k F / ( ) d （ k 螺纹拧紧系数， k=处取 k= = s /( s 为材料屈服点 螺栓材料选用 45 号钢且为 的 ,则s=800 40所以 = s / 综上 求得 d=文献【 3】可得 d=24以选取螺栓为 但为了提高安全系数这里拟采用 16个螺栓。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 五、液压系统性能验算 由于本系统比较简单且系统的具体管路布置和 长度尚未确定，所以压力损失无法验算，现只对系统温升进行验算。 对液压机进行系统温升验算，只要验算发热量最大的那个工况就可行。在整个工作循环中， 保压 发热量最大。所以主要考虑保压时的发热量，然后取其值进行分析。 前面计算电动机功率 保压 时： =输 出 =2 4 10时的功率损失为： =输入=箱的散热面积 23 00 5= 3 28 =m 系统的温升为 式中： T 系统温升； 发热功率； A 油箱散热面积； 油箱散热系数。自然冷却通风很差时， (8 9) 310 ；自然冷却通风良好时， (15 310 ；有专用冷却器时， (110170) 310 。液压机散热条件一般，取散热系数 15 310 。 则 2 . 9 3 1 . 30 . 0 1 5 6 . 1 8 根据 文献【 4】表 10油箱中温度一般推荐 30 ,所以验算表明系统的温升在许可范围内。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 六 、结论 结论 本次设计为贴面板机液压系统设计，设计的液压系