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北华大学学士学位论文毕业设计(论文)说明书题目名称题目名称题目名称题目名称液压压力机液压系统的设计学学学学院院院院机械工程学院专业年级专业年级专业年级专业年级机械设计制造及其自动化08姓姓姓姓名名名名X班级学号班级学号班级学号班级学号液压08指导教师指导教师指导教师指导教师X二二二二一二一二一二一二年年年年六六六六月月月月三三三三日日日日北华大学学士学位论文摘要作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段,液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比,液压技术具有能量密度高配置灵活方便调速范围大工作平稳且快速性好易于控制并过载保护易于实现自动化和机电液一体化整合系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势,因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。液压压力机是压缩成型和压注成型的主要设备,适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。本文根据小型液压压力机的用途特点和要求,利用液压传动的基本原理,拟定出合理的液压系统图,再经过必要的计算来确定液压系统的参数,然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。本课题的技术参数和设计要求是设计一台小型液压压力机的液压系统,要求实现快速空程下行慢速加压保压快速回程停止的工作循环。工作缸采用单杆活塞缸,当压力油进入工作缸上腔,活塞带动横梁向下运动,其速度慢,压力大,当压力油进入工作缸下腔,活塞向上运动,其速度较快,压力较小,符合一般的慢速压制、快速回程的工艺要求。该压力机的液压系统呈长方形布置,外形新颖美观,动力系统采用液压系统,结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。关键词液压压力机;液压系统;液压元件北华大学学士学位论文ABSTRACTASONEOFTHEMODERNMACHINERYEQUIPMENTTRANSMISIONANDCONTROLIMPORTANTTECHNICALMEANS,HYDRAULICTECHNOLOGYINTHEFIELDOFNATIONALECONOMYHASBEENWIDELYUSEDCOMPAREDWITHOTHERTANSMISIONCONTROLTECHNOLOGY,HYDRAULICTECHNOLOGYHASHIGHENERGYDENSITY,FLEXIBLEANDCONVENIENTCONFIGURATION,LARGESPEEDRANGE,RAPIDANDSMOOTHWORKABILITY,EASYTOBECONTROLLEDANDOVERLOADPROTECTION,EASILYREALIZEDAUTOMATIONANDELCTROMECHANICALINTEGRATION,SYTEMINTEGRATIONDESIGN,EASYMAINTENANCEINMANUFACTURINGOPERATIONANDOTHERSIGNIFICANTADVANTAGESINTECHNOLOGY,WHICHMAKEITBECOMETHEBASICTECHNOLOGYOFMODERNMECHANICALENGINEERINGANDTHEBASICTECHNOLOGYOFMODERNCONTROLENGINEERINGTHEHYDRAULICPRESANDPRESUREMACHINEISTHEMAINEQUIPMENTFORMOLDINGPLASTICINJECTIONANDREPRESINGMATERIALFORMATION,SUCHASTAMPING,BENDING,FLANGING,METALSHEETDRAWING,ETCALSOITCANBEENGAGEDINTHEADJUSTMENT,THEMOUNTINGINDENTATION,THEGRINDINGHEELFORMATION,THESWAGINGMETALPARTSFORMATION,THEPLASTICPRODUCTSANDTHEPOWDERPRODUCTSUPPRESDFORMATIONTHISARTICLEACORDINGTOTHEUSAGE,CHARACTERISTICSANDREQUIREMNTSOFTHEPURPOSESOFTHEHYDRAULICPRESUREOFSMALPRESMACHINEUSESTHEBASICPRINCIPLEOFHYDRAULICTRANSMISION,DRAWSUPAREASONABLEHYDRAULICSYTEMANDUNDERGOESTHENECESARYCALULATIONTODETERMINETHEPARAMETRSOFHYDRAULICSYTEMWHICHDETERMINETOCHOOSEHYDRAULICOMPONENTSANDSYTEMSTRUCTUREOFTHESPECIFCATIONTHESUBJECTOFTHETECHNICALPARAMETRSANDDESIGNREQUIREMNTSISTODESIGNASMLHYDRAULICPRESS,HYDRAULICSYTEM,REQUIREDTOACHIEVERAPIDEMPTYWAYDOWNSTREAMSLOWPRESUREPACKINGQUICKRETURNTOSTOPTHEWORKCYLEHYDRAULICYLINDERWITHSINGLERODPISTONCYLINDERCHAMBERWHENTHEPRESUREOILINTOTHECYLINDER,PISTONDRIVENBYTHEBEAMDOWNWARDMOVEMENT,ITSPEEDISLOW,THEPRESURECHAMBERWHENTHEPRESUREOILINTOTHEWORKINGCYLINDER,THEPISTONUPWARDMOVEMENT,ITSPEED,PRESURESMALER,INLINEWITHTHEGENERALSUPPRESIONOFTHESLOW,FASTRETURNPROCESREQUIREMNTSTHEHYDRAULICSYTEMOFHYDRAULICPRESUREPRESMACHINEISRECTANGULARARNGEMENTITSEXTRNALAPPEARNCEISNEWANDORIGINALBEAUTIFUL,THEDRIVINGFORCESYTEMADOPTSHYDRAULICPRESURESYTEMTHATMAKESTHESTRUCTURESIMPLEANDCOMPACT,THEACTIONQUICKANDRELIABLEKEYWORDSKKKHYDRAULICPRESS,HYDRAULICSYTEM,HYDRAULICOMPONENTS北华大学学士学位论文目录第一章绪论111液压传动的发展概况112液压传动在机械行业中的应用113液压机的发展及工艺特点214液压系统的基本组成4第二章液压压力机的液压系统原理设计521液压压力机的基本结构522工况分析6221液压压力机工况分析6222负载循环图和速度循环图的绘制623拟定液压系统原理图7231确定供油方式7232调速方式的选择7233液压系统原理图的设计7第三章液压系统的计算和元件选型1031液压缸的计算与选型10311确定液压缸的主要参数10312缸筒的设计计算12313液压缸工作行程的确定13314缸盖厚度的确定14315最小导向长度的确定14316缸体长度的确定15317液压缸的结构设计1532确定液压泵和电动机18321确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格18322选择与液压泵匹配的电动机1933液压阀的选择1934液压站的设计20341液压油箱的设计20342液压站的结构设计22343确定管道尺寸24第四章阀块的设计2541阀块的基本结构25北华大学学士学位论文42阀块的设计26第五章辅助元件的选择2851管道2852管接头2853密封件2854滤油器2855空气滤清器2856液位计28第六章液压系统性能的验算2961压力损失的验算2962系统温升的验算32结论34致谢35参考文献36北华大学学士学位论文第一章绪论11液压传动的发展概况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。第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫布拉曼JOSEPHBRAMN,17491814,在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。我国的液压工业开始于20世纪50年代,液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展,已渗透到各个工业部门,在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时,新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作,也取得了显著成果。目前,我国的液压件已从低压到高压形成系列,并生产出许多新型元件,如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时,大力研制、开发国产液压件新产品,加强产品质量可靠性和新技术应用的研究,积极采用国际标准,合理调整产品结构,对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品,采用逐步淘汰的措施。由此可见,随着科学技术的迅速发展,液压技术将获得进一步发展,在各种机械设备上的应用将更加广泛。12液压传动在机械行业中的应用现如今,液压传动技术凭借着其动力大、工作平稳、在大范围内可实现无级调速等诸多优点,在各类机械行业中有着广泛的应用,发挥着巨大的作用,被越来越多的设备所采用。下面列举其典型和重要的应用实例机床工业磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等;工程机械挖掘机、装载机、推土机等;汽车工业自卸式汽车、平板车、高空作业车等;农业机械联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等;轻工机械打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等;冶金机械电炉控制系统、轧钢机控制系统等;起重运输机械起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等;矿山机械开采机、提升机、液压支架等;北华大学学士学位论文建筑机械打桩机、平地机等;船舶港口机械起货机、锚机、舵机等;铸造机械砂型压实机、加料机、压铸机等。本设计中的液压压力机适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。该液压压力机的工作压力、压制速度、空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整,并能完成一般压制工艺。压制成型的工艺动作在压制后具有保压、快速回程等动作。本机器主机呈长方形,外形新颖美观,动力系统采用液压系统,结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。13液压机的发展及工艺特点液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一,自19世纪问世以来发展很快,液压机在工作中的广泛适应性,使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面,已经比较成熟,目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面,也主要表现在高速化、高效化、低能耗;机电液一体化,以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善;自动化、智能化,实现对系统的自动诊断和调整,具有故障预处理功能;液压元件集成化、标准化,以有效防止泄露和污染等四个方面。作为液压机两大组成部分的主机和液压系统,由于技术发展趋于成熟,国内外机型无较大差距,主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面,有较明显改善。在油路结构设计方面,国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计,插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产,其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点,它不需要另外的连接件其结构更为紧凑,体积也相对更小,重量也更轻无需管件连接,从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点,从70年代初期开始出现,至今已得到了很快的发展。我国从1970年开始对这种阀进行研究和生产,并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上,显示了很大的优越性。由于液压压力机的液压系统和整机结构方面,已经比较成熟,国内外液压压力机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展,为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。相比来讲,国内机型虽种类齐全,但技术含量相对较低,缺乏技术含量高的高档机型,这与机电液一体化,中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。北华大学学士学位论文在国内外液压机产品中,按照控制系统,液压机可以分为三种类型一种是以继电器为主控元件的传统型液压机;一种是采用可编程控制器控制的液压机;第三种是应用高级微处理器(或工业控制计算机)的高性能液压机。三种类型功能各有差异,应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式,其电路结构简单,技术要求不高,成本较低,相应控制功能简单,适应性不强。其适用于单机工作、加工产品精度要求不高的大批量生产(如餐具、厨具产品等),其也可组成简单的生产线,但由于电路的限制,稳定性、柔性差。现在,国内液压机厂家是以这种机型为主,使用对象多为小型加工厂,或加工精度要求不高的民用产品。国外众多厂家只是保留了对这种机型的生产能力,而主要面向以下两种技术含量高的机型组织生产。可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的,并逐渐发展成以微处理器为核心,把自动化技术,计算机技术,通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。目前已被广泛的应用于各种生产机械以及自动化生产过程中。随着技术的不断发展,可编程序控制器的功能更加丰富。早期的可编程序控制器在功能上只能进行简单的逻辑控制。后来一些厂家开始采用微电子处理器作为可编程序控制器的中央处理单元(CPU),从而扩大了控制器的功能,使其不仅能够进行逻辑控制,而且可以对模拟量进行控制。因此,可编程序控制器是介于继电器方式和工业控制机控制方式之间的一种控制方式。可编程控制器有较高的稳定性和灵活性,但在功能方面与工业控制机有一定的差异。现在,国内有些厂家采用可编程控制器控制方式,如天津锻压机械厂有近60的产品装有PLC。通过采用PLC控制,使系统的控制性能和可靠性大大提高。国外厂家如丹麦的STENHQG公司采用了SIEMNS的可编程控制器,实现对压力和位移的控制。工业控制机控制方式是在计算机控制技术成熟发展的基础上采用的一种高技术含量的控制方式。这种控制方式以工业控制机或单片/单板机作为主控单元,通过外围接口器件(如A/D,/A板等)或直接应用数字阀实现对液压系统的控制,同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制系统,达到精确控制的目的。作为液压机两大组成部分的主机和液压系统,由于技术发展趋于成熟,国内外机型无较大差距。主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面,有较明显改善。在油路结构设计方面,国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计。插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。国外已经开始广泛采用封闭式循环油路设计。这种油路设计有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰尘、污物、空气、化学物质侵入系统,延长了机器的使用寿命。由于加工工艺等方面的原因,国内采用封闭式循环油路设计的系统还不多见。在安全性方面,国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维护。北华大学学士学位论文液压机工艺用途广泛,适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺,压力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料,如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺,也可适用于校正和压装等工艺。由于需要进行多种工艺,大型液压机具有如下的特点(1)工作台较大,滑块行程较长,以满足多种工艺的要求;(2)有顶出装置,以便于顶出工件;(3)液压机具有点动、手动和半自动等工作方式,操作方便;(4)液压机具有保压、延时和自动回程的功能,并能进行定压成型和定程成型的操作,特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制;(5)液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节,灵活性大。14液压系统的基本组成(1)能源装置液压泵。它将动力部分(电动机或其它远动机)所输出的机械能转换成液压能,给系统提供压力油液。(2)执行装置液压机(液压缸、液压马达)。通过它将液压能转换成机械能,推动负载做功。(3)控制装置液压阀。通过它们的控制和调节,使液流的压力、流速和方向得以改变,从而改变执行元件的力(或力矩)、速度和方向,根据控制功能的不同,液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀安全阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等;流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等;方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同,液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。(4)辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等通过这些元件把系统联接起来,以实现各种工作循环。(5)工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油,系统用它来传递能量或信息。北华大学学士学位论文第二章液压压力机的液压系统原理设计21液压压力机的基本结构本课题的技术参数和设计要求是设计一台小型液压压力机的液压系统,要求实现快速空程下行慢速加压保压快速回程停止的工作循环,快速进给速度为7M/MIN,快退速度为93M/MIN,加压速度05M/MIN,压制深度40MM,保压时间40S,移动部件自重G5000N,工作行程220MM,油缸垂直安装。小型压力机机身属于四立柱机身。机身由上横梁、下横梁和四根立柱组成。液压机的各个部件都安装在机身上,其中上横梁的中间孔安装工作缸,下横梁的中间孔安装顶出缸,工作台面上开有开有T型槽,用来安装模具。活动横梁的四个角上的孔套装在四立柱上,上方和工作缸活塞相连接,由其带动横梁上下运动。机身在液压机工作中承受全部的工作载荷。工作缸采用单杆活塞缸,当压力油进入工作缸上腔,活塞带动横梁向下运动,其速度慢,压力大,当压力油进入工作缸下腔,活塞向上运动,其速度较快,压力较小,符合一般的慢速压制、快速回程的工艺要求。活动横梁是立柱式液压机的运动部件,位于液压机机身的中间,中间圆孔和上横梁的工作活塞杆连接,四角孔在工作活塞的带动下,靠立柱导向作上下运动,活动横梁的底面也开有T型槽,用来安装模具。液压机的动力部分是低压泵,将机械能转变为液压能,向液压机的工作缸提供高压液体。图21小型液压压力机北华大学学士学位论文22工况分析221液压压力机工况分析设计一台小型液压压力机的液压系统,要求实现快速空程下行慢速加压保压快速回程停止的工作循环,快速进给速度为7M/MIN,快退速度为93M/MIN,加压速度05M/MIN,压制深度40MM,保压时间40S,移动部件自重G5000N,工作行程220MM,取静摩擦因数20SF,动摩擦因数10DF;加速、减速时间为03S,油缸垂直安装,设计该压力机的液压系统。1工作负载工件的压制抗力即为工作负载17000FTN2摩擦负载静摩擦阻力1000500020FFSN动摩擦阻力500500010FFD3惯性负载1946030710FMAN4液压缸在各工作阶段的负载值其中90MM液压缸的机械效率,一般取97090M。表21工作循环各阶段的外负载工况负载计算公式液压缸负载F/N液压缸推力/N启动FSF1011加速MFDFF69471快进FDF5055工进TFDFF17501944快退FDF5055222负载循环图和速度循环图的绘制根据工况负载和已知速度条件,可绘制负载图和速度图,如图(22、23)所示图2速度图北华大学学士学位论文图23负载图23拟定液压系统原理图231确定供油方式根据设计要求,设计一台小型液压压力机,考虑到该液压机压力要经常变换和调节,压制时的负载比较小,流量大,空行程和压制行程的速度差异大,因此采用一台低压变量泵供油即可。232调速方式的选择工作缸采用单杆活塞缸,当压力油进入工作缸上腔,活塞带动横梁向下运动,其速度慢,压力大,当压力油进入工作缸下腔,活塞向上运动,其速度较快,压力较小,符合一般的慢速压制、快速回程的工艺要求。液压压力机动作循环图如下所示图24压力机动作循环图233液压系统原理图的设计本设计任务要求设计一台小型液压压力机的液压系统,可以实现快速空程下行慢速加压保压快速回程停止的工作循环,油缸垂直安装。北华大学学士学位论文根据要求可以分析设计(1)进给与返回回路的切换根据执行元件液压缸的进给与回程的要求,可以用三位四通电磁换向阀来控制液压缸的进给回路与回程回路的切换。(2)快进与工进回路的切换压力机要实现快速空程下行和快速回程,以尽可能缩短工作周期,提高工作效率;同时,又要实现压制进给的慢速和平稳,这个要求可以通过安装行程阀和调速阀得到解决,通过工作工程中行程阀的动作,切换快速回路与调速回路,以获得相应的速度。(3)保压回路液压压力机的工作过程要求液压缸在行程终点时,保持压力一段时间,以提高制品的质量。本系统采用向系统自动补油的方式保压,在回路中接入一个压力继电器,由压力继电器设定压力波动范围;当压力上升到压力继电器上限触点调定压力时,上触点接通,三位四通电磁换向阀的1YA断电,液压泵卸荷,系统保压;当压力下降到下限压力时,下限触点接通,1YA通电,变量泵又向液压缸供油,使压力回升。下图(图25)所示为该液压压力机的液压系统原理图图25液压压力机的液压系统原理图液压系统原理图中各元件分别为1油箱、2过滤器、3液压泵、4安全阀、5三位四通电磁换向阀、6行程阀、7单向阀、8调速阀、9压力继电器、10液压缸、1单向顺序阀。北华大学学士学位论文下表所示为电磁铁、行程阀和压力继电器的动作顺序表表2动作顺序表1YA2YA行程阀压力继电器快进工进保压快退停止其中电磁铁表示通电,表示断电;行程阀表示通,表示断;压力继电器表示动作,表示原态。北华大学学士学位论文第三章液压系统的计算和元件选型31液压缸的计算与选型311确定液压缸的主要参数由前面的分析已确定选用单杆活塞式双作用缸,根据各公司小型液压机产品的设计经验和液压缸的公称压力系列初选液压缸的工作压力为4MPA,液压缸的公称压力见下表31所示。表31液压缸的公称压力系列液压缸的公称压力系列06310162546310162531540根据选择的液压缸形式和初选的液压缸的工作压力,可以计算出液压缸的缸筒内径、活塞杆直径及有效面积等参数。图31所示为液压缸简图图31液压缸简图根据液压系统设计简明手册,按液压缸工作压力选取D/D可知当工作压力P4MPA时,D/D05058,在此处取D/D05。表32所示为液压缸内径D与活塞杆直径D的关系表32液压缸内径D与活塞杆直径D的关系按液压缸工作压力选取D/D工作压力P/MPAD/D2020325050586706207707由表21中工作循环各阶段的外负载值分析知液压缸最大外负载F17500N,根据液压设计简明手册,在中、低压系统中,回油路带背压阀,取背压2P1MPA。表北华大学学士学位论文33所示为执行元件背压的估计值表3执行元件背压的估计值系统类型背压2P(MPA)中、低压系统08MPA简单系统和轻载节流调速系统0205回油路带调速阀的调速系统0508回油路带背压阀0515采用带补液压泵的闭式回路0815中高压系统816MPA同上比中低压系统高5010高压系统1632MPA如锻压机械等初算时背压可忽略不计根据前面所确定的液压缸工作压力,液压缸内径与活塞杆直径的关系和液压缸的背压,可以得到当无杆腔为工作腔时M2211FAPAP(31)式中1P液压缸的工作腔压力;2P液压缸的回油腔压力;1A液压缸无杆腔的有效面积,4/DA21;2液压缸有杆腔的有效面积,4/D222)(;D液压缸内径或活塞直径;D活塞杆直径;F液压缸的最大外负载;M液压缸的机械效率,由前面选定90M。由以上分析取得的条件和公式31可计算得D00873M,D05D0044M;即为D873MM,D05D44MM。计算所得的D与D值按照GB/T23481993进行圆整,由于括号内尺寸为非优先选用的尺寸,所以圆整为D100MM,D50MM。液压缸内径系列和活塞杆直径系列见下面表34和表35所示。表34液压缸内径系列液压缸内径尺寸系列(GB23480)/MM810121620253240506380(90)10(10)125(140)160(180)20(20)2503204050630北华大学学士学位论文表35活塞杆直径系列活塞杆直径系列(GB23480)/MM456810121416182022528323640455056637080901010125140160180202025028032036040由此求得液压缸的有效面积为4/DA21(32)4/D222)(33)有上面算得21M007850A,22M00588750A。对于选定后的液压缸内径D,必须进行最小稳定速度的验算,要保证液压缸节流腔的有效工作面积A,必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积MINA,即AMIN。在这里按工进速度验算液压缸的最小稳定速度。MINMINMINQAV(34)式中MINQ系统最小稳定流量,在节流调速系统中决定于调速阀或节流阀的最小稳定流量,可在产品性能表上查得GE系列调速阀AQF3E10B的最小稳定流量为005L/MIN。MINV液压缸的最低速度,由设计要求给定,此处用工进速度05M/MIN。由公式34可以计算得24MINM00010101A,可知MIN1A,即液压缸节流腔有效面积大于计算所得的最小有效面积,液压缸可以保证最小稳定速度,满足速度稳定的要求。计算在各工作阶段液压缸所需的流量MIN/L95544/DQ2快进快进VMIN/92534/Q2工进工进VMIN/L75544/DQ22快退快退VD312缸筒的设计计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知,承受内压力的圆筒,其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚的比值10/D的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸,一般用无缝钢管材料,大多属于薄壁圆筒结构,其壁厚按薄壁北华大学学士学位论文圆筒公式计算2DPY(35)式中液压缸壁厚(M);D液压缸内径(M);YP试验压力(MPA),工作压力16PMPA时,P51PY;工作压力16PMPA时,P251PY;缸筒材料的许用应力(MPA)。其值为锻钢10120MPA;铸钢10010MPA;无缝钢管10010MPA;高强度铸铁60MPA;灰铸铁25MPA。在中低压液压系统中,按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小,使缸体的刚度往往很不够,如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算,按经验选取,必要时按上式进行校核。根据设计需要,本液压缸缸体材料选用铸钢,缸筒材料铸钢为塑性材料。查机械设计手册得知,当缸体由塑性材料制造时,缸筒厚度应按第四强度理论计算。)(1P7312DY(36)由前面的分析可知,试验压力6PYMPA,缸筒材料的许用应力100MPA,按第四强度理论计算公式36可计算得液压缸壁厚MM85M00580。可以算得D/1724,对于低压系统或当16/D时,液压缸缸筒应按薄壁筒计算,即上面的计算值满足要求,在此取液压缸壁厚为31MM。缸体外径的计算2D1式中1D缸体外径(M)。已知试验压力6PYMPA,缸筒材料的许用应力100MPA,由缸体外径计算公式可得M11160D1。在此按已取的壁厚计算得缸筒外径为162MM。313液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度,可以根据执行机构实际工作的最大行程来确定,并参照下表中的系列尺寸来选取标准值。北华大学学士学位论文表37液压缸活塞行程参数系列(GB234980)/MM2550801012516020250320405063080101250160202503204040639010140180202803604505070901014018020280390240260303403804204805306065075085095010512013015017019021024026030380由已知条件知道最大工作行程为220MM,参考上表参数系列,取液压缸工作行程为220MM。314缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖,其有效厚度T按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时PD4330T2Y(37)有孔时DDPD4330T0222Y(38)式中T缸盖有效厚度(M);2D缸盖止口内径(M);0D缸盖孔的直径(M)。下面以无孔时的情况进行估算,并在最后增加适度的安全裕量即可满足液压缸的设计需要。由缸盖厚度估算公式37估算得,有效厚度016TM。综合前面缸筒的安全壁厚,这里取缸盖厚度为T0022M,即22MM。315最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时,从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小,将使液压缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大,影响液压缸的稳定性,因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求2D20L(39)式中L液压缸的最大行程;北华大学学士学位论文D液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B(0610)D;缸盖滑动支撑面的长度1L,根据液压缸内径D而定当80MM时,取1L(0610)D。根据最小导向长度公式39计算可得MM61H,活塞的宽度取B08D80MM,缸盖滑动支撑面长度取1L08D40MM。为保证最小导向长度H,若过分增大1L和B都是不适宜的,必要时可在缸盖与活塞之间加一隔套K来增加的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定,即B2/1HC1L由上式可以计算得隔套的长度可取大于等于1MM,在此取导套长度为56MM。316缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。由上面所述,液压缸的缸体长度应满足D3020L20003000MM;在这里综合液压缸缸体内部长度和端盖厚度,取液压缸缸体长度L402MM。当液压缸支撑长度D1510LS)(时,需考虑活塞杆弯曲稳定性并进行验算。本设计中,液压缸支撑长度D1510S,所以不需要进行稳定性验算。317液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后,就进行各部分的结构设计。主要包括液压缸缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分的结构、密封装置、缓冲装置、排气装置、以及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件的不同,结构形式也各不相同,设计时根据具体情况进行选择。1缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖常见连接方式有法兰连接式、半环连接式、螺纹连接式、拉杆连接式、焊接式连接等。各连接形式的特点及应用如下法兰式连接结构简单,成本低廉,容易加工,便于装卸,强度较大,能够承受高压;但是外形尺寸较大,常用于铸铁或铸钢制的缸筒上。半环式连接这种连接分为外半环连接和内半环连接两者形式。它们的缸筒壁部由于开了环形槽而削弱了强度,为此有时要增加壁厚;它容易加工和装卸、重量较轻,半环连接是一种应用较为普遍的连接结构,常用于无缝钢管和锻钢制的缸筒上。螺纹式连接这种连接分为外螺纹连接和内螺纹连接两者形式。它的缸筒端部结北华大学学士学位论文构复杂,外径加工必须要求同时保证内外径同心,装卸要使用专用工具,它的外形尺寸和重量都比较小,结构紧凑,常常用于无缝钢管和锻钢制的缸筒上。拉杆式连接结构简单,工艺性好,通用性强,易于装拆,但是端盖的体积和重量都非常大,拉杆在受力后容易拉伸变长,从而影响密封效果,仅适用于长度不大的中低压缸。焊接式连接强度高,制造简单,但是焊接时容易引起缸筒的变形。综合考虑本设计中缸筒材料为铸钢、系统压力低等因素,在此,缸体与缸盖的连接形式选用法兰式连接;见下图32所示。图32法兰式连接2活塞杆与活塞的连接形式活塞和活塞杆的结构形式有很多,常见的有一体式、锥销式连接外、还有螺纹式连接和半环式连接等多种形式。半环式连接结构复杂,装卸不便,但是工作可靠。活塞和活塞杆也有制成整体式结构的,但是它只能适应于尺寸较小的场合。综合考虑,本设计中采用螺纹连接,如图33所示。图3螺纹式连接3活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构,包括活塞杆与端盖、导向套的结构,以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结果可以做成端盖整体式直接导向,也可以做成与端盖分开的导向套导向结构。后者导向套磨损后便于更换,所以应用比较普遍。导向套的位置可以安装于密封圈的内侧,也可以安装于密封圈的外侧。机床和工程机械中一般采用装北华大学学士学位论文在内测的结构,有利于导向套的润滑;而压油机常采用装在外测的结构,在高压下工作时,使得密封圈由足够的油压将唇边张开,以提高系统的密封性能。4缓冲装置液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时,由于运动部件具有很大的动能,因此当活塞运动到液压缸终端时,会与端盖碰撞,而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏,而且会引起其它相关机械的损伤。为了防止这种危害,保证安全,应采取缓冲措施,对液压缸运动速度进行控制。当活塞移至端部,缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时,活塞与缸端之间形成封闭空间,该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出,从而造成背压迫使运动柱塞降速制动,实现缓冲。图34节流口可调式缓冲装置5排气装置排气装置在液压缸中是十分必要的,这是因为油液中混入的空气或者液压缸长期不使用,外界侵入的空气都积聚在液压缸内的最高部位处,影响液压缸运动平稳性,低速时引起爬行现象、启动时造成冲击、换向时降低精度等。液压缸中的排气装置通常有两种形式一种是在缸盖的最高部位处开排气孔,用长管道接向远处排气;另外一种是在液压缸缸盖最高部位安装排气塞。两种排气装置都是在液压缸排气时打开(让它全行程往复移动多次),排气完毕后关闭。6液压缸的安装结构液压缸的后缸盖通过后法兰与外部其他结构连接,液压缸的活塞杆头部通过半环连接形式与液压机的压制上模具相连接。液压缸进、出油口,可以布置在端盖或者缸体上。对于活塞杆固定的液压缸,液压缸进、出油口可以设在活塞杆的端部。液压缸进、出油口得形式一般选用螺孔或者法兰连接。现列出压力小于16MPA小型系列单杆液压缸螺孔连接油口得安装尺寸,见表38。北华大学学士学位论文表38单杆液压杆油口安装尺寸(ISO8138)缸体内径D进、出油口缸体内径D进、出油口25M141580M271532141510271540M1815125M27155021516031563M21520M421532确定液压泵和电动机321确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格(1)泵的工作压力的确定考虑到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PPP1P(310)式中PP液压泵最大工作压力;1P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0205MPA,复杂系统可取0515MPA,本设计取1MPA。根据计算公式310,将已知量代入计算得5PPMPA。上述计算所得的PP是系统的静态压力,考虑到系统在各种工况的过渡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NP应满足PNP61251P。中低压系统取小值,高压系统取大值。所以,此处选取PNP251P625MPA。(2)泵的流量确定液压泵的最大流量应为MAXLPQKQ(311)式中PQ液压泵的最大流量;MAXQ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,尚需加溢流阀的最小溢流量23L/MIN;LK系统泄漏系数,一般取1113,这里取11。由公式311计算得MIN/L44560MIN/L95541QP。(3)选择液压泵的规格根据以上算得的PP和PQ查阅液压技术手册选用YBX63J型限压式变量叶片泵,该泵的技术参数为排量63ML/R,额定压力63MPA,最高压力7MPA,额定转速1450R/MIN,最高转速1800R/MIN,容积效率88,总效率72,驱动功率98KW,北华大学学士学位论文质量55KG,生产商天津市液压件厂。322选择与液压泵匹配的电动机首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率,取两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,一般在流量在021L/MIN范围内时,可取140030。同时还应该注意到,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时不至停转,需进行验算,即NPBP2/QP(312)式中NP所选电动机额定功率;BP限压式变量泵的限定压力;PQ压力为BP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500N,进油路的压力损失定为05MPA。由公式310计算得MPA56405010104/500P62P快进时所需电动机功率为P/QPP079KW工进时所需电动机功率P为KW4507206/92535P查阅电动机产品样本,选用Y90S4型电动机,其额定功率为11KW,额定转速为1400R/MIN。按照验算公式312可知W2200100012P2W789/QPNPB,即所选择的电动机在进过泵的流量特性曲线最大功率时不会发生停转,满足设计要求。33液压阀的选择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。选定的液压元件如下表所示表38液压元件的型号及规格序号元件名称型号流量(L/MIN)额定压力(MPA)1安全阀YF3E10B6305162三位四通电磁换向阀34EF30E10B60163压力继电器HED2O40634调速阀QF3E6AB63165单向阀AF3EA10B40166行程阀DCG032B5010257单向顺序阀AXF3E10B630516北华大学学士学位论文34液压站的设计液压站是由液压油箱、液压泵装置以及液压控制装置三大部分组成。液压油箱有空气滤清器、滤油器、液面指示器和清洗孔等。液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及其它们之间的联轴器等。液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其联结体。机床液压站的结构形式有分散式和集中式两种类型。(1)集中式这种形式的液压站将机床液压系统的供油装置、控制调节装置独立于机床外。单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便,液压装置的震动、发热都与机床隔开;缺点是增加了占地面积。(2)分散式这种形式的液压站将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散于机床的各处。例如,利用机床床身或者底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放在便于操作的地方。这种结构的优点是结构紧凑、泄露油容易回收,节省占地面积,但是安装维修不方便。同时供油装置的震动、液压油的发热都将对机床的加工精度产生不利的影响,因此很少采用,一般非标准设备不推荐使用。341液压油箱的设计液压油箱的作用是贮存液压油,分离液压油中的杂质和空气,同时还可以起到散热的作用。1液压油箱有效容积的确定液压油箱在不同的工作条件下,影响散热的条件很多,通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量V可概略地确定为在低压系统中(MPA52P)可取V(24)PQ在中压系统中(P63MPA)可取(57)PQ在中高压或高压大功率系统中(P63MPA)可取V(612)PQ式中V液压油箱有效容量;PQ液压泵额定流量。应该注意的是设备停转运转后,设备中的那部分油液会因为重力作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出,油箱中的液压油位不能太高,一般不应该超过液压油箱高度的80。综上所述,本系统属于中压系统,由此得知可取V7PQ63945L。由于液压油位置不能超过油箱高度的80,所以取油箱体积406/08799L。下表所示为油箱的公称容量系列。北华大学学士学位论文表39油箱容量JB/T793819(L)46310254063101602503154050630801012501602031504050630从上表可选得,油箱容量为800L。2液压油箱的外形尺寸液压油箱的有效容积确定后,需设计液压油箱的外形尺寸,一般尺寸比(长宽高)为111123。为提高冷却效率,在安装位置不受限制时,可将液压油箱的容量予以增大。综上所述,油箱容积取800L,外形尺寸比按113选取,为满足安装尺寸和提高冷却率,适当放大油箱尺寸,算得油箱高、宽、长为750MM,886MM,2000MM。3液压油箱的结构设计在一般的设备中,液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱,很少采用机床床身底座作为液压油箱。(1)隔板隔板的作用是增长液压油流动循环时间,除去沉淀的杂质,分离、清除水和空气,调整稳定,吸收液压油压力的波动以及防止液面的波动。隔板的安装形式有很多种,可以设计成高出液压油面,使得液压油从隔板侧面流过;还可以把隔板设计成低于液压油面,其高度为最低油面的三分之二,使得液压油从隔板上方流过。隔板上的过滤网可以设计成将液压油内部一分为二,使得吸油管与回油管隔开,这样液压油可以经过一次过滤。过滤网通常使用50100目左右的金属网。(2)吸油管和回油管回油管出口的形式有很多种,由直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种形式,斜口应用较多,一般为O45斜口。为了防止液面波动,可以在回油管的出口安装扩散器。回油管必须放置在液面以下,一般距离液压油箱底面距离大于300MM。回油管道出口绝对不允许放置在液面以上。单独设置回油管当然是理想的,但是不得已时则可以应用回油集管。对溢流阀、顺序阀等,应该合理的设计回油集管,不要人为的施以背压。泄漏油管的管子直径和长度要适当,管口应该在液面之上,以避免产生背压。泄漏油管以单独配管为好,尽量避免与回油管集流配管的方法。吸油管前面一般应该设置滤油器,其精度为100200目的网式或者线隙式滤油器。滤油器要有足够的容量,避免阻力太大。滤油器与油箱底之间的距离应该不小于20MM。吸油管应该插入液压油面以下,防止吸油时卷入空气或者因流入液压油箱的液压油搅动油面,致使油中混入气泡。北华大学学士学位论文为了使油液流动具有方向性,要综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置,尽量把吸油管和回油管用隔板隔开。为了不使回油管的压力波动波及吸油管,吸油管和回油管的斜口方向应该一致,而不是相对着。(3)防止杂质侵入为了防止液压油被污染,液压油箱应该做成完全密封型的。在结构设计时应该注意不要将配管简单的插入液压油箱,这样空气、杂质和水分等便会从其周围的间隙侵入液压油箱。同时应该避免将液压泵以及液压马达直接装在液压油箱的顶盖上。在接合面上需衬入密封填料、密封胶以及液态密封胶,以保证可靠的气密性。为了保证液压油箱通大气并净化抽吸

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