卧式钻镗两用组合机床的液压系统设计毕业论文.doc

毕业设计（论文）题目:卧式钻镗两用组合机床的液压系统设计 系 别 机械工程系 专 业 机电一体化 班 级 姓 名 学 号 兰州工业学院毕业设计（论文）任务书机械工程 系 2013 届 机电一体化技术 专业毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目卧式钻镗两用组合机床液压系统设计课题内容性质理论研究/实验研究 /工程技术研究/软件开发课题来源性质结合教师科研课题/教师收集的结合生产实际的课题/学生自立课题设计/论文校内（外）指导教师职 称工作单位及部门联系方式朱琪副教授兰州工业学院机械工程、题目说明（目的和意义）：毕业设计是学生在校结束了全部理论课程和相应实践教学环节后进行的一项大型综合性实践教学环节，是学生在能将所学理论知识全面应用并结合理解实际问题的工程实践过程中不可或缺的、较系统的工程化训练，是完成工程师初步训练的重要步骤。通过毕业设计，学生应达到以下基本要求： 1、具有综合应用所学理论知识和实践技能，初步解决本专业范围内的工程技术问题的能力，善于应用新技术、新工艺、新材料。2、具有查阅科技文献资料、使用各种标准、手册以及独立工作、创新的能力。3、深刻认识理解联系实际的工作作风对技术人员的重要性。二、设计（论文）要求（工作量、内容）：设计一台卧式钻镗两用组合机床液压系统，完成8个14mm孔的加工进给传动。该系统工作循环为：快速前进工作进给快速退回原位停止。原始数据：快进快退速度约为0.075m/s； 工进速度可在0.00030.002m/s范围内无极调速； 最大行程为400mm，工进行程为180mm； 最大切削力为18KN；运动部件自重为25KN； 启动换向时间为0.05s； 采用平导轨，静摩擦系数，动摩擦系数。主要要求：要求根据系统的工作要求，进行工况分析和计算，拟定方案，确定液压传动系统，计算和选择液压元件，并进行系统的验算，确定合理的液压系统结构，绘制相关工作图并编制技术文件。设计者须提交的文件：1） 液压系统原理图2） 液压泵站装配图、液压缸装配图3） 列出所有标准件总成型号和性能4） 典型零件图5） PLC系统硬件接线图、软件流程图、梯形图6） 撰写设计说明书图纸要求：机械结构装配图视图完整清晰，符合最新国家标准，图面整洁，质量高，所设计图纸至少有两张零号图纸有计算机绘制打印。设计说明书的撰写设计说明书的论证要有科学根据，要有说服力；计算部分须指出公式来源并说明公式中的符号所代表的意义，公式中所有常数或系数必须正确，计算结果要足够准确，计算过程可省略，计算中采用的数据及计算结果可列表表示；说明书分章节段落叙述，通顺简练，有条理；所有图表，线图，简图应规范。设计说明书和图纸的装订工程图按国标规定装订，图幅小于或等于图幅时应装订在论文封底后，大于图幅时按国标规定单独装订作为附图。三、进度表日 期内 容2012.12.032012.12.09（1周）2012.12.102012.12.23（2周）2012.12.242012.12.30（1周）2012.12.312013.01.06（1周）2013.01.072013.01.13（1周）2013.02.252013.03.08（2周）根据毕业设计任务，收集、阅读整理有关资料，初步拟定液压系统原理图，在实验台上验证系统功能设计绘制液压系统装配图典型零件液压缸、邮箱、控制板等结构图的绘制绘制PLC系统硬件接线图、软件流程图、梯形图编写设计说明书毕业答辩完成日期2013.01.11答辩日期2013.02.252013.03.08四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量：参考资料：1.液压传动与控制 重庆大学出版社2.液压系统的计算与结构设计 宁夏人名出版社3.新编液压工程手册 北京理工大学出版社4.机床液压传动 机械工业出版社5.机械零件设计手册 机械工业出版社6.机床电气控制及可编程序控制器 兰州大学出版社7.机械设备电气控制 华南理工大学出版社实习地点：机械系实验中心指导教师签字教研室主任签字主管系领导签字年 月 日年 月 日年 月 日注：本任务书要求一式两份，一份系部留存，一份报教务处实践教学科。摘 要针对卧式钻镗两用组合机床的液压系统设计，除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外，还必须符合体积小、重量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普遍设计原则。液压系统的设计主要是根据已知的条件，来确定液压工作方案、液压流量、压力和液压泵及其它相关元件的设计。作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择、系统性能验算以及相关的PLC控制设计等。关键词： 组合机床；液压系统；液压元件；PLCABSTRACTAccording to the design of hydraulic system of horizontal drilling and boring machine, in addition to meet the host specified in the action and performance requirements, but also must meet the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable work, convenient to use and repair and other recognized universal design principles. The design of hydraulic system is based on the known conditions, to determine the design of hydraulic project, hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other related elements.As a special machine for high efficiency, combined machine tool is widely used in large numbers, many mechanical processing production. The design of the combination machine tool hydraulic pressure system design as an example, introduces the design method of the hydraulic system of modular machine tool and the design procedure, including combination machine tool hydraulic pressure system condition analysis, determination of main parameters, formulate, principle diagram of hydraulic system of hydraulic components selection, system performance calculation and the related PLC control design etc.Key words： combination machine; hydraulic system; hydraulic components目录任务书1摘 要IABSTRACTII1绪论11.1设计的目的、范围和背景11.2液压传动的发展历程及特点11.2.1液压传动的发展历程11.2.2我国的液压技术发展11.2.3 液压技术的发展趋势21.3 液压传动的组成及特点31.3.1液压传动的组成31.3.2液压传动的特点31.4理论依据、实验基础和研究方法41.5预期的结果及其地位、作用和意义41.6本章小结52液压系统设计62.1组合机床工作情况分析，确定液压系统主要参数62.1.1负载分析62.1.2运动分析72.1.3确定液压缸的主要结构参数72.2设计方案，初拟液压系统原理图102.2.1调速方式的选择102.2.2快速回路和速度换接方式的选择102.2.3 油源的选择和能耗控制112.2.4组成液压系统原理图122.3本章小结123 液压缸的设计143.1 液压缸的主要零件确定及其技术要求143.1.1 缸体143.1.2 缸盖143.2液压缸主要尺寸的确定153.2.1 液压缸壁厚和外径的计算153.2.2 缸筒结构设计163.2.3 液压缸工作行程的确定163.2.4 缸盖厚度的确定163.2.5 最小导向长度的确定163.2.6 缸体长度的确定173.2.7活塞杆的强度校核173.3 液压缸的结构设计183.3.1缸体与缸盖的连接形式183.3.2 活塞杆与活塞的连接结构183.3.3 活塞杆导向部分的结构183.3.4 法兰盘与钢体连接193.3.5 活塞杆与工作台的连接193.4 本章小结194验算液压系统性能204.1验算系统压力损失204.1.1判断流动状态204.1.2计算系统压力损失204.2验算系统发热与温升234.3本章小结235 液压站的设计245.1 液压站的结构设计245.1.1 液压泵组的安装方式245.1.2 油箱的设计255.2确定液压泵和电机的规格285.3阀类元件和辅助元件的选择295.3.1阀类元件的选择295.4其它元件的选择295.4.1过滤器的选择295.4.2 空气滤清器的选择315.4.3 压力表及压力表开关的选择325.4.4 液位计的选择325.4.5油管的选择325.5 液压控制装置的集成方式335.5.1 集成块的设计原则345.5.2 集成块的结构设计355.5.3 集成块装配与调试365.6 液压站装配图的绘制365.7 本章小结366 可编程序控制器控制系统376.1 液压系统PLC控制系统376.1.1 可编程序控制器的特点和应用376.1.2 PLC的发展趋势386.2 PLC液压缸设备的控制系统的设计386.2.1 应用程序设计要点386.2.2 工艺流程的编写406.2.3 输入输出电路I/O口的分配416.3 接线图的绘制426.4 梯形图的绘制436.5 指令表的转化456.6 安装调试466.7本章小结47结论48致谢49参 考 文 献501绪论1.1设计的目的、范围和背景随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的液压机床产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。产品的设计包括液压系统的功能分析、工作原理方案设计和液压传动方案设计等。这些设计内容可作为液压传动课程设计的内容。很明显，液压系统设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成液压机床的灾难性的失误。因此我们必须重视对学生进行液压传动设计能力的培养。1.2液压传动的发展历程及特点1.2.1液压传动的发展历程液压传动相对机械传动来说，是一门比较新的学科，它具有结构紧凑、传动平稳、输出功率大、易于实现无级调速及自动控制等特点，因此发展很快。从1795年英国制造出世界上第一台水压机至今，液压传动已有二三百年的历史，但广泛的应用和推广仅有六七十年。19世纪末，德国制造出液压龙门刨床，美国制成液压六角车床和液压磨床，但因当时没有成熟的液压元件以及机械制造工艺水平的限制，液压传动技术的应用仍不普遍。第二次世界大战期间，一些兵器采用精度高、功率大的液压传动装置，大大提高了兵器的性能，同时推动了液压技术的发展。战后，其迅速转向民用，在机床、工程机械、农业机械、汽车、船舶等行业中逐步推广。20世纪60年代后，随着原子能、空间技术、计算机技术的发展，液压技术的应用更加广泛。目前，正在向高压、高速、高效、大流量、大功率、低噪声、长寿命、高度集成化和模块化、提高可靠性技术及污染控制技术的方向发展。同时，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、微机控制等，又使液压技术的发展进入到了一个新的阶段。1.2.2我国的液压技术发展 我国的液压工业始于20世纪50年代，最初只是应用于机床和锻压设备，后来发展到拖拉机和工程机械上。自1964年开始引进国外液压元件生产技术，并自行设计液压产品以来，我国的液压元件生产从低压刀高压形成了系列。几十年来，随着我国工业水平的不断提高，液压传动技术被广泛应用在机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、航空航海、轻工、农机、渔业、林业等各个方面，也被应用在宇宙航行、海洋开发、核能建设、地震预测等新的技术领域中。1.2.3 液压技术的发展趋势 液压技术中的重大进展是微电子技术和计算机技术在液压系统中的应用。微电子技术与液压技术相结合，创造出了很多高可能性、低成本的微型节能元件，为液压技术在工业中的应用开辟了更为广阔的前景。计算机控制是必然趋势，电液比例阀和伺服阀只能接受连续变化的电压或电流信号，而计算机要求数字开关量，使用电液比例阀和伺服阀与计算机接口必须经过D/A转换和A/D转换，极不方便。而数字液压泵、数字控制阀、数字液压缸等，即用数字量进行控制并具有数字量输出响应特性的液压元件。由于是可以直接与计算机接口，不需D/A数模转换器，是今后液压技术发展的重要趋向之一。计算机与液压技术的结合包括：计算机实时控制技术、计算机辅助设计（液压元件CAD和液压系统CAD）、液压产品的计算机辅助试验（CAT）及计算机仿真和优化设计。利用计算机闭环控制、最优控制和自适应控制以及灵活的多余度控制等。计算机辅助设计的基本特点是利用计算机的图形功能，由设计者通过人机对话控制设计过程以得到最优设计结果，并能通过动态仿真对设计结果进行检测。计算机辅助试验则可运用计算机技术对液压元件及液压系统的静、动态性能进行测试，对液压设备故障进行诊断和对液压元件和系统的数学模型辨识等。此外，高压大流量小型化与液压集成技术、液压节能与能量回收技术也成为近年研究的重要课题。总之，随着科学技术的进步，液压技术也随之发展，拓宽范围，以适应各行各业新技术的发展需求。1.3 液压传动的组成及特点1.3.1液压传动的组成(1) 动力元件（油泵）：它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动的动力部分。(2) 执行元件（油缸、液压马达）：它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。(3) 控制元件：包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。(4) 辅助元件：除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。(5) 工作介质：工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。 1.3.2液压传动的特点液压传动与机械传动、电气传动、气压传动相比较有以下优点：（1） 在相同功率的情况下，体积小、重量轻、结构紧凑，从而惯性小，可快速启动和频繁换向，且能传递较大的力和转矩。（2） 能方便地实现无级调速，且调速范围大，可达100：1至2000：1。而最低稳定转速可低至每分钟几转，即可实现低速强力或低速大扭矩转动，不需减速器。（3） 传递运动均匀平衡、方便可靠，负载变化时速度较稳定。（4） 控制调节比较方便、省力，易于实现自动化，当与电气控制或气动控制配合使用时，能实现各种复杂的自动工作循环，还可远程控制。（5） 易于实现过载保护。同时液压元件可自行润滑，使用寿命较长。（6） 液压元件易于实现标准化、通用化、系列化，便于设计制造和推广使用。元件之间用管路连接时，在系统中的排列布置有较大的机动性。（7） 用液压传动实现直线运动一般比机械传动简单。液压传动同时存在的缺点如下：（1） 由于采用液体传递压力，系统不可避免地存在泄漏，因而传动效率较低，不宜于作远距离传动。（2） 液压装置对油温变化比较敏感，运动件的速度不易保持稳定，同时对油液的清洁程度要求较高。（3） 为减少泄漏，液压元件制造精度要求高，加工工艺复杂，因而成本较高。（4） 系统发生故障时，不易查找原因，维修难度较大。（5） 系统或元件的噪声较大。总的来说，液压传动的优点是主要的，随着科学技术和设计、制造工艺水平的发展，其缺点正逐步得到改善，因此，液压传动有着广阔的发展前景。1.4理论依据、实验基础和研究方法液压传动系统的设计是整个机器设计的一部分，它与主机的设计是密切相关的。当经过全面方案论证，确定一部机器或机器的一部分的传动方式采用液压传动后，则考虑液压传动系统设计的基本内容和一般流程如下： 明确对液压系统的要求； 分析主机工况，确定液压系统的主要参数； 进行方案设计，初拟液压系统原理图； 计算和选择液压元件； 验算液压系统的性能； 绘制正式系统工作图，编织技术文件。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。1.5预期的结果及其地位、作用和意义本次设计主要针对液压泵站的结构设计以及对液压系统的设计和电气控制系统的设计。液压系统设计包括拟定液压系统原理图，液压元件的选择，液压系统参数的计算与校核以及液压缸主要参数的确定；控制系统的设计主要包括电气控制原理图的拟定，电气元件的选型等。本文共分为6部分：1.绪论 简述本课题研究的主要目的和意义，介绍液压传动的发展历程及特点，以及液压泵站在国内外的发展概况，提并出本文的主要研究工作和内容。2.液压系统设计 通过所给数据进行计算，并设计出合理的液压系统。3.液压缸的设计 根据所得数据和液压缸工况的分析，对液压缸进行结构设计。4.验算液压系统性能 对液压系统在不同工况下的损失进行计算，以及对油箱温升的计算来确定是否需要冷却装置。5.液压泵站的设计 对回路换接和调速方式进行选择，以及油源的选择和能耗的控制，最终组成原理图。6.控制系统设计 设计电气控制原理图，并选择相关的电气元件。1.6本章小结本部分主要内容包括：针对卧式钻镗两用组合机床的液压系统设计，说明了本次设计课题的作用和意义，并对本论文所涉及的内容进行了概括性的讲述。2液压系统设计2.1组合机床工作情况分析，确定液压系统主要参数2.1.1负载分析工作负载 摩擦负载静摩擦负载 动摩擦负载 惯性负载 根据以上计算，得出液压缸在各工作阶段的负载如表2-1所示。表2-1 液压缸在各工作阶段的负载/N工况负载组成F系统负载时间启动5556加速7026快速进、退27782.9；5.3工进2277890制动-1470注：1.取工进时的最大速度mm/s； 2.； 3.取液压缸的机械效率。由表2-1数值绘制负载循环图如图2-1所示。图2-1 负载循环图 图2-2 速度循环图2.1.2运动分析根据，取，绘制出速度循环图如图2-2所示。2.1.3确定液压缸的主要结构参数执行元件的工作压力可以根据伏在循环图中的最大负载来选取，也可以根据主机的类型了确定（见表2-2和表2-3）。表2-2 按负载选择执行元件的工作压力负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表2-3 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘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/MPa0.82352881010182032所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为22778N，其它工况时的负载都相对较低，参考表2-2和表2-3按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=3MPa。为了节省能源宜选用较小流量的油源。利用单活塞缸差动连接满足快进速度的要求，且往复快速运动速度相等，这样就给液压缸内径D和活塞杆直径d规定了的关系。在钻孔加工时，为了防止孔被钻通时负载突然消失而产生的钻头前冲，液压缸回油腔应有一定的背压，查液压工程手册（回油路带调速阀的调速系统/回油路带背压阀）取背压为。由此求得液压缸无杆腔面积为由GB/T2348-1980查得标准值为D=10cm，d=8cm。由此计算出液压缸的实际有效面积为按工作进给速度检验液压缸结构尺寸。查产品样本，Q型调速阀的最小稳定流量为，则本例，能满足工作进给速度要求。快速进给时液压缸做差动连接。由于管路中有压力损失，去此项损失为，同时假定快退时回油压力损失为0.5MPa。根据以上数据，可以计算出液压缸在一个工作循环各阶段的压力、流量和功率，如表2-4所示，并根据此绘制出其工况图如图2-3所示。表2-4 液压缸在不同阶段所需压力、流量和功率工作阶段系统负载/N回油腔压力/MPa工作腔压力/MPa输入流量q/)输入功率P/kW快速前进2778工作进给227780.6快速退回27780.5注：取液压缸机械效率。（a）p-t （b）q-t（c）P-t图2-3 液压缸工况图2.2设计方案，初拟液压系统原理图根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。2.2.1调速方式的选择由于机床液压系统调速是关键问题，因此首选调速回路。有工况图可知：所设计的机床液压系统功率小，为了防止孔被钻通时负载突然消失而产生的钻头前冲，液压缸回油腔应有一定的背压，故可采用回油路调速阀调速回路。2.2.2快速回路和速度换接方式的选择本系统已选定差动连接回路作为快速回路。所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。为便于实现系统保压，选用三位四通电磁换向阀。为便于实现系统保压，应考虑选用O型中位机能。由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进入液压缸的流量由22.62 L/min降为0.942 L/min，可选二位二通电磁换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击，如图2-4所示。由于工作压力较低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用行程开关做终点转换控制。 图2-4 速度换接回路2.2.3 油源的选择和能耗控制从工况图上可以清楚地看到：整个工作循环过程中，液压缸要求交替提供快行程的低压大流量和慢行程的高压小流量油液。最大流量与最小流量之比约为24。而快进、快退所需时间为工进时间为即从降低成本的角度出发，不宜选用双联泵，只需用单个定量泵就可以。现确定定量泵方案如图2-5所示。图2-5 泵供油油源2.2.4组成液压系统原理图根据上面选定的基本回路，在综合考虑设计要求，便可组成完整的液压系统原理图，如图2-6所示。2.3本章小结通过调速方式的选择，和液压换接回路的选择，以及油源和能耗的控制，最后初步拟定液压系统原理图，从而初步确定设计方案。图2-6 原理图3 液压缸的设计液压缸是液压传动系统中的执行元件，用来实现工作机构直线往复运动或小于360摆动运动的能量转换装置。活塞缸结构简单、工作可靠，因此在液压系统中得到了广泛的使用。在完成了液压系统的设计后，还必须对主要参数进行计算与校核，确定液压缸的材料，并对液压缸各部分的结构进行了设计。3.1 液压缸的主要零件确定及其技术要求3.1.1 缸体液压缸缸体的常用材料一般为20、35、45号无缝钢管，铸铁可采用HT200HT350间的几个牌号或球墨铸铁。由于球墨铸铁具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳强度，也具有良好的塑性和韧性，其屈服度比钢高。因此，球墨铸铁制造承受静载荷的构件比铸钢节省材料，重量也轻。所以本设计的液压缸采用Q235。铸件需进行正火消除内应力处理。 1.缸体的内径因为须与活塞配合，防止漏油，所以要尽量减少表面粗糙度，可采用H8、H9配合。当活塞采用橡胶密封圈时，Ra为0.10.4m，当活塞用活塞环密封时，Ra为0.20.4m，且均需研磨。 2缸体内径的圆度公差值可按9、10、11级精度选取，圆柱度公差应按8级精度选取。3缸体端面的垂直度公差可按7级精度选取。4缸体与缸头采用螺纹连接时，螺纹应用6级精度的米制螺纹。5当缸体带有耳环或轴销时，孔径或轴径的中心线对缸体内孔轴线垂直公差值按9级精度选取。此液压缸体的外径需要与机架配合，应进行加工，且与中心线同轴度的要求。装卸时需把吊环螺栓吊起。所以缸体端部选用螺纹连接，螺纹连接径向尺寸小，质量轻，使用广泛。装卸需用专用工具，安装时应防止密封圈扭曲。3.1.2 缸盖本液压缸采用在缸盖中压入导向套，缸盖选用HT200铸铁，导向套选用铸铁HT200，以使导向套更加耐用。3.1.3 活塞液压缸活塞常用的材料为耐磨铸铁，灰铸铁，钢及铝合金等。本设计液压缸活塞材料选用45号钢，需要经过调质处理。1活塞外径D对内孔d的径向跳动公差值，按7、8级精度选取。2端面T对内径d轴线的垂直度公差值，应按7级精度选取。3外径D的圆柱度公差值，按9、10、11级精度选取。4活塞与缸体的密封结构由前可以选用O型密封圈。3.2液压缸主要尺寸的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。所以设计时，可用类比法来确定。液压缸的工作压力MPa，缸筒内径 D=80mm，活塞杆外径d=50mm。3.2.1 液压缸壁厚和外径的计算1. 液压缸壁厚计算 （31)式中,液压缸壁厚（m）； D液压缸内径（m）； 试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍(Mpa)； 缸筒材料的许用压,灰铸铁：=25Mpa。由式（3-1)得： 2. 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径为： 式中D1值应按无缝钢管标准，或按标准圆整为标准值。故取D1=100mm。3.2.2 缸筒结构设计缸筒两端分别和缸盖和缸底相连，构成密封的压力腔，因而它的结构形式往往和缸盖及缸底密切相关。因此，在设计缸筒结构时，应根据实际情况，选用结构便于装配、拆卸和维修的连接形式，缸筒内外径应根据标准进行圆整。3.2.3 液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，按系列尺寸来选取标准值。现选取GB2349-80系列中液压缸工作行程为400mm。3.2.4 缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时 （3-2）有孔时 （3-3）式中， 缸盖有效厚度（m）； 缸盖止口内径（m）； 缸盖孔的直径（m）。在此次设计中，利用式（3-3）计算可取t=40mm。 3.2.5 最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求 （3-4）式中，液压缸的最大行程； 液压缸的内径。活塞的宽度B一般取，即 =48mm 缸盖滑动支撑面的长度，根据液压缸内径D而定；当D80mm时，取当D80mm时，取本设计 D=80mm，所以。为保证最小导向长度H，若过分增大和B都是不适宜的，必要时可以在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由最小导向长度H决定，即 （3-5）由公式（3-5）得 3.2.6 缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞宽度与活塞行程之和。缸体外形长度还要考虑到两端的端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于内径的2030倍，即选取液压缸缸体长度为460mm。3.2.7活塞杆的强度校核由于本设计为低压系统，活塞杆稳定性须校核。活塞杆的强度校核如下： （3-6）式中 d-活塞杆直径； F-液压缸的最大推力（或拉力）； -缸筒屈服安全系数，为23.5； -缸筒材料的屈服极限( 本次设计采用35钢，取）。由式（3-6）得 因活塞杆的直径，故强度足够。3.3 液压缸的结构设计3.3.1缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。本设计选用螺纹连接。螺纹连接的优缺点如下：优点：（1）外形尺寸小；（2）重量较轻。缺点：（1）端部结构复杂；（2）装拆时需用装用工具；（3）拧端盖时易损坏密封圈。端盖与钢体的连接考虑到法兰盘的安装，采用螺钉连接（GB/T68-1985 M1030）。3.3.2 活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞有几种常用的连接形式。分整体结构和组合结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。本设计中选用半环连接，半环连接的特点有：结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多用在压力高、负荷大，有振动的场合。3.3.3 活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和所紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。导向套的位置安装在密封圈的内侧，也可安装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑：而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。活塞杆处的密封有O 形、Y形、V形、密封圈。为了清除活塞杆处外露部分粘附的灰尘，保证油液清洁以及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈，也可用毛毡圈防尘。3.3.4 法兰盘与钢体连接法兰盘与缸体连接采用焊接方式，其特点有：不易松动结构简单，且比较经济实惠，但缺点是不能拆卸。3.3.5 活塞杆与工作台的连接本次设计考虑到工作时拉力较大，采用螺纹连接，其特点有优点是：结构简单易拆卸；缺点是：螺纹不易加工。3.4 本章小结本章内容主要介绍了液压缸的结构设计，其中包括了：缸体、缸盖、活塞杆的设计，液压缸内径D和活塞杆直径d的确定以及液压缸工作行程的确定，缸盖厚度的确定等。4验算液压系统性能4.1验算系统压力损失由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态，然后计算各种工况下总的压力损失。现取进、回油管道长为l=2m，油液的运动粘度取 =110-4m2/s，油液的密度取r=0.9174103kg/m3。4.1.1判断流动状态在快进、工进和快退三种工况下，进、回油管路中所通过的流量以快进时回油流量q1=22.62L/min为最大，此时，油液流动的雷诺数也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺数（2000），故可推出：各工况下的进、回油路中的油液的流动状态全为层流。4.1.2计算系统压力损失将层流流动状态沿程阻力系数和油液在管道内流速同时代入沿程压力损失计算公式，并将已知数据代入后，得可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是由层流流动所决定的。在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失p常按下式作经验计算各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算其中的Dpn由产品样本查出，qn和q数值由表4-2和表4-5列出。滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算如下：1快进滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。由表8和表9可知，进油路上油液通过单向阀10的流量是22L/min，通过电液换向阀2的流量是27.1L/min，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量51.24L/min通过行程阀3并进入无杆腔。由此进油路上的总压降为：此值不大，不会使压力阀开启，帮能确保两个泵的流量全部进入液压缸。在回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀6的流量都是24.14L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀3流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力与无杆腔压力之差。此值小于原估计值0.5MPa，所以是安全的。2工进滑台工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀2、调速阀4进入液压缸无杆腔，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa。在回油路上，油液通过电液换向阀2、背压阀8和大流量泵的卸荷油液一起经液控顺序阀7返回油箱，在背压阀8处的压力损失为0.5MPa。通过顺序阀7的流量为（0.25+22）=22.25L/min，因此这时液压缸回油腔的压力为：可见，此值略小于原估计值0.8MPa。故可按表2-5中公式重新计算工进时液压缸进油腔压力，即 考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，故溢流阀9的调压应为：3快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀10为22L/min电液换向阀2为27.1L/min进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液通过单向阀5、电液换向阀2和单向阀13返回油箱，流量都为57.52L/min在进油路上总的压降为此值远小于估计值，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路上总的压降为此值与表2-5的数值基本相符，故不必重算。所以，快退时液压泵的最大工作压力pp应为此值是调整液控顺序阀7的调整压力的主要参考数据。4.2验算系统发热与温升由于工进在整个工作循环中占95%，所以系统的发热与温升可按工进工况来计算。液压系统的总输入功率即为液压泵的输入功率由此可计算出系统的发热功率为按式计算工进时系统中的油液温升，即 油温在允许范围内，油箱散热面积符合要求，不必设置冷却器。4.3本章小结通过验算系统压力损失再次确认液压系统个性能是否达到所要求的的指标，从而确定方案的可行性。通过计算温升来检验所设计的油箱容积是否满总要求，是否需要冷却装置，为整个方案做反馈调节。5 液压站的设计液压站是现代液压技术中应用最为广泛的结构形态,既是各类液压系统设计过程的归宿,又是保证主机完成其工艺目的和长期可靠工作的重要装置。正确合理地设计和使用液压站，对于提高液压系统乃至整个液压设备的工作品质和技术经济性能，具有重要意义。其基本设计框图如图5-1。 液压站油箱油管电动机过滤器液压泵联轴器图5-1 液压站设计框图5.1 液压站的结构设计液压站结构设计时应该注意的是，液压装置中各部件、元件布置要均匀、便于装配、调整、维修和使用，并且要适当的注意外观的整齐和美观。液压泵与电动机可装在液压油箱的盖上，也可装在液压油箱之外，主要考虑液压油箱的大小与刚度。在阀类元件的布置中，行程阀的安放位置必须靠近运动部件。手动换向阀的位置必须靠近操作部位。换向阀之间应留有一定的轴向距离，以便进行手动调整或装拆电磁铁，压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方。液压泵与机床相联的管道一般都先集中接到机床的中间接头上，然后再分别通向不同部件的各执行机构中去，这样做有利于搬运、装拆和维修。硬管应贴地或沿着机床外形壁面敷设。相互平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管或弹性管。软管安装时应避免发生扭转，以免影响使用寿命。5.1.1 液压泵组的安装方式液压泵组是指液压泵及驱动泵（电动机）和联轴器及传动底座组件等。（1）轴间的连接方式其在确定液压泵与原动机的轴间连接和安装方式时，首先要考虑液压泵轴的径向和轴向负载的消除或防止问题。 直接驱动型连接 直接驱动型连接可采用联轴器或花键实现。由于液压泵的传动轴在结构上一般不能承受额外的径向和轴向载荷，因此液压泵最好由原动机经联轴器直接驱动，并且使泵轴与驱动轴之间严格对中，轴线的同轴度误差不大于0.08mm。原动机与液压泵之间的联轴器宜采用带非金属弹性元件的挠性联轴器。 间接驱动型连接 如果液压泵不能经联轴器由原动机直接驱动，而需要通过齿轮传动、链传动或带传动间接驱动时，液压泵的传动轴所受的径向载荷不得超过泵制造厂的规定值，否则带动泵轴的齿轮、链轮或带轮应架在另外设置的轴承上。此种连接方式也应满足规定的同轴度要求。基于此，在本次设计中原动机与液压泵之间的联轴器我们选用LX7弹性柱销联轴器。（2）轴间的安装方式安装方式分为卧式和立式两种。卧式安装 常见的卧式安装有角形支架卧式安装、脚架钟形罩卧式安装以及支架钟形罩卧式，这几种安装液压泵及管道都安装在液压油箱外面，散热条件好，适合于管路连接的油路，且便于安装和拆卸。立式安装 立式安装为钟罩形立式安装，通过液压泵上的轴端法兰实现泵与钟形罩的连接，钟形罩再与带法兰的立式电动机连接，依靠钟形罩的止口保证液压泵与电动机的同轴度。这种结构型式紧凑、美观，同时电动机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并节省占地面积。综上所述，为了保证电动机与液压泵的同轴度，便于安装和拆卸，节省占地面积，本设计中选用卧式角行架安装安装。5.1.2 油箱的设计液压油箱的作用是贮存液压油，分离液压油中的杂质和空气，同时还起到散热的作用。（1）液压油箱有效容积的确定液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量v可概略的确定为：已知该系统为中压系统（p=3MP）取：V=(57)=150L230L取V=200L式中，V 液压油箱的有效容积 液压泵的额定流量（2）液压油箱的外形尺寸液压油箱的有效容积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸为（长：宽：高）1：1：11：2：3，为提高冷