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工具锤装柄机液压系统设计,工具,锤装柄机,液压,系统,设计
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本科毕业设计 (论文 ) 题目：工具锤装柄机液压系统设计 I 工具锤装柄机液压系统设计 摘 要 随着五进出口产品出口增长，对产品质量要求愈趋严格。作为出口量较大的工具锤，其质量要求更为严格。工具锤装柄机具有方便快捷、有效解决手工 装柄中出现的锤柄不正、锤柄端部变形等特点。 本文分析了工具锤装柄机 的工作原理及结构。工具锤装柄机的工作过程包括：锤柄压入锤头，铆钉压入锤柄，压钉液压缸回程，压柄液压缸回程。针对压柄液压缸与压锤液压缸的设计是实现整个工具锤装柄机工作的基础，重点设计了压柄液压缸与压锤 液压缸的结构。并根据系统压力、流量选择了液压阀、电机、泵。本文的设计能够满足工具锤装柄机要求(系统压力 10率 4机质量 12分钟循环 4有效解决手工装柄中出现的锤柄不正、锤柄端部变形等问题。 关键词： 装柄机；液压元件；工具锤；锤柄；支撑架 of on a of a to of in of to is on of to of is to 02kN -6 is an to of in 要符号表 D 活塞直径 d 活塞杆直径 无杆腔的有效面积 有杆腔的有效面积 液压缸的工作压力 刚体材料的许用应力 液压缸的最大移动速度 录 1 绪论 . 1 目背景及研究意义 . 1 内外研究情况 . 1 论文研究的主要内容 . 2 2 工具锤装柄机整体方案的拟定 . 4 压系统的组成及其作用 . 4 具锤装柄机液压系统 . 4 机的功能结构 . 4 压系统及其工作原理 . 5 术特点 . 7 术参数 . 7 压系统方案确定 . 7 定液压泵的类型及调速方式 . 8 用执行元件 . 8 速运动回路和速度换接回路 . 8 向回路的选择 . 8 3 液压系统设计计算 . 9 统液压可以完成的工作循环： . 9 压执行元件的配置 . 9 载分析计算 . 9 定液压缸主要尺寸 . 10 定压柄液压缸的主要结构尺寸 . 10 定压钉液压缸的主要结构尺寸 . 10 塞杆强度计算 . 11 压缸活塞的推力及拉力计算 . 12 柄液压缸 . 12 钉液压缸 . 12 塞杆最大容许行程 . 13 压缸缓冲装置计算 . 14 置缓冲装置的目的和条件 . 14 冲装置的原理及要求 . 14 V 冲装置的类型 . 15 压缸长度及壁厚的确定 . 15 压缸内径计算 . 15 压缸壁厚计算 . 15 压缸筒与缸底的连接计算 . 16 4 元件选型及系统压力验算 . 18 压泵及其驱动电动机的选择 . 18 算液压泵 的最大工作压力 . 19 算液压泵的最大流量 . 19 择液压泵的规格 . 20 算液压泵的驱动功率并选择原动机 . 21 他液压元件的选择 . 21 压阀及过滤器的选择 . 21 管的选择 . 22 箱容积的确定 . 23 压系统压力损失验算 . 23 5 液压缸的设计 . 25 体 . 25 体端部连接结构 . 25 体材料 . 25 体技术条件 . 25 塞 . 25 塞与活塞杆的联接型式 . 25 塞的密封 . 26 塞的材料 . 26 塞的技术要求 . 26 塞杆 . 27 部结构 . 27 部尺寸 . 27 塞杆结构 . 27 塞杆的技术要求 . 28 塞杆的导向、密封和防尘 . 28 向套 . 28 塞杆的密封与防尘 . 28 压缸安装联接部分的型式及尺寸 . 29 压缸进出油口接头的联接螺纹尺寸 . 29 压缸为单耳环型安装的主要尺寸 . 29 塞式液压缸端部型式及尺寸 . 29 盖的材料 . 29 压缸的排气装置 . 29 冲调节阀 . 30 向阀 . 30 6 总结 . 31 参考文献 . 32 致谢 . 33 1 1 绪论 目背景及研究意义 机械化程度是现代工业先进的重要指标，随着五金产品出口增长，对产品质量的要求愈趋严格。不仅要求有良好的内在质量，而且外观要求规整。作为出口量较大的工具锤，出口对象主要是欧美发达国家，其质量要求更为严格。我国目前生产工具锤的企业自动化程度不高，产品质量不稳定，难以适应外贸出口增长的要求。液压传动和控制由于应 用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展，使液压系统和元件在技术水平上有很大提高。近年来，流体动力传动由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展，使液压气动系统和元件在技术水平上有很大提高。它已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。 工具锤装柄机由机械、液压、和电控三部分组成，其主机结构是床身：是整个主机的支撑件，其前面设有手动开关、电源开关和操纵方式电控按钮；待装的锤柄、锤头、铆钉分别放置在各自的 支撑架上；工作机构为压柄液压缸和压钉液压缸，液压站置于机器右侧，通过管理实现液压缸和液压站的油路联系。手动装柄时，把锤头、锤柄和铆钉放入各自的支撑架上并固定后，闭合电源开关，液压缸推动锤柄右移并压入锤头，接着铆钉在液压缸的推动下压入锤头，待锤柄和铆钉都压入锤头后，两缸依次回程；当锤柄缸回程并触动行程开关后便停止工作，这样便完成一次装柄工作。 在我国，液压行业已形成了门类齐全，有一定生产能力和技术水平，初具规模的生产科研体系。目前全国约有近 300 家企业，还有液压研究室（所），国家级液压元件质量监督检测中心以及 国家重点实验室。我国液压工业重视同国外企业进行有效的经济和技术合作，近年来先后从国外引进了很多液压元件和液压系统等制造技术，为提高产品水平和生产能力起了重要作用。本课题旨在前人的基础上，设计研究一套新型的工具锤装柄机液压系统，为在这一方面的研究提供理论依据。 内外研究情况 由于液压装柄机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，国内外液压装柄机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展，为改进液机的 2 性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。相比来讲，国内机型虽种类齐全，但技术含量相对较低， 缺乏技术含量高的高档机型，这与机电液一体化，中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。 在国内外液压装柄机产品中，按照控制系统，液压机可分为三种类型 :一种是以继电器为主控元件的传统型液压装柄机；一种是采用可编程控制器控制的液压装柄机；第三种应用高级微处理器（或工业控制计算机）的高性能液压装柄机。三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。 在生产能力及市场方面 国内液压机的产量每年都有很大的增长率，其中2004年， 国内液压机的销售额大约在 10亿元人民币， 2005年达到 13亿，到 2006年一季度，各液压机生产企业的的全年定单已基本饱和。 2004年，在销售收入上，国内突破亿元的企业已超过 3家，如合肥锻压机床有限公司、天津市天锻压力机有限公司、徐州压力机械股份有限公司，其中合肥锻压机床有限公司、天津市天锻压力机有限公司在 2005年销售收入已突破 5亿元。国内液压机从产值和销售收入上和国外发达国家比较，还不具有优势，但从生产的台数和总吨位上比较，在国际上，我国的液压机生产产量处于领先地位。 在产品的技术水平上，国内液压机单机的技术水平达到了国际中等或较先进水平。一些液压机生产企业通过技术引进或 与国内外同行业的合作，技术发展很快。但在一些技术含量较高的液压机中，某些关键技术，如液压和电控部分，还要通过与国内外的企业或研究单位合作，高档的液压元件和电控元件还主要依靠进口。目前，国内液压机产品还是以单机或单机组成的无关联的生产线为主，主要还是靠人工上下料。带自动上下料的液压机台数还不足 3%，由多台机器组成的自动线基本上还处于起步阶段。从产品分布上看，低档的液压机主要集中在小吨位上，其台数占有量超过总数的 70%，但产值不超过 30%，一般为小吨位的四柱或单柱液压机。具有一定技术含量的中档框架液压机的产值超过 50%。 在质量水平上，随着用户对产品质量要求的不断提高，国内各液压机生产企业越来越重视产品的质量问题。总体上讲，国产液压机在质量上和国外一些较知名公司的产品还有一定的差距，但随着国内制造商对质量的不断重视和管理水平的提高，国产液压机的质量会接近和赶上国际水平。 论文研究的主要内容 完成工具锤装柄机液压系统的压柄液压缸、压钉液压缸、支撑机架等关键功能装置的设计。主要技术参数：系统工作压力 10阅参考资料，根据任务 3 要求，我们拟定完成以下三点内容： 设计，以及工作原理的分析说明。 设计开发工具，完成工具锤装柄机液压系统的总体设计。 钉液压缸、支撑机架等关键功能装置的设计。主要技术参数：系统工作压力 10率 4机重量 12柄频率 4 /分。 4 2 工具锤装柄机整体方案的拟定 压系统的组成及其作用 一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。 动力元件的作用是将原 动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。叶片泵也就是常说的离心泵，优点是结构简单，流量大，调节也很方便。故选择叶片泵作为系统的油源。 执行元件 (如液压缸和液压马达 )的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件 (即各种液压阀 )在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀 (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。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。 具锤装柄机液压系统 机的功能结构 本课题研究的是工具锤装柄机的液压系统。首先要了解其工作原理， 装柄机的结构示意图如下： 5 制旋钮 图 工具锤装柄机原理结构示意图 （ 1）装柄过程。把锤头、锤柄和铆钉放入各自的保持架上并固定，闭合电源开关 4，并把装柄控制开关 3旋至手动位置；由液压控制系统 14操纵左液压缸 5推动锤柄 7右移，在液压作用下压入锤头 9，接着铆钉 11在右液压缸 13的推动下压入锤头；待锤柄和铆钉都压入锤头后，右、左液压缸 13、 5依次回程；当左液压缸 5回程并触发行程限位开关 6后便停止工作。这样便完成了一次装柄过程。当把装柄控制开关旋至自动装柄位置时，装柄过程同以上所述，只是当左液压缸回程并触到行程限位开关 6后不停止工作，而是进入另一个循环。 （ 2）装柄机的调整。一台装柄机经常遇到装不同规格的锤柄的情况，这就需要进行机器的调整。调整的构件主要是行程限位开关 6、锤柄支撑架 8、锤头支撑架 10以及铆钉支撑架 12。针对不同型号的锤子，都设计了相应的锤柄支撑架、锤头支撑架及铆钉支撑架。锤柄支撑架、锤头保持架及铆钉支撑架的更换要依据锤子的型号选择相对应的保持架。为便于更换， 锤柄支撑架 、锤头支撑架及铆钉支撑架均采用模块型式，采用螺栓固定。行程限位开关依据锤柄的长短进行调整。锤头锤柄较短，行程限位开关 6则需右移。行程限位开关的移动量依锤柄长短而定，一般取在刚好使锤柄能放入为准。这样避免了左液压缸 5的空行程过大，从而提高了装柄机效率。 压系统及其工作原理 液压系统的工作原理如图 示，其工作过程分为手动单循环操作过程和自动连续循环操作过程。 6 图 系统的执行器为压柄液压缸 9 和压钉液压缸 10，缸 9 和缸 10 的油路并联，由三位四 通电磁换向阀 4 控制缸的进回油方向，两个的动作顺序为：缸 9 前进（右行） 0 前进（左行） 0 退回（右行 退回（左行），由单向顺序阀 5和 7、压力继电器 6 及行程开关 11 综合控制；系统的油源为定量液压泵 1，其最高工作压力由溢流阀 2 或 3 设定。 手动单循环操作过程如下； （ 1）按下启动按钮，使机器处于工作状态； （ 2）把操作方式控制旋钮旋至手动位置； （ 3）把锤头、锤柄及铆钉放到各自的支撑架上。放置时注意锤柄及铆钉的方向，保证方向正确； （ 4）按下手动开关按钮，三位四通电磁阀 4 上的 电磁铁 1电，滑动阀 4 的通路情况为 A 与 P 相通， B 与 O 相通，泵的压力油先经过 P、 A 进入油缸 9的左腔，活塞按箭头 所示方向推动锤柄右移，直至把锤柄压入锤头。当锤柄完全压入锤头后，油压迅速升高；油压升高到足以打开顺序阀 7 时，油液进入油缸10 的右腔，使活塞沿箭头 所示方向推动铆钉左移，并把铆钉压入锤头； （ 5）此时油压进一步升高，当油压升高到打开压力继电器 6 时，三位四通电磁阀 4 的电磁铁 1电 2电，通路情况为 P 与 B 相通， A 与 O 相通，泵 7 的压力油经过 P、 B 进入油缸 10 的左腔，活塞按箭头 所示方向右 移至终点；至终点后油压升高打开顺序 5，油液进入油缸 9 的右腔，活塞按箭头 所示方向回程；当回程至触发行程限位开关时自动停止。 自动连续工作过程如下；控制旋钮旋至自动工作状态，三位四通电磁阀 4 上的电磁铁 1电，滑阀 4 的通路情况为 A 与 P 相通， B 与 O 相通。泵的压力油先经过 P、 A 进入油缸 9 的左腔，活塞按箭头 所示方向推动锤柄右移。当锤柄完全压入锤头后，油压迅速升高，打开顺序阀 7，油液进入油缸 10 的右腔，使活塞沿箭头 所示方向推动铆钉左移，并把铆钉压入锤头。此时油压又进一步升高，并打开压力继电器 6；压力继电器发出电 讯号，使控制开关切换到电磁铁2电状态；通路情况为 P 与 B 相通， A 与 O 相通；泵的压力油经过 P、 0 的左腔，活塞按箭头 方向右移至终点；至终点后油压升高打开顺序阀 5，油液进入油缸 9 的右腔，活塞按箭头 所示方向回程；当回程至触发行程限位开关 8 时， 控制开关又切换到电磁铁 1电状态，便又进入另一新的循环。 术特点 有流量阀及其带来的节流和溢流能量损失。 会因高压而影响换向的灵敏度。 压力继电器）和行程控制（电器行程开关）组合实现系统的电控元件控制，调整方便，性能可靠。 术参数 系统工作压力 10率 4机质量 12柄频率 4分。 压系统方案确定 此次毕业设计的课题是工具锤装柄机液压传动系统的设计。要完成的内容有以下几个方面： （ 1）完成工具锤装柄机液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择 设计开发工具，完成工具锤装柄机液压系统的总体设计。 （ 3）完成工具锤装柄机液压系统的压柄液压缸、压钉液压缸、支撑机架等 关键功能装置的设计。 工具锤装柄机的工作过程包括：锤柄压入锤头，铆钉压入锤柄，压钉液压缸 8 回程，压柄液压缸回程。针对压柄液压缸与压锤液压缸的设计是实现整个工具锤装柄机工作的基础，重点设计了压柄液压缸与压锤液压缸的结构。并根据系统压力、流量选择了液压阀、电机、泵。本文的设计能够满足工具锤装柄机要求 (系统压力 10率 4机质量 12分钟循环 4 )有效解决手工装柄中出现的锤柄不正、锤柄端部变形等问题。 定液压泵的类型及调速方式 参考同类压柄机，机床在工作进给时负载较大，速度较低。 而在快退时负载较小，速度高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双作用叶片泵供油。 用执行元件 因系统动作循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接。 速运动回路和速度换接回路 根据运动方式和要求，采用差动连接的快速运动回路来实现快速运动。即快进时，液压缸实现差动连接。 向回路的选择 本系统对换向的平稳性没有严格要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。为便于实现差动连接，选用了三位四通换向阀。为提高换向的位置精度，采用压 力继电器的行程终点返程控制。 3 液压系统设计计算 9 3 液压系统设计计算 统液压可以完成的工作循环： 压执行元件的配置 由于工具锤装柄机要求立式布置，行程较小，故选用缸筒固定的立式单杆活塞杆（取缸的机械效率 。 载分析计算 a. 初选液压缸的工作压力为1 4p 移动部件总重力 000 ， 静摩擦因数 2.0摩擦因数 1.0 b. 负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装备产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。这样需要考虑的力有：导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为摩擦力为 (惯性负载是运动部件在启动和制动过程中的惯性力，其平均值可按下式计算 (式中 g 重力加速度， 22 / ;/ 度变化量， 启动或制动时间， s；一般机械 t =载低速运动部件取小值，重载高速部件取大值，行走机械一般取 2/.0 。 i 4 0 7 . 0 0 上述三种负载之和即为液压缸的外负载 F。 10 定液压缸主要尺寸 定压柄液压缸的主要结构尺寸 要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固定的单杆式液压缸。快进时采用差动联接，并取无杆腔有效面积 1A 等于有杆腔有效面积 2A 的两倍，即 21 2 。为了防止在滑台突然前冲，在回油路中装有背压阀，初选背压b 5108 。 初选最大负载工进阶段的负载 F=23000N，按此计算 1A 则 2 3 2 21 55123000 6 . 3 9 1 0 6 4114 0 1 0 8 1 022m m c (压液压缸直径 14 4 6 4 9AD c m c m (由 21 2 可知活塞杆直径 0 . 7 0 7 0 . 7 0 7 9 6 . 3 8d D c m c m (按 2348所计算的 D 与 d 值分别圆整到最相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得 按标准直径算出 369(4)(定压钉液压缸的主要结构尺寸 要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固 定的单杆式液压缸。快进时采用差动联接，并取无杆腔有效面积 1A 等于有杆腔有效面积 2A 的两倍，即 21 2 。为了防止在滑台突然前冲，在回油路中装有背压阀，初选背压b 5108 。 初选最大负载工进阶段的负载 F=23000N，按此计算 1A 则 2 3 2 21 55123000 6 . 3 9 1 0 6 4114 0 1 0 8 1 022m m c (压锤液 压缸直径 11 14 4 6 4 9AD c m c m 由 21 2 可知活塞杆直径 0 . 7 0 7 0 . 7 0 7 9 6 . 3 8d D c m c m 按 2348所计算的 D 与 d 值分别圆整到最相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得 按标准直径算出 369(4)(塞杆强度计算 活塞杆在稳定工作下，如果仅受轴向拉力或压力载荷时，便可以近似的采用直杆承受拉、压载荷的简单强度计算公式进行计算， 活塞杆应力 24 (或 (式中 F 活塞杆所受的轴向载荷 d 活塞杆 直径 活塞杆制造材料的许用应力 根据以上公式可知 压柄液压缸 6 3221 0 1 0 3 2 0 . 9 1 03 . 1 4 6 . 344 压钉液压缸 3262103 2 0 . 12 可见，活塞杆的强度均满足要求。 压缸活塞的推力及拉力计算 液压油作用在液压缸活塞上的作用力 F，对于一般单边活塞杆液压缸来说，当活塞杆前进时的推力： 1211 4 (当活塞杆后退时的 拉力： 12222 -4 (当活塞杆差动前进时（即活塞的两侧同时进压力相同的压力油）的推力： 12213 4- (式中 D 活塞直径（即液压缸内径） cm d 活塞杆直径 p 柄液压缸 当活塞杆前进时的推力 ： 621211 当活塞杆后退时的拉
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