四柱万能液压机系统设计毕业设计论文（含全套CAD图纸） .pdf

i 毕业设计(论文) 课题名称 四柱万能液压机系统设计 专业名称 所在班级 学生姓名 学生学号 指导老师 完 成 日 完 成 日 期期： ： 20*20*年 年 5 5 月月 ii 摘 要摘 要 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， 全球制造业发生了根本性变化。 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。为适合这种行势， 需 要大量设计一些液压机的工作系统。本次就是要设计一款四柱万能液压系统。 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。 本书为机械类液压设计说明书，是根据液压设计手册上的设计程序及步骤 编写的。 本书的主要内容包括：卧式钻镗组合机床液压系统的设计课题及有关参 数；工况分析；液压缸工作压力和流量的确定；液压系统图的拟定；驱动电机及 液压元件的选择；液压系统主要性能的验算；设计体会；参考文献等。 编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了液压系统的设计方法，以 及各种参数的具体计算方法，如压力的计算、各种工况负载的计算、液压元件的 规格选取等。 本书在编写过程中， 得到黄教授和同学的大力支持和帮助，在此一起表示衷 心的感谢。 由于编写水平有限，书中难免有缺点和错误之处，恳请老师批评指正。 谢谢！ 关键字关键字 四柱万能液压机, 液压缸, 系统压力 编 者 20*年 5 月 iii abstractabstract the liquid presses the technique is the foundation of the modern manufacturing, his extensive application, the very big degree ancestors substitutes the commonness to model to process, the global manufacturing industry took place the basic sex variety.therefore, the liquid presses the technical level, owns and universal degree, have already become measure a national comprehensive national strength and modernization level of important marking.in order to suit this kind of line of power, need a great deal of work system that designs some liquids to press the machine.this time is to design a style four the all-powerful liquid of pillarses press the system.the liquid presses the key industry technique that the technique has already been list as by the international community to have the initiative the development, becoming the point of a science and technology competition. this book presses to design the manual for the machine liquid, pressing to design the design on the manual procedure and the step plaits to write according to the liquid of.the main contents of this book include:the lie type drills the design topic and relevant parameters that the 镗 combination tool machine liquid presses the system;the work condition analysis;the liquid presses the assurance of an urn of work pressure and discharges;the liquid presses the draw-up of the system diagram;drive the choice that the electrical engineering and liquids press the component;the liquid presses the main function of system to check to calculate;the design realize;reference etc. when plait write this manual, try hard for to match to design the step, elaborate on the liquid to press the design method of the system, and the concrete calculation method of various parameter, press the specification selection of the component such as the calculation, liquid of calculation, various work condition load of pressure etc. this book gets the relevant teacher and classmate to support strongly and help in weave write process, meaning the heartfelt with gratitude together here. because the plait writes the level limited, difficult do not need the place of weakness and mistake in the book, plead the teacher the animadversion correct. thanks! 【key word】key word】 four the all-powerful liquid of pillarses press the machine, the liquid presses the urn, system pressure 4 目 目 录 录 第一章 第一章 设计课题及主要技术参数、工作原理设计课题及主要技术参数、工作原理 . 5 1.1 1.1 设计课题设计课题 . 5 1.2 1.2 设计参数设计参数： . 7 第二章 第二章 工况分析工况分析 . 8 2.1 2.1 绘制液压缸速度循环图绘制液压缸速度循环图、负载图、负载图. 8 2.2 2.2 参数参数 . 8 第三章 第三章 确定液压缸参数确定液压缸参数 . 9 1、初选液压缸工作压力 . 9 2、计算液压缸结构尺寸 . 9 3 主缸的压制力. 10 4 实际回程. 10 5 顶出缸的内径. 10 6 顶出缸的面积. 10 7 顶出缸 的回程力. 10 8 .顶出液压缸的工作压力和回程工作压力： . 10 9 液压缸运动中供油量 . 11 第四章 第四章 液压元、液压元、辅件的选择辅件的选择 . 11 4.1 4.1 液压元件的选择液压元件的选择. 12 4.2 4.2 液压辅件的选择液压辅件的选择. 13 第五章 第五章 液压系统主要性能验算液压系统主要性能验算 . 16 5.1 5.1 系统压力损失计算系统压力损失计算. 16 5.2 5.2 系统效率计算系统效率计算 . 18 5.3 5.3 系统发热与升温计算系统发热与升温计算. 19 设计心得设计心得. 20 参考文献参考文献. 21 5 第一章 第一章 设计课题及主要技术参数、工作原理 设计课题及主要技术参数、工作原理 1.1 1.1 设计课题设计课题 设计一台 ya32-1000kn 型四柱万能液压机，设该四柱万能液压机 下行移动部件重 g=1 吨，下行行程 1.0-1.2m，其液压系统图如下 1、 主液压泵（恒功率输出液压泵） ，2、齿轮泵，3、电机，4、滤油器，5、7、8、 22、25、溢流阀，6、18、24、电磁换向阀，9、21、电液压换向阀，10、压力 继电器，11、单向阀，12、电接触压力表，13、19、液控单向阀，14、液动换 向阀，15、顺序阀，16 上液压缸，17、顺序阀，20、下液压缸，23 节流器，26、 行程开关 a、启动：电磁铁全断电，主泵卸荷。 主泵（恒功率输出）电液换向阀 9 的 m 型中位电液换向阀 21 的 k 型中位t b、液压缸 16 活塞快速下行： 2ya、5ya 通电，电液换向阀 9 右位工作，道 通控制油路经电磁换向阀 18，打开液控单向阀 19，接通液压缸 16 下腔与液控单 向阀 19 的通道。 6 进油路：主泵（恒功率输出）电液换向阀 9单向阀 11液压缸 16 上腔 回油路：液压缸 16 下腔电液换向阀 9电液换向阀 21 的 k 型中位t 液压缸活塞依靠重力快速下行：大气压油吸入阀 13液压缸 16 上腔的负 压空腔 c.液压缸 16 活塞接触工件，开始慢速下行（增压下行） ： 液压缸活塞碰行程开关 2xk 使 5ya 断电，切断液压缸 16 下腔经液控单向阀 19 快速回油通路，上腔压力升高，同时切断（大气压油 吸入阀 13 上液 压缸 16 上腔）吸油路。 进油路：主泵（恒功率输出）电液换向阀 9单向阀 11液压缸 16 上腔 回油路： 液压缸 16 下腔顺序阀 17电液换向阀 9电液换向阀 21 的 k 型 中位t d、保压： 液压缸 16 上腔压力升高达到预调压力，电接触压力表 12 发出信息，2ya 断 电，液压缸 16 进口油路切断，(单向阀 11 和吸入阀 13 的高密封性能确保液压 缸 16 活塞对工件保压，利用液压缸 16 上腔压力很高，推动液动换向阀 14 下移， 打开外控顺序阀15， 防止控制油路使吸入阀1误动而造成液压缸16上腔卸荷) 当 液压缸 16 上腔压力降低到低于电接触压力表 12 调定压力，电接触压力表 12 又 会使 2ya 通电，动力系统又会再次向液压缸 16 上腔供应压力油。 主泵（恒功率输出）主泵电液换向阀 9 的 m 型中位电液换向阀 21 的 k 型中 位t，主泵卸荷 。 e、保压结束、液压缸 16 上腔卸荷后： 保压时间到位，时间继电器发出信息， 1ya 通电（2ta 断电） ，液压缸 16 上 腔压力很高，推动液动换向阀 14 下移，打开外控顺序阀 15，主泵 1电液压换 向阀 9 的大部分油液经外控顺序阀 15 流回油箱，压力不足以立即打开吸入阀 13 通油箱的通道，只能先打开吸入阀 13 的卸荷阀（或叫卸荷阀的卸荷口） ，实现液 压缸 16 上腔（只有极小部分油液经卸荷阀口回油箱）先卸荷，后通油箱的顺序 动作，此时： 主泵 1 大部分油液电液压换向阀 9外控顺序阀 15t f、液压缸 16 活塞快速上行： 液压缸 16 上腔卸压达到吸入阀 13 开启的压力值时，液动换向阀 14 复位， 外控制顺序阀 15 关闭，切断主泵 1 大部分油液电液换向阀 9外控顺序阀 15 t 的油路，实现： 进油路：主泵 1电液换向阀 9液控单向阀 19液压缸 16 下腔 回油路：液压缸 16 上腔吸入阀 13t g、顶出工件： 液压缸 16 活塞快速上行到位，碰行程开关 1xk，1ya 断电，电液换向阀 9 复 位，4ya 通电，电液换向阀 21 右位工作 进油路：主泵 1电液换向阀 9 的 m 型中位电液换向阀 21液压缸 20 下腔 回油路：液压缸 20 上腔电液换向阀 21t h、顶出活塞退回：3ya 通电，4ya 断电，电液换向阀 21 左位工作 进油路：主泵 1电液换向阀 9 的 m 型中位电液换向阀 21液压缸 20 有杆腔 回油路：液压缸 20 无杆腔电液换向阀 21t k、压边浮动拉伸： 薄板拉伸时，要求顶出液压缸 20 无杆腔保持一定的压力，以便液压缸 20 活 7 塞能随液压缸 16 活塞驱动动模一同下行对薄板进行拉伸，4ya 通电，电液压换 向阀 21 右位工作，6ya 通电，电磁阀 24 工作，溢流阀 25 调节液压缸 20 无杆腔 油垫工作压力。 进油路：主泵 1电液换向阀 9 的 m 型中位电液换向阀 21液压缸 20 无杆腔 吸油路：大气压油电液压换向阀 21填补液压缸 20 有杆腔的负压空腔 1.2 1.2 设计参数设计参数： 液压系统最高压力 p=32mpa 一般选用 p=20-25mpa 主液压缸公称吨位 1000kn 主液压缸用于冲压的压制力与回程力之比值为 5-10%，塑料制品的 压制力与回程力之比为 2%， 顶出缸公称顶出力取主缸公称吨位的五分之一 顶出缸回程力为主液压缸公称吨位的十五分之一 主液压缸 快速空行程 v=100mm/s 工作行程 v=10mm/s 回程 v=80mm/s 顶出液压缸 顶出行程 v=80mm/s 回程 v=120mm/s 设计要求： 设计选择组成该液压系统的基本液压回路并说明液压系统的工 作原理，设计计算选择液压元件，进行液压系统稳定性校核，绘液压 系统图及液压集成回路图，设计液压装置和液压集成块，编写液压系 统设计说明书。 8 第二章 第二章 工况分析 工况分析 2.1 2.1 绘制液压缸速度循环图绘制液压缸速度循环图、负载图 、负载图 2.2 2.2 参数参数 1、选取参数 取动摩擦系数 fd=0.1 ，静摩擦系数 fj=0.2 ，缸=0.9 ， v 快=100mm/s ， v 工=10mm/s，令起动时间不超过 0.2 秒， 选取工作压力 f=25000n(按负载 20000-30000 计算得) 选 取 p=20-25mpa 取 p1=25mpa 2、计算摩擦力 静摩擦力 f2=gfj=98000.2=1960n 动摩擦力 f3=gfd=98000.1=980n 3、确定液压缸的推力 启动推力 f 启=f2/缸=19600.9=2178n,取整为 2180n 加速推力 f 加=（f3+f4）/缸=1644n，取整为 1640n 9 快进推力 f 快=f3/缸=9800.9=1089,取整为 1090n 工进推力 f 工=（f1+f3）/缸=39978n，取整为 40000n 第三章 第三章 确定液压缸参数确定液压缸参数 1、初选液压缸工作压力 按照液压缸工作时的作用力 f 工参考课本 270 页表 91， 初定工 作压力 p1=2025mpa ,取 p1=25mpa；选用 a1/2=a2 差动液压缸. 2、计算液压缸结构尺寸 主缸的内径 m p r d 226 . 0 10 25 10 1000 4 4 6 3 = = 主 根据 gb/t23481993，取标准值 d 主 =250mm 活塞杆直径 主缸 m p r d d 237 . 0 10 20 10 100 4 25 . 0 4 6 3 2 2 = = 回 主 根据 gb/t23481993，取标准值 mm d 230 = 主 则有液压缸各部分面积如下： 2 2 2 2 1 491 0491 . 0 25 . 0 4 4 cm m d a = = = = = 3 a 2 2 2 2 415 0415 . 0 23 . 0 4 4 cm m d = = = 2 2 3 1 2 76 0076 . 0 cm m a a a = = = 10 3 主缸的压制力 kn n pa r 5 . 1227 1227500 0491 . 0 10 25 6 1 = = = 压制 4 实际回程 r 主回= = 2 pa 0076 . 0 10 25 6 =190000n=190kn 5 顶出缸的内径 m p r d 1129 . 0 10 20 10 200 4 4 6 3 = = 顶 顶 根据 gb/t23481993，取标准值 mm d 110 = 顶 088 . 0 00445 . 0 0121 . 0 10 20 10 70 4 110 . 0 4 6 3 2 2 = = = = p r d d 回 顶 顶 顶 m 根据 gb/t23481993，取标准值 mm d 90 = 顶 6 顶出缸的面积 2 2 2 2 1 95 0095 . 0 110 . 0 4 4 cm m d a = = = = 顶 2 2 2 2 3 64 0064 . 0 09 . 0 4 4 cm m d a = = = = 顶 2 2 3 1 2 31 0031 . 0 0064 . 0 0095 . 0 cm m a a a = = = = 顶 顶 顶 顶出缸的顶出力 kn n pa r 190 190000 0095 . 0 10 20 6 1 = = = 顶 顶出 7 顶出缸 的回程力 r 顶回= 2 顶 pa = kn n 62 62000 0031 . 0 10 20 6 = = 8 .顶出液压缸的工作压力和回程工作压力： 6 10 20 顶出 p pa 11 6 2 10 20 0031 . 0 62000 = = 顶 顶回 顶回 a r p 9 液压缸运动中供油量 （1） 快速空行 min / 6 . 294 60 1 91 . 4 60 / 1 . 0 0491 . 0 2 1 1 l s s m m v a q = = = 进 快 min / 6 . 45 60 1 76 . 0 60 / 1 . 0 0076 . 0 2 1 2 l s s m m v a q = = = 回 快 （2） 工作进程进出油量 min / 46 . 29 60 1 . 0 91 . 4 60 / 01 . 0 0491 . 0 2 2 1 l s s m m v a q = = = 进 工 min / 56 . 4 60 1 . 0 76 . 0 60 / 01 . 0 0076 . 0 2 2 2 l s s m m v a q = = = 回 工 (3) 主缸回程 min / 48 . 36 60 8 . 0 76 . 0 60 / 08 . 0 0076 . 0 2 3 2 l s s m m v a q = = = 进 回 min / 68 . 235 60 8 . 0 91 . 4 60 / 08 . 0 0491 . 0 2 3 1 l s s m m v a q = = = 回出 （4） 顶出缸进排油量 顶出行程 min / 6 . 45 60 8 . 0 95 . 0 60 / 08 . 0 0095 . 0 2 4 1 l s s m m v a q = = = 顶 进 顶 2 24 0.00310.08/600.31 0.8 6014.88 /min qavmm ssl = 顶回顶 顶出缸退回 第四章 第四章 液压元、辅件的选择液压元、辅件的选择 min / 88 . 14 60 8 . 0 31 . 0 60 / 08 . 0 0031 . 0 2 4 2 l s s m m v a q = = = 顶 回 顶 12 4.1 4.1 液压元件的选择液压元件的选择 1.液压系统快速空程供油方式： min / 6 . 294 60 1 91 . 4 60 / 1 . 0 0491 . 0 2 1 1 l s s m m v a q = = = 进 快 由于供油量大，不宜采用由液压泵供油方式，利用主液压缸活塞等自 重快速下行，形成负压空腔，通过吸入阀从油箱吸油，同时使液压系 统规格降低档次。 2.选定液压泵的流量及规格： 设计的液压系统最高工作压力 pa p 6 10 25 = 主液压缸工作行程， 主液 压缸的无杆腔进油量为： min / 46 . 29 60 1 . 0 91 . 4 60 / 01 . 0 0491 . 0 2 2 1 l s s m m v a q = = = 进 工 3.主液压缸的有杆腔进油量为： min / 48 . 36 60 8 . 0 76 . 0 60 / 08 . 0 0076 . 0 2 3 2 l s s m m v a q = = = 进 回 4.顶出液压缸顶出行程的无杆腔进油量为： min / 6 . 45 60 8 . 0 95 . 0 60 / 08 . 0 0095 . 0 2 4 1 l s s m m v a q = = = 进 顶 设选主液压 缸工作行程和顶出液压缸顶出行程工作压力最高 （ pa p 6 10 25 = ）工件顶出后不需要高压。主液压缸工作行程（即压 制）流量为 29.46l/min,主液压缸工作回程流量为 4.56l/min,选用 160bgy14-1b 型电液比例斜盘式轴向变量柱塞泵。虽然在 pa p 6 10 7 p 快 电动机允许短期过载，选取 37kw 的 y250m-6 型电机。若设定工 13 作压力在 （25-32）10 6 pa, 选取 55kw 的 y280m-6 型电机。 液压缸的压制工作压力为 p=25.8mpa；液压缸回程工作压力为 p=0.64mpa 快 速进退选 p=2.8810 6 pa,q=250l/min, 工进选 p=25.810 6 pa,q=157.5l/min,液 压泵的容积效率 v=0.92，机械效率 m=0.95，两种工况电机驱动功率为 kw pq p m v 7 . 13 60 95 . 0 92 . 0 10 250 10 88 . 2 60 3 6 = = = 快 kw m pq p m v 5 . 77 95 . 0 92 . 0 60 10 5 . 157 10 8 . 25 60 3 6 = = = 工 （按等值功率计算： kw t t t t t p t p t p t p p 13 2 . 18 2 4 3 . 33 2 . 18 88 . 2 2 73 . 67 4 35 . 7 3 . 33 60 . 2 2 2 2 2 4 3 2 1 4 2 3 2 2 2 1 2 = + + + + + + = + + + + + + 快退 终压 初压 恒速 等值 额定功率 kp p max k电动机过载系数 直流电动机 k=1.82.5， 若考虑到网络电压 波动，一般取 k=1.52.0 取 kw k p p 5 . 45 7 . 1 5 . 77 max = = 额定功率 选取液压泵的驱动电机，首先应考虑等值功率和运动循环动作阶段的最大 功率。本课题运动循环动最大功率是终压功率 67.73/0.950.92=77.5kw，持 续时间只有 2 秒钟时间，不在电动机允许的短期过载范围内，不能按等值功率 计值的短期过载处理，也不能按运动循环选取 250bgy14-1b 型电液比例斜盘式 轴向变量柱塞泵电动机的最大驱动功率，只能按短折算系数为 1.7 的短期过载 设计，选取 45kwy280m-2 型交流异步电动机驱动液压泵。 ） 查手册选取 y280m-6 型电机,其额定功率为 37kw。 4.2 4.2 液压辅件的选择液压辅件的选择 1、 根据系统的工作压力和通过各元、 辅件的实际流量， 选择的元、 辅件的规格如下表所示。 序 号 元 件 名 称 实际流量 规格 备注 14 1 斜盘式轴向柱塞泵 160l/min 160bgy14-1b 2 齿轮泵 10l/min cb-1010 55kw 3 电动机 y250m-6 4 滤油器 250l/min wu 250 180f 5 电液比例溢流阀 160l/min yf-b20h 6 直动式溢流阀 10l/min y-hb6f 7 三位四通电液换向 阀 160l/min 34bym-h20-t 8 单向阀 160l/min df-b20k3 9 电接触压力表 kf-l8/30e 10 外控顺序阀 160l/min x4f-b20f-y 11 液控单向阀 600l/min 自制 12 二位三通电磁换向 阀 10l/min 23d-10b 13 液控单向阀 160l/min dfy-b20h2 14 内控外泄式顺序阀 160l/min x4f-b20f-y1 15 主液压缸 外购 16 顶出液压缸 外购 17 三位四通电液换向 阀 160l/min 34byk-h20-t 18 阻尼器 25l/min 自制 15 19 二位二通电磁换向 阀 25l/min 22d-10b 20 先导式溢流阀 160l/min yf-b20h 21 直动式溢流阀 25l/min 22 行程开关 y-hb6f 外购 3 个 2、油箱容量：按经验公式计算油箱容量 上油箱容积： l v 1200 600 2 = 上 下油箱容积： l q v p 1600 160 10 10 = = 下 液压缸流量表 动 作 顺 序 流进 l/min 流出 l/min 快 速 下 行 160+694=754 271.2 工 作 行 程 101 36.4 主液 压缸 回 程 160 444.8 顶 出 行 程 101 61.8 顶出 液压缸 退 回 行 程 160 261.5 16 第五章 第五章 液压系统主要性能验算 液压系统主要性能验算 5.1 5.1 系统压力损失计算系统压力损失计算 管道直径按选定元件的接口尺寸确定为 d=20mm,进、回油管长度 都定为 l=2m,油液的运动粘度取 s m / 10 5 . 1 2 4 = ,油液的密度取 3 3 / 10 88 . 0 m kg = 。 1、判断流动状态 进、 回油管路中所通过的流量以快退时回油量 q=444.8l/min 为最 大，由雷诺数 dv q v vd 4 re = = 可知 3 34 4444.8 10 re3147 60 20 101.5 10 = 因为 re2300,故各工况下的进、回油路中油液的流动状态为紊 流。 2、计算系统压力损失 由于工进时，油路流量少，可忽略不计；以下只计算快进时的系 统压力损失。 a、进油路中的压力损失 快进时油液在管道中的流速为 3 222 0 44 754 10 40.2/ 60 (2 10 ) q m s d v = a、计算沿程压力损失 p= 2 2 5 0 2 75752880 4.7 7.6 10 re26902 102 l pa d = 17 b、局部压力损失按经验公式计算 p1=0.1p= 5 0.76 10 pa c、阀类元件产生的局部压力损失 根据公式 2 ) ( q p p n n v q = ，其中 p n 为额定压力损失，由手册 查得电液换向阀 9、21 单向阀 11、行程阀 26 的额定压力损失均为 pa 5 10 2 ，q 为实际流量，q n 为标准流量。 222 55 877540 2 103.4 10 10010063 v pa p =+= p 进=p+p1+ p v 55 (7.60.760.34) 108.7 10 pa =+= b、回油路中的压力损失 回油路中油液的流速为 3 222 00 44 271.2 10 14/ 60 (2 10 ) q m s d v = 回油路的雷诺数为 3 34 44 271.2 10 re450 2 101.5 10 vdq vdv = 沿程压力损失为p= 2 5 2 752880 2 3.7 10 4502 102 pa = 局部压力损失为p1=0.1p 沿= 5 0.37 10 pa 阀类元件损失为p 阀= 22 55 7540 2 105.3 10 10063 pa += p 回=p+p1+p 阀= 55 (3.70.375.3) 109.37 10 pa += c、快进的总的压力损失 18 p 总=p 进+p 回 1 2 a a = 55 36.4 (8.79.37) 1018.3 10 101 pa += p 总小于工进压力损失设定值p1，压力损失校验合格。 5.2 5.2 系统效率计算系统效率计算 在一个工作循环周期中，工进时间最长，因此，用工进时的效率 来代表整个循环的效率。 1、计算回路效率 按公式 2 2 1 1 1 1 p p p p c q p q p q p + = 来计算，其中 1 p 和 1 q 液压缸的工作压力和流量； 1 p p 、 1 p q 、 2 p p 和 2 p q 每个液压泵的工作压力和流量； 大流量泵的工作压力就该泵通过顺序阀 17 卸荷时产生的压力损 失，因此它的的值为 1 p p 2 55 50 2 100.54 10 95 pa = 工进时，液压缸回油腔的压力为 p2=