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机械毕业设计304YA32-3150型四柱万能液压机液压系统设计.doc
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机械毕业设计304YA32-3150型四柱万能液压机液压系统设计,机械毕业设计论文
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题 目 YA32-3150型四柱万能液压机液压系统设计 机械制造与自动化 专业 姓 名 学号 48 指导老师 职称 2007 年 5 月 28 日 nts目 录 一、设计课题 二、 主要参数确定 三、 确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸 四、 液压缸运动中的供油量计算 五、 确定快速空程供油方式，液压泵规格， 驱动电机功率 六、 选取液压系统图 七、 液压系统工作油路分析 八、 计算和选取液压元件 九、 液压系统稳定性论证 十、 设计小结 十 一 、参考文献 nts一、设计课题 1设计内容 设计一台 YA32-3150KN 型四柱万能液压机，设该四柱万能液压机下行部件 G=1.5 吨，下行行程 1.2m 1.5m。 2. 设计要求： （ 1）确定液压缸的主要结构尺寸 D， d (2 ) 绘制正式液压系统图（ 1 号图纸），动作表、明细表 (3 ) 确定系统的主要参数 (4 ) 进行必要的性能验算 （压力损失、热平衡） 二、主要参数确定 液压系统最高工作压力 P=32MPa，在本系统中选用 P=25MPa； 主液压缸公称吨位 3150KN； 主液压缸用于冲压的压制力与回程力之比为 8%，塑料制品的压制力与回程力之比为 2%，取 800KN； 顶出缸公称顶出力取主缸公称吨位的五分之一，取 650KN； 顶出缸回程力为主液压缸公称吨位的十五分之一， 210KN 行程速度 主液压缸 快速空行程 V=50mm/s 工作行程 V=10mm/s 回程 V=50mm/s 顶出液压缸 顶出行程 V=50mm/s 回程 V=80mm/s 三、确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸 1. 主液压缸 A. 主液压缸内径 D： mmmPRD 6.4004006.0102514.31031504463 主根据 GB/T2346-1993，取标准值 D 主 =400mm B. 主液压缸活塞杆径 d: mmmPRDd 6.2532536.0102514.31080044.046322 回主根据 GB/T2346-1993，取标准值 d 主 =250mm C. 主液压缸有效面积：（其中 A1为无杆腔面积， A2为有杆腔面积） nts 2221 1 2 5 6 0 0414.34004 mmDA 222222 5.765374)250400(14.34 )( mmdDA D. 主液压缸实际压制力和回程力 : NPAR 661 1014.31256.01025 压制E. 主液压缸的工作力 : （ 1）主液压缸的平衡压力 PaAGP 5321096.107654.0 8.9105.1 平衡 （ 2）主液压缸工进工作压力 MP aAAPARP 12.25121 平衡压制工 （ 3）液压缸回程压力 MP aARP 45.100 7 6 5 4.0108 0 0 32 回程回 2. 顶出液压缸 A. 顶出液压缸内径 : mmmPRD 99.18118199.0102514.3106504463 顶顶根据 GB/T2346-1993，取标准值 D 顶 =200mm B. 顶出液压缸活塞杆径 mmmPRDd 1.1711711.0102514.31021042.046322 顶顶顶根据 GB/T2346-1993，取标准 d 顶 =160mm C. 顶出液压缸有效面积 （其中 A3为无杆腔面积， A4为有杆腔面积） 2223 31400420014.34 mmDA 222224 113044)160200(14.34 )( mmdDA D. 顶出液压缸的实际顶出力和回程力 NPAR 463 1085.70314.01025 顶出E. 顶出 压缸的工作力 nts MPaP 25项出Mp aARP 58.180 1 1 3.010210 34 顶回顶回 四、液压缸运动中的供油量计算 1主液压缸 的进出油量 A. 主液压缸空程快速下行的进出油量 ： smmAq /628000050125600 311 快进smmAq /3 8 2 6 8 7 5505.76537 312 快回B. 主液压缸工作行程的进出油量 ： smmAq /1 2 5 6 0 0 0101 2 5 6 0 0 321 工进smmAq /7 6 5 3 7 5105.7 6 5 3 7 322 工回C. 主液压缸回程进出油量 ： smmAq /3 8 2 6 8 7 5505.7 6 5 3 7 332 回进smmAq /628000050125600 331 回出2. 顶出液压缸 退回行程的进出油量 A. 顶出液压缸顶出行程的进出油量： smmAq /1 5 7 0 0 0 05031400 343 顶进smmAq /5 6 5 2 0 0501 1 3 0 4 344 顶回B. 顶出液压缸退回行程的进出油量： smmAq /9 0 4 3 2 0801 1 3 0 4 354 退进smmAq /2 5 1 2 0 0 08031400 353 退回五、确定快速空程供油方式，液压泵规格，驱动电机功率 1液压系统快速空程供油方式： m i n/8.376/628000050125600 311 LsmmAq 快进nts由于供油量大，不宜采 用由液压泵供油方式，利用主液压缸活塞等自重快速下行，形成负压空腔，通过吸入阀从油箱吸油，同时使液压系统规格降低档次。 2选定液压泵的流量及规格： 设计的液压系统最高工作压力 P=25MPa，主液压缸工作行程，主液压缸的无杆腔进油量为： m i n/36.75/125600010125600 321 LsmmAq 工进主液压缸的有杆腔进油量为 : m i n/6.229/3826875505.76537 332 LsmmAq 回进顶出液压缸顶出行程的无杆腔进油量为： m i n/2.94/15700005031400 343 LsmmAq 顶进设选主液压缸工作行程和顶出液压缸顶出行程工作压力 最高（ P=25MPa） 工件顶出后不需要高压。主液压缸工作行程（即压制）流量为 75.36L/min，主液压缸工作回程流量为 229.6L/min，选用 5ZKB732 型斜轴式轴向柱塞变量泵，该泵主要技术性能参数如下：排量 234.3ml/r， 额定压力 16MPa， 最大压力 25MPa， 转速 970r/min， 容积效率 96%。该液压泵基本能满足本液压系统的要求。 3液压泵的驱动功率及电动机的选择： 主液压缸的压制力与顶出液压缸的顶出工作压力均为 P=25MPa，主液压缸回程工作压力为 10.45MPa，顶出 液压缸退回行程工作压力为 18.58MPa，液压系统允许短期过载，回此快速进退选 10.45MPa， q=200L/min，工进选P=25MPa， q=75.36L/min，液压泵的容积效率 v=0.96，机械效率 m=0.95，两种工况电机驱动功率为： KWPqPmv19.3895.096.060 102001045.1060 36 快 KWPqPmv43.3495.096.060 1036.75102560 36 工 由以上数据，查机械设计手册，选取 Y280S-6 三相异步电动机驱动液压泵，该电动机主要性能参数如下：额定功率 45KW， 满载转速 980r/min。 六、选取液 压系统图 1液压系统图 : nts 2. 电磁铁动作表： 动 作 顺 序 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 主液压缸 快速下行 + + 慢速加压 + 保 压 卸压回程 + 停 止 顶出缸 顶 出 + 退 回 + 压 边 + 浮动拉伸 + 3油箱容积： 上油箱容积： LV 6712273 上根据 GB2876-81 标准，取其标准值 630L。 下油箱容积： LV 15892277 下根据 GB2876-81 标准，取其标准值 1600L。 七、液压系统工作油路分析 ntsA启动：电磁铁全断电，主泵卸荷。 主泵（恒功率输出） - 电液换向阀 7的 M型中位 - 电液换向阀 17 的 K型中位 - 油箱 B液压缸 15活塞快速下行： 1YA， 5YA通电，电液换向阀 7右位工作，控制油路经电磁换向阀 12打开液控单向阀 13，接通液压缸15 下腔 与液控单向阀 13的通道。 进油路：主泵（恒功率输出） - 电液换向阀 7-单向阀 8- 液压缸 15 上腔 回油路：液压缸 15下腔 - 单向阀 13- 电液换向阀 7- 电液换向阀 17的 K型中位 -油箱 液压缸活塞依靠重力快速下行形成负压空腔：大气压油 - 吸入阀 11- 液压缸 15 上腔 C液压缸 15活塞接触工件，慢速下行（增压行程）： 液压缸活塞碰行程开关 2XK使 5YA断电，切断液压缸 15下腔经液控单向阀 13快速回油通路，上腔压力升高，同时切断（大气压油 - 吸入 阀 11- 上液压缸 15 上腔）吸油路。 进油路：主泵（恒功率输出） - 电液换向阀 7- 单向阀 8- 液压缸 15上腔 回油路：液压缸 15下腔 - 顺序阀 14- 电液换向阀 7- 电液换向阀 17的 K型中位 - 油箱 D. 保压： 液压缸 15上腔压力升高达到预调压力，电接触压力表 9发出信息， 1YA断电，液压缸 15进口油路切断，（单向阀 8 和吸入阀 11 的高密封性能确保液压缸 15 活塞对工件保压，利用液压缸 15 上腔压力很高，打开外控顺序阀 10 的目的是防止控制油路使吸入阀 11 误动而造 成液压缸 15 上腔卸荷）当液压缸 15 上腔压力降低到低于电接触压力表 9调定压力，电接触压力表 9又会使 1YA通电，动力系统又会再次向液压缸 15上腔供应压力油 。 主泵（恒功率输出） - 电液换向阀 7的 M型中位 - 电液换向阀 17 的 K 型中位 - 油箱，主泵卸荷。 E保压结束，液压缸 15上腔卸荷后： 保压时间到位，时间继电器电出信息， 2YA 通电（ 1YA 断电），液压缸 15 上腔压力很高，打开外控顺序阀 10，大部分油液经外控顺序阀 10 流回油箱，压力不足以立即打开吸入阀 11通油箱的通道，只能先打开吸 入 11 的卸荷阀，实现液压缸 15 上腔先卸荷，后通油箱的顺序动作，此时： 主泵 1大部分油液 - 电液换向阀 7- 外控顺序阀 10- 油箱 F液压缸 15活塞快速上行： 液压缸 15上腔卸压达到吸入阀 11 开启的压力值时，外控顺序阀 10关闭。 进油路：主泵 1- 电液换向阀 7- 液控单向阀 13- 液压缸 15 下腔 回油路：液压缸 15上腔 - 吸入阀 11- 油箱 G顶出工件 液压缸 15活塞快速上行到位，碰行程开关 1XK， 2YA断电，电液换向阀 7复位， 3YA通电，电液 换向阀 17右位工作。 进油路：主泵 1- 电液换向阀 7的 M型中位 - 电液换向阀 17- 液压缸 16下腔 回油路：液压缸 16上腔 - 电液换向阀 17- 油箱 H. 顶出活塞退回： 4YA通电， 3YA断电，电液换向阀 17左位工作 进油路：主泵 1- 电液换向阀 7的 M型中位 - 电液换向阀 17- 液压缸 16有杆腔 回油路：液压缸 16无杆腔 - 电液换向阀 17- 油箱 I. 压边浮动拉伸： 薄板拉伸时，要求顶出液压缸 16 无杆腔保持一定的压力，以便液压缸 16 活塞 能随液压缸 15 活塞驱动一同下行对薄板进行拉伸， 3YA 通电，电液换向阀 17 右位工作， 6YA 通电，电磁阀 19 工作，溢流阀 21 调节液压缸 16 无杆腔油垫工作压力。 进油路：主泵 1- 电液换向阀 7的 M型中位 - 电液换向阀 17- 液压缸 16无杆腔 吸 油路 : 大气压油 - 电液换向阀 17- 填补液压缸 16有杆腔的负压空腔 nts八、计算和选取液压元件 根据上面计算数据，查液压设计手册选取液压元件如下： 序 号 元 件 名 称 实际流量 规 格 1 斜轴式轴向柱塞变量泵 227L/min 5ZKB732 2 齿轮泵 18L/min BBXQ 3 电动机 Y802-4三相异步电机 4 滤油器 245L/min WU-250F 5 先导式溢流阀 227L/min CG2V-8FW 6 溢流阀 18L/min YF-L10B 7 电液换向阀 227L/min 24DY-B32H-Z 8 单向阀 227L/min DF-L32H2 9 压力继电器 IPD01-H6L-Y 10 外控内泄型顺序阀 227L/min XD4F-L32H 11 液控单向阀 376L/min DFY-F50H2 12 两位四通电磁换向阀 18L/min 24D-10H-TZ 13 液控单向阀 227L/min DFY-F32H2 14 顺序阀 227L/min XD2F-L32H 15 主液压缸 16 顶出液压缸 17 电液换向阀 227L/min 24DY-B32H-Z 18 节流阀 227L/min LDF-L32C 19 两位两通电磁换向阀 227L/min 22D-32B 20 先导式溢流阀 227L/min CG2V-8FW 21 溢流阀 227L/min YF-L32B 九、液压系统稳定性论证 （一） 主液压缸 压力损失的验算 1、快速空行程时的压力损失 快速空行程时，由于液压缸 进油 从吸入阀 11 吸油，油路很短，因此不考虑进油路上的压力损失，在回油路上，已知油管长度 l=2m，油管直径 d=32 10-3m，通过的流量 q=3.83 10-3m3/s。液压系统选用 N32号液压油，考虑最低工作温度 15，由手册查出此时油的运动粘度 v=1.5cm2/s，油的密度 =900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 (1) 确定油流的流动 状态，回油路中液流的雷诺数为 23001015105.11032 1083.32732.1Re 433 由上可知，回 油路中的流动是层流。 （ 2）沿程压力损失 p nts 在回油路上，流速 smdq /76.4103214.3 1083.344 6232 则压力损失为 Padlp 40181103210152 76.4900264Re264 322 （ 3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中 : 元 件 名 称 额定流量 实际流量 额定损失 实际损失 液控单 向阀 250 229.8 2 168986 电液换向阀 *2 250 229.8 4 675943 若取集成块进油路压力损失为 30000Pa，回油路压力损失为 50000Pa，则回油路总的压力损失为 Pap 9351105000067594316898640181 2. 慢速加压行程的压力损失 在慢速加压行程中， 已知油管长度 l=2m，油管直径 d=32 10-3m，通过的流量进油路 q1=1.26 10-3m3/s，回油路 q2=0.77 10-3m3/s。液压系统选用 N32 号液压油，考虑最低工作温度 15，由手册查出此时油的运动粘度 v=1.5cm2/s，油的密度 =900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （ 1）确定油流的流动状态 进油路中液流的雷诺数为 2300334105.11032 1026.12732.1Re 4331 回油路中液流的雷诺数为 2 3 0 0204105.11032 1077.02 7 3 2.1Re 4332 由上可知，进回 油路中的流动是层流。 （ 2）沿程压力损失 p 在进油路上，流速 smdq /57.1103214.3 1026.144 6232 则压力损失为 Padlp 1328410323342 57.1900264Re264 322 在回油路上，流速 smdq /96.0103214.3 1077.044 6232 则压力损失为 Padlp 813210322042 96.0900264Re264 322 （ 3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中 : 元 件 名 称 额定流量 实际流量 额定损失 实际损失 单向阀 80 75.6 2 182883 nts电液换向阀 250 229.8 4 337973 顺序阀 50 46.2 3 256133 若取集成块 进油路压力损失为 30000Pa，回油路压力损失为 50000Pa，则进油路总的压力损失为 Pap 5 6 4 1 4 03 0 0 0 03 3 7 9 7 31 8 2 8 8 31 3 2 8 41 回 油路总的压力损失为 Pap 9 9 0 2 1 15 0 0 0 02 5 6 1 3 33 3 7 9 7 33 3 7 9 7 381322 3. 快速退回行程的压力损失 在快速退回行程中，主液压缸从顺序阀 10卸荷，油路很短，压力损失忽略不计， 已知油管长度 l=2m，油管直径 d=32 10-3m，通过的流量进油路 q1=3.83 10-3m3/s。液压系统选用 N32 号液压油，考虑最低工作温度 15，由手册查出此时油的运动 粘度 v=1.5cm2/s，油的密度 =900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （ 1） 确定油流的流动状态 进油路中液流的雷诺数为 23001015105.11032 1083.32732.1Re 4331 由上可知，进 油路中的流动是层流。 （ 2）沿程压力损失 p 在进油路上，流速 smdq /76.4103214.3 1083.344 6232 则压力损失为 Padlp 40181103210152 83.3900264Re264 322 （ 3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内 油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中 : 元 件 名 称 额定流量 实际流量 额定损失 实际损失 单向阀 250 229.8 2 168986 电液换向阀 250 229.8 4 337973 若取集成块进油路压力损失为 30000Pa，回油路压力损失为 50000Pa，则进油路总的压力损失为 Pap 57714030000337973168986401811 （二 ） 顶出液压缸压力损失验算 1. 顶出行程的压力损失 在顶出液压缸顶出行程中， 已知油管长度 l=2m，油管直径 d=32 10-3m，通过的流量进油路 q1=1.57 10-3m3/s，回油路 q2=0.57 10-3m3/s。液压系统选用 N32 号液压油，考虑最低工作温度 15，由手册查出此时油的运动粘度 v=1.5cm2/s，油的密度 =900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （ 1）确定油流的流动状态 进油路中液流的雷诺数为 2300416105.11032 1057.12732.1Re 4331 nts回油路中液流的雷诺数为 2300151105.11032 1057.02732.1Re 4332 由上可知，进回油路中的流动是层流。 （ 2）沿程压力损 失 p 在进油路上，流速 smdq /95.1103214.3 1057.144 6232 则压力损失为 Padlp 1645310324162 95.1900264Re264 322 在回油路上，流速 smdq /71.0103214.3 1057.044 6232 则压力损失为 Padlp 600910321512 71.0900264Re264 322 （ 3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中 : 元 件 名 称 额定流量 实际流量 额定损失 实际损失 电液换向阀 250 94.2/34.2 4 56791/7486 若取集成块进油路压力损失为 30000Pa，回油路压力损失为 50000Pa，则进油路总的压力损失为 Pap 160035300005679156791164531 回油路总的压力损失为 Pap 6349550000748660092 2. 顶出液压缸退回行程的压力损失 在慢速加压行程中， 已知油管长度 l=2m，油管直径 d=32 10-3m，通过的流量进油路 q1=0.9 10-3m3/s，回油路 q2=2.51 10-3m3/s。液压系统选用 N32 号液压油，考虑最低工作温度 15，由手册查出此时油的运动粘度 v=1.5cm2/s，油的密度 =900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （ 1）确定油流的流动状态 进油路中液流的雷诺数为 2 3 0 0238105.11032 109.02 7 3 2.1Re 4331 回油路中液流的雷诺数为 2300666105.11032 1051.22732.1Re 4332 由上可知，进回油路中的流动是层流。 （ 2）沿程压力损失 p 在进油路上，流速 smdq /12.1103214.3 109.044 6232 nts 则压力损失 为 Padlp 948710322382 12.1900264Re264 322 在回油路上，流速 smdq /12.3103214.3 1051.244 6232 则压力损失为 Padlp 2630910326662 12.3900264Re264 322 （ 3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中 : 元 件 名 称 额定流量 实际流量 额定损失 实际损失 电液换向阀 250 54/150.6 4 18662/145154 若取集成块进油路压力损失为 30000Pa，回油路压 力损失为 50000Pa，则进油路总的压力损失为 Pap 7681130000
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