四柱万能液压机的设计

《液压与气动》课程设计题目：四柱万能液压机的设计系、班级：电子信息工程系09机械三班姓名：指导教师：目录摘要3一．设计目的、设计内容及要求4〔一〕设计的目的4〔二〕设计内容4〔三〕设计要求4二、主要参数确定4三、确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸4〔一〕主液压缸4〔二〕顶出液压缸5四、液压缸运动中的供油量计算6〔一〕主液压缸的进出油量6〔二〕顶出液压缸退回行程的进出油量6五、确定快速空程供油方式，液压泵规格，驱动电机功率7〔一〕液压系统快速空程供油方式7〔二〕选定液压泵的流量及规格7〔三〕液压泵的驱动功率及电动机的选择7六、选取液压系统图8〔一〕液压系统图8〔二〕电磁铁动作表8〔三〕油箱容积9七、液压系统工作油路分析9八、计算和选取液压元件11九、液压系统稳定性论证11〔一〕主液压缸压力损失的验算111.快速空行程时的压力损失112.慢速加压行程的压力损失123.快速退回行程的压力损失13〔二〕顶出液压缸压力损失验算141.顶出行程的压力损失142.顶出液压缸退回行程的压力损失15〔三〕液压系统发热和温升验算16十、设计小结16十一、参考文献17摘要液压系统是以电机提供动力根底，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。完成各种设备不同的动作需要。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的局部就愈多。所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个简单的液压系统是非常有意义的。关键词：液压传动、稳定性、液压系统AbstractHydraulicsystemispoweredmotorbasis,theuseofhydraulicpumpwilltranslateintopressureonthemechanicalenergy,promotethehydraulicoil.Throughvariouscontrolvalvestochangetheflowofhydraulicoil,thuspromotingthehydrauliccylindersmadeofdifferentitinerary,themovementsindifferentdirections.Allkindsofdifferentequipmenttocompletetheactionsrequired.Hydraulicsystemhasbeeninvariousindustrialsectorsandagriculture,forestry,animalhusbandryandfisheries,andmanyotherdepartmentsaremorewidelyused,andmoreadvancedequipment,itsapplicationonthepartofthehydraulicsystemmore.Sostudentslikeustostudyandpersonallydesignedasimplehydraulicsystemisverymeaningful.Keywords:hydraulictransmission,controlsystem,hydraulicsystem一．设计目的、设计内容及要求〔一〕设计的目的液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求到达以下目的：1.稳固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力；2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压根本回路、组合成满足根本性能要求的液压系统；3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的根本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。〔二〕设计内容设计一台四柱万能液压机，设该四柱万能液压机下行部件G=1.6吨，下行行程1.2m–1.5m。〔三〕设计要求1.确定液压缸的主要结构尺寸D，d2.绘制正式液压系统图，动作表、明细表3.确定系统的主要参数4.进行必要的性能验算〔压力损失、热平衡〕二、主要参数确定液压系统最高工作压力P=30MPa，在本系统中选用P=25MPa；主液压缸公称吨位3150KN；主液压缸用于冲压的压制力与回程力之比为8%，塑料制品的压制力与回程力之比为2%，取800KN；顶出缸公称顶出力取主缸公称吨位的五分之一，取650KN；顶出缸回程力为主液压缸公称吨位的十五分之一，210KN行程速度主液压缸快速空行程V=40mm/s工作行程V=10mm/s回程V=40mm/s顶出液压缸顶出行程V=50mm/s回程V=80mm/s三、确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸〔一〕主液压缸A.主液压缸内径D：根据GB/T2346-1993，取标准值D主=400mmB.主液压缸活塞杆径d:根据GB/T2346-1993，取标准值d主=250mmC.主液压缸有效面积：〔其中A1为无杆腔面积，A2为有杆腔面积〕D.主液压缸实际压制力和回程力:E.主液压缸的工作力:〔1〕主液压缸的平衡压力〔2〕主液压缸工进工作压力〔3〕液压缸回程压力〔二〕顶出液压缸A.顶出液压缸内径:根据GB/T2346-1993，取标准值B.顶出液压缸活塞杆径根据GB/T2346-1993，取标准C.顶出液压缸有效面积〔其中A3为无杆腔面积，A4为有杆腔面积〕D.顶出液压缸的实际顶出力和回程力E.顶出压缸的工作力四、液压缸运动中的供油量计算〔一〕主液压缸的进出油量A.主液压缸空程快速下行的进出油量：B.主液压缸工作行程的进出油量：C.主液压缸回程进出油量：〔二〕顶出液压缸退回行程的进出油量A.顶出液压缸顶出行程的进出油量：B.顶出液压缸退回行程的进出油量：五、确定快速空程供油方式，液压泵规格，驱动电机功率〔一〕液压系统快速空程供油方式由于供油量大，不宜采用由液压泵供油方式，利用主液压缸活塞等自重快速下行，形成负压空腔，通过吸入阀从油箱吸油，同时使液压系统规格降低档次。〔二〕选定液压泵的流量及规格设计的液压系统最高工作压力P=25MPa，主液压缸工作行程，主液压缸的无杆腔进油量为：主液压缸的有杆腔进油量为:顶出液压缸顶出行程的无杆腔进油量为：设选主液压缸工作行程和顶出液压缸顶出行程工作压力最高〔P=25MPa〕工件顶出后不需要高压。主液压缸工作行程〔即压制〕流量为75.36L/min，主液压缸工作回程流量为229.6L/min，选用5ZKB732型斜轴式轴向柱塞变量泵，该泵主要技术性能参数如下：排量234.3ml/r，额定压力16MPa，最大压力25MPa，转速970r/min，容积效率96%。该液压泵根本能满足本液压系统的要求。〔三〕液压泵的驱动功率及电动机的选择主液压缸的压制力与顶出液压缸的顶出工作压力均为P=25MPa，主液压缸回程工作压力为10.45MPa，顶出液压缸退回行程工作压力为18.58MPa，液压系统允许短期过载，回此快速进退选10.45MPa，q=200L/min，工进选P=25MPa，q=75.36L/min，液压泵的容积效率ηv=0.96，机械效率ηm=0.95，两种工况电机驱动功率为：由以上数据，查机械设计手册，选取Y280S-6三相异步电动机驱动液压泵，该电动机主要性能参数如下：额定功率45KW，满载转速980r/min。六、选取液压系统图〔一〕液压系统图〔二〕电磁铁动作表动作顺序1YA2YA3YA4YA5YA6YA主液压缸快速下行++慢速加压+保压卸压回程+停止顶出缸顶出+退回+压边+浮动拉伸+〔三〕油箱容积上油箱容积：根据GB2876-81标准，取其标准值630L。下油箱容积：根据GB2876-81标准，取其标准值1600L。七、液压系统工作油路分析A．启动：电磁铁全断电，主泵卸荷。主泵〔恒功率输出〕--电液换向阀7的M型中位--电液换向阀17的K型中位--油箱B．液压缸15活塞快速下行：1YA，5YA通电，电液换向阀7右位工作，控制油路经电磁换向阀12翻开液控单向阀13，接通液压缸15下腔与液控单向阀13的通道。进油路：主泵〔恒功率输出〕--电液换向阀7--单向阀8--液压缸15上腔回油路：液压缸15下腔--单向阀13--电液换向阀7--电液换向阀17的K型中位--油箱液压缸活塞依靠重力快速下行形成负压空腔：大气压油--吸入阀11--液压缸15上腔C．液压缸15活塞接触工件，慢速下行〔增压行程〕：液压缸活塞碰行程开关2XK使5YA断电，切断液压缸15下腔经液控单向阀13快速回油通路，上腔压力升高，同时切断〔大气压油--吸入阀11--上液压缸15上腔〕吸油路。进油路：主泵〔恒功率输出〕--电液换向阀7--单向阀8--液压缸15上腔回油路：液压缸15下腔--顺序阀14--电液换向阀7--电液换向阀17的K型中位--油箱D.保压：液压缸15上腔压力升高到达预调压力，电接触压力表9发出信息，1YA断电，液压缸15进口油路切断，〔单向阀8和吸入阀11的高密封性能确保液压缸15活塞对工件保压，利用液压缸15上腔压力很高，翻开外控顺序阀10的目的是防止控制油路使吸入阀11误动而造成液压缸15上腔卸荷〕当液压缸15上腔压力降低到低于电接触压力表9调定压力，电接触压力表9又会使1YA通电，动力系统又会再次向液压缸15上腔供给压力油……。主泵〔恒功率输出〕--电液换向阀7的M型中位--电液换向阀17的K型中位--油箱，主泵卸荷。E．保压结束，液压缸15上腔卸荷后：保压时间到位，时间继电器电出信息，2YA通电〔1YA断电〕，液压缸15上腔压力很高，翻开外控顺序阀10，大局部油液经外控顺序阀10流回油箱，压力缺乏以立即翻开吸入阀11通油箱的通道，只能先翻开吸入11的卸荷阀，实现液压缸15上腔先卸荷，后通油箱的顺序动作，此时：主泵1大局部油液--电液换向阀7--外控顺序阀10--油箱F．液压缸15活塞快速上行：液压缸15上腔卸压到达吸入阀11开启的压力值时，外控顺序阀10关闭。进油路：主泵1--电液换向阀7--液控单向阀13--液压缸15下腔回油路：液压缸15上腔--吸入阀11--油箱G．顶出工件液压缸15活塞快速上行到位，碰行程开关1XK，2YA断电，电液换向阀7复位，3YA通电，电液换向阀17右位工作。进油路：主泵1--电液换向阀7的M型中位--电液换向阀17--液压缸16下腔回油路：液压缸16上腔--电液换向阀17--油箱H.顶出活塞退回：4YA通电，3YA断电，电液换向阀17左位工作进油路：主泵1--电液换向阀7的M型中位--电液换向阀17--液压缸16有杆腔回油路：液压缸16无杆腔--电液换向阀17--油箱I.压边浮动拉伸：薄板拉伸时，要求顶出液压缸16无杆腔保持一定的压力，以便液压缸16活塞能随液压缸15活塞驱动一同下行对薄板进行拉伸，3YA通电，电液换向阀17右位工作，6YA通电，电磁阀19工作，溢流阀21调节液压缸16无杆腔油垫工作压力。进油路：主泵1--电液换向阀7的M型中位--电液换向阀17--液压缸16无杆腔吸油路:大气压油--电液换向阀17--填补液压缸16有杆腔的负压空腔八、计算和选取液压元件根据上面计算数据，查液压设计手册选取液压元件如下：序号元件名称实际流量规格1斜轴式轴向柱塞变量泵227L/min5ZKB7322齿轮泵18L/minBBXQ3电动机Y802-4三相异步电机4滤油器245L/minWU-250×F5先导式溢流阀227L/minCG2V-8FW6溢流阀18L/minYF-L10B7电液换向阀227L/min24DY-B32H-Z8单向阀227L/minDF-L32H29压力继电器IPD01-H6L-Y10外控内泄型顺序阀227L/minXD4F-L32H11液控单向阀376L/minDFY-F50H212两位四通电磁换向阀18L/min24D-10H-TZ13液控单向阀227L/minDFY-F32H214顺序阀227L/minXD2F-L32H15主液压缸16顶出液压缸17电液换向阀227L/min24DY-B32H-Z18节流阀227L/minLDF-L32C19两位两通电磁换向阀227L/min22D-32B20先导式溢流阀227L/minCG2V-8FW21溢流阀227L/minYF-L32B九、液压系统稳定性论证〔一〕主液压缸压力损失的验算1.快速空行程时的压力损失快速空行程时，由于液压缸进油从吸入阀11吸油，油路很短，因此不考虑进油路上的压力损失，在回油路上，油管长度l=2m，油管直径d=32×10-3m，通过的流量q=3.83×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15℃，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。(1)确定油流的流动状态，回油路中液流的雷诺数为由上可知，回油路中的流动是层流。〔2〕沿程压力损失ΕΔpλ在回油路上，流速那么压力损失为〔3〕局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:元件名称额定流量实际流量额定损失实际损失液控单向阀250229.82168986电液换向阀*2250229.84675943假设取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，那么回油路总的压力损失为2.慢速加压行程的压力损失在慢速加压行程中，油管长度l=2m，油管直径d=32×10-3m，通过的流量进油路q1=1.26×10-3m3/s，回油路q2=0.77×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15℃，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。〔1〕确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数为回油路中液流的雷诺数为由上可知，进回油路中的流动是层流。〔2〕沿程压力损失ΕΔpλ在进油路上，流速那么压力损失为在回油路上，流速那么压力损失为〔3〕局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:元件名称额定流量实际流量额定损失实际损失单向阀8075.62182883电液换向阀250229.84337973顺序阀5046.23256133假设取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，那么进油路总的压力损失为回油路总的压力损失为3.快速退回行程的压力损失在快速退回行程中，主液压缸从顺序阀10卸荷，油路很短，压力损失忽略不计，油管长度l=2m，油管直径d=32×10-3m，通过的流量进油路q1=3.83×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15℃，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。〔1〕确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数为由上可知，进油路中的流动是层流。〔2〕沿程压力损失ΕΔpλ在进油路上，流速那么压力损失为〔3〕局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:元件名称额定流量实际流量额定损失实际损失单向阀250229.82168986电液换向阀250229.84337973假设取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，那么进油路总的压力损失为〔二〕顶出液压缸压力损失验算1.顶出行程的压力损失在顶出液压缸顶出行程中，油管长度l=2m，油管直径d=32×10-3m，通过的流量进油路q1=1.57×10-3m3/s，回油路q2=0.57×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15℃，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。〔1〕确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数为回油路中液流的雷诺数为由上可知，进回油路中的流动是层流。〔2〕沿程压力损失ΕΔpλ在进油路上，流速那么压力损失为在回油路上，流速那么压力损失为〔3〕局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:元件名称额定流量实际流量额定损失实际损失电液换向阀25094.2/34.2456791/7486假设取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，那么进油路总的压力损失为回油路总的压力损失为2.顶出液压缸退回行程的压力损失在慢速加压行程中，油管长度l=2m，油管直径d=32×10-3m，通过的流量进油路q1=0.9×10-3m3/s，回油路q2=2.51×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15℃，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。〔1〕确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数为回油路中液流的雷诺数为由上可知，进回油路中的流动是层流。〔2〕沿程压力损失ΕΔpλ在进油路上，流速那么压力损失为在回油路上，流速那么压力损失为〔3〕局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:元件名称额定流量实际流量额定损失实际损失电液换向阀25054/150.6418662/1451