YZJ压装机整机液压系统设计

1、 第一章 绪论第一节 课题背景课题来源：课题来自柳州欧维姆机械有限公司，是该公司正在着手进行的总装车间改造项目之一，进行装机的设计，提高装配过程的机械化和自动化水平。 柳州欧维姆机械股份有限公司是柳州的重量级企业之一，是2002年10月由柳州市建筑机械总厂（成立于1966年）、深圳华强集团景丰投资有限公司、同济大学和东南大学共同出资成立，注册资本9000万元，是国家建设部定点生产预应力机具的最大生产企业，是集科研、设计、生产以及预应力施工于一体的中型企业。在生产经营管理上已采用基于国际工业流行的MRP-II原理的软件CAPMS，建立并实现了计算机网络化管理。公司工艺先进，设备齐全，拥有各类数控

2、机床、加工中心、计算机控制的热处理设备、大型精密加工设备，实现了产品的半自动化生产。产品已形成4大类、30多个系列、400多个品种，OVM锚固体系、张拉机具、缆索制品、橡胶支座和伸缩缝等产品畅销海内外，体外预应力材料、钢绞线拉索体系、液压提升、顶推及转体系统、新型吊杆、系杆、悬索桥产品（锚碇等）、真空辅助灌浆（含塑料波纹管）系统等新产品为企业注入了新的活力。企业总资产达3亿多元，拥有专业技术人员300名，占员工总数的35%，2005年销售收入达5亿元人民币。企业于1995年和1996年分别通过了中国CQC和英国BSI学会的ISO9001：1994双重认证，并于2001年3月6日正式采用ISO9

3、001：2000标准，成为同行最早转换质量体系标准的企业。产品质量和各项性能指标达到了GB/T14370-2000、JT/4-93、JT3141-90、JT329.1-1997、JT329.1-1997等标准，并经国际预应力混凝土协会（FIP）、英联邦政府认可的检测机构、日本、新加坡、香港等国家及地区的质量权威检测机构的严格检定，证实公司产品性能指标达到了国际推荐的FIP标准、英国BSI标准、日本JIS标准，总体技术水平居国内领先，部分产品达世界同行先进水平。 截止目前，企业已获专利授权180多项，其中2002年新增专利为26项。2001年“夹片式拉索群锚及安装方法”专利荣获第七届中国专利金奖

4、。 1996年12月企业建立了国家级企业技术中心，下设有开发、试验检测、计算机、信息四大中心，建立了有效的激励约束机制，具有了较强的预应力产品和技术的科研设计、试制能力，能够承担近、中和远期项目开发，技术创新机制灵活、技术全面、实力雄厚。2001年8月成立了同济OVM预应力研究中心，与同济大学合作进行预应力新结构的研究。2002年12月，国家人事部正式批准OVM公司设立博士后科研工作站，以此为平台，采用流动管理的方式，将所有参与OVM公司开发及研制的高级人才整合在站内，使我们既可利用现有的开发成果，又为国际化的竞争储备了高精尖人才。 该公司在北京、上海、广州、武汉、西安、重庆等设立了办事处，在

5、其它省区和重要城市均设立了联络处，并在越南、新加坡、香港特区设立了办事机构，销售网络遍布全国及东南亚地区。生产率是制约企业经营状况的重要指标，直接关系到企业的生存，柳州欧维姆机械股份有限公司正在进行总装车间的改造，以提高生产率、降低成本。进行进行千斤顶压装的时间称为工序时间，它主要由装配工件所需的机动时间和装卸工件等所需的辅助时间组成。要提高生产率，就必须降低工序时间。使千斤顶方便的装配起来，因此可以大大缩短辅助时间，另外，采用压装机可降低对操作工人的技术水平等，工序时间的缩短，生产率的提高及产品质量的稳定，必有利于企业的发展。扩大压装机的装配千斤顶范围，做到一机多能，对于该企业，由于千斤顶的

6、品种、规格和数量不一，为了适应发展的需要，设计新的产品达到到一机多用的目的。第二节 国内外研究的历史和现状 压装机是对机械零部件进行安装以及拆卸为目的的设备，在机械加工以及维修行业中具有广泛的用途。目前国内的压装机，在技术上还是50年代沿用至今的样式和功能，属通用型油压机。这种压装机主要由鄂城重型机械厂和天津重型机械厂等厂家生产制造。这些产品结构简单，控制系统落后，功能单一，全部人工手动操作，没有自动测量和控制系统。在压装轮对时靠人工用尺测量，用眼观测压装油缸的行进位置;接近停止位置时，操作工人手动或脚踏开关，使油缸停止前进。这种全部人工操作的压装方式己延续了几十年，毫无大的改进。这种轮对压装

7、机最主要的缺点是人工操作，同时生产效率低，一次压装合格率低，压装质量受人为因素影响大。压装机的类型非常之多，用途不一，就他们的系统而言，有液压控制系统和液压传动系统。液压控制系统，是闭环系统，可对被控制量进行检测并加以反馈，系统按偏差调节原理工作，并控偏差信号的方向和大小进行自动调整控制系统有反馈，具有抗干扰能力，因而控制精度高。液压传动系统是开环系统，被控制量与控制量之间无联系，控制量是流量控制阀的开度或变量泵的调节参数，被控制量是执行机构的速度对被控制量不进行检测，系统没有修正执行机构偏差的能力。控制精度取决于元件的性能和系统整体的精度，控制精度较差，但调整简单性能指标侧重于静态特性，主要

8、性能指标有调速范围，低速平稳性，速度刚度和效率。压装机工作装置的液压系统目前有以几种类型:（1）按液压泵的类型分为定量系统和变量系统。（2）按液压泵的数目可分为单泵操纵回路和双泵操纵回路，后者一般用双液压回路。（3）按液压回路的数目可分为单液压回路和双液压回路。（4）按工作装置液压回路与转向液压回路之间关系可分为独立式液压回路和复合式液压回路。近二十年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率重量比和大功率的液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。特别是反馈控制技术在液压系统只中的应用，电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在元件和系统方面、理论与应用方而都口趋完善和成

9、熟，并形成为一门学科，成为液压技术的重要发展方向之一。目前液压控制技术已经企许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门，飞机、船舶交通部门，航空航天技术，海洋技术近代科学试验装爱好武器控制等。我国于五十年代开始液压伺服元件和系统的研究工作，现在已生产几种系列电掖伺服阀产品，液压控制系统也在越来越多的部门得到了成功的应用。随着国民经济的发展，液压控制技术会在史多的部门为实现我国四个现代化的宏伟日标而发挥更大的作用。随着技术的不断进步，目前国外液压系统己采用了节能效果极佳的压力一流量补偿负载传感闭式系统，国内有些公司也采用这套技术。其特点是:可以实现压力一流量控制。泵输出的流量即执行元件的速度

10、只与操纵阀杆行程大小有关，而与负载大小无关，因此该系统具有良好的速度控制特性。该液压系统所提供功率与执行元件所要求的功率相差甚小，因而具有良好的功率控制特性，功率浪费损失小。由于系统的无用功率小，而且在系统不工作时，系统可以近似地实现“0”流量输出，因而发热小，不会产生过热现象，提高了整个液压系统的工作寿命。第三节 设计本压装机的目的通过在工厂里的实习、调研，我们了解到在与本压装机最接近的常规加工方法及其存在的不足：千斤顶通常由油缸、活塞、穿心套、堵头、前后压板等零部件组成，在常规装配工艺过程中，需用铁锤装配千斤顶活塞、堵头等，且在装配前后压板等零部件时，装好一边以后，需用桁吊设备将待装配的千

11、斤顶油缸偏心摆置进行翻转调头，翻转后，使用绗车吊下来，在进行另一边的装配。因此，在千斤顶的装配过程中易损伤千斤顶零部件，而且工人劳动强度很大。在装配千斤顶的过程中使用本压装机，可以提高装配过程的机械化和自动化水平，避免对零部件的损伤，提高装配质量，降低工人的劳动强度。第四节 本课题研究内容及思路本课题目的在于根据YZJ压装机整机要求，设计出与整机相匹配的液压系统。本课题将以YZJ压装机为研究对象，以液压传动系统设计为手段，设计出符合YZJ压装机整机性能要求的液压系统。（一）本课题主要研究内容有以下几方面（1）国内外压装机发展概况。（2）液压系统的设计。（3）液压缸的设计。（4）液压集成块设计。

12、（5）液压站设计。（6）液压油箱的计算。在本次的控制系统设计中，从工厂的角度出发，要求以低成本来实现压装机的各个功能，设计中，主要进行液压传动系统的设计。液压传动系统是以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式。按其工作原理的不同又可分为液力传动和液压传动。液压传动是基于流体力学的帕斯卡原理，主要利用液体静压能来传递动力，故也称容积式液体传动或静液传动。液压传动的基本特征是:以液体为工作介质，靠处于密闭容器内的液体静压力来传递动力，其静压力的大小取决于外负载;负载速度的传递是按液体容积变化相等的原则进行的，其速度大小取决于流量。 在液压系统的设计中，主要包括液压元件的设计计算与选择，液压

13、辅助装置的计算、设计或选择；液压传动系统的验算与校核。（二）设计步骤一台机器究竟采用什么样的传动方式，必须根据机器的工作要求，对机械、电力、液压和气压等各种传动方案进行全面的方案论证，正确估计应用液压传动的必要性。当确定采用液压传动后，其设计内容和步骤大体如图11所示*这里所述的设计内容和步骤只是一般的系统设计流程，在实际设计过程中不是一成不变的，对于较简单的液压系统，可以简化其设计程序；对于重大工程的复杂液压系统，往往还需在初步设计的基础上进行计算机仿真实验，或者局部地进行实物实验，反复修改，才能确定设计方案。另外，这些步骤又是相互关联，彼此影响的，因此常需穿插交叉进行。1全面了解主机的结构

14、和总体布局，这是合理确定液压执行元件的类型、工作范围、安装位置及空间尺寸所必需的，现代液压机械的工作机构越来越复杂。对于工作机构运动形式比较复杂的情况，如能采用经济适用的液压执行元件，并巧妙地使之与其它机构相配合，不仅能简化液压系统，降低设备造价，而且能改善液压执行元件的负载状况和运动机构的性能。2. 压力相流量是液压系统的主要参数。根据这两个参数来计算和选择液压元、辅件和原动机的规格。系统压力选定后，液压缸主要尺寸即可确定，接着就可根据液压缸的速度确定其流量。3.拟定液压系统图是液压系统设计中的一个重要步骤。这一步要做的主要工作：一是选择基本回路，二是把选出的回路组成液压系统。4. 液压元件

15、的选择主要有：液压执行元件的选择、液压泵的选择、控制阀的选择、确定油箱的容积、过滤器的选择、液压油的选用。5.液压系统性能验算。6.液压装置结构设计及编制技术文件总体步骤如下：第二章 压装机液压系统总体设计第一节 液压系统的工作要求一 液压系统的组成 压装机的系统，采用液压传动系统，液压系统若能正常工作必须由以下五部分组成： (1)动力装置 它是把原动机输入的机械能转换为液体压力能的能量转换装置，一般由电动机和液压系组成，其作用是为液压系统提供压力油。 (2)执行元件 它是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度(直线运动)，或力矩和转速(回转运动)。这类

16、元件包括各类液压缸和液压马达。 (3)控制调节元件 它是能控制或调节液压系统中油的压力、流量或方向，以保证执行装置完成预期工作的元件。这类元件主要包括各种液压阀，如溢流阀、节流阀以及换向阀等。 (4)辅助元件 辅助元件是指油箱、蓄能器、油管、管接头、滤油器、压力在以及流量计等。这些元件分别起散热贮油、蓄能、输油、连接、过滤、测量压力和测量流量等作用，以保证系统正常工作，是液压系统不可缺少的组成部分o (5)工作介质 它在液压传功及控制今起传递运动、动力从信号的作用。工作介质为液压油或其它合成液体。二 压装机的工作原理 压装机是对机械零部件进行安装以及拆卸为目的的设备，在机械加工以及机械维修行业

17、中具有广泛的用途。该压装机各动作是由液压传动系统来实现。系统主要包括以下几个部分：液压动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作液体。通过压装机的技术方案，我们了解到压装机的工作原理，在控制系统设计中，要实现的有：机械手对千斤顶的夹持、提升、千斤顶翻转180°，压装机对活塞的压装，这些动作，由液压系统来实现,通过电磁换向阀来控制油缸的换向,在压装机中,主机对液压系统执行元件在位置布局和空间尺寸上的限制,要解决液压执行元件的动作顺序，完成压装机的转、提升、压活塞等动作，要求在提升过程中，将机械手与千斤顶一起提升，机械手夹持牢固千斤顶，压装器能够实现活塞的压入。工人在操作台前，使用不同

18、按钮实现本压装机的各个动作。(如图1.1），机械手的液压系统中的换向阀右边通电时，机械手油缸的活塞顶出，机械手张开，松开夹持的千斤顶，当换向阀左边通电时，机械手夹紧，夹持住千斤顶。为了使压装机工作平稳，便于实现自动化和简化设计制造过程，压装机的机械手质量约3.5吨，当机械手被提升到一定高度后 ，手动使液压提升缸停止。为了便于自动化和产生足够的夹紧力，千斤顶的夹紧也用液压来实现。而工件的夹紧与提升，必须按照一定顺序进行，也就是说，在整个千斤顶的压装过程中，夹紧提升翻转放下压装。 图1.1三 系统达到的功能要求和技术指标本压装机的技术要求如下：1.本压装机主要用途是将油缸作180°翻转和

19、将活塞压入油缸。其中油缸的180°翻转主要有机械手的夹持以及整个机械手部件的升降机械手180°翻转组成；2.本压装机适用YCW100AYCW500A型千斤顶，YDG400-400型千斤顶的安装；3.机械手夹持油缸的范围为200530，翻转油缸的最大长度为L=950mm；4.夹持翻转的最大重量为m=700kg；5.机械手油缸工作额定压力为P=6.3MP，最大工作拉力F=110KN；6.夹持油缸翻转180°工作时间为t=15s；7.机械手部件提升行程为h=1020mm，从下提升到上所需时间为1min；8.压装机行走的行程为S=6250mm，所需时间为2min。第二节

20、液压系统参数计算一 确定液压缸负载（一） 提升阶段液压缸负载 提升液压缸负载F，查文献2表20-2-15中公式F= （2.1）式中 R液压缸外作用力，KN；液压缸总效率查参考文献2表20-6-3，在额定压力下的液压缸，总效率为=0.90.95 ，取=0.93，提升液压缸所受外作用力R=35.4KN，代入公式（2.1）得： F= =3.81KN （二）压装液压缸负载压装液压缸外作用力R=160 KN ，=0.93，由公式（2.1）得：F= =172.04KN对各个液压缸的负载情况进行计算，列表如下：表1液压缸液压缸外作用力R（KN）力F=（KN）提升液压缸35.439.33压装液压缸160172

21、.04机械手液压缸7075.27夹轨液压缸2022.22二 压装液压缸主要尺寸的确定（一） 初选液压系统压力系统压力选定得是否合理，直接关系到整个系统设计的合理程度。在液压系统功率一定的情况下，若系统压力选得过低，则液压元、辅件的尺寸和重量就增加，系统造价也相应增加；若系统压力选得较高，则液压设备的重量、尺寸会相应降低，但制造精度等要求的提高。查参考文献2，表20-2-11，初定系统压力为6.5MPa。（二） 液压缸主要尺寸查参考文献3，P14，单活塞杆液压缸无杆腔为工作腔时，计算公式为： （2.2）式中， p1液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力，MPa； P2液压缸回油腿背压力，MPa；

22、dD活塞杆直径与按压缸内径之比； F液压缸负载。查文献2表20-2-14，确定P2 =0.4MPa，d/D=0.65，P1 =6.5MPa代入公式（2.2）得 = =187.1mm计算得D=187.1mm，查文献2表20-6-2，选择D=200mm。d=0.65×D=125mm。各个液压缸的内径，查表标准化列表如下：表2液压缸直径D（mm）d（mm）提升液压缸160110压装液压缸200125机械手液压缸180100夹轨液压缸8056（三）计算在各工作阶段所需的流量 1 确定液压缸的流量查参考文献1，P18，液压缸的流量计算， （2.3）式中， 液压缸的流量，L/min；D液压缸内径

23、，m；V活塞杆的运动速度，m/min。计算得压装千斤顶所需流量：=×D2 /4=3.14×0.22×0.95÷4=29.83L/min。提升千斤顶所需流量： =×D2 /4=3.14×0.162×1.1÷4=22.11 L/min。三 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 液压泵在压装的工作过程中向液压缸供油（每次只对一个液压缸供油），选流量最大的液压缸对泵进行计算。（一）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： PP1+P （2.4）式中 P液压泵最大工作压力，MPa；

24、P1执行元件最大工作压力，MPa； P进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5MPaa。 将P1=6.5 MPa ，P =0.4 MPa 代入公式（2.4）得：PP1+P=6.5+0.4=6.9MPa。上述计算得的是系统的静压力，考虑到系统在各种工况的过按阶段出现的动态压力往往超过静态压力，因此选泵的额定压力Pn应满足Pn(1.251.6)P。中低压系统取小值，高压系统取大值，压装液压缸按中低压系统取小值，则：Pn 技术要求如下：（1）半联轴器做主动件。（2）联轴器与电动机轴配合时采用H7/H6配合，与泵轴则采用H8/H7的配合（3）最大同轴度偏差不大于0.1mm，轴线倾角不大于4

25、0第四节 辅助元件一 滤油器 过滤器的功用是清除油液中的各种杂质，以免其划伤、磨损、甚至卡死有相对运动的零件，或堵塞零件上的小孔及缝隙，影响系统的正常工作，降低液压元件的寿命，甚至造成液压系统的故障。用过滤器对油液进行过滤是十分重要的。（一）选用过滤器的基本要求在选择过滤器的时候，考虑过滤器的过滤精度精度，过滤精度是指过滤器滤除杂质颗粒直d的公称尺寸，过滤器按过滤精度不同可分为四个等级：粗过滤器(d100m)；普通过滤器(d10100m)；精密过滤器(d510m)；特精过滤器(d1m )。在选择过滤器的同时，还考虑到过滤器的过滤能力过滤能力是指在一定压降下允许通过过滤器的最大流量。过滤器的过滤

26、能力应大于通过它的最大流量，允许的压力降一般为0.030.07MPa。按滤芯材料和结构形式的不同，过滤器可分为网式、线隙式、纸芯式、烧结式过滤器及磁性过滤器等。查查参考文献2，表20-8-126中，传动系统压力>7MPa的中高压系统时,过滤精度为1015m，在查表20-8-132，选择纸芯式，型号为：ZU-H40×10S。二 空气滤清器空气滤清器是对空气进行净化的装置，它由壳体和滤芯组成，滤芯布置在壳体内。大气中有各种异物，例如灰尘、砂粒等，会对液压系统的油液造成污染，它们将加速系统的磨损，从而降低系统的使用寿命。空气滤清器能防止出现这种情况。查参考文献3，表6-68，选择QU

27、Q2型空气滤清器。三 液压油液压设备出现的故障，有些是由于液压油选择不当所引起的。选择液压油时需要考虑的因素很多，其中最主要的是根据使用条件选用粘度合适的液压油。在确定液压油粘度时，应着重考虑下列因素；工作压力的高低、工作环境温度的高低、工作部件运动速度的大小和液压泵对液压油钻度的要求。考虑的具体原则是， 1)系统压力较高时，为了减少容积损失，宜选用粘度较高的液压油；压力较低时，可选用粘度较低的液压油；高压系统宜选用加有抗磨损添加剂的抗磨液压油。2)环境温度高，宜选用高粘度液压油；环境温度低，宜选用低粘度液压油。3)工作部件运动速度较低的往复运动液压系统低粘度的液压油，工作部件作旋转运动的液压

28、系统，可选用粘度较高的液压油。查参考文献2，选用20号机油。第五节液压系统清洗、使用与维护一 清洗液压系统液压系统在制造、试验、使用和储存中都会受到污染，而清洗是清除污染，使液压油、液压元件和管道等保持清洁的重要手段。生产中，液压系统的清洗通常有主系统清洗和全系统清洗。全系统清洗是指对液压装置的整个回路进行清洗，在清洗前应将系统恢复到实际运转状态。清洗介质可用液压油，清洗时间一般为2-4小时，特殊情况下也不超过10小时，清洗效果以回路滤网上无杂质为标准。清洗时注意事项：1、一般液压系统清洗时，多采用工作用的液压油或试车油。不能用煤油、汽油、酒精、蒸气或其它液体，防止液压元件、管路、油箱和密封件

29、等受腐蚀；2、清洗过程中，液压泵运转和清洗介质加热同时进行。清洗油液的温度为（50-80）时，系统内的橡胶渣是容易除掉的；3、清洗过程中，可用非金属锤棒敲击油管，可连续地敲击，也可不连续地敲击，以利清除管路内的附着物；4、液压泵间歇运转有利于提高清洗效果，间歇时间一般为（10-30）min;5、在清洗油路的回路上，应装过滤器或滤网。刚开始清洗时，因杂质较多，可采用80目滤网，清洗后期改用150目以上的滤网；6、清洗时间一般为（48-60）小时，要根据系统的复杂程度、过滤精度要求和污染程度等因素决定；7、为了防止外界湿气引起锈蚀，清洗结束时，液压泵还要连续运转，直到温度恢复正常为止；8、清洗后要

30、将回路内的清洗油排除干净。二 系统的使用和维护（一）系统日常检查 系统进行日常检查，以保证设备的正常运行，检查项目和内容如下： 1、压力是否稳定和在规定范围内； 2、全系统是否漏油； 3、油温是否在范围内，不得大于60； 4、系统是否有异常。（二） 系统定期检查 系统定期检查，检查项目和内容如下： 1、螺钉及管接头定期紧固，每月一次； 2、过滤器、空气滤清器每月检查一次； 3、对电磁换向阀按其使用手册定期检查维修。(三) 综合检查 综合检查每年一次。其主要内容是检查液压装置的各元件和部件，判断其性能和寿命，并对产生故障的部位进行检修或更换元件。综合检查的方法主要是分解检查，要重点排除一年内可能

31、产生的故障因素。（四） 其他注意事项 1、液压油应经常保持清洁； 2、在液压泵启动和停止时，应使溢流阀卸荷； 3、溢流阀的调定压力不得超过液压系统的最高压力； 4、尽量保持电磁阀的电压稳定，否则可能导致线圈过热； 结 束 语毕业设计是考验我们大学四年来所学知识的一个综合性环节，也是培养我们资料收集能力、自学能力、观察能力等综合能力的一个练习，它包括了毕业实习、资料收集、外文翻译、课题设计等过程，历经3个月，到此结束。在整个设计过程中，综合运用过去几年所学的知识，有目的地学习当前液压系统领域的新技术，在本设计当中，完成了本专业一个具体的设计任务。进一步巩固所学知识、加深和拓宽了知识面，培养和锻炼

32、了分析问题和解决问题的能力，提高了团结协作精神。设计过程中以YZJ压装机为研究对象，以液压传动系统设计为手段，通过理论计算，查阅资料，确定系统，设计出符合YZJ压装机机整机性能要求的液压系统。我所选的毕业设计课题是YAJ压装机控制系统设计。液压系统是压装机械设备的动力源，在机械行业应用非常广泛。虽然液压系统的结构和工作原理以前学过，但是要设计一个液压控制系统，还要查阅很多的相关资料。为了能圆满的完成这个设计，我翻阅了大量液压传动、控制等相关的书籍和网上的资料，在丁黎光教授和冯志君老师的悉心指导及柳州欧维姆机械股份有限公司的苏庆勇工程师的指导和其他同学的帮助下，我还是逐步的解决了设计中的各种问题，最终完成了这个毕业设计。由于本人水平有限、设计时间短，设计中还有很多不足和错漏之处，希望能得到各位老师和同学的批评与指正。致 谢 感谢柳州欧维姆机械股份有限公司提供此设计课题以及实习、调研场地。设计的完成与老师的指导、同学们的帮助是分不开的，在此设计完成之际，谨向老师致以忠心的感谢，感谢丁黎光老师、冯志君老师的悉心指导。在指导老师和欧维姆机