液压传动系统设计.doc

目 录1. 液压机系统分析：12. 方案拟定：22.1 液压机上滑枕动作分析：32.1.1 上滑枕快速降下32.1.2 上滑枕慢速降下32.1.3 上滑枕压紧保压42.1.4 上滑枕释压换向42.1.5 上滑枕快速上升42.2 液压机下滑枕动作分析：42.2.1 下滑枕慢速上升顶出52.3 液压机推料缸动作分析：52.3.1 中速推出并停止52.3.2 推料缸快速回缩、停止。52.4 下滑枕慢速下降。63.各液压缸尺寸计算及校核（主缸、推料缸、顶出缸）63.1主缸（上滑枕）参数计算63.2 下滑枕顶出缸参数计算123.3 推料缸液压缸参数计算154.工况分析：184.1 上滑枕快速下降184.2 上滑枕慢速下滑184.3 上滑枕延时保压194.4 上滑枕快速上升194.5上滑枕停止，下滑枕慢速顶出194.6 下滑枕停止，推料缸中速推出194.8 推料缸快速回缩204.9 推料缸回位停止，下滑枕慢速下降。（自身重力作用）205.工况图绘制：206.液压泵的选取227.驱动电机228.液压各控制元件的选取239. 液压各辅件的选择239.1管件材料的选择239.2主缸管件参数计算249.3顶出缸管件参数计算249.4推料缸管件参数计算259.5过滤器的选择2610.蓄能器及油箱的选择2610.1 蓄能器的选择2610.2 油箱及附件的选择27课程设计论文1. 液压机系统分析：液压机是锻压、冲压、冷机、校直、弯曲、粉末冶金、成形、打包等工艺中广泛应用的压力加工机械，是最早应用液压传动的机械之一。压力机的类型很多，其中以四柱式液压机最为典型。主机为三梁四柱式结构，上滑枕由四柱导向、上液压缸驱动，实现以下“快速下行慢速加压保压延时快速回程原位停止”的动作顺序。下液压缸布置在工作台中间孔内，驱动下滑块实现“向上顶出向下退回”或“浮动压边下行停止顶出”的动作循环，系统压力高，流量大，功率大，系统原理见图2-1。系统完成10个动作：1、 上滑枕快速降下，（V1）；2、 上滑枕慢速降下，（V2）；3、 上滑枕压紧保压（保压时间t=2(min) ，（F1）4、 上滑枕快速上升，（V2）；5、 上滑枕停止，下滑枕慢速上升顶出，（V4和F2）；6、 下滑枕停止，推料缸中速推出（V5和F3）；7、 推料缸停止；8、 推料缸快速回缩，（V6）；9、 推料缸回位停止，下滑枕慢速下降（V7）；10、 下滑枕停止。技术参数：F1=6107（N）；F2=2106（N）；F3=6105（N）。V1=80（mm/s）；V2=3（mm/s）；V3=80120（mm/s）可调；V4= V7=4（mm/s）；V5=10（mm/s）；V6=46（mm/s）。减、加速度时间t=0.2(s)。2. 方案拟定：2.1 液压机上滑枕动作分析：图2-2 上滑枕液压缸工作原理图2.1.1 上滑枕快速降下（见图2-2）电磁换向阀5DT得电，由液压泵输出的油液经过电磁换向阀12、二位三通换向阀21流入液压缸16的上腔（无杆腔），然后经过调速阀15、二位二通换向阀13和电磁换向阀12流回油箱。进油路：液压泵电磁换向阀12二位三通换向阀21液压缸16无杆腔。回油路：液压缸16调速阀15二位二通换向阀13电磁换向阀12油箱。2.1.2 上滑枕慢速降下（见图2-2）电磁换向阀5DT和7DT得点，回油经过两个调速阀流回油箱，实现调速，上滑枕慢速下降。进油路：液压泵电磁换向阀12二位三通换向阀21液压缸16无杆腔。回油路：液压缸16调速阀15调速阀14电磁换向阀12油箱。2.1.3 上滑枕压紧保压（见图2-2）当上滑枕接触工件后，电磁换向阀5DT和9DT得电，由液压泵输出的压力油经过三位四通换向阀12再经过二位三通换向阀21换向，流入作用缸增压回路，使输出的油液压力进一步加大，当达到压紧工件所需的作用力要求时，压力继电器1K被压下去，停止增压，然后进行下一步操作。进油路：液压泵三位四通电磁换向阀12二位三通换向阀21增压器23液压缸无杆腔。回油路：液压缸16调速阀15调速阀14电磁换向阀12油箱。2.1.4 上滑枕释压换向（见图2-2）当保压2分钟之后，时间继电器发出讯号，电磁换向阀5DT和10DT失电，8DT得电，蓄能器开始释压，完成系统操作。释压回路：蓄能器20二位二通换向阀19油箱。2.1.5 上滑枕快速上升（见图2-2）此时，电磁换向阀6DT和7DT得电，8DT和9DT失电，油液通过电磁换向阀12、调速阀15，进入液压缸16下腔（有杆腔），回油时，油液经过换向阀21和12流回油箱。进油路：液压泵电磁换向阀12二位二通换向阀13调速阀15液压缸16有杆腔。 回油路：液压缸16无杆腔二位三通换向阀21换向阀12油箱。图2-3 下滑枕工作原理图2.2 液压机下滑枕动作分析：2.2.1 下滑枕慢速上升顶出（见图2-3）电磁换向阀1DT得电，液压泵输出的油液经过单向节流阀5，进入液压缸6无杆腔，推动活塞杆运动，当活塞杆压倒行程开关6J时，推料缸停止运动。油路顺序：液压泵三位四通换向阀4单向节流阀5液压缸6无杆腔2.3 液压机推料缸动作分析：图2-4 推料缸工作原理图2.3.1 中速推出并停止（见图2-4）电磁换向阀3DT得电，此时，液压泵输出的油液，经过三位四通换向阀8和单向节流阀9，进入推料缸10的左腔（无杆腔），推动活塞杆向右运动。回油时，油液经过单行节流阀11和电磁换向阀8，流回油箱。进油路：液压泵电磁换向阀8单向节流阀9推料缸无杆腔。回油路：推料缸有杆腔单向节流阀11电磁换向阀8油箱。2.3.2 推料缸快速回缩、停止。（见图2-4）当活塞杆压倒行程开关5J时，电磁换向阀8换向，即4DT得电，油液经过电磁换向阀4和单向节流阀11流入液压缸有杆腔推动活塞杆向左运动，此时，无杆腔的油液经过单向节流阀9和电磁换向阀8流回油箱。进油路：液压泵电磁换向阀8单向节流阀11推料缸有杆腔回油路：推料缸无杆腔单向节流阀9电磁换向阀8油箱。2.4 下滑枕慢速下降。图2-5 顶出缸工作原理图（见图2-5），电磁换向阀7DT得电，下滑枕开始下滑，液压缸6中的油液经过三位四通通换向阀4和单向节流阀7进入液压缸有杆腔，回油时经过单向节流阀5和换向阀4流回油箱，液压缸活塞杆触动行程开关7J，电磁换向阀4失电，此时，各元件均回位停止。3.各液压缸尺寸计算及校核（主缸、推料缸、顶出缸）3.1主缸（上滑枕）参数计算查2P20 可知各类工程机械工作压力推荐值如表3-1：表3-1机械类型机 床农业机械小型工程机械液压凿岩机等液压机大中型挖掘机重型机械磨 床组合机床龙门刨床拉 床工作压力（MPa）0.82352881010182032由任务书给定可知：三个液压缸的布置总空间为900mm2000mm。已知：,液压机延时保压工作时载荷最大，其他工况载荷时均不变，查表3-1取液压机最大工作压力为32MPa。当系统加压时，压力由增压器提供，初选增压比为10，则P=10,由于液压机主缸负载载荷较大（60MN），常规单个液压缸不能够满足工作要求，故须有几个缸一起共同完成。经优化设计，可选取两个液压缸同步工作可以满足工作要求，同步缸回路原理如下所示：由图3-1可知:两液压缸采用并联方式，使系统总体推力增大，提高系统工作能力；若使用串联，则推力将减小，故不使用串联方式。工作原理：图中为分流集流阀同步回路，通过分流集流阀（同步阀）控制两液压缸的进入或流出的流量，使两缸在承受不同负载时仍能够实现同步，单向节流阀2用来控制活塞下降速度，液控单向阀4是防止活塞停止时两缸负载不同时而通过分流阀节流孔窜油。54321图3-1 液压缸同步回路（1） 液压缸内径及活塞杆尺寸确定(自行设计)。已知：, , 初选液压缸内径为：, 活塞杆直径为：则：查1P17可知： （3-1） （3-2）无杆腔面积：有杆腔面积：图3-2 增压器工作原理 如图3-2，系统延时保压时，增压器开始工作，当液压缸遇到较大载荷时，系统压力升高，低压油源经过换向阀1进入增压器2中，无论增压器左行还是右行，均能输出高压油至液压缸，只要二位四通电磁换向阀1不断地换向，就能够使增压器不断地往复运动连续输出高压油。计算中可初选增压比为i=10，则,故：（1） （2）图3-3 液压缸示意图 联立（1）（2）两式可得： 由任务书参数可取活塞杆行程，故可取 L=1800mm.（2） 缸筒壁厚的计算（） 查2P19知： （3-3） 由于，即; 查 2 P28知: （3-4）其中：查2,缸筒材料采用27SiMn无缝钢管，各机械性能参数如下：，查3P33知： （3-5）则：许用应力 （3-6）取则液压缸外径（3） 缸筒壁厚的校核A. 额定工作压力的校核：查 2 P19公式: （3-7） ，即，符合要求。B. 缸筒发生安全塑性变形的压力校核：查 3 P29公式： （3-8），故符合要求。C. 缸筒爆裂压力校核：查4 P18公式: （3-9） ，故符合要求。D. 活塞杆稳定性校核已知：活塞杆行程L=1800mm，活塞杆稳定性校核公式为：，其中，活塞杆直径为d=680mm, 查3P33各种活塞杆材料如表3-2: 表3-2 材料铸铁 锻钢低碳钢中碳钢560250340490a1/16001/90001/75001/5000m801109085 查表3-2，选择材料为优质碳素钢45号钢（中碳钢范畴），实验常数，则：， ，查4 P20戈登-兰金公式） （3-10）来计算进行校核。，则：F=而，即：故该活塞杆稳定性良好，符合要求。3.2 下滑枕顶出缸参数计算（1）液压缸内径及活塞杆直径的确定已知：,系统工作压力为31.5MPa，查参考书4 P35知: （3-11）则：液压缸内径为：查4可知各种液压缸及活塞杆尺寸系列如表3-3、3-4所示：表3-3液压缸、活塞杆尺寸系列液压缸的公称压力系列（GB/T 79381987）/MPa0.63、1.0、1.6、2.5、4、6.3、10、25、31.5、40液压缸内径系列（GB/T 23481993）/mm8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、（90）、100、（110）、125、140、160、（180）、200、（220）、250、（280）、320、（360）、400、（450）、500活塞杆直径系列（GB/T 23481993）/mm4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、250、280、320、360活塞杆行程系列（GB/T 23491980）/mm第一系列25、50、80、100、125、160、200、250、320、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3200、4000第二系列40、63、90、110、140、180、220、280、360、450、550、700、900、1100、1400、1800、2200、2800、3600第三系列240、260、300、340、380、420、480、530、600、650、750、850、950、1050、1200、1300、1500、1700、1900、2100、2400、2600、3000、3400、3800表3-4液压缸往复速比推荐值工作压力P/MPa20往复速比1.331.46，22查表3-4可取液压缸内径标准值D=320mm,往复速比取2，则：活塞杆直径为：查表3-3圆整后取标准值：，则：无杆腔面积：有杆腔面积：（2）缸筒壁厚的计算查参考书5 P42知: （3-12）由于，即，查参考书5 P13知: （3-13）其中：缸筒材料采用45号无缝钢管，并调质到241285HB各机械性能参数如下：，则：许用应力取则：液压缸外径（4） 缸筒壁厚的校核A. 额定工作压力的校核：查 6 P27知: （3-14），即，符合要求。B. 缸筒发生安全塑性变形的压力校核：查 6 P33知: （3-15），故符合要求。C. 缸筒爆裂压力校核：查 7 P27知: （3-16） ，故符合要求。D. 活塞杆稳定性校核 由结构尺寸参数可取活塞杆行程，查表3-3可取推荐值L=320mm，活塞杆稳定性校核公式为：，其中，活塞杆直径为d=680mm,材料为优质碳素钢45号钢（中碳钢范畴），实验常数，则：， ， 查8 P33知:用（戈登-兰金公式） （3-17）来计算进行校核。，则：F=而，即：故该活塞杆稳定性良好，符合要求。3.3 推料缸液压缸参数计算（1）液压缸内径及活塞杆直径的确定已知：,系统工作压力为31.5MPa，查参考书9 P20知: （3-18）液压缸内径：查表3-3可取液压缸内径标准值D=160mm, 往复速比取2，则：活塞杆直径为：查表圆整后取标准值：，则：无杆腔面积：有杆腔面积：（2）缸筒壁厚的计算该液压缸内径为D=160mm,可直接查表获得壁厚推荐值，取液压缸外径（3）缸筒壁厚的校核A. 额定工作压力的校核：查 10 P21知: （3-19） ，即，符合要求。B. 缸筒发生安全塑性变形的压力校核：查 10 P23知: （3-20），故符合要求。C. 缸筒爆裂压力校核：查 10 P23知 （3-21） ，故符合要求。D. 活塞杆稳定性校核由结构尺寸知活塞杆行程，查表可取推荐值L=2000mm。活塞杆稳定性校核公式为：，其中，活塞杆直径为d=680mm,材料为优质碳素钢45号钢（中碳钢范畴），实验常数，则：， ，查参考书11 P29（欧拉公式）来计算进行校核。 （3-22），则：F=而，即：故该活塞杆稳定性良好，符合要求。表3-5 元件计算参数列表如下：参数液压缸液压缸内径D(mm)活塞杆直径d（mm）缸筒壁厚（mm）面积A（ ）无杆腔有杆腔主 缸（上滑枕）7006809038.52.2顶出缸（下滑枕）柱塞缸320250658.03.1推 料 缸160125252.00.78表3-6 液压缸选择型号：液压缸型号主缸（上滑枕）特 制顶出缸（下滑枕）CDH3ME3/320/220/320AMCSEBWW推料缸CDH3ME3/160/110/2000AMCSEBWW4.工况分析：4.1 上滑枕快速下降已知：，查12 P41可知： 流量： （4-1） 输入功率： （4-2）无杆腔流量：有杆腔流量：输入功率：4.2 上滑枕慢速下滑已知：，无杆腔流量：有杆腔流量：输入功率：4.3 上滑枕延时保压，缸的泄露由蓄能器来提供能量。4.4 上滑枕快速上升已知：，无杆腔流量：有杆腔流量：输入功率：4.5上滑枕停止，下滑枕慢速顶出已知：，无杆腔流量：有杆腔流量：输入功率：4.6 下滑枕停止，推料缸中速推出已知：，无杆腔流量：有杆腔流量：输入功率：4.7 推料缸停止。P=0；q=0 4.8 推料缸快速回缩已知：，无杆腔流量：有杆腔流量：输入功率： 4.9 推料缸回位停止，下滑枕慢速下降。（自身重力作用）已知：，无杆腔流量：有杆腔流量：输入功率： 下滑枕停止。P=0；q=05. 工况图绘制：由以上计算分析归总如表5-1所示。表5-1 系统性能分析 工况分析动作顺序负载F（N）压力（MPa）流 量Q（L/Min）输入功率P（KW）无杆腔有杆腔上滑枕快速下行31.51848105.6970.2慢速下行31.569.33.9636.4压紧保压60MN快速回程31.52772158.483.2停止0000下滑枕慢速顶出31.519.27.410.1停止0000推料缸中速推出31.5124.76.3停止0000快速回程31.555.221.511.3停止0000下滑枕慢速下降（重力作用）19.27.43.9停止0000工况图如下所示：P/(MPa)P/(KW)L/(L/Min)图5-1 工况图位置标记图5-1 工况分析图6.液压泵的选取（1）液压泵的最大工作压力查参考书13 P33知： （6-1）其中取0.5MPa，则：取液压泵的最大工作压力为32MPa(2)液压泵的最大流量由工况分析可知液压缸的最大流量为考虑各元件的流量损失，可选取最大流量为，额外的流量损失及压力补偿可由蓄能器来提供即可。由此可知：，由于用一个液压泵单独工作不能够完成要求，故可用两个液压泵来同时完成即可。查参考书14 P86选择泵的型号为：A2F500R.参数如下所示：工作压力P=32MPa,流量,转速n=2000r/min,功率P=583kw7.驱动电机柱塞泵的总效率为0.8-0.9，可取泵的效率为，查参考书14 P38公式： （7-1） 选用电动机型号：查查参考书18 P86表9-23选择电动机的型号为：Y90S-4转速为1400r/min,额定功率为150kw。8.液压各控制元件的选取液压机属于高压设备，具有复杂的线路，并且使用的动力源是柱塞泵，根据14P38推荐可选用磷酸脂液压油，即可满足工作要求。系统各元件型号规格如下表所示：表5-2 各元件型号规格9. 液压各辅件的选择9.1管件材料的选择管件的选择：管件材料采用精密无缝钢管，20号钢，金属管。查15P43可知金属管内油液的流速推荐值：（1） 吸油管路取（2） 压油管路取（3） 短管道及局部收缩处取（4） 回流管路取（5） 泄油管路取9.2主缸管件参数计算已知：主缸无杆腔最大流量为（主缸快速回程时）。有杆腔最大流量为（主缸快速回程时），根据油液流速推荐值取，抗拉强度，则：无杆腔：管子内径：，取内径d=125mm管子壁厚：，取壁厚为15mm有杆腔：管子内径：，取管子内径为42mm。管子壁厚：，取管子壁厚为15mm。管接头：采用焊接式管接头，锥面密封，系统工作压力为31.5Mpa，查15选用O型密封圈，装在24锥体上，即可满足要求。9.3顶出缸管件参数计算已知：主缸无杆腔最大流量为（慢速顶出时）。有杆腔最大流量为（慢速顶出时），根据油液流速推荐值取，抗拉强度，则：无杆腔：管子内径：，取管子内径为12mm。管子壁厚： ，取管子壁厚为2mm。有杆腔：管子内径：，取管子内径为10mm。管子壁厚：,取管子壁厚为2mm。管接头：采用焊接式管接头，锥面密封，系统工作压力为31.5Mpa，查15选用O型密封圈，装在24锥体上，即可满足要求。9.4推料缸管件参数计算已知：主缸无杆腔最大流量为（快速回程时）。有杆腔最大流量为（快速回程时），根据油液流速推荐值取，抗拉强度，则：无杆腔：管子内径：，取管子内径为20mm。管子壁厚： ，取管子壁厚为2mm。有杆腔：管子内径：，取管子内径为15mm。管子壁厚：,取管子壁厚为2mm。管接头：采用焊接式管接头，锥面密封，系统工作压力为31.5Mpa，查15选用O型密封圈，装在24锥体上，即可满足要求。表9-1 各管件内径及壁厚 管件参数液压缸无杆腔有杆腔管子内径（/mm）管子壁厚（/mm）管子内径（/mm）管子壁厚（/mm）主 缸125154215顶出缸122102推料缸2021529.5过滤器的选择系统工作压力为32MPa,查13应选用纸质过滤器即可满足工作压力要求，该类型的过滤器的过滤精度为0.0050.03mm，压差为0.35MPa，查参考书21 P93表10-8取该纸质过滤器型号为：，过滤器的通径为53mm，额定流量为630L/min，工作压力为32MPa。10.蓄能器及油箱的选择10.1 蓄能器的选择液压机属于高压系统设备，设备