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固体燃料拉伸试件冲切机液压系统设计毕业论文目录第一章绪论11.1液压传动的意义11.2液压技术应用概述21.2.1 液压技术在机械制造工业中的应用21.2.2 液压技术的发展31.2.3 液压技术在生产中的地位41.3本章小结4第二章设计题目和要求分析4第三章固体燃料拉伸试件冲切机液压系统原理设计53.1 整体方案的比较设计53.1.1能源装置的方案比较53.1.2控制装置的方案比较63.1.3整体方案确定及冲切机基本结构63.2 拟定液压系统原理图83.2.1确定供油方式83.2.2 速度控制回路方案83.2.3 换向回路方案83.2.4 压力控制回路83.2.5 辅助回路83.2.6 液压系统图83.3 液压系统的工作循环93.4 本章小结10第四章液压系统的计算和元件选型114.1液压缸主要参数的确定114.2液压泵的主要参数的确定124.3油泵电动机的主要参数的确定124.4 元件最终选型134.5 管道尺寸的确定164.6液压系统的验算184.7 本章小结20第五章液压系统的结构设计215.1 液压装置的结构型式215.2 液压泵的安装方式215.3液压油箱的设计225.3.1 液压油箱有效容积的确定225.3.2 液压油箱的外形尺寸设计235.3.3 液压油箱的结构设计235.4液压动力源装置的结构设计255.4.1电动机与液压泵的联接方式255.4.2 液压泵结构设计的注意事项255.5 本章小结26结论28致谢31第一章 绪论1.1 液压传动的意义随着现代工业的迅速发展，冲切机在机械制造业中应用越来越广泛。它是机械工业，特别是汽车、拖拉机、电机、仪表以及军工等生产部门进行机床革新、推动生产发展的重要设备。在冲切机床的零件总数中，通用零、部件所占有的比重是较大的。一般可达6070%，最高者则可达90%以上。其中动力部分占有较重要的地位，其驱动方式有机械动力和液压动力两种。机械动力滑台的进给运动是由电机带动动力箱将动力通过丝杠传给滑台，此种滑台在机械加工中实现微量进给时容易出现爬行现象影响加工精度。此外，机械动力滑台在应用中还表现出如下缺点：1、速度换接不平稳，微量进给时易出现爬行现象。2、加工中发热量大，加工精度不稳定。3、效率低、噪声大、大批大量生产中不易实现自动化。用于冲切机床上的液压动力滑台主要由滑台、滑座及液压缸三部分组成。是完成刀具进给运动的部件。它利用液压传动系统实现滑台向前或向后的运动：由液压缸的左右运动来拖动滑台在滑座上移动再由电气控制系统控制液压传动系统。实现滑台的工作循环。液压动力滑台与机械动力滑台在用途上是完全一样，二者不同之处只是进给驱动方式不同。如前所述机械动力滑台的进给运动是由丝杠螺母来实现的，而液压动力滑台的进给运动则是借助压力油通入油缸的有杆腔和无杆腔来实现的。它的使用大大改善了机械动力滑台的缺点。液压传动之所以在工程实际中应用广泛，是因为它与机械传动等相比，具有许多优点。（1）液压传动可在运行过程中方便地实现无级，调速范围可达1000：1。液压传动装置可在极低的速度下输出很大的力。（2）在输出相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、质量轻、结构紧凑、惯性小。由于液压系统中的压力比电枢磁场中单位面积上的磁力大三十倍到四十倍，液压传动装置的体积和质量只占相同功率电动机的12%左右。因此，液压传动易于实现快速启动、制动及频繁换向，每分钟的换向次数可达500次（左右摆动）、1000次（往复移动）。（3）液压传动易于实现自动化，特别是采用电液和气液传动时，可实现复杂的自动控制。（4）液压传动易于实现过载保护。当液压系统超负荷时，液压油可以经溢流阀流回油箱，系统得到过载保护。（5）易于设计、制造。液压元件已经实现了标准化、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有很大的灵活性。液压动力滑台在机床上的应用提高了零件的加工精度，提高了其市场竞争力。它的使用赋予了机床良好的加工性能，若与电气控制配合使用易于实现自动化。采用液压传动与电气控制的机床，可在较宽广范围内进行无级调速，具有良好的换向及速度换接性能，易于实现自动工作循环；对提高生产效率，改进产品质量和改善劳动条件，都起着十分重要的作用。 1.2 液压技术应用概述1.2.1 液压技术在机械制造工业中的应用液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之一，已成为工业机械、工程建设机械及国际尖端产品不可缺少的重要技术基础。是它们向自动化、高精度、高效率、高速度、小型化、轻量化方向发展的关键技术。世界工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业，其发展速度远高于机械工业的发展速度。液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术。机械制造是为国民经济各部门和自身技术改造提供先进技术装备的工业部门。铸造、锻压、焊接、热处理、及切削等是机械制造工业获取毛坯、成形产品及提高零件机械性能的重要生产方法，在众多金属冷、热加工机器设备中普遍使用液压技术，其中压力机和金属切削机床是应用液压技术较早较广的领域。在车、铣、刨、磨、钻各类液压机床中，主要利用液压技术可在较宽范围内进行无级调速，具有良好的换向及换接性能，易于实现工作循环等优点，完成工件及刀具的加紧、控制进给速度和驱动主轴作业，尽管现代数控机床、加工中心等先进制造设备中采用离电伺服系统，但采用液压传动与控制仍然是现代金属切削机床自动化的重要途径。在锻造机、液压机、折弯机、剪切机等压力加工设备中，主要利用液压传动传递力较大、便于压力调节控制和过载保护的特点，进行下料、成形加工等作业。铸造、锻压、焊接、热处理等机器设备的生产作业环境极为恶劣，温度高、粉尘多、湿度大、有腐蚀性气体、振动噪声大。因此要求机器要有良好的适应性、可靠性和维护性。在造型机及浇铸机、焊接机、淬火机等铸造、焊接及热处理机器设备中，主要利用液压技术便于无级调速和远距离遥控作业等特点，进行造型及铸型输送与浇铸、高温零件抓取等作业，以减轻劳动者劳动强度、避免和减少热辐射和有害气体对人身的侵袭并提高生产率。1.2.2液压技术的发展目前，液压传动及控制技术不仅用于传动的机械操纵、助力装置，也用于机械的模拟加工、转速控制、发动机燃料进给控制，以及车辆动力转向、主动悬挂装置和制动系统，同时也发展到航空航天和海洋作业等领域。当前液压技术正在继续向以下几个方面发展：节能近几年来，由于世界能源的紧缺，各国都把液压传动的节能问题作为液压技术发展的重要课题。20世纪70年代后期，德、美等国相继研制成功负载敏感泵及低功率电磁铁等。最近美国威克斯公司又研制成功用于功率匹配系统的CMX阀。液压与微电子、计算机技术相结合20世纪80年代以来，逐步完善和普及的计算机控制技术和集成传感器技术为液压技术与电子技术相结合创造了条件。随着微电子、计算机技术的发展，出现了各种数字阀和数字泵，并出现了把单片机直接装在了液压组件上的具有位置或力反馈的闭环控制液压元件及装置。提高液压传动的可靠性由于有限元法在液压元件设计上的应用，可靠性实验、研究工作的广泛开展以及新材料、新工艺的发展等，使液压元件的寿命得到了提高。由于对飞机、船舶、冶金等一些重要液压系统采用多裕度设计，并在系统中设置旁路净化回路及具有初级智能的自动智能的自动故障检测仪表等，加强了油液的污染度控制。上述领域的一些重要成果，使液压系统的可靠性逐渐提高。高度集成化叠加阀、集成块、插装阀的应用以及把各种控制阀集成于液压泵及液压执行元件上形成组合元件，有些还把单片机等集成在其控制机构上，达到了集机、电、液于一体化的高度集成化。此外，高压高转速低噪声组件的研究，高效滤材的研究，环保型工作介质及其相应高压液压组件的研究等也是值得关注的动向。1.2.3液压技术在生产中的地位当前，液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之一，已成为工业机械、工程建设机械及国际尖端产品不可缺少的重要技术基础。是它们向自动化、高精度、高效率、高速度、小型化、轻量化方向发展的关键技术。世界工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业，其发展速度远高于机械工业的发展速度。液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术，其应用和发展已被视为衡量一个国家的工业水平和现代工业发展水平的重要标志。1.3 本章小结本章主要对液压技术的意义、发展和应用进行了阐述，说明了本冲切机所采用的液压技术有着广阔的应用前景和使用价值。第二章 设计题目和要求分析此次毕设的题目为：固体燃料拉伸试件冲切机液压系统设计。该题目来源于航天六院。该项目包含了机械、液压和自动控制等方面。要求学生综合运用所学的基础理论知识、技术基础知识、专业知识解决工程技术中的实践问题，掌握工程设计方法，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力。根据任务书要求，本设计需要完成以下几个方面的工作：整体方案设计液压系统的基本组成应包括以下几个部分：1）能源装置液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。2）执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。3）控制装置液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。4）辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。5）工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。液压系统原理图的设计根据本次设计任务，液压系统原理图的设计主要涉及以下几方面的内容：1） 确定供油方式2） 速度控制回路方案3） 换向回路方案4） 压力控制回路5） 辅助回路计算和选择液压元件液压系统装配图；部分零件图。此外，为了内容的丰富和设计更形象，易于理解，我还设计了本液压系统的3D效果图。第三章 固体燃料拉伸试件冲切机液压系统原理设计3.1整体方案的比较设计3.1.1能源装置的方案比较液压动力源的布置方案有以下几种：1） 上置式液压动力源泵组布置在油箱之上的配置方案称为上置式液压动力源。上置式液压动力源占地面积小，结构紧凑，便于收集漏油。2） 非上置式液压动力源将泵组布置在底座或是地基上的配置方案称为非上置式液压动力源，这种配置方式的特点是动力源位于油箱液面以下，能有效改善液压泵的吸入能力。综合以上两种方案，考虑到一般压力机的设计，采用上置式液压动力源，占地面小，且易于其他的机械操作。3.1.2控制装置的方案比较液压控制阀在冲切机液压系统中的功用通过控制调节系统中油液的流向、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、推力及要求的运动速度等。本次设计所涉及的有调速阀，溢流阀，换向阀，压力控制阀，这里只讨论方向控制阀和压力控制阀的选择方案。换向阀有手动、机械、电磁、电液动等形式的，其中手动和机械的方案不利于加工的自动化，电液动方案安装和油路连接较电磁阀复杂，因此选择电磁换向阀。对于中位机能的选择，有以下H、Y、O几种方案，考虑到油路的布置，非工作状态下的中位锁紧特性等方面，选择0型中位机能。压力控制阀主要是卸荷溢流阀方案，先导式减压阀方案，或是外控顺序阀方案。外控顺序阀有时会导致液压泵的出口压力时高时低，系统工作失常；先导式减压阀较其他液压阀的泄漏量大，且只要阀处于工作状态，泄露始终存在。综合以上考虑，故选择溢流阀做系统的压力控制。3.1.3整体方案确定及冲切机基本结构冲切机的液压动力源位于油箱的上方，泵从油箱中泵油经过O型换向阀的换向可以实现冲切动作与回程动作的切换，系统在达到一定压力时，由溢流阀卸荷。 机身由上横梁、下横梁和四根立柱组成。冲切机的各个部件都安装在机身上，其中上横梁的中间孔安装工作缸，工作台面上开有开有刀具槽，用来安装刀具。活动横梁套装在立柱上，上方和工作缸活塞相连接，由其带动横梁上下运动，完成冲切动作。机身在冲切机工作中承受全部的工作载荷。 工作过程：当压力油进入工作缸上腔，活塞带动横梁向下运动，快速冲切；当压力油进入工作缸下腔，活塞向上运动，其速度较快，压力较小，符合一般的的工艺要求。液压冲切机的动力部分是高压泵，将机械能转变为液压能，向液压机的工作缸和顶出缸提供高压液体。此外，液压系统还有过压保护部分，可以在故障发生时，使液压系统快速泄压，实施保护。下图为整体方案的效果图，用solidworks模拟。图3-1整体方案效果图3.2 拟定液压系统原理图3.2.1确定供油方式考虑到该机床在工作进给时需要承受较大的工作压力，系统功率也较大，现采用外啮合齿轮泵，具有将25MPa压力的纯净液压油输入到各种油压机、液动机等液压系统中，以生产巨大的工作动力，该泵结构紧凑，效率高，工作压力高，流量调节方便。3.2.2 速度控制回路方案对于液压缸工进速度和复位速度不同，且要求工进速度需要调速，液压系统需要调速，故采用有级容积调速液压系统。3.2.3 换向回路方案考虑到系统的流量较大，为保证换向平稳，故选用三位四通、“O”型中位机能电液动换向阀作主换向阀。由于本机床工作部件终点的定位精度无特殊要求，故采用行程控制方式即活动挡块压下电气行程开关，控制换向阀电磁铁的通断即可实现自动换向和速度换接。3.2.4 压力控制回路机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个溢流阀1，起安全阀的作用，当泵的压力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱，起到安全保护作用。在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的平稳性，提高加工零件的精度。 3.2.5 辅助回路在液压泵进口设置一过滤器以保证吸入液压泵的油液清洁；系统设置一个测压点P，其压力通过压力表观测。3.2.6 液压系统图在制订各液压回路方案的基础上，经整理所组成的液压系统原理图如图3-2所示，可以清楚的了解系统在各工况下油液的流动路线与原理。图3-2液压系统原理图1、外啮合齿轮泵；2、过滤器；3、电机；4、溢流阀；5、二位二通换向阀；6、三位四通换向阀；7、节流阀；8、液压缸3.3 液压系统的工作循环（1）快速下行。按下起动按钮，左边电磁铁1YA通电。此时的油路进油路为：泵1换向阀6左位液压缸8上腔。此时的回油路为： 液压缸8下腔15节流阀7换向阀6左位油箱。（2）回程时的油路情况。此时的油路进油路为：泵1换向阀6右位节流阀7液压缸8的下腔。此时的油路回油路为：液压腔的上腔换向阀6右位油箱油路分析： 当工进完成一定时候，使换向阀6右边的电磁铁2YA通电，换向阀接到右位，泵1的液压油通过换向阀旁边的节流阀阀流到液压缸的下腔，而同时液压缸上腔的液压油接到油箱，实现释压。（3） 卸荷时的油路情况。此时的油路为：泵1溢流阀油箱油路分析：冲切机在工作的时候，如果出现意外情况，如机器被以外的杂物或工件卡死，这时，输出的压力油随着工作的时间而增大，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个溢流阀1，起安全阀的作用，当泵的压力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱，起到安全保护作用。在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的平稳性，提高加工零件的精度。还有一种情况，就是二位二通换向阀工作时的卸荷。正常情况下，其工作在左位，当需要卸荷，停止工作时，二此时还未达到系统的安全压力，可以发出信号，使二位二通换向阀处于右位工作，此时泵的油经二位二通换向阀流向油箱，实现卸荷。3.4 本章小结本章是本设计的根本，主要比较分析了不同的总体方案，进而分析选择了液压回路，并最终确定液压系统的原理图。液压回路的选择主要是根据所设计机构的要求和工况来考虑的。选择回路时不仅要考虑调压、调速、顺序动作、换向、互锁等要求，同时也要考虑节省能源、减少发热量、减少冲击等问题。在液压系统中，调速回路一般是系统的核心。而一旦调速确定，其他相关的液压回路和油液的循环形式就会很自然地选择出来。因此，一般选择时要以调速回路为基础，以此来选择其他液压回路。第四章液压系统的计算和元件选型液压系统的主要参数是压力和流量，他们是设计液压系统、选择液压选件的主要依据。压力决定于外载荷，流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。4.1液压缸主要参数的确定 其他同学已算的液压缸的尺寸，这里只计算本设计所涉及的其他的一些参数。（1）初选液压缸的工作压力由于液压缸的最大推力为10000N，由液压手册查出，当负载推力不大时，工作压力可选为8-12MPa,今初选液压缸的工作压力p1=8MPa。（2）计算液压缸的工作压力已知最大切屑力为10000N，要求速度可调，因此在回油路上要装背压阀或采用回油节流调速，根据液压手册选定背压力p2=2x105Pa,最大负载时在工作进给阶段，采用无杆腔进油，而且取d=0.5D，以便快实现快速退回，慢速工进。因此液压缸活塞的受力平衡式为其中由密封件引起的摩擦阻力通过查机械设计手册可知，当工作压力时，可用以下公式进行计算：克服油缸密封件的摩擦阻力所需空载压力A1无杆腔的有效面积A2有杆腔的有效面积P1工作腔进油路压力F 负载力表4-1 液压缸动作循环中各阶段的负载工况计算公式液压缸负载F/N液压缸推力F/N工进F=Ff+Fr1000010250快退F=Ff250250从表4-1可以看出，缸需要的最大推力为10250N，所以取F=10250N。根据机械设计手册，可选为,由此可计算出Ff=250N,另外已经知道液压缸的具体参数：，（由其他同学提供）可以计算出,从而可以计算出液压缸的最高压力为：系统的最快工进速度要求为0.3m/s，由此根据流量计算公式可以计算出在此工况下的流量为：同样由系统要求的最慢工进速度为0.1m/s，可以计算出最小流量：4.2液压泵的主要参数的确定（1）计算液压泵的最高工作压力油泵工作的最高工作压力 式中泵的最高工作压力，对定量泵而言就是溢流阀的调整压力值；执行元件在稳定工况下的最高工作压力进油路上管路沿程和局部损失根据机械设计手册中的经验取值，本毕业设计中的系统是一个管路简单的节流调速系统，所以取。代入数据可以得到（2）计算液压泵的最大流量液压泵工作时最大流量可通过以下公式进行计算：式中系统泄漏系数执行元件同时工作时系统所需最大流量根据机械设计手册可知，一本取值为1.11.3，本毕业设计中所涉及的系统管路比较简单，所以取，带入数据计算可得：4.3油泵电动机的主要参数的确定油泵通过电动机带动油泵工作，所以确定油泵电动机的功率很重要。根据油泵的功率确定电动机的输出功率，然后通过油泵电动机和油泵之间的传递效率来确定电动机的功率。即可通过下面的公式计算油泵电动机的功率：式中油泵电动机的功率；油泵的最高工作压力；油泵工作的最大流量；油泵的总效率根据机械设计手册知道，对于齿轮泵一般取，叶片泵一般取，柱塞泵取，泵的规格大时，取大值，规格小时取小值，根据这一原则，这里取，带入数据可以计算得：4.4 元件最终选型根据上面初步计算的数据可以查阅相关产品的选型手册进行选型。力士乐是全球领先的传动与控制专家。力士乐为工业及工厂自动化、行走机械、以及可再生能源等领域的客户提供传动、控制与移动的个性化解决方案。目前，作为全球超过50万客户的共同选择，力士乐正不断为客户提供着高质量的电控、液压、气动以及机电一体化元件和系统。除此之外力士乐在中国开设了多家公司，可以稳定的提供货源，并提供售后服务，考虑以上因素，所以决定，本毕业设计除电机外的其他所有元件均选用博士力士乐的产品。（1）油泵电机选型根据上面已经算得的油泵电机的功率选择相应的产品，对于电机，这里选西门子的产品。通过查阅西门的电机选型手册，找到型号为1LG01302AA70，其具体参数如下图所示：图4-1 电机参数其功率为5.5KW，可以满足油泵的工作需要。（2）油泵的选型日常常用的液压泵主要有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等。齿轮泵的主要优点是结构简单，体积小，质量轻，工艺性好，价格便宜，自吸能力强，对油液污染不敏感，转速范围大，维护方便，工作可靠。它的缺点是困油现象严重，径向不平衡力大，泄漏大，流量脉动大，噪声较高，不能做变量泵使用。柱塞泵(液压马达)由于构成密封工作腔的构件柱塞和缸体内孔均为圆柱表面，加工方便，容易得到较高的配合精度，密封性好，故容积效率高，工作压力高。同时这种泵只要改变柱塞的行程就可以很方便的改变其流量，易于实现变量。因此柱塞泵在高压、大流量、大功率的液压系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山机械、船舶机械等场合得到广泛应用。和齿轮泵相比，叶片泵有流量均匀、运转平稳、噪声小、寿命长，轮廓尺寸较小、结构较紧凑等优点，但也存在着自吸能力差、调速范围小、最高转速较低、叶片容易咬死、工作可靠性较差、结构较复杂、对油液污染较敏感等缺点。因此在工作环境较污秽、速度范围变化较大的机械上应用相对较少。在工作可靠性要求很高的地方，如飞机上，也很少应用。叶片泵在中，低压液压系统尤其在机床行业中应用最多。其中单作用式叶片泵常做变量泵使用，其额定压力较低(6.3MPa)，常用于组合机床，压力机械等;双作用式叶片泵只能做定量泵使用，其额定压力可达14MPa21MPa，在各类机床(尤其是精密机床)设备中，如注塑机、运输装卸机械及工程机械等中压系统中得到广泛应用。本毕业设计所涉及的液压系统的压力较低，对噪声等的要求也不高，考虑到成本等因素，这里选择外啮合齿轮泵。查询博世力士乐的选型样本，找到规格F的齿轮泵可以满足本系统的各项要求，其详细参数如下：图4-2 液压泵参数根据上面算得的，可以确定排量为的齿轮泵可以满足该液压系统的需要。（3）液压阀的选型本毕业设计所涉及到的液压阀主要包括一个溢流阀，一个三位四通换向阀，一个二位二通方向阀和一个节流阀。由于要求液压系统的执行元件的速度可调，系统的工作压力可调，所以该系统的溢流阀的选择很重要。通过溢流阀的压力设定来控制液压系统的工作压力。该系统中由于要求压力和速度无极可调，所以选用比例溢流阀。对于三位四通换向阀和二位二通方向阀选用电磁换向阀，节流阀选用普通节流阀即可。考虑到该液压系统的工作压力比较低，参照力士乐的选型手册可以确定选择通径为10的阀即可满足要求。所选阀的型号见下表名称型号备注比例溢流阀DBE10Z1X/180XYG248NZ4M三位四通换向阀4WE10U3XCG24K4最大通流120L/min二位二通方向阀M2SEW10N3X/3XMG24K4节流阀MG10G1X/V开启压力0.5bar（4）液压辅助元件的选型根据机械设计手册，由于该液压系统的工作压力和流量均比较小，所以选择通径为10的无缝管作为工作油路液压管道，除了油泵的进油油路和回油箱的回油油路采用通径为20的无缝。液压油的过滤精度是以滤去杂质的最大颗粒为标准的，一般分为四类：粗的，普通的，精的，特精的。由于本系统中采用的为外啮合齿轮泵，对油液的要求不高，所以采用普通的过滤精度就可以满足要求。查询力士乐的选型样本，确定采用型号为ABZFD004010H1001X/MA的滤油器。该系统中需要一个压力显示器来显示系统的工作压力，根据系统的工作压力的最高值，确定选用最高显示压力为10MPa的压力显示器。液压油选用常用的HL规格液压油，根据机械设计手册计算需要油液的体积为150L。4.5管道尺寸的确定油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设计中所须的压力是高压，P=31.25MPa(P6.3MPa)，钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管用。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。1. 管接头的选用：管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有：焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或O形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。2. 管道内径计算：（1）式中 Q通过管道内的流量v管内允许流速，见表：表3.2：液压系统各管道流速推荐值油液流经的管道推荐流速 m/s液压泵吸油管0.51.5液压系统压油管道36，压力高，管道短粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6(1) 液压泵压油管道的内径：取v=0.3m/s,d=4Qvd=4Qv=43.76810-3603.140.3=9.546mm根据机械设计手册成大先P20-641查得：取d=10mm,钢管的外径 D=14mm; 管接头联接螺纹M132。(2) 液压泵回油管道的内径：取v=0.1m/sd=4Qvd=4Qv=43.76810-3603.140.1=18.546mm根据机械设计手册成大先P20-641查得：取d=20mm,钢管的外径 D=28mm; 管接头联接螺纹M272。3. 管道壁厚的计算式中： p管道内最高工作压力 Pa d管道内径 m管道材料的许用应力 Pa，管道材料的抗拉强度 Pan安全系数，对钢管来说，时，取n=8；时，取n=6；时，取n=4。根据上述的参数可以得到：我们选钢管的材料为45#钢，由此可得材料的抗拉强度=600MPa;(1) 液压泵压油管道的壁厚=pd2m=8.311061010-32150MPa=2.1mm(2) 液压泵回油管道的壁厚=pd2m=8.311061010-32150MPa=2.1mm所以所选管道适用。4.6液压系统的验算（1）验算系统的压力损失按选定的液压元件借口尺寸确定管道直径为10mm，进、回油管道长度均取l=2m;取油液运动黏度=110-4m2/s，油液密度=0.9174103kg/m3。可知工作循环中进、回油管道中通过的最大流量为Q=22.608L/min,由此计算雷诺数。Re=vd=4qdv=422.60810-3601010-3110-4=8132300故可推论出：各工况下的进回油路均为层流。将适用于层流的沿程阻力系数 =75/Re=75dv/(4q)和管道中液体流速v=4q/（d2）代入沿程压力损失计算式：p=475vl2d4q=4750.9174103110-422(1810-3)4q=0.8349q在管道具体结构尚未确定情况下，管道局部压力损失p常按以下经验公式计算：p=0.1p各工况下的阀类元件的局部压力损失按下式计算：pv=psqqs2根据以上三式计算出的进回油路的沿程、局部和阀类元件的压力损失数值见表4-1表4-1 压力损失值Table 4-1 Thevalue of pressure loss管路各工况下的压力损失/105Pa工进快退进油p0.006960.452p0.008540.0542pv40.318p50.814回油p0.00380.79p0.0003580.069pv52.58p63.214尽管上述计算结果与估取值不同，但不会使系统的工作压力超过其能达到的最高压力。(2)确定系统调整压力根据上述计算可知：液压泵也即溢流阀的调整压力应为工进阶段的液压缸工作腔压力和进油压力损失之和，即：ppIp1+p1=8.5Mpa(3) 估算系统效率、发热和温升在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。近似认为损失的功率都转变成热量，按 H=Pi -Po式中，Pi为系统的输入功率；Po为系统的有效输出功率工进时液压缸的有效功率为Po=Fv=10000.1103=0.1 kW总的输入功率为Pi=pq=1010540.710-3103600.75=0.9 kW由此得液压泵的发热量为H=Pi-Po=0.9-0.05=0.8 kW油液温升近似值为T=H3V2103则T=0.81033244.22=20.4温升没有超过允许范围，液压系统中无需设置冷却器。根据机械设计手册成大先P20-767：油箱中温度一般推荐30-50度，所以验算表明系统的温升在许可范围内。4.7本章小结本章是本设计的重点之一，主要是进行机构的计算和选型以及液压系统的性能验算。通过对机构运动的分析和计算，同时考虑到安装尺寸以及成本，选出了适用于机构运动的相关元件。液压元件的计算主要是流量，压力以及功率，应尽量从样本中选择标准的液压元件，而如果标准的元件无法满足要求，才设计特定的液压元件。其他各种阀类元件依据额定压力、最大流量、固定安装方式、工作性能参数等。在液压系统设计完成之后，多需要对系统的一些性能指标进行验算，从而来判断此设计的质量，而本章主要是对本设计的液压系统进行验算，由于详细的验算非常困难，所以只有采用简单的公式进行，选用近似的或者粗略的数据，由此来说明设计中一些主要的问题。而验算的项目非常多，本章主要是对回路压力损失和发热温升进行验算。第五章 液压系统的结构设计液压系统的功能原理设计（包括液压系统原理图的拟定、组成元件设计和系统计算）完成之后，即可根据所选择或所设计的液压元件和辅件及动作顺序图表，进行液压系统的结构设计。本冲切机液压系统是由液压油箱，液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空气滤清器，滤油器，液面指示器和清洗孔等。液压动力装置包括液压泵，驱动电机及其它们之间的联轴器等，液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其联接体。5.1 液压装置的结构型式冲切机床液压装置的结构型式有分散式和集中式两种类型。（1）集中式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置独立于机床之外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，液压装置的振动、发热都与机床隔开；缺点是液压站增加了占地面积。（2）分散式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的各处。例如，利用机床或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放在便于操作的地方。这种结构的优点是结构紧凑，泄漏油回收，节省占地面积，但安装维修方便。同时供油装置的振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生不良影响，故较少采用，一般非标设备不推荐使用。本次设计采用集中式。5.2 液压泵的安装方式液压动力源装置包括不同类型的液压泵、驱动电动机及其联轴器等。其安装方式为立式和卧式两种。1. 立式安装 将液压泵和与之相联接的油管放在液压油箱内，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。但安装维修不方便，散热条件不好。2. 卧式安装 液压泵及管道都安装在液压油箱外面，安装维修方便，散热条件好，但有时电动机与液压泵的同轴度不易保证。考虑到维修，散热等方面的要求。本设计中采用卧式联接。5.3液压油箱的设计液压油箱的作用是贮存液压油、充分供给液压系统一定温度范围的清洁油液，并对回油进行冷却，分离出所含的杂质和气泡。5.3.1 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可概略地确定为：系统类型低压系统（）中压系统（）中高压或大功率系统（）2457612根据实际设计需要，此系统属于中高压系统，所以取： 式中 液压油箱有效容量；液压泵额定流量。参照机械设计手册成大先P20-767锻压机械的油箱容积通常取为每分钟流量的6-12倍。即： V=6241224=144288L/min在此处键入公式。取 V=150L/min5.3.2 液压油箱的外形尺寸设计 液压油箱的有效面积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般设计尺寸比（长：宽：高）为1：1：11：2：3。但有时为了提高冷却效率，在安装位置不受限制时，可将液压油箱的容量予以增大，本设计中的油箱根据液压泵与电动机的联接方式的需要以及安装其它液压元件需要，选择长为1.5m,宽为1.1m，高为1.0m。5.3.3 液压油箱的结构设计一般的开式油箱是用钢板焊接而成的，大型的油箱则是用型钢作为骨架的，再在外表焊接钢板。油箱的形状一般是正方形或长方形，为了便于清洗油箱内壁及箱内滤油器，油箱盖板一般都是可拆装的。设计油箱时应考虑的几点要求：1. 壁板：壁板厚度一般是34mm；容量大的油箱一般取46mm。本设计中取油箱的壁厚为6mm。对于大容量的油箱，为了清洗方便，也可以在油箱侧壁开较大的窗口，并用侧盖板紧密封闭。2. 底板与底脚：底板应比侧板稍厚一些，底板应有适当倾斜以便排净存油和清洗，液压油箱底部应做成倾斜式箱底，并将放油塞安放在最低处。油箱的底部应装设底脚，底脚高度一般为150200mm，以利于通风散热及排出箱内油液。一般采用型钢来加工底脚。本设计中用的是槽钢加工的。图10所示为一般液压油箱底面的构造的五种情况，我们根据具体设计和生产的需要来确定液压油箱底面的构造，根据本设计的需要，选了（d）型构造。(a) (b) (c) (d)3. 顶板：顶板一般取得厚一些，为610mm，因为本设计把泵、阀和电动机安装在油箱顶部上时，顶板厚度选最大值10mm。顶板上的元件和部件的安装面应该经过机械加工，以保证安装精度，同时为了减少机加工工作量，安装面应该用形状和尺寸适当的厚钢板焊接。4. 隔板：油箱内一般设有隔板，隔板的作用是使回油区与泵的吸油区隔开，增大油液循环的路径，降低油液的循环速度，有利于降温散热、气泡析出和杂质沉淀。隔板的安装型式有多种，隔板一般沿油箱的纵向布置，其高度一般为最低液面高度的2/33/4。有时隔板可以设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过；在中部开有较大的窗口并配上适当面积的滤网，对油液进行粗滤。5. 侧板：侧板厚度一般为3-4mm，侧板四周顶部应该加工成高出油箱顶板34mm，为了使液压元件的在工作等的情况下泄漏出来的油不至于洒落在地面上或操作者的身上，同时可以防止液压油箱的顶板在潮湿的气候中腐蚀。回油管及吸油管为了防止出现吸空和回油冲击油面形成泡沫，油泵的吸油管和回油管应布置在油箱最低液面50100mm以下，管口与箱底距离不应小于2倍的管径，防止吸入沉淀物。管口应切成45度，切口面向箱壁，与箱壁之距离为3倍管径。回油管的出口绝对不允许放在液面以上。本设计的管口与箱底的距离为160mm，切口与箱壁的距离为250mm。6. 回油集管的考虑：单独设置回油管当然是理想的，但不得已时则应使用回油集管。对溢流阀、顺序阀等，应注意合理设计回油集管，不要人为地施以背压。7. 吸油管： 吸油管前一般应该设置滤油器，其精度为100200目的网式或线式隙式滤油器。滤油器要有足够大的容量，避免阻力太大。滤油器与箱底间的距离应不小于20mm。吸油管应插入液压油面以下，防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。8. 泄油油管的配置： 管子直径和长度要适当，管口应该在液面之上，以避免产生背压。泄漏油管以单独配管为最好，尽量避免与回油管集流配管的方法。 9. 过滤网的配置：过滤网可以设计成液压油箱内部一分为二，使吸油管与回油管隔开，这样液压油可以经过一次过滤。过滤网通常使用50100目左右的金属网。10. 滤油器： 滤油器的作用及过滤精度 液压系统中的液压油经常混有杂质，如空气中的尘埃、氧化皮、铁屑、金属粉末。密封材料碎片、油漆皮和 纱纤维。这些杂质是造成液压元件故障的额重要原因，它们会造成油泵、油马达及阀类元件内运动件和密封件的磨损和划伤，阀芯卡死，小孔堵塞等故障，影响液压系统的可靠性和使用寿命。近年来对液压油的污染控制已经开始引起人们的极大重视。为了便于随时检查和观察箱内液体液位的情况，应该在油箱壁板的侧面安装液面指示器，指示最高、最低油位。液面指示器一般选用带有温度计的液面指示器。油箱顶板需要装设空气滤清器，对进入油箱的空气进行过滤，防止大气中的杂质污染液压油。空气滤清器的过滤能力一般为油泵流量的两倍，其过滤精度应与液压系统中最细的滤油器的精度相同。油箱内部应刷浅色的耐油油漆。以防止锈蚀。5.4液压动力源装置的结构设计5.4.1电动机与液压泵的联接方式电动机与液压泵的联接方式分为法兰式、支架式和支架法兰式。1. 法兰式 液压泵安装在法兰上，法兰再与带法兰盘的电动机联接，电动机与液压泵依靠法兰盘上的止口来保证同轴度。这种结构装拆很方便。2. 支架式 液压泵直接装在支架的止口里，然后依靠支架的底面与底板相连，再与带底座的电动机相联。这种结构对于保证同轴度比较困难（电动机与液压泵的同轴度小于等于0.05mm）。为了防止安装误差产生的振动，常用带有弹性的联轴器。3. 法兰支架式 电动机与液压泵先以法兰联接，法兰再与支架联接，最后支架再装在底板上。它的优点是大底板不用加工，安装方便，电动机与液压泵的同轴度靠法兰盘上的止口来保证。本设计采用法兰支架式联接。同时考虑本设计中的电动机与液压泵的联接在安装时产生同轴度误差带来的不良影响，常用带有弹性的联轴器。为了增加电动机与液压泵的联接刚性，避免产生共振，本设计把液压泵和电动机先装在刚性较好的底板上使其成为一体，然后底板加垫再装到液压油箱盖上。5.4.2 液压泵结构设计的注意事项1. 液压装置中各部件、元件的布置要均匀、便于装配、调整、维修和使用，并且要适当地注意外观的整齐和美观。2. 考虑液压油箱的大小与刚度，液压泵与电动机装在液压油箱的盖子上或装在液压油箱之外。3. 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。4. 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个执行机构中去，这样做有利于搬运、装拆和维修。 5. 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，影响使用寿命。5.5本章小结本章主要对液压系统的结构进行了设计，讨论了液压装置的配置方式，油箱的设计及其注意事项，以及液压动力源装置的结构设计及其注意事项。完成后的3D装配图截图如下：图6-1图6-2结论液压系统的设计是一台机器设计的一个重要部分，它必须满足得机构主体设计的要求。在设计此次系统前，我了解和掌握了大量的液压传动基本知