3520造纸机压榨部液压阀站设计【7张CAD图纸+文档全套】
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摘 要造纸技术作为衡量一个国家科技文化发达程度和现代化水准的重要标志，纸张及纸制品的消费对现代社会的经济和文化发展有着重要意义。造纸机是一个主要由流浆箱、成形、压榨、烘干、压光、卷取等部分组成的复杂的联动机组系统，有时根据具体生产的纸张种类不同，还需要配备机内涂布、半干压光部等辅助部件。本文主要针对3520造纸机压榨部液压系统进行设计。首先，调查掌握了3520造纸机压榨部液压系统的现况；接着，对3520造纸机压榨机构结构及原理进行了分析，通过对结构原理的分析提出了液压系统设计方案，并通过计算选择了各液压元件以及验算了液压系统的合理性；然后，对液压油缸为进行了详细的设计与校核；最后，应用AutoCAD软件绘制了液压系统原理图、液压站装配图及液压缸的装配图和主要零部件图。本文的研究方法对今后各类液压系统、液压站设计均具有很好的参考意义。关键字：造纸机；压榨；液压系统；液压缸AbstractPaper Technology as a measure of a countrys level of development and modernization of the cultural level of science and technology an important symbol, consumption of paper and paper products, economic and cultural development of modern society is of great significance. Is mainly composed of a paper machine headbox, the forming, the composition of pressing, drying, calendering, coiling unit linkage part of the complex system, sometimes depending on the production of different types of paper, but also with the coating machine, and a half dry calenders and other accessories.In this paper, the press section of a paper machine for the 3520 hydraulic system design. First, the status of the investigation and the 3520 paper machine press section of the hydraulic system; then, the structure and principles of 3520 paper machine press agencies were analyzed by analysis of the structural principle proposed hydraulic system design and selection by calculating each hydraulic components and checking the reasonableness of the hydraulic system; then, on the hydraulic cylinder for detailed design and verification; and finally, the application of AutoCAD software to draw a diagram of the hydraulic system, hydraulic cylinder assembly drawings and assembly drawings and principal Parts diagram.Research methods in the future all kinds of hydraulic systems, hydraulic station design have a good reference value.Keywords: Paper machine; Press; Hydraulic system; Hydraulic cylinder目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章.绪 论11.1研究背景及意义11.2国内外研究情况及其发展1第2章.总体设计42.1 3520造纸机压榨部液压阀站分析42.1.1产品用途及性能参数42.1.2工作原理与结构特点42.2工况分析52.2.1 运动分析52.2.2 负载分析5第3章.液压系统设计及液压元件选型73.1确定主要参数73.1.1工作压力的确定73.1.2 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定73.2液压回路的设计83.2.1制定调速方案83.2.2制定压力控制方案93.2.3制定顺序动作方案93.2.4选择液压动力源93.2.5绘制液压系统图103.3液压元件的选型113.3.1 液压泵的选择113.3.2 液压阀及辅助元件的选择113.3.3 蓄能器的选择133.3.4 管道尺寸的确定133.3.5 油箱容量的确定143.4液压站装置的设计153.4.1电动机和液压泵组与油箱的安装设计153.4.2电动机与液压泵的装配设计163.5液压系统的验算173.5.1 压力损失的验算173.5.2发热温升的验算18第4章.液压缸的设计204.1主要尺寸的设计与校核204.1.1 液压缸壁厚和外径的计算204.1.2 液压缸工作行程的确定214.1.3 缸盖厚度的确定224.1.4 最小导向长度的确定224.1.5 缸体长度的确定234.1.6 固定螺栓得直径234.1.7 液压缸强度校核234.2液压缸的结构设计244.2.1 缸体与缸盖的连接形式244.2.2 活塞杆与活塞的连接结构254.2.3 活塞杆导向部分的结构254.2.4 密封装置264.2.5 缓冲装置26总 结27参考文献28致 谢2930第1章.绪 论1.1研究背景及意义该项目是岳阳国泰造纸机械有限公司建造德一条生产线，专业生产牛皮纸，我们所配套的项目为生产线中段驱动压榨部压榨棍的液压系统。整套项目包括方案拟定、参数计算、选型、设计、校核、生产图纸、使用说明书等。作为衡量一个国家科技文化发达程度和现代化水准的重要标志，纸张及纸制品的消费对现代社会的经济和文化发展有着重要意义。在欧美发达国家，纸制品的消费量长时间保持着高速的增长趋势。作为工业生产的基础原材料产业，造纸业受到了政府和企业越来越多的重视，并进入了一个技术和产业都高速发展的时期。 目前，伴随着工业自动化技术、液压系统技术和计算机控制技术的发展，造纸机的自动化水平和工作性能都获得了巨大的进步，其发展方向为体积更大、造纸效率更高和出纸速度更快。作为影响造纸设备工作效率和工作性能的关键部分，压榨部的液压控制和机械结构设计已经成为造纸机技术研究的重点和热点。一般来说，目前所通用的几种造纸机的压榨部设计方案普遍存在着噪声大、效率低、稳定性差、控制精度低等问题。特别是在压辊的设计、制造和装配等环节所存在的问题严重影响了整个设备的正常运作，影响纸张的正常生产。此外，作为造纸机重要组成部分的液压系统的整体规划和零部件选配等问题，也严重影响着造纸机性能的进一步提高。 从改革开放以后我国造纸行业的实际发展情况来看，我国现役的造纸机从生产纸张的质量、效率、能耗、污染和成本等关键指标上与发达国家相比都还存在着较大的差距。因此努力解决造纸机技术中的各项关键问题，对于在新的经济条件下发展我国的造纸工业有着重要的现实意义。1.2国内外研究情况及其发展作为一种典型的流程工业，造纸工业与一个国家的文明发达程度和经济文化发展水平息息相关。目前，欧美发达国家依托其悠久的现代造纸历史和其科技优势，不断进行造纸工业的技术创新，优化产业结构，并广泛使用工业自动化技术和控制技术，使得造纸机的生产效率和经济性获得了巨大的提高。其制浆和造纸设备正朝着高效化、自动化、大型化的方向发展。现代造纸工业，从最初基于常规调节仪表的简单控制阶段，到广泛采用 PLC 系统的控制阶段，最后到现在广泛采用 FCS控制系统和 DCS 控制系统，已经实现了干湿法备料系统，制浆系统，流送系统，纸机的湿部、干部及其辅助系统等整个造纸流程的全过程自动化控制。 造纸业在欧美等经济发达国家已成为其制造业经济中的十大支柱产业之一。目前，在工业生产中，已经开始广泛在造纸装备中应用纸浆流体力学理论和现代化的设计技术，无论从纸机的设计理念还是生产布置方式上都有了飞跃式的发展。现在，常见的新闻纸机或文化纸机的技术指标为车速 1900m/min；幅宽 12m，卫生纸机车速己达 3000 m/min；高级挂面纸板机车速达 1300m/min，其各自产能都达到了千吨级别。 随着我国经济的高速发展和人民精神文化生活的丰富，我国的造纸工业逐步进入了一个高速发展的阶段，从上世纪八十年以来，中国的造纸工业保持者一个持续增长的态势。到目前为止，我国的纸制品产量和消费量都达到了世界前三的位置，且生产的纸制品种类繁多，其质量和生产率已接近世界先进水平，在世界造纸行业中具有很强的影响力。 从现在的发展趋势看，我国的大型造纸企业已经完成了与欧美国家的成功接轨，实现了造纸业的国际化。目前我国造纸企业正在大量购置国外先进设备，并从南亚和东南亚地区大量进口优质木浆，向国外出口大量成品纸，使得我国造纸业在世界上的影响力越来越大。 前我国已经形成了以长江三角洲、珠江三角洲、环渤海区为中心的三大造纸基地，三大造纸中心的形成说明了我国纸张制造业的产业集聚度越来越高。其中，三大造纸基地的特点各不相同，长江三角洲的造纸企业主要以生产高档文化用纸的外企为主；珠江三角洲主要是以生产包装纸的中小型民企为主；环渤海地区所含的造纸企业最多，生产的纸张种类也最为齐全，目前是我国纸张产量最高的区域。此外，随着造纸企业的不断发展以及市场竞争的缘故，我国纸企正呈现出越来越明显的差异化和专业化发展道路。现在我国最大的几家造纸企业都有各自的主打产品，例如：玖龙纸业专门生产文化用纸，晨鸣纸业则主要生产包装用纸，金东纸业专门生产高档铜版纸和新闻纸等等。我国纸企的专业化趋势，使得他们都向着打造各自的品牌之路发展，大大提高了我国造纸业的国际竞争力。 然而必须指出的是，虽然从我国的纸张产量和造纸业规模来看，我国已经是一个造纸大国，但离成为一个造纸强国还有很远的路要走。因为同欧美发达国家相比，不论是从生产技术还是管理经营水平，我国造纸行业仍然有很多地方有待提高。目前，我国有数量众多的造纸企业，但绝大多数企业普遍存在生产规模小、技术装备落后、资金不足和管理经营水平低等问题，特别是我国纸企的原料结构不合理、能耗过大和环境污染严重等问题，直接导致了国产纸张产品档次低、质量差，成本高、成纸率低，在国内外市场上缺乏竞争力。因此全面提升我国造纸行业整体的管理、装备和自动化水平，使我国真正跻身造纸强国之列，依然任重而道远。所以，要提高国产纸制品的国际竞争力，就必须全力提高我国造纸企业的装备自动化水平和管理运营能力。造纸机是一个主要由流浆箱、成形、压榨、烘干、压光、卷取等部分组成的复杂的联动机组系统，有时根据具体生产的纸张种类不同，还需要配备机内涂布、半干压光部等辅助部件。现代造纸装备正朝着高速化、自动化和大型化方向发展，体现其性能的核心指标主要有车速和幅宽两项。一般认为 30005000mm 为中等宽幅，大于 5000mm 为大宽幅。造纸机的车速一般与其生产的纸种有关，例如现在常见的新闻纸机和文化纸机，其车速一般能够达到 600m/min，属于中速纸机。 国外的高速纸机技术经过几十年来的发展，已经基本解决了造纸机机械设计和制造过程中的许多关键技术，且其设计理念已较为成熟，并成功开发出了多种用于工业生产的高速纸机。目前国外广泛采用的芬兰的 METSO 公司和德国的 VOITH公司高速造纸设备可以实现造纸过程的全自动化和信息网络化控制，且其生产率高、经济性好、环境污染低，具有非常强的竞争力。 我国的造纸业经历了一个长时期的引进国外先进设备和技术的阶段，经过多年的技术积累和研究开发，目前，国产造纸机的技术水平已有了长足的进步。国产文化纸机已经可以生产幅宽 5200mm 以内的文化纸，其工作车速可达 1000m/min；国产白纸板机可以生产幅宽 4200mm 白纸板，其设计车速达 600m/min；瓦楞纸机可以生产幅宽 5700mm 的瓦楞纸，其工作车速可达 800m/min。这些纸机的工作性能水平已经基本达到了欧美发达国家 90 年代初的水平。 但是，国产纸机的制造水平与欧美发达水平相比仍然存在巨大差距，尤其是国产造纸机主要为低端的中低速纸机，且其性能稳定性差，断纸频率高、生产噪音大、环境污染严重、经济性较差，且一般不具备故障诊断和联合制造的功能。而作为造纸行业主力军的高速纸机则全部依赖进口。由于这些进口造纸设备的价格昂贵，每年要导致我国数十亿美元的外汇流失，同时由于国内配套零件的缺失，导致了这些进口设备的维护十分困难，因此只有部分大型造纸企业能够负担的起。而加入WTO 以后，我国造纸行业所要面对的竞争将更为激烈，我们必须在消化吸收国外先进技术的基础上自主创新，开发研制出高性能、高效率、高自动化程度的新型造纸技术装备，以增加我国造纸行业的国际竞争力。 从我国造纸行业的现状来看，国产装备是我国造纸业的主力军，其技术水平和生成能力都有了很大的提高。与此同时，与国际先进水平相比，国产造纸设备在单机产能、能耗、可靠性和环境污染等方面仍较为落后。最近十年，欧美国家的造纸装备制造技术已经进入了一个平稳发展的阶段，由于关键技术的成熟应用，新型造纸装备的出现并不多。其现役造纸机的单机产能基本可以满足生产的要求，进一步提高造纸机产能的市场需求也并不迫切。这些情况为我国国产造纸装备追赶世界先进水平提供了一个十分有利的条件。第2章.总体设计2.1 3520造纸机压榨部液压阀站分析2.1.1产品用途及性能参数该液压站用于3520纸机压榨部加压控制的液压系统中，主要用于压榨部一压（真空压榨）、二压（拖辊压榨）、三压（正压榨）的合辊、脱开、加载。该液压系统采用精密调压阀控制压力，保证控制精度和可靠性。该液压站配置一台现场操作台，安放在操作侧；配置泵站一台，安放在传动侧或一楼，泵站有两组电机-泵装置，一台工作，一台备用。主要性能参数：额定压力：14MPa（120Kg/cm）工作压力：12MPa（120Kg/cm）液压缸运行速度：15mm/s额定流量：30L/min主电机功率：7.5KW 转速：1450r/min备用电机功率：7.5KW 转速：1450r/min滤油精度：20um液压油牌号：46#抗磨液压油水冷式油冷却器冷却面积：2.1m2冷却电机功率：1.5KW油温范围：+5+50电磁阀电压：220V AC2.1.2工作原理与结构特点工作原理：该液压站主要由油箱、电机-泵装置、阀组装置、滤油器、冷却器、蓄能器、接线端子盒、仪表盘等组成。启动电机-泵组，油液由泵吸出经溢流阀调定系统主供油压力，压力油经单向阀、压力过滤器、换向阀组、调压阀组、调速阀组进入各支路油缸。结构特点：该液压站采用高压变量柱塞泵。该液压站采用精密调压阀控制各支路油缸对各部压辊的加压，压辊两端的油缸各由一只调压阀控制其压力，可相同可不同，视工况而定，可随时调整。系统在油泵的主供油油路上设有蓄能器，该蓄能器一方面可以滤除主油路的压力脉动，另一方面又可以实现油缸快速动作时的大流量供油。该系统在主供油油路上和回油油路上都设有精密过滤器，以保证供给系统油液的清洁度，使各元件工作可靠。在各支路油缸的有杆侧油口上都设有速度阀组，用以调整各压辊两侧油缸的动作平稳和升降同步。三位四通电磁换向阀实现各支路油缸的伸出、退回、加压等动作。油箱上设有油温冷却装置、油温控制装置，当油温升高到40时冷却泵和风冷机同时工作，当油温降到25时冷却系统关闭。各压力表分别监测各测压点的油压。2.2工况分析2.2.1 运动分析根据设计要求驱动它的液压缸，满足以下要求：运行速度为：V =15mm/s行程为：S=300mm2.2.2 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+ Fa（1）工作负载Fw对于本压榨机构来说，即为沿垂直上升方向的压榨力，故：Fw=30000N（2）导轨摩擦阻力负载Ff启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力，对于平行导轨Ff可以由下式求的：Ff=fFn/sin（/2）由于液压缸为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构尺寸求得Fn=120N，取fs=0.2，fd=0.1则有静摩擦负载：Ffs=（0.2120/sin45）=33.94N动摩擦负载：Ffd=（0.1120/sin45）=16.97N（3）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，本设计中要求不大于0.2s，取=0.1s； 时间内的速度变化量。故：加速：Fa1=（G/g）（v/t）=（30000/9.8）（0.015/0.1）=459N减速：Fa2=（G/g）（v/t）=（30000/9.8）（0.015/0.1）=459N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），并画出如图2-2所示的负载循环图。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 =Fw+ Ffs+Fa1304932快速上升F = Fw+Ffd300173减速F = Fw+ Ffd+ Fa2304764慢速上升F = Fw+Ffd30017第3章.液压系统设计及液压元件选型3.1确定主要参数3.1.1工作压力的确定执行元件的工作压力可以根据负载循环图中的最大负载来选取，也可以根据主机的类型了确定（见表3-1和表3-2）。表3-1 按负载选择执行元件的工作压力负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表3-2 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机床龙门刨床拉床工作压力0.82.0352881010162032所设计的压榨机构在工进时负载最大，其值为30493N，其它工况时的负载都相对较低，参考表3-1和表3-2按照负载大小或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：，背压：3.1.2 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定为了节省能源宜选用较小流量的油源。利用单活塞缸差动连接满足快进速度的要求，由此求得液压缸无杆腔面积为:由计算所得的液压缸内径D按表3-4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故液压缸内径取标准值：通常活塞杆直径取：根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：由计算所得的活塞杆直径按表3-5圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。表3-5 活塞杆直径系列 (GB2348-1980) (mm)45681012141618222252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400故液压缸内径取标准值：，由此计算出液压缸的实际有效面积为：3.2液压回路的设计3.2.1制定调速方案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。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。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。3.2.2制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。3.2.3制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。3.2.4选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。3.2.5绘制液压系统图造纸机压榨机构系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。图3-1 造纸机压榨机构液压原理图如图3-1，为压榨机构液压原理图，其中包含：三位四通电磁换向阀；柱塞泵；油滤器；单向阀；液压锁；平衡阀；限位二位二通手动换向阀；液压缸组成。3.3液压元件的选型3.3.1 液压泵的选择由工况图可知，整个工作循环过程中液压缸的最大工作压力为3.0MPa。选取油路总压力损失为0.2MPa。则泵的最大工作压力为：其次确定液压泵的最大供油量，液压缸所需的最大流量为38.2L/min，若取系统泄漏系数K=1.05，则泵的流量为：根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用YB1-6.3/6.3型的双联齿轮泵，其额定压力为6.3Mpa，容积效率=0.85，总效率，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和输出流量求出由于液压缸在快退时输入功率最大，如果取泵的效率为，这时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Y90S-6型电动机，其额定功率，额定转速。3.3.2 液压阀及辅助元件的选择（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。（2）阀的型式，按安装和操作方式选择。表3-7 液压元件型号及规格（GE系列）序号 名 称型 号 数量 备 注1油 箱600升12精密调压阀AGIRR-10/1/100/V6意大利ATOS3电接点温控表WSSD-411/0-100/400mm/M27*21天津欧迪4空气滤清器QUQ2.515铜球阀QF-25/G136操作台17电 机4P-B35/750W2皖南8变量柱塞泵A10VSO18DR2德国REXROTH9板式单向阀S20P2110高压过滤器ZU-H160*10FC111先导式溢流阀Y-03-21-50112电磁换向阀FW-02-3C2/B220Z5L313压力表YN100-25MPa6北京布莱迪14单向节流阀DRVP-L81215蓄能器NXQ1-L6.3/20MPa116冷却器 DP-1117液位计YWZ-200-T218电控箱低压电器 1 19电机泵架法兰 2 20压力表YN60-40MPa2北京布莱迪21压力表开关KF-L8/14E422高压球阀QJH-15NL123回油过滤器RF-160*20LC124吸油过滤器WU-160*100-J225油路块1126油缸627油缸安装座支架628高压胶管65根29不锈钢无缝管180米30管接头按需1批31管夹按需1批32液位报警器13.3.3 蓄能器的选择根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。（1）液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为式中 A液压缸有效作用面积（m2）； l液压缸行程（m）； K油液损失系数，一般取K=1.2； QP液压泵流量（m3/s）； t动作时间（s）（2）作应急能源，其有效工作容积为：式中 要求应急动作液压缸总的工作容积（m3）。有效工作容积算出后，根据有关蓄能器的相应计算公式，求出蓄能器的容积，再根据其他性能要求，即可确定所需蓄能器。3.3.4 管道尺寸的确定（1）管道内径计算式中 Q通过管道内的流量（m3/s）； 管内允许流速（m/s），见表3-8:计算出内径d后，按标准系列选取相应的管子。（2）管道壁厚的计算表3-8 允许流速推荐值管道推荐流速/（m/s）液压泵吸油管道0.51.5，一般常取1以下液压系统压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6式中 p管道内最高工作压力（Pa）； d管道内径（m）； 管道材料的许用 b管道材料的抗拉强度（Pa）；n安全系数，对钢管来说，p7MPa时，取n=8；p17.5MPa时，取n=6；p17.5MPa时，取n=4。3.3.5 油箱容量的确定（1）液压油箱有效容积的确定初始设计时，先按经验公式（31）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。油箱容量的经验公式为：V=QV 式中 QV液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）； 经验系数，见表3-9。表3-9 经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械12245761210在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。（2）液压油箱的外形尺寸油箱长、宽、高的确定：根据油箱三个边长必须在1：1：11：2：3的范围内，又有油箱的容积为V=44L,所以油箱的长（L）、宽（D）、高（H）可以设计为L=220mm,D=220mm,H=100mm。（3）液压油箱的结构设计 液压油箱简称油箱，它往往是一个功能组件，在液压系统中的主要功能是存储液压油液、散发油液热量、溢出空气及消除泡沫和安装元件等。油箱的制造一般采用焊接和铸造两种方式之一，多数油箱采用焊接技术获得。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，很少采用机床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。油箱的工作图样是油箱加工和安装的依据。通常油箱应包括箱顶、箱壁、隔板、放油螺塞、吊耳、支脚等零件。为了增加油液的循环距离，使油液有足够的时间分离气泡，沉淀杂质，消散热量，所以吸油管和回油管相距较远，并且中间用隔板隔开，油箱底应微微倾斜以便清洗。3.4液压站装置的设计对于固定的液压设备，常将液压系统的油箱、动力装置和控制调节装置集中安装成液压站，使装配、调试和维修都比较方便，同时又使液压站上的振动源与主机隔开，减少了液压站中的油温变化对主机精度的影响。这里主要介绍电动机和液压泵组与油箱的安装设计问题和控制阀的集成配置等问题。3.4.1电动机和液压泵组与油箱的安装设计在常见的液压站中，按照电动机和液压泵组相对油箱的安装位置不同，可以分为上置式、下置式与旁置式三种。如图5所示为上置式油箱液压泵站。上置式油箱液压泵站是将液压泵与电机等装置安装在油箱上盖板上，其结构紧凑，应用十分普遍，尤其是需要经常移动的、泵与电机均不太大的泵站。电机与泵可以立式安装（如图5），也可卧式安装。这种安装方法将动力振动源安置在油箱盖板上，因此油箱体，尤其是盖板要有较好的刚性。如图6所示为旁置式油箱液压泵站。旁置式油箱液压泵站是将液压泵与电机等装置安装在油箱旁边。系统的流量和油箱容量较大时，尤其是一个油箱给多台液压泵供油的场合采用。旁置式油箱液压泵站使油箱内液面高于泵的吸油口，泵的吸油条件较好。设计要注意在泵的吸油口与油箱之间设置一个截止阀，以防止液压泵在维修或拆卸时油箱中油液外流。下置式油箱液压泵站是将液压泵与电机等装置安装在油箱底下。这样可使设备的安装面积减小，也可使泵的吸入能力大为改善。这种安置方式，常常是将油箱架高到使人可以在油箱底下穿越，以便对液压泵的安装和维修3.4.2电动机与液压泵的装配设计 电动机的安装形式主要有三种：机座带底脚、端盖上无凸缘机构，机座不带低脚、端盖上带大于机座的凸缘机构，机座带底脚、端盖上带大于机座的凸缘机构。如图7所示为底座带底脚、端盖上无凸缘机构，一般用于水平放置。若电动机与液压泵组立式放置则应选用机座不带底脚、端盖上带大于机座的凸缘机构，以便于电机在安装板上的定位与固定。机座带底脚、端盖上带大于机座的凸缘机构用于水平放置的电动机与液压泵组，此时液压泵通过发兰式支架支承在电动机上，利用端盖上的凸缘可方便地在支架上定位。小功率的电动机与液压泵组可以安装在油箱盖上（上置式），功率较大时需单独安装在专用的平台上（非上置式）。电动机与液压泵组的底座应有足够的强度和刚度，要便于安装和检修。电动机与液压泵组与底座之间最好加弹性防振垫。在在适当的部位设置泄油盘，以防止场地污染。液压泵的传动轴不能承受径向与轴向载荷，与电机轴有很高的同轴度，一般采用弹性联轴器的连接形式。3.5液压系统的验算3.5.1 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1.2m/mmin。进给时的最大流量为14.73L/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 = Pa（2）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 =0.6Pa（3）变量泵出口处的压力 = + =3.2Pa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。3.5.2发热温升的验算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，注意考虑工进时的发热量。一般情况下工进速度大时发热量大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大、最小时的发热量，然后加以比较，取数值最大者进行分析。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，数控机床油液温升应该小于25，工程机械等允许的温升为3540。验算表明系统的温升在许可范围内，不必采取其他的冷却措施。第4章.液压缸的设计4.1主要尺寸的设计与校核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。同上，以提升液压缸为例进行设计。前述已确定液压缸的工作压力，缸筒内径 D=125mm，活塞杆外径d=90mm。4.1.1 液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚一般指液压缸中最薄处的厚度。从材料力学可以知道，承受内压力的圆筒，其内应力分别规律因为壁厚的不同而各异。一般计算时可以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。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1.5倍，即 = 1.53MPa =4.5MPa。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 + = 125+29.4mm =143.8mm。在液压传动设计手册中查得选取标准值=155mm。在根据内径D和外径重新计算壁厚：=mm =15mm4.1.2 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300mm,参考上表系列，取液压缸工作行程为300mm。4.1.3 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=25mm4.1.4 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300mm，液压缸的内径为125mm，所以应用公式的 =mm =77.5mm。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）90=5490mm，取60mm4.1.5 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 = 300+60mm=360mm4.1.6 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 = =9.46mm4.1.7 液压缸强度校核（1）缸筒壁厚校核。 前面已经通过计算得：D =125mm, =15mm。则有10，所以为厚壁缸。=15mm=9.1mm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。4.2液压缸的结构设计4.2.1 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（图4-1a）、半环连接式（图4-1b） 、螺纹连接式（图4-1c、f） 、拉杆连接式（图4-1d） 、焊接式连接（图4-1e）等。图4-1常见的缸筒和缸盖结构缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。通过综合考虑，在此设计中，缸体端部与缸盖采取法兰连接的形式。4.2.2 活塞杆与活塞的连接结构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，如图4-2所示。半环式连接结构复杂，装卸不便，但是工作可靠。图4-2 活塞杆与活塞的结构此外，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。经过综合考虑，在此设计中，活塞杆与活塞的连接采取螺纹连接的形式，如图4-3所示。4.2.3 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
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