毕业设计（论文）-5MN平板矫直机液压系统的设计（全套图纸）.pdf

XX 大学大学 毕业设计（论文） 5MN 平板矫直机液压系统的设计 系别：系别： 专业：专业： 学 生 姓 名 ：学 生 姓 名 ： 起 迄 日 期起 迄 日 期 : 设计设计(论文论文)地点地点: 指 导 教 师指 导 教 师 : 专业教研室负责人专业教研室负责人: 2013 年 月 日 II 目 录 目 录 . II 第 1 章 绪论 . 3 1.1 液压概况 . 3 1.2 液压工作原理 . 4 1.3 液压系统的设计步骤与设计要求 . 6 第 2 章 5MN 平板矫直机液压原理设计 . 6 2.1 液压工作原理 . 6 2.2 课题设计要求 . 7 第 3 章 5MN 平板矫直机工作机构设计 . 8 3.1 液压缸的设计 . 8 3.2 活塞杆的设计 . 10 3.3 活塞的设计 . 11 3.4 导向套的设计与计算 . 12 3.5 端盖和缸底的设计与计算 . 14 3.6 缸体长度的确定 . 15 3.7 缓冲装置的设计 . 15 3.8 排气装置 . 15 3.9 密封件的选用 . 17 3.10 防尘圈 . 19 第 4 章 液压系统设计 . 20 4.1 系统液压可以完成的工作循环 . 20 4.2 液压执行元件的配置 . 20 4.3 负载分析计算 . 20 4.4 液压泵及其驱动电动机的选择 . 21 4.4.1 液压泵的最大工作压力 . 22 4.4.2 计算液压泵的最大流量 . 22 4.4.3 选择液压泵的规格 . 23 III 4.4.4 计算液压泵的驱动功率并选择原动机 . 24 4.5 其他液压元件的选择 . 24 4.5.1 液压阀及过滤器的选择 . 24 4.5.2 油管的选择 . 25 4.5.3 油箱及其辅件的确定 . 26 4.6 液压系统压力损失验算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 总结 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 第 1 章 绪论 1.1 液压概况 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。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 4 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。 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。 1.2 液压工作原理 驱动的液压系统，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。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。 液压传动有以下一些优点： 附 录 5 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。 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。 6 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。 1.3 液压系统的设计步骤与设计要求 液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设 计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥 液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修 方便的液压传动系统。 第 2 章 5MN 平板矫直机液压原理设计 2.1 液压工作原理 根据与老师协商，本课题设计的矫直机适用于平板的粗矫，采用 8 个液压缸进行工 作。 附 录 7 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作。也 有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用 溢流阀调节所需压力，并保持恒定。容积节流调速采用变量泵供油。节流阀或调速阀控 制流人(或流出)执行元件的流量，使泵的流量与执行元件所需的流量相适应。优点是无 溢流损失，速度负载特性好，效率高。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油， 这时可考虑用增压回路得到高压而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中某 段时问不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在本系统中，采用 变量泵供油，节流阀控制元件流量。 5MN平板矫直机快速开启关闭是本套矫直机的一大特点，要达到这一特性泵站的瞬 时流量就会很大，故采用蓄能器实现快速动作，蓄能器的设计既大量 地节省了能源， 又有效地缓解了液压系统中的冲击和脉动。 另外回油管路设置了单向阀， 增加了回油背压，使系统运行平稳，该原理图中所有涂黑的截止阀在系 统的初始状态都处于截止状态。 2.2 课题设计要求 主要技术参数：工作载荷 5MN。 8 第 3 章 5MN 平板矫直机工作机构设计 基本技术数据，是根据用途及结构类型来确定的，它反映了工作能力及特点，也基 本上上确定了轮廓尺寸及本体总质量等。 3.1 液压缸的设计 工作压力 p 的确定。工作压力 p 可根据负载大小及机器类型初步确定，先查表取液 压缸工作压力为 16MPa. 设备类型 机 床 农 业 机 械 或 中 型 工 程机械 液压机、 重型机械、 起重运输机械 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力 P（MPa） 0.82.0 35 28 810 1016 2032 5MN 平板矫直机拟采用 8 个油缸同时进行工作的，最大负荷为 F=5MN=5X106N 并且工作过程为前进后退过程的工作循环。液压缸的机械效率95. 0 m = 工进时候的负载是最大的， 每个液压缸内径的计算 D= P F 8/4 103=228.8mm P=16Mpa 查液压传动与控制手册经过标准化处理 D=250mm。 表 1 液压缸内径系列 mm 附 录 9 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 1.液压缸缸体厚度计算 缸体是液压缸中最重要的零件，当液压缸的工作压力较高和缸体内经较大时，必须 进行强度校核。缸体的常用材料为 20、25、35、45 号钢的无缝钢管。在这几种材料中 45 号钢的性能最为优良，所以这里选用 45 号钢作为缸体的材料。 2 DPy 式中， Py实验压力， MPa。 当液压缸额定压力 Pn5.1MPa 时， Py=1.5Pn， 当 Pn16MPa 时，Py=1.25Pn。 缸筒材料许用应力，N/mm 2 。 = n b ， b 为材料的抗拉强度。 注：1.额定压力 Pn 额定压力又称公称压力即系统压力，Pn=5.1MPa 2.最高允许压力 Pmax Pmax1.5Pn=1.2516=20MPa 液压缸缸筒材料采用 45 钢，则抗拉强度： b=600MPa 安全系数 n 按液压传动与控制手册P243 表 210，取 n=5。 则许用应力= n b =120MPa 2 DPy = 1202 25020 10 =20.8mm 10= D ,满足10 D 。所以液压缸厚度取 25mm。则液压缸缸体外径为 300mm。 3.2 活塞杆的设计 查液压传动与控制手册根据杆径比 d/D，一般的选取原则是：当活塞杆受拉时， 一般选取 d/D=0.3- 0.5，当活塞杆受压时，一般选取 d/D=0.5- 0.7。本设计选择 d/D=0.7， 即 d=0.7D=0.7250=175mm。 表 2 活塞杆直径系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 故取 d=180mm。 2.活塞杆强度计算： 4 d F （4-4） 式中 许用应力；MPa80 5 004 n b = （Q235 钢的抗拉强度为 375-500MPa，取 400MPa，为位安全系数取 5，即活塞杆的强度适中） 3活塞杆的结构设计 活塞杆的外端头部与负载的拖动电机机构相连接，为了避免活塞杆在工作生产中偏 心负载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率，应根据负载的具体情况，选择适 当的活塞杆端部结构。 附 录 11 4.活塞杆的密封与防尘 活塞杆的密封形式有 Y 形密封圈、 U 形夹织物密封圈、 O 形密封圈、 V 形密封圈等6。 采用薄钢片组合防尘圈时，防尘圈与活塞杆的配合可按 H9/f9 选取。薄钢片厚度为 0.5mm。为方便设计和维护，本方案选择 O 型密封圈。 液压缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表 4-4 选 取标准值。液压缸活塞行程参数优先次序按表 4 中的 a、b、c 选用。 表 4（a）液压缸行程系列（GB 2349-80）6 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表 4（b） 液压缸行程系列（GB 2349-80）6 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 表 4（c） 液压缸形成系列（GB 2349-80）6 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 液压缸长度 L 根据工作部件的行程长度确定。从制造上考虑，一般液压缸的长度 L 不会大于液压缸直径的 20 到 30 倍。 这里取 L=1000 3.3 活塞的设计 由于活塞在液压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不 12 能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且 容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率， 使液压缸达不到要求的设计性能。 活塞与缸体的密封形式分为：间隙密封（用于低压系统中的液压缸活塞的密封） 、 活塞环密封（适用于温度变化范围大、要求摩擦力小、寿命长的活塞密封） 、密封圈密 封三大类。 其中密封圈密封又包括 O 形密封圈 （密封性能好， 摩擦因数小， 安装空间小） 、 Y 形密封圈（用在 20Mpa 压力下、往复运动速度较高的液压缸密封） 、 x Y 形密封圈（耐 高压，耐磨性好，低温性能好，逐渐取代 Y 形密封圈） 、V 形密封圈（可用于 50Mpa 压力 下，耐久性好，但摩擦阻力大） 。综合以上因素，考虑选用 O 型密封圈。 3.4 导向套的设计与计算 1.最小导向长度 H 的确定 当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中点到到导向套滑动面中点的距离称为最小导 向长度1。如果导向长度过短，将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸工 作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度。根据经验, 当液压缸最大行程为 L,缸筒直径为 D 时,最小导向长度为: 220 DL H+ （4- 5） 一般导向套滑动面的长度 A， 在缸径小于 80mm 时取 A=(0.61.0)D， 当缸径大于 80mm 时取 A=(0.61.0)d.。活塞宽度 B 取 B=(0.61.0)D。若导向长度 H 不够时,可在活塞杆 上增加一个导向套 K(见图 4-1)来增加 H 值。隔套 K 的宽度) 2 1 BAHC+=（。 附 录 13 图 4-1 液压缸最小导向长度1 2.导向套的结构 导向套有普通导向套、易拆导向套、球面导向套和静压导向套等，可按工作情况适 当选择。 1）普通导向套 这种导向套安装在支承座或端盖上，油槽内的压力油起润滑作用和 张开密封圈唇边而起密封作用6。 2）易拆导向套 这种导向套用螺钉或螺纹固定在端盖上。当导向套和密封圈磨损 而需要更换时，不必拆卸端盖和活塞杆就能进行，维修十分方便。它适用于工作条件恶 劣，需经常更换导向套和密封圈而又不允许拆卸液压缸的情况下。 3）球面导向套 这种导向套的外球面与端盖接触，当活塞杆受一偏心负载而引起 方向倾斜时，导向套可以自动调位，使导向套轴线始终与运动方向一致，不产生“憋劲 “现象。这样，不仅保证了活塞杆的顺利工作，而且导向套的内孔磨损也比较均匀。 4）静压导向套 活塞杆往复运动频率高、速度快、振动大的液压缸，可以采用静 压导向套。由于活塞杆与导向套之间有压力油膜，它们之间不存在直接接触，而是在压 力油中浮动，所以摩擦因数小、无磨损、刚性好、能吸收振动、同轴度高，但制造复杂， 要有专用的静压系统。 14 3.5 端盖和缸底的设计与计算 在单活塞液压缸中，有活塞杆通过的端盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸 底。端盖、缸底与缸筒构成密封的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受液压力，而 且必须具有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔（或装导向套的孔）及防尘圈、密 封圈槽，还有连接螺钉孔，受力情况比较复杂，设计的不好容易损坏。 1.端盖的设计计算 端盖厚 h 为： )-3p( h 1 cp cp d dD = 式中 D1螺钉孔分布直径，cm； P液压力， 2 kgf/cm ； cp d密封环形端面平均直径，cm； 材料的许用应力， 2 kgf/cm 。 2.缸底的设计 缸底分平底缸，椭圆缸底，半球形缸底。 3.端盖的结构 端盖在结构上除要解决与缸体的连接与密封外，还必须考虑活塞杆的导向，密封和 防尘等问题6。缸体端部的连接形式有以下几种： A焊接 特点是结构简单，尺寸小，质量小，使用广泛。缸体焊接后可能变形， 且内缸不易加工。主要用于柱塞式液压缸。 B螺纹连接（外螺纹、内螺纹） 特点是径向尺寸小，质量较小，使用广泛。缸体 外径需加工，且应与内径同轴；装卸徐专用工具；安装时应防止密封圈扭曲。 C法兰连接 特点是结构较简单，易加工、易装卸，使用广泛。径向尺寸较大， 附 录 15 质量比螺纹连接的大。非焊接式法兰的端部应燉粗。 D拉杆连接 特点是结构通用性好。缸体加工容易，装卸方便，使用较广。外形 尺寸大，质量大。用于载荷较大的双作用缸。 E半球连接，它又分为外半环和内半环两种。外半环连接的特点是质量比拉杆连 接小，缸体外径需加工。半环槽消弱了缸体，为此缸体壁厚应加厚。内半环连接的特点 是结构紧凑，质量小。安装时端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油口边缘擦伤。 F钢丝连接 特点是结构简单，尺寸小，质量小。 3.6 缸体长度的确定 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。缸体外形长度还需要考 虑到两端端盖的厚度1。一般液压缸缸体长度不应大于缸体内经的 2030 倍。 3.7 缓冲装置的设计 液压缸的活塞杆（或柱塞杆）具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大 的动量。 在它们的行程终端， 当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时， 会引起机械碰撞， 产生很大的冲击和噪声。采用缓冲装置，就是为了避免这种机械撞击，但冲击压力仍然 存在，大约是额定工作压力的两倍，这就必然会严重影响液压缸和整个液压系统的强度 及正常工作。缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底 或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零。 当液压缸中活塞活塞运动速度在 6m/min 以下时，一般不设缓冲装置，而运动速度 在 12m/min 以上时，不需设置缓冲装置。在该组合机床液压系统中，动力滑台的最大速 度为 4m/min,因此没有必要设计缓冲装置。 3.8 排气装置 如果排气装置设置不当或者没有设置排气装置，压力油进入液压缸后，缸内仍会存 16 在空气6。 由于空气具有压缩性和滞后扩张性,会造成液压缸和整个液压系统在工作中的 颤振和爬行,影响液压缸的正常工作。 比如液压导轨磨床在加工过程中， 这不仅会影响被 加工表面的光洁程度和精度， 而且会损坏砂轮和磨头等机构。 为了避免这种现象的发生， 除了防止空气进入液压系统外，还必须在液压缸上设置排气装置。配气装置的位置要合 理，由于空气比压力油轻，总是向上浮动，因此水平安装的液压缸，其位置应设在缸体 两腔端部的上方；垂直安装的液压缸，应设在端盖的上方。 一般有整体排气塞和组合排气塞两种。整体排气塞如图 4- 2（a）所示。 表 5 排气阀（塞）尺寸 6 d 阀座 阀杆 孔 c 1 d 2 d D 1 l 2 l 3 l 1 L s 4 d 4 l 5 l 2 L 3 d 4 d M16 6 11 6 19.2 9 3 2 31 17 10 8.5 3 48 46 23 M20 x2 8 14 7 25.4 11 4 3 39 22 13 11 4 59 48 28 图 4- 2 (a) 整体排气孔 图 4- 2（b） 组合排气孔 附 录 17 图 4-2（c） 整体排气阀零件结构尺寸 由于螺纹与缸筒或端面连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空 气从锥面空隙中挤出来并经过斜孔排除缸外。这种排气装置简单、方便，但螺纹与锥面 密封处同轴度要求较高， 否则拧紧排气塞后不能密封， 造成外泄漏。 组合排气塞如图 4- 2 （b）所示，一般由络螺塞和锥阀组成。螺塞拧松后，锥阀在压力的推动下脱离密封面 排出空气。排气装置的零件图及尺寸图见 4- 2（c）以及表 4- 2（d） 。 图 4-2（d） 组合排气阀零件结构尺寸 3.9 密封件的选用 1.对密封件的要求 液压缸工作中要求达到零泄漏、摩擦小和耐磨损的要求。在设计时，正确地选择密 18 封件、导向套（支承环）和防尘圈的结构形式和材料是很重要的。从现在密封技术来分 析， 液压缸的活塞和活塞杆及密封、 导向套和防尘等应作为一个综合的密封系统来考虑， 具有可靠的密封系统，才能式液压缸具有良好的工作状态和理想的使用寿命。 在液压元件中，对液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊材料液压缸，如 摆动液压缸等。液压缸中不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就 要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度适应范围大，要求弹性好，永久变形小， 有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装卸，能随压力的升高而提高密封能力和 利于自动补偿磨损。 密封件一般以断面形状分类。有 O 形、U 形、V 形、J 形、L 形和 Y 形等。除 O 形外， 其他都属于唇形密封件。 2.O 形密封圈的选用 液压缸的静密封部位主要是活塞内孔与活塞杆、支承座外圆与缸筒内孔、缸盖与缸 体端面等处6。这些部位虽然是静密封，但因工作由液压力大，稍有意外，就会引起过 量的内漏和外漏。 静密封部位使用的密封件基本上都是 O 形密封圈。O 形密封圈虽小，确实一种精密 的橡胶制品，在复杂使用条件下，具有较好的尺寸稳定性和保持自身的性能。在设计选 用时，根据使用条件选择适宜的材料和尺寸，并采取合理的安装维护措施，才能达到较 满意的密封效果。 安装 O 形圈的沟槽有多种形式，如矩形、三角形、V 形、燕尾形、半圆形、斜底形 等，可根据不同使用条件选择，不能一概而论。使用最多的沟槽是矩形，其加工简便， 但容易引起密封圈咬边、扭转等现象。 3.动密封部位密封圈的选用 附 录 19 液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支承座（导向套）的密 封等。 x Y 形密封圈是我国液压缸行业使用极其广泛的往复运动密封圈。它是一种轴、孔互 不通用的密封圈。 一般， 使用压力低于 16MPa 时， 可不用挡圈而单独使用。 当超过 16MPa 并用于活塞动密封装置时，应使用挡圈，以防止间隙“挤出” 。 3.10 防尘圈 防尘圈设置与活塞杆或柱塞密封外侧， 用于防止外界尘埃、 沙粒等异物侵入液压缸， 从而可以防止液压油被污染导致元件磨损。 1.防尘圈 A 型防尘圈 是一种单唇无骨架橡胶密封圈，适于在 A 型密封结构形式内安 装，起防尘作用。 B 型防尘密封圈 是一种单唇带骨架橡胶密封圈，适于在 B 型密封结构形式 内安装，起防尘作用。 C 型防尘圈 是一种双唇密封橡胶圈，适于在 C 型结构形式内安装，起防尘 和辅助密封的作用。 2.防尘罩 防尘罩采用橡胶或尼龙、 帆布等材料制作。 在高温工作时， 可用氯丁橡胶， 可在 130 以下工作。如果温度再高时，可用耐火石棉材料。当选用防尘伸缩套时，要注意在高频 率动作时的耐久性，同时注意在高速运动时伸缩套透气孔是否能及时导入足够的空气。 但是，安装伸缩套给液压缸的装配调整会带来一些困难。 20 第 4 章 液压系统设计 4.1 系统液压可以完成的工作循环 a.液压缸下降； b.前进； c.液压缸上升和后退； d.停止。 4.2 液压执行元件的配置 由于矫直机要求立式布置，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1.90= cm ） 。作为执行元件，驱动机构对板料进行矫直。 4.3 负载分析计算 a.初选液压缸的工作压力为Pap 6 1 1016=， 移动部件总重力NG8000=， 快进快退 的速度为 1.7m/s，加速、 减速时间st.20=，静摩擦因数2 . 0= s f，动摩擦因数1 . 0= d f。 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：墩粗力、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 fs F ，动摩擦力为 fd F ，则 NNFfF NNFfF Ndfd Nsfs 80080001 . 0 160080002 . 0 = = (3.1) 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 附 录 21 t v g G Fi =(3.2) 式中 g重力加速度， 22 /81 . 9 ,/smgsm= ;/smv速度变化量， -t启动或制动时间，s；一般机械t=0.10.5，轻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 /5 . 15 . 0sm t v = 。 N t v g G Fi.58151 1.89 8000 = = 上述三种负载之和即为液压缸的外负载 F。 4.4 液压泵及其驱动电动机的选择 确定液压执行元件的形式 液压执行元件大体分为液压缸或液压泵。前者实现直线运动，后者完成回转运动， 二者的特点及适用场合见下表 4.1 表 4.1 各执行元件的特点 名称 特点 适用场合 双活塞杆液压缸 双向对称 双作用往复运动 柱塞缸 结构简单 单向工作，靠重力或其 他外力返回 齿轮泵 结构简单，价格便宜 高转速低扭矩的回转运 动 叶片泵 体积小，转动惯量小 高转速低扭矩动作灵 敏的回转运动 摆线齿轮泵 体积小，输出扭矩大 低速，小功率，大扭矩 的回转运动 轴向柱塞泵 运动平稳、扭矩大、转 速范围宽 大扭矩的回转运动 径向柱塞泵 转速低，结构复杂，输 出大扭矩 低速大扭矩的回转运 动 注：A1无杆腔的活塞面积 A2有杆腔的活塞面积 常用液压泵主要有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等类型，各种泵间的特性有很大差异。 22 选择液压泵的主要依据是其最大工作压力和最大流量。同时还要考虑定量或变量、原动 机类型、转速、容积效率、总效率、自吸特性、噪声等因素。这些因素通常在产品样本 中均有反映。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。 通过查资料，得知叶片泵的额定压力是 16Mpa，中压，排量 1350mL/r，最高转速 5004000r/min，最大功率 320kW，容积效率 8094%，总效率 7590%，适用黏度 20200mm2/s，自吸能力好，功率质量比大，输出压力脉动小，污染敏感度大，叶片磨 损后效率下降较小，黏度对效率的影响较小，噪声小中，价格中，适用于机床、液压 机、注塑机、工程机械、飞机及要求噪声较低的场合。 4.4.1 液压泵的最大工作压力 液压泵的最大工作压力 pp取决于执行元件 （液压缸或液压马达） 的最大工作压力， 即 ppp1+p (4.1) 式中 p1液压缸或液压马达的最大工作压力，16MPa； p 系统进油路上的总压力损失系统管路未曾确定前，可按经验进行估取， 简单系统取p =（0.20.5）106Pa，复杂系统取p =（0.51.5）106Pa，该系统中 取p 为 0.5106Pa。 故可知 pp16106+0.5106=16.5106Pa，即液压泵的最大工作压力为 17Mpa。 4.4.2 计算液压泵的最大流量 主液压缸的最大流量 qP（m3/s）取决于系统所需流量 qv 对于采用差动缸回路的系统，液压泵的最大流量为 qPqv=K(A1- A2)vmax(4.2) 式中 A1、A2液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积，m3； vmax液压缸的最大移动速度，m/s； K系统的泄漏系数，一般取 1.11.3（大流量取小值，小流量取大值） 。 假设矫直机每分钟循环次数为 86 次，液压缸循环一次约为 0.7s，初选液压缸前进 和后退的时间相同，故每次前进或者后退的时间约为 0.175s。故由公式 m F a i =可知(4.3) 附 录 23 m F a i = 2 /1 81 . 9 8000 5 . 815 sm= atv =(4.4) 可知smatv/175. 01=0.175m/s 可知液压缸的最大移动速度 max v为 0.175m/s。 液压缸的工作行程根据公式 S= 2 2 1 at = 2 175 . 0 1 2 1 =0.15m(4.5) 故液压泵的最大流量 液压缸 1p q qv=K(A1- A2) max V=1.153.911975.1071.059-56.6122=）（m3/s smVAAKqq vp /344.5875.10) 4 . 32 6 . 63(1 . 1)( 3 max212 = 取液压泵的最大流量为 120sm / 3 4.4.3 选择液压泵的规格 按照液压系统图中拟订的液压泵的型式及上述计算得到的 pp和 qP值，由产品样本 或手册选取相应的液压泵规格。为了保证系统不致因过渡过程中过高的动态压力作用被 破坏，液压泵应有一定的压力储备量，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25%60%（高压系统取小值，中低压系统取大值） 。 关于泵的流量，在实际选择中，由于产品样本上通常给出泵的排量、转速范围及典 型转速下不同压力下的输出流量，故在系统所需流量 qv已知的情况下，泵的流量 P q （L/min） 、转速 n(r/min)与排量 V（mL/r）应综合考虑。事实上，由于泵的输出流量 qP 为 P q =Vn10- 3v(4.6) 式中v泵的容积效率，%； 所以，一般首先根据系统所需流量 qv（L/min）和初选的液压泵转速 n1(r/min)及泵的容 积效率v（可从产品样本查得或估取为v=0.9）计算泵排量参考值，即 Vg= V v n q 1 1000 (4.7) 然后再倒算（复算）出泵的实际流量 0 qp即可，对于定量泵，最终选择的泵流量尽可能 与系统所需流量相符合。 24 根据上述计算公式，可知 Vg= V v n q 1 1000 = 9 . 03000 1000 v q 27.444 .903000 53.91191000 = =mL/r 泵的输出流量 min/953.1199 . 0103000427.4410 33 LVnq vp = =20 4- 10ms/ 3 根据以上压力和流量的数值查阅产品目录，最后确定选取 YB- 25 型单级叶片泵。 4.4.4 计算液压泵的驱动功率并选择原动机 a.驱动功率的计算 若工作循环中， 泵的压力和流量比较恒定 （即工况图上 p- t 曲线和 q- t 曲线变化较为 平稳） ，则液压泵驱动功率 p P 应按下式计算 p pp p qp P =（W）(4.8) 式中 PP qp 、为液压泵的最大工作压力（Pa）和最大流量（m 3/s） ； p 为液压泵的总效率， 取 80%。 p pp p qp P =KW.542 8 . 0 10201017 4-6 = b.电动机的选择 固定设备的液压系统，其液压泵通常用电动机驱动。 根据上述计算出的功率和液压泵的转速及其使用环境，从产品样本或手册中选定其 型号规格额定功率、转速、电源、结构型式（立式、卧式，开式、封闭式等），并对 其进行超载能力核算，以保证每个工作阶段电动机的峰值超载量都低于 25%50%。 根据液压传动系统设计与使用 31 P 的参数信息，选择同步转速为 3000r/min 的 Y225M- 2 三相异步电动机。满载转速为 2970r/min，额定功率为 45kW，额定转矩为 2.2Nm。 4.5 其他液压元件的选择 4.5.1 液压阀及过滤器的选择 根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型 号及规格。矫直机系统中，所有液压阀的额定压力都为MPa16，额定流量根据各阀通过 的流量，所有元件的规格型号列于下表中。过滤器按液压泵额定流量的两倍