挤压机液压传动系统及液压缸设计

1、.课程设计计算说明书 课程名称： 专业课程设计 题 目： 挤压机液压传动系统及液压缸设计 学 院： 机电工程学院 系： 机械系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： xxx班 学 号： xxxxxxxxxxx 学生姓名： xxx 起讫日期： 20xx.12.9 20xx.12.29 指导教师： xxx 职称： 教授 系分管主任： 审核日期： 20xx.12.6 .目录第一章 总体要求11.1设计目的11.2设计任务11.3进度安排11.4技术要求1第二章 挤压机液压系统原理设计22.1工况分析2 2.1.1运动分析2 2.1.2负载分析2 2.1.3负载循环图和速度循环图的绘制42.2

2、确定液压系统主要参数4 2.2.1初选液压缸工作压力4 2.2.2计算液压缸主要尺寸52.2.3绘制液压缸工况图72.3拟定液压系统原理图82.3.1调速回路的选择82.3.2选用执行元件92.3.3速度换接回路的选择9 2.3.4选择快速运动和换向回路9 2.3.5选择调压和卸荷回路9 2.3.6平衡及安全保护10 2.3.7组成液压系统原理图10 2.3.8系统图的原理10第三章 液压系统的元件选型123.1确定液压泵的规格和电动机功率123.1.1计算液压泵的最大工作压力123.1.2计算总流量123.2确定其它元件及辅件133.2.1确定油管133.2.2油箱的设计143.2.3确定阀

3、类元件及辅件 153.3主要零件强度校核153.3.1杆径d153.3.2缸盖和缸筒联接螺栓的底径15第四章 液压系统性能验算164.1 验算系统压力损失164.2 油液温升验算17第五章 液压缸的设计185.1液压缸主要尺寸185.1.1液压缸工作压力185.1.2液压缸内径D和活塞杆d185.1.3液压缸壁厚的确定和外径185.1.4液压缸工作行程195.1.5液压缸油口直径195.1.6缸盖厚度205.1.7最小导向长度20 5.2液压缸的结构设计215.2.1液压缸的组成225.2.2液压缸组件的连接225.2.3活塞及活塞杆处密封225.2.4液压缸的缓冲装置225.2.5液压缸排气

4、装置225.2.6密封装置22 5.3液压缸主要零件的材料和技术要求22第六章 总结23参 考 文 献25 .第1章 总体要求1.1设计目的1、应用液压传动及控制课程及其相关的理论知识，进行液压传动及控制系统综合设计实践，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深、提高和扩展。2、在设计过程中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方法，培养学生设计技能，提高分析和解决实际问题的初步能力。3、通过设计，学生应在计算、绘图和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行设计估算等方面得到实际训练。1.2设计任务1、进行工况分析、计算，拟定液压传动系统；2、主要液压元

5、件的设计计算和选择；3、液压辅助装置（油箱、滤油器、蓄能器、管路等）的计算、设计或选择；4、液压传动系统的验算和校核；5、液压传动系统的绘制；6、液压传动系统部件装配图、零件图的绘制；7、编写设计计算说明书。1.3进度安排第一周：设计准备、液压传动系统的设计与计算。第二周：液压部件或零件装配图的设计及绘制。第三周：编写设计计算说明书及答辩。1.4技术要求 设计挤压压力机液压传动系统，要求：实现快速下降压制快速退回原位停止的工作循环。运动部件自重G=5000N，快速下降外负载FR=100N，快速下降速度VR=6m/min，快速下降行程LR=80mm，压制时外负载FP=15000N，压制时速度VP

6、=0.2m/min，挤压行程LP=30mm，快速回退外负载FR=100N，快速回退速度VR=12m/min。第2章 挤压机液压系统原理设计2.1 工况分析 工况分析是对液压执行元件的工作情况进行分析，以得到工作过程中执行元件在各个工作阶段中的流量、压力和功率的变化规律，并将其用曲线表示出来，作为确定液压系统主要参数、拟定液压系统方案的依据。2.1.1运动分析按设备工作要求和执行元件的运动规律，绘制出执行元件工作循环图，和速度位移图，即速度循环图。如下所示：为挤压机运动分析图。 2.1.2负载分析负载分析就是研究各执行元件在一个工作循环内各阶段的受力情况。（1）压制外负载：； （2）摩擦负载：由

7、题目设计要求，知该系统摩擦负载； （3）惯性负载： 惯性负载是运动部件的速度变化时，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律求出，即： G-运动部件的重力（N） g-重力加速度， v-速度变化值（） t-起动或制动时间（s） 快进： 快退：（4）运动时间 快进： 工进： 快退：根据以上的计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自行下滑，系统中应设置平衡回路。因此，在负载分析时，就不考虑运动部件的重量，则液压缸各阶段中的负载，如下表：【取（=0.9）】表1 液压缸在各运动阶段的负载和推力（=0.9）工况计算公式负载值F/N液压缸推力/N启动加速355.1394.6快进100111.1

8、压制1500016666.7反向加速5610.26233.6快退51005666.7制动4589.85099.82.1.3负载循环图和速度循环图的绘制 根据液压缸在上述各阶段内的负载和速度，即可绘制出负载循环图和速度循环图，如图1所示。图12.2确定液压系统主要参数2.2.1初选液压缸工作压力 所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其他工况负载都不太高，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力=3MPa，快进工进时液压缸的回油腔应有背压，参考表4选此背压为p2=0.6MPa。表2 按载荷选择工作压力载荷/kN551010202030305050工作压力/MPa0.811.522.5334455表3

9、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压力等级说明机床、压铸机、汽车7低压低噪声、高可靠性系统油压机、冶金机械、挖掘机、重型机械2131.5高压空间有限、响应速度高、大功率下降低成本农业机械、工矿车辆、注塑机、船用机械、搬运机械、工程机械、冶金机械7212中压一般系统金刚石压机、耐压试验饥、飞机、液压机具31.5超高压追求大作用力、减轻重量系 统 类 型背压力/MPa系 统 类 型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统 0.20.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路较复杂的工程机械1.23回油路设置有背压阀的系统0

10、.51.5回油路较短，且直接回油箱可忽略不计表4 执行元件的回油背压2.2.2计算液压缸主要尺寸根据设计要求可知无杆腔与有杆腔的速比，又因为，所以，根据表5可得 表5 按速比要求确定d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：1无杆腔进油时活塞运动速度；2有杆腔进油时活塞运动速度。 工进时液压缸的推力计算公式为，因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为； 液压缸缸筒直径为： 由于有前述液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.71D，因此活塞杆直径为d=0.7188.7=62.97mm，根据表6、表7对液压缸缸筒内

11、径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=90mm，活塞杆直径为d=63mm。 表6 液压缸内径尺寸系列（GB2348-80）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250 表7 活塞杆直径系列（GB2348-80）456810121416182022252832364045505663708090100110125140此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式 A=25 式中是由产品样本差得调速阀2FRM5-20/6的最小稳定流量为0.1 本例中调速阀是安装

12、在进油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应取液压缸无杆腔的实际面积，即 =可见上述不等式能满足，液压缸所达到所需低速。根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表8所示。表8 各工况下的主要参数值工况推力F/N进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/w计算公式快进启动加速394.60.368快速111.10.32338.15205.4压制16666.72.9271.2762.0 快退加速6233.61.922快退5666.71.74738.921133.2制动5099.81.573注：1. ; 2. 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，

13、无杆腔回油，压力为p2。2.2.3绘制液压缸工况图据表8可绘制出液压缸的工况图，如图2所示。 图2挤压机液压缸工况图2.3拟定液压系统原理图根据挤压机液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对速度调节、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。与所有液压系统的设计要求一样，该挤压机液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。2.3.1调速回路的选择所设计挤压机液压系统的压制过程要求有较好的低速稳定性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。考虑到在整个工作循

14、环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用带调速阀的进口节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。 由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。从工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需流量较大，且比较接近。在慢上时所需流量较小，因此从提高系统效率、节省能量角度来看，如果选用单个定量泵作为整个系统的油源，液压系统会长时间处于大流量溢流状态，从而造成能量的大量损失，这样的设计显然是不合理的。如果采用一个大流量定量泵和一个小流量定量泵双泵串联的供油方式，由双联泵组成的油源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的，此时液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率不大，除采用双联泵作为油源外，也可选用限压式变量泵作油源。但限压式变量泵结构复杂、成本高，且流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，最后确定选用双联液压泵供油方案，有利于降低能耗和生产成本，如图3所示。 图3 双泵供油油源2.3.2选用执行元件 因系统运动循环要求挤压机做上下往复运动，正向快进和工进，反向快退，总行程只有110mm,上行程负载较大，速度相对较快；下行程