液压机液压系统设计

毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目：液压机液压系统设计 分校（点）：年级、专业：教育层次：学生姓名：学 号：指导教师：完成日期：目 录内 容 摘 要 .IAbstract.II文 献 综 述 .III一、液压传动的类型和发展现状 .1（一）液压传动的类型 .1（二）液压传动的发展现状 .1二、液压传动原理、组成及特点 .2（一）液压传动的工作原理 .2（二）液压传动的组成部分 .31.动力元件 .32.执行元件 .33.控制元件 .34.辅助元件 .35.工作介质 .4（三）压传动的特点 .41.优点 .42.缺点 .4三、液压泵站和辅助装置 .5（一）简述液压泵站的型号和油箱容量 .51.YZ 系列液压站 .52.TND360-2 型液压站 .53.SYZ 系列液压站 .6（二）辅助装置的选择 .61.电动机功率 .72.液压管件 .73.油管内径 .84.管接头 .85.滤油器 .9四、液压系统的用途和液压对象 .10五、液压系统的设计 .11六、液压系统的设计结论 .11参考文献： .12致谢 .13I内 容 摘 要液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。本文对液压传动的类型和发展现状进行了简述，其中还包括工作原理、组成部分以及液压泵站的选择，液压系统的参数计算同时也作了一个简要的说明。关键词:液压机 液压泵站 液压传动IIAbstractHydraulic transmission is the transmission mode is used as the working medium to transmit energy and used to control the liquid. Hydraulic transmission and pneumatic transmission fluid transmission is called, is an emerging technology put forward according to the seventeenth Century Pascals principle of hydraulic pressure to drive and developed, is a technique widely used in industrial and agricultural production. Now, fluid drive technology level has become a symbol of national industry development level.This paper introduces the development of the type and status of the hydraulic transmission, including working principle, components and the selection of the hydraulic pump station, the calculation parameters of hydraulic system at the same time also made a brief descriptionKey words :hydraulic press；hydraulic pump；hydraulic transmissionIII文 献 综 述我国液压行业已形成了门类齐全，有一定生产能力和技术水平，初具规模的生产科研体系。目前全国约有近 300 多家企业，还有液压研究室，国家级液压元件质量监督检测中心以及国家重点实验室。我国液压工业重视同国外企业进行有效的经济和技术合作，近年来先后从国外引进了很多液压元件和液压系统等制造技术，为提高产品水平和生产能力起了重要作用。目前已和美国、日本、德国共同建立了某些合资企业，这些企业将推动我国液压工业的发展。液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备，可以用来完成各种锻压及加压成形加工。例如钢材的锻压，金属结构件的成型，塑料制品和橡胶制品的压制等。液压机是最早应用液压传动的机械之一，目前液压传动已成为压力加工机械的主要传动形式。在重型机械制造业、航空工业、塑料及有色金属加工工业等之中，液压机已成为重要设备。在国外，液压工业的发展速度高于机械工业。为了满足用户的需要，主机品种日益增多，产品更新速度加快，相应要求液压元件增加品种，实现多样化，因而液压件属于大批量生产的产品相对减少，大部分属于成批或小批生产。为适应这种动向，国外生产方式也有所变化。我国液压行业已形成了门类齐全，有一定生产能力和技术水平，初具规模的生产科研体系。目前全国约有近 300 多家企业，还有液压研究室，国家级液压元件质量监督检测中心以及国家重点实验室。我国液压工业重视同国外企业进行有效的经济和技术合作，近年来先后从国外引进了很多液压元件和液压系统等制造技术，为提高产品水平和生产能力起了重要作用。目前已和美国、日本、德国共同建立了某些合资企业，这些企业将推动我国液压工业的发展。近代液压传动技术是由 19 世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到 20 世纪 30 年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，由于军事上的需要，出现了以电液伺服系统为代表的响应快、精度高的液压元件和控制系统，从而使液压技术得到了迅猛发展。20 世纪 50 年代，随着世界各国经济的恢复和发展，生产过程自动化的不断增长，使液压技术很快转入民用工业，在机械制造、起重运输机械及各类施工机械、船舶、航空等领域得到了广泛的发展和应用。20 世纪 60 年代以来，随着原子能、航空航天技术、微电子技术的发展，液压技术在更深、更广阔的领域得到了发展，在工程机械，数控加工中心，冶金自动线等国民经济的各个方面也都得到了应用。目前液压技术应用的主要领域是工程机械和冶金机械等，具体来说，液压系统在以下领域中有着广泛的应用。如今，液压传动是一门比较成熟的技术，液压机作为一种通用的无屑成型IV加工设备，其工作特点一是动力传动为“柔性”传动，不像机械加工设备一样动力传动系统复杂，这种驱动原理避免了机器过载的情况；二是液压机的拉伸过程中只有单一的直线驱动力，没有“成角的”驱动力，这使加工系统有较长的生命期和高的工件成品率。1液压机液压系统设计一、液压传动的类型和发展现状 （一）液压传动的类型近代液压传动技术是随着 19 世纪石油工业的发展而兴起的，液压传动装置最早被用于炮塔转位器，它是安装于船舶之上。随着磨床及液压六角车床的出现，到了二十世纪三十年代，液压传动已经被应用在了普通车床上。一直以来，军事的发展推动了工业产业的进步，在二战期间军事上使用的控制系统及液压元件均实现了电液伺服配置，这种配置有着很高的精度及敏感性，响应快，使得液压传动技术有了切实发展。20 世纪 50 年代，世界经济有了新的发展，随着经济的不断复苏，其自动化程度也不断增强，液压技术不断被用于民用工业中。在运输、制造、船舶、机械以及起重、航空等领域不断被普及、应用。从 20 世纪 60 年代开始，液压技术有了更为广阔的发展空间，它不断被应用于航空及原子能领域，并且已经融入了微电子及数控加工、冶金、工程机械等国民经济的每一个方面。目前，在工程机械及冶金等领域液压技术得到了深层次发展，其技术类型包括：齿轮泵包括内啮合及外啮合齿轮泵；叶片泵包括单作用、双作用及凸轮转子叶片泵；柱塞泵包括轴向及径向两种；螺杆泵包括双螺杆及单螺杆、三螺杆泵三种。（二）液压传动的发展现状目前，液压元件的内部结构已经成熟，其竞争主要表现在新材料使用、新加工工艺以及表面处理等方面，且在结构改进及减缩成本环节显得尤为突出，特别对于柱塞泵的发展，其竞争主要体现在电传动及液压传动在应用技术上。此次展销会上，日本油压研究出展的以电传动为伺服的双向变频电机驱动定量柱泵作为一个向液压传动发出挑战的典型而得到了大家的关注。在整个“伺服控制单元”，只有定量泵带一个油箱，传感器设置了油缸以及闭式油路一套，溢流阀组及管道两组，没有了大体积油箱及诸多管道，液压阀等设置，并使变量泵被淘汰。这套系统已经被应用在液压电梯及其他单缸液压系统中。目前，整套系统价格昂贵，随着生产量的不断增大，变频技术的不断发展，此项技术必然会得到推广及普及，到那时，诸多的液压泵及相关附件都将面临淘汰。现今液压技术的发展，已经与电子技术相融合，这种发展趋势在二十世纪的五十年代就已经露出端倪，当时出现的电液伺服产品就是最好的证明。如今，电液伺服阀在很多领域已经被电液比例阀所取代，更加完美的电子油泵就是采用高频响比例阀控制泵变量机构实施控制的，电磁阀则由一条总线实现了控制功能，伺服油缸及油马达技术等，都是电子2技术与液压技术相融合的结果。这种由电子技术实现了对液压技术的控制，不仅使其技术含量有了极大提升，而且大大提高了其附加值。这种技术的实现，完全依赖于液压工程师的智慧，也进一步展现出其卓越的技术才能。二、液压传动原理、组成及特点（一）液压传动的工作原理为了说明液压传动的工作原理，下面以液压千斤顶为例来举例说明。1杠杆手柄； 2小油缸； 3小活塞； 4、7单向阀； 5吸油管； 6、10管道； 8大活塞； 9大油缸； 11截止阀； 12油箱；图 1是液压千斤顶原理图观察图 1：手动液压泵包括两个单向阀、小活塞、小油缸和杠杆手柄。举升液压缸包括大活塞和大油缸。当向上移动手柄时手柄带动小活塞，小活塞向上移动使得其所在的油腔体积变大，油腔局部形成真空，此刻单向阀 4 开始工作，通过吸油管吸取油箱里的油；同理用力向下压手柄，迫使小活塞向下移，由于小活塞下面的油腔压力升高，单向阀 4 形成闭合，而单向阀 7 流通，这时油腔下半部分的油通过管道 6 进入举升油缸底部，由于压力使得大活塞顶起上面的重物。当重新在向上抬手柄吸油的时候，该装置的单向阀 7 会自行关闭，这样保证油液不会倒流，同时确保重物不会自动落下。重复的向上向下移动手柄，就可会有连续的油液输入举升缸下腔，从而达到举起重物的目的。由原理图可知，打开截止阀，举升缸油腔里的油液就会依次经过管道 10、截止阀又回到油箱里，此时重物就会落下来。这就是液压千斤顶的工作原理。通过分析液压千斤顶的工作过程,我们对液压传动的基本原理有了一定的认识。液压传动就是利用油压作为动力传递的工作介质。向下压杠杆，小油缸输出带有压力油液,是由于机械能转换得到的能量。带有压力的油液途经管道 6 和单向阀 7，进而推动大活塞使得重物向上移动，这是将油压又转换成机械能的过程。大活塞移动的的速度由每秒向大油缸输入的油量决定。因此,液压传动属于不同能量间转换过程。3（二）液压传动的组成部分图 2 液压传动的结构1.动力元件 动力元件由齿轮泵、柱塞泵、油泵 、叶片泵、螺杆泵组成。动力元件作用：可以通过油液介质把机械能转换成液压能，是液压传动中的动力部分。2.执行元件执行元件包括油缸和液压马达。液压缸分为柱塞液压缸、活塞液压缸、组合液压缸、摆动液压缸、组合液压缸五种。液压马达分为齿轮式液压马达、柱塞液压马达、叶片液压马达三种执行元件可以把液压能转换得到机械能。此时，油缸运动轨迹是直线而马达运动轨迹为曲线。3.控制元件控制元件由方向阀、流量阀和压力阀等几部分构成。控制元件既可以调节系统的工作压力、液体流动方向和液体流量，同时也可以控制流速。压力控制阀包括顺序阀、溢流阀、压力继电器、减压阀等部分。流量控制阀包括节流阀、分流阀、调速阀三部分。4.辅助元件液压传动的组成包括动力元件，执行元件和控制元件三大部分主要部分，除此之外还需要一些辅助元件，例如滤油器、冷却器、几种管接头、油管、管夹、管件、快换接头、测压接头、软管总成、蓄能装置、加热器、高压球阀、压力表、压力计、密封装置、流量计、油箱等等，辅助元件和主要元件同等重要，缺一不可。45.工作介质工作介质是指液动机和油泵之间进行能量转换的物质，例如液压油或者乳化液。（三）压传动的特点1.优点 传动平稳。油液有着极为微小的压缩量，在一般压力下是不可压缩的，因而使用液压传动的设备，它的转动，完全依靠油液的流动实现。同时，油液本身具有吸振功能，可以在油路中按照需要装设缓冲装置，就这一点而言，克服了机械机构因装配或者加工方面的误差而造成的振动，在转速上极为平稳。因而，现实中很多对平稳有很高要求的机械均使用了液压传动机构，比如我们常见的磨床等。 质量轻体积小。如果输出功率一定，机械传动、电力传动与液压传动比起来，在质量及体积上都有所减小，因而在运动中，其动作灵活，惯性很小，这对于自动控制、液压仿形及对质量有要求的设备来说，是非常关键的。比如我国自产的 1m3 挖掘机，使用机械传动比使用液压传动重出一吨。承载能力大。使用液压传动的设备，其转矩及力矩都很大， 因此得到了较为广泛的应用。比如隧道挖掘机、万吨水压机、压制机及万吨轮船操舵机等。 容易实现无级调速 。通常在液压机工作过程中，我们可以通过调节液压机中的液体来进行无极调速，这一调速范围可以增至 2000:1，极大限度地降低速度。 易于实现过载保护。 我们可以通过采取一些保护措施，以减少液压系统的过载量，减少事故的发生。液压元件能够自动润滑 。当液压油作为介质使用于工作当中时，可以有效润滑原件延长元件的使用寿命。容易实现复杂的动作。我们可以通过液压传动来进行一些较复杂的机械动作，并可以较便捷地根据零件的不同形状进行分别加工。简化机构。通过液压机的传动，可以在一定程度上简化机械的结构和相关零部件的数量。 便于实现自动化。液压机的操作和控制相对较容易，因此我们可以结合电气配置综合使用，以实现过程较复杂工作的自动循环。现在，我们在液压机的运用方面已经基本实现“三化（标准化、通用化、系列化）”，该运用主要体现在组合机床和自动线上，达到这一目标后，液压机可以有效提高工厂生产率和产品的质量，并通过自动循环的方式提高了工厂进行专业批量化生产的可能性和可行性。2. 缺点 液压元件精度要求较难实现。为更好实现液压效果，通常对液压元件的制作精度要求很高，且在元件维护方面也有着严格要求。 实现定比传动困难 。由于我们需要通过液压油作为工作介质用以润滑元件之间的摩擦，但是液压油在工作过程中可能会产生一定压缩，由此可能导致油体泄漏。所以我们并5不建议将此运用于螺纹和齿轮加工等要求过高的情况。 油液受温度的影响 。 为保持油液粘度一定，我们建议在控温情况下（温度不会过高，也不会过低）使用。最好不要用于远距离运输。因为液压原理下进行油液传输，在传输过程中会损失大部分的压力。注意油液的真空处理。若不进行相关真空处理，容易导致油液爬行、震动、噪声等情况。油液容易污染。油液若处理不当导致污染，极有可能影响系统的工作。 三、液压泵站和辅助装置（一）简述液压泵站的型号和油箱容量我国在液压泵站的生产方面竞争激烈，以此声场厂家为使生产的液压泵更符合市场商家的需求，通常都采取定制模式，因此我国的液压泵生产在标准方面没有形成明确规定。下文以几种较为典型的液压站成品为例进行介绍。1. YZ系列液压站 首先简单介绍 YZ 系列液压站，这系类油箱的容量在 25L 至 6300L 之间，规格有 18 种，且商家可以通过选择不同规格的泵来进行流量和夜里的控制。该系列油箱在外形结构上主要采取上置式和非上置式两种情况。YZ 系列液压站生产厂有：南京液压件三厂、上海高行液压件厂和长沙液压件厂等。2. TND360-2型液压站 6图 3 TND360-2 型液压站在数控车床方面我们通产采用 TND360-2 型液压站压力 5MPa，流量 12L/min；油箱容量 100L。具体形状和系统如图 3 所示。 3. SYZ系列液压站 SYZ 系列液压站主要由生沈阳压厂设计生产主要运用于数控机床的操作。该系列液压站的压力在 4MPa 至 6.3MPa 之间，流量在 36 L/min 至 60L/min 之间，油内部容量在 130L至 250L 之间。油箱在液压系统中起着重要作用，如通过安装冷却器以进行散热，安装空气过滤器以提出杂质等。 另外，从使用方向来看，油箱可分为开式油箱和闭式油，在使用方面有着较大区别。开式油箱使用相对较普遍，维护起来也比较容易，但需要在安装空气过滤装置以净化过滤控制中的杂质。而闭式油箱则主要用于提供压力，所以油箱内部需要冲入部门惰性气体以保障内部压力可以达到 0.05MPa。从油箱的外观特征开看可将油箱分为矩形和圆罐形两种油箱。矩形油箱使用较广泛，而圆罐形油箱则主要用于大型的冶金工程中。图 4 油箱1液位计；2吸油管；3空气过滤器；4回油管；5侧板；6入孔盖；7放油塞；8地脚；9隔板；10底板；11吸油过滤器；12盖板（二）辅助装置的选择71.电动机功率电机功率的计算公式 扬程 40 米，流量 45L/S 即需将 45L 水的提升效果需要达到 40m/s假设管径是 100MM，水的流速是（45*10-3 ）/( /4*10-2)=5.732M/S 则动能+势能=水能获得的能量/秒 动能 E10.5*45*5.73224237J 势能 E245*9.8*4017640J 总能量EE1+E2 21877J 所需功率21877W21.877KW 假设加压泵的效率 0.8 则电机所需功率 P21.877/0.8=27KW2.液压管件液压管件的选择要同时考虑液压管接头和螺纹标准。在该元件选择过程中要注意螺纹和接头的形状。螺纹标准螺纹的分类：内螺纹、外螺纹。按牙形分可分为：a.三角形螺纹;b.梯形螺纹;c.矩形螺纹;d.锯齿形螺纹； 按线数可分为：a.单头螺纹;b.多头螺纹； 按旋入方向可分为：a.左旋螺纹;b.右旋螺纹两种, 右旋不标注，左旋加 LH，如M241.5LH； 按用途不同分有：a.米制普通螺纹;b. 米制锥螺纹;c. 60圆锥管螺纹;d. 非螺纹密封的管螺纹;e. 用螺纹密封的管螺纹等。 下面简单介绍下几种常见的螺纹： a.米制普通螺纹 我们以字母 M 代指米制普通螺纹，并设定 为 30则 2=60，并根据螺纹之间的距离将其分为粗、细两种螺纹。其中以 M20 最为典型是粗普通螺纹标记，该螺纹不标明螺距。于之相对的是具有明确螺距规定的细普通螺纹，若该螺纹的螺距为 1.5，则以“型号1.5”在螺纹上标注出来。米制普通螺纹的标记：M20-6H、M201.5LH-6g-40,其中 M 代表米制普通螺纹，20 代表螺纹：其中直径为 20 毫米，1.5 代表螺距，LH 代表左旋，6H （内螺纹）、6g（外螺纹）分别代表螺纹的不同精度，另外 40 代表旋合长度； 常用米制螺距一览表（普通粗牙螺纹）(螺纹底孔直径：碳钢 公称直径P；铸铁公称直径1.051.1P ；加工外螺纹光杆直径取 公称直径 0.13P)： 表 1 常用螺纹直径/螺距一览表（普通米制粗牙螺纹）8内螺纹计算公式：d=D-1.0825P,其中为公称直径，为螺距。 b.用螺纹密封的管螺纹（GB 7306 与 ISO7/1 相同） 经过螺纹密封处理的管螺纹可以有效避免渗漏情况的发生。另外由于该类型的管螺纹的链接形式有两种，因此当处于常温，常压下我们只需使用圆柱内螺纹和圆锥外螺纹的连接方式即可；若有特别要求，温度和气压较高时则适合采用圆锥内螺纹和圆锥外螺纹的连接方式。外螺纹只有圆锥一种形式。牙型如下：锥度 1：16，牙形角 55，旧螺纹标准示例：ZG3/8； 3. 标记示例： 圆锥内螺纹 Rc 3/8 圆柱内螺纹 Rp3/8 圆锥外螺纹 R3/8 当螺纹为左旋螺纹时 Rc 3/8-LH（LH 表示左旋螺纹） 常用螺纹(标记：Rc 3/8、Rp3/8 、R3/8) 的基本尺寸3.油管内径其中 vp 为管内流量，单位 sm3v 为液压油的流速，单位 sm。 油管壁厚 油管内径 ： v油管壁厚（mm）油管内液体的最大压力（MPa）； d油管的内径（mm ）许用应力（MPa）由上文可知管道的抗拉强度 MPab62049，我们将安全系数 n 设定为 8，若在 MPap7 的情况下；当 MPap5.17 时，取 n=6；当 MPap5.17 时，取 n=4。 工作压力：高压为 35MPa，低压为 10MPa，回油路压力为 0.5MPa4.管接头一般情况下，液压系统容易在管系接头位置出现泄漏，因此在工程当中要对管材的选择、接头的形式、管系的设计、管道的安装等方面重点关注，谨慎选择，综合考虑整个液压系统的需求，进行正确选择。针对管系材质和接头形式方面的研究一直是国外相关研究者的重点研究对象。根据国际资料显示，新近研发出的一种接头时以镍钛合金为主要材质的设计，其特点在于可以根据温度的变化在形状方面做出不同的反应，例如在高温中若发生变形，温度降低后这种变形将会消失。将这一设计投入具体操作过程中，可以通过液氧来增加该管接头的内径，变形成功后立刻将其安装在管子上，恢复常温后则会自动缩回原始大小，从而与管子紧密结合，并保证当气压处于 4055MPa 时，不会发生泄漏。这种创新设计已经广泛用于各大行业。这是一个十分值得注意的动向。9表 2 常见管接头结构及特点5.滤油器功用。主要用于减少污染源进入油液当中，保证油液的纯净度，以确保系统可以稳定运行。 类型。主要可分为：表面型、深度型滤油器、吸附型三种滤油器。 表面型滤油器：该种滤油器是通过几何面来完成工作的。首先，过滤下来的杂质会由于几何原理被截留于油液的上游，而上游处则已经设计了用于剔除杂质的小孔。然后若杂质体积大于小孔直径，则杂质可被剔除。不过这些杂质可能会造成滤芯堵塞，在选用时应当有所考虑。深度型滤油器：该滤油器之所以可以达到深度过滤的效果主要是由于其滤芯采取了较为特殊的多孔可透性材料，并且该滤油器以较为曲折的内部设计为特色，增强了其过滤效果。当一些大体积的杂质已被剔除，小体积的杂质进入管道内部后，会被道壁的特殊材质所吸附，这一过程对杂质进行了二次过滤。这种过滤方式可以运用于毛毡、陶瓷、纤维制品的杂质过滤方面。吸附型滤油器：该滤油器则是通过特殊材料的吸附性直接将油液中的杂质进行吸附处理。磁心即属于此类。10表 3 滤油器类型结构及特点四、液压系统的用途和液压对象液压技术进入这个行业已经有一百多年的历史，与液压系统的快速发展，日新月异。液压技术与我们的生活密切相关，街车，动力转向巴士，卡车，压路机，挖掘机，起重机，混凝土搅拌机等上面都采用了液压技术。望着大海，漂浮在海港大范围的船只，船上的绞盘，起锚机，口盘，甲板起重机都使用的液压技术。工厂中的各种车床，镗床，铣床，磨床和冲床，压断机，刚压铸机，注塑机，以及锻钢厂机，化工厂的压榨机，以及叉车都用的液压技术。此外飞机的副翼控制，飞机起落架系统单元，开幕式和闭幕式，铁路调速装置，游乐场游戏设备等也都使用液压技术。现代建筑机械都采用了液压系统，结合电子系统，计算机控制系统，它们已成为现代的工程机械的一个重要部分。115、液压系统的设计1 - 油箱 2 液压泵 3 单向阀 4 主溢流阀