铣削专用机床液压系统设计.doc

前言液压传动相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术只有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线，从而使它在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业得到推广应用。20世纪60年代以来，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展，并渗透到各个工业领域中。液压技术开始向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压工业开始于20世纪50年代，最初只应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。我国的液压技术在21世纪必将获得更快的发展。本次设计机床的液压系统，运用了液压传动系统的各方面知识，通过对液压系统的工作循环和工况分析计算其技术参数，选择系统的回路、元件、附件等。在满足其使用要求的前提下使系统质量轻，体积小，性能完善，维护方便。1 绪论1.1 液压技术的应用液压技术是涉及液体流动和液体压力规律的科学技术。近十几年来，液压技术发展非常快，应用领域也不断拓展，几乎囊括了国民经济的各个部门：工业、农业和国防等各个部门。如机械制造业、其中设备、矿山机械、工程机械、农业机械以及化工机械；又如军舰上的舵机、雷达扫描设备、坦克、火炮、飞机、导弹等都采用了液压技术。特别是在机床行业中，油液采用液压传动可以实现无极变速、自动化和在往复运动中实现频繁的换向等，所以它的应用正在不断的扩大和完善。例如，液压传动经常应用在机床的如下方面:1）机床往复运动龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕、组合机床动力滑台、拉床刀杆等都是采用液压传动来实现高速往复运动。与机械传动相比，采用液压技术可以大大地减少换向冲击，降低能量消耗，并能缩短换向时间，有利于提高生产效率和加工质量。2）机床回转运动机床和铣床主轴采用液压传动来实现回转运动，可是主轴无极变速。但是，由于液压传动泄漏是难免的，加之液体的可压缩性使液压传动不能保证有严格的传动比；因此，车床的螺纹传动链、齿轮机床的展成传动链，亦即具有内联系的运动，尚不能采用液压传动。3）机床进给运动液压传动在机床进给运动装置中应用的比较多，如磨床砂轮架快进、快退运动的传动装置；六角车床、自动车床的刀架或转塔架；磨床、钻床、铣床、刨床的工作台；组合机床的动力滑台等都广泛采用了液压技术。4）机床仿形运动在车床、铣床、刨床上应用液压伺服系统进行仿形加工，实现复杂曲面加工自动化。随着电液伺服阀和电子技术的发展，各种数字程序控制机床和加工中心开始普及，提高了机床自动化水平和加工精度，并为计算机辅助制造创造了条件。5）机床辅助运动机床上的卡紧装置，变速操纵装置，丝杠螺母间隙消除机构，分度装置，工件和道具的装卸、输送、储存装置，都采用了液压技术。这样不但简化了机床结构，而且提高了机床的自动化程度。此外，为了提高机床的承载能力，满足高精度、高效率的需要，在大型机床上应用了静压技术，如静压导轨、静压轴承和静压丝杠等。1.2 液压技术的发展我国的液压行业开始于20世纪50年代，随着工业迅速发展逐日发展壮大，相继建立了科研机构和专业生产厂家，从事液压技术研究和液压产品生产。他们不但生产液压泵、液压阀等液压元件，还设计制造了许多新型的液压元件，如电液比例阀、电液伺服阀等。到目前为止，液压元件的生产，已经形成了我国液压元件产品的生产系列。液压技术的发展正向着高效率、高精度、高性能方向迈进；液压元件向着体积小、重量轻、微型化和集成化方向发展；静压技术、交流液压等新兴的液压技术正在开拓。又由于计算机的应用，推进了液压技术的发展，像液压系统的辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也都取得了显著的成绩。可以预见，为满足国民经济发展的需要，液压技术也将继续获得飞速的发展，它在各个工业部门中的应用越来越广泛。综上所述，在机床行业，尤其是在机床需要往复运动并且频繁换向的机构上，选用液压系统作为其控制系统是最为合理的。设计过程中，要尽量发挥液压传动体现出的长处，把液压系统的缺点限制到最小，还必须符合重量轻、体积小、成本低、效率高等特点，尽量满足顾客的所有要求，才是设计的宗旨。2 液压系统设计2.1液压系统的设计要求此次设计一台铣削专用机床，要求液压系统完成的工作是；工件夹紧工作台快进工作台工进工作台快腿工件松开。运动部件的重力为30000N，快进，快腿速度为6m/min,工进速度为0.2-1.5m/min,最大行程为600mm，其中工进行程为240mm,最大切削力为20000N，采用平面导轨，夹紧缸的行程为20mm,夹紧力为35000N，夹紧时间为1S，导轨的静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，垂直导轨的工作负载F为零。2.2 液压系统的功能设计2.2.1工况分析根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1-1所示。然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。液压缸所受外负载F包括三种类型，即F=F+F+F式中 F工作负载，对金属切削机床来说，沿活塞运动方向的切削力F运动部件速度变化时的惯性负载F导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平行导轨F可由式子求出F=f(G+ F);G运动部件重力；F垂直于导轨的工作负载f导轨摩擦系数F =0.2x30000N=6000NF=0.1x30000N=3000NF为静摩擦阻力，F为动摩擦阻力。F= g重力加速度；加速或减速时间，一般=0.01 - 0.5s;时间内的速度变化量。F=N=6140N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载：画出如图1-2所示的负载循环图 2.2.2液压缸工作技术参数（1） 液压缸主要尺寸的确定1）工作压力p的确定。工作压力p可根据负载大小及机器的类型来初步确定，查下表取液压缸工作压力为4Mpa。2）计算液压缸内径D和活塞直径d。由负载图可知最大负载F为23000N，查表可取p为0.5Mpa，为0.95，快进，快退速度相等，取d/D为0.7。由如下公式 D=9.110m将液压缸内径圆整查表标准系列直径D=100mm;活塞杆直径d,按d/D=0.7可的直径系列d=70mm。按工作要求夹紧力由两个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为3Mpa,回油背压力为零，为0.95，则的D=8.410m查表取夹紧液压缸的D和d分别为100mm及70mm。A=cm=2.5cm式中q是由产品样本查得GE系列调速阀AQF3-E10B最小稳定流量为0.05L/min。调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，即A=（D-d）=(10-7)cm=40cm可知，A 液压缸能达到所需低速。3）计算在各工作阶段液压缸所需的流量q快速=dv快进=（710）6m/min=23.04L/minq工进=Dv工进=0.11.5m/min=11.775L/minq =（D- d）v快退=（0.1-0.07）6m/min=24L/minq =Dv=0.1201060m/min=9.42L/min3 液压系统方案确定和原理图的拟定3.1 基本方案的确定液压系统方案设计是根据主机的工作情况、主机对液压系统的技术要求、液压系统的工作条件和环境条件以及成本、经济性、供货情况等诸多因素，进行全面、综合的设计，从而拟订出一个各方面比较合理的、可实现的液压系统的方案。其内容包括：1) 油路循环方式的分析与选择；2) 调速方案的分析和选择；3) 油源形式的分析与选择；4) 液压回路的分析、选择与合成；5) 液压系统原理图的拟订与设计。3.1.1 油路循环方式的分析和选择液压系统油路循环方式分为开式和闭式两种，他们各自的特点及相互比较见表。 开式系统和闭式系统的比较 Compare of Hold dyadic system and Shut dyadic system油液循环方式开式闭式散热条件较方便，但是油箱较大较复杂，需要用辅泵来换油冷却抗污染性较差，但可采用压力油箱或者油箱呼吸器来改善较好，但是油液过滤要求较高系统效率管路压力损失较大，用节流调速时效率低管路腰里损失较小，容积调速时效率较高限速 制动形式用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制动，引起油液发热液压泵由电动机拖动时，限速及制动过程中拖动电能向电网输电，回收部分能量，即是再生限速和再生制动其他对泵的自吸性能要求高对主泵的自吸性能要求低油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。一般来说，凡是有较大空间可以存放油箱而且不需要另设散热装置的系统，要求结构尽可能简单的系统，采用节流调速或者容积节流调速的系统，均宜采用开式系统。本设计采用开式系统。3.1.2调速方案的分析和选择调速方案对主机的性能起到决定性的作用。调速方案包括节流调速、容积调速和容积节流调速三种。选择调速方案时，应根据液压执行元件的负载特性和调速范围以及经济性能因素，最后选出合适的调速方案。考虑到系统本身的性能要求和一些使用要求以及负载特性，参照下表， 本设计决定采用容积节流调速。各种调速方式的性能比较 various forms of Speed Performance Comparison主要性能节流调速容积调速回路容积节流调速回路简式节流调速系统带压力补偿阀的节流调速系统变量泵 定量马达流量适应功率适应进油节流及回油节流旁路节流调速阀在进油路调速阀在旁油路及溢流节流调速回路负载速度刚度差很差好较好好特性承载能力好较差好较好好调速范围大小大较大大功率特性效率低较低低较低最高较高高发热大较大大较大最小较小小成本低较低高最高适用范围小功率 轻载或者低速的中 低压系统及工程机械非经常性调速的场合大功率高速中高压系统负载变化小，速度刚度要大的中小功率，中压系统负载变化大速度刚度较大的中高压系统3.1.3油源形式的分析与选择 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。本设计采用容积节流调速，所以使用变量泵供油。3.1.4 液压回路的分析、选择与合成 1) 选择系统一般都必须设置的基本回路，包括调压回路、向回路、卸荷回路及安全回路等。 2) 合成系统 选定液压基本回路之后，配以辅助性回路，如控制油路，润滑油路、测压油路等，可以组成一个完整的液压系统。 在合成液压系统时要注意以下几点：防止油路间可能存在的相互干扰；系统应力求简单，并将作用相同或者相近的回路合并，避免存在多余回路；系统要安全可靠，力求控制油路可靠；组成系统的元件要尽量少，并应尽量采用标准元件；组成系统时还要考虑节省能源，提高效率减少发热，防止液压冲击；测压点分布合理等。3.1.5 液压原理图的拟定与设计根据上述分析，可以拟定整个液压系统的原理图如下：夹 紧快 进工 进快 退图1-3 液 压 系 统 原 理 图4 计算和选择液压元件液压元件的计算是指计算元件在工作中承受的压力和流量，以便选择零件的规格和型号，此外还要计算原动机的功率和油箱的容量。选择元件时应尽量选择标准件。4.1 液压泵的确定4.1.1 液压泵的类型选择液压泵有齿轮泵、叶片泵、螺杆泵、和柱塞泵等多种类型，各种泵间的特性有很大差异，见表31，选择液压泵的主要依据是其最大工作压力和最大流量，同时还要考虑定量或变量、原动机类型、转速、容积效率、自吸特性、噪声等因素。这些因素通常在产品样本或型录中均有反映。参照表31，比较各种泵的性能参数，本设计选择叶片泵。液压泵的类型及特性The types and characteristics of the Pump特性齿轮泵叶片泵螺杆泵柱塞泵轴向式径向式额定压力/MPa低压泵2.5高压泵达25低压8中压16高压322.510约40约40排量/0.5650135025150041006500最高转速/300700050040001000230050001800最大功率/kW1203203902660260总效率/%75907590708585958092适用黏度/2050020200194920200自吸能力非常好好最好差变量能力否单作用叶片泵能变量否好功率质量/中大小大输出压力脉动大小小小污染敏感度小大小大特性齿轮泵叶片泵螺杆泵柱塞泵轴向式径向式历时变化齿轮磨损后效率下降叶片磨损效率下降较小螺杆磨损效率下降配流盘、滑靴或分配阀磨损时效率下降较大黏度对效率的影响很大稍小很小噪声小大小中最小中大价格最低中高高使用场合机床、工程机械、车辆等机床、液压机飞机及噪声较低的场合机密机床、轻纺化工、石油机械工程机械、矿山冶金机械、锻压机械、建筑机械、船舶、飞机液压泵站按照泵组的布置方式可以分为上置式、柜式和非上置式。液压泵组置于油箱之上的上置式液压泵站，分为立式和卧式两种，上置式液压泵站结构紧凑，占地小，被广泛应用于中、小功率液压系统中。考虑到整个安装空间的布置，本设计选择上置式的卧式安装。4.1.2 液压泵的计算与选择1）泵的工作压力的确定。正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为p=p+p式中 p_液压泵最大工作液压p_执行元件最大工作压力；p_进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2-0.5Mpa，复杂系统取0.5-1.5Mpa，本设计取0.5Mpa。p=p+p=（4+0.5）Mpa=4.5Mpa上述计算所得的p是系统的静态压力，考虑系统在各种工况的进度阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储备量并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力p(1.25-1.6)p。中低压系统取小值，高压系统取大值。所以，p=1.25 p=1.254.5=5.625Mpa。2）泵的流量确定。液压泵最大流量应为qK(q)式中 q_液压泵的最大流量；(q)_同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量2-3L/min;K_系统泄露系数，一般取K=1.1-1.3，取K为1.2。q= K(q)=1.224L/min=28.8L/min3) 选择液压泵的规格。根据以上算得的p和q现采用YBX-16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量q=16mL/r,泵的额定压力p=6.3Mpa,电动机的转速n=1500r/min,容积效率=0.85，总效率=0.7。泵的实际流量：qn=1615000.85=21L/min4）与液压泵匹配的电动机的选定。首先分别算出快进与工进两种不同的工况时功率，取俩者较大值作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般当流量在0.2-1L/min范围内时，可取=0.03-0.14。同时还注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需要进行验算，即2P式中 P_所选电动机额定功率；p_限压式变量泵的限压压力；q_压力为p时，泵的输出流量。首先计算快进时的功率，快进时的外负载为3000N，进油路的压力损失定为0.3Mpa，由式可得p=Mpa=1.08Mpa快进时所需电动机功率为P=KW=0.62KW工进时所需电动机功率P为P=Kw=1.26kW查的电动机产品样本，选用Y90L-4型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为1400r/min。根据产品样本可查的YBX-16的流量压力特性曲线。在由已知的快进时流量为28.8L/min,工进时的流量为14L/min,压力为4.5Mpa，作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线，如下图所示，查的该曲线拐点处的流量为28.8L/min，压力为3.0Mpa,该工作点对应的功率为P=KW=2.06KW 所选电动机功率满足式2P，拐点处能正常工作。4.1.3 液压泵站组件的选择 液压泵站一般由液压泵组、油箱组件、过滤器组件和蓄能器组件等组成。根据系统的实际需要，本设计选择液压泵组、油箱组件、过滤器组件。液压泵组由液压泵，原动机，连轴器及管路附件等组成。油箱组件由油箱面板，空气滤清器，液位显示计等组成。过滤器组将是保持工作介质清洁度必备的组件，可根据系统对介质清洁度的不同要求设置不同等级的粗过滤器，精过滤器等。4.2 液压控制阀的确定液压控制阀在液压系统中的功能是通过控制调节液压系统中的油液的流向、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（转矩）及运动速度（转速）等。同一工艺的目的的液压机械设备，通过液压阀的不同的组合使用，可以组成有路截然不同的多种液压系统方案，因此，液压阀是液压技术中品种与规格最多的、应用最广泛、最活跃的部分（元件）。所设计的液压系统，将来是否按照既定要求正常可靠运行，很大程度上取决与其中所采用的各种液压阀的性能优劣及参数匹配是否合理。足见液压阀的在整个液压系统设计中占有相当重要的地位。各种液压控制阀的规格型号，可以系统的最高压力和通过阀的实际流量为依据，并考虑阀的控制特性、稳定型及油口的尺寸、外型尺寸与重量、安装连接方式、操纵方式、适应性与维修方便性、货源及产品历史，从相关的设计手册和产品样本中选取。 选择压力控制阀时，应考虑压力控制阀的压力调节范围、流量变化范围、所要求的压力灵敏度和平稳性等。选择流量控制阀时，应考虑流量阀的流量调节范围，流量压力特性，最小稳定流量，压力补偿要求或者温度补偿要求，对滤油器过滤精度的要求，阀进出口压差的大小以及阀内泄漏的大小等。选择方向控制阀时，应考虑方向阀的换向频率，响应时间，阀口的压力损失以及阀的内泄漏的大小等。通过各类阀的实际流量最多不应超过其额定流量的120。根据本系统的设计要求，本系统需要有管式单向阀，安全阀，叠加式减压阀，叠加式单向阀，液控单向阀，电磁换向阀。4.3 液压附件的计算和选择4.3.1 过滤器的确定由于液压系统的各类故障绝大多数由油液的污染造成，而过滤器是保持油液清洁的主要手段，所以合理选择过滤器显得非常重要。按照过滤器在液压系统中安放部位的不同，过滤器有多种类型。 详细分类见下表。过滤器的类型序号类型作用1吸油过滤器保护液压泵2高压过滤器保护液压泵以外的液压元件3回油过滤器滤出液压元件磨损后生成的污物4离线过滤器独立于系统之外，连续清除系统杂质5泄油过滤器防止生成物进入油箱6注油过滤器防止注油时污物侵入7安全过滤器保护抗污能力低的液压元件过滤器的主要指标有：过滤精度（滤除各种不同尺寸的污染颗粒的能力）、液降特性性和纳垢量（压力降达到规定限值之前，可以滤除并容纳的）。按照过滤精度的不同，过滤器又可分为粗过滤器、普通过滤器、精过滤器和特精过滤器四类，各类过滤器的精度及其适用的液压系统见下表。本设计中液压系统所以选择吸油过滤器型号为XU-B32X100。各类过滤器的过滤精度类型过滤精度适用系统及元件粗过滤器100重型设备、低压液压系统普通过滤器10100机床、液压机、船舶的设备的液压系统，齿轮泵、叶片泵、一般液压阀、叠加阀、插装阀精过滤器510一般电液伺服、比例液压系统，柱塞泵、工业伺服阀、比例阀特精过滤器15航空航天设备、飞船的精密电液伺服系统、高性能伺服阀等液压系统可以采用力士乐系统或GE系列的阀。方案一：控制液压缸部分选用力士乐系列的阀，其夹紧部分选用叠加阀。方案二：均选用GE系列阀。根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定液压元件如下图所示。 4.3.2确定管道尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。系统主油路流量为差动时流量q=40L/min，压油管的允许流速取v=4m/min，则内径d为D=4.6=4.6=14.5mm若系统主油路流量按快退时取q=24L/min,可算的油管内径d=11.3mm综合因素，取油管的内径为d为12mm。吸油管也可同上计算，参照YBX-16变量泵的吸油连接尺寸，取吸油管内经d为21mm。4.3.3液压油箱容积的确定液压系统的散热主要是靠油箱，油箱大散热块，油箱小则油温较高。初始设计时，应注意以下几个方面：1) 油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质；而工作时又能保持适当的液位2) 吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。吸油管可安装100m左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要斜切45角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热3) 吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的2/33/4。油箱的容积可以按照下列经验公式进行计算： V 式中 液压泵每分钟排出的液体体积； 经验系数。低压系统取24；中压系统取57；高压系统取612；行走机械取12。将数值带入公式（44）得V721147L次液压为中压系统，液压油箱的有效容量按泵的流量的5-7倍查表的选用容量为160L的油箱。5 液压油的选择与维护5.1 液压油的种类液压油可分为三大类:矿油型、合成型和含水型。国内常用的液压油有L -HL液压油、L -HM抗磨液压油、LHV低温抗磨液压油、L-HS低凝抗磨液压油、L-HG液压导轨油和抗燃液压油等。油品的主要性能及适用范围:1） LHL液压油:具有一定的抗氧防锈和抗泡性，适用于系统压力低于7MPa的液压系统和一些轻载荷的齿轮箱润滑。2） L-HM抗磨液压油:除了具有L-HL液压油的性能外，抗磨性能强。适用于系统压力7-21MPa的液压系统。高压抗磨液压油，能在系统压力为35MPa情况下正常工作。3） L-HV低温抗磨液压油和L-HS低凝抗磨液压油:在L - HM抗磨液压油的基础上加强了粘温性能和低温流动性。适合在寒区或严寒区工程机械液压系统使用。4） L-HG液压导轨油:具有防爬性，适用于润滑机床导轨及其液压系统。5） 抗燃液压油:抗燃性好，应用在高温易燃的场合。5.2 设备用油的选择不同机械设备系统要选择不同类型的油，其选择要具备以下条件:1）环境条件:环境温度的变化情况及最高和最低环境温度，有无高温热源和明火，以便选择合适的油品。2）工作条件:如油泵类型、工作压力、温度、转速;油与金属、密封件和涂料的配伍性;系统的运转周期和工作特点等，以便选用合适的品种和粘度。3）油品的性质:首先要参考机器设备的推荐用油，如液压油品和液体的理化指标及使用性能,各类液压油的特性等。4）经济性:在液压油选用中经济性是不可缺少的一个重要部分，如液压油的价格、液压系统与元件的寿命等。在液压系统中，一般有油泵、阀门、管路、油缸或马达等，其中油泵的运转速度快，压力、温度高，是系统中的主要部件，通常应根据油泵选择液压油。随着液压技术的迅速发展，液压系统向高压、高速和小型化的方向发展，系统压力的升高，泄漏的可能性随之增加，在其泄漏喷射范围如有高温热源或明火，就有燃爆的危险，应考虑选用合适的抗燃液压油。综上所述，考虑到本液压系统的使用环境和压力大小，本系统所选择的液压油为LHL液压油中的YB-32号液压油作为本系统的液压介质。其主要性能如下：运动粘度2750.6，粘度指数90，闪点，凝点,油的密度为=9205.3 液压油的维护合理选好油液是液压机械设备工作的开始，在工作过程中，油液的维护也很重要。首先，应了解液压油污染物的来源，液压油污染物的来源可分为外部影响，包括:油液运输过程带来的污染;液压元件内存在的污染;周围环境的污染。其次是了解使用过程中产生的影响，包括:运动部件磨损产生的影响;油液发生化学变化产生的影响;外来污染物、统维修和元件更换过程的污染。在工作开始前和工作过程中，对液压油应注意以下几点:5.3.1防止油污染1）使用前保持油的清洁。购买油品时，虽经化验合格，但存放时间或保管环境都可能使油品的清洁受到影响。因此，使用前应重新化验，如有问题及时处理。2）安装和运转前保持液压系统的清洁。液压元件加工和安装过程残存的金属粉末等杂质，如未及时清洗干净，会带进油液中随着油流动，引起液压元件的磨损、卡死或堵塞油路，甚至造成事故。因此，安装和运转前一定要对系统进行清洗。清洗时最好用液压装置所需的工作油或试车油，尤其是系统选用水一乙二醇、乳化液及高水基液时，更要用这些液体本身进行冲洗，以取得更好的效果。3）工作过程中保持油品清洁。运动和振动引起元件磨损，所产生的微粒随油循环，引起元件进一步磨损，造成油膜被破坏、润滑性变差、元件使用寿命缩短。另外，油在工作过程中会受到环境的污染，空气、尘埃、冷却水、蒸汽等会使油氧化变质，产生胶质、沥青质和炭渣等污染物，需随时除去。要保持压油的清洁，应根据系统要求，选用不同过滤精度的过滤器，过滤器的材质要与所用油品相适应，选择过滤器的原则如下:1根据被过滤微粒的大小，选择适当网目的过滤器；2系统压力及可接受的压力降；3过滤器的成本、费用。过滤器的位置可根据工作系统的要求而布置。多数情况下，液压设备用的是矿油液压油，一般滤器材质都适用，但带活性材料的滤油器不宜采用，以免影响液压油中的添加剂。5.3.2防止空气混入空气进人液压系统会产生以下不良影响:1）产生气蚀。气体的存在，会产生大量气泡，致使油泵的容积效率显著下降，在油泵和节流的地方产生气蚀，引起元件的磨损，缩短使用寿命；2）产生噪音、振动和爬行，使运转特性不稳定；3）空气中的氧与油起反应，使油过早变质，影响使用。5.3.3防止水分混入冷却水及蒸汽的混入会带来以下不利影响:1）对液压系统中的金属起腐蚀作用，缩短元件；的使用寿命;锈蚀的微粒落到系统中，会加速磨损；2）加速油变质，特别是有铁、铜、锰等微粒存在时，水与大气中的氧会使油迅速氧化，产生油泥；3）使油的润滑性下降，水含量由0增到1.0%,油的烧结负荷由73.5N降至30N，水含量越大，润滑性越差。一般规定液压油的水含量不超过0.5%。5.3.4控制液压油的使用温度控制油的使用温度，对液压系统极为重要。油升温会加速油的氧化变质，不仅缩短油的使用寿命，而且氧化生成的酸性物质还会对金属起腐蚀作用，增加磨损，引起泄漏。在实际 工作中，常会碰到各种油品互相更换的问题，尤其是液压系统原来使用矿油产品，为了解决防火问题而更换成水-乙醇液体后，就要求把矿油放尽，用水乙醇置换两次，再装入水乙醇正式使用，切不可各种油品互相混用。液压 系 统 运行故障中选用油不当是一个重要的因素。因此正确合理地选用液压油可提高液压设备运行的可靠性，延长系统和元件的使用寿命，节约开支，对企业有着明显的经济效益。6 密封装置的选择与维护、保养6.1 密封圈的选用液压元件与系统的工作条件情况复杂，影响密封装置，密封性能的因素很多，各种工作条件对密封件的选择具有相应要求。在选择密封件的结构、型式及材料时，应从以下几个方面来考虑。1）根据工作介质和工作温度，选择密封件材料类型； 2）根据密封副偶件相对滑移面的运动速度，选择密封件的结构型式； 3）根据液压系统的压力高低，考虑密封件的结构参数及装置滑移面的间隙尺寸； 4）根据运动偶件的运动跳动量，选择材料的硬度或调整结构参数，以增强随动性； 5）根据工况条件，选择合理的偶合面粗糙度及密封件安装腔体的结构型式、尺寸和位置精度。 最常用的密封圈是O形圈、Y形圈、V形圈和橡胶材料与低摩擦材料聚四氟乙烯并用的组合式密封圈。O形橡胶密封圈是动、静密封均可用的密封件，安装方便，价格低。工作压力大与7Mpa时，必须配置挡圈。与唇形密封圈相比，寿命短，且对密封装置的机械加工精度要求高。当设备闲置时间过久时，再次启动密封圈阻力，会因O形圈与密封副偶合面的粘着而陡增，并出现爬行现象。橡胶密封圈的使用速度范围0.0050.3m/s。由上所述，本设计选择O型密封圈。6.2 密封装置的的维护大多数密封装置是由以合成橡胶为主的高分子材料制成的，必须十分注意因氧气变质引起的性能下降。密封圈从生产厂家时要有聚乙烯袋密封，装在纸箱中，以隔绝热、氧气、油、水、紫外线等会促进材料劣化的各种因素。保管中应注意以下问题：1）避免高温，应在37以下保存，不要触及水、油，不受阳光直射；2）避免放置于电动机等臭氧源附近；3）避开放射线；4）开封后尽快使用；5）不要用绳索拴捆密封圈。密封装置工作中的维护、保养要规范化、制度化，以便及时发现问题，保护密封装置。对液压、气动元件应制定检测周期与部位，如缸的磨损量、负载变形量，泵的振动量；以便控制变形量与振动量。对管路要规定检测周期，限定振动允许值。对液压油定期检测清洁度、黏度和含水量。7 计算液压系统技术性能参数已知该液压系统中进、回油管的内径均为12mm,各段管道的长度分别为：AB=0.3 m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m。选用L-HL32的液压油，考虑到油的最低温度为15，查表的15时该液压油的运动粘度v=150cst=1.5cm/s,油的密度=920kg/m。7.1 验算压力损失1) 工作进给时进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度为1.5m/min，进给时的最大流量为进给时的最大流量为11.775L/min,则液压油在管内流速v为v=cm/min=10417cm/min=174cm/s管道流动雷诺数Re=140Re2300,可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数=0.55。进油管道BC的沿程压力损失为=0.55Pa=0.1310Pa查的换向阀4WE6E50/AG24的压力损失=0.05Pa忽略油液通过管接头，油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失为=+=（0.1310Pa+0.05）Pa=0.1810Pa2) 工作进给时回油路的压力损失。 由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则v= =87cm/sRe=69.6=1.08回油管道的沿程压力损失为：=.=1.08Pa=0.06310Pa查产品样本知换向阀3WE6A50/AG24的压力损失=0.02510Pa，换向阀4WE650/AG24的压力损失=0.02510Pa，调速阀2FRM5-20/6的压力损失=0.510Pa。回油路总压力损失为=+=（0.063+0.025+0.025+0.5）10Pa=0.61310Pa3）变量泵出口处的压力p为p=+=(+0.1810)P a=3.7110Pa4)快进的压力损失。快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸的进油口C之间的管路AC中，流量为液压泵出口流量的两倍即48L/min，AC段管路的沿程压力损失为v=cm/s=708cm/sRe=566.4=0.132=0.132Pa=0.4410Pa同样可求管道AB段及AD段的沿程压力损失和为v=cm/s=354cm/sRe=283.2=0.265=0.265Pa=0.0382Pa=0.265Pa=0.2165Pa查的知，流经各阀的局部压力损失为：4EW6E50/AG24的压力损失=0.17Pa3EW6A50/AG24的压力损失=0.17Pa据分析在差动连接中，泵的出口压力为=2+=Pa=2.2632Pa快退时压力损失验算从略。上述验算表明，无需修改原设计。7.2系统温升的验算在整个工作环境中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大，最小时的发热量，然后加以比较，取数值大者进行分析。当v=20cm/min时q=0.2m/min=0.785m/min=1.57L/min此时泵的效率为0.1，泵的出口压力为4Mpa，则有P=1.047kWp=Fv=23000kW=0.039kW此时的功率损失为= Pp=（1.047 0.039）kW=0.908kW当v=150cm/min时，q=11.775L/min,总效率=0.7则 P=kW=1.122kWP=Fv=23000kW=0.575kWP=P- P=(1.122 0.575)kW=0.547kW可见工进速度低时，功率损失为1.06kW，发热量最大。假定系统的散热状况一般，取K=1010kW/(cm)，油箱的发热面积A为A=0.065=0.065m=1.92m系统的温升为t=47.3验证表明系统的温升在许可范围内。8 液压传动系统的结构设计液压传动系统的结构设计是液压系统功能原理设计的延续和结构实现，也可是说是整个液压设计过程的归宿。事实上，一个液压系统能否可靠有效的地运行，在很大程度上取决于液压结构装置设计质量的优劣，从而使液压装置结构设计在整个液压系统设计过程中成为一个相当重要的环节。它通常有两种形式：一种是液压装置与主机分离的液压泵站；一种是液压装置与主机合为一体的液压泵组（包括单个液压泵）。8.1液压系统总体布局液压系统总体布局有集中式、分散式。 集中式结构是将整个设备液压系统的油源、控制阀部分独立设置于主机之外或安装在地下，组成液压站。如冷轧机、锻压机、电弧炉等有强烈热源和烟尘污染的冶金设备，一般都是采用集中供油方式。分散式结构是把液压系统中液压泵、控制调节装置分别安装在设备上适当的地方。它的优点是节省安装空间和占地面积。所以此种结构类型除了部分固定机械设备采用外，特别适宜结构安装空间受限的机械设备采用。本设计采用此种结构。8.2 集成块设计（1）块体结构 集成块的材料一般为铸铁或锻钢，低压固定设备可用铸铁，高压强振动场合要用锻钢。块体加工成正方体或长方体。比较简单的液压系统，其阀件较少，可安装在同一个集成块上。如果液压系统复杂，控制阀较多，就要采取多个集成块叠积的形式。比较简单的液压系统，其阀件较少，可安装在同一个集成块上。如果液压系统复杂，控制阀较多，就要采取多个集成块叠积的形式。 P孔，液压泵输出的压力油经调压后进入公用压力油孔P，作为供给各单元回路压力油的公用油源。T孔，各单元回路的回油均通到公用回油孔T，流回到油箱。L孔，各液压阀的泄漏油，统一通过公用泄漏油孔流回油箱。集成块的其余四个表面，一般后面接通液压执行元件的油管，另三个面用以安装液压阀。块体内部按系统图的要求，钻有沟通各阀的孔道。 （2）集成块结构尺寸的确定 外形尺寸要求满足阀件的安装，孔道布置及其他工艺要求。为减少工艺孔，缩短孔道长度，阀的安装位置经仔细考虑，使相通油孔尽量在同一竖直面上，一定要保证三个公用油孔的坐标相同，使之叠积起来后形成三个主通道。各通油孔的内径要满足允许流速的要求，具体参照管径的大小确定孔径，与阀直接相通的孔径应等于所装阀的油孔通径。油孔之间的壁厚不能太小，一方面防止使用过程中，由于油的压力而击穿，另一方面避免加工时，因油孔的偏斜而误通。对于中低压系统，不得小于5mm，高压系统应更大些。本系统属于中低压系统，不得小于5mm。8.3液压阀的结构设计集成式配置 目前液压系统大多数都采用集成形式。它是将液压阀件安装在集成块上，集成块一方面起安装底板作用，另一方面起内部油路作用。这种配置结构紧凑、安装方便所以本设计采用此种集成式配置结构。9 液压系统的安装、维护及调试9.1 液压系统的安装一个设计良好的液压系统与复杂程度大致相同的机械式、电气式的机构相比，故障发生率是较少的；但是，如果安装、调试和维护不当，也会出现各种故障，以致严重影响生产。一次，安装、使用和维护的优劣，将直接影响到设备的使用寿命和工作性能。所以，液压相同的安装、调试和维护在液压技术中占有很重要的地位。液压系统安装包括液压系统所有元件的安装，如泵、缸、阀类元件和辅助元件安装是否正确。9.1.1 液压元件的安装各种液压元件的安装方法和具体要求应注意外，在安装时还必须注意一下几点1）安装元件前，应以煤油进行清洗，并要进行耐压和密封性能实验，合格后方可安装；2）为了避免空气渗入阀内，连接处应保证密封良好；3）安装各种阀时应注意进、出油口和部位，不要装反，否则会造成事故。对开有同样作用的两个孔，安装后不用的一个要堵死；4）方向控制阀一般应保持轴线水平放置；5）板式元件安装时，要检查进、出口的密封圈是否符合要求。安装前密封圈应突出安装平面，保证安装后有一定的压缩量，以防泄漏。几个固定螺钉均要拧紧，最后使元件的安装平面与元件底板平面全部接触。9.1.2 液压缸的安装 液压缸的安装应牢固可靠，配管连接不得有松弛现象，缸的安装面与活塞的滑动而应保持足够平行度和垂直度。 对于脚座固定式的移动缸的中心轴线，应与负载作用力的中心线同心，以免引起侧向力，侧向力容易使密封件磨损及活塞损坏。对于移动物体的液压缸安装时，使缸与移动物体在导轨面上的运动方向保持平行，其不平行度一般不大于0.05mm。安装液压缸体的密封压盖螺钉，其拧紧程度以保证活塞在全行程上移动灵活，螺钉拧紧得过紧，会增加阻力，加速磨损；螺钉拧得过松，会引起漏油。9.1.3 液压泵的安装 液压泵一般不允许承受径向负载，因此，常用电动机直接通过弹性联轴器来传动。安装时要求电动机与液压泵的轴线应有较高的同心度，其偏差应在0.1mm以下，倾斜角不得大于，以免增加泵的额外负载并引起噪音。液压泵吸油口的安装高度通常距离液面不大于0.5m，有些泵规定吸油口必须低于液面。个别无自吸能力的泵则需另设辅助泵供油。安装液压泵时还应注意：1）液压泵的进口、出口和旋转方向应符合泵上表明的要求，不得反接； 2）安装联轴器时，不要用力敲打泵轴，以免损伤泵的转子 9.1.4油管的安装安装油管应注意一下事项：1）根据压力和流量及使用场合选择油管。油管必须有足够的强度，内避光滑清洁，砂眼、锈蚀、氧化铁皮等缺陷。2）管子用锯切断时，断面与轴线应保持一定垂直度，锐边倒钝并清除铁屑。3）管子弯曲加工时，允许椭圆度为10，弯曲部分的内外侧有锯齿形、凹凸不平、扭坏、压坏等缺陷。弯管半径R一般不大于三倍管子外径D。推荐管子弯曲半径如下表 管子弯曲半径Bending radius o