〔大学论文〕YA32-3150型四柱万能液压机液压系统设计（含word文档） .pdf

液压与汽压传动课程设计说明书 题目ya32-3150ya32-3150 型四柱万能液压机液压系统设计型四柱万能液压机液压系统设计 机械制造与自动化专业 姓名学号 指导老师职称 课程设计评语课程设计评语: : 课程设计答辩负责人签字： 年月日 目目目目录录录录 一、设计课题 二、主要参数确定 三、确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸 四、液压缸运动中的供油量计算 五、确定快速空程供油方式，液压泵规格，驱动电机功率 六、选取液压系统图 七、液压系统工作油路分析 八、计算和选取液压元件 九、液压系统稳定性论证 十、设计小结 十一、参考文献 一、设计课题 1设计内容 设计一台 ya32-3150kn 型四柱万能液压机，设该四柱万能液压机下行部件 g=1.5 吨，下行行程 1.2m 1.5m。 2. 设计要求： （1）确定液压缸的主要结构尺寸 d，d (2 ) 绘制正式液压系统图（1 号图纸） ，动作表、明细表 (3 ) 确定系统的主要参数 (4 ) 进行必要的性能验算（压力损失、热平衡） 二、主要参数确定 液压系统最高工作压力 p=32mpa，在本系统中选用 p=25mpa； 主液压缸公称吨位 3150kn； 主液压缸用于冲压的压制力与回程力之比为 8%，塑料制品的压制力与回程力之比为 2%，取 800kn； 顶出缸公称顶出力取主缸公称吨位的五分之一，取 650kn； 顶出缸回程力为主液压缸公称吨位的十五分之一，210kn 行程速度 主液压缸快速空行程v=50mm/s 工作行程v=10mm/s 回程v=50mm/s 顶出液压缸顶出行程v=50mm/s 回程v=80mm/s 三、确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸 1. 主液压缸 a. 主液压缸内径 d： mmm p r d 6 . 4004006 . 0 102514 . 3 10315044 6 3 = = 主 根据 gb/t2346-1993，取标准值d主=400mm b. 主液压缸活塞杆径 d: mmm p r dd 6 . 2532536 . 0 102514 . 3 108004 4 . 0 4 6 3 22 = = 回 主 根据 gb/t2346-1993，取标准值d主=250mm c. 主液压缸有效面积： （其中a1为无杆腔面积，a2为有杆腔面积） 2 22 1 125600 4 14 . 3 400 4 mm d a= = 2 2222 2 5 . 76537 4 )250400(14 . 3 4 )( mm dd a= = = d. 主液压缸实际压制力和回程力: npar 66 1 1014 . 3 1256 . 0 1025= 压制 e. 主液压缸的工作力: （1）主液压缸的平衡压力 pa a g p 5 3 2 1096 . 1 07654 . 0 8 . 9105 . 1 = = 平衡 （2）主液压缸工进工作压力 mpa a ap a r p12.25 1 2 1 = += 平衡压制 工 （3）液压缸回程压力 mpa a r p45.10 07654 . 0 10800 3 2 = = 回程 回 2. 顶出液压缸 a. 顶出液压缸内径: mmm p r d99.18118199 . 0 102514 . 3 106504 4 6 3 = = 顶 顶 根据 gb/t2346-1993，取标准值d顶=200mm b. 顶出液压缸活塞杆径 mmm p r dd 1 . 1711711 . 0 102514 . 3 102104 2 . 0 4 6 3 22 = = 顶 顶顶 根据 gb/t2346-1993，取标准d顶=160mm c. 顶出液压缸有效面积（其中a3为无杆腔面积，a4为有杆腔面积） 2 22 3 31400 4 20014 . 3 4 mm d a= = 2 2222 4 11304 4 )160200(14 . 3 4 )( mm dd a= = = d. 顶出液压缸的实际顶出力和回程力 npar 46 3 1085 . 7 0314 . 0 1025= 顶出 e. 顶出压缸的工作力 mpap25= 项出 mpa a r p58.18 0113 . 0 10210 3 4 = = 顶回 顶回 四、液压缸运动中的供油量计算 1主液压缸的进出油量 a. 主液压缸空程快速下行的进出油量： smmaq/628000050125600 3 11 = 快进 smmaq/382687550 5 . 76537 3 12 = 快回 b. 主液压缸工作行程的进出油量： smmaq/125600010125600 3 21 = 工进 smmaq/76537510 5 . 76537 3 22 = 工回 c. 主液压缸回程进出油量： smmaq/382687550 5 . 76537 3 32 = 回进 smmaq/628000050125600 3 31 = 回出 2. 顶出液压缸退回行程的进出油量 a. 顶出液压缸顶出行程的进出油量： smmaq/15700005031400 3 43 = 顶进 smmaq/5652005011304 3 44 = 顶回 b. 顶出液压缸退回行程的进出油量： smmaq/9043208011304 3 54 = 退进 smmaq/25120008031400 3 53 = 退回 五、确定快速空程供油方式，液压泵规格，驱动电机功率 1液压系统快速空程供油方式： min/ 8 . 376/628000050125600 3 11 lsmmaq= 快进 由于供油量大，不宜采用由液压泵供油方式，利用主液压缸活塞等自重快速下行，形成负压空腔，通过 吸入阀从油箱吸油，同时使液压系统规格降低档次。 2选定液压泵的流量及规格： 设计的液压系统最高工作压力 p=25mpa，主液压缸工作行程，主液压缸的无杆腔进油量为： min/36.75/125600010125600 3 21 lsmmaq= 工进 主液压缸的有杆腔进油量为: min/ 6 . 229/382687550 5 . 76537 3 32 lsmmaq= 回进 顶出液压缸顶出行程的无杆腔进油量为： min/ 2 . 94/15700005031400 3 43 lsmmaq= 顶进 设选主液压缸工作行程和顶出液压缸顶出行程工作压力最高（p=25mpa）工件顶出后不需要高压。主液压 缸工作行程（即压制）流量为 75.36l/min，主液压缸工作回程流量为 229.6l/min，选用5zkb732 型斜轴式轴 向柱塞变量泵，该泵主要技术性能参数如下：排量 234.3ml/r， 额定压力 16mpa， 最大压力 25mpa， 转速 970r/min， 容积效率 96%。该液压泵基本能满足本液压系统的要求。 3液压泵的驱动功率及电动机的选择： 主液压缸的压制力与顶出液压缸的顶出工作压力均为 p=25mpa，主液压缸回程工作压力为 10.45mpa，顶出液 压缸退回行程工作压力为 18.58mpa，液压系统允许短期过载，回此快速进退选 10.45mpa，q=200l/min，工进选 p=25mpa，q=75.36l/min，液压泵的容积效率v=0.96，机械效率m=0.95，两种工况电机驱动功率为： kw pq p mv 19.38 95 . 0 96 . 0 60 102001045.10 60 36 = = 快 kw pq p mv 43.34 95 . 0 96 . 0 60 1036.751025 60 36 = = 工 由以上数据，查机械设计手册，选取 y280s-6 三相异步电动机驱动液压泵，该电动机主要性能参数如下：额定 功率 45kw， 满载转速 980r/min。 六、选取液压系统图 1液压系统图: 2. 电磁铁动作表： 动 作 顺 序1ya2ya3ya4ya5ya6ya 主 液 压 缸 快速下行+ 慢速加压+ 保压 卸压回程+ 停止 顶 出 缸 顶出+ 退回+ 压边+ 浮动拉伸+ 3油箱容积： 上油箱容积： lv6712273= 上 根据 gb2876-81 标准，取其标准值 630l。 下油箱容积： lv15892277= 下 根据 gb2876-81 标准，取其标准值 1600l。 七、液压系统工作油路分析 a启动：电磁铁全断电，主泵卸荷。 主泵（恒功率输出）- 电液换向阀 7 的 m 型中位- 电液换向阀 17 的 k 型中位- 油箱 b液压缸 15 活塞快速下行： 1ya，5ya 通电，电液换向阀 7 右位工作，控制油路经电磁换向阀 12 打开液控单向阀 13，接通液压缸 15 下腔与液控单向阀 13 的通道。 进油路：主泵（恒功率输出）- 电液换向阀 7-单向阀 8- 液压缸 15 上腔 回油路：液压缸 15 下腔- 单向阀 13- 电液换向阀 7- 电液换向阀 17 的 k 型中位-油箱 液压缸活塞依靠重力快速下行形成负压空腔：大气压油- 吸入阀 11- 液压缸 15 上腔 c液压缸 15 活塞接触工件，慢速下行（增压行程） ： 液压缸活塞碰行程开关 2xk 使 5ya 断电，切断液压缸 15 下腔经液控单向阀 13 快速回油通路，上腔压 力升高，同时切断（大气压油- 吸入阀 11- 上液压缸 15 上腔）吸油路。 进油路：主泵（恒功率输出）- 电液换向阀 7- 单向阀 8- 液压缸 15 上腔 回油路：液压缸 15 下腔- 顺序阀 14- 电液换向阀 7- 电液换向阀 17 的 k 型中位- 油箱 d. 保压： 液压缸 15 上腔压力升高达到预调压力，电接触压力表 9 发出信息，1ya 断电，液压缸 15 进口油路切 断， （单向阀 8 和吸入阀 11 的高密封性能确保液压缸 15 活塞对工件保压，利用液压缸 15 上腔压力很高，打 开外控顺序阀 10 的目的是防止控制油路使吸入阀 11 误动而造成液压缸 15 上腔卸荷）当液压缸 15 上腔压力 降低到低于电接触压力表 9 调定压力，电接触压力表 9 又会使 1ya 通电，动力系统又会再次向液压缸 15 上腔 供应压力油。 主泵（恒功率输出）- 电液换向阀 7 的 m 型中位- 电液换向阀 17 的 k 型中位- 油箱，主泵 卸荷。 e保压结束，液压缸 15 上腔卸荷后： 保压时间到位，时间继电器电出信息，2ya 通电（1ya 断电） ，液压缸 15 上腔压力很高，打开外控顺 序阀 10，大部分油液经外控顺序阀 10 流回油箱，压力不足以立即打开吸入阀 11 通油箱的通道，只能先打开 吸入 11 的卸荷阀，实现液压缸 15 上腔先卸荷，后通油箱的顺序动作，此时： 主泵 1 大部分油液- 电液换向阀 7- 外控顺序阀 10- 油箱 f液压缸 15 活塞快速上行： 液压缸 15 上腔卸压达到吸入阀 11 开启的压力值时，外控顺序阀 10 关闭。 进油路：主泵 1- 电液换向阀 7- 液控单向阀 13- 液压缸 15 下腔 回油路：液压缸 15 上腔- 吸入阀 11- 油箱 g顶出工件 液压缸 15 活塞快速上行到位，碰行程开关 1xk，2ya 断电，电液换向阀 7 复位，3ya 通电，电液换向 阀 17 右位工作。 进油路：主泵 1- 电液换向阀 7 的 m 型中位- 电液换向阀 17- 液压缸 16 下腔 回油路：液压缸 16 上腔- 电液换向阀 17- 油箱 h. 顶出活塞退回：4ya 通电，3ya 断电，电液换向阀 17 左位工作 进油路：主泵 1- 电液换向阀 7 的 m 型中位- 电液换向阀 17- 液压缸 16 有杆腔 回油路：液压缸 16 无杆腔- 电液换向阀 17- 油箱 i. 压边浮动拉伸： 薄板拉伸时，要求顶出液压缸 16 无杆腔保持一定的压力，以便液压缸 16 活塞能随液压缸 15 活塞驱 动一同下行对薄板进行拉伸，3ya 通电，电液换向阀 17 右位工作，6ya 通电，电磁阀 19 工作，溢流阀 21 调 节液压缸 16 无杆腔油垫工作压力。 进油路：主泵 1- 电液换向阀 7 的 m 型中位- 电液换向阀 17- 液压缸 16 无杆腔 吸油路: 大气压油- 电液换向阀 17- 填补液压缸 16 有杆腔的负压空腔 八、计算和选取液压元件 根据上面计算数据，查液压设计手册选取液压元件如下： 序 号元 件 名 称实际流量规格 1斜轴式轴向柱塞变量泵227l/min5zkb732 2齿轮泵18l/minbbxq 3电动机y802-4 三相异步电机 4滤油器245l/minwu-250f 5先导式溢流阀227l/mincg2v-8fw 6溢流阀18l/minyf-l10b 7电液换向阀227l/min24dy-b32h-z 8单向阀227l/mindf-l32h2 9压力继电器ipd01-h6l-y 10外控内泄型顺序阀227l/minxd4f-l32h 11液控单向阀376l/mindfy-f50h2 12两位四通电磁换向阀18l/min24d-10h-tz 13液控单向阀227l/mindfy-f32h2 14顺序阀227l/minxd2f-l32h 15主液压缸 16顶出液压缸 17电液换向阀227l/min24dy-b32h-z 18节流阀227l/minldf-l32c 19两位两通电磁换向阀227l/min22d-32b 20先导式溢流阀227l/mincg2v-8fw 21溢流阀227l/minyf-l32b 九、液压系统稳定性论证 （一）主液压缸压力损失的验算 1、快速空行程时的压力损失 快速空行程时，由于液压缸进油从吸入阀 11 吸油，油路很短，因此不考虑进油路上的压力损失，在 回油路上，已知油管长度 l=2m，油管直径 d=3210-3m，通过的流量 q=3.8310-3m3/s。液压系统选用 n32 号液压油，考虑最低工作温度 15，由手册查出此时油的运动粘度 v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3， 液压系统元件采用集成块式的配置形式。 (1) 确定油流的流动状态，回油路中液流的雷诺数为 2300101510 5 . 11032 1083 . 3 2732 . 1 re 4 3 3 = = 由上可知，回油路中的流动是层流。 （2）沿程压力损失p 在回油路上，流速sm d q /76 . 4 103214 . 3 1083 . 3 44 62 3 2 = = 则压力损失为pa d l p40181 103210152 76 . 4 900264 re2 64 3 22 = = （3）局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。 通过各阀的局部压力损失列于下表中: 元 件 名 称额定流量实际流量额定损失实际损失 液控单向阀250229.82168986 电液换向阀*2250229.84675943 若取集成块进油路压力损失为 30000pa，回油路压力损失为 50000pa，则回油路总的压力损失为 pap9351105000067594316898640181=+= 2. 慢速加压行程的压力损失 在慢速加压行程中， 已知油管长度 l=2m， 油管直径 d=3210-3m， 通过的流量进油路 q1=1.2610-3m3/s， 回油路 q2=0.7710-3m3/s。液压系统选用 n32 号液压油，考虑最低工作温度 15，由手册查出此时油的运 动粘度 v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （1）确定油流的流动状态 进油路中液流的雷诺数为230033410 5 . 11032 1026 . 1 2732 . 1 re 4 3 3 1 = = 回油路中液流的雷诺数为230020410 5 . 11032 1077 . 0 2732 . 1 re 4 3 3 2 = = 由上可知，进回油路中的流动是层流。 （2）沿程压力损失p 在进油路上，流速sm d q /57 . 1 103214 . 3 1026 . 1 44 62 3 2 = = 则压力损失为pa d l p13284 10323342 57 . 1 900264 re2 64 3 22 = = 在回油路上，流速sm d q /96 . 0 103214 . 3 1077 . 0 44 62 3 2 = = 则压力损失为pa d l p8132 10322042 96 . 0 900264 re2 64 3 22 = = （3）局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。 通过各阀的局部压力损失列于下表中: 元 件 名 称额定流量实际流量额定损失实际损失 单向阀8075.62182883 电液换向阀250229.84337973 顺序阀5046.23256133 若取集成块进油路压力损失为 30000pa，回油路压力损失为 50000pa，则进油路总的压力损失为 pap5641403000033797318288313284 1 =+= 回油路总的压力损失为pap990211500002561333379733379738132 2 =+= 3. 快速退回行程的压力损失 在快速退回行程中，主液压缸从顺序阀 10 卸荷，油路很短，压力损失忽略不计，已知油管长度 l=2m， 油管直径 d=3210-3m，通过的流量进油路 q1=3.8310-3m3/s。液压系统选用 n32 号液压油，考虑最低工 作温度 15，由手册查出此时油的运动粘度 v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液压系统元件采用集成 块式的配置形式。 （1）确定油流的流动状态 进油路中液流的雷诺数为2300101510 5 . 11032 1083 . 3 2732 . 1 re 4 3 3 1 = = 由上可知，进油路中的流动是层流。 （2）沿程压力损失p 在进油路上，流速sm d q /76 . 4 103214 . 3 1083 . 3 44 62 3 2 = = 则压力损失为pa d l p40181 103210152 83 . 3 900264 re2 64 3 22 = = （3）局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。 通过各阀的局部压力损失列于下表中: 元 件 名 称额定流量实际流量额定损失实际损失 单向阀250229.82168986 电液换向阀250229.84337973 若取集成块进油路压力损失为 30000pa，回油路压力损失为 50000pa，则进油路总的压力损失为 pap5771403000033797316898640181 1 =+= （二）顶出液压缸压力损失验算 1. 顶出行程的压力损失 在顶出液压缸顶出行程中，已知油管长度 l=2m，油管直径 d=3210-3m，通过的流量进油路 q1=1.57 10-3m3/s，回油路 q2=0.5710-3m3/s。液压系统选用 n32 号液压油，考虑最低工作温度 15，由手册查 出此时油的运动粘度 v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （1）确定油流的流动状态 进油路中液流的雷诺数为230041610 5 . 11032 1057 . 1 2732 . 1 re 4 3 3 1 = = 回油路中液流的雷诺数为230015110 5 . 11032 1057 . 0 2732 . 1 re 4 3 3 2 = = 由上可知，进回油路中的流动是层流。 （2）沿程压力损失p 在进油路上，流速sm d q /95 . 1 103214 . 3 1057 . 1 44 62 3 2 = = 则压力损失为pa d l p16453 10324162 95 . 1 900264 re2 64 3 22 = = 在回油路上，流速sm d q /71 . 0 103214 . 3 1057 . 0 44 62 3 2 = = 则压力损失为pa d l p6009 10321512 71 . 0 900264 re2 64 3 22 = = （3）局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。 通过各阀的局部压力损失列于下表中: 元 件 名 称额定流量实际流量额定损失实际损失 电液换向阀25094.2/34.2456791/7486 若取集成块进油路压力损失为 30000pa，回油路压力损失为 50000pa，则进油路总的压力损失为 pap16003530000567915679116453 1 =+= 回油路总的压力损失为pap634955000074866009 2 =+= 2. 顶出液压缸退回行程的压力损失 在慢速加压行程中， 已知油管长度 l=2m， 油管直径 d=3210-3m， 通过的流量进油路 q1=0.910-3m3/s， 回油路 q2=2.5110-3m3/s。液压系统选用 n32 号液压油，考虑最低工作温度 15，由手册查出此时油的运 动粘度 v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （1）确定油流的流动状态 进油路中液流的雷诺数为230023810 5 . 11032 109 . 02732 . 1 re 4 3 3 1 = = 回油路中液流的雷诺数为230066610 5 . 11032 1051 . 2 2732 . 1 re 4 3 3 2 = = 由上可知，进回油路中的流动是层流。 （2）沿程压力损失p 在进油路上，流速sm d q /12 . 1 103214 . 3 109 . 044 62 3 2 = = 则压力损失为pa d l p9487 10322382 12 . 1 900264 re2 64 3 22 = = 在回油路上，流速sm d q /12 . 3 103214 . 3 1051 . 2 44 62 3 2 = = 则压力损失为pa d l p26309 10326662 12 . 3 900264 re2 64 3 22 = = （3）局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。 通过各阀的局部压力损失列于下表中: 元 件 名 称额定流量实际流量额定损失实际损失 电液换向阀25054/150.6418662/145154 若取集成块进油路压力损失为 30