原稿！！单柱液压机液压系统设计【毕业论文+cad图纸】
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N F a of or to is in no of is by of is to of is to on 1. he in is It of a a 200 It be as a 2), by it be as a 1). of a of 2. in an It be a to s an no 1. 1: 2: or of is a in of is as as is at By of a is on to or To is we do is on a of is on a of a in of a in :1, 3: . he of is it is on of is a of a 4), of To of we of of is in 4. To of to an a 3). It be on is by a in is an a 15kW an a 0 l/00 is be on be by a 27kW an a of as to is on to An of is as be to of is on a of is in as 3, or on of on to be in of of to be to be 3. s of is to be or a In on of on of is of to of As is a be to be To a .2 m, .5 m/s) of in m as a it a of 2 4) is of in + a a a 3. on of to a 5). To of of on As we 6, 2 of a is he of be of of to of is is of in of of of a on is To a is or t* be as a of t ll of t* on a we t t* i. As of t* be or on k i. As an a of of is s j in i j of is in fl hr so , of in on be We of of e de e de If of e de is As e de a be In it . is to to To a in a in or an if is de is if it is k mt,is of of k mt k mt,is K mt to k mt,1. of at a on 4 at is :1. As to to k mt,is To k mt,is k mt, 7: n 7, at t = 2.5 s we it be by be 8, it e of t* by k as 9.) By e de of in be As is a of a it is to be is be to a 4. ue to to as by or at to is on in by at if of an of on of at 5. t is a To be to to be a as 10. in be in of 6. is by 如何为大型的步行机器人在供能不足的情况下选择合适的速度轨道 摘 要 在操作步行机器人时，只有让所有的油缸协调动作，才能使之安全、稳定的行走。本文所研究的这个大型液力驱动步行机器人 没有外部力量的供给。因此，在机器人平台上的液压装置及其柴油引擎的尺寸大小都将被它们自身的重量所限制。当各个油缸以高速运动时，液压力的供给就将不足，从而导致机器人的脚步及其整个平台的移动轨迹都将变成不可预知的。当此 接 近其稳定边界的状态运作就将导致它的不安定甚至是整个系统的瓦解，下面将讨论的解决方案是用于发现这种油缸时位错误并由此在需要的时候降速。 1、介绍 本文中所研究的系统是像人一样的可以用脚行走但又可以有轮子的机器人 是由一个其上有一间为操作人员所准备的小屋的平台和四只每只长为 计它的重量是 1200 公斤。它可以被用作是像四足动物一样行走的步行机器（如图 2），而且当将其后面的两只脚用轮子替换时，它又能被当作是一种有腿有轮的，腿和轮相结合的交通工具（如图 1），现今的这种腿和轮相结合的步 行机相对于那种全部是轮子的交通工具的稳定性和速度而言，其优势在于它高度的机动性 2。 1: 2: 在险峻及危险的地带操作时，安全扮演了重要的角色。只要在移动中出现了一个错误，机器人都将可能变的不稳定，因此，机器人的气缸必须确保要完全地按计划轨道动作。步行机器人的腿是籍由一个开启了的液压系统所提给的液力驱动的。正常地情况下，在设计 这种液压系统时，优先考虑重量最大的部分。而对于这个步行机 每一处的比值都是被最优化了的。 一旦同时发动了多个气缸或气缸的运动速度非常快时，由液压所供给的流量就将变的不足，从而导致机器人的运动变得无法控制。下面所讨论到的解决方案是关于计算轨道上速度如何减少的，机器人要随时都可以稳定的停下来。籍由发现那些气缸的时位错误，并由此作出在轨道上减速或者增速的决定，运动同时被触发，所有计算所依赖的采样频率将被降低，如此我们便可以保证机器人的腿以及它的平台能且确实随着预定的轨道运行。这个策略可以被应用于 3: 、实验的装备 就是说它是以几何学和人类的腿的功能为基础的。它的股关节是一个自由度为三的圆球形的球接头，它的膝部是一个只有一个自由度的涡形的接 头。这些接头的动作都是由液压缸驱动的（如图 4）。然而，它脚上所附加的两个自由度对它而言，作用却是消极的，为了使得到一套明确的翻转运动学的方案变成可能，我们锁上了股关节处的一个液压缸。这个直接的翻转运动学的明确的方案详细的显示在 4上。 为了调查腿的动态行为，并测试不同的控制方案，一种专为一只完全按规定尺寸制作的腿而设计的实验装置发展，并被制造出来了（如图 3）。 它包括所有将在实验室中被用于第一台 个实验装置上由一个拥有一个 150l/比起真的系统中所使用的 27了测试液压流的不够，另外的四个液压缸（被看做是一只脚）被安在试验支架的边上。 一个用来实现测试支架传感器内容和控制计算机（有一个即时操作系 统）数据转换的光学线路也被安装使用了。液压缸就被当作是包括了位置和压力感应器的输入装置使用。因此，这种动态的测试就可以在机械、液压组件和电子控制系统三者互相结合的情况下被实行。 实验装置的臀部是安装一对线形 轴承上，因此，它在垂直方向上是可移动的。 不管是像图 3那样脚的组合，还是在腿和轮结合的系统中用轮子装在两只后脚上，当步行运动进行时在其腿上的测试都将被允许载入。在行走过程中那种 摇摇摆摆着把臀不以下的脚抬起来的行动被停止下来。 这第一次的测试很好的显示了模拟人腿的机械装置的灵活性，并且这里的光学总线系统也已经被 证明了是可靠的。 3、加速改编 足的液压流量 正如已经提到的，在面板上那些能量供应包因为自身的重量和尺寸的被限制而不得不保持底下。 当多的液压缸同时运动或当它们以高速运行时，液压力是供给将会不足而且系统的压力也会匮乏。 这 种 情况产生的运动主要地依靠阀比例的大小和液压缸的外部的负荷。 它的脚和平台的轨迹就将是杂乱无章的。 当 近系统的稳定性的界限时这样的行为能导致不稳定甚至推翻原来稳定的系统。同样非常重要的安全问题是必须 防止压力的崩溃 (人们将会受到 伤害 )。 为了要研究这种情况 , 叁考在水平的状态下在臀部下面 1 半径 0.2 m,速度 0.5 m/s)。这一个轨道的形成要有三个开启的液压缸作用。而脚的一次典型的垂直步进运动它旁边的液压缸 (图 4 的 2 号 ) 几乎是不动的。像三个液压缸驱动脚的旋转映射出的在空间中的旋转的运动学为已经在 C+设计环境中得到了发展 3。 当在试验支架上进行实验时引起脚的轨道退化到一个封闭矩形时 .(图 5) 为了要增加液压的消耗 ,液压缸的组合就会被使用 (也就是脚上的液压缸即四个固定组合在地 面上的液压缸 ). 正如我们能在图 6 中所看到的那样 ,2 号缸远远滞后于在它的正弦曲线。液压缸的线性运动显示出一个完全开启着的定量阀。可利用的液压流量明显不够。 道速度减少 无法控制其运动的问题可以从不同的几个方面着手处理 : 改变泵和阀的尺寸。 通过 详细的模型及重新计算临界的运动来判断流量 /压力的不足从而以较 低的速度 来运转。 当校对轨道时，通 过压力的下降和整个运转的变慢来发现位置的错误。 第一种方式增加了液压系统的重量，因此并不受欢迎。而第二种方式不受欢迎的原因是它对计算能力有所要求，而且液压模型本身也并不很准确。因此，在这里选择了通过减慢运行速度来发现位置误差的方法并且将它实现。 为了在一次必须的降速之后，不再重新计算所有的轨迹，轨迹计算所依赖的时间变量将被减缓。到此为止一个全新时间变量 被引用。这个轨道时间或者说是采样时间可表示成为即时时间 和导致所有误差产生的时间增量因素的函数，而所有轨迹都是的函数。 为了在实时操作系统上控制系统的运行，我们需要在 和 之间与它们有关的时间步长 。 由于所有的轨迹都是 的函数，因此它们会因为 的变化而同 时地减缓和加快 液压缸位置误差的一个函数被选择作为液压流量不足的指示器。矢量 包含了每只脚上的液压缸的位置作用点，而矢量 则是标准的位置矢量，它们的区别是误差不同。 表的是左前方 , 而 在重量矩阵 W 中，每只腿的四个液压缸对脚的位置的影响都可以进行调整 。 我们把所有的液压缸的误差的平方和 和 液压缸的最初量 进行加权平均并使其标准化，而且要使它在规格化的误差范围内（极限 和 之间） 倘若 和 的和超出了它们的上界时，采样频率就将被减缓。而当 和 的一个极限标准化时，它们的上界将是固定的，这种情况就是所述的第二 种极限；而第三种极限（较低的极限）是用来决定何时该再一次加速用的。为了尽量避免在减速甚至是加速过程中的错误停机，如果 为正，它也只有加速，即使这样会让误差更大也一样。 是 的减速率而同样地 是 的加速率。 必须在区间 。 果 对于极限的价值，采样时间的加速率和减速率和液压缸的重量都是按经验选择的。在胯关节处的液压缸对脚的位置比在膝关节处的 4号液压缸有着更高的影响力。而它们对应的重量比被调整为 2:1。 作为系统必须对误差产生非常快的反应 , 因此是很高的。而为了避免太多振动，加速率 k mt,k mt, 7: 图 7 中，在 t=2.5 s 我们能看到液压缸 2的点值快速地升起 ，而且它不会被实际的系统跟随。 产生的标准化误差可在图 8 中看到 ,在它超出 e 的极限时 ,由于减少采样时间因素 k t*的减短 (如图 9 所示 .) 由于设定极限 e de 对误差和误差的变化的影响就可被调整。 后者是标准的时间信号，但它或许是比较吵杂的。 当这里这个极限是置低时。另一种可能性是将会过滤掉那些可能会产生一条比较大的不变波段的信号。 4、结论 由于对驾驶步行机器 操作员有很高的安全性要求，需要保证主动器所有的运动严格的按照控制器所计算的运行。所有主动器同时地或在高速的运行，那么液压 的补给能变成不足并且压力也会崩溃。这里所描述的方法是避免在对液压的流动情况检定不足的基础上观察主动器位置误差以在适当的时候降低所有运动的速度。 通过 执行调整采样时间来计算由 测试而得的 度运动的实行彻底被改良。 5、工作前景 现在 ， 机器人的腿是由一个相应的被锁上的液压缸的转动来控制的。为了能够使用所有的液压缸且减少追踪的误差，那种基于压力和模型基础上的控制器将会这种控制器取代。如图 10所示，这种控制器将会减少的位置的残余误差。 附加在液压油路上的压力感应器所发出的信号将会被包含在以液力驱动的补给评估中。 6、致谢 这项工作得到了 德国研究小组） 的充分支持 本科生毕业设计选题审批表 毕业论文（设计）题目 单柱液压机液压系统设计 指 导 教 师 职 称 学生具备条件 熟练做图的能力、演算的能力，以及独立分析问题的能力 选题完成形式 毕业设计说明书和图纸 内 容 简 要： 本文对液压传动发展和液压系统的工作原理作了一个详细说明，并对液压技术在锻压机械中的单柱液压机的液压系统进行了全面的设计和计算。首先对液压传动系统方案进行分析与比较，并确定设计方案并绘制系统原理图，其次对液压系统中液压泵、液压缸、活塞等主要参数进行计算、圆整及校核，并且绘制集成块单元 回路图，然后确定调速阀、换向阀、溢流阀等各种液压元件及附件，最后根据各项数据绘制以集成块联接方式而成的系统装配图。 液压传动作为一门比较成熟的技术，已广泛应用于农业机械、机械制造、汽车制造以及锻压等机械行业。并且液压传动拥有高压、 导向性能好 、 方便的操作 、速度快、大功率、高效率、低噪声、高度集成化等特点，各项要求方面的显著优势使得这门技术有着更加广阔的发展前景与市场需求。 系主任签字： 年 月 日 院长签字： 年 月 日 选题的依据及意义 （包括课题的理论价值和实践价值；国内外的研究概况等） ： 液压传动相对于机械传动是一门新技术，但随着原子能技术、空间技术（微电子技术）等的发展将液压技术推向前进，而如今液压传动在某些领域内甚至占有压倒性的优势，采用液压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。 液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的 计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，更日益显示出显著的成绩。 设计本系列液压机的意义在于其不但具有较大的通用性，适用于塑性材料的成形如薄板件的落料、拉伸、压印等；轴类件的校正；零部件的压装；粉末制品的压制。还具有点动、手动和半自动等操作方式，可按工艺需要任选定时或定位控制，压力和行程可调，操作灵便、工作可靠。 通过本系列液压机液压系统的设计使读者可以对液压系统的基本原理，对液压系统的回路组成有一个比较全面的认识，同样的，在本设计中也将对涉及到的所有的液压元件的构造以及其在各 自回路中的作用做详细的介绍以保证读者能对液压系统有更为深刻的理解，为液压技术的推广和普及尽一份绵薄之力。 本课题研究内容 本文对液压传动发展和液压系统的工作原理作了一个详细说明，并对液压技术在锻压机械中的单柱液压机的液压系统进行了全面的设计和计算。首先对液压传动系统方案进行分析与比较，并确定设计方案并绘制系统原理图，其次对液压系统中液压泵、液压缸、活塞等主要参数进行计算、圆整及校核，并且绘制集成块单元回路图，然后确定调速阀、换向阀、溢流阀等各种液压元件及附件，最后根据各项数据绘制以集成块联接方式而成的系 统装配图。 在单柱液压机液压系统执行元件液压缸的设计中，利用在前文系统设计中所校核过的如活塞直径 D（ 活塞杆直径 d( 参数，我们对液压油缸的各主要零部件进行了详细的结构设计，并绘制了它们的零件图及液压油缸装配图。 本课题研究方案 在本设计中 ,液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中得到了广泛的应用，所以选择活塞缸类中的单杆活塞液压缸。为了实现液压缸的进和退，选择电磁换向阀作为液压系统的方向控制 阀。为了实现其工进，可以选择调速阀或节流阀作为速度控制阀。为节省能源提高效率，液压泵的供油量尽量与系统所需流量相匹配。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。在此，我们在泵的小口装上粗滤油器。根据参考文献 2中各普通液压油质量指标及应用以及本设计中单柱液压机液压系统的要求选用 普通液压油。 研究的创新之处 （ 1） 有点动、手动和半自动等操作方式 （ 2） 可按工艺需要任选定时或定位控制，压力和行程可调 （ 3） 操作灵便、工作可靠 研究过程 (含完成期限 ) 第 5 周 查阅资料，拟订课题 第 6 周 查阅相关 单柱液压机液压系统的设计资料，并进行概述和文献综合。 第 7 设计液压系统传动原理图 。 第 10 完成 液压油缸设计以及液压系统装配图。 第 13 周 完成所有的图纸并进一步修改。 第 14 在以上基础上完成毕业设计说明书一篇。 第 16 周 修改设计，并定稿 。 第 17 周 答辩， 提交相关材料，结束设计 。 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 教研室主任签名： 年 月 日 院系意见 主管领导签名： 年 月 日 毕业论文（设计）成绩单 院系 专业 入学时间 学号 学生姓名 班级 周数 起止日期 指导教师 职称 论文（设计）题目 单柱液压机液压系统设计 指 导 教 师 评 语 建议成绩 指导教师签名 年 月 日 评 阅 人 评 语 建议成绩 评阅人签名 年 月 日 答辩与评分 综合成绩 答辩小组 负责人签名 年 月 日 优秀毕业论文（设计）推荐表 论文题目 单柱液压机液压系统设计 学生姓名 学 号 专 业 学 院 指导教师 审稿说明： 文质量、学术水平（含文字、图表、公式）的评 价。 推荐人意见： 推荐人签字： 年 月 日 院长签字： 年 月 日 本科生毕 业设计 开题报告 题 目 单柱液压机液压系统设计 学院名称 专业名称 年 级 学生姓名 学 号 指导教师 职 称 年 月 日 毕业设计评价表 指导教师评语 建议成绩 指导教师签名 年 月 日 评阅人评语 建议成绩 评阅人签名 年 月 日 答辩与评分 综合成绩 答辩小组负责 人签名 年 月 日 院学术委员会意见 主任（院长）签字： 年 月 日 毕业设计说明书中文摘要 单柱液压机液压系统设计 摘 要 本文对液压传动发展和液压系统的工作原理作了一个详细说明，并对液压技术在锻压机械中的单柱液压机的液压系统进行了全面的设计和计算。首先对液压传动 系统方案进行分析与比较，并 确定设计方案并绘制系统原理图，其次对 液压系统中 液压泵、液压缸、活塞等主要参数进行 计算、圆整及校核 ， 并且绘制集成块单元回路图，然后确定 调速阀、换向阀、溢流阀等 各种液压元件及附件，最后根据各项数据绘制以集成块联接方式而成的系统装配图。 液压传动作为一门比较成熟的技术，已广泛应用于农业机械、机械制造、汽车制造以及锻压等机械行业。并且液压传动拥有高压、 导向性能好 、 方便的操作 、速度快、大功率、高效率、低噪声、高度集成化等特点，各项要求方面的显著优势使得这门技术有着更加广阔的发展前景与市场需求。 关键字 单柱液压 机；液压系统；液压油缸 毕业设计说明书 外文摘要 5of in we do a is a of a of of in of to of a to is a It a in 目 录 1 引言 . - 1 - . - 1 - . - 1 - 2 技术任务书 . - 2 - . - 2 - . - 2 - . - 2 - . - 3 - . - 4 - . - 5 - 3 液压机液压系统的设计说明书 . - 5 - . - 6 - . - 6 - . - 6 - . - 7 - . - 7 - . - 8 - . - 9 - . - 9 - . - 9 - . - 10 - . - 12 - . - 15 - . - 15 - . - 15 - . - 15 - . - 17 - . - 17 - . - 18 - . - 20 - . - 21 - . - 21 - . - 22 - . - 25 - . - 25 - 料及技术要求 . - 25 - . - 27 - . - 28 - . - 29 - 排气装置 . - 31 - . - 31 - 4标准化审查报告 . - 32 - 5小型单柱液压机使用 说明书 . - 34 - 途 . - 34 - . - 35 - . - 35 - . - 35 - . - 35 - . - 36 - 结论 . - 37 - 参考文献 . - 38 - 致谢 . - 39 - - 1 - 单柱液压机液压系统设计 1 引言 题的 目的和意义 本世纪 60 年代以后，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。因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、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 (计算机辅助测试 (计算机直接控制 (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。 目前，中国液 压机产业出现的问题中，如质量差工作效率低资源消耗大环境污染严重维修繁琐需高技术人员等等。所以，本 次设计可以了解液压机的结构、特点以及工作原理。尽可能的使其便于操作，具有合理的刚度与强度，使其可靠不易损坏，具有良好的经济性，重量轻，制造维修方便，并且 锻炼了我 的自主设计能力。 内外发展概况及趋势 液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。自 1795 年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域， 1906年开始应用于国防战备武器。 20世纪 60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。在工程机械、 冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用。近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度 。 目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成话等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机防真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果 。但由于过去基础薄弱，所生产的 液压元件，在品种与质量等方面和国外先进水平相比，还存在一定差距，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以 - 2 - 预见，液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业部门中的用应，也将会越来越广泛。 2 技术任务书 计的依据 现今液压系统有着独特的优势。其有着重量轻， 运动平稳，结构简单，操作方便，液压元件易于通用化，标准化，系列化的特点。液压传动可以用很小的功率控制速度 、方向。 其布局有很大灵活性，同体积重量比其他机械小得多。因此能构成其他方法难以组成的复杂系统。液压传动能实现低速大吨位运动。采用适当的节流技术可使用运动机构的速度十分平稳。但是 液压系统也有着诸多 难以解决的缺点 ，如漏油影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。液压系统发生故障不易检查和排除等等。 本设计将进一步突出液压系统的各种优势，并对上述 缺点进行 了详细的 分析解决。 注 液压机的用途及使用范围 此单柱液压机，是一多功能的中小型液压机，适用于轴类零件、型材的校正和轴套类零件的压装。同时也能完成板材零件的弯曲、压印、套 形、简单零件的拉伸等工艺动作，也可用于压制要求不很严格的粉末、塑料制品。此系列产品适用于机床、内燃机、轻纺机械、轴类、轴承、洗衣机、汽车电机、空调电机、电器、军工企业、三资企业装配流水线等行业使用。 计所需 主要 技术参数 液压机公称力 25液选用 液压系统最大工作压力 8工作压力为 4压泵选用 压头下行速度 45mm/s 电动机功率为 头上行速度 130mm/s 骨块行程 125- 3 - 要工作原理 驱动机床工作台的液压 系统，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管组成。它的工作原理：液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油。油 液经滤油器进入液压泵，当它从泵中输出进入压力管后，将换向阀手柄 往内的状态下，通过节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管排回油箱。 如果将换向阀手柄方向转换成往外的状态下，则压力管中的油将经过开停阀、节流阀和换向阀进入液压缸右腔，推动 活塞和工作台向左移动，并使液压缸左腔的油经换向阀和回油管排回油箱 。 工作 台的移动速度是由节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。 为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。输入液压缸的油液是通过节流阀调节的，液压泵输出的多余的油液须经溢流阀和回油管排回油箱，这只有在压力支管中的油液压力对溢流阀钢球的作用力等于或略大于溢流阀中弹簧的预紧力时，油液才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。所以，在系统 中液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的，它和缸中的油液压力不一样大。 如果将开停手柄方向转换成往外的状态下，压力管中的油液将经开停阀和回油管排回油箱，不输到液压缸中去，这时工作台就停止运动。 - 4 - 图 2柱液压机液压系统图 进油路液压泵 1电磁换向阀 2（左位）单向调速阀 3液压油缸 4 上腔 回油路液压油缸 4 下腔单向顺序阀 5电磁换向阀 2（右位）油箱 7 键问题极其解决办法 液压缸的设计和使用正确与否，直接影响到它的性能和易否发生故障。在这方面，经常碰到的是液压缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸 或活塞下垂以及活塞杆的压杆失稳等问题。 所以，在设计液压缸时应做到以下几点保证液压缸使用正确： （ 1）使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或受压状态下具有良好的纵向稳定性。 （ 2）考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应的措施。但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。 （ 3）正确确定液压缸的安装、固定方式。如承受弯曲的活塞杆不能用螺纹连接，要用止口连接。液压缸不能在两端用键或销定们，只能在一端定位，为的是不致阻碍它在受热时的膨胀。如冲击载荷使活塞杆压缩，定位件须 设置在活塞杆端，如为拉伸则设置在缸盖端。 （ 4) 液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到 - 5 - 结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。 速方案的简单 分析 比较 制定调速方案 ， 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 （ 1） 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 而 电磁换向阀的基本工作原理是通过电磁铁控制滑阀阀芯的 不同位置，以改变油液的流动方向。当电磁铁断电时，滑阀由弹簧保持在中间位置或初始位置（脉冲式阀除外）。若推动故障检查按钮可使滑阀阀芯移动。而且操作简单实用，所以本设计用电磁换向阀。 （ 2） 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢 流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。 容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 节流阀的调节应该轻便、准确。在小流量调节时，如通流截面相对于阀心位移的变化率较小，则调节的精确性较高。调节节流阀的开口，便可调节执行元件运动速度的大小。 调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿，它适用于执行元件负载变化大而运动速度要求 稳定的系统中。 所以 本设计选择调速阀作为速度控制阀。 3 液压机液压系统的设计 说明书 - 6 - 定设计方案 压传动 液压传动装置主要由以下四部分组成： （ 1）能源装置 把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油。 （ 2）执行装置 把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。 （ 3)制调节装置 对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的不同组合形成了不同 功能的液压系统。 （ 4)辅助装置 上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。它们对保证系统正常工作也有重要作用。 定液压系统基本方案 (1)确定液压执行元件的形式 在本设计中 ,液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中得到了广泛的应用。 液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸两类。活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量，输出为推力和速度。 我们选择活塞缸类中的单杆活塞液压缸，其特点是有效工作面 极大，双向不对称。适用场为往返不对称的直线运动。 (2)确定液压执行元件运动控制回路 1）为了实现液压缸的进和退，我们选择电磁换向阀作为液压系统的方向控制阀。 电磁换向阀的基本工作原理是通过电磁铁控制滑阀阀芯的不同位置，以改变油液的流动方向。当电磁铁断电时，滑阀由弹簧保持在中间位置或初始位置（脉冲式阀除外）。若推动故障检查按钮可使滑阀阀芯移动。电磁换向阀在液压系统中的作用是用来实现液压油路的换向、顺序动作及卸荷等。由于电磁铁的推力有限，电磁换向阀应用在流量不大的液压系统中。 - 7 - 2）为了实现其工进，选择调速阀作 为速度控制阀。 调速阀的工作原理：液压泵出口（即调速阀进口）压力，由溢流阀调整，基本上保持恒定。调速阀出口处的压力由活塞上的负载决定。所以当负载增大时，调速阀进出口压差将减小。 调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿，它适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。 因此，在本设计中选择调速阀作为速度控制阀。 压系统各液压元件的确定 压介质的选择 液压介质一般称为液压油（有部分液压介质已不含油成分）。液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响。 液压介质应具有适宜的粘度和良好的粘温特 性；油膜强度要高，具有较好的润滑性能；能抗氧化，稳定性好；腐蚀作用小，对涂料、密封材料等有良好的适应性；同时液压介质还应具有一定的消泡能力。 选择液压介质时，除专用液压油外，首先是介质种类的选择。根据液压系统对介质是否有抗燃性的要求，决定选用矿油型液压油或抗燃型液压液。其次，应根据系统中所用液压泵的类型选用具有合适粘度的介质。最后，还应考虑使用条件等因素，如环境温度、工作压力、执行机构速度等。当工作温度在 60以下，载荷较轻时，可选用机械油；工作温度超过 60时，应选用汽轮机油或普通液压油。若设备在很低温度 下启动时须选用低凝液压油 见表 3 根据以上 对比 分析 以及液压机漏油等问题研究 ，本设计中单柱液压机液压系统的 适合 选用 - 8 - 表 3通液压油质量指标及应用 名称 抗磨液压油 代号原牌号 运动粘度 /s 0 90 110 135 165 0 17 23 27 33 37 43 47 53 57 63 77 83 27 33 粘度指数 闪点 (开口 )/ 凝点 / 抗氧化安定性 (酸值达2g)/h 防锈性 (蒸馏水法 ) 腐蚀 (00 ， 3h) 90 170 000 通过 合格 90 170 000 通过 合格 90 170 000 通过 合格 90 170 000 无锈 合格 90 170 000 无锈 合格 90 170 000 无锈 合格 90 170 000 通过 合格 抗乳化度(54 )/ 报告 报告 报告 60 60 60 60 抗泡沫性(93 )/ 起泡 50 50 50 50 50 50 50 抗泡沫性(93 )/ 消泡 0 0 0 0 0 0 0 抗磨性 (四球N (叶片泵试验100h)/ 1000 100 1000 100 1000 100 1000 100 1000 100 1000 100 1000 250 应用 适用于环境温度为 +40 的高压系统 (适用工作压力大于 21及矿山、冶金、油田、港口等设备系统中 注 ： 表示对镀银部件具有良好的抗腐蚀性能。 名为 30 号抗银液压油。 定液压系统图 在这种单柱液压机上，实现了“工进快退停止”的动作循环。可以进行冲剪、弯曲、翻边、装配、冷挤、成型等多种加工工艺。 下图为液压机液压系统图 3 - 9 - 图 3 柱液压机液压系统图 进油路液压泵 1电磁换向阀 2（左位）单向调速阀 3液压油缸 4 上腔 回油路液压油缸 4 下腔单向顺序阀 5电磁换向阀 2（右位）油箱 7 表 3柱液压机液压系统的动作循环表 动作名称 信号来源 电磁换向阀 2的工作状态 滑块 工进 1左位 快退 2右位 压系统主要参数计算 定系统工作压力 一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。公称力为 25单柱液压机属小型液压机类型，一般情况下，载荷 不会太高，参考资料机械设计手册，初步确定系统工作压力为 4 压缸主要参数的确定 鉴于液压系统的最大工作压力 1表 5d=- 10 - 取液压缸 m =27 77 F N 由式11 （ 3 61 10427778 A=)14( （ 3 = d=D=考文献 2表 得： D=100 d=70此求得液压缸两腔的实际有效面积为： 1 04 )( 222 液压缸强度校核 液压缸的缸筒壁厚、活塞杆直径 取：液压缸材料为 45#钢，无缝钢管 活塞杆材料 45#钢 (1)壁厚强度校核 根据参考文献机械设计手册 择液压缸外径为 121液压缸壁厚=于本系统： 10D 为厚壁 - 11 - 按壁筒计算： （ 3 式中， 当缸的额定压力 16， 取 为缸筒材料的许 用应力， ， b 为材料抗拉强度， 般取 n=5。 所以 : 4=6 （ 3 式中 600b N/n =5 则 66 101 2 05 106 0 0 n bN/ 故缸体壁厚强度满足。 (2)液压缸内活塞杆直径校核 活塞杆的直径 （ 3 式中， 为活塞杆材料的许用应力 , 则： 33 3 344 6 F d 故活塞杆强度满足。 (3)液压缸盖固定螺 栓直径计算 液压缸盖固定螺栓直径按下式计算： - 12 - Fd s （ 3 式中， K= K= 18023602 s ： Z s 0 液压缸稳定性校核 活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的力 k，以免发生纵向弯 曲，破坏液压缸的正常工作。 值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆稳定性的校核依下式进行： （ 3 式中， 般取 4，这里取 。 当活塞杆的细长比 21 时 222 （ 3 当活塞杆的细长比 21 时，且21 =20 120时，则 2221 3 式中， l 为安装长度，其值与安装方式有关，见表 3活塞杆横截面最小回转半径， ； 1 为柔性系数，其值见表 32 为由液压缸支承方式决定的末端系数，其值见表 3钢取 E=1011N/J - 13 - 为活塞杆横截面惯性矩； A 为活塞杆横截面积， f 为由材料强度决定的实验值， 为系数，具体数值均见表 3 表 3压缸支承方式和末端系数 2 的值 支承方式 支承说明 末端系数 2 1/4 1 2 4 表 3a、 1 的值 材料 f 108N/ 1 铸铁 601 80 锻铁 001 110 软钢 501 90 硬钢 001 85 由此，根据实际设计的可得： ;901 ;412 f N/5001 - 14 - （ 3 而 l 125 l=1750 45219021 则活塞杆稳定性按式： 221 （ 3 进行校核。 代入数据： F N 66 （ 3 式中， W=8 106 10104N 显然， FW以，活塞杆稳定性满足。 算液压缸实际所需流量 根据最终确定的液压缸的结构尺寸及其运动速度或转速，计算出液压缸实际所需流量，见表 3 - 15 - 表 3 5 液压缸实际所需流量 工况 活塞下行 (工进 ) 活塞上行 (快退 ) 运动速度 10m/s V = = 13 结构参数 10m2/s 2 = 量 10m3/s 2 = 算公式 Q = 种液压阀的选择与确定 压阀的作用 液压阀是用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的，因此它可以分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。一个形状相同的阀，可以因为作用机制的不同，而具有不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制着系统的压力和流量，而方向阀则利用通流通道的更换控制着油液的流动方向。这就是说，尽管液压阀存在着各种各样不同的类型，它们之间还是保持着一些基本共同之点。 压阀的基本要求 液压系统中所用的液压阀，应满足如下要求： （ 1)动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。 （ 2)油液流过时压力损失小。 （ 3)密封性能好。 （ 4)结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。 压阀的选择 (1)阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有 20%以内的短时间过流量。 - 16 - (2)阀的型式，按安装和操作方式选择。 本系统工作压力在 4右，所以液压阀均选用中压阀。所选阀的规格型号见表3 表 3柱液压机液压阀名细表 名称 选用规格 单向调速阀 磁溢流阀 磁换向阀 34向顺序阀 3)液压泵站及其辅助装置 在本设计中，我们将采用集成块的联接方式来进行液压系统的装配。其集成块单元回路图见图 3液压集成块由集成式液压元件构成 。其有以下特点 : 1)液压系统结构紧凑， 安装方便，装配周期短。 2)若液压系统有变化，改变工况需要增减元件时，组装方便迅速。 3)元件之间实现无管连接，消除了因油管、管接头等引起的泄漏、振动和噪声。 4)整个系统配置灵活，外观整齐，维护保养容易。 5)标准化、通用化和集成化程度高。 6)缩短了管路，基本消除了漏油现象，提高了液压系统稳定性。 7)如果要变更回路，只需要更换液压快即可，灵活性大，可实现系统标准化，便于成批生产。 - 17 - 9 Y - 1 0 0压 力 表8 K 3 表 开 关3 A Q F 3 - E 1 0 调 速 阀5 A X F 3 - E 1 0 顺 序 阀 缸1 Y A 2 Y 4 D F 3 O - E 1 0 B - 换 向 阀6 Y D F 3 - E 1 0 B - 溢 流 阀1 Y 0叶 片 泵工 进 快 退+ 停 止 名 称7 油 箱图 3成块单元回路图 压泵站 压泵站概述及液压泵 站油箱容量系列标准 (1)液压泵站的概述 目前我国生产液压泵站的厂家很多，液压泵站的种类也繁多，但多数厂家根据用户的具体要求设计和制造，尚未完全系列化、标准化。现在只有液压泵站的油箱公称容量系列有国家标准。 (2)液压泵站油箱公称容量系列（ 321 - 18 - 表 3箱容量 321 液压泵 （ 1） 液压泵的选择 液压泵是一种能量转换装置，它把驱动电机的机械能转换成输到系统中去的油液的压力能，供液压系统使用。 液压泵的工作压力是指泵实际工作时的压力。液压泵的额定 压力是指泵在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。液压泵的额定流量是指在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的流量，亦即在额定转速和额定压力下由泵输出的流量。 1）液压泵工作压力的确定 1 （ 3 于本系统： F 是泵 到液压缸间总的管路损失。由系统图可见，从泵到液压缸之间串接有一个单向调节器速阀和一个电磁换向阀，取 =压泵工作压力为： )液压泵流量的确定 - 19 - （ 3 由工况图看出，系统最大流量发生在快退工况， 4 Q m3/s，泄漏系数 K=得液压泵流量 : Q m2/s(选用 双联叶片泵是在一个泵体内安装两个双作用叶片泵，用同一个传动轴驱动。安装大小不同的单泵，可以得到两种大小不同的流量，以适应液压系统各种不同速度的要求。双作用叶片泵的工作原理是泵由转子、定子、叶片、配油盘和端盖等件所组成。定子的内表双作用叶片泵的工作原理：面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线八个组成，且定子和转子是同心的。叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及通入叶片根部压力油的作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上 ，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子间便形成了一个个密封的工作腔。在转子顺时针方向旋转的情况下，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区；在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区把它们隔开。这种泵的转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，所以称为双作用叶片泵。泵的两个吸油区和两个压油区是径向对称的，作用在转子上的液压力径向平衡，所以又称为平衡式叶片泵。 (2)液压泵装置 安装方式 以及与电机的连接 液压泵装置是指将电能转变为液压能所需要的设备、元件及其辅助元 件。具体而言，主要指电机、联轴器、液压泵、吸油管、排油管以及吸油管口的滤油器。正确地设计尤其是正确地安装液压泵装置，是液压系统正常工作的重要保证，必须予以足够的重视。 金属切削机床的液压站，多用定量或限压式变量叶片泵。变量叶片泵仅能卧式安装， 而定量叶片泵，无论是单泵还是双联泵，都可以有立式和卧式两种安装方式。齿轮泵与柱塞泵一般为卧式安装。卧式安装的液压泵，其位置又可分为上置式与非上置式两种。上置式指液压泵装置安装在油箱上，立式安装的液压泵皆为上置式。 安装液压泵应注意的问题： 1)为了防止振动与保证液压泵 的使用寿命，液压泵必须牢固地紧固在箱盖或基础上，注意经常检查连接螺钉是否松动。 - 20 - 2)调整好液压泵与电机的联轴器，使二者同心，用手拨动联轴器时不能有松紧不一致的现象。 3)在有条件的情况下，尽量将液压泵（齿轮泵、定量叶片泵、螺杆泵）安装在油 液内。 4)液压泵吸油管路的安装必须注意密封可靠及油管插入油液有足够的深度，以防止空气被吸入液压泵。 5)安装液压泵时，应注意各类液压泵的吸油高度，正确确定液压泵与油液液面的距离。 液压泵与电机之间的联轴器，一般用简单型弹性圈柱销联轴器或弹性圈柱销联轴器，其二者的共同特点 是传递扭矩范围较大，转速较高，弹性好，能缓冲扭矩急剧变化引起的振动，能补偿轴位移。但在使用中应定期检查弹性圈，发现其损坏后及时更换。上述
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