单注液压机液压系统设计-本科毕业论文

南昌航空大学科技学院学士学位论文 1 1、概述、概述 1.1液压传动发展概况 液压传动相对于机械传动来说是一门新技术， 但如从 17 世纪中叶巴斯卡提 出静压传递原理、18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，也已有二三百 年历史了。近代液压传动在工业上的真正推广使用只是本世纪中叶以后的事， 至于它和微电子技术密切结合，得以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功 率并加以精确控制，更是近 10 年内出现的新事物。 本世纪的 60 年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术（微电子技术） 等的发展再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内 的一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各方面都得到了应用。液压传动 在某些领域内甚至已占有压倒性的优势， 例如， 国外今日生产的 95%的工程机械、 90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。因此采用液压传动 的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。 当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、 高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、数字控制 等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、 计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面， 更日益显示出显著的成绩。 我国的液压工业开始于本世纪50年代， 其产品最初只用于机床和锻压设备， 后来才用到拖拉机和工程机械上。 自1964年从国外引进一些液压元件生产技术、 同时进行自行设计液压产品以来， 我国的液压件生产已从低压到高压形成系列， 并在各种机械设备上得到了广泛的使用。80 年代起更加速了对西方先进液压产 单柱液压机液压系统设计 品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能 在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水 平。 1.21.2 液压传动的工作原理及组成部分液压传动的工作原理及组成部分 1.2.1 液压传动的工作原理液压传动的工作原理 驱动机床工作台的液压系统，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停 阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管组成。它的工作原理： 液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，当它 从泵中输出进入压力管后，将换向阀手柄、开停手柄方向往内的状态下，通过 开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右移动。这时， 液压缸右腔的油经换向阀和回油管排回油箱。 如果将换向阀手柄方向转换成往外的状态下，则压力管中的油将经过开停 阀、节流阀和换向阀进入液压缸右腔，推动活塞和工作台向左移动，并使液压 缸左腔的油经换向阀和回油管排回油管。 工作台的移动速度是由节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的 油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。 为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的 推力，这个推力是由液压缸中的油液压力产生的。要克服的阻力越大，缸中的 油液压力越高；反之压力就越低。输入液压缸的油液是通过节流阀调节的，液 压泵输出的多余的油液须经溢流阀和回油管排回油箱，这只有在压力支管中的 油液压力对溢流阀钢球的作用力等于或略大于溢流阀中弹簧的预紧力时，油液 才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。所以，在系统中液压泵出口处的油液压力 是由溢流阀决定的，它和缸中的油液压力不一样大。 如果将开停手柄方向转换成往外的状态下，压力管中的油液将经开停阀和 回油管排回油箱，不输到液压缸中去，这时工作台就停止运动。 从上面的例子中可以得到： 1）动是以液体作为工作介质来传递动力的。 2）液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传 动是不相同的。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 3）压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下进行工作的， 因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。 1.2.2 液压传动的组成部分液压传动的组成部分 液压传动装置主要由以下四部分组成： 1）能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液 压泵，它给液压系统提供压力油。 2）执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是作直线运 动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。 3)制调节装置对系统中油液压力、 流量或流动方向进行控制或调节的装 置。例 如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的不同组合形成了不同功能 的液压系统。 4)辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。 它们对 保证系统正常工作也有重要作用。 1.31.3液压传动的优缺点液压传动的优缺点 液压传动有以下一些优点： 1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力，因为 液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出 3040 倍。在同等的功率下， 液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率 电动机的 12%左右。 2）液压装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置 易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回 转运动时可达 500 次/min，实现往复直线运动时可达 1000 次/min。 3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达 2000） ，它还 可以在运行的过程中进行调速。 4）液压传动易于自动化，这是因为它对液体压力、流量或流动方向易 于进行调节或控制的缘故。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结 合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，接受远程控制。 单柱液压机液压系统设计 5）液压装置易于实现过载保护。液压缸和液压马达都能长期在失速状 态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。液压件 能自行润滑，使用寿命较长。 6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、 制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也具有较大的机动性。 7）用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。 液压传动的缺点是： 1）液压传动不能保证严格的传动化，这是由液压油液的可压缩性和泄 漏等原因造成的。 2）液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失 等） ，长距离传动时更是如此。 3）液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影 响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。 4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价 较贵，而且对油液的污染比较敏感。 5）液压传动要求有单独的能源。 6）液压传动出现故障时不易找出原因。 总的说来，液压传动的优点是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善， 有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。 2 2、液压系统设计、液压系统设计 2.12.1明确设计要求，制定基本方案明确设计要求，制定基本方案 2.1.1 设计要求设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手进行 液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面 的情况了解清楚。 单柱液压机主机概况： 液压机公称力25 KN 南昌航空大学科技学院学士学位论文 液压系统最大工作压力8 Mpa 骨块行程125 MM 压头下行速度45 mm/s 压头上行速度130 mm/s 液压系统要完成以下动作循环： 2.1.2 制定液压系统基本方案制定液压系统基本方案 2.1.2.1 确定液压执行元件的形式确定液压执行元件的形式 在本设计中,液压缸是液压系统中的执行元件， 它是一种把液体的压力能转 换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠， 在液压系统中得到了广泛的应用。 液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸两类。活塞缸和柱塞缸的 输入为压力和流量，输出为推力和速度。 液压缸除了单个地使用外，还可以组合起来或和其它机构相结合，以实现 特殊的功能。 根据参考文献2表 37.5-1 我们选择活塞缸类中的单杆活塞液压缸，其特点及适用场合见表 2-1。 表表 2-1 名称特点适用场合 单杆活塞液 压缸 有效工作面积大，双向不 对称 往返不对称的直线运动 等 2.1.2.2 确定液压执行元件运动控制回路确定液压执行元件运动控制回路 1）为了实现液压缸的进和退，我们选择电磁换向阀作为液压系统的方向控 制阀。 电磁换向阀的基本工作原理是通过电磁铁控制滑阀阀芯的不同位置，以改 变油液的流动方向。当电磁铁断电时，滑阀由弹簧保持在中间位置或初始位置 （脉冲式阀除外） 。若推动故障检查按钮可使滑阀阀芯移动。电磁换向阀在液压 系统中的作用是用来实现液压油路的换向、顺序动作及卸荷等。由于电磁铁的 推力有限，电磁换向阀应用在流量不大的液压系统中。 2）为了实现其工进，可以选择调速阀或节流阀作为速度控制阀。 单柱液压机液压系统设计 节流阀的调节应该轻便、准确。在小流量调节时，如通流截面相对于阀心 位移的变化率较小，则调节的精确性较高。调节节流阀的开口，便可调节执行 元件运动速度的大小。 而调速阀的工作原理：液压泵出口（即调速阀进口）压力，由溢流阀调整， 基本上保持恒定。调速阀出口处的压力由活塞上的负载决定。所以当负载增大 时，调速阀进出口压差将将减小。 调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿，它适用于执行元件负载变化大 而运动速度要求稳定的系统中。 因此，在本设计中选择调速阀作为速度控制阀。 2.1.2.3 液压源系统液压源系统 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。在无 其它辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢 流阀流回油箱， 溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量尽量与系统所需流量相匹配。 油液的净化装置是液压源中不可缺少的。在此，我们在泵的小口装上粗滤 油器。（进入系统的油液根据被保护元件的要求， 通过相应的精滤油器再次过滤。 为防止系统中杂质流回油箱， 可在回油路上设置磁过滤器或其他型式的滤油器。 根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。 2.22.2液压系统各液压元件的确定液压系统各液压元件的确定 2.2.1 液压介质的选择液压介质的选择 液压介质应具有适宜的粘度和良好的粘温特性；油膜强度要高，具有较好 的润滑性能；能抗氧化，稳定性好；腐蚀作用小，对涂料、密封材料等有良好 的适应性；同时液压介质还应具有一定的消泡能力。 选择液压介质时，除专用液压油外，首先是介质种类的选择。根据液压系 统对介质是否有抗燃性的要求，决定选用矿油型液压油或抗燃型液压液。 其次，应根据系统中所用液压泵的类型选用具有合适粘度的介质。 最后，还应考虑使用条件等因素，如环境温度、工作压力、执行机构速度 等。当工作温度在 60以下，载荷较轻时，可选用机械油；工作温度超过 60 时，应选用汽轮机油或普通液压油。若设备在很低温度下启动时须选用低凝液 压油。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 据参考文献2表 37.3-12 中各普通液压油质量指标及应用以及本设计中 单柱液压机液压系统的要求选用 N32 号普通液压油，其各项质量指标见表 2-2。 表表 2-2 名称N32 号普通液压油 代号 / 原牌号YA-N32 / 20 号 运动粘度mm2/s (40)28835.2 运动粘度mm2/s (50)1723 粘度指数90 抗氧化安定性(酸值达 2mgKOH/g)h 1000 凝点-10 闪点(开口)170 防锈性(蒸镏水法)无锈 临界载荷N600 抗泡沫性(93)ml起泡 50 / 消泡0 抗磨性（四球，DB） N800 应用 适用于环境温度 040的各类中高压 系统（适用工作压力为 6.3-2.1MPa 2.2.2 拟定液压系统图拟定液压系统图 在这种单柱液压机上， 实现了 “工进 快退 停止” 的动作循环 （见图 2-1） 。 可以进行冲剪、弯曲、翻边、装配、冷挤、成型等多种加工工艺。表 2- 3 示此 单柱液压机的动作循环表，图 2-2 则是这种液压机的液压系统图，其滑块的工 作情况如图所示。 换向延时 快退停止进给停止 图 2-1单柱液压机动作循环图 单柱液压机液压系统设计 1 Y A2 Y A 7油 箱 1Y B1- 4 0 叶 片 泵 2 5 K N单柱液压机液压系统原理图 6Y D F 3 - E 1 0 B - B 电 磁 溢 流 阀 5A X F 3 - E 1 0 B 单 向 顺 序 阀 3A Q F 3 - E 1 0 B 单 向 调 速 阀 4油 缸 23 4 D F 3 O - E 1 0 B - D 电 磁 换 向 阀 图 2-2单柱液压机液压系统图 进油路液压泵 1 电磁换向阀 2 （左位） 单向调速阀 3 液压油缸 4 上腔 回油路液压油缸 4 下腔 单向顺序阀 5 电磁换向阀 2 （右位） 油 箱 7 表表 2-3 单柱液压机液压系统的动作循环表单柱液压机液压系统的动作循环表 动作名称信号来源电磁换向阀 2 的工作状态 滑块 工进1YA 通电左位 快退2YA 通电右位 2.32.3液压系统主要参数计算液压系统主要参数计算 2.3.1 选系统工作压力选系统工作压力 压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空 间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低， 势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料 南昌航空大学科技学院学士学位论文 消耗角度看也不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密 封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸 不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。 公称力为 2500KN 的单柱液压机属小型液压机类型，一般情况下，载荷不会 太高，参考资料2表 37.5-3，初步确定系统工作压力为 4MPa。 2.3.2 液压缸主要参数的确定液压缸主要参数的确定 2.3.2.1 液压缸设计中应注意的的问题液压缸设计中应注意的的问题 液压缸的设计和使用正确与否，直接影响到它的性能和易否发生故障。在 这方面，经常碰到的是液压缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞下垂 以及活塞杆的压杆失稳等问题。所以，在设计液压缸时，必须注意如下几点： 1）尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或受压状态下具有良好的纵 向稳定性。 2）考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲 装置和排气装置，系统中需有相应的措施。但是并非所有的液压缸都要考虑这 些问题。 3）正确确定液压缸的安装、固定方式。如承受弯曲的活塞杆不能用螺纹连 接，要用止口连接。液压缸不能在两端用键或销定们，只能在一端定位，为的 是不致阻碍它在受热时的膨胀。如冲击载荷使活塞杆压缩，定位件须设 置在活塞杆端，如为拉伸则设置在缸盖端。 4) 液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计， 尽可 能做到 结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。 2.3.2.2 液压缸主要参数的确定液压缸主要参数的确定 鉴于液压系统的最大工作压力P P1 1=8Mpa7Mpa 由参考文献1表 5-2 推荐初 定d=0.7Dd=0.7D 取液压缸 m =0.9 则此时活塞所受推力 27778 90 25 . FN 由式 1 1 P F A （2-1） 单柱液压机液压系统设计 6 1 104 27778 A =69.45 cm2 )A( D 14 （2-2） =9.38 cm 则d d= 0.7D D=6.07 cm 参考文献2表 37.5-8 及表 37.5-9 对这些直径圆整成就近标准值时 得：D D=100 mm d d=70 mm 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为： 578 4 2 1. D A cm2 0440 4 22 2. )dD( A cm2 2.3.3 液压缸强度校核液压缸强度校核 液压缸的缸筒壁厚、活塞杆直径d d和缸盖处固定螺栓直径在高压系统中 必须进行强度校核。 取：液压缸材料为 45#钢，无缝钢管 活塞杆材料 45#钢 2.3.3.1 壁厚强度校核壁厚强度校核 根据参考文献2表 37.7-64及表 37.7-65 选择液压缸外径为 121mm 即液压 缸壁厚=10.5mm 对于本系统： D 10为厚壁 按壁筒计算： 1 31 40 2y y . .D （2-3） 式中，D D为缸筒内径；P Py y为缸筒试验压力,当缸的额定压力 P Pn n 16Mpa 时， 取P Py y=1.5P Pn n； 为缸筒材料的许用应力， n b ，b 为材料抗拉强度，n n为 南昌航空大学科技学院学士学位论文 安全系数，一般取n n= 5 。 所以: Py=1.54=6 Mpa n b （2-4） 式中600 b N/mm2 n= 5 则 6 6 10120 5 10600 n b N/m2 得 2221 31 40 2 . . .D y y mm 510. mm 故缸体壁厚强度满足。 2.3.3.2 液压缸内活塞杆直径校核液压缸内活塞杆直径校核 活塞杆的直径d d按下式进行校核 F d 4 （2-5） 式中，F 为活塞杆上的作用力； 为活塞杆材料的许用应力, 41. b 则 ： 19 10600143 412777844 6 . . .F mm d 故活塞杆强度满足。 2.3.3.3 液压缸盖固定螺栓直径计算液压缸盖固定螺栓直径计算 液压缸盖固定螺栓直径按下式计算： F. ds 25 （2-6） 式中，F F为液压缸负载；Z 为固定螺栓个数；K K为螺纹拧紧系数； K=1.121.5，取K=1.3； 180 2 360 2 s MPa 则： 119 101804143 27778312525 6 . . Z KF. ds mm 单柱液压机液压系统设计 取ds=10 mm 2.3.4 液压缸稳定性校核液压缸稳定性校核 活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的力F F不能超过使它保持稳定工作所 允许的临界负载F Fk k，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。F Fk k的值与活 塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活 塞杆稳定性的校核依下式进行： k k n F F （2-7） 式中，n nk k为安全系数，一般取n nk k= 2 4，这里取n nk k= 4。 当活塞杆的细长比 k rl 21 时 2 2 2 l EJ FK （2-8） 当活塞杆的细长比 k rl 21 时，且 21 = 20 120时，则 2 2 2 1 k r la fA F （2-9） 式中，l l为安装长度，其值与安装方式有关，见表 2-1， k r为活塞杆横截面最小 回转半径，AJrk ； 1 为柔性系数，其值见表 2-2； 2 为由液压缸支承 方式决定的末端系数， 其值见表 2-4；E E为活塞杆材料的弹性模量， 对钢取E E=2.06 10 11N/M2；J J 为活塞杆横截面惯性矩；A A为活塞杆横截面积，f f为由材料强度决 定的实验值， 为系数，具体数值均见表 2-5。 表表2-4液压缸支承方式和末端系数液压缸支承方式和末端系数2的值的值 支承方式支承说明末端系数2 l l F 一端自由一端固定1/4 l l F 两端铰接1 l l F 一端铰接一端固定2 南昌航空大学科技学院学士学位论文 l l F 两端固定4 表表 2-5f、a、1的值的值 材料f10 8 N/M 2 1 铸铁5.6 1600 1 80 锻铁2.5 9000 1 110 软钢3.4 7500 1 90 硬钢4.9 5000 1 85 由此，根据实际设计的可得： ;90 1 ; 4 1 2 8 1043 .fN/M2； 2500 1 517 4 16 4 64 2 2 4 . d l d d d A J rk （2-10） 而l l125mm，取l l=175mm 10 k r l 45 2 1 90 21 则活塞杆稳定性按式： 2 2 1 k r l fA F 进行校核。 单柱液压机液压系统设计 代入数据： 6 10974 .F N 6 6 102431 4 10974 . . n F k 而1APFmaxW （2-11） 式中，F FW W为活塞所受最大推力 P Pmax max为系统最大压力为 8Mpa 。 A A1 1为液压缸无活塞杆腔的截面积，A A1 1= 78.5 cm 2 F FW W= 810 67.8510-3 = 6.2810 4 N 显然，FW kn F 所以，活塞杆稳定性满足。 2.3.5 计算液压缸实际所需流量计算液压缸实际所需流量 根据最终确定的液压缸的结构尺寸及其运动速度或转速，计算出液压缸实 际所需流量，见表 2-6。 表表 2 6液压缸实际所需流量液压缸实际所需流量 工况 活塞下行(工进)活塞上行(快退) 运动速度 10-2m/s = 4.5 = 13 结构参数 10-3m2A1= 7.85A2= 4.0 流量 10-4m3/sQ1= 3.53Q2= 5.21 计算公式Q = A 南昌航空大学科技学院学士学位论文 2.3.6 绘制液压缸工况图绘制液压缸工况图 Q 10 -4 m 3/s 停止工进换向延时 快退停止 t 3.53 5.21 图 2-3 液压缸工况图 2.42.4液压阀的选择液压阀的选择 2.4.1 液压阀的作用液压阀的作用 液压阀是用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的，因 此它可以分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。一个形状相同的阀，可以因为 作用机制的不同，而具有不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作 用控制着系统的压力和流量，而方向阀则利用通流通道的更换控制着油液的流 动方向。这就是说，尽管液压阀存在着各种各样不同的类型，它们之间还是保 持着一些基本共同之点。例如： 1）在结构上，所有的阀都由阀体、阀心（座阀或滑阀）和驱使阀心动作的 元、部件（如弹簧、电磁铁）组成。 2）在工作原理上，所有阀的开口大小，阀进、出口间的压差以及流过阀的 流量之间的关系都符合孔口流量公式，仅是各种阀控制的参数各不相同而已。 2.4.2 液压阀的基本要求液压阀的基本要求 液压系统中所用的液压阀，应满足如下要求： 1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。 2）油液流过时压力损失小。 单柱液压机液压系统设计 3）密封性能好。 4）结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。 2.4.3 液压阀的选择液压阀的选择 1）阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定 型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要 考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有 20% 以内的短时间过流量。 2）阀的型式，按安装和操作方式选择。 本系统工作压力在 4MPa 左右，所以液压阀均选用中压阀。所选阀的规格型 号见表 2-7。 表表 2-72-72525KN 单柱液压机液压阀名细表单柱液压机液压阀名细表 名称选用规格 单向调速阀AQF3-E10B 电磁溢流阀YDF3-E10B-B 电磁换向阀34DF30-E10B-D 单向顺序阀AXF3-E10B 3液压泵站及其辅助装置液压泵站及其辅助装置 在本设计中，我们将采用集成块的联接方式来进行液压系统的装配。其集成块单元回路 图见图 3-1； 南昌航空大学科技学院学士学位论文 9Y-1 00 压力表 8KF3- E3B 压力表开关 3AQ F3-E 10B 单向调速阀 5A XF3- E10 B 单向顺序阀 p1 4油缸 1 YA2YA 23 4DF3 O-E1 0B- D 电磁换向阀 6Y DF3- E10B -B 电磁溢流阀 1Y B1-40 叶片泵 工 进快 退 +- -+ 停 止 - - 1YA 2YA 状 态 名 称 7 油箱 OP X p1 图 3-1 集成块单元回路图 3.13.1液压泵站液压泵站 3.1.1 液压泵站概述及液压泵站油箱容量系列标准液压泵站概述及液压泵站油箱容量系列标准 3.1.1.1 液压泵站的概述液压泵站的概述 目前我国生产液压泵站的厂家很多，液压泵站的种类也繁多，但多数厂家 根据用户的具体要求设计和制造，尚未完全系列化、标准化。现在只有液压泵 站的油箱公称容量系列有国家标准。 3.1.1.2 液压泵站油箱公称容量系列（液压泵站油箱公称容量系列（GB 287681） 表表 3-1 油箱容量油箱容量 GB 2876-81L 46.310254063100160 25031540050063080010001250 160020003150400050006300 单柱液压机液压系统设计 3.1.2 各系列液压泵站的简述各系列液压泵站的简述 详细资料见参考文献237 篇第 10 章。 3.1.2.1 YZ 系列液压泵站系列液压泵站 YZ 系列液压泵站， 油箱容量有 256300L 等 18 种规格。 选用各种不同的泵， 得到各种不同流量、压力的规格。外形结构上有上置式（有立式及卧式）和非 上置式。 YZ 系列液压泵站生产厂有：上海高行液压件厂、长沙液压件厂、南京液压 件三厂等。 3.1.2.2 YGYG 型液压柜型液压柜 YG 型液压柜规格性能为油箱容量 250350L，压力 6.3MPa，流量有 40、63 和 100L/ min。上海液压件一厂生产。 3.1.2.3 YZS 型液压站型液压站 YZS 型液压泵站，油箱容量 100L，压力 6.3MPa，流量 16L/min。常州液压 件厂生产。 3.1.2.4 YGC 型液压柜型液压柜 YGC 型液压柜油箱容量 160L，压力 6.3MPa，流量有 12、25L/min，由北京 椿树机械厂生产。 3.1.2.5 CJZ 型液压站型液压站 CJZ 型液压泵站油箱容量有 100L 与 160L 两种，压力为 5MPa，流量为 2063L/min 范围。有定量泵与变量泵两种型式，成都液压元件一厂生产。 3.1.2.6 YH 型液压站型液压站 YH 型液压站油箱容量 1202000L，压力为 14 MPa，流量在 10250L/min 范 围，由沈阳重型机器厂生产。 3.1.2.7 SE 型液压泵站型液压泵站 SE 型液压泵站油箱容量 1400L，压力 7 MPa，流量 6.75m 3/s，上海冶金设计 院设计。 3.1.2.8 上重型液压站上重型液压站 上海重型机器厂液压站油箱容量 1200L 与 2200L 两种， 1200L 的工作压力为 1.5 MPa，2200L 的为 5 MPa，流量均为 320L/min。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 3.23.2液压泵液压泵 3.2.1 液压泵的选择液压泵的选择 液压泵是一种能量转换装置，它把驱动电机的机械能转换成输到系统中去 的油液的压力能，供液压系统使用。 液压泵的工作压力是指泵实际工作时的压力。液压泵的额定压力是指泵在 正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。 液压泵的额定流量是指在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的流量， 亦即在额定转速和额定压力下由泵输出的流量。 （1）液压泵工作压力的确定 1（3-13-1） P1是液压缸的工作压力，对于本系统： 44 1 1. F MPa 是泵到液压缸间总的管路损失。 由系统图可见， 从泵到液压缸之间串接有 一个单向调节器速阀和一个电磁换向阀，取= 0.6MPa 液压泵工作压力为： PP= 4.4 + 0.6 = 5 MPa (2) 液压泵流量的确定 maxQQ （3-23-2） 由工况图看出，系统最大流量发生在快退工况， 4 10215 .Qmax m 3/s， 泄漏系数 K = 1.2, 求得液压泵流量: 4 10316 .Q m m 2 2/s /s(37.8(37.8 L/mm)L/mm) 选用 YB1-40 型双联叶片泵。 双联叶片泵是在一个泵体内安装两个双作用叶片泵， 用同一个传动轴驱动。 安装大小不同的单泵，可以得到两种大小不同的流量，以适应液压系统各种不 同速度的要求。双作用叶片泵的工作原理是泵由转子、定子、叶片、配油盘和 端盖等件所组成。定子的内表双作用叶片泵的工作原理：面是由两段长半径圆 单柱液压机液压系统设计 弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线八个组成，且定子和转子是同心的。叶片 在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及通入叶片根部压力油的 作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转 子间便形成了一个个密封的工作腔。在转子顺时针方向旋转的情况下，密封工 作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区；在左下角和右上角处逐 渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区把它们隔开。这种泵的 转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，所以称为双作用 叶片泵。泵的两个吸油区和两个压油区是径向对称的，作用在转子上的液压力 径向平衡，所以又称为平衡式叶片泵。 3.2.2 液压泵装置液压泵装置 液压泵装置是指将电能转变为液压能所需要的设备、元件及其辅助元件。 具体而言，主要指电机、联轴器、液压泵、吸油管、排油管以及吸油管口的滤 油器。正确地设计尤其是正确地安装液压泵装置，是液压系统正常工作的重要 保证，必须予以足够的重视。 3.2.2.13.2.2.1 液压泵的安装方式液压泵的安装方式 金属切削机床的液压站，多用定量或限压式变量叶片泵。变量叶片泵仅能 卧式安装， 而定量叶片泵，无论是单泵还是双联泵，都可以有立式和卧式两种安装方式。 齿轮泵与柱塞泵一般为卧式安装。卧式安装的液压泵，其位置又可分为上置式 与非上置式两种。上置式指液压泵装置安装在油箱上，立式安装的液压泵皆为 上置式。 安装液压泵应注意的问题： 为了防止振动与保证液压泵的使用寿命， 液压泵必须牢固地紧固在箱盖 或基础上，注意经常检查连接螺钉是否松动。 调整好液压泵与电机的联轴器，使二者同心，用手拨动联轴器时不能有 松紧不一致的现象。 在有条件的情况下，尽量将液压泵（齿轮泵、定量叶片泵、螺杆泵）安 装在油 液内。 液压泵吸油管路的安装必须注意密封可靠及油管插入油液有足够的深 南昌航空大学科技学院学士学位论文 度，以防止空气被吸入液压泵。 安装液压泵时，应注意各类液压泵的吸油高度，正确确定液压泵与油液 液面的距离。各类液压泵的吸油高度见表 3-2： 表表 3-23-2 各类油泵吸油高度各类油泵吸油高度 油泵类型齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵 吸油高度（mm）300400不大于 500不大于 5005001000 3.2.2.23.2.2.2 液压泵与电机的联接液压泵与电机的联接 液压泵与电机之间的联轴器，一般用简单型弹性圈柱销联轴器或弹性圈柱 销联轴器，其二者的共同特点是传递扭矩范围较大，转速较高，弹性好，能缓 冲扭矩急剧变化引起的振动，能补偿轴位移。但在使用中应定期检查弹性圈， 发现其损坏后及时更换。上述两种联轴器中，简单型弹性圈柱销联轴器的结构 简单，装卸方便，使用寿命较长，帮比弹性圈柱销联轴器用得多些。应用上述 二种联轴器时，一定要注意弹性圈材料必须用耐油橡胶。 安装联轴器的技术要求是： 半联轴器 I 尽量做主动件。 半联验算其他工况时，液压泵的驱动功率均小于此值。查产品样本，选 用 5.5KW 的电动机。 注射机在整个动作循环中， 系统的压力和流量都是变化的， 所需功率变化较大， 为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电动机功率。 由前面的计算已知泵的供油压力应为 PP= 5MPa，取泵的总效率 P= 0.65，泵的总驱动功率为 毂强度。 最大同轴度偏差不大于 0.1mm(上海机床厂经验数据)，轴线倾斜角不大 于 40。 轴器与电动机轴配合时采用 6 7 R H 配合，与其他轴端则采用低于 6 7 R H 的配合， 否则应验算轮毂强度。 最大同轴度偏差不大于 0.1mm(上海机床厂经验数据)，轴线倾斜角不大 于 40。 3.33.3电动机功率的确定电动机功率的确定 注射机在整个动作循环中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较 单柱液压机液压系统设计 大，为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电动机功率。 由前面的计算已知泵的供油压力应为 PP= 5MPa，取泵的总效率 P= 0.65，泵的总驱动功率为 Q （3-33-3） 3 46 10650 1036105 . . 84. KW 验算其他工况时，液压泵的驱动功率均小于此值。查产品样本，选用 5.5KW 的电动机。 3.43.4液压管件的确定液压管件的确定 3.4.1 油管内径确定油管内径确定 由于本系统并未对油管内油液的流速作出规定，因此在整个系统中只需保证各 处的流量满足要求即可。初定泵吸油管处流速为 1m/s，则由式 V Q d 4 计 算得d d= = 8mm，由于油管的管径不宜选得过大，以免使液压装置的结构庞大； 但也不能选得过小，以免使管内液体流速加大，系统压力损失增加或产生振动 和噪声，影响正常工作。在强度保证的情况下，管壁可尽量选得薄些。薄壁易 于弯曲，规格较多，装接较易，采用它可减少管系接头数目，有助于解决系统 泄漏问题。考虑到与各液压阀的连接，也为了尽量减少管路中油压的损失，故 统一取油管内径为 10mm。 3.4.2 管接头管接头 管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式连接件，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 等各项条件。 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 南昌航空大学科技学院学士学位论文 的安装（包括正确的运输、储存、清洗、组装等）都要慎审从事，以免影响整 个液压系统的使用质量。 3.53.5滤油器的选择滤油器的选择 3.5.1 滤油器的作用及过滤精度滤油器的作用及过滤精度 滤油器在液压系统中，滤除外部混入或者系统运转中内部产生的液压油中 的固体杂质，使液压油保持清洁，延长液压元件使用寿命，保证液压系统的工 作可靠性。 一般认为 75%以上液压系统故障是由于液压油的污染所造成的。 因此 滤油器对液压系统来说，是不可少的重要组成部分。 滤油器的过滤精度用从液压油中过滤掉的杂质的颗粒大小表示，一般可分 为粗滤油器、普通滤油器、精密滤油器和特精滤油器四种，它们分别能滤去大 于 100m、10100m、510m 和 15m 大小的杂质。液压系统压力越高，要求 液压元件的滑动间隙越小，因些系统压力越高，要求的过滤精度也越高，其关 系见表 3-3： 表表 3-3 过滤精度与液压系统压力的关系过滤精度与液压系统压力的关系 系统类别一般液压系统伺服系统 压力MPa 773521 颗粒大小m255025105 滤油器按其滤心材料的过滤机制来分，有表面型滤油器、深度型滤油器和 吸附型滤油器三种。 3.5.2 选用和安装选用和安装 选用滤 I 油器时，要考虑下列几点： 1）过滤精度应满足预定要求。 2）能在较长时间内保持足够的通流能力。 3）滤心具有足够的强度，不因液压的作用而损坏。 4）滤心抗腐蚀性能好，能在规定的温度下持久地工作。 5）滤心清洗或更换简便。 单柱液压机液压系统设计 因此，滤油器应根据液压系统的技术要求，按过滤精度、通流能力、工作 压力、油液粘度、工作温度等条件来选定其型号。 在本设计中，选用网式滤油器，它具有结构简单、通油能力大、阻力小、 易清洗等特点。网式滤油器属于粗滤油器，一般安装在液压泵的吸油路上， 这种安装方式主要作用是保护液压泵。 3.63.6油箱及其辅件的确定油箱及其辅件的确定 3.6.1 油箱油箱 油箱在液压系统中除了储存油液外，还起着散发油液中的热量（在周围环 境温度较低的情况下则是保持油液中热量） 、分离油液中的气泡、沉淀固体杂质 等作用。油箱中安装有很多辅件，如空气滤清器及液位计等。 3.6.1.13.6.1.1 油箱的设计要点油箱的设计要点 设计油箱时应考虑如下几点： a .油箱必须有足够大的容积。以满足散热要求，停车时能容纳液压系统中 所有的油；而工作时又保持适当的油位要求等。 b. 吸油管及回油管应插入最低油位以下。以防止吸油管吸入空气；回油管 飞溅产生气泡。管口一般与油箱底、箱壁的距离不小于管径的 3 倍。吸油管应 安装 80 或 100m 的网式或线隙式滤油器，安装位置要便于装卸或清洗滤油器。 回油管口斜切 45角并面向箱壁，以防回油冲击油箱底部的沉积物。 c. 吸油管和回油管的距离尽可能远一点，中间要设置隔板，使油液在油箱 中流动速度缓慢一点，时间长一些，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的 效果。 d. 为了保持油液清洁，油箱应有密封的顶盖，顶盖上应没有带滤油网的注 油口及带空气滤清器的通气孔，注油及通气一般都由一个空气滤清器来完成。 为了便于放掉油，油箱底应有一定倾斜度，最低处设放油阀。 e. 箱壁上应考虑安装液面指示器、冷却器。加热器及温度计等位置。 f.油箱也可以设计成完全密封的充压式油箱，用以改善液压的吸油状况。 一般充气压力为 0.070.1MPa。 根据以上六点设计要点以及对照本设计的需要，绘制油箱简图如下： 南昌航空大学科技学院学士学位论文 2 9 8 7 6 5 4 3 1 1吸油管； 2网式滤油器；3空气滤清器； 4回油管； 5油箱盖； 6油位指示器； 7、9隔板； 8放油塞 图 3-1 油箱简图 3.6.1.23.6.1.2 油箱容量的确定油箱容量的确定 初始设计时，先按经验确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求 进行校核。 经验公式为： VQV m3（3-4） 式中，VQ 液压泵每分钟排出压力油的容积 m 3 经验系数，见表 3-4 表表 3-43-4经验系数经验系数 系统 类型 行走 机械 低压 系统 中压 系统 锻压 机械 冶金 机械 1 22 45 76 1210 在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全 部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于 最低限度。 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。 由此初定油箱容积取为 200L，其结构参数如表 3-5： 表表 3-53-5 油箱结构参数油箱结构参数 长mm80箱盖厚度mm15 单柱液压机液压系统设计 宽mm50箱底厚度 mm4 高mm50箱底倾角 mm15 3.6.1.3 确定油箱的有效容积确定油箱的有效容积 按经验公式（3-4）来初步确定油箱的有效容积： VQV 已知所选泵的总流量 37.8 L/min，这样，液压泵每分钟排出压力油的体积 37.8L。参照表 3-3，取 = 5，算得有效容积为： V V= 537.8 =189 L 3.6.2 空气滤清器空气滤清器 一般在油箱盖上应设置空气滤清器，它包括空气滤清装置和注油过滤网。 在此，我们选择 EFEF2 2-32-32 型空气滤清器，其技术性能见表 3-6： 表表 3-63-6 EF2-32-32 型空气滤清器技术性能表型空气滤清器技术性能表 规格EF2-32 加油流量 L/min14 空气流量 L/min100 油过滤面积 cm2120 螺钉（四只均布）mmM410 空气过滤精度 mm0279 油过滤精度125m（120 目/英寸） 3.6.3 油标油标 在油箱侧壁上一般应设置油标，以此作为油箱中油位的指示器。考虑到控 制油箱温度的重要性，选择 YWZ 型带温度计的液位指示器。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 4液压缸的设计计算液压缸的设计计算 4.14.1 液压缸的基本参数的确定液压缸的基本参数的确定 在 2-3 节中，我们已经对液压执行元件即液压缸的基本参数作过计算并校 核，其各参数见表 4-1： 表表 4-14-1 液压缸的基本参数液压缸的基本参数 缸径 Dmm100 活塞杆直径 dmm70 最大行程 Lmm125 缸体壁厚mm20.5 公称力 FKN125 4.24.2 液压缸主要零件的结构、材料及技术要求液压缸主要零件的结构、材料及技术要求 4.2.1 缸体缸体 4.2.1.14.2.1.1 缸体端部联接结构缸体端部联接结构 缸体端部的联接结构见表 4-2： 表表 4-24-2 缸体端部联接型式缸体端部联接