毕业设计（论文）-液压驱动四柱加压工装脱模设计（0.6KN）

-PAGEIV-本科课程设计论文悬臂式加压固化工装脱模装置及其液压系统设计学院（系）：专业：学生姓名：学号：指导教师：评阅教师：完成日期：目录1绪论 11.1研究的背景 11.2国内外研究现状 11.3研究的目的 21.4研究的内容 32结构设计与分析 42.1整体结构设计分析 42.2脱模工装组件结构设计分析 42.3脱模油缸组件结构设计分析 63液压系统的设计与分析 43.1基本参数设定 43.2系统方案选择 43.3液压系统的设计 63.4液压系统的分析 74液压元件的计算与选型 84.1系统压力的选择 84.2脱模油缸的设计 84.2.1脱模油缸的参数计算 84.2.2脱模油缸的结构设计 104.2.3液压缸缓冲装置 144.2.4液压缸密封形式 144.3液压泵的选型 164.4电机功率的确定 174.5油箱的设计 174.5.1油箱容积计算 174.5.2油箱外形尺寸计算 184.6管路的设计 184.7液压元件选择 195液压系统的性能验算 225.1系统效率的估算 225.2发热温升估算及热交换器的选择 225.2.1发热温升估算 225.2.2液压系统散热估算 235.3压力损失验算 246控制系统设计 296.1电气控制原理图分析 316.2电器参数计算与选型 32结论 33参考文献 34致谢 35–PAGE20–PAGE21绪论1.1研究的背景现如今，随着模具行业的不断发展，脱模工装装置不断地被应用到实际的生产和生活中，那么加压固化工装脱模装置作为一种重要的脱模设备，满足了市场的需要。模具需求不断地增加，那么就需要厂商不断地生产，大批量生产后，应用于实际的生产和生活中。但是现如今这种装置及其液压系统会存在着产品类型的繁杂，效率大多数较低、功率损失大、噪声大、脱模力不足、保压不稳定、操作不安全等问题。针对解决这些问题是非常紧迫的任务。鉴于此，就需要设计一种新型的加压固化工装脱模装置及其液压系统，通过优化设计液压系统，大大减少了能量损失，提高了效率，增大了脱模力，稳定了系统等问题。1.2国内外研究现状液压被越来越广泛的应用到现实生活中各类大中小型机械中，液压系统在机械操作过程中已被普及，现如今，液压的设计至关重要，液压设计的好坏直接关系着整个机器的功能动作的实现性、可靠性与经济性。在国外，对于液压的研究较早，上个世纪初就开始了液压研究，五六十年代液压技术开始突飞猛进，液压不断地被应用于各行各业中，用于驱动机器设备的运转，通过液压技术实现大的驱动力，提高了效率，降低了成本。国外在较早的时间就实现了机械设备的液压化，现在都已全面的使用液压伺服比例控制液压系统，数字化控制，采用计算机技术进行PLC集中控制，智能化控制，以及数字化仿真技术，对于系统进行优化设计。其中与之配套的泵阀厂家也越来越多，其中国外比较著名的公司是德国的Rexroth、Bosch等公司，都可以提供全套的液压系统配套的比例伺服控制液压系统，随着配套厂家的高标准化的技术注入，现在国外对于加压固化工装脱模装置及其液压系统的研发已经到了一个世界先进水平。在国内，对于四立柱加压固化工装脱模装置及其液压系统得研究相对于国外比较晚，国内最开始都靠引进国外的先进技术来满足市场需求。随着技术的发展，液压的普及，国内开始对于脱模工装进行了深入的研发设计。我国模具工装制造业发展越来越迅速，随着计算机技术不断地普及，先进的计算机技术也被应用到四立柱加压固化工装脱模装置及其液压系统上，但是相对于其他国外的国家来说，我国的四立柱加压固化工装脱模装置及其液压系统研发起步较晚，相应的智能化水平也不高，普及也不广泛，理论研究还有待加强，控制系统还有诸多问题等等。1.3研究的目的通过对加压固化工装脱模装置及其液压系统进行研究，研究具体实现什么动作，然后对液压系统方案进行分析，初步拟定系统原理图，用来实现各个动作，实现动作后再对每个动作的工况进行分析，计算，校核。这种设计研究为了实现：（1）紧凑的液压泵站布局，液压系统简单可靠。（2）采用集成单元，集成阀组的形式，节约空间，同时实现集中控制。（3）采用电磁阀，利用PLC集中控制，提高了智能化控制水平。（4）设置保压回路、锁紧油路，使得夹紧装置稳定的保持夹紧力不变，进而使得整个夹紧装置的稳定性。1.4研究的内容本文主要是对一种加压固化工装脱模装置及其液压系统进行分析计算和设计。主要内容如下：（1）了解本次设计的具体要求和目的，带着要求和目的去查阅相关资料，了解现在的上料机液压系统具体的研究水平和发展状况。（2）通过了解具体现状后，结合本次设计的题目和内容参数进行综合优化，综合设计，对系统进行初步设计，然后进行分析，计算，校核；（3）对油缸参数进行详细的计算，对油缸的结构进行设计，根据系统参数选择合适的液压元器件；（4）绘制液压系统原理图、二维总装配图图、零件图等；2结构设计与分析2.1整体结构设计分析图2.1加压固化工装脱模装置结构示意图加压固化工装脱模装置的结构如上图2.1所示，主要由底座焊合、导轨、护板、油缸支座、滑道油缸、悬臂梁组件、悬臂油缸、悬臂底座、脱模工装组件、冲头、油缸法兰盘、油缸销轴、移动平台组件、脱模油缸、紧固件等部分组成。整个加压固化工装脱模装置设置在底座焊合上，上方设置三个滑道，通过两个滑道油缸驱动整个脱模组件移动，旁侧设置一个悬臂底座和一个悬臂梁组件，通过两个悬臂油缸控制上下运动，悬臂梁组件上方的一端安装脱模油缸，用于脱模。移动底板的移动依靠两个滑道油缸的驱动，控制脱模组件移动到脱模油缸下侧，实现脱模。脱模是通过脱模油缸控制冲头来实现脱模，整个脱模组件设置在移动底板上，外侧设置一个护板进行对模具的保护。2.2脱模工装组件结构设计分析1-上模2-螺栓3-螺母4-下模图2.2加压固化脱模工装结构示意图加压固化脱模工装的结构如上图2.2所示，主要由上模、螺栓、螺母和下模等4部分组成。整个加压固化脱模工装设置在底座焊合上的移动小车上，通过移动小车的运输，达到加压固化的脱模装置上，控制移动平台，使得冲头到达上模的模嘴处，然后控制脱模油缸运动，进而控制冲头下压，实现了工装脱模的功能。脱模工装整体采用碳钢材料加工后装配，同时增加壁厚到20mm，满足整个脱模的强度和刚度要求，实现稳定脱模。2.3脱模油缸组件结构设计分析图2.4加压固化脱模工装脱模油缸结构示意图油缸组成：缸筒焊合、左端盖、导向套、活塞、活塞杆、垫片、螺母、耳环、关节轴承、密封件、保持架、螺钉。当压力油由右面油口进入时，油液经过环形节流孔进入到油缸缸杆的右端面，进而作用在缸杆右端面和活塞右端面，当压力油持续升高时，油液推动缸杆伸出，从而实现油缸伸出动作；当压力油由左面的油口进入时，油液经过流道进入到活塞左端面，当油液压力持续升高时，油液推动缸杆收缩，从而实现油缸缩回动作。当油缸缩回的时候往往会产生剧烈撞击，不稳定，所以在油缸的右端设置一个环形节流孔通油，这样会形成节流效果，从而起到缓冲作用，使油缸在工作中更加平稳有效。3液压系统的设计与分析3.1基本参数设定系统额定压力：0.1MPa系统最大压力：1MPa系统流量：40L/min脱模力：0.6KN脱模压口直径0.28m脱模速度：0.005m/s3.2系统方案选择一般来说，常规的液压系统分为开式回路和闭式回路两种。因为此次设计的是四立柱加压固化工装脱模装置及其液压系统的设计，结合相关文献，我们知道，四立柱加压固化工装脱模装置及其液压系统需要采用开式回路，这样才能更好的满足性能要求，同时对于开式回路有很多优点，满足功能的同时，对于系统来说控制比较简单，油路回路比较简单，维修也比较方便，很好的满足此次设计的目的。(1)确定执行元件的类型因为需要执行脱模和平台移动功能，设置两种油缸，即一个脱模油缸和两个平台移动油缸。通过控制油缸的缸杆伸出与缩回，实现脱模和移动的功能。(2)确定液压泵类型通常来说，我们在液压系统中会用到两种泵，一种是定量泵，一种是变量泵。对本次设计的四立柱加压固化工装脱模装置及其液压系统进行了详细的分析和计算，可知，本文的工况较为复杂，油路的流量一直是变化的，那么变化的流量对于提供动力油源的泵的要求就是能根据负载的变化而改变动力油源的排量，进而改变系统的流量，来适配整个系统的所需的流量，满足流量的要求。所以本文设计的四立柱加压固化工装脱模装置的液压系统采用变量泵来提供油源的动力。采用变量泵的时候，那么整个液压系统就会大大减少能量损失和浪费，一直是适配整个系统的流量的，同时变量泵的反馈较为准确和及时，很好的降低能源的消耗。(3)调速回路由于四立柱加压固化工装脱模装置的液压系统已经设计确定了变量泵作为整个液压系统的动力油源的供油方式，即采用变量泵的供油方式，那么变量泵就决定了这个系统的调速方式不能采用容积式的调速方式，所以，我们只能采用利用系统油路中的节流的方式进行调节，节流调速。通常我们设计液压油路的时候设计节流调速，这种节流调速又可分为进口的节流调速和出口节流调速这两种的节流调速形式，经过详细分析可以知道，对于进口节流调速而言，是对油源进行的节流调速形式，这样可以很好的稳定油路，油路的稳定就会使得本次的液压系统较为稳定，如果液压系统稳定，那么他的执行方式就会很稳定，所以本次设计的执行元件油缸在动作的过程中因为采用进口节流调速的形式使得动作过程比较稳定，运行比较可靠。(4)选择控制元件由于本次设计的四立柱加压固化工装脱模装置的液压系统需要实现脱模和移动动作，设计采用两种油缸，实现脱模和上下移动，所以需要两个三位四通电磁换向阀驱动两种油缸的伸缩。(5)调速阀的选择由于本系统需要控制速度，所以设置两个叠加式双向节流阀用于调节系统里的油缸的速度。(6)选择保压控制方案选择通过以上分析可知，设置出了两套工作方案。如图2.1所示，本次设计的四立柱加压固化工装脱模装置的液压系统需要满足让油缸可以很好的安全可靠的停止在需要位置，那么就需要在停止的时候，油缸得被锁死，油液被锁死，所以采用的三位四通电磁换向阀的中间位置需要能锁死油路，或者在支路中加入一种元件能很好的锁死整个油路。通过分析可知，采用一个双向液压锁去锁死油路的方案是最优的，同时下面搭配一个Y型机能的三位四通电磁换向阀，用来实现控制油缸的伸缩。还有一种是直接采用中位四个油路都截止的电磁换向阀来直接锁死支路，但是这总情况下使用不可靠，因为电磁换向阀都是滑阀的形式，阀体与阀芯配合的间隙是存在的，既然有间隙存在，如果锁死油路，油路油压较大，大的压力会把油液进一步挤入缝隙，然后泄露出来，压力越大，泄露量就较大。但是采用双向液压锁来控制，利用两个单向阀并联的形式组成的双向液压锁，因为单向阀的形式就是线密封，无论单向阀的阀芯是圆形还是锥形，与阀体或者阀套的配合是一条线，用线密封，这样如果加工要求满足，那么就是直接能密封住，相对于滑阀的形式，采用这种线密封的形式，这样才能保证整个机构的稳定性，才能保证整个四立柱加压固化工装脱模装置的脱模和移动过程很好的满足要求。（a）换向阀Y型机能（b）换向阀O型机能方案一方案二1-液控单向阀；2-三位四通电磁换向阀Y型机能；3-三维四通电磁换向阀O型机能图3.1保压控制方案3.3液压系统的设计图3.2液压系统原理图3.4液压系统的分析通过方案分析，最终设计出了如上图3.2所示的悬臂梁加压固化工装脱模装置的液压系统原理图。本原理图由一个变量泵提供动力油源，分三个支路，分别为脱模系统、移动平台控制系统和悬臂梁控制系统。脱模系统：启动电机4，然后带动泵3工作，泵从油箱吸油供应给两个子系统。首先油液到达电磁换向阀11.1的P口，中位堵死状态，油路不通，当控制电磁阀11.1的2YA电磁铁通电，右位工作，油液从P口到达A口，然后经过液压锁12.1和节流阀13.1到达脱模油缸15的无杆腔，驱动油缸缸杆伸出实现下压脱模；当控制电磁阀11.1的1YA电磁铁通电，左位工作，油液从P口到达B口，然后经过液压锁12.1和节流阀13.1到达脱模油缸15的有杆腔，驱动油缸缸杆缩回，实现回程。安全阀14.1是维持子系统安全压力，当超过此值时，溢流稳定油路的压力；液压锁用来锁死油缸位置，进而维持夹紧力；溢流阀7主系统的压力设定装置。蓄能器吸收震荡。移动平台系统：启动电机4，然后带动泵3工作，泵从油箱吸油供应给两个子系统。首先油液到达电磁换向阀11.3的P口，中位堵死状态，油路不通，当控制电磁阀11.3的6YA电磁铁通电，右位工作，油液从P口到达A口，然后经过节流阀13.3到达滑道油缸16.1和16.2的有杆腔，驱动油缸缸杆缩回，实现平台左移；当控制电磁阀11.3的5YA电磁铁通电，左位工作，油液从P口到达B口，然后经过节流阀13.3到达滑道油缸16.1和16.2的无杆腔，驱动油缸缸杆伸出，实现平台右移。悬臂梁控制系统：启动电机4，然后带动泵3工作，泵从油箱吸油供应给两个子系统。首先油液到达电磁换向阀11.2的P口，中位堵死状态，油路不通，当控制电磁阀11.2的4YA电磁铁通电，右位工作，油液从P口到达A口，然后经过液压锁12.2和节流阀13.2到达悬臂油缸17.1和17.2的有杆腔，驱动油缸缸杆缩回，实现悬臂下移；当控制电磁阀11.2的3YA电磁铁通电，左位工作，油液从P口到达B口，然后经过液压锁12.4和节流阀13.2到达悬臂油缸17.1和17.2的无杆腔，驱动油缸缸杆伸出，实现悬臂上移。4液压元件的计算与选型4.1系统压力的选择压力的选择需要考虑到很多因素，在一个液压系统中，压力需要首先根据执行机构的类型分类来区分具体的压力等级，然后再根据负载力去决定初始的系统额定压力，根据压力进行参数计算后调整到最优值。本文油缸受力最大即为脱模力：600N具体选择可参考下表4.1和4.2。表4.1按载荷选择工作压力载荷/kN＜55～1010～2020～3030～50＞50工作压力/MPa＜0.60.6～2.32.4～3.33.1～4.34.2～5.3≥5.5表3.2各类设备常用的工作压力设备类型压力范围/MPa压力等级说明设备类型压力范围/MPa压力等级说明加工机床等＜7低压需要可靠的液压系统重型机械，如挖掘机等21～31.5高压大的负载力农业用机械，工程用机械7～212中压常规的液压系统耐压机械，耐压试验设备＞31.5超高压测试，超大负载综上可知，考虑到本机实际，取系统压力0.1MPa。4.2脱模油缸的设计4.2.1脱模油缸的参数计算（1）油缸的缸径设计计算已知油缸受到最大力为0.6KN，系统工作压力P=0.1Mpa，则缸筒内径：D==参照标准系列表，取D=100mm其中：D——液压油缸的缸筒的内径F1——液压油缸受到的最大的外负载力P——液压油缸在工作的时候的最大的液压压力η——液压油缸的总效率，通常取η=80%（2）液压缸壁厚设计计算当壁厚δ＞油缸内径的时候，即δ＞时，按厚壁筒公式计算：δ=当壁厚δ小于或等于油缸的缸径D的时,按薄壁筒公式计算,δ=式中：P——液压缸最大工作压力（MPa）[σ]——许用应力（Mpa），[σ]=，其中，σb为材料强度极限，n为安全系数；通常取n=3.5～5，δ——缸筒的壁厚（mm）查阅相关资料可得，45号钢的σb=600Mpa，中大型的工况，所以它的安全系数取12，对应的[σ]=。薄壁公式计算：δ≥用薄壁筒公式正确。考虑留有加工余量，取δ=10缸体外径尺寸：D1＝D+2＝100+2×10＝120mm（3）活塞杆设计计算因为油缸的公称压力为0.1MPa,选取速比为2一般来说，油缸的速比的数值有一个计算公式，是需要计算得来的，速比就是常规的液压油缸的缸杆收缩的速度和液压油缸的伸出来的速度的一个比值，这个比值的大小即为速比，是一个数值。计算关系可以根据下列的式子进行计算，即：μ=根据设计经验，油缸的速比一般都是比1大的数值，代表的含义是，如果速比的值较大，说明油缸的缸杆的直径就会越大，缸杆就越粗，缸杆直径大的话，这样就会增加油缸的稳定性，使得油缸在动作的时候比较稳定，速比的值μ在1.25～2范围内变化。取μ=2。d=D式中：d——油缸缸杆的外径尺寸；D——油缸缸筒的内径尺寸；径μ——速度比圆整并参考缸杆尺寸标准，取：d=75mm；所以脱模油缸的基本参数为：缸筒内径D=100mm，缸筒外径D1=120mm，缸杆直径d=75mm，行程根据实际设定。4.2.2脱模油缸的结构设计（1）油缸缸筒对于一个液压油缸来说，油缸的缸筒是整个油缸的载体，至关重要，我们常用的活塞式的油缸，他的缸筒和端盖之间的连接方式都有相关的要求，也和油缸的用途、油缸的工作的额定压力这些因素有关系。端盖：油缸的端盖一般有前端盖和后端盖两种，前端盖需要密封，通过密封件进行配合密封，前端盖里侧设置一个导向套，用于缸杆的导向作用，同时加以设置密封装置进行密封，此密封采用滑动密封。后端盖一般起到固定油缸，连接油缸的固定支座的作用，一般来说后端盖是与缸筒焊接而成一体的。对于一个液压油缸来说，它的缸筒和端盖的连接方式有很多种，主要是以下几种，有拉杆、法兰、焊接、外螺纹、外卡环、内螺纹、内卡环和挡圈等八种连接形式。其中焊接连接型只用于缸筒与后端盖的连接。油缸一般用于比较恶劣的工况条件下，会经常受到猛烈的冲击，瞬时的高压作用，这样就会要求整个油缸需要有一定的强度和刚度来满足这些要求，焊接的油缸缸筒不仅需要有足够的强度和刚度，同时还要有较好的焊接性能，这样才能保证整个油缸的使用效用。当前，油缸材料多种多样，但是最常用的材料就是热轧的或者冷拔的无缝的钢管作为油缸的缸筒的材料。具体材料性能见表4.4：表4.4缸筒材料性能材料抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）伸长率（％）硬度（HV）20475420-4608.2155-16535615510-5606.3175-19545715600-6504.2215-23527SiMn915830加缸筒的工艺：一般来说缸筒内径采用的公差配合有八级，九级和十级。缸筒内径的粗糙度：为Ra为0.4-0.1。缸筒内径形位公差：圆柱度需要八级或者九级的精度要求、圆度也需要八级或者九级的精度要求。油缸缸筒端面垂直度：一般来说缸筒断面需要保证垂直度，可以使得端盖更好的配合，防止漏油，一般取精度为七级的精度等级。缸筒端部螺纹连接：螺纹需要有较高的强度要求，同时需要螺距较小，保证密封性较好，所以需要用到细牙螺纹，精度等级采用六级的精度等级。一般油缸通液压油，环境较为恶劣，就需要有特殊的处理要求，对于常规的油缸来说，内壁是需要镀一层铬，这样才能保证油缸不被腐蚀，镀层厚度为30-40μm，镀后珩磨或抛光。缸筒的内壁的圆柱度需要保证，如果圆柱度不好，就会导致卡顿现象，油缸的伸出和缩回都会受到阻碍，所以一定要保证圆柱度，圆柱度一般为0.02-0.05，保证圆柱度的同时还需要保证它的粗糙度，粗糙度一般为0.4，除了保证这些技术要求外，还要对他的尺寸公差和形位公差进行保证，这样整体都满足条件后，油缸才能正常的运转，才能平稳的高效的执行油缸的基本动作，执行动作的时候才不会发生漏油的现象，也不会发生因尺寸要求不合格而发生卡顿的现象出现，这样就会整体提高油缸的运动效率。缸筒加工要求见图4.1：图4.1缸筒加工要求（2）油缸活塞杆A活塞杆的杆体一般来说，油缸的缸杆会分为实心的缸杆和空心的缸杆，对于实心的缸杆来说，加工起来比较容易，所以他的应用最广泛。有时候也会用到空心缸杆，空心缸杆的d/D比值较大或者杆体内部有位置传感器等场合，安装时一定注意防止磕碰现象[12]。两种结构见图3.2图4.2实心与空心杆结构B活塞杆的外端结构油缸的外端一般来说与执行的机构进行连接的部位，形式多种多样，一般结构有以下几种形式。具体见下如3.3。图3.3活塞杆外端部连接结构形式活塞杆的材料及相关特性详见下表4.5。表4.5活塞杆材料性能材料抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）伸长率（％）热处理35≥530≥33015.5调质45≥610≥33013.5调质502≥620≥35014.5调质35CrMo≥930≥84012.5调质Cr18Ni9≥530≥23045.5淬火油缸的活塞杆一般要求比较严格，具有一定的强度、刚度、耐磨性、抗腐蚀性，硬度等性能要求，所以对于油缸的活塞杆加工和热处理都有具体的要求和标准。油缸的缸杆需要进行表面的硬度加层，一般镀硬铬，厚度15-25μm。如果使用油缸的时候工作条件比较恶劣，同时还会伴随着一定的腐蚀性，那么就需要进行防腐蚀的处理。油缸的缸杆外径是有一定的公差要求，一般为f七级到九级，直线度需要满足≤0.02mm/100mm，油缸的缸杆表面需要特别光滑，以至于可以在缸体里滑动，减少磨损，这就要求表面粗糙度≤0.3-0.5μm。油缸的缸杆的外径一般需要有圆柱度的要求，圆柱度的公差等级一般选用八级精度的公差等级。活塞杆材料：无缝钢管45。本文采用的是实心的活塞杆，活塞杆外径公差是f9。（3）液压缸活塞活塞结构形式：螺纹或卡键与活塞杆相连形式。本文设计的液压缸的活塞采用螺纹连接形式，通过活塞与活塞杆配合，然后通过螺母进行固定。活塞与活塞杆之间采用间隙配合，配合面之间的密封为固定密封，通常采用O形圈密封的形式进行密封，密封槽在活塞杆上，加工比较方便。（4）液压缸导向套导向套的作用是为液压缸的缸杆伸出与缩回进行固定导向的，可以保证运动的平稳性和准确性，起到一个支撑作用，导向套一般用45号钢加工而成，还能起到密封的作用。导向套滑动支承面的长度一般是0.6～1.0倍的活塞杆直径。4.2.3液压缸缓冲装置液压缸在运动的时候是缸杆的不断的伸出与缩回，同时有急停急起的频繁动作，在这些过程中就会产生局部的压力油的碰撞，瞬时增大的压力，这些高压油液就会对油缸的各个零部件进行冲击，大的冲击就产生了一些噪音，同时还会造成对液压缸的零部件的破坏，那么，设计液压缸，必须设计缓冲回路，这样才能提高液压缸的寿命和使用性能。4.2.4液压缸密封形式密封件是液压缸设计中必不可少的一环，因为液压缸属于来回往复运动的执行元件，同时大多数都是高压油驱动，那么就会对密封的性能和效果要求较高，如果密封不好，会造成液压缸漏油，降低液压缸的效率，漏油严重，甚至会损坏液压缸，功能实现不了的情况出现。下面介绍几种常见的密封形式。1.间隙密封间隙密封就是两个零件相互运动，同时两个零件之间存在一定的间隙，利用这种配合来完成的这种油液的密封形式叫做间隙密封，间隙密封在油缸设计中应用较少，在阀和泵中应用的特别多。2.接触密封接触密封就是与被密封区间进行添加密封件，这种密封件被挤压接触，受到挤压后，就会把两个面紧紧压死，这样就会起到密封效果。下面介绍几种在液压中比较常用的。（1）O形密封圈O形密封最常用，形状为圆形，材料一般为NBR。主要是在两个零件如果发生相对移动，因为存在间隙，所以需要密封，这时候O形圈是最适合这种方式的密封。一般来说，O形圈未被挤压的时候是大于沟槽尺寸的，当放入沟槽中，就会受到挤压，这时候多余的材料就会被挤压填充到沟槽中，实现了紧密的贴合，这样就会保证整个封油效果。O型圈的尺寸和规格是有具体要求的，当采用挡圈与O型圈配合的时候，挡圈的尺寸和规格需要是标准系列的，即相应型号的O型圈搭配相应的挡圈，同时搭配后开设相应的沟槽，沟槽也是与之适配的，尺寸都是有具体的要求和公差范围。图3.4O型密封件示意图(2)U唇形密封圈唇齿密封的形式特别多，种类各式各样，在液压密封中应用很多，具体形状如下图3.5所示，是有两个类似于唇的凸起，中间会有凹进去的一个槽，需要把槽对着被密封的高压油，当油液充满密封件的时候，首先会来到凹槽里，高压就会把两个唇形向外扩张，扩张的唇形就会紧紧的挤压配合零件的内壁，实现密封的效果，一般用于活塞和缸筒内壁，活塞杆和导向套上。图3.5U型密封件（3）组合密封组合密封就是利用一个O形圈，利用一个滑动环组合而成，所以叫组合密封圈，O型圈最开始被滑动环挤压，就会产生反向力，反向力挤压滑动环，使得滑动环与被滑动的物体表面紧紧贴合，实现滑动的同时，保持完美的密封，这种密封应用的特别广泛，同时造价比上述的高。图3.6组合密封圈综上所述：综合考虑后，本文选用滑动密封件。4.3液压泵的选型1、泵的压力的确定（1）液压泵的最大工作压力Pp式中：P1—液压系统最大工作压力；P1=1MPa—进油路上总压力损失，=0.5MPa（简单系统0.2-0.5MPa，复杂系统0.5-1.5MPa）则：PP≥1+0.5=1.5MPa对于液压泵来说，选取的时候一定根据最大压力先确定一个安全值压力，一般比系统的最大压力还要大一个百分比，一般要比最大工作压力大25%～60%∴选取的液压泵要求压力为2、液压泵流量的确定式中：K—系统泄露系数，一般取K=1.1～1.3，这里取K=1.2；—液压系统里所有液压原件的最大流量之和，=40L/min则：=1.2×40=48L/min故选择液压泵供油，型号为A10VSO45LRDS，压力自使用负载而变化，额定流量68L/min。4.4电机功率的确定驱动功率为：式中：—最大压力，=1.875MPa—最大流量，=48L/min—总效率，=0.95则：电动机一般允许在短时间内超载0-25%，因此，取电机的功率为2.2KW。本文选取变频电机选定Y100L1-4型三相异步变频电动机，其额定功率为2.2KW，同步转速为1450r/min，这样才能保证利用此功率的电机去带动液压泵的运行动作。4.5油箱容积计算4.5.1油箱容积计算油箱容量可按下面的经验公式计算得到；也可按系统发热温升计算公式确定。V=nQp式中:V-油箱的有效容积(L)；Qp-液压系统的额定流量(L/min)；低压系统n=2~4，中压系统n=5~7，高压系统n=10~12。由上式可知V=nQp=5×48=240（L)因为对于液压油箱来说，油液是不能装满整个油箱的，通常油液占据油箱的位置大概是三分之二的位置，所以对于理论计算出的油箱的体积是小于实际油箱的体积的。通常会按照一个范围进行计算后的数值的估算，油箱要比计算值大10%-25%所以，本次设计的油箱需要大于240L，通过参照实际标准油缸的体积，油箱设计为315L油箱具体尺寸根据实际工况进行设计，总体积可以≥315L4.5.2油箱外形尺寸计算油箱有效尺寸高、宽、长之比可以取1:2:3，设高为X，则有效容积为1X×2X×3X计算可得：0.375m×0.750m×1.125m表4.6油箱容量JB∕T7938-199946.3102540631001602503154005006308001000125016002000315040005000630004.6管路的设计管道内径一般根据所通过的流量和允许流速，按下式计算：式中：q—在管道里流过的最大的流量；ν—液压油管内壁允许油液流通的最大速度；d—液压油管的内径；δ—油管内径与外径中间的厚度，即壁厚；p—油管内部流通油液的最高的油液压力；σb—油管的抗拉强度符号；n—安全系数。液压油路中的泵的吸油管路：一般对于吸油管来说，允许流速是一个范围，通常为0.5-1.5m/s，取v=1.5m/s，对于吸油管来说，材料可以选用抗拉强度比较好的冷拔钢管，管号为10号，钢管外径为40mm，吸油管初步选择为10号冷拔无缝钢管，钢管内径为35mm，吸油管管壁厚取3mm。依据相同的公式计算方法可以计算出：回油管钢管内径30mm，壁厚3mm,系统压力管内径20mm，壁厚3mm。4.7液压元件选择表4.7各液压元件型号选择序号液压元件名称型号数量1吸油过滤器XU-16012单向阀S1013电机Y100L1-414泵A10VSO4515溢流阀DB616回油过滤器RF17电磁换向阀4WE6Y38蓄能器NXQ19节流阀MK6310叠加式双向液压锁Z2S6211安全阀DBD6112液位计YWZ113空气滤清器QUQ3114压力表Y-1001（1）电磁换向阀系统要求额定流量40L/min,考虑到系统执行元件为油缸，系统动作时候，最大流量达到48L/min，此时选用力士乐6通径的电磁换向阀4WE6Y，压力31.5MPa,流量可达到60L/min。（2）溢流阀系统要求额定流量40L/min,考虑到系统执行元件为油缸，系统动作时候，最大流量可能达到48L/min，此时选用力士乐6通径的溢流阀，DB6，压力31.5MPa,流量满足系统瞬时60L/min。（3）节流阀系统要求额定流量40L/min,考虑到系统执行元件为油缸，系统动作时候，最大流量可能达到48L/min，此时选用力士乐6通径的节流阀MK6，压力31.5MPa,流量满足系统瞬时48L/min。（4）空气滤清器根据实际油箱的大小，以及承载的系统压力和流量，选用空气滤清器QUQ3。（5）联轴器根据电机输出轴轴径45mm和泵的输入轴轴径28mm，选择联轴器LK10-80-28-45。（6）电机根据泵所需功率计算，选定Y100L1-4型三相异步电动机，其额定功率为2.2KW，同步转速为1450r/min。（7）单向阀根据系统压力选择单向阀6通经，S6G，管式安装。（8）蓄能器根据系统压力选择囊式蓄能器NXQA。（9）过滤器根据系统压力和流量选择XU-160过滤器（10）液压泵泵型号为A10VSO45LRDS，压力自适应负载变化，额定流量68L/min。（11）叠加式双向液压锁系统要求额定流量40L/min,考虑到系统执行元件为油缸，系统动作时候，最大流量可能达到48L/min，此时选用力士乐6通径的叠加式双向液压锁Z2S6，压力31.5MPa,流量满足系统瞬时48L/min。5液压系统的性能验算5.1系统效率η的估算估算液压系统效率η时，主要应考虑液压泵的总效率ηp、液压执行器的总效率ηA及液压回路的效率ηc。η可由下式计算:η=ηpηAηc其中液压泵的总效率可由产品样本查得，液压执行器总效率一般取0.9-0.95。取ηp=0.833，ηA=0.95液压回路效率ηc可由下式计算：ηc=式中:Σp1q1

-各执行器的负载压力和负载流量(输入流量)乘积的总和；即所以η=ηpηAηc=0.833×0.95×0.44=0.355.2发热温升估算及热交换器的选择5.2.1发热温升估算液压系统的压力、容积和机械损失构成总的能量损失，这些能量损失都将转化为热量，使系统油温升高，产生一系列不良影响。为此，必须对系统进行发热与温升计算，以便对系统温升加以控制。液压系统发热的主要原因，是由于液压泵和执行器的功率损失以及溢流阀的溢流损失所造成的。因此，系统的总发热量H可按下式估算:H=Npi（1-η）式中:Npi-液压泵的输入功率(W)；η-液压系统效率即H=1.58（1-0.35）=1.027kw5.2.2液压系统散热估算液压系统中产生的热量，由系统中各个散热面散发至空气中，其中油箱是主要散热面。因为管道的散热面相对较小，且与其自身的压力损失产生的热量基本平衡，故一般略去不计。当只考虑油箱散热时，其散热量H0可按下式计算:H0=KA∆t式中:K-散热系数[W/(m2⋅℃)]计算时可选用推荐值:通风根差(空气不循环)时，K=8;通风良好(空气流速为1m/s左右)时，K=14~20;风扇冷却时，K20-25;用循环水冷却时，K=110-175;A-油箱散热面积(m2);∆t-系统温升，即系统达到热平衡时油温与环境温度之差(℃)。一般工作机械∆t≤35℃;工程机械∆t≤40℃;数控机床∆t≤25℃。当系统产生的热量H等于其散发出去的热量H0时，系统达到热平衡，此时∆t=H/(KA)当六面体油箱长、宽、高比例为1:1:1-1:2:3且液面高度是油箱高度的0.8倍时，其散热面积的近似计算式为:A=0.065由上两个式子可导出∆t

=式中:

V--

-油箱的有效容量。即

∆采用散热器。

6控制系统设计6.1电气控制原理图分析图6-1电气控制原理图1)在主回路中，对于KM1来说，是一个交流接触器，功能是用来控制主路的液压泵和液压泵驱动电机。2)如果电机发生过载，那么需要在电机的回路中加上一个过载保护装置，本原理图上加热继电器FR1，这样可以实现整个电机的热过载保护的功能，使得电机免于损坏，起到保护电机的作用。3)设置一个电源的总开关，即QF，电源总开关设置有两个功能。其一是能对主电路起到一个保护作用，短路的保护，其二是可以分段开三相交流电源，分开后可以方便维修。4)设置熔断器，即FU1，起到的功能是能对每个负载的回路进行一个短路的保护。FU2得作用是既能完成交流控制回路，又能PLC控制回路的短路保护。5)控制电路设置了电源指示HL。PLC供电回路采用隔离变压器TC，这样设置的好处是可以防止受到电源干扰。6)隔离变压器TC的选用是根据PLC耗电量的具体情况进行配置的，一般来说，可以设置标准型、变比1：1、容量100VA隔离变压器。7)泵、电源开关分别设置了指示灯用于提示开启状态，HL1、HL2由KM1-1接触器常开辅助触点控制。8)电机M要实现过载保护，需由热继电器FR1实现，将其常闭触点并联后与中间继电器KA3连接构成过载保护信号，不仅如此，KA3还能对电压起到转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号，然后传输给PLC完成过载保护控制功能。9)电磁阀1YA/2YA/3YA/4YA/5YA/6YA由继电器KA2-1,KA2-2,KA3-1,KA3-2,KA4-1,KA4-2触点控制。6.2电器参数计算与选型（1）分析断路器QF，脱扣电流。断路器就是供电系统的电源开关，他的主回路的控制的部分是电感性负载交流电机，断路器的过电流脱扣值一般有一个计算公式，通常按照电机启动电流的1.7倍取整计算。系统有1.5kW负载电动机一台，电动机选择自动开关QF脱扣电流IQF：IQF＝1.7IN=1.7×10A＝17A，选用IQF＝17A的断路器。（2）熔断器FU熔体额定电流IFU。表6-1元器件目录表序号文字符号名称数量规格型号备注1M电动机1Y系列三相交流异步电动机2FR1热继电器1JR16B-20/3参照电动机整定电流3FU1～FU2熔断器2RL1-20熔体2～20A4QF断路器1C45AD脱扣电流10A5TC隔离变压器1BK-100变比1：1，AC220V6SB1起动按钮1LAY37绿色7SB2停止按钮1LAY37红色8SB3转换开关1LAY37-D2手动/自动转换9KM1交流接触器1DJX-9线圈电压：AC220V10KA中间继电器3HH52P线圈电压：AC220V11HL指示灯2AD16-22LED显示，AC220V12YA电磁阀24WE6Y线圈电压：AC220V13PLC可编程序控制器1FX2N-48MR继电器输出结论本文针对悬臂式加压固化工装脱模装置液压系统进行深入研究设计，通过整体设计分析，具体开展的工作以及得出结论如下：本文设计研究主要展开以下设计内容：对于液压系统方面展开基本功能动作的确定，根据功能和工况分析设计满足执行机构要求的液压系统原理图，液压系统控制元件采用电磁换向阀，整个液压系统设置缓冲回路、卸油回路、调速回路和锁死回路，很好的满足整个装置的动作要求。采用集成块形式集中控制，解决了液压系统中的油箱大、能耗高、效率低、系统功率损耗过大、系统发热较多容易损坏元件的问题。详细的进行了液压系统原理图的设计及绘制、液压系统参数的计算、液压元件的选型、能量损失验算、热平衡验算、油箱设计、集成块设计的设计等。本设计具有现实的意义，通过以上设计步骤，综合设计出一种可以解决现实问题的同时满足功能要求的一种效率高、功能全、稳定性高、驱动力大、精度高、适配性强的悬臂式加压固化工装脱模装置及其液压系统，有着广阔的市场前景。

参考文献[1]李壮云.液压元件与系统[M].北京：机械工业出版社，2011.[2]宋鸿尧，丁忠尧等.液压阀设计与计算[M].北京:机械工业出版社,1982.[3]吴根茂.动态封闭容腔及其压力基本公式[J].流体传动与控制，2007（3）