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冲孔
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盆体冲孔机液压系统设计含6张CAD图,冲孔,液压,系统,设计,CAD
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摘 要冲孔机是将原材料安装好后，在动力机构的驱动下，冲孔模具作用在材料上，完成冲孔的一种机械设备。本次设计的为盆体冲孔机液压系统，其主要由液压油箱、液压泵、液压电磁换向阀、调速阀、液压缸等部分组成。在本次设计过程中，首先调查分析了冲孔机及液压系统现状，在此基础上提出液压系统方案；接着，设计选择了液压系统各主要元件，并对液压系统性能进行验算；最后，采用AutoCAD绘图软件绘制了液压系统原理图、油箱、阀块等装配图及主要零部件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；也掌握了普通液压系统的设计方法，并能熟练使用AutoCAD绘图软件，对今后的工作有极大意义。关键词：冲孔机，液压系统，工况，油缸AbstractThe punching machine is a kind of mechanical equipment that the punching die acts on the material and completes the punching after the raw material is installed and driven by the power mechanism. The hydraulic system of the basin punching machine is designed, which is mainly composed of hydraulic oil tank, hydraulic pump, hydraulic electromagnetic reversing valve, speed regulating valve, hydraulic cylinder and other parts.In this design process, firstly, the status quo of punching machine and hydraulic system is investigated and analyzed, on this basis, the hydraulic system scheme is proposed; secondly, the main components of the hydraulic system are selected in the design, and the performance of the hydraulic system is checked; finally, the schematic diagram, oil tank, valve block and other assembly drawings of the hydraulic system and main parts are drawn by AutoCAD drawing software.Through this design, we have consolidated the professional knowledge learned by the University, such as: mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, etc.; we have also mastered the design method of general hydraulic system, and can skillfully use AutoCAD drawing software, which is of great significance for the future work.Key words: Punching Machine, Hydraulic System, Working Condition, Oil Cylinder目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1冲孔机概述11.1.1简介11.1.2结构及原理21.1.3冲孔机分类21.2液压系统概述21.2.1 液压系统简介21.2.2 液压系统发展现状3第2章 冲孔机工况分析42.1设计要求42.2系统工况分析42.2.1 运动分析42.2.2 负载分析5第3章 液压系统总体设计63.1确定主要参数63.1.1液压缸的工作压力的确定63.1.2 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定73.1.3 液压缸工况分析83.2液压系统方案选型与分析93.3液压回路选择93.3.1调速方式的选择93.3.2调速与速度换接回路103.3.3换向回路103.3.4组成液压系统原理图11第4章 液压缸的设计134.1 液压缸的主要零件确定134.1.1 缸体134.1.2 缸盖134.1.3 活塞134.2液压缸主要尺寸的确定134.2.1 液压缸壁厚和外径的计算134.2.2 液压缸工作行程的确定144.2.3 缸盖厚度的确定154.2.4 最小导向长度的确定154.2.5 缸体长度的确定164.2.6 固定螺栓得直径164.2.7 液压缸强度校核16第5章 液压元件的计算和选择195.1确定液压泵和电机的规格195.2 油箱的设计195.2.1液压油箱有效容积的确定195.2.2液压油箱的外形尺寸195.2.3液压油箱的结构设计205.3阀类元件和辅助元件的选择205.4其它元件的选择215.4.1过滤器的选择215.4.2 压力表及压力表开关的选择215.4.3 液位计的选择225.4.4油管的选择22第6章 液压系统的验算246.1 压力损失的验算246.2发热温升的验算26总 结28致 谢29参考文献3030第1章 绪 论1.1冲孔机概述1.1.1简介冲孔机是将原材料安装好后，在动力机构的驱动下，冲孔模具作用在材料上，完成冲孔的一种机械设备。冲孔机可以进行薄片加工，冲压，模压，压纹等强迫金属进入模具的作业。在现代工业生产中，平板冲孔机作为现代加工各类平板孔的关键设备，利用新型成型技术加工孔，精度高、定位准和生产周期短，取代了传统的设备。随着高新技术的发展，冲孔机的应用领域越来越广泛，从最初的国防领域、航天领域已经扩展到了机械、医疗等领域；根据所加工的材料形状，把冲孔机分为平板冲孔机、圆管冲孔机、方管冲孔机和U型钢冲孔机等；根据不同行业、不同零件及其厚度的需要，设计了轻巧型的、专业用的、票据用的和工厂用的冲孔机，如企事业单位的全自动专业冲孔机、个人经济型订书机等；现在为了适应时代潮流，适应市场需要，冲孔机正在朝着美观、高效的方向发展。 1 由于冲孔机从研发到今天只有不到二十年的时间，在国内的发展更是只有十几年，所有目前还有很多不完善的地方，更没有一个统一的行业标准，所以目前光是名称就有十几种。一般准确的叫法称为冲孔机，又叫CCD冲孔机，很多人叫做打靶机，日本、台湾、广东一带称为穿孔机、穿眼机或者点眼机，还有很多人称为射孔机、冲靶机等，其实都是指的同一种产品。冲孔机按照自动化程度可分为手动冲孔机、自动定位/对位冲孔机、全自动冲孔机、超级全自动冲孔机等。按照加工对象的不同可分为软板冲孔机和薄膜开关冲孔机。由于冲孔机的广泛应用，虽然同是生产冲孔机，但是各生产厂家的产品也各有不同的专注方向，如西安飞尔达自动化设备公司所生产的冲孔机主要是为生产电路板、线路板、印刷板、菲林板和薄膜开关的企业使用，还有些企业生产的冲孔机主要为鞋类或者印刷类企业冲孔而用等等。冲床的价格一般只需要几千块钱，而冲孔机的价格目前在两万块钱左右，超级自动冲孔机的价格在十几万块左右。影响冲孔机价格的主要因素是冲孔精度，精度每提高1丝（0.01毫米）价格都会几何倍增加。目前世界上冲孔机的定位误差（精度）在0.015mm以下，德国和日本在这方面处于领先地位，但是目前国内也有厂家达到了这个水平。目前的冲孔机每分钟大约能冲4000个孔，根据自动化程度的高低会有较大差别。1.1.2结构及原理（1）结构冲孔机一般由以下两部分组成： 工作部分（上下模，机具）； 动力部分（液压泵或手动）。若是液压冲孔机则还包含工作油缸，气动冲孔机包含气缸。（2）工作原理冲孔机的工作原理是将原材料安装在工作机具平台上后，在动力机构（手动驱动或液压驱动）的驱动下，冲孔模具作用在材料上，从而完成冲孔作业。1.1.3冲孔机分类（1）数控冲孔机适用于皮革、牛羊皮、人造皮革、塑料、PU、EVA、PVC，各种布类、纸类、皮饰品、鞋面、饰片、窗帘、汽车皮椅等的冲孔加工，广泛应用于汽车配件（透气坐垫）、箱包手袋、文具、鞋、透气材料、广告纸品等行业。（2）机械式冲孔机主要适用于海绵、皮革、纸板，无纺布等大面积冲孔加工。（3）气动冲孔机气动冲孔机又称气动打孔机、胶袋打孔器，是辅助于制袋机的一种气动打孔模具。由制袋机电脑给出信号传输到电磁阀再工作的气动模具。其结构类似于冷冲模具，主要用于塑料袋、纸品的打孔。该设备于上世纪90年代初从台湾传入大陆。 技术核定：气动打孔机产品模座均采用精密铸造合金材料制作，冲压动力选用高精度气缸，冲头则选用进口模具钢（ASP-60）结构合乎冲压之需要，外形美观，动作频率高，耐磨性强，使用寿命长，最高频次可达320次。（4）液压冲孔机液压冲孔机适于L、H平板钢、铜排与铝排冲孔机。底处设计有平座，平稳不易晃倒。单孔式回油，模具采用高碳钨合金钢不易破损。特别是CH-60、CH-70分体式液压冲孔机，专门用于角铁、扁铁、铜板等金属板材打孔，特别适用于电力，建筑等行业在野外工地操作。1.2液压系统概述1.2.1 液压系统简介一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、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。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。 液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。1.2.2 液压系统发展现状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，1795年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，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年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国冲孔机中有30%应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会”。近2030 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。第2章 冲孔机工况分析2.1设计要求根据设计任务书选定冲孔机的原始数据及技术要求如下：（1）工作台动作顺序：快进（冲头快速下降）工进（冲切）快退（冲头快速返回）复位停止（2）快进行程：60mm；工进行程：5mm；快退行程：65mm（3）快进快退速度：40mm/s；工进速度：25mm/s （4）最大冲切力为20KN，运动部件总重量为4900N（5）启动、制动时间：0.2s （6）系统设计必须按照国家有关规定进行设计，各参数必须达到部颁标准要求。2.2系统工况分析2.2.1 运动分析根据设计要求，该冲孔机的工作循环为：“快进工进快退停止”的自动工作循环，且各工部速度如下：快进、快退速度为：V快进=V快退=40mm/s；工进速度为：V工进=25mm/s绘制运动部件的速度循环图如图2-1所示。图2-1 速度循环图2.2.2 负载分析液压缸所受外载荷F包括三种类型，分别为工作负载、摩擦阻力负载、惯性负载即：F = Fw+ Ff+ Fa1）工作负载Fw对于冲孔机来说，即为沿活塞运动方向的力为，在本设计中工进工作负载即为冲切力与重力差值，即：Fw=20KN+4900N=24.9KN2）摩擦阻力负载Ff启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力，对于垂直布置的油缸来说，摩擦力可忽略，因此：Ff =03）运动部件速度变化时的惯性负载FaFa = 式中g重力加速度； 加速或减速时间，本设计中要求=0.2s； 时间内的速度变化量。故：Fa1 = N =100NFa2 = N =37.5NFa3 = N =62.5N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表2-1）。表2-1工作循环各阶段的外负载序工作循环外负载F(N)1启动、加速F = G-Fa148002快进F = G49003工进F = Fw249004快退启动加速F = Fa3-G4837.55快退F = -G-4900第3章 液压系统总体设计3.1确定主要参数3.1.1液压缸的工作压力的确定执行元件的工作压力可以根据主机的类型了确定（见表3-1）。表3-1 各种机械常用的系统工作压力设备类型机 床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械等磨床组合冲孔机龙门刨床拉床工作压力0.82.0352881010162032所设计的冲孔机在工进时负载最大，其值为24.9KN，其它工况时的负载都相对较低，参考表3-1按照按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力。在冲孔加工时，为了防止孔被铣通时负载突然消失而产生的铣头前冲，液压缸回油腔应有一定的背压，查液压工程手册（回油路带背压阀）取背压为。表3-3 执行元件背压的估计值系 统 类 型背压p1 （MPa）中、低压系统08MPa简单的系统和一般轻载的节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的调速系统0.50.8回油路带背压阀0.51.5采用带补液压泵的闭式回路0.81.5中高压系统816MPa同上比中低压系高50%100%高压系统1632MPa如锻压机等初算可忽略3.1.2 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定液压缸无杆腔面积为:活塞杆直径可以由值算出，由计算所得的D与d的值分别按表3-4和表3-5圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。表3-4 液压缸内径尺寸系列 (GB2348-1980) (mm)810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630注：括号内数值为非优先选用值表3-5 活塞杆直径系列 (GB2348-1980) (mm)456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400由GB/T2348-1980查得标准值为D=40mm，d=25mm。由此计算出液压缸的实际有效面积为:3.1.3 液压缸工况分析油缸各工况的压力、流量、功率的计算如下：（1）计算各工作阶段液压缸所需的流量（2）计算各工作阶段液压缸压力由于管路中有压力损失，取此项损失为P= P2- P1=1MPa，同时假定快退时回油压力损失为1MPa。（3）计算各工作阶段系统输入功率根据以上数据，可以计算出液压缸在一个工作循环各阶段的压力、流量和功率，如表3-6所示。表3-6液压缸在不同阶段所需压力、流量和功率工作阶段系统负载/N回油腔压力/MPa工作腔压力/MPa输入流量q/L/min输入功率P/KW快速前进490004.333.0113.03工作进给24900122.031.8841.42快速退回490007.121.8413.11注：取液压缸机械效率3.2液压系统方案选型与分析冲孔机的主要部件是冲孔机。冲孔机其中的液压滑台是利用液压缸将泵站所提供的液压能转变成滑台运动所需的机械能。它的液压系统的特点是驱动功率一般属于中小功率，速度变化范围大，附在变化也大。为了保证加工元件的表面质量，要求液压系统的速度稳定性要好，所以选择以速度变换为主的液压系统作为冲孔机的液压系统。根据工况分析，所设计冲孔机对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该冲孔机要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该冲孔机液压系统设计的核心。3.3液压回路选择3.3.1调速方式的选择由于冲孔机液压系统调速是关键问题，因此首选调速回路。有工况图可知：所设计的冲孔机液压系统功率小，为了防止孔被钻通时负载突然消失而产生的钻头前冲，液压缸回油腔应有一定的背压，故可采用回油路调速阀调速回路。3.3.2调速与速度换接回路这台冲孔机的液压滑台工作进给速度低，传递功率也较小，很适宜选用节流调速方式，由于钻孔时切削力变化小，而且是正负载，同时为了保证切削过程速度稳定，采用调速阀进口节流调速，为了增加液压缸运行的稳定性，在回油路设置背压阀，分析液压缸的V-L曲线可知，滑台由快进转工进时，速度变化较大，选用行程阀换接速度，以减小压力冲击。图3-2调速与速度换接回路整个工作循环过程中，液压缸要求交替提供快行程的低压大流量和慢行程的高压小流量油液。最大流量与最小流量之比约为24。而该液压系统运行过程中88%的时间处于小流量工进状态，从降低成本的角度出发，不宜选用双联泵，只需用单个定量泵就可以。现确定定量泵方案如图3-3所示。图3-3 泵供油油源3.3.3换向回路滑台在由停止转快进，工进完毕转快退等换向中，速度变化不大，采用有电磁换向阀即可，电磁换向阀宜采用三位四通阀，为了保证冲孔机调整时可停在任意位置上，现采用中位机能O型。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用行程开关做终点转换控制。图3-4换向回路3.3.4组成液压系统原理图根据上面选定的基本回路，在综合考虑设计要求，便可组成完整的液压系统原理图，如图3-5所示。图3-5 冲孔机液压系统图该液压系统由1-液压油箱箱体、2-过滤器、3-液压泵、4-调压阀、5-单向阀、6-三位四通电磁换向阀、7-单向阀、8-调速阀、9-液压缸，其电磁铁得电状态如下表3-1所示。表3-1 电磁铁得电状态第4章 液压缸的设计4.1 液压缸的主要零件确定4.1.1 缸体由于球墨铸铁具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳强度，也具有良好的塑性和韧性，其屈服度比钢高。因此，球墨铸铁制造承受静载荷的构件比铸钢节省材料，重量也轻。所以本设计的液压缸采用Q235。铸件需进行正火消除内应力处理。4.1.2 缸盖本液压缸采用在缸盖中压入导向套，缸盖选用HT200铸铁，导向套选用铸铁HT200，以使导向套更加耐用。4.1.3 活塞液压缸活塞常用的材料为耐磨铸铁，灰铸铁，钢及铝合金等。本设计液压缸活塞材料选用45号钢，需要经过调质处理。4.2液压缸主要尺寸的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。所以设计时，可用类比法来确定。液压缸的工作压力MPa，缸筒内径 D=40mm，活塞杆外径d=25mm。4.2.1 液压缸壁厚和外径的计算液压缸的内径D与其壁厚的比值D/10的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般采用无缝钢管，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒壁厚公式计算 式中 液压缸壁厚（m）。 D液压缸内径（m）。 试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍（MPa）。额定压力16Mpa,取=1.5 MPa。 缸筒材料的许用应力。 = ，其中为材料抗拉刚度，n为安全系数，一般取n = 5。的值为：锻钢： = 110120 MPa；铸钢： = 100110 MPa；无缝钢管： = 110110 MPa；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，使得液压缸的刚度往往不够，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者漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式公式进行校核。对于D/10时，应该按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。对于脆性材料以及塑性材料 式中的符号意思与前面相同。液压缸壁厚算出后，即可以求出缸体的外径为 +式中值应该按无缝钢管标准，或者按有关标准圆整为标准值。在设计中，取试验压力为最大工作压力的1.25倍，即 = 1.2525MPa =31.25MPa。而缸筒材料许用应力取为= 100 MPa。应用公式 得， 下面确定缸体的外径，缸体的外径 +=40+231.25mm = 102.5mm。在液压传动设计手册中查得选取标准值 = 105mm。在根据内径D和外径重新计算壁厚， = = mm = 32.5mm。4.2.2 液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可以根据执行元件机构实际工作的最大行程来确定，并且参照表4-1中的系列尺寸来选取标准值。表4-1液压缸活塞行程参数系列 （mm）255080100125160200250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800注：液压缸活塞行程参数依、次序优先选用。由已知条件知道最大工作行程为65mm,参考上表系列，取液压缸工作行程为80mm。4.2.3 缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效的厚度t按强度要求可以用下面两式进行进似计算。无孔时： 有孔时： 式中 缸盖有效厚度（m）。 缸盖止口内径（m）。 缸盖孔的直径（m）。在此次设计中，利用上式计算可取t=40mm4.2.4 最小导向长度的确定对于一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求式中 液压缸的最大行程。 液压缸的内径。为了保证最小导向长度H，如果过分增大和B都是不适宜的，必要时可以在缸盖和活塞之间增加一个隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即在此设计中，液压缸的最大行程为80mm，液压缸的内径为40mm，所以应用公式的 =mm =24mm。活塞的宽度B一般取得B =（0.61.0）D；缸盖滑动支撑面的长度，根据液压缸内径D而定。当D80mm时，取；当D80mm时，取。活塞的宽度B = （0.61.0）D =2440mm，取30mm4.2.5 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该大于内径的2030倍。缸体长度L =30+80mm=110mm。4.2.6 固定螺栓得直径液压缸固定螺栓直径按照下式计算式中 F液压缸最大负载。 Z固定螺栓个数。 k螺纹拧紧系数，k = 1.121.5。根据上式求得 = = 10.3mm4.2.7 液压缸强度校核1）缸筒壁厚校核：。 前面已经通过计算得：D = 40mm, = 32.5mm。则有10，所以为厚壁缸。 = 32.5mm = = 21.12mm，可见缸筒壁厚满足强度要求。2）活塞杆稳定性的验算：活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的轴向力F不能超过使它稳定工作所允许的临界负载，以免发生纵向弯曲，从而破坏液压缸的正常工作。的值与活塞杆材料性质、截面的形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆的稳定性的校核依照下式（稳定条件）进行式中 安全系数，一般取=24。当活塞杆的细长比时 = 当活塞杆的细长比时，且 = 20120时，则 = 式中 安装长度，其值与安装方式有关。 活塞杆截面最小回转半径， = 。柔性系数。由液压缸支承方式决定的末端系数。E活塞杆材料的弹性模量，对刚取E = 。J活塞杆横截面惯性矩，A为活塞杆横截面积。f由材料强度决定的实验值。根据验算，液压缸满足稳定性要求。第5章 液压元件的计算和选择5.1确定液压泵和电机的规格由工况图可知，整个工作循环过程中液压缸的最大工作压力为22.03MPa。选取油路总压力损失为1MPa。则泵的最大工作压力为：其次确定液压泵的最大供油量，由工况图可知，液压缸所需的最大流量为3.01L/min，若取系统泄漏系数K=1.05，则泵的流量为最后根据以上计算数据查阅产品样本，确定选择YB-40型叶片泵，当液压泵转速为n=960r/min时，液压泵的输出流量为4L/min。驱动液压泵所需电动机功率为根据此数据查阅电动机产品目录，选择Y280L-6型电动机，其额定功率，额定转速。5.2 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，同时还起到散热的作用。5.2.1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可概略的确定为：已知该系统为中压系统（p=0.6MP）取：V=(57)=15.8L22.12L取V=25L式中，V 液压油箱的有效容积 液压泵的额定流量5.2.2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，一般尺寸为（长：宽：高）1：1：11：2：3，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。5.2.3液压油箱的结构设计在一般设计中，液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱，很少采用冲孔机床身底座作为液压油箱。因此，在此设计中采用了焊接的方式获得油箱。5.3阀类元件和辅助元件的选择图2-6液压系统原理图中包括调速阀、换向阀、单项阀等阀类元件以及滤油器、空气滤清器等辅助元件。根据上述流量及压力计算结果，对图2-6初步拟定的液压系统原理图中各种阀类元件及辅助元件进行选择。其中调速阀的选择应考虑使调速阀的最小稳定流量应小于液压缸工进所需流量。图2-6中溢流阀、单向阀、调速阀和电磁换向阀的选择可根据调定压力和流经阀的额定流量来选择阀的型式和规格，其中溢流阀的作用是调定工作进给过程中液压泵的供油压力，因此该阀应选择电磁式溢流阀。连接在液压泵出口处的单向阀用于保护液压泵。调速阀的作用是控制回油路流量，进而控制工进速度。两位两通电磁换向阀的作用是快进转工进和工进转快退。三位四通电磁换向阀的作用是控制整个系统中快进、工进和快退之间的转换。还有最后本设计所选择方案如表5-1所示，表中给出了各种液压阀的型号及技术参数。表5-1 阀类元件的选择序号元件名称通过的最大流量L/min规格型号额定流量L/min 额定压力/MPa额定压降/MPa1叶片泵YB1-254252三位四通电磁换向阀5034D0-B10H-T*25250.33两位两通电磁换向阀30.0822D-2525250.34调速阀1Q-10B10250.55单向阀71.83I-63B63250.26两位三通电磁换向阀30.0824D-2525250.37溢流阀3.5Y-63B63258空气滤清器QUQ29滤油器WU-6580-J注：此为电动机额定转速时液压泵输出的实际流量。5.4其它元件的选择5.4.1过滤器的选择在液压系统中，由于工作油液中的杂质（包括从系统外部进入的脏物颗粒和系统中液压元件的磨损微粒）进入液压系统，容易引起液压元件工作表面的损坏，而使液压元件的寿命大大缩短，为了保证液压系统的正常工作，提高液压元件的正常寿命进入液压系统中的工作液体必须经滤油器过滤。本系统选用线隙式滤油器。滤油器的结构大同小异，主要有滤芯和壳体，油液从滤芯外部流入，穿过滤芯从内部流出，滤芯起过滤作用。按滤芯的过滤机理，可分为表面型滤油器、深度型滤油器和磁性过滤器。按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的2.5倍。由于所设计组合机床液压系统为普通的液压传动系统，对油液的过滤精度要求不高，故有因此系统选取通用型WU系列网式吸油过滤器，参数如表5-2所示。（1）滤油器安装本系统滤油器安装在油泵的吸油管上。这种安装能直接防止大颗粒杂质进入液压泵内，保证了液压系统中所有设备不受杂质的影响，但增长了油泵的吸油阻力，而且当滤油器堵塞时，使油泵工作条件恶化。为了避免油泵的损坏，通常在油泵的吸入口安装过滤精度低的线隙式过滤器。（2）排油孔螺塞为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱座底部油池低处设有排油孔，平时排油孔用螺塞及封油垫封住。排油孔螺塞材料一般用Q235，封油垫材料可用石棉橡胶纸，排油孔螺塞的直径可按箱座壁厚的34倍选取，M=24X1.5。表5-2 通用型WU系列网式吸油中过滤器参数型号通径mm公称流量过滤精度尺寸M（d）HDWU6580-J32125631205.4.2 压力表及压力表开关的选择液压泵的出口、安装压力控制元件处、与主油路压力不同的支路及控制油路、蓄能器的进油口等处，均应设置测压点，以便用压力表对压力调节或系统工作中的压力数值及其变化情况进行观测。压力表测量范围应大于系统的工作压力的上线，即压力表量程约为系统最高压力的1.5倍左右。在本次设计中，经计算压力表量程约为MPa。根据使用要求，选用K-1型的压力表开关，压力表的精度等级选2.5级。系统常用的压力表形式为一般弹簧管压力表，即选用电接点式压力表，以便在观测系统压力的同时，在系统压力变化时通过微动开关内设的高压和低压触点发信，控制电动机或电磁阀等元件的动作。压力表应安装在调整系统压力时能直接观察到的部位，压力表接入压力管道时，应通过阻尼小孔以及压力表开关，以防止系统压力突变或压力脉动而使压力表损坏。 5.4.3 液位计的选择油箱的侧壁为了便于观察，应安装能目视的透明液位计，以便注油时观察液面。液位计通常带有温度计且刻有上、下液面限位线。液位计的下刻线至少应比吸油过滤器或吸油管口上缘高出75mm，以防吸入空气。液位计的上刻线对应着油液的容量。液位计与油箱的连接处油密封措施。对于油温有严格要求的液压装置，可采用传感式液位温度计，其温度计是利用灵敏度较高的双金属片的热胀冷缩原理来测油温的。在本次设计中，液位计选取YWZ-80型。5.4.4油管的选择油管的内径可按照所连接元件的接口尺寸确定，也可以按照管路中允许的流速来计算。本例中，由表5-3推荐取油液在压油管的流速v=3m/s,按式4.1算得液压缸无杆强及有杆腔相连的油管的内径为 （5.1）式中 q通过油管的流量； v推荐管道中油液的流速，可按表5-3数值选取。取d=15mm。取d=15mm。最后，参照计算由选定的液压元件连接油口尺寸确定油管内经。表5-3 液压油流经不同元件时的推荐流速液压泵的吸油管路d=1525mm0.61.2d32mm1.5压油管路d=1550mm3.0d50mm4.0流经控制阀等短管路6.0溢流阀15安全阀30第6章 液压系统的验算6.1 压力损失的验算1）工作进给时的进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度为40mm/s。进给时的最大流量为3.16L/min。则液压油在管内流速v1为v1 = = cm/min =8330cm/min = 139 cm/min管道流动雷诺数为 = = = 1112300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数 = = = 0.68进油管道BC的沿程压力损失为 = = Pa查阅换向阀4WE6E50/AG24的压力损失 = Pa。忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失为 = + = Pa = Pa2）工作进结时的回油路压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，并且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则 = = 69.5cm/s = = = 55.5 = = = 1.39回油管道的沿程压力损失为 = = Pa = Pa查产品样本知换向阀3WE6A50/ OAG24的压力损失 = 0.025Pa，换向阀4WE6E50/OAG24的压力损失 = 0.025Pa，调速阀2FRM5-20/6的压力损失为 = 0.5Pa。回油路总压力损失为=+=（0.05+0.025+0.025+0.5）Pa =0.6Pa3）变量泵出口处的压力 = + =3.2Pa4）快进时的压力损失。快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸进油口C之间的管路AC中，流量为液压泵出口流量的两倍即40 L/min，管路AC中的沿程压力损失为 = = cm/s = 590cm/s = = = 472 = = = 0.159 = = Pa = Pa同意可以求得管道AB段以及AD段的沿程压力损失和分别为 = = cm/s = 295cm/s = = = 236 = = = 0.32 = Pa = Pa = Pa = Pa查阅产品样本知，流经各阀的局部压力损失为：4WE6E50/OAG24的压力损失为 = Pa3WE6A50/OAG24的压力损失为 = Pa据分析在差动连接中，泵的出口压力为 = + + = Pa= 1.93Pa上述验算表明，不需要修改原设计。6.2发热温升的验算当v = 10cm/min时 = = = 0.785L/min此时泵的效率为0.1，泵的出口压力为3.2MPa，则有 = kw = 0.42 kw = Fv = kw = 0.034kw此时的功率损失为 = - = （0.718-0.41kw = 0.31kw 可见在工进速度低时，功率损失为0.386kw，发热量最大。假定系统的散热状况一般，取K =kw/(.),油箱的散热面积A为A = 0.065 = 0.065 = 1.92系统的温升为 = = = 20.1对于一般机械允许温升2530，数控冲孔机油液温升应该小于25，工程机械等允许的
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