毕业设计（论文）-120吨剪板机液压系统设计及仿真.docx

安徽工程大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）材料之二（1）安徽工程大学本科毕业设计（论文）专 业： 机制093 题 目： 120吨剪板机液压系统的 设计及仿真 作 者 姓 名： 导师及职称： 导师所在单位： 安徽工程大学 2013年 6月 10 日安徽工程大学本科毕业设计（论文）任务书2013 届 机械与汽车工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业学生姓名： 毕业设计（论文）题目中文： 120吨剪板机液压系统的设计及仿真英文： 120 tons shears hydraulic system design and simulation 原始资料序号主要规格单位数值1剪切力T1202压料力T203最大张口mm604刀口长度mm4005剪切次数次/min6-106应力Mp4507刀片间隙5-7%8系统压力Mp31.5 毕业设计（论文）任务内容1、本课题研究的主要内容：（1）查看相关资料，设计剪板机液压系统方案；（2）液压元件选择；（3）执行元件总装图设计；（4）液压系统校核3、提交的成果：（1）液压系统执行元件总装图；（2）说明书一份；（3）至少一篇引用的外文文献及其译文；（4）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。指导教师（签字） 教研室主任（签字）批 准 日 期 2013.1.6接受任务书日期 2013.1.6完 成 日 期 2013.6.16接受任务书学生（签字） 陈兵兵 120吨剪板机液压系统的设计及仿真摘 要剪板机是随着工业自动化进程的深入而得到越来越广泛的应用。近二十年来，国内的轧钢生产得到了长足的发展，由于市场对产品不断提出新的要求，生产厂对各种剪板机的要求也在不断的变化。 在钢板弹簧的生产工艺中，钢板剪切下料是关键工序之一，因此，下料机是其重要的板簧设备。过去的下料设备一般采用圆棒剪切机、机械鳄鱼剪床等，都是采用皮带轮、齿轮传动，噪音大，占地面积大，节拍固定，灵活性差。因此，需要开发一种新形式的液压剪床，以适应国内外市场的需求。 此次设计应用AMESIM软件对液压系统进行辅助分析。AMESIM软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。本次毕业设计的研究内容有：首先对剪板机液压系统进行设计计算出液压缸的尺寸及工作参数、泵的工作参数、液压阀的工作参数、液压油箱的有效容积、管道尺寸的确定及压力损失、系统温升等的校核。关键词：剪板机;液压缸；液压泵；仿真; AMESim120 tons shears hydraulic system design and simulationAbstractWith the deepening of the process of industrial automation, shears get more and more widely. The past two decades, the domestic rolled steel production has been considerable development, as the market of the product continuously made new demands, the manufacturer of various are constantly changing requirements. In the production process of steel springs, steel plate cutting is one of the key processes, therefore, under the feeder is an important spring device. In the past, trenching equipment commonly used rod shearing machine, mechanical alligator shears, etc., are based on the pulley, gear, noise, large area, beat fixed, inflexible. So they need to develop a new form of hydraulic shears to meet the needs of domestic and foreign markets. The design application software AMESIM assisted analysis of the hydraulic system. AMESIM software uses an interactive graphical environment and a parts library, library binding, force libraries to create fully parametric geometric model of the mechanical system, the solver using multi-body dynamics theory Lagrange equation method to create the dynamic equation the virtual machine system statics, kinematics and dynamics analysis, the output displacement, velocity, acceleration and reaction curve. The graduation project research are: First, hydraulic system designed to calculate the hydraulic cylinder dimensions and operating parameters of the pump operating parameters, operating parameters of hydraulic valves, hydraulic tank effective volume, and pipe size to determine the pressure loss of the system temperature check.Keywords: shears; hydraulic cylinder; hydraulic pump; temperature; simulation; AMESimIII目录引言- 1 -第1章 绪论- 2 -1.1 液压剪板机简介- 2 -1.2 液压剪板机的发展动态- 2 -第2章 剪板机液压系统的设计及工作原理- 4 -2.1 液压系统基本工作要求- 4 -2.2 液压系统的设计- 4 -2.3 液压系统的工作过程- 6 -第3章 液压元件的选择- 8 -3.1液压泵的确定- 8 -3.2 液压缸的设计计算- 9 -3.2.1主液压缸1的设计计算- 9 -3.2.2主液压缸2的设计计算- 11 -3.2.3压料缸的设计计算- 11 -3.2.4缸筒设计- 11 -3.3液压缸的主要零部件设计计算- 11 -3.3.1缸筒结构- 12 -3.3.3活塞杆的导向、密封和防尘- 12 -3.3.4缓冲装置- 13 -3.3.5密封件、防尘圈的选用- 13 -3.4 液压控制阀的选用- 14 -3.5液压辅助元件的选择- 14 -3.6油箱的设计- 15 -第4章 液压系统的验算与校核- 16 -第5章 液压系统的仿真- 18 -5.1 AMESim软件的介绍- 18 -5.2 本液压系统中的液压仿真- 19 -5.3仿真小结- 25 -结论与展望- 26 -致谢- 27 -参考文献- 28 -附录A- 29 -附加图、表- 29 -附录B- 31 -参考文献及摘要说明- 31 -附录C- 34 -外文文献及译文- 34 -插图清单图 2-1 液压系统图- 6 -图3-1 单杆式活塞缸- 10 -图3-2活塞筒- 14 -图3-3活塞杆- 14 -图5-1主缸1的仿真截图- 21 -图5-2 主缸1的仿真速度和位移曲线- 22 -图5-3主缸1流量曲线- 23 -图5-4主缸2速度位移仿真曲线- 24 -图5-5夹紧液压缸仿真过程截图- 24 -图5-6夹紧液压缸的速度、位移仿真曲线- 25 -表格清单表2-1液压系统的电气控制过程- 6 -表3-1液压系统设计主要参数- 8 -表3-2 活塞外径尺寸系列（GB/T 2348-93）mm- 10 -表3-3 液压缸内径尺寸系列（GB/T 2348-93）mm- 10 -表3-4 剪板机液压系统各液压控制阀的型号规格- 15 -表4-1各种机械设备的液压系统温升允许值- 16 -引言剪切机是随着工业自动化进程的深入而得到越来越广泛的应用。近二十年来，国内的轧钢生产得到了长足的发展，由于市场对产品不断提出新的要求，生产厂对各种剪板机的要求也在不断的变化。本次毕业设计的研究内容有：首先对剪板机液压系统进行设计计算出液压缸的尺寸及工作参数、泵的工作参数、液压阀的工作参数、液压油箱的有效容积、管道尺寸的确定及压力损失、系统温升等的校核。液压传动相对机械传动来说，是一门新的技术。如果从1795年世界上第一台水压机的诞生算起，液压传动已有200年的历史。然而，液压传动的真正推广使用却是近50多年的事。特别是上世纪60年代以后，随着原子能科学、空间技术、计算机技术的发展，液压技术也得到很大发展，渗透到国民经济的各个领域之中，在工程机械冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床工业中，液压技术得到了普通的应用。当前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪音、低耗能、经久耐用、高度集成化等方向发展；同时，新型液压元件的应用，液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化、微机控制等工作，也日益取得显著的成果。第1章 绪论1.1 液压剪板机简介剪板机是借于运动的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片间隙，对各种厚度的金属板材施加剪切力，使板材按所需要尺寸断裂分离。剪板机可分为：脚踏式（人力）、机械剪板机式、液压摆式剪板机等。剪板机常用来剪裁直线边缘的板料毛坯。剪切工艺应能保证被剪切料剪切表面的直线型和平行度要求，并尽量减少板材扭曲，以获得较高质量的工件。随着现代科学的发展剪板机的工艺也发生了很大变化，以由传统的手工操作发展到了今天的全自动机械化。液压技术是现代制造的基础他的广泛应用，很大程度上代替了普通成型加工，使全球制造业发生了根本性变化。液压技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为当代国际间科技竞争的重点。因此，液压技术的水准、拥有和普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力和现代化水平的重要标志。为适合这种形式，需要大量设计一些液压机的工作系统。本次任务就是设计一剪板机的液压系统。 剪板机是一种用于剪切金属板料的机床。大中型剪板机的主运动多数采用液压传动，及采用液压缸带动剪刀架上下运动。为了防止板料翘起或移动，剪切时必须用压料脚将板材压紧。而为了减少送料时的摩擦力，送料时采用拖料球支撑板料。这些辅助动作用几个小辅助缸完成。剪切时主缸的典型动作 循环为：空程下行-剪切-缓冲-快速回程。 剪板机剪切后应能保证被剪板料剪板面的直线度和平行度要求，并尽量减少板材扭曲。剪板机的上刀片固定在刀架上，下刀片固定在工作台上。工作台上安装有托料球，以便于板料在上面滑动时不被划伤。挡料缸用于板料的定位，位置由电机进行调节。压料缸用于压紧板料，以防止板料在剪切时移动。剪板机设有安全护栏装置，以防止发生工伤事故。1.2 液压剪板机的发展动态金属切削机床是应用液压技术较为广泛的领域之一。采用液压传动技术与控制的机床，可在缴款范围内进行无极调速，具有良好的换向及速度换接性能，易于实现自动工作循环，对提高生产率，改进产品质量和改善劳动条件，都起着十分重要的作用。液压系统的设计其实就是液压站的设计，他是独立的液压装置，它按驱动装置要求供油并控制油量的方向、压力和流量，它适合用于主机与液压装置分离的个别液压机械下。在用的时候只要将液压站与执行机构（油缸和马达）用油管相连，液压机械即可实现各种规定的动作。 液压传动在机械设备中的应用非常广泛。有的设备是利用其能传递大的动力且结构简单、体积小、重量轻的优点，如工程机械、矿山机械、冶金机械等；有的设备是利用它的操纵控制方便，能较容易地实现较复杂工作循环的优点，如各种金属切削机床、轻工机械、运输机械、军工机械、各类装载机等。液压传动控制是工业中经常使用的一种控制方式，它使用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制的灵活性和敏捷性，液压控制技术在工业上得到了很大的运用。液压传动是研究有压流体为能源介质，来实现机械和控制技术的学科。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、转换盒控制。目前的情况可分析看出，单一技术的传动方式构成简单、传动可靠，适用于某些特定的场合和领域。而在大多数的实际应用中，这些传动技术往往不是孤立存在的，彼此之间都存在着相互的渗透和结合，如液力和电力的传动装置中都或多或少的包含有机械传动环节，而新型的机械和液力传动装置中也设置了电气和液压控制系统。换句话说，采用有针对性的复合集成方式，可以充分发挥各种传动方式各自的特长扬长避短，从而获得最佳的综合效益。值得注意的是，兼有调节与布局灵活性及高功率密度的液压传动装置在其中充当着重要角色。自20世纪90年代以来，工程机械进入了一个新的发展时期，新技术的广泛应用使得新结构和新产品不断涌现。随着微电子技术向工程机械的渗透，工程机械日益向智能化和机电一体化方向发展，对工程机械行走驱动装置提出的要求也越来越苛刻。近年来，液压技术迅速发展，液压元件日趋完善，是恶液压传动在工程机械传动系统中的应用突飞猛进，液压传动所具有的优势也日渐凸显。可以相信，随着液压技术与微电子技术、计算机技术以及传感技术的紧密结合，液压传动技术必将在工程机械行走驱动系统的发展中发挥越来越重要的作用。 因此对于液压系统的应用研究对于国民经济发展、提高工厂效益都有非常积极的作用。第2章 剪板机液压系统的设计及工作原理2.1 液压系统基本工作要求 从电机输出的扭矩通过带传动给液压泵使之运转，之后机床的运作应分为送料、定位、装夹、进刀、退刀，以下是分别分析各运动的实现过程。(1) 送料板料的传送主要考皮带传动来实现。（2）定位 液压系统应设计一个挡料缸，主要用于阻碍板料的继续前进。在送料过程，当板料运行到挡料缸的位置时，与挡料缸上的行程开关碰撞，此时工件也不再继续向前运行，工件得到了定位。（3）装夹 在完成了板料的定位之后，由行程开关的作用，给电气液压联合控制系统一个信号，使夹紧液压缸进入工作状态从而夹紧工件。（4）进刀 夹紧液压缸夹紧工件之后，液压系统的压力急剧上升，达到某一设定值之后，通往主液压缸的溢流阀打开，此时液压系统便开始向主液压缸供油。主液压缸与剪切板料的道具相接，通过主液压缸的运动来实现对板料的剪切。在此过程中选用两个主液压缸驱动道具剪切。两个串联的液压缸不可能行程完全一致，这样容易产生误差使刀具倾斜，影响剪切质量等，因此液压系统中应包含同步回路，以使两个主液压缸在每个行程中都能保持同步消除相应的误差。 （5）退刀（同时松夹） 当主液压缸的活塞杆运行到规定的行程时，在行程开关挡块的作用下，不可能再向前运动，此时便完成了剪切。行程开关会给电-液控制系统一个信号，通过电液控制系统的作用，使主液压缸反方向运动进行退刀，与此同时，主液压缸的活塞退了一定的行程时，又与活塞杆的端部上的行程挡块碰撞，此行程开关发出信号，使夹紧缸回油，板料被松开。当夹紧缸回程时又与行程开关碰撞，行程开关发出信号，使整个液压系统回油，恢复到初始状态，以便进行下一次剪切。2.2 液压系统的设计 根据实际生产对剪板机液压系统的各个功能的要求，可设计液压系统如下图所示。该液压系统结构简单但功能齐全。挡料缸能对把板料进行定位，以控制板料的长度。液压泵首先向顶出缸供油，使板料被夹紧，以便于剪切。夹紧液压缸夹紧工件之后，液压系统的压力急剧上升，达到某一设定值之后，通往主液压缸的溢流阀打开，此时液压系统便开始向主液压缸供油。主液压缸与剪切板料的道具相接，通过主液压缸的运动来实现对板料的剪切。该系统应用几个行程开关，从而根据动作要求完成系统的各个动作，并且可以对系统实现点动控制。 由于剪刀有一定宽度，剪切刀架用两个主缸驱动。一般将两个活塞杆直接和剪切刀架固定连接，液压系统中采用保证两缸运动保持同步的回路，以保证剪切时刀具正常切割减小误差。液压系统中有三个压料缸和三个拖料缸，这样能增大板料被夹紧的面积，能使剪切质量提高。这些液压缸都是单作用缸，即都是利用弹簧实现回程。图 2-1 液压系统图2.3 液压系统的工作过程（1）板料由送料机构运输到剪板机刀具之下。当板料V的端部抵达挡料刚缸之后自动停止运动。（2）液压缸III活塞伸出压紧板料，托料缸IV活塞退回，支撑滚珠缩入台面之下挡板缸V活塞退回使挡块离开板边。（3）剪切油缸I、II的活塞同步下降，带动剪切刀片剪切板料；因采用了带补偿措施的串联液压缸的同步回路，所以出现的同步误差在上下运动的一个周期内即可消除，上刀刃的剪切角可以基本保持不变。（4）刀架回程，同时压料缸、拖料缸和挡料缸相继复位。综上工作顺序，要求液压系统做到：板料被夹紧后刀具才能上下运动进行剪切，即要有顺序回路；在剪切时要保证压紧力即要有保压回路；刀架必须平行移动，保证剪切角不变，即要有同步回路。表2-1液压系统的电气控制过程动作名称信号来源液压元件工作情况 1YA 2YA 3YA进程 ST1 - - - 回程ST2 - + + 复位ST3 + + + 完成 ST4+ + - 板料由挡料缸定位之后，电磁铁1YA、3YA断电，电磁阀2和7停止放油，油泵排油经减压阀3、单向阀4进入压料缸III、托料缸IV和挡料缸V，压料缸压紧板料，托料缸退回，挡料缸活塞在差压的作用下离开板料，托料缸退回，它的右腔向蓄能器11排油，同时油泵向蓄能器5充液。压料力由减压阀3调整。当压力上升超过单向顺序阀6的调整压力时，高压油进入剪切缸I的上腔实现剪切。蓄能器5的作用是补充压料回路中油的泄漏并减少刀架空行程向下时的功率损失，减少系统的发热。 用蓄能器除了能补充压料回路的泄漏外，还能使阀6保持开启，油泵的压力可以按照空行程的实际阻力而定，能耗明显的减少。液压回路的保压主要蓄能器5补偿泄漏、油泵（通过减压阀3）补油、减压阀3和电磁溢流阀7限压来保证。由于泄漏而使刀刃的剪切角超过许可的范围，或板料厚度改变需要调节剪切角时，可以通过阀组14来调节。打开中间的和右边的两阀时，蓄能器11的压力油进入主缸II的上下两腔，构成差动回路，使缸II的活塞下降，剪切角变小。如果打开右边和左边的两个阀，蓄能器11的油进入缸II的下腔而其上腔的油排入油箱使活塞上升，剪切角变大。 液压系统中设有换向阀13，工作时油缸II的回程腔常处于蓄能器11的压力作用之下，造成被压使刀架下降运动平稳，这时回程腔通过液控单向阀12向蓄能器11充液，储存能量。刀架停止运动时，又可以实现支撑作用。 回程时1YA断电，泵卸荷,2YA通电，换向阀13切换后，蓄能器11的压力油使液控单向阀12开启，并推动刀架回程，油腔I上腔的油通过单向顺序阀6和电磁溢流阀2排回油箱。 刀架回程后，3YA通电，蓄能器5、挡料缸左腔和压紧回路卸荷，蓄能器11的压力油使挡料缸V的活塞复位，在弹力的作用下，压料缸和托料缸复位。由于回程时有泵卸荷，所以回程功耗小。蓄能器的应用，使效率提高发热量减少，即使长期连续工作，没有冷却器也能保持正常的油温。 ST1、ST2、ST3、ST4为行程开关，用以限定行程的上下终点并以此为控制信号控制电磁阀的启闭，使液压系统实现相应的功能；调整行程开关ST2、ST3位置，可以高速调节行程的大小；靠此而形成开关还可以实现单次剪切的自动操作，即刀架下行碰到ST1后，自动回程，碰到ST2后停止。第3章 液压元件的选择液压系统中的元件分为四大类，即能量输入元件，例如液压泵；能量输出元件，例如液压缸或马达；控制元件，例如各种控制阀；辅助元件，例如油箱、管件、过滤器等。前三类元件直接参与系统的能量传递功能，辅助元件尽管不参与能量传递，却是保证和改善系统功能所必需的。液压系统的组成元件包括标准元件和专用元件。在满足系统性能要求的前提下，应尽量选用现有的标准液压元件，不得已时才自行设计液压元件。表3-1液压系统设计主要参数序号主要规格单位数值1剪切力T1202压料力T203最大张口mm604刀口长度mm4005剪切次数次/min6-106应力Mp4507刀片间隙5-7%8系统压力Mp31.53.1液压泵的确定 液压泵有齿轮泵、叶片泵、螺杆泵和柱塞泵多种类型，各种泵体之间的特性有很大的差异。详见参考文献液压传动系统及设计表5-13。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。 本系统中液压缸的最大工作压力为31.5MPa，最大流量为3.6L/s，故选用的液压泵类型为叶片泵，额定功率为32MPa，额定流量为200L/min。 液压泵驱动电机的选择：液压泵驱动电动机可根据公式计算出功率和液压泵的转速及其使用环境。 Pcp=i=1nPi2ti2/i=1nti式中Pi-一个工作循环中第i工作阶段所需功率，W； ti-第i工作阶段的持续时间，s。取泵的总效率为p=0.8，则所需电机功率为： Pp=pq=32x106 x200x10-30.8x60x103=90kw目前，电动机的种类繁多，价格、性能差别比较大、本着经济、实用的指导思想对电动机类型及型号进行优化选择是十分重要的。选择电动机种类应在满足生产机械对拖动性能的要求下，优先选用结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜的电动机。电动机种类选择时应考虑的主要内容有：（1） 电动机的机械特性应与所拖动生产机械的机械特性相匹配；（2） 电动机的调速性能（调速范围、调速的平滑性、经济性）应该满足生产机械的要求。对调速性能的要求在很大程度上决定了电动机的种类、调速方法以及相应的控制方法；（3） 电动机的启动性能应满足生产机械对电动机启动性能的要求，电动机的启动性能主要是转矩的大小，同时还应满足电网容量对电动机启动电流的限制；（4） 电源种类 在满足性能的前提下应优先采用交流电动机；（5） 经济性 一是电动机及其相关设备（如：启动设备、调速设备等）的经济性；二是电动机拖动系统运行的经济性，效率高、节省电能。 故选用的电动机的型号为Y280M-4，其额定功率为90kw，转速为1480r/min，额定转矩为2.2N*m，净重667kg。3.2 液压缸的设计计算液压缸使液压系统中最为常用的执行件，本系统使用单杆式活塞缸，如下图所示。单杆式液压缸由于活塞两端的有效面积不一样，如果以同样的流量的压力油进入液压缸的左右缸，活塞移动的速度仅与有效面积成反比，即油液进入无杆腔时有效面积大，速度慢，进入有杆腔的有效面积小，速度快；而活塞上产生的推力则与进油腔的有效面积成正比。本系统中有两个主液压缸，两个压料缸，两个托料缸及一个挡料缸。图3-1 单杆式活塞缸3.2.1主液压缸1的设计计算（1）缸筒内径D,有 F=P(A1-A2) 文献【1】公式（4-4） 上式中取Fmax=120T，P1=31.5MPa，d=0.7D，A1=14D2, A2=14(D2-d2)解得d=221mm 表3-2 活塞外径尺寸系列（GB/T 2348-93）mm根据GB/T 2348-93 取d=220mm而d=0.7D=解得D=314mm表3-3 液压缸内径尺寸系列（GB/T 2348-93）mm根据GB/T 2348-93 取D=320mm（2）主液压缸1的有效面积计算A1=14D2=6x104mm2A2=14(D2-d2)=3.8x104mm2A3=14d2=2.2x104mm2（3）主液压缸1的进出油量计算在系统中剪板机的剪切次数为10-16次/min，故设计剪板机的切刀下行时间为6s，回程时间为3s，下行速度v1=40mm/s，回程速度v2=60mm/s。 主液压缸1下行的进出油量q下进=A1xv1=1.8L/S q下回=A2Xv1=1.1L/S 主液压缸1的回程进出油量 q回进=A2Xv2=2.3L/S q回回=A1Xv2=3.6l/s3.2.2主液压缸2的设计计算在液压系统中设计有两个主液压缸,主液压缸1和主液压缸2应满足同步回路的条件，即主液压缸2中无杆腔有效面积必须与主液压缸1中有杆腔有效面积相等 A21=14D22得D2=170mm取标准值D2=160mm d2=0.7D2=125mm3.2.3压料缸的设计计算 根据压料力为20T即： F=P1xA1得夹紧液压缸的D=90mm，d=70mm 夹紧液压缸的流量计算：q进=A1xv1=1.2L/sq回=A1xv2=2.4L/s3.2.4缸筒设计1） 缸筒长度设计 L=S+B+A+M+C根据本系统的已知参数设计主液压缸1的L1=2000mm，主液压缸2的L2=1800mm。压料缸和托料缸的缸长都为1500mm2） 缸筒厚度计算根据缸筒内径D和额定工作压力选用缸筒厚度=30mm 验算：液压缸的额定压力Pn一极限值Pmax 验算得Pmax=90MPa而Pn=32MPa 满足条件3.3液压缸的主要零部件设计计算活塞杆的结构：活塞杆的杆体分为实心杆和空心杆两种，本机器采用前者，本机器采用的活塞杆外端结构采用外螺纹型。 活塞杆的材料：本机器活塞杆材料为45号碳素钢，h600MPa，s340MPa，=13热处理方法为调质，表面处理方法为镀铬活塞杆的加工要求： 活塞杆的表面须镀硬铬，镀层厚度为15-5um，也有的要求镀层厚度30-0um。3.3.1缸筒结构 结构和端盖的连接形式、液压缸的用途、工作压力、使用环境以及安装要求等因素有关。端盖分为前端盖和后端盖。前端盖将液压缸的活塞杆封闭，并起着为活塞杆导向，防尘和密封的作用。后端盖将缸筒内腔一段封闭，并常常起着将液压缸与其它机件连接的作用。常用的缸筒与端盖的连接有多种方式。本设计采用法兰式连接。3.3.2活塞的设计（1）活塞的结构形式活塞根据压力、速度、温度等工作调节来选择密封件的形式，而选定的密封件形式决定了活塞的结构形式。常用的活塞结构形式分为整体活塞和分体活塞，本机器采用前者。活塞的宽度一般有密封件、导向环（支撑环）的安装沟槽尺寸来决定。 （2）活塞的密封 活塞的密封选用准则取决于压力、速度、温度和工作介质等因素，以往常用的密封有间隙密封、活塞环，Y型密封圈、O型密封圈和型密封圈等橡胶密封件。近年来选用较多的是以O型密封圈或特殊的外形轮廓橡胶密封件作为副密封件和聚四乙烯（PTFE）主密封件组合在一起使用。活塞的密封件、导向环安装沟槽尺寸以及公差应根据密封件、导向环对沟槽的加工要求来设计。 （3）活塞的材料 无导向环的活塞选用碳素钢20号、35号及45号，由于本机器有导向环结构，因此活塞选用的材料为45号碳素钢。求特别高的则要求先镀一层软铬或镍，镀后再镀硬铬抛光。 活塞的导向环：安装在活塞外圈的导向环，具有精确的导向作用，并可吸收活塞运动时产生的侧向力。导向环的主要优点时在缸筒内运动且带有导向环的活塞运动时是非金属接触，因此摩擦系数小，启动时无爬行。活塞安装了导向环后，能改善活塞与缸筒的同轴度，使间隙均匀，故减少了泄露。导向环采用耐磨材料，使用寿命长，磨损后易于更换。 3.3.3活塞杆的导向、密封和防尘 在液压缸的前端盖内有对活塞杆导向的内孔，有对缸筒有杆侧腔密封件：有活塞杆内缩时刮涂附着在表层的杂质，灰尘和水分的防尘圈。近年来活塞杆的密封件多采用组合式密封圈，一个是用聚四氯乙烯加青铜填料制造的阶梯型密封圈，另一个是O型密封圈。活塞杆的防尘，目前多采用既可以防尘又可以密封的双唇型密封圈。 3.3.4缓冲装置 缓冲装置的工作原理是当活塞在到达行程终端之前的一定距离内，设法把排油腔内油液的一部分或全部密封起来，使其通过节流小孔排出，从而使被密封的油液，产生适当的缓冲压力作用在活塞的排油侧上，与活塞的惯性力相对抗，以达到减速制动的目的。缓冲装置的结构形式，可根据节流小孔的流通面积，在缓冲过程中能否自动改变来分类，通常可分为恒节流和变节流型。 3.3.5密封件、防尘圈的选用 液压缸工作中要达到零泄漏、摩擦小和耐磨损的要求，本机器采用的密封件为O型密封圈加弧形挡圈，而防尘圈选用的是A型橡胶防尘圈。 滤油器是液压系统中对油液进行过滤净化的重要元件。过滤是目前应用最广泛的油液净化方法。过滤是利用多孔隙可透性介质滤除悬浮在油液中的固体颗粒污染物，其主要机制可归纳为直接阻截和吸附作用。按照结构和过滤原理，过滤介质可分为表面和深度型两类。滤油器的主要组成部分有壳体和过滤元件，有的滤油器带旁通阀和阻塞指示或发讯装置，滤芯是滤油器的关键元件，滤油器的性能主要取决于滤芯的结构参数和过滤材料的特性，液压系统用的滤芯有线隙式、片式、烧结式和折叠圆筒式等结构形式，其中最广泛应用的是折叠原筒式本机选用WUX100即网式，名义流量50l/min，过滤精度为100um。图3-2活塞筒图3-3活塞杆3.4 液压控制阀的选用液压控制阀在液压系统中的作用是通过控制调节液压系统中油液的流向、压力和流量，使执行器及其驱动的工作机构获得所需的运动方向、推力及运动速度等。控制阀是系统的最大工作压力和通过该阀的最大流量来选取的，一般来讲，阀的公称压力应大于于液压系统的最大压力；阀的公称流量应大于或等于实际通过该阀的最大流量。 对于系统的主溢流阀，其公称流量应按液压泵的最大输出流量选取，调压范围应满足液压系统压力调节的要求。对于调速阀和节流阀，除公称流量应大于或等于实际通过该阀的最大流量外，其小定流量应小于要求通过的最小稳定流量。3.5液压辅助元件的选择蓄能器的选择液压系统中使用蓄能器的目的很多，但归纳起来主要是蓄能保压、吸收液压冲击和吸收液压动脉等三种。按照加载方式不同，蓄能器有弹簧加载、重力加载和气体加载等三种类型。本系统中的元件型号及规格如下：表3-4 剪板机液压系统各液压控制阀的型号规格序号元件名称额定压力 MPa额定流量L/min型号、规格1电磁溢流阀31.5250DB10 2减压阀 31.5 150Y63H 3单向阀 31.5 150S20A50 4单向顺序阀 6.3 250AXF3-10B 5液控单向阀 25 250CPG-10-35-50 6电磁换向阀31.5 25034E-H20B-T 7 蓄能器 30 250NXQA-40/30-L-A3.6油箱的设计 油箱的主要用途是贮存油液，同时也要起到散热的作用，参考相关文献及设计资料，油箱的设计可先根据液压泵的额定流量按照经验计算油箱的体积，然后再根据散热要求对油箱的容积进行校核。 油箱中能够容纳的体积按JB/T7938-1999标准估算，取=7时，求得其容积为V=xq 得v=7x200=1400查表取标准值v=1600L 设计油箱的长度L=400mm，宽度W=300mm，高度H=220mm。 油箱采用普通钢板焊接即可，钢板的厚度为：壁厚3mm，箱底厚度为5mm，因为箱盖上需要安装其他需要安装的其他元件，因此箱盖的厚度取10mm，为了易于散热和便于对油箱进行移动和维护保养，取箱底离地的距离为160mm，为了更好的清洗油箱，取箱底面倾斜角度为0.5度。 第4章 液压系统的验算与校核液压系统的可行性表现在多方面，最能体现的则为油温的校核。下面我就以油温校核的过程来验算液压系统是否可行。液压传动系统在工作时，有压力损失、容积损失和机械损失，这些损失所消耗的能量多数都转化为热能，使油温升高，导致油的粘度下降，油液变质，机器零件变形等，影响正常工作等。因此，必须控制油温T在一定的范围内。 表4-1各种机械设备的液压系统温升允许值机械类型 正常工作温度 允许最高温度机床30-3555-65数控机床30-5055-65粗加工机械、液压机40-7060-90工程机械50-8070-90由于液压系统发热的主要原因是由于液压泵和执行器的功率损失及溢流阀的损失所造成的。因此系统的总发热量可按下式计算：H=Ppi-PAo 文献【2】公式（4-3）式中Ppi-液压泵的输入功率PAo-执行器的输出功率如果已计算出液压系统的总效率，也可按下式估算系统的总发热量 H=Ppi（1-） 文献【2】公式（4-6）式中-液压系统总效率在本系统中取=0.8所以计算出H=2.64kw液压系统散热计算： 液压系统中产生的热量，由系统中各个散热面散发至空气中，其中油箱是主要的散热面。因为管道的散热面相对较小，且与自身的压力损失产生的热量基本平衡，故一般略去不计。当只考虑油箱散热时，其散热量H0可按下式计算： H0=KAtx=-bb2-4ac2a 文献【2】公式（4-8）K-散热系数，W/m*，计算时可选用推荐值：通风很差时，K=8；通风良好时，K=14-20；风扇冷却时，K=20-25；用循环水冷却时，K=110-175；A-油箱散热面积t-系统温升，即系统达到热平衡时油温与环境温度之差，一般工程机械t40对于六面体油箱，当长、宽、高比例为（1:1:1）-（1:2:3）且液面高度是油箱高度的0.8倍时，其散热面积的近似计算公式: A=0.0653v2 此时 t=H/(0.065K3V2) 文献【2】公式（4-12） 带入数据得t=3340故满足系统的散热效果。第5章 液压系统的仿真 一个液压系统设计好以后，在还未投入生产时，需要对液压系统进行仿真，查看在系统中是不是各个元件都能顺利工作，达到最终的生产要求。本系统中我运用了AMESim软件对设计的液压系统进行仿真，并将系统中几个主要的液压执行元件的仿真图截取了下来，从而更方便我们查看液压系统的运行过程。5.1 AMESim软件的介绍LMS Imagine.Lab AMESim(Advanced Modeling Environment for performing Simulation of engineering systems)为多学科领域复杂系统建模仿真平台。用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。例如在燃油喷射、制动系统、动力传动、液压系统、机电系统和冷却系统中的应用。面向工程应用的定位使得AMESim成为在汽车、液压和航天航空工业研发部门的理想选择。工程设计师完全可以应用集成的一整套AMESim应用库来设计一个系统，所有的这些来自不同物理领域的模型都是经过严格的测试和实验验证的。AMESim使得工程师迅速达到建模仿真的最终目标：分析和优化工程师的设计，从而帮助用户降低开发的成本和缩短开发的周期。LMS Imagine.Lab AMESim使得用户从繁琐的数学建模中解放出来从而专注于物理系统的设计。基本元素的概念，即从所有模型中提取出的构成工程系统的最小单元使得用户可以在模型中描述所有系统和零部件的功能， 而不需要书写任何程序代码。LMS Imagine.Lab AMESim处于不断的快速发展中，现有的应用库有：机械库、信号控制库、液压库（包括管道模型）、液压元件设计库 （HCD）、动力传动库、液阻库、注油库 （如润滑系统）、气动库（包括管道模型）、电磁库、电机及驱动库、冷却系统库、热库、热液压库（包括管道模型）、热气动库、热液压元件设计库 （THCD）、二相库、空气调节系统库；作为在设计过程中的一个主要工具，AMESim还具有与其它软件包丰富的接口，例如Simulink®, Adams®, Simpack®, Flux2D®，RTLab®, ETAS®, dSPACE®, iSIGHT®等。通过LMS Imagine.Lab AMESim用户可以从早期的开发阶段开始就能对智能的机电一体化系统的功能性能进行分析。由于专 注于实际物理系统，LMS Imagine.Lab AMESim将工程师从数值仿真算法和耗时的编程中解放出来。每一个模型提供了最基本的 工程元件，这些元件可以组合起来，能够描述任何元件或系统功能。LMS Imagine.Lab AMESim拥有一套标准且优化的应用库，拥有4500个多领域的模型。这些库中包含了来自不同物理领域预先定义好并经试验验证的部件。库中的模型和子模型是基于物理现象的数学解析表达式，可以通过LMS Imagine.Lab AMESim求解器来计算。不同应用库的 完全兼容省去了大量额外的编程。如流体系统包括液压库、液压元件设计库 液阻库、注油库 气动库、动元件设计库 混合气体库、湿空气等。电的应用包括基本电子库、电磁库电机及驱动库 功率变换器库 汽车电气库、电化学库等。发动机系统包括IFP驱动库、IFP发动机库IFP排放库、IFP C3D模块、1D流体动力学库等。热系统包括热库、热液压库热液压元件设计库热气动库 冷却库、空调库 两相流库等。机械系统包括1维机械库、平面机械库变速器库、凸轮和从动件库 有限元导入模块车辆动力学库等。控制系统包括信号及控制库发动机信号发生器库等。AMESim已经成功应用于航空航天、车辆、船舶、工程机械等多学科领域，成为包括流体、机械、热分析、电气、电磁以及控制等复杂系统建模和仿真的优选平台。5.2 本液压系统中的液压仿真 主缸1的仿真图1仿真过程图5-1主缸1的仿真截图在对主缸1仿真时输入相关数据(流量、压力、泵的功率)，然后设置amesim的总体运行时间为10s，打印出图的时间间隔为0.1s，点击开始仿真2仿真结果图5-2 主缸1的仿真速度和位移曲线图5-3主缸1流量曲线主缸2的仿真结果图5-4主缸2速度位移仿真曲线夹紧液压缸的仿真过程和结果（1）仿真过程图5-5夹紧液压缸仿真过程截图（2）仿真结果图5-6夹紧液压缸的速度、位移仿真曲线5.3仿真小结 通过AMESim软件的仿真，可以看