成型力加载系统中的液压系统设计 【全套4张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】
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目 录
第1章 任务分析1
1.1设计参数要求1
1.2系统机构的主要构成1
第2章 工况分析2
2.1工作参数选定2
2.2系统工况分析2
2.2.1速度分析2
2.2.2负载分析2
第3章 液压缸主要参数的确定4
3.1 初选液压缸的工作压力4
3.2 计算液压缸的尺寸4
3.3 活塞杆稳定性校核5
3.4液压缸工况分析5
3.5液压缸其它参数的选择5
3.5.1 液压缸壁厚和外径的计算5
3.5.2 液压缸工作行程的确定7
3.5.3 缸盖厚度的确定7
3.5.4 最小导向长度的确定8
3.5.5 缸体长度的确定8
3.5.7 液压缸强度校核9
3.6 液压缸的结构设计10
3.6.1 缸体与缸盖的连接形式10
3.6.2 活塞杆与活塞的连接结构11
3.6.3 活塞杆导向部分的结构12
3.6.4 密封装置12
3.6.5 缓冲装置13
3.6.6 排气装置14
3.6.7 液压缸的安装结构14
第4章 液压系统原理图的拟定16
4.1 方案的拟定16
4.11供油方式16
4.12调速回路16
4.13速度、换接回路16
4.14平衡及锁紧16
4.2方案的确定16
第5章 液压元件的选择18
5.1 确定液压泵的型号及电动机功率18
5.2选择阀类元件及辅助元件18
5.3 油箱及油管的设计19
5.3.1油箱的设计19
5.3.2油管的设计20
5.4集成块的设计20
5.4.1集成块的设计原则20
5.4.2集成块的结构设计21
5.4.3集成块的设计结果21
5.4.4集成块装配与调试22
5.5液压站装置的设计22
5.5.1电动机和液压泵组与油箱的安装设计22
5.5.2电动机与液压泵的装配设计23
第6章 液压系统的性能验算25
6.1压力损失及调定压力的确定25
6.1.1沿程压力损失25
6.1.2局部压力损失25
6.1.3总的压力损失26
6.1.4压力阀的调定值26
6.2系统的发热和温升26
参考文献27
致 谢28
第1章 任务分析
1.1设计参数要求
1) 加载系统技术指标
加载力：500N~28000N ±20N范围内调速
加载组数： 2组
加载力源： 液压
加载缸快速伸出（单缸） 1.26m/min
加载缸回缩（单缸） 3.20m/min
加载缸运动速度： 2~10mm/min 无级可调
加载缸行程 650mm
系统工作压力 12~15MPa
2）液压动力组（二组）
流量： 〉10L/min
压力： 12~14MPa
功率： 5.5KW
电压： ~380V（三相）
1.2系统机构的主要构成
机构不断地将材料从低的位置运到高的位置，然后又回到起始位置重复上一次的运动。其结构如图1.1所示，滑台采用平导轨，滑台与导轨的最大间隙为2mm，工作台和活塞杆连在一起，在活塞杆的作用下反复做上下运动。
- 内容简介：
-
1 机械加工工艺过程卡片 产品型号 TIP 零件图号 产品名称 油缸体 零件名称 共 1 页 第 1 页 材 料 牌 号 毛 坯 种 类 无缝钢管 毛坯外形尺寸 每毛坯件数 每 台 件 数 备 注 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 车 间 工 段 设 备 工 艺 装 备 工 时 准终 单件 5 备 料 准备 80mm，壁厚 10mm，长度 750mm 的无缝钢管 10 法兰焊 接 焊接两端法兰环 X53K 通用二保焊焊机 20 粗铣 粗铣两端法兰面 X53K 游标卡尺、专用车床夹具 30 粗镗 粗镗 63mm 孔 C620-1 外圆车刀、内孔镗刀、 千分尺，塞规 40 精铣 精铣两端法兰面 X53K 游标卡尺、专用车床夹具 50 精镗 精 镗 63mm 孔 C620-1 外圆车刀、内孔镗刀、 千分尺，塞规 60 钻孔 1 钻 8.5mm 进油孔 X53K 钻床 、螺纹钻、钻头 70 钻 孔 2 钻 进油孔上端 M10 螺纹孔 M1432 钻床 、螺纹钻、 80 钻孔 3 钻法兰螺纹孔 M8 M1432 钻床 、螺纹钻、钻头 90 钻孔 3 钻法兰孔 10mm M1432 钻床 、钻头 100 去毛刺 110 入库 120 检验 千分尺 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文 件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 nts 2 机械加工工艺过程卡片 产品型号 TIP 零件图号 产品名称 集成块 零件名称 共 1 页 第 1 页 材 料 牌 号 毛 坯 种 类 锻件 毛坯外形尺寸 每毛坯件数 每 台 件 数 备 注 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 车 间 工 段 设 备 工 艺 装 备 工 时 准终 单件 5 领料 依据生产需求领取相应的材料 10 粗加工 1 外形与内孔粗加工第一面 X53K 游标卡尺、专用车床夹具 20 粗加工 2 外形与内孔粗加工第二面 X53K 游标卡尺、专用车床夹具 30 铣 铣外六角 X53K 游标卡尺、专用车床夹具 40 HT 真空淬火热处理 50 精加工 1 精加工第一面 C620-1 外圆车刀、内孔镗刀、外径千分尺，塞规 60 精加工 2 精加工第二面 X53K 外圆车刀、内孔镗刀、外径千分尺，塞规 70 精磨 精磨长度 M1432 高度仪，磨床 80 去毛刺 90 入库 100 检验 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 nts成型力加载系统中的液压系统设计 I 目 录 第 1章 任务分析 . 1 1.1设计参数要求 . 1 1.2系统机构的主要构成 . 1 第 2章 工况分析 . 2 2.1工作参数选定 . 2 2.2系统工况分析 . 2 2.2.1速度分析 . 2 2.2.2负载分析 . 2 第 3章 液压缸主要参数的确定 . 4 3.1 初选液压缸的工作压力 . 4 3.2 计算液压缸的尺寸 . 4 3.3 活塞杆稳定性校核 . 5 3.4液压缸工况 分析 . 5 3.5液压缸其它参数的选择 . 5 3.5.1 液压缸壁厚和外径的计算 . 5 3.5.2 液压缸工作行程的确定 . 7 3.5.3 缸盖厚度的确定 . 7 3.5.4 最小导向长度的确定 . 8 3.5.5 缸体长度的确定 . 8 3.5.7 液压缸强度校核 . 9 3.6 液压缸的结构设计 . 10 3.6.1 缸体与缸盖的连接形式 . 10 3.6.2 活塞杆与活塞的连接结构 . 11 3.6.3 活塞杆导向部分的结构 . 12 3.6.4 密封装置 . 12 3.6.5 缓冲装置 . 13 3.6.6 排气装置 . 14 3.6.7 液压缸的安装结构 . 14 第 4章 液压系统原理图的拟定 . 16 4.1 方案的拟定 . 16 4.11供油方式 . 16 4.12调速回路 . 16 nts成型力加载系统中的液压系统设计 II 4.13速度、换接回路 . 16 4.14平衡及锁紧 . 16 4.2方案的确定 . 16 第 5章 液压元件的选择 . 18 5.1 确定液压泵的型号及电动机功率 . 18 5.2选择阀类元件及辅助元件 . 18 5.3 油箱及油管的设计 . 19 5.3.1油箱的设计 . 19 5.3.2油管的设计 . 20 5.4集成块的设计 . 20 5.4.1集成块的设计原则 . 20 5.4.2集成块的结构设计 . 21 5.4.3集成块的设计结果 . 21 5.4.4集成块装配与调试 . 22 5.5液压站装置的设计 . 22 5.5.1电动机和液压泵组与油箱的安装设计 . 22 5.5.2电动机与液压泵的装配设计 . 23 第 6章 液压系统的性能验算 . 25 6.1压力损失及调定压力的确定 . 25 6.1.1沿程压力损失 . 25 6.1.2局部压力损失 . 25 6.1.3总的压力损失 . 26 6.1.4压力阀的调定值 . 26 6.2系统的发热和温升 . 26 参考文献 . 27 致 谢 . 28 nts成型力加载系统中的液压系统设计 1 第 1 章 任务分析 1.1 设计参数要求 1) 加载系统技术指标 加载力： 500N28000N 20N范围内调速 加载组数： 2组 加载力源： 液压 加载缸快速伸出（单缸） 1.26m/min 加载缸回缩（单缸） 3.20m/min 加载缸运动速度： 210mm/min 无级可调 加载缸行程 650mm 系统工作压力 1215MPa 2）液压动力组（二组） 流量： 10L/min 压力： 1214MPa 功率： 5.5KW 电压： 380V（三相） 1.2 系统机构的主要构成 机构不断地将材料从低的位置运到高的位置，然后又回到起始位置重复上一次的运动。其结构如图 1.1所示，滑台采用平导轨，滑台与导轨的最大间隙为 2mm，工作台和活塞杆连在一起，在活塞杆的作用下反复做上下运动。 图 1.1 成型力加载 装置 示意图 nts成型力加载系统中的液压系统设计 2 第 2 章 工况分析 2.1 工作参数选定 参数如下： 要求循环：快速 伸 出 慢速 加载 停留 快速 回缩 加载力： 500N28000N 20N范围内调速 加载缸快速伸出（单缸） 1.26m/min 加载缸回缩（单缸） 3.20m/min 加载缸运动速度： 210mm/min 无级可调 加载缸行程 650mm 系统工作压力 1215MPa 摩擦系数：静摩擦系数 fs=0.2，动摩擦系数 fa=0.1； 起动加速与减速时间： 0.5s； 液压缸机械效率： 91.0 ； 2.2 系统工况分析 2.2.1 速度分析 根据设计要求，该上料机的工作循环为： “快速上升 慢速上升 停留 快速下降 ”的自动工作循环，且各工部速度如下： 速度： V 快升 =1.26m/min V 慢升 =210mm/min V 快 缩 =3.2m/min 2.2.2 负载分析 （ 1）工作负载 油缸 负载等于 加载力 即 ：LF=28000N （ 2）摩擦负载 由于工件为垂直起升， 摩擦力较小，可忽略不计。 （ 3）惯性负载 由于油缸加载前是空载启动并运行，因此惯性负载可忽略不计。 根据以上计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自 行下滑，系统中应设置平衡回路。因此在对快速向下运动的负载分析时，就不考 虑滑台 2的重量。则液压缸各阶段中的负载如以下表 2-1所示。绘制出负载图及速度图如下图 2-2。 nts成型力加载系统中的液压系统设计 3 表 2-1液压缸各阶段负载 工况 负载 F/N 缸推力 F/N 启动 0 0 快上 0 0 慢上 50028000 555.631111 停留 28000 31111 快下 0 0 nts成型力加载系统中的液压系统设计 4 第 3 章 液压缸主要参数的确定 3.1 初选液压缸的工作压力 执行元件的工作压力可以根据负载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 ，本设计已知 系统工作压力： 1215MPa，计算时按照要求的最小工作压力即 12Mpa实施。 3.2 计算液压缸的尺寸 2 4 2631111 2 5 . 9 31 2 1 0FA m mp 4 24 4 2 5 . 9 3 1 0 5 . 7 5 1 0ADm mmmmDd 6.4025.572 由计算所得的 D与 d的值分别按表 3-3和表 3-4圆整到相近的标准直径，以便采用标准 的密封元件。 表 3-3 液压缸内径尺寸系列 (GB2348-1980) (mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （ 90） 100 （ 110） 125 （ 140） 160 （ 180） 200 （ 220） 250 320 400 500 630 注：括号内数值为非优先选用值 表 3-4 活塞杆直径系列 (GB2348-1980) (mm) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 2 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 由 GB/T2348-1980查得标准值为 D=63mm， d=40mm。由此计算出液压缸的实际有效面积为 : 2221 2.316344 cmDA nts成型力加载系统中的液压系统设计 5 222222 6.18406344 - cmdDA ）（）（ 3.3 活塞杆稳定性校核 因为活塞杆行程 650 mm,而活塞杆直径为 40 mm,l/d=650/40=16.2510,无需进行稳定性校核。 3.4 液压缸工 况 分析 油缸各工况的压力、流量、功率的计算如下： （ 1）计算各工作阶段液压缸所需的流量 m i n/93.3/1052.65/1021102.31 3633411 LsmsmvAq 快升 m i n/32.0/1053.0/1017.0102.31 3633421 LsmsmvAq 慢升 m i n/95.5/101.99/103.53106.18 3633432 LsmsmvAq 快降 （ 2）计算各工作阶段液压缸压力 M P aAFp 97.918.0102.31 3 1 1 1 16.5 5 5 41 慢升 （ 3）计算各工作阶段系统输入功率 KWqpP 3.553.097.9 工进工进慢升 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 3-5所示，并根据此绘制出其工况图如图 3-3所示。 表 3-5液压缸在不同阶段所需压力、流量和功率 工况 压力 p/MPa 流量 q/(L/min) 功率 P/KW 快升 0 3.93 0 慢升 0.189.97 0.32 5.3 快降 0 5.95 0 注：取液压缸机械效率 91.0m 3.5 液压缸其它参数的选择 3.5.1 液压缸壁厚和外径的计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 nts成型力加载系统中的液压系统设计 6 液压缸的壁厚一般指液压缸中最薄处的厚度。从材料力学可以知道，承受内压力的圆筒，其内应力分别规律因为壁厚 的不同而各异。一般计算时可以分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径 D与其壁厚 的比值 D/ 10的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般采用无缝钢管，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒壁厚公式计算 2ypD式中 液压缸壁 厚（ m）。 D液压缸内径（ m）。 yp 试验压力，一般取最大工作压力的（ 1.251.5）倍（ MPa）。额定压力 np 16Mpa,取 yp =1.5 np 1.5 2 3 MPa。 缸筒 材料的许用应力。 = bn，其中 b 为材料抗拉刚度， n为安全系数，一般取 n =2。 b 的值为：锻钢： b = 110120 MPa；铸钢： b = 100110 MPa；无缝钢管： b = 110110 MPa；高强度铸铁： b = 60MPa；灰铸铁： b = 25MPa。 在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使得液压缸的刚度往往不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或者漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式公式进行校核。 对于 D/ 10时，应该按材 料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。 对于脆性材料以及塑性材料 0 . 4 12 1 . 3yypDp式中的符号意思与前面相同。 液压缸壁厚算出后，即可以求出缸体的外径 1D 为 1D D +2 式中 1D 值应该按无缝钢管标准，或者按有关标准圆整为标准值。 在设计中，取试验压力为最大工作压力的 1.5倍，即 yp = 1.59.97MPa =14.95MPa。而缸筒材料许用应力取为 b = 110 MPa。 nts成型力加载系统中的液压系统设计 7 应用公式 2ypD得， 1 4 . 9 6 6 3 8 . 52 1 1 0 / 2 mm 下面确定缸体的外径，缸体的外径 1D D +2 =63+28.5mm =80mm。在液压传动设计手册中查得选取标准值 1D =80mm。 3.5.2 液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度，可以根据执行元件机构实际工作的最大行程来确定，并且参照表 3-6中的系 列尺寸来选取标准值。 表 3-6液压缸活塞行程参数系列 （ mm） 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3900 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800 注：液压缸活塞行程参数依 、 、 次序优先选用。 由已知条件工作行程为 650mm,参考上表系列 ，取液压缸工作行程为 650mm。 3.5.3 缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效的厚度 t按强度要求可以用下面两式进行进似计算。 无孔时： 20 . 4 3 3 yptD有孔时： 2200 . 4 3 3 ypDtD Dd 式中 t缸盖有效厚度（ m）。 2D 缸盖止口内径（ m）。 0d 缸盖孔的直径（ m）。 在此次设计中，利用上式计算可取 t=30mm nts成型力加载系统中的液压系统设计 8 3.5.4 最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面的距离 H称为最小导向长度（图 3-4） 。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，从而影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定得最小导向长度。 对于一般的液压缸，最小导向长度 H应满足以下要求 20 2LDH 式中 L 液压缸的最大行程。 D 液压缸的内径。 为了保证最小导向长度 H，如果过分增大 1l 和 B都是不适宜的 ，必要时可以在缸盖和活塞之间增加一个隔套 K来增加 H的值。隔套的长度 C由需要的最小导向长度H决定，即 112C H l B 在此设计中，液压缸的最大行程为 650mm，液压缸的内径为 63mm，所以应用公式20 2LDH 的20 2LDH = 650 6320 2mm =64mm。 活塞的宽度 B一般取得 B =（ 0.61.0） D；缸盖滑动支撑面的长度 1l ，根据液压缸内径 D而定。 当 D 80mm时，取 1 ( 0 .6 1 .0 ) Dl ； 当 D 80mm时，取 1 ( 0 .6 1 .0 ) dl 。 活塞的宽度 B =（ 0.61.0） D =37.863mm，取 50mm 3.5.5 缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应该大于内径的 2030倍。缸体长度 L = 650+50mm=700mm。 3.5.6 固定螺栓得直径 sd 液压缸固定螺栓直径 sd 按照下式计算 5 .2s kFd Z式中 F液压缸最大负载。 nts成型力加载系统中的液压系统设计 9 Z固定螺栓个数。 k螺纹拧紧系数， k = 1.12 1.5。 根据上式求得 5 .2s kFd Z= 5 . 2 1 . 3 3 1 1 1 13 . 1 4 6 1 0 0=10.6mm取 M12 3.5.7 液压缸强度校核 1）缸筒壁厚校核： ypDD( 1 0 ) 2 当 时 ， 壁 厚 应 满 足。 yy 0 . 4 pDD( 1 0 ) 1 2 0 . 3 p 当 时 ， 壁 厚 应 满 足。 前面已经通过计算得： D = 63mm, =8.5mm。则有 D 8小于 10，所以 壁 厚 ： yy 0 . 4 pD 6 3 1 0 0 0 . 4 1 4 . 9 6 = 8 . 5 1 1 5 . 8 32 0 . 3 p 2 1 0 0 0 . 3 1 4 . 9 6m m m m 可见缸筒壁厚满足强度要求。 2）活塞杆稳定性的验算： 活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的轴向 力 F不能超过使它稳定工作所允许的临界负载 kF ，以免发生纵向弯曲，从而破坏液压缸的正常工作。 kF 的值与活塞杆材料性质、截面的形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆的稳定性的校核依照下式（稳定条件）进行 kkFF n 式中 kn 安全系数，一般取 kn =2 4。 当活塞杆的细长比klr 12时 kF = 22 2EJl 当活塞杆的细长比klr 12时，且 12 = 20 120时，则 nts成型力加载系统中的液压系统设计 10 kF = 221kfAlr式中 l安装长度，其值与安装方式有关。 kr 活塞杆截面最小回转半径， kr = JA。 1 柔性系数。 2 由液压缸支承方式决定的末端系数。 E活塞杆材料的弹性模量，对刚取 E = 1 1 22 .0 6 1 0 /Nm 。 J活塞杆横截面惯性矩， A为活塞杆横截面积。 f由材料强度决定的实验值。 根据验算，液压缸满足稳定性要求。 3.6 液压缸的结构设计 液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：液压缸缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分的结构、密封装 置、缓冲装置、排气装置、以及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件的不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。 3.6.1 缸体与缸盖的连接形式 缸体与缸盖常见连接方式有法兰连接式、半环连接式 、螺纹连接式 、拉杆连接式 、焊接式连接等。 图 3-5 常见的缸筒和缸盖结构 图 3-5所示为常见的缸盖和缸筒连接形式。图 3-5a 为法兰式连接结构，这种连nts成型力加载系统中的液压系统设计 11 接结构简单、成本低廉，容易加工，便于装卸，强度较大，能够承受高压。但是外形尺寸较大，常用于铸铁制的缸筒上。 图 3-5b 为半环式连接结构，这种连接分 为外半环连接和内半环连接两者形式。它们的缸筒壁部由于开了环形槽而削弱了强度，为此有时要增加壁厚。它容易加工和装卸、重量较轻，半环连接是一种应用较为普遍的连接结构，常用于无缝钢管和锻钢制的缸筒上。 图 3-5c、 f 为螺纹连接形式，这种连接分为外螺纹连接和内螺纹连接两者形式。它的缸筒端部结构复杂，外径加工必须要求同时保证内外径同心，装卸要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都比较小，结构紧凑，常常用于无缝钢管和锻钢制的缸筒上。 图 3-5d 为拉杆式连接形式，这种连接结构简单，工艺性好、通用性强、易于装拆，但是端盖的 体积和重量都非常大，拉杆在受力后容易拉伸变长，从而影响密封效果，仅适用于长度不大的中低压缸。 图 3-5d 为焊接式连接，这种连接形式强度高，制造简单，但是焊接时容易引起缸筒的变形。 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。通过综合考虑，在此设计中，缸体端部与缸盖采取法兰连接的形式。 3.6.2 活塞杆与活塞的连接结构 活塞和活塞杆的结构形式有很多，常见的有一体式、锥销式连接外、还有螺纹式连接和半环式连接等多种形式，如图 3-6所示。半环式连接结构复杂，装卸不便，但是工作可靠。 图 3-6 活塞杆与活塞的结构 此外，活塞和活塞杆也有制成整体式结构的，但是它只能适应于尺寸较小的场合。活塞一般用耐磨铸铁制造，活塞杆则不论是空心的还是实心的，大多用钢料制造。经过综合考虑，在此设计中，活塞杆与活塞的连接采取螺纹连接的形式，如图 4-3所示。 nts成型力加载系统中的液压系统设计 12 图 3-7 活塞杆与活塞的连接形式 这种连接方式结构简单，便于拆卸，成本低廉，但是在震动的过程中容易松动，所以加了防松装置，应用范围较广。 3.6.3 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、防尘和锁紧装置等。 导向套的结果可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端盖分开的导向套导向结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用比较普遍。导向套的位置可以安装于密封圈的内侧，也可以安装于密封圈的外侧。机床和工程机械中一般采用装在内测的结构，有利于导向套的润滑；而压油机常采用装在外测的结构，在高压下工作时，使得密封圈由足够的油压将唇边张开，以提高系统的密封性能。 活塞杆处的密封形式由 O型、 V型、 Y型和 xY 型密封圈。为了清除活塞杆处外漏部分粘附的灰尘，保证油液清洁以及减少磨损， 在端盖外侧增加防尘圈。此设计经过综合考虑，采取端盖直接导向。 3.6.4 密封装置 液压缸中常见的密封装置有间隙密封，摩擦环密封，密封圈密封等。 间隙密封依靠运动件间的微笑间隙来防止泄露。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面制造出几条微小的环形槽，用以增大油液通过间隙时的阻力。它结构简单，摩擦阻力小，可以耐高温，但是泄露大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。 摩擦环密封依靠活塞上的摩擦环（尼龙或者其他高分子材料制成）在 “O”形圈弹力作用下贴 紧缸壁而防止泄露。这种材料密封效果好，摩擦阻力较小并且稳定，可以耐高温，磨损后有自动补偿能力，但是加工要求高，装拆不方便，适用于缸筒和活塞之间的密封。 油缸主要采用密封圈密封，密封圈有 O形、 V形、 Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。它利用橡胶或者塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄露。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。 nts成型力加载系统中的液压系统设计 13 （ 1） O形密封圈（如图 3-8） O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封 。与唇形密封圈相比，运动阻力较大，作运动密封时容易产生扭转，故一般不单独用于油缸运动密封。 图 3-8 O形密封圈 （ 2） V形密封圈（如图 3-9） V形圈的截面为 V形，如图所示， V形密封装置是由压环、 V形圈和支承环组成。当工作压力高于 10MPa时，可增加 V形圈的数量，提高密封效果。安装时， V形圈的开口应面向压力高的一侧。 图 3-9 V形密封圈 （ 3） Y形密封圈（如图 3-10） Y形密封圈的截面为 Y形，属唇形密封圈 (Lip Seal)。它是一种摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。 Y形圈主要用 于往复运动的密封。根据截面长宽比例的不同， Y形圈可分为宽断面和窄断面两种形式，图所示为宽断面 Y形密封圈。 图 3-11 Y形密封圈 对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，使油液受到污染，使密封件磨损，因此常需要在活塞杆密封处增添防尘圈，并且放在向着活塞杆外伸的一段。 3.6.5 缓冲装置 液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，nts成型力加载系统中的液压系统设计 14 因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损 伤。为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。 当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。 液压缸中常用的缓冲装置有节流口可调式（如图 4-7）和节流口变化式（如图 4-8）两种。 图 3-12 节流口可调式缓冲装置 图 3-13 节流口变化式缓冲装置 在此设计中，为了适当的减轻加工难度，决定采取如图 3-12所示 的缓冲装置。这种缓冲装置可以调节。 3.6.6 排气装置 排气装置在液压缸中是十分必要的，这是因为油液中混入的空气或者液压缸长期不使用，外界侵入的空气都积聚在液压缸内的最高部位处，影响液压缸运动平稳性，低速时引起爬行现象、启动时造成冲击、换向时降低精度等。 液压缸中的排气装置通常有两种形式：一种是在缸盖的最高部位处开排气孔，用长管道接向远处排气；另外一种是在液压缸缸盖最高部位安装排气塞。两种排气装置都是在液压缸排气时打开（让它全行程往复移动多次），排气完毕后关闭。 图 3-14 常见排气装置 3.6.7 液压缸的安装结构 液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸的进、出油口的连接等。 nts成型力加载系统中的液压系统设计 15 1）液压缸的安装形式 液压缸的安装形式根据安装位置和工作要求得不同可以有长螺栓安装、脚架安装、法兰安装、轴销和耳环安装等。 2）液压缸进、出油口形式以及大小的确定 液压缸进、出油口，可以布置在端盖或者缸体上。对于活塞杆固定的液压缸，液压缸进、出油口可以设在活塞杆的端部。如果液压缸没有专用得排气装置，液压缸进、出油口应该设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。液压缸进、出油口得形式一般选用螺孔或者法兰连接。 nts成型力加载系统中的液压系统设计 16 第 4 章 液压系统原理图的拟定 4.1 方案的拟定 4.11 供油方式 从系统速度相差很大可知，该系统在快上和慢上时流量变化很大，因此可以选用变量泵或双泵供油。 4.12 调速回路 由于速度变化大，所以系统功率变化也大，可以选容积调速回路或双泵供油回路。 4.13 速度、换接回路 由于系统各阶段对换接的位置要求高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。 4.14 平衡及锁紧 为了克服滑台自重在快下过程中的影响和防止在上端停留时重物下落， 必需设置平衡及锁紧回路。 根据上述分析，至少有两种方案可以满足系统要求。 （ 1）用变量泵供油和容积调速回路调速，速度换接用二位二通电磁阀来实现，平衡和锁紧用液控单向阀和单向背压阀。系统的机械特性、调速特性很好，功率损失较小，但是系统价格较贵。 （ 2） 用双泵供油，调速回路选节流调速回路，平衡及锁紧用液控单向阀和单向背压阀实现。系统的机械特性、调速特性不及第一种方案，但其经济性很好，系统效率高。 4.2 方案的确定 综上所述，考虑到系统的流量很大，变量泵不好选，第二种方案的经济性好，系统效率高，因此从提高系统的效 率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的、供油方式不太适，宜选用双联式定量叶片泵作为油源，所以选第二种方案。 从以上液压缸工况图可知，该系统在快上和慢上时流量变化确实很大，因此可以选用双泵供油是正确的。该系统在慢速和快下时速度需要调节，由于系统功率和速度变化大，但系统的工作负载变化小，调速特性要求不高，是可行的。此外，为防止在上端停留时重物下落和在停留期间内保持重物的位置，在液压缸的无杆腔进油路上设置了液控单向阀。另一方面，为了克服滑台自重在快下过程中的影响，设置了一单向背压阀。快上、快下和慢上之间速度换接 采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来nts成型力加载系统中的液压系统设计 17 实现。综上所述拟定液压系统原理图如图 4-1。 系统工作过程： 快上时，电磁阀 2有电，两泵同时工作，液压油经过电换向阀 6、液控单向阀 7、单向背压阀 8，流入无杆腔，再经过调速阀 9、换向阀 2回油箱。 慢上时，活塞走到 300mm处，压下行程阀 9，使电磁阀 3有电，大流量泵经过它卸荷，只有小流量泵供油，工作太速度下降。 快下时，电磁阀 3复位，电磁阀 1有电，双泵同时供油，经过换向阀 6、调速阀9、单向背压阀 8、液控单向阀 7、换向阀 6回到油箱。 图 4-1系统原理图 nts成型力加载系统中的液压系统设计 18 第 5 章 液压元件的选择 5.1 确定液压泵的型号及电动机功率 液压缸在整个工作循环中最大工作压力为 9.97Mpa.由于该系统比较简单，所以取其压力损失 0 .5p M Pa ，所以液压泵的工作压力为 ( 9 . 9 7 0 . 5 ) 1 0 . 4 7pp P p M P a M P a 两个液压泵同时向系统供油时，若回路中的泄漏按 10%计算，则两个泵的总流量应为 1 . 1 5 . 9 5 6 . 5 5 / m i npqL ，由于液压缸慢 升 时所需的流量为 0.32L/min，所以高压泵的输出流量不得少于 0 . 3 2 1 . 1 0 . 3 5 m i nqL 根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用 PV2R16型的双联叶片泵，其额定压力为 15Mpa，小泵和大泵的排量分别为 2ml/r,15ml/r；容积效率 0.9pV ，总效率0.8p ，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力（ 10.47MPa）和输出流量（当电动机转速为 960 r/min） 31 2 1 0 9 6 0 0 . 9 1 . 7 3 / m i npqL 32 1 5 1 0 9 6 0 0 . 9 1 2 . 9 6 / m i np 6312 1 0 . 4 7 1 0 1 . 7 3 1 2 . 9 6 1 0 4 . 26 0 0 . 8p p pPpq p pP K W 查电机产品目录，拟选用电动机的型号为 Y132M-6，功率为 5.51KW，额定转速为 960 r/min。 5.2 选择阀类元件及辅助元件 根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，可选出这些元件的型号及规格如下表 7.1。 表 7.1 液压元件及规格 序号 名称 估计流量 maxq/（ L/min） 额定流量 maxq/（ L/min） 型号及 规格 nts成型力加载系统中的液压系统设计 19 1 滤油器 232.22 400 4 0 0 3 0X U A F S 2 双联叶片泵 44 PV2R16 3 单向阀 174.60 230 AF3-Ea10B 4 电磁溢流阀 174.60 500 2 1 2 50aY D I H F5 溢流阀 221.17 350 DBDS25K10/252 6 三位四通电 液换向阀 221.17 300 H-4WEH 7 液控单向阀 221.1
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