塑料制品液压机液压传动系统的设计.doc

摘摘 要要 液压机是利用液压传动技术进行压力加工的机械设备。液压机结构简单，布局灵活， 液压元件已经通用化和标准化，这些特点给设计和制造带来了方便。塑料制品液压机主 要应用于塑性制品的压制加工工艺，如压制、冲裁、弯曲、翻遍、薄板拉伸等。也可用 于校正、砂轮成型、冷挤金属零件成型等工艺。因为液压机操作简单，维护方便，所以 在国民经济各个领域得到了日益广泛的应用。本设计主要是对液压系统的设计。 对于液压部分的设计，首先了解对液压部分的要求，选择合适的回路循环方式，了 解液压系统的设计参数，选择合适的泵和马达。再格局已知的设计参数确定液压各个部 分的回路。选择合适阀来满足设计要求，达到预期的结果。最后设计液压的辅助元件， 使整个系统更加完善合理。 通过对液压系统原理的研究，包括对液压系统中主要元件的设计研究，液压缸的设 计使机器的液压系统更合理。 关键词关键词：塑料制品液压机；液压系统；液压缸 Abstract Hydraulic presses is one of the main processing equipment pressure which using hydraulic transmission technology . It is convenient to move the implementing agencies to achieve the desired relationship with many advantages, And so on merit. Meanwhile hydraulic components with a high degree of common, standardized features. Relatively simple design and manufacture. The four-colum hydraulic press is applicable to compression of plastic materials. For example, powder and plastics products forming and heat metal extrusion, metal sheet. steching, stamping, bending, edge-folding, straightening, depressed mounting and etc .Therefore, it is widely used in National economic department.the main design of the hydraulic system. The hydraulic part of the design, first of all understand the hydraulic part of the request, choose a suitable circuit cycle, understand the hydraulic system design parameters, choose a suitable pumps and motors. Then known pattern of the design parameters established in various parts of the hydraulic circuit. Choose the right valve to meet the design requirements, to achieve the desired results. Final design of the auxiliary hydraulic components so that the whole system more complete and reasonable. Through the principle of the hydraulic system, including the hydraulic system in the main components of the design study, the design of the hydraulic cylinder machines so that the hydraulic system more reasonable. KeywordsKeywords : : plastic product hydraulic press; hydraulic system; hydraulic cylinder 目目 录录 摘 要III ABSTRACT IV 目 录.V 1 绪论1 1.1 课题背景.1 1.2 发展趋势.1 2 方案论证3 3 液压机的设计及参数选择4 4 工况分析4 4.1 工况分析.5 4.2 负载图和速度图的绘制.6 5 液压机液压系统原理图设计8 5.1 自动补油的保压回路设计.8 5.2 释压回路设计.9 5.3 液压机液压系统原理图拟定.9 6 液压系统的计算和元件选型12 6.1 确定液压缸主要参数.12 6.1.1 计算液压缸的面积12 6.1.2 液压缸实际所需流量计算13 6.2 液压元件的选择.14 6.2.1 液压泵规格和驱动电机功率14 6.2.2 阀类元件及辅助元件的选择16 6.2.3 管道尺寸的确定19 6.2.4 系统温升的验算22 7 液压缸的结构设计24 7.1 液压缸主要尺寸的确定.24 7.1.1 液压缸壁厚和外经的计算24 7.1.2 液压缸工作行程的确定24 7.1.3 最小导向长度的确定25 7.1.4 液压缸的主要零件及技术要求26 8 液压站结构设计28 8.1 液压站的结构型式.28 8.2 液压泵的安装方式.28 8.3 液压油箱的设计.28 8.3.1 液压油箱有效容积的确定28 8.3.2 液压油箱的外形尺寸设计29 8.3.3 液压油箱的结构设计29 8.3.4 液压油的选择31 8.4 液压站的结构设计.32 8.4.1 电动机与液压泵的联接方式.32 8.4.2 液压泵结构设计的注意事项32 8.4.3 电动机的选择33 9 结论及展望34 9.1 结论.34 9.2 展望.34 致 谢35 参考文献36 1 1 绪论绪论 1.1 课题背景课题背景 液压传动开始应用于十八世纪末，但在工业上被广泛应用的时间比较短。有大幅度 的发展也就在近 50 年。因此，与其它传动方式比还是一项年轻的技术。当今液压技术广 泛应用于工程机械、起重运输、冶金工业、农用机械，轻工业和机床工业。 随着液压技术的不断发展，液压技术也广泛应用在高科技高精度的行业，如机床行业。 它能代替人们一部分频繁而笨重的劳动，能在条件恶劣的环境中工作。特别在数控机床 这类要求精度较高的领域有着不可代替的作用，出现了液压传动的自动化机床，组合机 床和自动生产线等。在国防工业中，如飞机，坦克、火炮等都普遍采用了液压传动装置 和液压控制装置。液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传 递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛 的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。 液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成 一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。 1.2 发展趋势发展趋势 当今研究的主要内容是高压粘性流体在密闭容器中流动规律和系统中承受高压的粘 性流体的运动规律。 液压系统有着独特的优势。其有着体积小，重量轻，可实现无级变速，运动平稳， 结构简单，操作方便，工作寿命长，液压元件易于通用化、标准化、系列化的特点。基 于以上优点，处于新兴技术的液压系统在近些年得到了大幅度的发展，还有着广泛的发 展空间。它正向高压化、高速花、集成化、大流量、大功率、高效率、长寿命、低噪音 的方向发展。 液压传动可以用很小的功率控制速度、方向。使用适当的节流技术可使执行元件的精度 达到最高。其布局安装有很大的灵活性，同体积重量比却比其他机械小的多。因此能构 成其他方法难以组成的复杂系统。液压传动能实现低速大吨位运动。采用适当的节流技 术可使运动机构的速度十分平稳。 液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机 械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁 工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装 置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用 的甲板起重机械（绞车） 、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制 装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行 器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。 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。 由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点： (1)体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的 1020%。因此惯性力 较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； (2)能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达 1：2000(一般为 1：100） 。 (3)换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线 往复运动的转换； (4)液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； (5)由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长； (6)操纵控制简便，自动化程度高； (7)容易实现过载保护。 (8)液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。 2 方案论证方案论证 目前冲压机床的传动方式主要有：液压式、气压式、电动式和机械传动方式等。传 动装置的选择正确与否，直接决定着冲压机的好坏。 1.气压传动的结构简单，成本低，易于实现无级变速；气体粘性小阻力损失小，流速快， 防火防爆。但是空气易于压缩，负载对传动特性的影响大，不易在低温环境下工作。空 气不易被密封，传动功率小。 2. 电气传动的优点是传动方便，信号传递迅速，标准化程度高，易于实现自动化，缺点 是平稳性差，易受到外界负载影响。惯性大，换向慢，电气设备和元件要耗用大量的有 色金属。成本高，受温度、湿度、震动、腐蚀等环境的影响大。 3. 机械传动准确可靠，操作简单，负载对传动特性几乎没有影响。传动效率高，制造容 易和维护简单。但是，机械传动一般不能进行无级调速，远距离操作困难，结构也比较 复杂等。 4.液压传动与以上几种传动方式比较有以下优点：获得力和力矩很大，体积小，重量轻， 能在大范围内实现无级调速，运动平稳，设计简单，操作方便，工作寿命长，易于通用 化、标准化、系列化。它有很广阔的发展空间。 从各方面考虑，液压传动系列基本符合设计要求，能达到预期的标准。所以，此次设计 将采用液压传动。 3 液压机的设计及参数选择液压机的设计及参数选择 当决定采用液压传动时，其设计步骤大体可分以下几步： (1)明确设计依据进行工况分析。 (2)确定液压系统的主要参数。 (3)拟订液压系统原理图。 (4)液压元件及液压油的选择。 (5)液压系统性能验算。 (6)绘制正式工作图和编制技术文件。 4 工况分析工况分析 本机器(见图 4.1)适用于该液压机适用于可塑性材料的压制工艺。如粉末制品成型、 塑料制品成型、冷（热）挤压金属成型、薄板拉伸以及横压、弯压、翻透、校正等工艺。 本机器具有独立的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自 动三种操作方式。本机器的工作压力、压制速度、空载快速下行和减速的行程范围均可 根据工艺需要进行调整，并能完成一般压制工艺。此工艺又分定压、定程两种工艺动作 供选择。定压成型之工艺动作在压制后具有保压、延时、自动回程、延时自动退回等动 作。 本机器主机呈长方形，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、 动作灵敏可靠。 图 4.1 塑料制品液压机 4.1 工况分析工况分析 1工作负载 Ft = 150 (4.1) N 63 1047. 18 . 910 2. 摩擦负载：摩擦负载就是液压缸驱动工作时所需要克服的机械摩擦阻力。 静摩擦阻力： Ffs= (4.2) N9808 . 95002 . 0 动摩擦阻力： (4.3) 0.1 500 9.8490 fd FN 3. 惯性负载：惯性负载即运动部件在启动和制动过程中的惯性力。 计算公式为： =（N） （4.4） F i ma g G t v 式中 运动部件的质量 （kg）m 运动部件的加速度 （m/s ）a 2 运动部件的重量 （N）G 重力加速度 （m/s ）g 2 速度变化值 （m/s）v 启动或制动时间 t (4.5) 0.3 ()500750 0.2 n v FmN t (4.6) 6 0.5 100.02412000 b FN 自重: (4.7) 4900GmgN 4. 液压缸在各工作阶段的负载值： 其中： 液压缸的机械效率，一般取=0.9-0.971。0.9 m m m 表 4.1 工况负载表 工况负载组成推力 F/ m 启动 8080 bfs FFFGN 8977.8N 加速 8340 bfdm FFFFGN 9266.7N 快进 7590 bfd FFFGN 8433.3N 工进 1477590 fdtb FFFFGN 1641766.67N 快退 5390 fdb FGFFN 5988.9N 4.2 负载图和速度图的绘制负载图和速度图的绘制 负载图按上面的数值绘制，速度图按给定条件绘制，如图 4.2 所示。 图 4.2 速度负载图 5 液压机液压系统原理图设计液压机液压系统原理图设计 5.1 自动补油的保压回路设计自动补油的保压回路设计 考虑到设计要求，保压时间要达到 5s，压力稳定性好。若采用液压单向阀回路当液 压缸压制行程终了时，系统压力升高。同时压力继电器控制电磁阀回中位，利用电磁阀 使液压泵卸荷。且保压时间长，压力稳定性高，设计中利用换向阀中位机能保压，设计 了自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制，在 0-20min 内可调整。此回路 完全适合于保压性能较高的高压系统，如液压机等。 自动补油的保压回路系统图的工作原理： 按下起动按纽，电磁铁 1YA 通电，换向阀 6 接入回路时，液压缸上腔成为压力腔， 在压力到达预定上限值时压力继电器 11 发出信号，使换向阀切换成中位；这时液压泵卸 荷，液压缸由换向阀 M 型中位机能保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时，压力 继电器又发出信号，使换向阀右位接人回路，这时液压泵给液压缸上腔补油，使其压力 回升。回程时电磁阀 2YA 通电，换向阀左位接人回路，活塞快速向上退回。 图 5.1 保压回路 5.2 释压回路设计释压回路设计 释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免突然释放 时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于 25mm、压力高于 7Mpa 时，其油腔在排油 前就先须释压2。 根据设计很实际的生产需要，选择用节流阀的释压回路。其工作原理：按下起动按 钮，换向阀 6 的右位接通，液压泵输出的油经过换向阀 6 的右位流到液压缸的上腔。同 时液压油的压力影响压力继电器。当压力达到一定压力时，压力继电器发出信号，使换 向阀 5 回到中位，电磁换向阀 10 接通。液压缸上腔的高压油在换向阀 5 处于中位（液压 泵卸荷）时通过节流阀 9、换向阀 10 回到油箱，释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降 至压力继电器的调定压力时，换向阀 6 切换至左位，液控单向阀 14 打开，使液压缸上腔 的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱 13 中去。使用这种释压回路无法在释压前保压， 释压前有保压要求时的换向阀也可用 M 型，并且配有其它的元件。 机器在工作的时候，如果出现机 器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候， 输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵 及液压元件的安全，在泵出油处加一个先导式溢流阀 3，起安全阀的作用，当泵的压力达 到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱。起到保护作用。在液压系统中， 一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的稳定性。使零件的加工精 度增高。 5.3 液压机液压系统原理图拟定液压机液压系统原理图拟定 下液压缸的工作循环 向上顶出时，电磁铁 3YA 通电，4YA 失电。 进油路：液压泵换向阀 19 右位单向节流阀 18下液压缸下腔 回油路：下液压缸上腔单向节流阀 17换向阀 19 右位油箱 当活塞碰到上缸盖时，便停留在这个位置上。 向下退回是在 4YA 得电，3YA 失电时产生的， 进油路：液压泵换向阀 19 左位单向节流阀 17下液压缸上腔 回油路：下液压缸下腔换向阀 19 左位油箱 原位停止是在电磁铁 3YA，4YA 都断电，换向阀 19 处于中位时得到的。 图 5.3 液压原理图 1 滤油器. 2 液压泵. 3 先导式溢流阀. 4 背压阀. 5 二位二通电磁阀 6. 三位四通电磁换向阀. 7 单向阀. 8 9 节流 阀. 10 二位二通电磁阀. 11 继电器. 12 压力表. 13 副油箱. 14 单向阀. 15 上液压缸. 16 下液压缸. 17 18 单向 节流阀. 19 三位四通手动换向阀. 20 减压阀. 上液压缸工作循环 (1)快速下行。按下起动按钮，电磁铁 1YA 通电，这时的油路为： 液压缸上腔的供油的油路 变量泵 1换向阀 6 右位节流阀 8压力继电器 11液压缸 15 液压缸下腔的回油路 液压缸下腔 15液控单向阀 7换向阀 6 右位电磁阀 5背压阀 4油箱 油路分析：变量泵 1 的液压油经过换向阀 6 的右位，液压油分两条油路：一条油路通过 节流阀 8 流经继电器 11，另一条路直接流向液压缸的上腔和压力表。使液压缸的上腔加 压。液压缸 15 下腔通过液控单向阀 7 经过换向阀 6 的右位流经背压阀，再流到油箱。因 为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀 14 打开，使副油箱 13 的液压油 经过副油箱旁边的液控单向阀 14 给液压缸 15 上腔补油。使液压缸快速下行，另外背压 阀接在系统回油路上，造成一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。 (2) 保压时的油路情况 油路分析：当上腔快速下降到一定的时候，压力继电器 11 发出信号，使换向阀 6 的 电磁铁 1YA 断电，换向阀回到中位，利用变量泵的柱塞孔从吸油状态过渡到排油状态， 其容积的变化是由大变小，而在由增大到缩小的变化过程中，必有容积变化率为零的一 瞬间，这就是柱塞孔运动到自身的中心线与死点所在的面重合的这一瞬间，这时柱塞孔 的进出油口在配油盘上所在的位置，称为死点位置。柱塞在这个位置时，既不吸油，也 不排油，而是由吸转为排的过渡状态。液压系统保压。而液压泵 1 在中位时，直接通过 背压阀直接回到油箱。 (3)回程时的油路情况 液压缸下腔的供油的油路： 变量泵 1换向阀 6 左位液控单向阀 7液压油箱 15 的下腔 液压缸上腔的回油油路： 腔的上腔液控单向阀 14副油箱 13 腔的上腔节流阀 8换向阀 6 左位电磁阀 5背压阀 4油箱 油路分析： 当保压到一定时候，时间继电器发出信号，使换向阀 6 的电磁铁 2YA 通 电，换向阀接到左位，变量泵 1 的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压缸的下 腔，而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀 9（电磁铁 6YA 接通） ，上腔油通过换向阀 10 接到油箱，实现释压，另外一部分油通过主油路的节流阀流到换向阀 6，再通过电磁阀 5，背压阀 4 流回油箱。实现释压。 6 液压系统的计算和元件选型液压系统的计算和元件选型 6.1 确定液压缸主要参数确定液压缸主要参数 按液压机床类型初选液压缸的工作压力为 25Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单 杆活塞液压缸3。快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无 杆腔工作面积 1 A 应为有杆腔工作面积 2 A 的 6 倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D满足 的关系。 5 6 dD 快进时，液压缸回油路上必须具有背压,防止上压板由于自重而自动下滑，可取 2 p =1Mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力 2 pp 必须大于无杆腔，估计时可取,快退时，回油腔是有背压的，这时亦按 1pMPa 2 p 2Mpa4来估算。 6.1.1 计算液压缸的面积计算液压缸的面积 可根据下列图形来计算 图 6.1 液压缸图 (6.1) 1 1 1221 12 () 6 m A F APA PAPP 故： (6.2) 3 22 1 26 1 () 150 109.8 0.0662 2 () (25)0.9 10 6 6 m F Amm P P (6.3) 1 (4) 0.2904 A Dm (6.4) 55 0.29040.265 66 dDm 当按 GB2348-80 将这些直径圆整成进标准值时得：,280dmm320Dmm 由此求得液压缸面积的实际有效面积为： 22 2 1 0.32 0.0803 44 D Am (6.6) 2222 2 2 ()(0.320.28 ) 0.01884 44 Dd Am 式中 液压缸的工作腔压力（MPa）P 1 液压缸的回油腔压力（MPa）P 2 =/4液压缸无杆腔有效面积（m）A 1 D 22 =（）/4有杆腔的有效面积（m）A 2 D 2 d 22 活塞直径（m）D 活塞杆直径（m）d 液压缸的工作效率 m 6.1.2 液压缸实际所需流量计算液压缸实际所需流量计算 工作缸快进所需流量 (6.7) 1 1 1 cv AV Q 式中 液压缸的有效面积（m2） A 液压缸的流速（m/s）V (6.5) 液压缸的容积效率，取 cv 0.96 cv (6.8) ) min (506 . 1 1096 . 0 60103 . 08030 3 3 1 L Q 工作缸工进所需流量 (6.9) 3 12 2 3 0.0803 0.01 1060 50.1875() min 0.96 10 cv AV L Q 工作缸快退所需流量 (6.10) 3 23 2 3 0.01884 0.06 1060 70.65() min 0.96 10 cv AV L Q 6.2 液压元件的选择液压元件的选择 6.2.1 液压泵规格和驱动电机功率液压泵规格和驱动电机功率 液压泵是将原动机的机械能转换为液压能的能量转换元件。在设计液压传动中，液压 泵作为动力元件向液压系统提供液压能。 液压泵工作的基础条件是： 1. 必须具备一个密封油腔，而且密闭油腔的容积在运转过程中应不断变化。 2. 泵的吸油是靠弹簧克服摩擦力的阻力、推力推动活塞下移而实现的，这样的泵具 有自吸能力。 由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为 ，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为（含回油路上的压力损失折算到25MPa1MPa 进油腔） ，则液压泵的最高工作压力为： (6.11) 6 11 (25 1) 1026 p PPPMPa 式中 液压缸或液压马达最大工作压力（MPa）P 1 由液压泵出口到液压缸或液压马达进口之间的管路沿程阻力损失和局部 P 阻力损失之和。这些阻力损失只有在液压元件选定后，并绘出管路布置图才能计算。在 初算时按经验数据选取：管路简单，流速不大的取=0.20.5MPa；管路复杂，流 P 速较大的取=0.51MPa。该系统取=1MPa P P 上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动 p P 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，其正常工作 压力为泵的额定压力的 80%左右5 因此选泵的额定压力应满足： n P (6.12) /0.826/0.831.25 np PPMpa 液压泵的最大流量应为： (6.13)max () pL qKq 式中液压泵的最大流量 p q 同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作， max ()q 尚须加溢流阀的最小溢流量。2 3minL 系统泄漏系数，一般取，现取。 L K 1.11.3 L K 1.1 L K (6.14)max ()1.1 (70.652.5)80.465 min pL L qKqq 1选择液压泵的规格 由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱塞变量 泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉床、液压机） ，柱塞 式变量泵有以下的特点： 1） 工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的 要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（），最200 400 5 10 Pa 高可以达到。 5 1000 10 Pa 2） 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。 3） 改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。 4） 柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量 小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。 根据以上算得的和在查阅相关手册机械设计手册成大先 P20-195 得：现选 p q p P 用，排量 63ml/r，额定压力 32Mpa，额定转速 1500r/min，驱动功率6314 1YCYB 59.2KN，容积效率，重量 71kg，容积效率达 92%。92% 2与液压泵匹配的电动机的选定 电动机分交流电动机和直流电动机两种，如无特殊说明时，一般选择交流。选择电 动机的类型和结构形成应根据电源种类（交流或直流） ，工作条件（环境、温度、空间、 位置等，载荷的大小和性质的变化，过载情况等） ，启动性能和启动、制动正反转的频率 程度等条件来选择。Y 系列三相笼式异步电动机是一般用途的的全封闭式鼠笼三相异步电 动机。由于结构简单，工作可靠，价格低廉，因此本设计选用此电动机。 由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油压力 值为 26Mpa，流量为已选定泵的流量值。液压泵的总效率。柱塞泵为，取 p 0.80 0.85 0.82。选用 1000r/min 的电动机，则驱动电机功率为： p (6.15)3 (18.3 50) 18.37 (60 0.82) (10) pp p p Pq NKW 选择电动机 ，其额定功率为 18.5KW。1804YM 6.2.2 阀类元件及辅助元件的选择阀类元件及辅助元件的选择 选择控制阀应按额定压力、最大流量、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来选择。 1. 应尽量选择标准定型产品，一般不使用自行设计专用的控制阀。 2. 一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些。必要时允许通 过阀的最大流量超过其额定流量的 20%。 3. 应注意差动液压缸由于面积差形成不同回油量对控制阀正常工作的影响。 方向控制阀主要有手动换向阀，机动换向阀，电磁换向阀等几种形式。由前面所分 析，本课题设计的机器所用的换向阀为手动换向阀。 手动换向阀是利用手动杆来操控的方向控制阀。该阀根据定位方式的不同，有弹簧 复位式和钢球定位式两种结构。 对手动控制阀的操作是通过杆机构在远程控制实现的。由于以上分析可得选用三位 四通手动换向阀。液压机在不同工作状态下要求换向阀处于中位。主要参数如下：阀芯 的最大位移量是 36mm，取中间为中位，那么-66 时阀芯处于中位，当6 时，阀SS 芯处于阀体左端，换向阀处于左端，液压缸下降运动，完成快进和工进工艺。当-6S 时，阀芯处于阀体右端，换向阀处于右端，液压缸上升运动，完成快退工艺。即阀芯的 左右位置为18mm。 由于本液压系统中要的是三个位置的换向阀，在这里简单介绍下三位四通换向阀的功 能。 1. 三位四通换向阀处于中位，各油口封闭，该液压泵处于卸荷状态。 2. 三位四通换向阀处于左端，油口 P 与 B 之间相连，A 与 O 之间相连，液压缸下降 动作，完成快进和工进两种工艺。 3. 三位四通换向阀处于右端，油口 P 与 A 之间相连，B 与 O 之间相连，液压缸上升 动作，完成快退工艺。如图 6.2 所示 图 6.2 三位四通手动换向阀 1. 对液压阀的基本要求： (1). 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小， (2). 密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。 2. 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格 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： 表 6.1 阀类元件及辅助元件型号与规格 序号元件名称 估计通过流量 () min L 型号规格 1 斜盘式柱塞泵 156.8 63SCY141B32Mpa，驱动功率 59.2KN 2 WU 网式滤油器 160WU-160*180 40 通径，压力损失 0.01MPa 3 先导式溢流阀 120DBT1/315G24 10 通径，32Mpa，板式联接 续表 6.1 序号元件名称 估计通过流量 () min L 型号规格 4背压阀80YF3-10B10 通径，21Mpa，板式联接 5 二位二通手动电磁 阀 8022EF3-E10B8 通经，20Mpa 6三位四通电磁阀10034DO-B10H-T10 通径，压力 31.5MPa 7液控单向阀80YAF3-E610B32 通径，32MPa 8 节流阀 80QFF3-E10B10 通径，16MPa 9 节流阀 80QFF3-E10B10 通径，16MPa 10 二位二通电磁阀 3022EF3B-E10B6 通径，压力 20 MPa 11 压力继电器 DP1-63B8 通径，10.5-35 MPa 12 压力表开关 KFL830E32Mpa，6 测点 13 油箱 14液控单向阀YAF3-E610B32 通径，32MPa 续表 6.1 序号元件名称 估计通过流量 () min L 型号规格 15 上液压缸 16 下液压缸 17 单向节流阀 48ALF3E10B10 通径，16MPa 18 单向截流阀 48ALF3E10B10 通径，16MPa 19 三位四通电磁换向 阀 2534DO-B10H-T6 通径，压力 26MPa 6.2.3 管道尺寸的确定管道尺寸的确定 油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必 须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设 计中所须的压力是高压，P=31.25MPa ， 钢管能承受高压，价格低廉，耐(6.3)PMPa 油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高 压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。 尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管用6。 胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢 丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻 丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成 本很高，因此非必要时一般不用。 1. 管接头的选用： 管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、 连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。 管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有： 焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。 管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M） 。锥螺纹 依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙 螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或 O 形圈进行端面密封，有时也 采用紫铜垫圈。 液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上，为此对管材的选用，接 头形式的确定（包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等） ，管系的设计 （包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等）以及管道的安装（包括正确的运输、 储存、清洗、组装等）都要考虑清楚，以免影响整个液压系统的使用质量。 国外对管子的材质、接头形式和连接方法上的研究工作从不间断，最近出现一种用 特殊的镍钛合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除即把 管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径，然后取出来迅速套装在管端上，便可使它在常温 下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已经在航空和其它一些加工行业中得到了 应用，它能保证在 4055Mpa 的工作压力下不出现泄漏。本设计根据需要，选择卡套式管 接头。要求采用冷拔无缝钢管。 2. 管道内径计算： (6.16) 4Q dm v 式中 Q通过管道内的流量 3 m s v管内允许流速 ，如图 6.2 所示 m s 表 6.2 液压系统管道流速 油液流经的管道推荐流速 m/s 液压泵吸油管0.51.5 液压系统压油管道36，压力高，管道短粘度小取大值 液压系统回油管道1.52.6 (1).液压泵压油管道的内径： 取 v=4m/s 4Q dm v (6.17) 3 44 50 10 16.3 60 3.14 4 Q dmmm v 根据机械设计手册成大先 P20-641 查得：取 d=20mm,钢管的外径 D=28mm; 管接头联接螺纹 M272。 (2).液压泵回油管道的内径： 取 v=2.4m/s 4Q dm v (6.18) 3 44 70.65 10 25 60 3.14 2.4 Q dmmm v 根据机械设计手册成大先 P20-641 查得：取 d=25mm,钢管的外径 D=34mm; 管接头联接螺纹 M332。 3.管道壁厚的计算 (6.19) 2 pd m 式中： p管道内最高工作压力 Pa d管道内径 m 管道材料的许用应力 Pa， b n 管道材料的抗拉强度 Pa b n安全系数，对钢管来说，时，取 n=8；时，7pMPa17.5pMPa 取 n=6； 时，取 n=4。17.5pMPa 根据上述的参数可以得到：我们选钢管的材料为 45#钢7，由此可得材料的抗拉强度 b =600MPa; (6.20) 600MPa 150MPa 4 (1).液压泵压油管道的壁厚 (6.21) 63 31.25 1020 10 2.1 2 2 150 pd mmm MPa (2).液压泵回油管道的壁厚 (6.22) 63 31.25 1025 10 2.6 2 2 150 pd mmm MPa 所以所选管道适用。 4.液压系统的验算 上面已经计算出该液压系统中进，回油管的内径分别为 32mm,42mm。 但是由于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。 6.2.4 系统温升的验算系统温升的验算 液压系统的压力，容积和机械三方面的损失构成总的能量损失。这些能量损失将转 化成热能，使液压系统油温升高，系统油温过高会产生下列不良影响： 1.使液压油的粘度大大降低，泄露增大，溶剂效率下降，并使油液节流元件的节流 特性变化，造成速度不稳。 2.引起热膨胀，使运动副之间间隙发生变化，变小的时候可能造成元件的“卡死” ，失去工作能力，变大的时候会造成泄露增大。 3.密封软管和过滤器等辅助元件，有一定的温度限制。如果温度超过这个限制，他 们就不能正常工作。 4.引起机器构件的热变形，而破坏其应有的精度。 在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主 要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以 只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。 当 V=10mm/s 时，即 v=600mm/min (6.23) 223 0.320.6/min48 10/min 44 qD vmm 即 min/48Lq 此时泵的效率为 0.9，泵的出口压力为 26MP，则有 (6.24) 26 48 23 60 0.9 PKWKW A 入 (6.25) KWFvP 33 1010 60 600 1470000 输出 即 KWP14.7 输出 此时的功率损失为： (6.26) 23 14.78.3PPPKWKW AA入入 假定系统的散热状况一般，取， (6.27) CcmKWK 23 /1020 油箱的散热面积 A 为 (6.28) 332222 0.0650.06516509.08AVmm 系统的温升为 (6.29) 3 8.3 35.7 20 109.08 P tCC KA 根据机械设计手册：油箱中温度一般推荐 30-50 ，所以验算表明系统的温升在 C 许可范围内。 7 液压缸的结构设计液压缸的结构设计 7.1 液压缸主要尺寸的确定液压缸主要尺寸的确定 7.1.1 液压缸壁厚和外经的计算液压缸壁厚和外经的计算 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，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径 D 与其壁厚的比值 10/D 的圆筒称为薄壁圆筒8。工程机械的液 压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 2 Dpy 设 计 计 算 过 程 式中 液压缸壁厚(m)； D液压缸内径(m)； 试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍； y p a MP 缸筒材料的许用应力。无缝钢管：。 a MP110100 =22.9 (7.1)y p18.3 1.25 a MP 则在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸 (18.3 1.25) 0.32 0.33 2220 35 y p D m mm 入 的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起 液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经为 1 D (7.2) mmDD3903523202 1 7.1.2 液压缸工作行程的确定液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅P12表 2-6 中的系列尺寸来选取标准值。 液压缸工作行程选 l= 500mm 缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度 t 按强度要求可用下面两式进行近似计算。 无孔时 (7.3) y p Dt 2 433. 0 有孔时 (7.4) 02 2 2 433 . 0 dD Dp Dt y 式中 t缸盖有效厚度(m)； 缸盖止口内径(m)； 2 D 缸盖孔的直径(m)。 0 d 液压缸： 无孔时 (7.5) 3 22.9 0.433 320 1063 110 tmmm 取 t=65mm 有孔时 (7.6) 3 22.9 310 0.433 0.31 1049.6 100 270 tmmm 取 t=55mm 7.1.3 最小导向长度的确定最小导向长度的确定 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的距离 H 称为最小 导向长度。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。 对一般的液压缸，最小导向长度 H 应满足以下要求： 设 计 计 算 过 程 220 DL H 式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。 活塞的宽度 B 一般取 B=(0.610)D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径 D 而 1 l 定； 当 D80mm 时，取。dl0 . 16 . 0 1 为保证最小导向长度 H，若过分增大和 B 都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之 1 l 间增加一隔套 K 来增加 H 的值。隔套的长度 C 由需要的最小导向长度 H 决定，即 8 BlHC 1 2 1 滑台液压缸： 最小导向长度： (7.7) 500320 185 202 Hmm 取 H=200mm 活塞宽度：B=0.6D=192mm 缸盖滑动支承面长度： 1 0.6168ldmm 隔套长度： 所以无隔套。 1 240192 16860 2 Cmm 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑 到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的 2030 倍9。 液压缸： 缸体内部长度 (7.8) 192500692LBlmmmm 当液压缸支承长度 LB(10-15)d 时，需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设计 不需进行稳定性验算。 7.1.47.1.4 液压缸的主要零件及技