液压机液压系统设计

Nq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。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。小型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。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。关键词：现代机械、液压技术、系统设计、小型液压机、液压传动。TOC\o"1-5"\h\z摘要 1关键词 1\o"CurrentDocument"一■工况分析 3二•负载循环图和速度循环图的绘制 4\o"CurrentDocument"三•拟定液压系统原理图 5确定供油方式 5\o"CurrentDocument"2•调速方式的选择 5\o"CurrentDocument"3•液压系统的计算和选择液压元件 6\o"CurrentDocument"4•液压阀的选择 8\o"CurrentDocument"5•确定管道尺寸 8\o"CurrentDocument"6•液压油箱容积的确定 8\o"CurrentDocument"7.液压缸的壁厚和外径的计算 9\o"CurrentDocument"&液压缸工作行程的确定 9\o"CurrentDocument"9•缸盖厚度的确定 9■:!：\o"CurrentDocument"最小寻向长度的确定 9■ :!：缸体长度的确定 10L四•液压系统的验算 10_ :\o"CurrentDocument"压力损失的验算 10L系统温升的验算 12L3•螺栓校核 12\o"CurrentDocument"五•参考文献. 13技术参数和设计要求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一慢速加压一保压一快速回程一停止的工作循环，快速往返速度为3m/min,加压速度40-250mm/min,压制力为300000N，运动部件总重为25000N,工作行程400mm,油缸垂直安装，设计改压力机的液压系统传动。一工况分析1•工作负载工件的压制抗力即为工作负载：Fw=300000N2.摩擦负载静摩擦阻力：Ffs=0N动摩擦阻力：Ffd=0N3•惯性负载Fm=ma=25000/10X3/(0.02X60)=6250N背压负载Fb=30000N（液压缸参数未定，估算）自 重：G=mg=25000N4.液压缸在各工作阶段的负载值：其中：耳二0.9n——液压缸的机械效率，一般取耳=0.9-0.95。m m m表1.1：工作循环各阶段的外负载工况负载组成启动F=Fb+Ffs-G=5000N加速F=Fb+Ffd+Fm-G=11250N快进F=Fb+Ffd-G=5000N工进F=Fb+Ffd+Fw-G=305000N快退F二Fb+Ffd+G=55000N二•负载循环图和速度循环图的绘制负载循环图如下速度循环图三•拟定液压系统原理图1-确定供油方式考虑到该机床压力要经常变换和调节，并能产生较大的压制力，流量大，功率大,空行程和加压行程的速度差异大，因此采用一高压泵供油调速方式的选择工作缸采用活塞式双作用缸，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得液压系统原理图液压系统的计算和选择液压元件液压缸主要尺寸的确定工作压力P的确定。工作压力P可根据负载大小及机器的类型，来初步确定[由手册查表取液压缸工作压力为20MPa。计算液压缸内径D和活塞杆直径do由负载图知最大负载F为305000N，按表]9-2取p2可不计，考虑到快进，快退速度相等，取d/D=0.7D二{4Fw/[np1ncm]}i/2=147(mm)根据手册查表取液压缸内径直径D=160(mm)活塞杆直径系列取d=110(mm)取两液压缸的D和d分别为160mm和110mm。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度A更min/Vmin=0.05X1000/3=16.7(cm2)液压缸节流腔有效工作面积选取液压缸有杆腔的实际面积，即A=n(D2—d2)/4=3.14X(1602-1102)/4=105.98cm22满足不等式，所以液压缸能达到所需低速计算在各工作阶段液压缸所需的流量TOC\o"1-5"\h\zZ [Q(快进)=nd2v(快进)/4=3.14x0.112x3/4=28.50L/min |Q(工进)=nD2V(工进)/4=3.14x0.162x0.04/4=0.804L/min |Q(快退)=n(D2-d2)v(快退)/4=3.14x(O.I62-0.112)x3/4=31.79L/min |Z '确定液压泵的流量，压力和选择泵的规格Z '1•泵的工作压力的确定Z考虑到正常工作中进油管有一定的压力损失，所以泵的工作压力为ZP=P+工ApTOC\o"1-5"\h\zp1 [z式中，Pp—液压泵最大工作压力；P1—执行元件最大工作压力(Pa) ； !工Ap —进油管路中的压力损失(Pa)， |Z 'Z '简单系统可取0.2~~0.5Mpa。故可取压力损失刀△P1=0.5Mpa20+0.5=20.5MPa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度阶段出现的动态压力往往超出静态压力，另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的压力值Pa应为Pa>1.25Pp-1.6Pp因此Pa=1.25Pp=(1.25~1.6)x20.5=25.625~32.8MPa。泵的流量确定，液压泵的最大流量应为Qp>K(EQ)max j!：K为系统泄漏系数，一般取K=l.l-1.3,大流量取小值；小流量取大值。油液的泄露系数K=1.2!：故Qp=K(EQ)max=1.2x31.76=38.15L/min |!：选择液压泵的规格_:根据以上计算的Pa和Qp查阅相关手册现选用63YCY14-1B斜盘式轴向柱塞泵，:!：n=3000r/minmax!：n=1000r/min j- min!：额定压力p0=32Mpa，每转排量q=63mL/r，容积效率耳v=85%，总效率耳=0.7.!：与液压泵匹配的电动机选定:!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0.2:!■—lL/min范围内时，可取耳=0.03—0.14.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，需进行演算，即PaXQp/qWPd，式中，——沈阳理工大学Pd—所选电动机额定功率；Pb—内啮合齿轮泵的限定压力；Qp—压力为Pb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5000N,进油时的压力损失定为0.3MPa。Pb二[5000/(0.11x0.11n/4)xl0-+0.3]=0.0.826MPa快进时所需电机功率为：(0.826x38.15/60)/0.7=0.75kw工进时所需电机功率为：P二Ppx0.804/(60x0.7)=0.39kw查阅电动机产品样本，选用Y90S-4型电动机，其额定功率为1.1KW，额定转速为1400r/min4.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。选定的液压元件如表所示序号元件名称最大流量(L/min最大工作压力(Mpa)型号选择1滤油器3031ZU-H40X1OS2液压泵25.0540BFW01A3三位四通电磁阀6031.534WE6G50-50/AW220R4单向调速阀6531.5S15A020/55二位三通电磁阀6031.523WE6G50-506单向阀6531.5S15A020/57压力表31.5AF6EA30/Y4008平衡阀5014DZ10-130/2109液控单向阀60约31.5SV15GB230/210溢流阀2.56.3Y-10B确定管道尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可接管路允许流速进行计算，本系统主要路流量为差动时流量Q=57L/min压油管的允许流速取V=3m/s则内径d为 d=4.6(57/3)l/=20.05mm若系统主油路流量按快退时取Q=31.79L/min,则可算得油管内径d=12.96mm.综合d=20mm吸油管同样可按上式计算(Q=42.4L/min,V=1.5m/s)现参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为29mm液压油箱容积的确定根据液压油箱有效容量按泵的流量的5—7倍来确定则选用容量为400L。液压缸的壁厚和外径的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，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，其壁厚按薄壁圆筒公式计算Z三PD/2[o]=25.625X160/(2X100)=20.5mm([o]=100~110MP)故取Z=20mm液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径D1为D1三D+2Z160+2X20=200mm

液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作烦人最大行程来确定，查表的系列尺寸选取标准值L=400mm。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个公式进行近似计算无孔时：120.433D(P/[o])i/2=0.433x160x(25.625/100)1/2=35.072220t 缸盖有效厚度D 缸盖止口内直径D 2220t 缸盖有效厚度D 缸盖止口内直径D 缸盖孔的直径2最小寻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；最小导向长度过小，将使液压缸的初试挠度增大，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H>=L/20+D/2=400/20+160/2=100mm |取H=100mm |活塞宽度8=(0.6~1.0)D=100111•缸体长度的确定液压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I到两端端盖的厚度，一般的液压缸的缸体长度不应大于内径地20~30倍四•液压系统的验算已知该液压系统中进回油管的内径均为12mm，各段管道的长度分别为：AB=0.3m|AC=1.7mAD=1.7mDE=2m。选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15°C查得15°C时该液压油曲运动粘度V=150cst=1.5cm/s,油的密度P=920kg/m1•压力损失的验算工作进给时进油路压力损失，运动部件工作进给时的最大速度为 0.25m/|min，进给时的最大流量为19.08L/min，则液压油在管内流速V为： [Vl=Q/(ndd/4)=(19.08X1000)/(3.14X2.9X2/4)=69.74(cm/s)管道流动雷诺数Rel为Rel=69.74X3.2/1.5=148.8RelV2300可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数入1=75 Rel=0.59进油管道的沿程压力损失AP为：△P1-1=入1/(1/d)・(PV/2)=0.59X(1.7+0.3)/(0.029X920X0.592/2)=0.2MPa查得换向阀34WE6G50-50/AW220R的压力损失AP=0.05MPa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AP为：AP1=AP1-1+AP1-2=(0.2X1000000+0.05X1000000)=0.25MPa工作进给时间回油路的压力损失，由于选用单活塞杆液压缸且液压缸有杆腔: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的二分之一，则V2=V/2=34.87(cm/s)TOC\o"1-5"\h\zRel=V2d/r=34.87X2/1.5=46.5 -入2=75/Rel=75/46.5=1.6 |回油管道的沿程压力损失AP为：AP2-1=入/(l/d)X(PXVXV/2)=1.6X2/0.029X920X0.5952/2=0.68MPa |查产品样本知换向阀23WE6G50-50的压力损失AP=0.025MPa。换向阀丨34WE6G50-50/AW220R的压力损失AP=0.025MPa,调速阀ADTL-10的压力损失|AP=0.5MPa回油路总压力损失AP为AP2=AP2-1+AP2-2+AP2-3+A2-4=0.68+0.025+0.025+0.5=1.23MPa |变量泵出口处的压力P：Pp=(F/ncm+A2AP2)/(A1+AP1) !=[(305000/0.9+0.00591X1.1X100)/0.01539]+0.15=22.4MPa快进时的压力损失，快进时液压缸为差动连接，自会流点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26L/min,AC段管路的沿程压力Nq损失为aP1-1为V1=Q/(ndXd/4)=45.22X1000/(3.14X2X2/4X60)=240.02(cm/s)Rel=V1d/r=320.03入1=75/Rel=0.234AP1-1=入(l/d)X(pV2)=0.234X(1.7/0.02)X(920X2.4X2.4X2)=0.2MPa同样可求管道AB段及AD段的沿程压力损失AP1-2AP1-3为V2=Q/(ndXd/4)=295cm/s Re2=V/d/r=236V2=75 Re2=0.38AP1-2=0.024MPaAP1-3=0.15MPa查产品样本知，流经各阀的局部压力损失为：34WE6G50-50/AW220R的压力损失，AP2-1=0.17MPa23WE6G50-50的压力损失，AP2-1=0.17MPa据分析在差动连接中，泵的出口压力为PP=2AP1-2+AP1-2+AP2-2+AP2-1+AP2-2+F/A2ncm |=2X0.2+0.024+0.15+017+0.17+25/0.00785X0.9=0.18MPa快退时压力损失验算亦是如此，上述验算表明，无需修改原设计。 |2係统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，主要考虑工进|时的发热量，一般情况下，工进速度大时发热量较大，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，取数值大者进行分析当V=4cm/min时流量Q=V(nDD/4)=nX0.125X0.125/4=0.491(L/min)此时泵的效率为0.1，泵的出口压力为22.4MPa则有：P输入=22.4X0.613/(60X0.1)=2.29(KW)P输出=FV=305000X4/60X0.01X0.001=0.203(Kw)z 'Nq此时的功率损失为