液压课程设计--四柱液压机.docx

常州工学院液压与气动课 程 设 计题 目： 四柱液压机系 、班级：机电工程学院 11机（三）班姓 名： 徐兴兴学 号：11010333指导教师：徐建方2013年12月29日绪论1.1概述本次设计的题目由我实习的公司提供，主要是对铝合金材料等的加工。公司所生产的产品是气瓶，材料包括铝合金、碳纤维、钢等。设计液压机是为了更加深刻理解液压机在加工过程中的工作原理以及实际应用意义。液压机是利用液体来传递压力的液压设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。本机器采用三梁四柱结构形式，机身由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调节螺母等组成。四柱式结构为液压机最常见的结构形式之一。四柱式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。液压机在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。液压机械具有重量轻、功率大、结构简单、布局灵活、控制方便等特点，速度、扭矩、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好，工作平稳、噪音小.适用于金属材料压制工艺,如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可从事于校正、压装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如塑料、玻璃钢、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的新工艺、新技术的试验研究等。已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、运输、矿山、建筑、航空等领域。本设计题目的要求是按照液压系统规定的动作图表驱动电机、选择规定的工作方式，在发讯元件的指令下，使有关电磁铁的动作以完成点动和半自动循环指定的工艺动作。2装在电气控制箱内，操作人员只需操纵相应的开关按扭，即可对机器进行操作。由于继电器接触器控制是采用固定接线的硬件实现逻辑。如果生产任务或生产工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制系统用继电器接触控制，使用继电器数量多，控制系统体积大，耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。而PLC控制能改善继电器控制器上述的不足,PLC可靠性高，抗干扰能力强,通用性强，控制程序可变，使用方便,功能强，适应面广,编程简单，容易掌握;体积小、重量轻、功耗低、维护方便,减少了控制系统的设计及施工的工作量等特点,所以设计时我们采用PLC能集中且较方便地制。1.2发展趋势(1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。(2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。(3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。(4)液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止3泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。编辑本段液压传动系统的组成液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。1、动力元件（油泵）它的作用是把液体利用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、执行元件（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、控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。4、辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。5、工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换目录绪论2第1章 设计任务书5 一 设计题目5 二 设计目的5 三 设计要求5 四 设计内容3第2章 主要参数确定6 . 第3章 确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸8第4章液压缸运动中的供油量计算9第5章 确定快速空行程供油方式，液压泵规格，驱动电动机功率10 第6章 六柱设计计算11 第7章 选取液压系统图16 第8章 液压系统工作油路分析18 第9章 计算和选取液压元件19 第10章 液压系统稳定性论证23第11章 控制部分28 总结30 参考文献31第一章 设计说明书一 设计内容设计一台四柱液压机，要求实现“快进减速加压工作行程保压延时泄压回程回程停止”的工作循环。甲组：压制力为2000000N,行程为200mm,快进速度为50mm/s, 压制速度为6mm/s,回程速度为40mm/s.二 设计目的：（1）综合运用液压传动及其它先修课的理论知识和生产实际知识，进行液压传动设计实践，从而使这些知识得到进一步的巩固，加深和发展。（2） 熟悉和掌握拟定液压传动系统图，液压缸结构设计，液压元件选择以及液压系统的计算方法。（3） 通过课程设计，提高设计、计算、绘图的基本技能，熟悉设计资料和技术手册，培养独立分析问题和解决问题的能力，为今后毕业设计及设计工作打下必要的基础。三 设计要求: 按照液压系统规定的动作图表驱动电机、选择规定的工作方式，在发讯元件的指令下，使有关电磁铁的动作以完成点动和半自动循环指定的工艺动作。设电气控制箱，除依据机器部分的需要必须分散安装于各处的电器元件（如：电动机、电磁铁、接近开关、压力继电器）外，其它电器均集中安装在电气控制箱内，操作人员只需操纵相应的开关按扭，即可对机器进行操作。四 设计内容：（1）设计计算液压系统，包括液压系统的拟定，液压缸的设计，液压元件及电机的选择，液压站的设计。（2）编写设计计算说明书，包括设计任务，设计计算过程，系统原理图（系统图，动作循环图，电磁铁动作表，液压元件一览表）。 第二章 主要参数确定液压系统最高工作压力P=30MPa，在本系统中选用P=25MPa；V快=50mm/s,V工=6mm/s，令起动时间不超过0.2秒， 选取工作压力F=25000N(按负载20000-30000计算得) 选取P=20-25MPa 取P1=25MPa20吨液压机设计要求(1).液压系统最高压力P=32MPa 一般选用P=20-25MPa(2).主液压缸用于冲压的压制力与回程力之比值为5-10%，塑料制品的压制力与回程力之比为2%，(3).顶出缸公称顶出力取主缸公称吨位的五分之一(4).顶出缸回程力为主液压缸公称吨位的十五分之一1主缸公称压力 200kN2主缸回程力 40KN3顶出缸公称压力 25kN4顶出缸回程力 15KN5滑块距工作台最大距离 1800 mm6滑块行程 . 1200 mm7顶出行程 200mm8工作压力 25MPa9滑块速度 空程速度 50mm/s 挤压速度 6 mm/s 回程 40mm/s10顶出速度 顶出 40mm/s 回程 60mm/s第三章 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： D1=4F1x26=0.09897m=98.97mm 所以D1取99mm B. 主液压缸活塞杆径d: =0.089m=89mm 所以取 为90mmC. 主液压缸有效面积：（其中A1为无杆腔面积，A2为有杆腔面积） 222211770077.0099.044cmmDA=pp A2=A1-A3=77-64=13cm2D. 主液压缸实际压制力和回程力: 主缸实际回程力:= E. 顶出缸的直径: =(4*0.025)/(*26)=35mm 按标准取整=40mmF.顶出缸的活塞杆直径 =0.029m=29mm 按标准取整=30mm 顶出缸的面积 G.顶出缸实际顶出力: =4D22P=32.67KN H. 顶出缸实际回程力： =4(D22-d12)P=14.29KN第4章 液压缸运动中的供油量计算1液压系统快速空程供油方式： =23.09L/min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，(1)快速空行程时的活塞腔进油流量=23.09L/min （2)快速空行程时的活塞腔的排油流量=4.01L/min （3）工作行程时的活塞腔进油流量=2.77L/min（4）工作行程时的活塞腔的排油流量=0.48L/min（5）回程时的活塞杆腔进油流量=3.21L/min（6）回程时的活塞腔的排油流量=18.47L/min2.顶出缸的进油流量与排油流量：(1)顶出时的活塞腔进油流量=(2)顶出时的活塞杆的排油流量=（3）回程时的活塞杆腔进油流量=(4)回程时的活塞腔的排油流量 =第5章确定液压泵规格，驱动电机功率液压泵的驱动功率及电动机的选择：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。第六章 立柱设计计算先按照中心载荷进行初步核算，许用应力不应大于55，并参照同类型液压机的立柱，初步定出立柱直径。按标准选取立柱螺纹。立柱螺纹区到光滑区过渡圆角应尽可能取大些，最好在3050mm之间。原设计主要参数为： F=8000KN H=300cm B=180cm(宽边立柱中心距) d=30cm(立柱光滑部分直径) e=10cm(允许偏心距)n=4（立柱的根数）立柱材料为45#钢，中频淬火620MPa，375MPa中心载荷时的应力： = = =22.2 （2-34）偏心载荷静载荷合成应力 由于小型液压机，可将立柱考虑为插入端的悬臂梁，m=0.25 =+=+=22.2+74.1=96.3 （2-35） 150,因此是安全的。对于截面的45#钢，375MPa，尺寸系数已考虑在内，立柱表面为精车，对于正火的45#钢，表面质量系数为0.9，因此可取为300MPa.过渡圆角半径为30mm.疲劳强度校核： =0.1 （2-36） =0.107 （2-37）从文献【10】中查出=1.58 K=1=0.70（1.58-1）=1.41 （2-38） =K=1.4196.3=104.4300 （2-39）为200MPa, 因此是安全的。立柱是四柱液压机重要的支承件和受力件，同时又是活动横梁的导向基准。因此，立柱应有足够的强度与刚度，导向表面应有足够的精度，光洁度和必要的硬度。连结形式立柱式机架是常见的机架形式，一般由4根立柱通过螺母将上、下横梁紧固地连结在一起，组成一个刚性的空间框架。在这个框架中，既安装了液压机本体的主要零部件，又在液压机工作时，承受液压机的全部工作载荷，并作为液压机运动部分的导向。整个机架的刚度与精度，在很大程度上取决于立柱与上、下横梁的连接形式与连接的紧固程度。图2.4 中、小型液压机立柱连结形式在中、小型液压机中，常用的连结形式有以下4种：1. 立柱用台肩分别支承上、下横梁，然后用外锁紧螺母上、下予以锁紧。这种结构中，上横梁下表面（工作台）上表面间的距离与平行度，全靠4根立柱台肩间尺寸的一致性来保证，因此装配简单，不需调整，装配后机架的精度也无法调整，且对立柱台肩间尺寸精度的加工要求很高。因此，这种结构仅在无精度要求的小型简易液压机中采用。2. 内外螺母式，即在立柱上分别用内、外两个螺母来固定上、下横梁，用内螺母来起上述台肩的支承作用，用外锁紧螺母上、下予以锁紧。上横梁下表面的水平度以及下横梁（工作台）上表面的水平度，两个表面之间的平行度与间距的保持，全靠安装时内螺母的调整，因此，对立柱的有关轴向尺寸要求不高，但对立柱螺纹精度（与立柱轴线的平行度）及内螺母精度（内螺母的螺纹对于上、下横梁贴合面的垂直度）要求较高，安装时调整比较麻烦。3. 在与上横梁连结处用台肩代替内螺母，精度调节和加工均不很复杂，但立柱预紧不如第2种方便。4. 与第3种形式基本相同，只是在下横梁处用台肩代替内螺母，但精度调节比第3种简便可靠。在设计中选用的是第四种连结方式。图2.5 组合式立柱螺母立柱的螺母及预紧立柱螺母一般为圆柱形，小液压机的立柱螺母是整体的，立柱直径在150mm以上时，做成组合式，由两个半螺栓紧固而成，材料用3545锻钢或铸钢。因为在设计中我选用的立柱为300mm，所以采用此种结构。立柱螺母的尺寸已有机械行业标准JB/T 2001.731999，螺母外径约为螺纹直径的1.5倍，内螺母一般与螺母等高，约为螺纹直径的0.9倍。25MN以下的液压机，其立柱多做成实心的，实心的立柱的两端要钻出预紧螺母用的加热孔。立柱的预紧分加热预紧与液压预紧。本次设计选用的是加热预紧方式。加热预紧 比较常用的方法，为此，立柱端部应钻有加热孔，其深度应大于横梁的高度。在立柱及上横梁安装好后，先将内、外螺母冷态拧紧，然后用电热棒或通入蒸汽等加热方法使立柱端部伸长，达到一定温度后，将外螺母再向下拧过一个角度，一般是用螺母外径上一点转过的弧长来度量。立柱冷却后，就在螺母与横梁之间产生一个很大的预紧力，使螺母不易松动。加热时应注意两对角立柱同时加热。立柱的导向装置活动横梁运动及工作时，一般以立柱为导向，由于活动横梁往复运动频繁，且在偏心加压时有很大的侧推力，因此，不可能让活动横梁与立柱直接接触，互相磨损，必须选择耐磨损、易更换的材料作为两者之间的导向装置。导向装置的质量直接关系到活动横梁的运动精度及被加工件的尺寸精度，也会影响到工作缸密封件与导向面的磨损情况，对模具寿命及机身的受力情况也均有影响，为此，必须合理选择导向装置的结构及配合要求。图2.6 导套导向装置可分为导套与平面导板两大类。导套对于圆截面的立柱，都是在活动横梁的立柱孔中采用导套结构，又可分为圆柱面导套和球面导套。圆柱面导套 在活动横梁的立柱孔中，各装有上、下两个导套，它们由两半组成，为了拆装方便，两半导套的剖分面最好有的斜度，导套两端装有防尘用的毡垫。这种导套结构简单，制造方便。本次设计中采用这种形式的导套。导套的材料计算导套材料一般采用铸锡青铜ZQSn6-6-3，小液压机也有用铁基粉末冶金的。导套比压q的计算 =1.33 MPa 满足要求 （2-40）式中 T机架计算中求得立柱上的侧推力（N） d导套内孔直径 (m) c导套高度（m） q许用比压 （MPa），对于ZQSn6-6-3，q=68 MPa限程套为防止运动部分超程，有些液压机在下横梁的4个立柱上安装限程套，一般为对开式，上、下两端应平行，4个限程套高度应一致，内孔比立柱直径大1-2mm，用铸铁制造。 图2.7 立柱安装限程套底座底座安装于工作台下部，与基础相连。底座仅承受机器之总重量。底座材料可选用铸铁件或焊接结构。主要考虑到外形的美观，对精度无要求。横梁参数的确定上横梁结构设计横梁由铸造制成，目前以铸造为多，一般采用ZG35B铸钢。 横梁的宽边尺寸由立柱的宽边中心距确定，上梁和活动梁的窄边尺寸应尽可能小些，以便锻造天车的吊钩容易接近液压机中心，梁的中间高度则由强度确定。设计上横梁时，为了减轻重量，根据“ 等强度梁”的概念，设计成图所示的不等高梁，即立柱柱套处的高度h 小于中间截面的高度H。但在过渡区( A处) 会有应力集中由于上横梁外形尺寸很大，为了节约金属和减轻重量，尽量使各个尺寸在允许的范围内降到最小。梁体做成箱形结构，在安装缸的地方做成圆筒形，安装立柱的地方做成方筒形，中间加设筋板，以提高刚度，降低局部应力。图2.8梁的不等高结构活动横梁结构设计活动横梁的主要作用:与工作缸柱塞杆连接传递液压机的压力，通过导向套沿立柱导向面上下往复运动;安装固定模具及工具等。因此需要有较好的强度、刚度及导向结构。活动横梁上部与工作缸柱塞相连，下部与上模座相连，梁体结构和受力状态都很复杂。当液压机工作时，高压液体作用于柱塞的力是通过活动横梁及上砧传递到锻件上而做功，活动横梁的上下运动则依靠梁与立柱的导向装置。活塞杆与横梁的连接 刚性连接 柱塞下端插入活动横梁内。 此种连接方式在偏心载时，柱塞跟随活动横梁一起倾斜，将动梁所受偏心力矩的一部分传给工缸导向套，使导向套承受侧向水平推力或一对力偶，从而加剧导向套及封的磨损。单缸液压机或三缸液压机的中间工作缸多采取此种结构。在活塞杆焊接法兰用螺钉与横梁连接，用12根M30的螺钉，达到预紧的目的。下横梁结构设计 下横梁的刚度要求应略严一些，以保证整个压机的刚性。下横梁直接与立柱、拉杆、工作台、回程缸和顶出器相连，梁体结构和受力状态都很复杂。对于下横梁，其设计原则与上横梁相同，是在满足相连部件最小几何尺寸要求和工艺要求的条件下，尽可能缩减其纵向、横向尺寸，这是有效提高梁的刚度、强度和减轻梁的重量应首先把握的主要原则。各横梁参数的确定因为液压缸与横梁间的垫片厚度为25cm，因此可以推算横梁的厚度取大于25cm即满足要求。考虑在垫片与横梁的连接面积比垫片与液压缸的连接面积少一半所以上横的受力部分厚度选用50cm，因为有空心部分，所以整体厚度选用75cm。活动横梁受力部分为35cm，整体厚度选用50cm。因为下缸的公称压力小，但受力打，所以整体厚度选用40cm。第七章 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： 根据GB2876-81标准，取其标准值630L。 下油箱容积： 根据GB2876-81标准，取其标准值1600L。第八章 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 第九章 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/min5ZKB7322齿轮泵18L/minBBXQ3电动机Y802-4三相异步电机4滤油器245L/minWU-250F5先导式溢流阀227L/minCG2V-8FW6溢流阀18L/minYF-L10B7电液换向阀227L/min24DY-B32H-Z8单向阀227L/minDF-L32H29压力继电器IPD01-H6L-Y10外控内泄型顺序阀227L/minXD4F-L32H11液控单向阀376L/minDFY-F50H212两位四通电磁换向阀18L/min24D-10H-TZ13液控单向阀227L/minDFY-F32H214顺序阀227L/minXD2F-L32H15主液压缸16顶出液压缸17电液换向阀227L/min24DY-B32H-Z18节流阀227L/minLDF-L32C19两位两通电磁换向阀227L/min22D-32B20先导式溢流阀227L/minCG2V-8FW21溢流阀227L/minYF-L32B管道及管接头管道及管接头用以把液压元件连接起来，组成一个完整的系统。正确的选择管道和管接头，对液压系统的安装、使用和维修都有着重要的意义。在设计管道时，管径应适应、路线应最短，管道弯头、接头应尽量小，以减小系统的压力损失。同时，管道的连接必须牢固可靠，防止振动松脱，并且要便于调整和维修。管道（1）管子的种类液压传动系统常用的管子有钢管、橡胶软管、尼龙管和塑料管等。应当根据液压元件的装置条件、部位和压力大小来选用油管的材料。我选用的是钢管。钢管 分为焊接钢管和无缝钢管。压力小于2.5 Mpa时可选用焊接钢管；压力大于2.5 MPa时，推荐用10号或15号无缝钢管；对于需要防锈防腐蚀的场合，可选用不锈钢管；超高压时可选用合金钢管。本设计主要选用合金钢管。钢管价格便宜，工作压力较高，但装配时不能任意弯曲，因此多用于装配部位限制较少和产品比较定型以及大功率的液压传动装置中，是液压传动系统主要的油管材料。（2）管子的内径和壁厚的确定管道尺寸一般由选定的标准元件连接口尺寸确定，也可以按管路允许流速进行计算。油缸快进时油管的流量可达。取管内流速。 =0.040 （3-1）取d=42mm主缸快退时进油管流量可达，则 =0.040取d=42mm顶出缸快进时油管的流量可达，则 =0.042取d=45mm顶出缸快退时进油管流量可达，则 =0.016取d=45mm（3）管接头 管接头用于油管之间或油管与液压元件之间的连接。对管接头的基本要求是工作可靠、密封性良好、对液流的阻力小、结构简单、安装和制造方便等。常用的管接头可分为金属管固定连接管接头、活动连接管接头和软管管接头等三类。1.金属管固定连接管接头 法兰连接 法兰连接的结构形式有焊接式和凸肩式两种。用12个高强度螺栓紧固，并采用O型橡胶密封圈密封。法兰连接常用于通径大于32mm的高压管道及超高压管道。这种连接的特点是牢固可靠，但外形尺寸较大，要求较大的空间。目前，法兰连接一般是采用方形的法兰，在直径大于125mm时，也可采用圆形法兰。 在设计中采用法兰式连接。液压控制阀的选择（1）先导式溢流阀 DB/DBW型先导式溢流阀具有压力高、调压性能平稳、最低调节压力低和调压范围大等特点。在设计中选用DBW型，可以控制系统的压力并能在任意时刻使之卸荷。 DBW30的通径为20MM，最大流量可达500，可以满足供油要求。（2）节流阀 Z2FS型节流阀是双单向叠加式节流阀，用来控制两个工作油口的主流量或先导油流量。将本元件装在先导阀和主阀之间，可以控制先导流量。 Z2fs型的通径为22mm，流量可达350，对于下油缸流量要求较小，所以，可以满足要求。（3）单向阀 S型单向阀 该阀为锥阀式结构，压力损失小。主要用于做背压阀和旁路阀用。 连接方式采用管式连接，通径为30mm，流量可达260 SV型液控单向阀 该阀为锥阀式结构，只允许油流正向通过，反向则截止。 连接方式采用螺纹连接，型号选SV25。通径为20mm，流量可达300（4）电磁换向阀 设计中采用三位四通电磁换向阀。次那个号为DSG系列，该系列电磁换向阀配有强吸力、高性能的湿式电磁铁，具有高压、大流量、压力损失低等特点。 选用S-DSG-03-3C 最大流量120。（5）顺序阀DZ型先导式顺序阀该阀利用油路本身压力来控制液压缸或马达的先后动作顺序，以实现油路系统的自动控制。改变控制油和泄露油的连接方法，该阀还可以作为卸荷阀和背压阀（平衡阀）使用。DZ型选通径25mm 流量可达300。（6）背压阀该阀可使背压随载荷变化而变化，载荷增大，背压自动降低，载荷减小则背压增加，使运动平稳性好，提高系统效率。选择FBF3型系列，满足最大32 MPa范围即可。第十章 液压系统稳定性论证1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。 (1.1) 确定油流的流动状态，回油路中液流的雷诺数为 由上可知，回油路中的流动是层流。 （1.2）沿程压力损失p 在回油路上，流速 则压力损失为 （1.3）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 （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。 （2.1）确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数为 回油路中液流的雷诺数为 由上可知，进回油路中的流动是层流。 （2.2）沿程压力损失p 在进油路上，流速 则压力损失为 在回油路上，流速 则压力损失为 （2.3）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 回油路总的压力损失为 （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。 （3.1）确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数为 由上可知，进油路中的流动是层流。 （3.2）沿程压力损失p 在进油路上，流速 则压力损失为 （3.3）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 2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=1.5710-3m3/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。 （1.1）确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数为 回油路中液流的雷诺数为 由上可知，进回油路中的流动是层流。 （1.2）沿程压力损失p 在进油路上，流速 则压力损失为 在回油路上，流速 则压力损失为 （1.3）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 回油路总的压力损失为 （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。 （2.1）确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数为 回油路中液流的雷诺数为 由上可知，进回油路中的流动是层流。 （2.2）沿程压力损失p 在进油路上，流速 则压力损失为 在回油路上，流速 则压力损失为 （2.3）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30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则进油路总的压力损失为 回油路总的压力损失为 从以上验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都能满足要求，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。3液压系统发热和温升验算 在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，帮按工进工况验算系统温升。 系统总的发热功率为 =38.65-34.5=4.15KW=4150W 已知油箱容积V=1600L=1.6m3，则油箱的近似散热面积A为 假定通风条件良好，取油箱散热系数Cr=1510-3KW/(m2)，则可得油液温升为 设环境温度T=25，则热平均温度为56.14，油箱散热基本可达到要求。第十一章 控制部分PLC概述 在本次设计中控制部分用可编程控制器，即PLC。关于可编程控制器的定义，1980年，NEMA将可编程控制器定义为：“可编程控制器是一种带有指令存储器，数字的或模拟输入/输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装