毕业设计（论文）-曲轴滚压强化机液压系统的设计【全套图纸】.doc

1 曲轴滚压强化机液压系统的设计 摘要 本曲轴滚压机的特点是采用强化滚压与滚压校直相结合 设计为三级变压液 压系统 滚压过程中滚压力成阶梯型变化 实现自动定位 强化滚压 光整滚压 三个过程 以提高滚压质量和滚压校直作用 即开始按较小的夹紧力进行滚压 以便曲轴定位 当滚压数圈后 滚压力增至最大值 做强化滚压 滚压至需要圈 数后压力又降至一定值做光整滚压 再滚数圈 滚压循环结束 液压系统液压阀 配置形式选择集成块式 液压集成块是安装各种液压元器件 并在其内部按液压 原理图实现元件间孔道连通的复杂功能阀块 其结构紧凑 元件密度高 占据空 间小 变化灵活 易标准化等特点 关键词 曲轴 滚压强化 液压系统 全套图纸 加全套图纸 加 153893706 2 Crankshaft Rolling strengthen the design of the hydraulic system ABSTRACT Abstract The crankshaft rolling machine used to strengthen the characteristics of rolling and rolling straightening the integration of design for the three PSA hydraulic system Rolling into the process of rolling pressure on the ladder type changes automatic positioning strengthening rolling rolling three whole process Rolling to improve school quality and rolling straight role That is to embark on the smaller clamping force to roll in order to crank positioning when rolling a few laps later rolling to the maximum pressure so strengthening rolling rolling to need a few laps after the pressure has to do a certain value Finishing rolling Rolling again a few laps rolling cycle ended Hydraulic system hydraulic valve configuration of choice for integrated block Hydraulic Manifold is the installation of various hydraulic components and in its internal realization of the principle of hydraulic components of the complex functions of the channels connected valve block the compact high density components occupy small space changes in flexible easy to standardize And so on Key word crankshaft Rolling Strengthening hydraulic system 3 目目 录录 摘要 1 ABSTRACT 2 1 绪论 5 1 1 圆角滚压强化的概念 5 1 2 曲轴圆角滚压强化机理 5 1 2 1 微观组织机理 5 1 2 2 表面质量机理 5 1 2 3 残余压应力机理 6 1 3 曲轴圆角滚压工艺 7 1 4 滚压强化的发展趋势 8 2 曲轴滚压强化机液压系统的设计 8 2 1 工艺参数的选择 8 2 1 1 滚压力 8 2 1 2 滚压次数 9 2 2 液压系统使用要求及速度负载分析 9 2 2 1 使用要求 9 2 2 2 速度负载分析 9 2 3 液压系统方案设计 10 2 3 1 确定液压泵类型及调速方式 10 2 3 2 选用执行元件 10 2 3 3 多级调压回路 10 2 3 5 换向回路的选择 10 2 3 5 组成液压系统绘原理图 10 2 5 液压系统的参数计算 12 2 5 1 液压缸参数计算 12 2 5 2 液压泵的参数计算 12 2 5 3 电动机的选择 14 2 5 液压元件和装置的选择 15 2 5 1 液压阀的选择 15 2 5 2 过滤器的选择 16 2 5 3 油管的选择 16 2 5 5 油箱的设计 16 2 5 5 液压阀配置形式的选择 17 2 6 验算液压系统性能 18 2 6 1 压力损失的验算及泵压力的调整 18 4 2 6 2 液压系统的发热和温升验算 18 结论 20 致谢 20 参考文献 21 5 1 1 绪论绪论 曲轴是高速运转并受循环应力作用的重要机器零件 其工作条件十分恶劣 由于受循环应力和应变的作用 局部产生渐进性永久变形 最终导致裂纹或完 全断裂 因此使用前需要进行强化处理 曲轴圆角滚压技术是强化的主要方法 之一 它的特点是强化效果显著 生产效率高和成本低 根据资料统计 球铁 曲轴经圆角滚压后寿命可提高 120 300 钢曲轴寿命可提高 70 150 1 1 圆角滚压强化的概念 表面滚压强化是一种无屑光整加工方法 它是在常温状态下 利用高硬度 材料 如淬火钢 硬质合金以及红宝石等 制成的工具对被加工零件表面施加一 定的压力 使表面层金属产生塑性变形 产生表面残余压应力的一种强化方法 圆角滚压强化是一种特殊的表面滚压强化 它是在曲轴的轴颈与主轴颈 曲柄与连杆之间的圆角上采用滚压旋转加压在轴颈部位形成塑性变形带改变危 险界面处的拉应力状态 使之形成合理分布的压应力状态的一种特殊的表面强 化方法 它跟其它的曲轴强化方法比较起来具有以下的特点 能够降低曲轴表面 粗糙度 强化被滚压的表面 经滚压后产生残余压应力 硬化层深度一般为 0 5 1 5mm 硬度可提高 5 50 能减小切削加工时留下的刀痕迹等表面缺陷 从而降低了应力集中程度 由于滚压是冷加工 不需要热能 处理时间短 因 此它的成本较低 生产效率高 1 2 曲轴圆角滚压强化机理 曲轴的圆角处是曲轴应力集中最严重的部位 因此它的疲劳破坏一般发生在曲轴轴颈 和曲柄连接的过渡圆角处 滚压强化机理是指曲轴经过圆角滚压后在各方面提高其疲劳寿 命的理论 包括微观组织 表面质量和残余压应力强化机理三个方面 1 2 1 微观组织机理 曲轴在滚压过程中表层金属在滚轮的作用下会发生强烈的塑性形变 金属 塑性变形的最基本方式是滑移 即一部分晶体沿某一晶面和晶向相对于另一部 分晶体发生相对滑移 曲在载荷的作用下晶体发生反复滑移 它的特点主要在 晶体中晶粒的位向及晶界对塑性变形的影响上 晶界能够阻碍位错运动 由于 晶粒的位向不同 因此它们之间相互约束 阻碍晶粒的变形 在同样变形影响 下 一定体积内的晶粒数越多 则变形分散在更多的晶粒内进行因此不会产生 局部应力集中 从而使多晶体能承受较大量的塑形变形而不破坏 同时滑移的 结果还使晶粒的位错密度增加 晶格畸变 一部分符号相反的位错相互抵消 而符号相同的位错则重新排列并形成小角度的位错墙 形成轮廓清晰尺寸更加 微小的亚晶粒 亚晶粒的细化和位错密度增高这些变化将会显著提高材料的屈 服强度和疲劳性能 另一方面 过大的塑性变形将导致孪生 晶体拉长 晶粒转动 破碎等塑 性变形 晶格严重扭曲 滚压表面甚至出现鳞片状波纹 花斑 表面变脆脱皮 6 等现象 将降低曲轴的疲劳寿命 因此在实际中还要控制滚压强化层的深度 1 2 2 表面质量机理 零件表面加工后引起的粗糙表面是应力集中的主要因素之一 常成为极危 险的尖端切口 形成应力集中 在交变应力作用下 疲劳源总是出现在应力集 中的地方 应力集中促疲劳裂纹的形成和扩展表面越粗糙 缺陷的缺口底部越 尖锐 缺口深度越大则有效应力集中系数值越大 应力集中越严重 因此疲劳 强度和疲劳寿命是随表面粗糙度的下降而增加 即表面越粗糙 疲劳强度和疲 劳寿命降低就越严重 为了降低曲轴表面的应力集中 对曲轴主轴颈和连杆颈进行磨削加工后 它的表面粗糙度很容易达到 Ra 0 8 m 但圆角处由于加工困难很难保证要求 的表面粗糙度 而恰恰它又是危险截面 曲轴圆角滚压加工相当于一个低粗糙 度的硬表面在另一个高粗糙度的软表面上滚动 由于工具有极高的耐磨性 工 具和零件的硬度相差悬殊 在滚压过程中工具基本不发生变形 而零件表面上 的微凸体受到挤压后 凸峰两侧的金属被下压 而且还要从凸峰两侧的凹谷挤 出 这样可使微观不平度减小 从而获得小的表面粗糙度 曲轴经过圆角滚压可 以使圆角表面粗糙度达到 Ra O 1 m 以下 这样就大大减少了圆角处的应力集 中 大大提高了曲轴的疲劳强度 1 2 3 残余压应力机理 早在上个世纪 30 年代人们就发现延长疲劳寿命的有效途径可能通过引人残 余压应力 实际上材料中残余压应力最明显的作用是对材料疲劳性能的影响 也是由于这一点 残余压应力才受到人们越来越多的关注 成为过去一段时间 材料科学研究的热点之一 目前主要通过以下两种不同的途径进行研究 1 应力强度因子方面 材料表面的缺陷或裂纹只有当外加交变载荷达到某一界限时 即裂纹尖端 的应力强度因子达到了材料本身的临界应力强度因子时 裂纹才开始扩展 当 有平均应力存在条件下 界限应力强度因子幅为 m 1 2 K 1 0 2 1 R 1 R th 式中 R 为交变载荷中的平均应力 由于残余压应力能够降低外加交变载荷中的平均应力的作用 因此可以减 小零件实际承受的应力强度因子幅值 K 由公式 1 可以看出 R 值的下降能够 提高裂纹开始扩展的界限应力强度因子幅值 Kth 那么在一定交变载荷条件下 原来可能发生扩展的类裂纹 在有残余压应力存在的情况下 由于 Kth 值得 到提高 要使裂纹扩展 则必须继续增大交变应力 这就是残余压应力在提高 有裂纹材料疲劳强度中所起的作用 2 裂纹闭合的影响方面 Elber 于上个世纪 70 年代初提出了裂纹闭合的概念 曲轴圆角经过滚压后 产生的残余压应力能够平衡曲轴加工和工作时的表面产生的拉应力 使零件的 表面处于压应力状态 残余压应力的存在可以使裂纹的尖端闭合 同时还可以 7 抑制裂纹尖端的继续扩展 因此可以提高曲轴的疲劳寿命 随后国内外对残余应力提高疲劳寿命作了一些研究 但大多都是以个别应 力分量作为疲劳失效准则的 Popinocanu NG 在上个世纪 80 年代根据等效应力 假说建立了最佳残余应力计算方法 等效应力准则更全面地考虑了各个应力分 量对疲劳失效的影响 该理论指出如果滚压后表面的残余应力状态使得等效应 力在具体工况条件下为最小值 则该残余压应力为最佳的残余应力状态 在该 残余应力状态下工件可以获得最佳的疲劳寿命 随着计算机和有限元理论的发展 应用有限元模拟的领域也越来越广泛 2003 年美国的 W Y Chien 等人对曲轴在具体载荷下建立二维有限元模型 分析 了圆角在非残余应力状态下的应力集中 以及曲轴圆角经过滚压后的应力分布 应用断裂机理研究了残余应力对曲轴疲劳寿命的影响 1 3 曲轴圆角滚压工艺 曲轴圆角滚压属于表面塑性变形范畴 早在 1933 年美国就将滚压强化方法 应用在铁路上 在 1938 年苏联开始对铁路车轴轴颈进行滚压强化试验 到了上 个世纪 50 年代发达国家开始研究曲轴表面的强化滚压技术 后来随着工业对曲 轴疲劳性能要求越来越高 为了提高生产效率 开始对滚压设备进行研究 到 上个世纪 80 代发达国家发明了曲轴强化工艺的全自动滚压 大大提高了曲轴滚 压强化的效率 我国的滚压技术在机械行业中的应用起始与上个世纪 60 代至今在很多机械 企业中有所应用 目前国内根据圆角和工序的不同 可把曲轴滚压分为切线滚 压 圆角沉割滚压 切线滚压 在曲轴加工经过精磨后直接进行滚压 它的优点是工序简单 生 产效率高 缺点是很容易在轴颈和轴颈侧表面挤出凸台 这需要在后续工艺中 磨去除 这样很容易把滚压层磨去 因此削弱滚压的效果 圆角沉割槽滚压 为了克服上述缺点 在切线滚压工序的基础上 在滚压之 前先加工出一个半径和滚轮一样的凹槽进行滚压 这样在滚压后进行磨削就不 至于磨到滚压强化层而削弱强化效果 同时沉割槽还可以分散应力集中 但是要 想加工出一个如此精确的凹槽对于一般车削来说很难 而需要专门的数控车削 车床成本很大 目前国外发动机的曲轴大部分都使用沉割圆角滚压工艺 由于曲轴是典型的非对称结构形状复杂 圆角滚压后产生的残余压应力重 新分布 使得曲轴弯曲 主轴颈跳动较大 超出允许误差 国外上个世纪 90 代 针对曲轴在滚压过程中由于塑性变形产生的轴颈跳动 实现了滚压 矫直工艺 它首先对曲轴圆角进行滚压 然后测量曲轴的不直度 若不合格 再根据变形 的实际情况 在曲轴的某些部位用不同的压力继续进行滚压 实践证明这样能 将曲轴重新滚压校直 而圆角处的压应力依然存在 目前将这种具有圆角滚压 强化 曲轴不直度测量和滚压校直三道工序合而为一的专门设备称为曲轴圆角 滚压智能加工设备 按照滚压时温度的不同可以把滚压分为冷滚压和温滚压 曲轴的温滚压加 8 工就是把曲轴表面加热到室温以上再结晶温度以下约 300 500 进行表面圆角 滚压 上个世纪 70 年代 日本少数厂家对温滚压技术进行了研究 并将其应用 在曲轴强化上 由于温滚压可以的到更好的屈服强度和表面强度 因此温滚压 曲轴相能获得更好的疲劳强度 1 4 滚压强化的发展趋势 通过所查资料表明 国内外滚压强化的发展趋势主要在以下几个方面 理论方面 包括对滚压强化的机理以及滚压力的计算的研究 以临界等效应 力作为失效标准确定的最佳残余应力 在提高深沟球轴承的寿命放面取得了较 好的效果 而应用在曲轴上面的报道很少 因此研究最佳残余应力理论在提高 曲轴寿命领域的应用将成为滚压强化机理的发展趋势 工艺方面 由于对滚压参数的研究不是十分充分 如曲轴材料 滚压工艺参 数对滚压层和疲劳强度的影响缺乏系统的研究 不能向设计者提供系统可靠的 疲劳理论 设计计算公和完善的材料性能数据 因此获得不同尺寸和材料的曲 轴在不同工况下的最佳工艺参数 滚压力的大小 滚压圈数 滚压速度 滚压位 置 滚论的半径 成为国内曲轴滚压技术的发展趋势 数值模拟方面 主要是曲轴圆角经过滚压后残余应力状态的研究 2 2 曲轴滚压强化机液压系统的设计曲轴滚压强化机液压系统的设计 2 1 工艺参数的选择 2 1 1 滚压力 强化效果主要以残余压应力和滚压层深度 硬化层 来衡量 在一定范围 内 加大滚压力 则残余应力和滚压层深度相应增加 强化效果提高 但滚压 是利用塑性变形的一种强化方法 不可能使残余压应力和滚压层深度超过限度 否则 会使滚压表面起皮 甚至剥落 变形 反而降低滚压效果 滚压力增加 还涉及到滚压工具 滚压机床的刚性和冷却润滑等问题 因此 往往把滚压力 限制在中等范围内 根椐资料 最大残余应力在材料屈服点的 1 5 倍 滚压层 最大硬度在材料硬度的 1 5 倍为宜 亦可根据等强度观点 将曲轴圆角强度提 高到与其他部位相等或稍高 使曲轴故障不致在圆角区发生 这样也就达到了 强化之目的 可见滚压力的选择 是由滚压工具 曲轴材质 结构及工作状况所决定的 曲轴类型不同滚压力亦不同 根据滚压层深度确定滚压力 预定滚压层深度 a 计算滚压力 P 其计算式 P 2 sa2m2 式中 m 1 0 07R R 1 1 1 R 2 1 R 3 1 R 4 1 R R1 滚轮半径 R2 连杆轴颈圆角半径 9 R3 主轴颈圆角半径 R5 相关轴颈半径 s 曲轴材质屈服强度 滚压层深度对于汽车 拖拉机用内燃机曲轴 取其连杆轴颈直径的 1 30 左 右 为 9800N 2 1 2 滚压次数 滚压的先决条件是工件要有足够的塑性 曲轴圆角在滚压过程形成环形压 痕 金属沿切线和圆角方向流动 圆角两侧堆积金属形成凸缘 根据试验表明 在给定压力下 当滚压至一定次数后 压痕深度和凸缘高度达到最大值 不再 继续扩展 滚压深度和残余应力亦不会再增加 若继续滚压只会引起曲轴变形 量增大 滚压表面光洁度下降 甚至起皮 同时还可能破坏滚压工具的表面光 洁度 所以滚压次数不宜过多 一般在 10 25 次之间为宜 本液压系统选取 20 次 2 1 3 滚压速度 这是指切线速度 滚压过程中圆角表层金属产生塑性流动 特别是滚轮滚 压处更为明显 当滚压速度太高即使在冷却润滑条件充分的情况下 使滚压表 面出现烧伤和撕裂 同时 滚压机构的惯性和离心力 会引起滚轮颤动 使滚 压表面产生波纹 这不仅会降低滚压表面质量 损坏滚压工具 而且还会增大 曲轴弯曲变形 若滚压速度过低 曲轴扭转变形增加 轴向还略有延伸 滚压速度与曲轴圆角的半径大小及硬度 滚压工具的结构形状 滚压力 滚压机床等有关 在一般情况下取 5 15 m min 2 2 液压系统使用要求及速度负载分析 2 2 1 使用要求 设计的曲轴强化滚压机液压系统采用三级变压液压系统 滚压过程中 滚 压力成阶梯型变化 实现自动定位 强化滚压 光整滚压三个过程以提高滚压 质量和滚压校直作用 即开始按较小的夹紧力进行滚压 便于曲轴定位 当滚 压数圈后 滚压力增加到最大值 做强化滚压 滚压至需要圈数后 压力又降 至一定值 做光整滚压 再滚压数圈 滚压循环结束 滚压力和圈数由控制机 构控制 可随需调整 2 2 2 速度负载分析 曲轴圆角滚压工艺参数 工艺流程为精磨轴颈后滚压圆角 滚压速度为 56r min 定位滚压的滚压力为 5900N 最大的强化滚压力为 9800N 光整滚压 的滚压力为 7350N 滚压力及滚压圈数见图 1 滚压时的进给速度为 0 25m min 各工作阶段的滚压深度根据公式 a 可以计算出来 m 1 s P 2 定位滚压的滚压深度 a1 10 a1 2 36mm m 1 s P 2 强化滚压的滚压深度 a2 a2 a1 3 35 2 36 1mm m 1 s P 2 图 1 负载分析中 暂不考虑回油腔的背压力 液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效 率中加以考虑 因工作部件是立式放置 这样需要考虑的力有 滚压力 自身重力和惯性 力 2 3 液压系统方案设计 2 3 1 确定液压泵类型及调速方式 参考同类组合机床 选用单作用叶片泵供油 调速阀进油节流调速的开式 回路 溢流阀做定压阀 2 3 2 选用执行元件 系统工作循环要求正向快进和工作 反向快退 因此选用单活塞杆液压缸 选用无杆腔面积 A1 等于有杆腔面积 A2 的两倍 八个液压缸并联在油路中 2 3 3 多级调压回路 根据运动方式和要求 采用多级调压回路来实现自动定位 强化滚压 光 整滚压三个过程以提高滚压质量和滚压校直作用 多级调压回路为三级调压回 路 泵的出口分别接具有不同调定压力的溢流阀 其中一个溢流阀直接接在泵 的出口 另外两个通过三位五通阀接在泵的出口 当换向阀中位时 压力由溢 流阀 8 调定 当换向阀左位时 压力由溢流阀 10 调定 当换向阀右位时 压力 由溢流阀 11 调定 液压系统原理如图 2 所示 电磁铁的动作顺序如表 1 所示 2 3 5 换向回路的选择 本系统对换向的平稳性没有严格的要求 因此选用电磁换向阀的换向回路 11 为了实现液压缸简单的换向 选用两位四通换向阀 2 3 5 组成液压系统绘原理图 将上述所选定的液压回路进行组合 并根据要求做必要的修改补充 组成 如图 2 所示的液压系统图 为了便于观察调整压力 在液压缸的进油口处设置 测压点 图 2 液压系统原理图 1 油箱 2 滤油器 3 单作用叶片泵 4 单向阀 5 调速阀 6 三位四通电磁阀 7 送料缸 8 主溢流阀 9 三位四通电磁阀 10 溢流阀 左档 11 溢流阀 右档 12 调速阀 13 两位两通电磁阀 14 调速阀 15 两位四通电磁阀 16 滚压缸 17 油压表 表 1 液压系统中各电磁铁的动作顺序 电磁铁动作 E1E2E3E4E5E6 送料 快进 夹紧 加压 12 加压 加压 松开 退料 2 5 液压系统的参数计算 2 5 1 液压缸参数计算 1 初选液压缸的工作压力 参考同类型的组合机床 初定液压缸的工作压力为 P1 100 105 Pa 2 确定液压缸的主要结构尺寸 本液压系统要求快退和快进 现采用单杆式的液压缸 取无杆腔有效面积 A1等于有杆腔有效面积 A2的两倍 即 A1 2A2 由图 1 可知最大负载为加压 时阶段的负载 F 9800N 按此计算 A1则 A1 F P1 0 00098m2 9 8cm2 5 10100 9800 液压缸直径 D 3 53cm 1 4A 8 94 由 A1 2A2可知活塞杆直径 d 0 707D 0 707 3 53 2 50cm 按 GB T2358 1993 将所计算的 D 与 d 值分别圆整到相近的标准直径 以便 采用标准的密封装置 圆整后得 D 3 6cm d 2 5cm 按标准直径算出 A1 D2 10 17cm2 4 A2 D2 d2 5 27cm2 4 按最低工进速度验算液压缸尺寸 查产品样本 调速阀最小稳定流量 qmin 0 05L min 因工进速度 v 0 05m min 为最小速度 则由公式 A cm2 10cm2 min min v q 2 5 1005 0 1005 0 本设计中 A1 10 17cm2 10cm2 满足最低速度的要求 3 计算液压缸各工作阶段的工作压力 流量和功率 根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积 可以计算出液压缸 工作过程各阶段的压力 液压缸的参数如表 2 所示 表 2 液压缸所需的实际流量 压力和功率 负载 F 进油压力 P所需 流量 输入 功率 工作循 环 计算 公式 NPaL minkW 13 加压 P A F 590058 18 1050 250 2 加压 P A F 980096 36 1050 250 39 加压 P A F 735072 27 10500 2 5 2 液压泵的参数计算 由表可知加压 阶段液压缸工作压力最大 若取进油路总压力损失 P 5 105Pa 压力继电器可靠动作需要压力差为 5 105Pa 则液压泵最高 工作压力为 Pp P1 P 5 105 106 36 105 Pa 因此泵的额定压力可取 Pr 1 25 106 36 105 132 95 105 由表 2 可知攻进时所需的流量最大是 0 25L min 设溢流阀最小流量为 2 5L min 则泵的流量 q K qmax 1 3 0 25 2 5 L min 2 76 L min 跟椐上面计算的压力和流量 查产品样本 选用 YB E6 型的单作用叶片泵 结构如图 3 所示 结构尺寸如图 5 和表 3 所示 该泵的额定压力 16MPa 最低转 速 600r min 最高转速 1500r min 图 3 YB E 型叶片泵的结构图 14 图 5 YB E 型叶片泵外形尺寸图 表 3 YB E 型叶片泵外形尺寸表 尺寸 mm型号 LL1L2l1l2l3 D1 D2 d1 d2 YB E6202131 575 5501935100dc12820d13 尺寸 mm型号 aa1btHH1SM1M2 YB E661252220537116M30 2M20 15 2 5 3 电动机的选择 系统为单泵供油 泵的流量 qp 6 10 3 60 m3 s 0 1 10 3 泵的出口压力 油流经单向阀后再经过调速阀 两位四通阀进入液压缸大腔 大腔的压力 p1 96 36 105Pa 由此计算所需要的的电动机功率 P P 1872W pq 5 0 101 01096 36 35 据此查产品样本选用 Y100L 1 电动机 电动机功率 2 2kW 额定转速 1500r min 外形尺寸如图 5 所示 性能参数如表 5 所示 15 图 5 Y100L 1 电动机外形尺寸图 表 5 Y100L 1 电动机外形尺寸表 型号尺寸 mm AA 2BC 基本尺 寸 基本尺寸极限偏 差 基本尺寸基本尺 寸 极限偏差 16080 0 515063 2 0 DEF 基本尺 寸 极限偏差基本尺 寸 极限偏差基本尺 寸 极限偏差 28 0 009 0 005 60 0 378 0 0 036 GHK 基本尺 寸 极限偏差基本尺 寸 极限偏差基本尺 寸 极限偏差 25 0 0 2 100 0 0 5 12 0 0 53 ABACADHDL位置度公 差 Y100L 1 205215180255380 1 0 2 5 液压元件和装置的选择 2 5 1 液压阀的选择 16 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 可选出选出 这些元件的型号及规格 本设计中所有阀的额定压力都为 160 105 Pa 额定流 量根据各阀通过的流量 确定为 10 L min 32L min 20L min 三种种规格 所 有元件的规格型号列于表 5 中 过滤器按液压泵流量的两倍选取吸油用线隙式 过滤器 表中序号与系统原理图中的序号一致 表 5 液压元件明细表 序 号 元件名称最大通过流量 L min 1 型号 1单作用叶片泵6YB E6 2单向阀50A 10B 3调速阀10Q D6B 5调速阀10Q D6B 5两位四通电磁阀3225EO3B E10B 6三位四通电磁阀3235EO30 E10B 7三位四通电磁阀3235EO30 E10B 8溢流阀20Y D6B 9溢流阀20Y D6B 10溢流阀20Y D6B 11压力表开关K F6B 2 5 2 过滤器的选择 3 1 过滤精度应满足液压系统要求 2 具有足够大的过滤能力 压力损失小 3 有良好的抗腐蚀性 不会对油液造成化学或机械污染 5 系统维护方便 更换滤芯容易 5 结构简单 紧凑 价格低廉 由液压产品样本中的表 20 8 132 选取过滤器 ZU H50X10S 型 流量 5050 额定压力 32MPa 过滤精度 10 minLm 2 5 3 油管的选择 根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸 液压缸的进 出油管按 输入 排出的最大流量来计算 由于本系统送料工进中油管内痛油量最大 其 实际流量为泵的额定流量 6L min 则液压缸进 出油管直径 d 按产品样本选用 内径为 15mm 外径为 19mm 的 10 号冷拔钢管 2 5 5 油箱的设计 1 油箱容积的确定 高压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的 6 12 倍 在本系统中取 8 倍 故油箱的容积为 V 12 6 L 72L 2 油箱的结构设计 17 油箱用钢板焊接而成 形状可以依主机总体布局而定 为了在相同的容量 下得到最大的散热面积 油箱的外形宜设计成立方体或长六面体 油箱设计应 注意以下几个问题 5 1 油箱内部吸油区与回油区要用隔板分离 以增大油液循环的路程 以减 缓油液的循环速度 便 于分离回油带来的空气和污物 提高散热效率 油箱一般采用隔板并安装 在油箱的中间位置 隔板高度不低于油面至箱底高度的 2 3 2 油箱底面应做成适当的斜度 并在最低位置装放油塞 油箱底面斜度可 做成双斜面 放油口在中间隔板处 也可做成向回油侧倾斜的单斜面 放油孔 开在回油侧的最低处 为便于清洁 中间隔板下部应开有缺口 使吸油侧的油液 沉淀物可以经此缺口至回油侧 然后经放油口排出 3 吸油管口与回油口应尽量远离 回油管口距箱底的距离应不小于管径的 三倍 管端切成 55 斜口 斜口面向与回油管相距最近的油箱 这样即有利于 散热 又有利于杂质的沉淀 吸油管口要装设有足够流通能力的滤油器或滤网 它们距箱底和侧面要有一定的距离以便四面进油 保证液压泵的吸入性能 5 系统中的泄漏油管应尽量单独接入油箱 其中各类控制阀的泄漏油管端 部应在油面上 以免产生背压 液压泵和马达的外泄漏油管应在油面之下 以 免吸入空气 5 油箱上部设加油口 加油口应带有滤油网 平时用盖子封闭 为了保证 油箱的油面升降时始终与大气相通油箱上盖应设有通气孔 通气口上设空气滤 清器防止空气中的灰尘进入油箱 由于目前生产的空气滤清器同时有加油和通 气的作用 因此加油口和通气孔可以合二为一 空气滤清器的规格根据液压泵 的每分钟流量选取 6 一般油箱可以通过拆卸上盖进行清洗 但对大容量的油箱 多采用在油 箱侧壁设清洗窗口的方法 清洗窗口平时用侧板密封 清洗时在取下 7 油箱应有足够的强度和刚度 特别是大容量和较高的油箱 因此一般采 用骨架式结构 当油箱结构容量较小时 可采用钢板直接焊接而成 8 为了检测油面 油箱侧壁应装设油面指示计 为了检测油温 一般在油 箱上装设有温度计 温度计直接插入油液 如果系统需要电加热器 也可以安 装在油箱的侧壁 其位置必须保证电加热器始终浸入油中 9 为防止污染 油箱内壁装有耐油防锈的保护层 2 5 5 液压阀配置形式的选择 对于固定式液压设备 常将液压系统的动力 控制与调节装置集中安装成 独立的液压站 可使装配与维修方便 隔开动力源的的振动 并减少油温的变 化对主机工作精度的影响 液压元件在液压站上的配置形式有多种形式可以选 择 配置形式不同 则液压系统的压力损失和元件类型不同 液压元件的配置 形式目前采用集成化配置 具体有下面三种 1 集成油路板式 18 集成油路板是一块较厚的液压元件安装板 板式连接的液压元件由螺钉安 装在板的正面 管接头安装在板的反面 元件之间的油路全部由板内加工的孔 道形成 2 集成块式 集成块是一个通用化的六面体 四周除一面安装通向执行元件的管接头外 其余三面都可以安装板式液压阀 元件之间的连接油路由集成块内部的孔道形 成 一个液压系统往往由多块集成块组成 进油口和回油口在底板上 通过集 成块的公共孔直通顶盖 3 叠加阀式 叠加阀是自成系列的元件 每个叠加阀既起控制阀作用 又起通道体的作 用 因此它不需要另外的连接块 只需用长螺栓直接将各叠加阀安装在底板上 即可组成所需要的液压系统 这种配置形式的优点是 结构紧凑 油管少 体 积小 质量小 不需设计专用的油路连接块 液压集成块是安装各种液压元器件 并在其内部按液压原理图实现元件间 孔道连通的复杂功能阀块 由于其结构紧凑 元件密度高 占据空间小 变化 灵活 易标准化等特点 因而本系统采用集成块式 2 6 验算液压系统性能 2 6 1 压力损失的验算及泵压力的调整 工进时管路中的流量仅为 0 25L min 因此流速很小 所以沿程压力损失 和局部压力损失都非常小 可以忽略不计 这时进油路上只考虑调速阀的压力 损失 p1 5 105Pa 泵的调整压力应该等于工进时液压缸的工作压力 p1加上 进油路压差 p1 并考虑压力继电器的动作需要 则 pp p1 p1 5 105Pa 96 36 5 5 105Pa 106 36 105Pa 即主溢流阀应按此压力调整 2 6 2 液压系统的发热和温升验算 液压系统工作时 液压泵和执行元件存在着容积损失和机械损失 管路和 各种阀类元件通过液流时要产生压力损失和泄露 所有的这样损失所消耗的能 量均转变成热能 使油温升高 连续工作一段时间后 系统所产生的能量与散 发到空气中的热量相等达到热平衡状态 此后温度不再升高 不同的主机 因 工作条件与工况不同 最高允许油温是不同的 系统发热温升的计算 就是计 算系统的实际油温 如果实际油温小于最高允许油温则系统满足要求 系统中 散发热量的元件主要是油箱 在整个工作循环中工进阶段所占用的时间最长 所以系统的发热主要是工 进阶段造成的 故按工进工况验算系统温升 工进时液压泵的输入功率如前面计算 P1 390W 工进时液压缸的输出功率 P2 Fv 9800 0 25 60 W 39 2W 19 系统总的发热功率 为 P1 P2 350 8W 已知油箱容积 V 72L 72 10 3m3 则按照 A 0 065邮箱近似散热面积 32 V A 为 A 0 065 0 065 m3 1 13m2 32 V 32 72 假定通风良好 取油箱散热系数 CT 15 10 3kW m2 C 则利用公式可 得油液温升为 T C 20 7 C A T C 13 1 1015 10 8 350 3 3 表 6 各种机械