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学海订单2-液压加载试验机设计带机械图,学海,订单,液压,加载,试验,设计,机械
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液压加载试验机设计摘 要随着科学技术的不断发展，对机械产品的要求也越来越高。机械产品需要满足社会的需要，就应该具有高精度、高效率、通用性和灵活性等性能，加上机械产品不断加快的更新换代速度，因此对检验设备也相应地提出了精度高、效率高、通用性好和灵活性强的要求。液压加载拉压试验机作为试验机床家族中的高端产品，在现代机械行业领域内被越来越多的采用，具有机型美观，操作简单，系统工作可靠，测量精度高等特点。 试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的液压加载、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩等试验。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种不可缺少的重要测试仪器。关键词:液压加载拉压试验机，试验机61AbstractWith the development of science and technology, requirements of machinery products have become more sophisticated. Mechanical products need to meet the needs of the community, it should have properties such as high precision, high efficiency, versatility and flexibility, coupled with mechanical products continue to accelerate the pace of upgrading, so for test equipment also raised its high precision, high efficiency, versatility and flexibility requirements. Hydraulic loading of tension and compression testing machine as a test machine family of high-end products, is more and more in the field of modern machinery industry, with beautiful models, simple operation, system reliability, high measuring accuracy. Testing machines in a variety of conditions, environment, determination of metal materials, non-metallic materials, machinery parts, engineering structures, such as the hydraulic loading, process performance, and internal defects and calibrate precision testing instrument of dynamic unbalance of rotating parts, tensile and compression tests of materials. In exploring new materials, new processes, new technology and new structure of the process, the test machine is an important test instruments.Key words: hydraulic load in tension and compression testing machine, testing machine目 录1 概述11.1 研究背景及意义11.2 液压传动的工作原理及组成部分21.2.1 液压传动的工作原理21.2.2 液压传动的组成部分31.3 液压传动的优缺点32 液压系统设计52.1 明确设计要求，制定基本方案52.1.1 设计要求52.1.2 制定液压系统基本方案52.2 液压系统各液压元件的确定62.2.1 液压介质的选择62.2.2 拟定液压系统图72.3 液压系统主要参数计算82.3.1 选系统工作压力82.3.2 液压缸主要参数的确定92.3.3 液压缸强度校核102.2油缸主要部位的计算校核122.2.2 活塞杆强度和液压缸稳定性计算122.2.3缸筒壁厚的验算142.2.4 缸筒的加工要求152.2.5法兰设计152.2.6 (缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算162.3 活塞的设计182.4 导向套的设计与计算182.5 端盖和缸底的设计与计算202.6 缓冲装置的设计212.7 排气装置212.8 密封件的选用232.9 防尘圈242.10 液压缸的安装连接结构242.11 液压阀的选择262.11.1 液压阀的作用262.11.2 液压阀的基本要求272.11.3 液压阀的选择273 液压泵站及其辅助装置293.1 液压泵站293.1.1 液压泵站概述及液压泵站油箱容量系列标准293.1.2 各系列液压泵站的简述303.2 液压泵303.2.1 液压泵的选择303.2.2 液压泵装置323.3 电动机功率的确定333.4 液压管件的确定333.4.1 油管内径确定333.4.2 管接头343.5 滤油器的选择343.5.1 滤油器的作用及过滤精度343.5.2 选用和安装343.6 油箱及其辅件的确定353.6.1 油箱353.6.2 空气滤清器373.6.3 油标374 PLC设计384.1 PLC的选择384.2现场器件与PLC内部等效继电器地址编号对照表384.3工作流程与动作顺序394.4 PLC与现场器件的连接图414.5 PLC程序的设计414.6指令程序51结 论59参考文献60致 谢611 概述1.1 研究背景及意义液压加载试验机广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。液压加载试验机的种类很多，有多种不同的分类方法。按加荷方法分类: 静负荷试验机(静态)和动负荷试验机(动态)。其中静态试验机一个主要组成部分。万能试验机又可分为机械万能试验机、液压万能试验机、电液伺服万能试验机和电子万能试验机。我国试验机制造业自建国以来，从无到有，不断发展壮大，已经走过了六十年的历程。（1）解放前的旧中国，几乎没有企业生产制造试验机产品，更谈不上形成一个产业。（2） 新中国建立后受到了以美国为首的西方国家经济技术的封锁。为摆脱西方国家的封锁，加快我国经济技术和国防工业发展的步伐， 1949 年10 月20 日，我国第一个试验机专业生产厂家长春仪器厂（长春液压加载试验机厂） 诞生，标志着中国试验机制造业的开始。1959 年3 月， 经国家有关部门批准，第一机械工业部液压加载试验机研究所在长春成立，标志着我国开始独立自主地开展试验机制造技术与产品的研发。到1979 年建国30 周年，长春、天水、济南、上海、莱州、汕头、丹东、苏州等地成为试验机的重点生产区域，主要生产企业约30 家左右，初步形成了一个试验机制造行业（3）改革开放后的30 年（19792009），尤其是后20 年（ 1989 2009），试验机行业同其他行业一样，发生了重大变化，取得了重大发展。重大发展是由于对外开放、计划经济向市场经济转变的重大变化而引起的。重大发展主要表现为： 人力作为可由市场配置的资源能够自由流动，使得科技、管理人才可以走出高等院校、研究院所、国有企业进入市场创办试验机民营生产企业。据不完全统计，1989 年，全国生产试验机的厂家接近50 家。 试验机生产企业的资本结构发生了根本性的变化。体制上的改变促使企业的运行机制更加适应市场经济发展的需要，促进生产规模的迅速扩大。统计资料显示， 我国试验机行业的工业总产值从1989 年的3 亿元RMB 左右上升到2008 年的40 亿元RMB（76 家规模化以上企业的数据）。静态力学性能测试仪器的典型产品电子万能试验机、液压万能试验机的测量、控制技术实现了重大突破。力值、位移的测量技术全部由机械式改为电子式； 基于微处理器技术（含基于DSP 技术） 的国产控制器全面装备了电子万能试验机和液压万能试验机。在计算机被广泛用于试验机的同时，应用程序（试验软件）也得到了快速发展，并在不断改版升级和完善。大部分国产电子万能试验机和微机控制液压万能试验机的性能指标已和国际同类产品的性能指标接近，其中部分国内产品的性价比已优于国外产品。正因为如此，近几年来，国外同类产品的进口量在大幅度下降，且其价格也随之大幅下降。（4） 在此期间， 试验机行业工作取得了明显的进步。1980 年， 中国仪器仪表学会试验机分会宣告成立。试验机分会曾多次成功举办了试验机制造技术的学术交流活动，组织了对美、英、日、德等国同行的技术座谈和技术交流。试验机分会和长春试验机研究所合办出版的科技期刊工程与试验（原名曾为：液压加载试验机、试验技术与试验机） 成为试验机制造业和试验机用户进行学术交流的平台，有力地推动了试验机行业的技术进步。1.2 液压传动的工作原理及组成部分1.2.1 液压传动的工作原理 驱动机床工作台的液压系统，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管组成。它的工作原理：液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，当它从泵中输出进入压力管后，将换向阀手柄、开停手柄方向往内的状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管排回油箱。如果将换向阀手柄方向转换成往外的状态下，则压力管中的油将经过开停阀、节流阀和换向阀进入液压缸右腔，推动活塞和工作台向左移动，并使液压缸左腔的油经换向阀和回油管排回油管。工作台的移动速度是由节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。输入液压缸的油液是通过节流阀调节的，液压泵输出的多余的油液须经溢流阀和回油管排回油箱，这只有在压力支管中的油液压力对溢流阀钢球的作用力等于或略大于溢流阀中弹簧的预紧力时，油液才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。所以，在系统中液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的，它和缸中的油液压力不一样大。如果将开停手柄方向转换成往外的状态下，压力管中的油液将经开停阀和回油管排回油箱，不输到液压缸中去，这时工作台就停止运动。从上面的例子中可以得到：1） 动是以液体作为工作介质来传递动力的。2）液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不相同的。3）压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下进行工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。1.2.2 液压传动的组成部分液压传动装置主要由以下四部分组成：1）能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油。2）执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。3)制调节装置对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。4)辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。它们对保证系统正常工作也有重要作用。1.3 液压传动的优缺点液压传动有以下一些优点：1） 在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力，因为液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出3040倍。在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的12%左右。2） 液压装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达500次/min，实现往复直线运动时可达1000次/min。3） 液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行的过程中进行调速。4） 液压传动易于自动化，这是因为它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制的缘故。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，接受远程控制。5） 液压装置易于实现过载保护。液压缸和液压马达都能长期在失速状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。液压件能自行润滑，使用寿命较长。6） 由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也具有较大的机动性。7） 用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。液压传动的缺点是：1） 液压传动不能保证严格的传动化，这是由液压油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。2） 液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如此。3） 液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。4） 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。5） 液压传动要求有单独的能源。6） 液压传动出现故障时不易找出原因。总的说来，液压传动的优点是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。2 液压系统设计2.1 明确设计要求，制定基本方案2.1.1 设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手进行液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面的情况了解清楚。液压加载试验机主机概况：1、 加载能力为15吨；2、 有效加载行程：至少500mm;3、 加载大小在0-15吨任意可调；4、 设计相应的液压及机械部分。2.1.2 制定液压系统基本方案2.1.2.1 确定液压执行元件的形式在本设计中,液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中得到了广泛的应用。液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸两类。活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量，输出为推力和速度。液压缸除了单个地使用外，还可以组合起来或和其它机构相结合，以实现特殊的功能。我们选择活塞缸类中的单杆活塞液压缸，其特点及适用场合见表2-1。表2-1名称特点适用场合单杆活塞液压缸有效工作面积大，双向不对称往返不对称的直线运动等2.1.2.2 确定液压执行元件运动控制回路1）为了实现液压缸的进和退，我们选择电磁换向阀作为液压系统的方向控制阀。电磁换向阀的基本工作原理是通过电磁铁控制滑阀阀芯的不同位置，以改变油液的流动方向。当电磁铁断电时，滑阀由弹簧保持在中间位置或初始位置（脉冲式阀除外）。若推动故障检查按钮可使滑阀阀芯移动。电磁换向阀在液压系统中的作用是用来实现液压油路的换向、顺序动作及卸荷等。由于电磁铁的推力有限，电磁换向阀应用在流量不大的液压系统中。2）为了实现其工进，可以选择调速阀或节流阀作为速度控制阀。节流阀的调节应该轻便、准确。在小流量调节时，如通流截面相对于阀心位移的变化率较小，则调节的精确性较高。调节节流阀的开口，便可调节执行元件运动速度的大小。而调速阀的工作原理：液压泵出口（即调速阀进口）压力，由溢流阀调整，基本上保持恒定。调速阀出口处的压力由活塞上的负载决定。所以当负载增大时，调速阀进出口压差将将减小。调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿，它适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。因此，在本设计中选择调速阀作为速度控制阀。2.1.2.3 液压源系统液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。在无其它辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱， 溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。为节省能源提高效率，液压泵的供油量尽量与系统所需流量相匹配。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。在此，我们在泵的小口装上粗滤油器。（进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精滤油器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁过滤器或其他型式的滤油器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。2.2 液压系统各液压元件的确定2.2.1 液压介质的选择液压介质应具有适宜的粘度和良好的粘温特性；油膜强度要高，具有较好的润滑性能；能抗氧化，稳定性好；腐蚀作用小，对涂料、密封材料等有良好的适应性；同时液压介质还应具有一定的消泡能力。选择液压介质时，除专用液压油外，首先是介质种类的选择。根据液压系统对介质是否有抗燃性的要求，决定选用矿油型液压油或抗燃型液压液。其次，应根据系统中所用液压泵的类型选用具有合适粘度的介质。最后，还应考虑使用条件等因素，如环境温度、工作压力、执行机构速度等。当工作温度在60以下，载荷较轻时，可选用机械油；工作温度超过60时，应选用汽轮机油或普通液压油。若设备在很低温度下启动时须选用低凝液压油。据参考文献2表37.3-12 中各普通液压油质量指标及应用以及本设计中液压加载试验机液压系统的要求选用N32号普通液压油，其各项质量指标见表2-2。表2-2名称N32号普通液压油代号 / 原牌号YA-N32 / 20号运动粘度 mm2/s (40)28835.2运动粘度 mm2/s (50)1723粘度指数90抗氧化安定性(酸值达2mgKOH/g) h1000凝点 -10闪点(开口) 170防锈性(蒸镏水法)无锈临界载荷 N600抗泡沫性(93) ml起泡 50 / 消泡 0抗磨性（四球，DB） N800应用适用于环境温度040的各类中高压系统（适用工作压力为6.3-2.1MPa2.2.2 拟定液压系统图在这种液压加载试验机上，实现了“工进 快退 停止”的动作循环（见图2-1）。可以进行拉，压材料等多种加工工艺。表2- 3 示此液压加载试验机的动作循环表，图2-2则是这种液压加载试验机的液压系统图，其滑块的工作情况如图所示。图2-1 液压加载试验机动作循环图图2-2 液压加载试验机液压系统图进油路 液压泵1 电磁换向阀2（左位） 单向调速阀3 液压油缸4上腔回油路 液压油缸4下腔 单向顺序阀5 电磁换向阀2（右位） 油箱7表2-3 液压加载试验机液压系统的动作循环表动作名称信号来源电磁换向阀2的工作状态滑块工进1YA通电左位快退2YA通电右位2.3 液压系统主要参数计算2.3.1 选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。公称力为15吨的液压加载试验机属小型液压加载试验机类型，一般情况下，载荷不会太高，查参考资料，初步确定系统工作压力为6.3MPa。2.3.2 液压缸主要参数的确定2.3.2.1 液压缸设计中应注意的的问题液压缸的设计和使用正确与否，直接影响到它的性能和易否发生故障。在这方面，经常碰到的是液压缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞下垂以及活塞杆的压杆失稳等问题。所以，在设计液压缸时，必须注意如下几点：1）尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或受压状态下具有良好的纵向稳定性。2）考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应的措施。但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。3）正确确定液压缸的安装、固定方式。如承受弯曲的活塞杆不能用螺纹连接，要用止口连接。液压缸不能在两端用键或销定们，只能在一端定位，为的是不致阻碍它在受热时的膨胀。如冲击载荷使活塞杆压缩，定位件须设置在活塞杆端，如为拉伸则设置在缸盖端。4) 液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。2.3.2.2 液压缸主要参数的确定鉴于液压系统的最大工作压力P1=6.3Mpa由参考文献1表5-2推荐初定d=0.6D取液压缸=0.9 则此时活塞所受推力N 由式 （2-1）=0.0265m2 （2-2）=0.183m则d= 0.6D =0.11m考文献2表37.5-8及表37.5-9对这些直径圆整成就近标准值时得： D =200 mm则d= 125mm2.3.3 液压缸强度校核查得油缸的液压缸的内径为200mm,活塞杆直径为125mm,有效行程为500 mm 表4.1 液压缸内径系列 mm8101216202532405063801001251602002503204005001. 液压缸缸体厚度计算 缸体是液压缸中最重要的零件，当液压缸的工作压力较高和缸体内经较大时，必须进行强度校核。缸体的常用材料为20、25、35、45号钢的无缝钢管。在这几种材料中45号钢的性能最为优良，所以这里选用45号钢作为缸体的材料。式中，实验压力，MPa。当液压缸额定压力Pn5.1MPa时，Py=1.5Pn，当Pn 16MPa时，Py=1.25Pn。缸筒材料许用应力，N/mm。=，为材料的抗拉强度。注：1.额定压力Pn额定压力又称公称压力即系统压力，Pn=6.3MPa2.最高允许压力PmaxPmax1.5Pn=1.256.3=7.875MPa液压缸缸筒材料采用45钢，则抗拉强度：b=600MPa安全系数n按液压传动与控制手册P243表210，取n=5。则许用应力=120MPa = =6.356mm满足。取液压缸厚度30mm。 取液压缸缸体外径为260mm。4.液压缸长度的确定 液压缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表4-4选取标准值。液压缸活塞行程参数优先次序按表4-4中的a、b、c选用。表4-4（a）液压缸行程系列（GB 2349-80）62550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表4-4（b） 液压缸行程系列（GB 2349-80）6 40 6390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表4-4（c） 液压缸形成系列（GB 2349-80）6240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300034003800液压缸长度L根据工作部件的行程长度确定。 L=500mm 查油缸参数得到的5. 活塞杆直径的设计查液压传动与控制手册根据杆径比d/D，一般的选取原则是：当活塞杆受拉时，一般选取d/D=0.3-0.5，当活塞杆受压时，一般选取d/D=0.5-0.7。本设计我选择d/D=0.6，即d=0.6D=0.6200=120mm。表4.2 活塞杆直径系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400故取d=120mm。2.活塞杆强度计算：式中 许用应力；（Q235钢的抗拉强度为375-500MPa，取400MPa，为位安全系数取5，即活塞杆的强度适中）3活塞杆的结构设计 活塞杆的外端头部与负载的拖动电机机构相连接，为了避免活塞杆在工作生产中偏心负载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率，应根据负载的具体情况，选择适当的活塞杆端部结构。4.活塞杆的密封与防尘活塞杆的密封形式有Y形密封圈、U形夹织物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等6。采用薄钢片组合防尘圈时，防尘圈与活塞杆的配合可按H9/f9选取。薄钢片厚度为0.5mm。为方便设计和维护，本方案选择O型密封圈。 液压缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表4-4选取标准值。液压缸活塞行程参数优先次序按表4-4中的a、b、c选用。表4-4（a）液压缸行程系列（GB 2349-80）62550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表4-4（b） 液压缸行程系列（GB 2349-80）6 40 6390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表4-4（c） 液压缸形成系列（GB 2349-80）62402603003403804204805306006507508509501050120013001500170019002100240026003000340038002.2油缸主要部位的计算校核2.2.2 活塞杆强度和液压缸稳定性计算A.活塞杆强度计算活塞杆的直径按下式进行校核式中，为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力，=,n一般取1.40。满足要求B.液压缸稳定性计算活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的力不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。若活塞杆的长径比且杆件承受压负载时，则必须进行液压缸稳定性校核。活塞杆稳定性的校核依下式进行式中，为安全系数，一般取=24。 a.当活塞杆的细长比时 b.当活塞杆的细长比时式中，为安装长度，其值与安装方式有关，见表1；为活塞杆横截面最小回转半径，；为柔性系数，其值见表3-2； 为由液压缸支撑方式决定的末端系数，其值见表1；为活塞杆材料的弹性模量，对钢取；为活塞杆横截面惯性矩；为活塞杆横截面积；为由材料强度决定的实验值，为系数，具体数值见表3-3。表3-2液压缸支承方式和末端系数的值支承方式支承说明末端系数一端自由一端固定1/4两端铰接1一端铰接一端固定2两端固定4表3-3 、的值材料铸铁5.61/160080锻铁2.51/9000110钢4.91/500085c.当时,缸已经足够稳定，不需要进行校核。此设计安装方式中间固定的方式，此缸已经足够稳定，不需要进行稳定性校核。2.2.3缸筒壁厚的验算下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算： A液压缸的额定压力值应低于一定的极限值，保证工作安全： 式（3-4）根据式（3-4）得到：B为了避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力值应与塑性变形压力有一定的比例范围： 式（3-5） 式（3-6）先根据式（3-6）得到：=41.21C耐压试验压力，是液压缸在检查质量时需承受的试验压力。在规定的时间内，液压缸在此压力 下，全部零件不得有破坏或永久变形等异常现象。各国规范多数规定: 当额定压力时（MPa）D为了确保液压缸安全的使用，缸筒的爆裂压力应大于耐压试验压力： (MPa） 式（3-7）因为查表已知=596MPa，根据式（3-7）得到：至于耐压试验压力应为：因为爆裂压力远大于耐压试验压力，所以完全满足条件。以上所用公式中各量的意义解释如下：式中: 缸筒内径（）； 缸筒外径（）； 液压缸的额定压力（） 液压缸发生完全塑形变形的压力（）； 液压缸耐压试验压力（）； 缸筒发生爆破时压力（）； 缸筒材料抗拉强度（）； 缸筒材料的屈服强度（； 缸筒材料的弹性模量（）； 缸筒材料的泊桑系数 钢材：=0.3 2.2.4 缸筒的加工要求缸筒内径采用H7级配合，表面粗糙度为0.16，需要进行研磨；热处理：调制，HB240；缸筒内径的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半；刚通直线度不大于0.03mm；油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺；在缸内表面镀铬，外表面刷防腐油漆。2.2.5法兰设计液压缸的端盖形式有很多，较为常见的是法兰式端盖。本次设计选择法兰式端盖（缸筒端部）法兰厚度根据下式进行计算： 式（3-8）式中， -法兰厚度（m）；系统工作压力（pa）；=25MPa附加密封力（Pa）；值取其材料屈服点353MPa；螺钉孔分布圆直径（m）；=55mm密封环平均直径（m）；=45mm法兰材料的许用应力（Pa）；=/n=353/5=70.6MPa法兰受力总合力（m） 所以=13.2mm为了安全取=14mm2.2.6 (缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算连接图如下：图3-1缸体端部法兰用螺栓连接1-前端盖；2-缸筒螺栓强度根据下式计算：螺纹处的拉应力:(MPa) 式（3-9）螺纹处的剪应力(MPa) 式（3-10）合成应力 (MPa) 式（3-11）式中, 液压缸的最大负载，=A，单杆时，双杆是螺纹预紧系数，不变载荷=1.251.5，变载荷=2.54；液压缸内径；缸体螺纹外径；螺纹内经；螺纹内摩擦因数，一般取=0.12;变载荷取=2.54；材料许用应力，,为材料的屈服极限，n为安全系数，一般取n=1.21.5；Z螺栓个数。最大推力为：使用4个螺栓紧固缸盖，即：=4螺纹外径和底径的选择：=10mm =8mm系数选择：选取=1.3=0.12根据式（3-9）得到螺纹处的拉应力为：=根据式（3-10）得到螺纹处的剪应力为：根据式（3-11）得到合成应力为：=367.6MPa由以上运算结果知，应选择螺栓等级为12.9级；查表的得：抗拉强度极限=1220MP;屈服极限强度=1100MP；不妨取安全系数n=2可以得到许用应力值：=/n=1100/2=550MP证明选用螺栓等级合适。2.3 活塞的设计活塞的宽度一般取=（0.6-1.0）即=（0.6-1.0）200=（120-200）mm取=128mm由于活塞在液压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。活塞与缸体的密封形式分为：间隙密封（用于低压系统中的液压缸活塞的密封）、活塞环密封（适用于温度变化范围大、要求摩擦力小、寿命长的活塞密封）、密封圈密封三大类。其中密封圈密封又包括O形密封圈（密封性能好，摩擦因数小，安装空间小）、Y形密封圈（用在20Mpa压力下、往复运动速度较高的液压缸密封）、形密封圈（耐高压，耐磨性好，低温性能好，逐渐取代Y形密封圈）、V形密封圈（可用于50Mpa压力下，耐久性好，但摩擦阻力大）。综合以上因素，考虑选用O型密封圈。2.4 导向套的设计与计算1.最小导向长度H的确定 当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中点到到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度1。如果导向长度过短，将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度。根据经验,当液压缸最大行程为L,缸筒直径为D时,最小导向长度为: （4-5）一般导向套滑动面的长度A，在缸径小于80mm时取A=(0.61.0)D，当缸径大于80mm时取A=(0.61.0)d.。活塞宽度B取B=(0.61.0)D。若导向长度H不够时,可在活塞杆上增加一个导向套K(见图4-1)来增加H值。隔套K的宽度。图4-1 液压缸最小导向长度1因此:最小导向长度，取H=9cm；导向套滑动面长度A=活塞宽度B=隔套K的宽度2.导向套的结构 导向套有普通导向套、易拆导向套、球面导向套和静压导向套等，可按工作情况适当选择。 1）普通导向套 这种导向套安装在支承座或端盖上，油槽内的压力油起润滑作用和张开密封圈唇边而起密封作用6。 2）易拆导向套 这种导向套用螺钉或螺纹固定在端盖上。当导向套和密封圈磨损而需要更换时，不必拆卸端盖和活塞杆就能进行，维修十分方便。它适用于工作条件恶劣，需经常更换导向套和密封圈而又不允许拆卸液压缸的情况下。 3）球面导向套 这种导向套的外球面与端盖接触，当活塞杆受一偏心负载而引起方向倾斜时，导向套可以自动调位，使导向套轴线始终与运动方向一致，不产生“憋劲“现象。这样，不仅保证了活塞杆的顺利工作，而且导向套的内孔磨损也比较均匀。4）静压导向套 活塞杆往复运动频率高、速度快、振动大的液压缸，可以采用静压导向套。由于活塞杆与导向套之间有压力油膜，它们之间不存在直接接触，而是在压力油中浮动，所以摩擦因数小、无磨损、刚性好、能吸收振动、同轴度高，但制造复杂，要有专用的静压系统。2.5 端盖和缸底的设计与计算 在单活塞液压缸中，有活塞杆通过的端盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。端盖、缸底与缸筒构成密封的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受液压力，而且必须具有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔（或装导向套的孔）及防尘圈、密封圈槽，还有连接螺钉孔，受力情况比较复杂，设计的不好容易损坏。1.端盖的设计计算端盖厚h为：式中 D1螺钉孔分布直径，cm； P液压力，； 密封环形端面平均直径，cm； 材料的许用应力，。2.缸底的设计 缸底分平底缸，椭圆缸底，半球形缸底。2.端盖的结构 端盖在结构上除要解决与缸体的连接与密封外，还必须考虑活塞杆的导向，密封和防尘等问题6。缸体端部的连接形式有以下几种： A焊接 特点是结构简单，尺寸小，质量小，使用广泛。缸体焊接后可能变形，且内缸不易加工。主要用于柱塞式液压缸。 B螺纹连接（外螺纹、内螺纹） 特点是径向尺寸小，质量较小，使用广泛。缸体外径需加工，且应与内径同轴；装卸徐专用工具；安装时应防止密封圈扭曲。 C法兰连接 特点是结构较简单，易加工、易装卸，使用广泛。径向尺寸较大，质量比螺纹连接的大。非焊接式法兰的端部应燉粗。 D拉杆连接 特点是结构通用性好。缸体加工容易，装卸方便，使用较广。外形尺寸大，质量大。用于载荷较大的双作用缸。 E半球连接，它又分为外半环和内半环两种。外半环连接的特点是质量比拉杆连接小，缸体外径需加工。半环槽消弱了缸体，为此缸体壁厚应加厚。内半环连接的特点是结构紧凑，质量小。安装时端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油口边缘擦伤。F钢丝连接 特点是结构简单，尺寸小，质量小。2.6 缓冲装置的设计 液压缸的活塞杆（或柱塞杆）具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大的动量。在它们的行程终端，当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击和噪声。采用缓冲装置，就是为了避免这种机械撞击，但冲击压力仍然存在，大约是额定工作压力的两倍，这就必然会严重影响液压缸和整个液压缸的强度及正常工作。缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零。 当液压缸中活塞活塞运动速度在6m/min以下时，一般不设缓冲装置，而运动速度在12m/min以上时，不需设置缓冲装置。在该组合机床液压缸中，动力滑台的最大速度为4m/min,因此没有必要设计缓冲装置。2.7 排气装置 如果排气装置设置不当或者没有设置排气装置，压力油进入液压缸后，缸内仍会存在空气6。由于空气具有压缩性和滞后扩张性,会造成液压缸和整个液压缸在工作中的颤振和爬行,影响液压缸的正常工作。比如液压导轨磨床在加工过程中，这不仅会影响被加工表面的光洁程度和精度，而且会损坏砂轮和磨头等机构。为了避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压缸外，还必须在液压缸上设置排气装置。配气装置的位置要合理，由于空气比压力油轻，总是向上浮动，因此水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方；垂直安装的液压缸，应设在端盖的上方。一般有整体排气塞和组合排气塞两种。整体排气塞如图2-2（a）所示。表2-5 排气阀（塞）尺寸6d阀座阀杆孔cDM16611619.29323117108.53484623M20x2814725.41143392213114594828 图2-2 (a) 整体排气孔 图2-2（b） 组合排气孔 图2-2（c） 整体排气阀零件结构尺寸由于螺纹与缸筒或端面连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面空隙中挤出来并经过斜孔排除缸外。这种排气装置简单、方便，但螺纹与锥面密封处同轴度要求较高，否则拧紧排气塞后不能密封，造成外泄漏。组合排气塞如图2-2（b）所示，一般由络螺塞和锥阀组成。螺塞拧松后，锥阀在压力的推动下脱离密封面排出空气。排气装置的零件图及尺寸图见2-2（c）以及表2-2（d）。图4-2（d） 组合排气阀零件结构尺寸2.8 密封件的选用1.对密封件的要求 液压缸工作中要求达到零泄漏、摩擦小和耐磨损的要求。在设计时，正确地选择密封件、导向套（支承环）和防尘圈的结构形式和材料是很重要的。从现在密封技术来分析，液压缸的活塞和活塞杆及密封、导向套和防尘等应作为一个综合的密封系统来考虑，具有可靠的密封系统，才能式液压缸具有良好的工作状态和理想的使用寿命。 在液压元件中，对液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊材料液压缸，如摆动液压缸等。液压缸中不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度适应范围大，要求弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装卸，能随压力的升高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。 密封件一般以断面形状分类。有O形、U形、V形、J形、L形和Y形等。除O形外，其他都属于唇形密封件。2.O形密封圈的选用 液压缸的静密封部位主要是活塞内孔与活塞杆、支承座外圆与缸筒内孔、缸盖与缸体端面等处6。这些部位虽然是静密封，但因工作由液压力大，稍有意外，就会引起过量的内漏和外漏。静密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。O形密封圈虽小，确实一种精密的橡胶制品，在复杂使用条件下，具有较好的尺寸稳定性和保持自身的性能。在设计选用时，根据使用条件选择适宜的材料和尺寸，并采取合理的安装维护措施，才能达到较满意的密封效果。 安装O形圈的沟槽有多种形式，如矩形、三角形、V形、燕尾形、半圆形、斜底形等，可根据不同使用条件选择，不能一概而论。使用最多的沟槽是矩形，其加工简便，但容易引起密封圈咬边、扭转等现象。2.动密封部位密封圈的选用 液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支承座（导向套）的密封等。 形密封圈是我国液压缸行业使用极其广泛的往复运动密封圈。它是一种轴、孔互不通用的密封圈。一般，使用压力低于16MPa时，可不用挡圈而单独使用。当超过16MPa并用于活塞动密封装置时，应使用挡圈，以防止间隙“挤出”。2.9 防尘圈防尘圈设置与活塞杆或柱塞密封外侧，用于防止外界尘埃、沙粒等异物侵入液压缸，从而可以防止液压油被污染导致元件磨损。1.防尘圈A型防尘圈 是一种单唇无骨架橡胶密封圈，适于在A型密封结构形式内安装，起防尘作用。B型防尘密封圈 是一种单唇带骨架橡胶密封圈，适于在B型密封结构形式内安装，起防尘作用。C型防尘圈 是一种双唇密封橡胶圈，适于在C型结构形式内安装，起防尘和辅助密封的作用。2.防尘罩 防尘罩采用橡胶或尼龙、帆布等材料制作。在高温工作时，可用氯丁橡胶，可在130以下工作。如果温度再高时，可用耐火石棉材料。当选用防尘伸缩套时，要注意在高频率动作时的耐久性，同时注意在高速运动时伸缩套透气孔是否能及时导入足够的空气。但是，安装伸缩套给液压缸的装配调整会带来一些困难。2.10 液压缸的安装连接结构液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸近处有口的连接等。1.液压缸的安装形式 液压缸的安装形式很多，但大致可以分为以下两类。 1）轴线固定类 这类安装形式的液压缸在工作时，轴线位置固定不变。机床上的液压缸绝大多数是采用这种安装形式。 A 通用拉杆式。在两端缸盖上钻出通孔，用双头螺钉将缸和安装座连接拉紧。一般短行程、压力低的液压缸。 B 法兰式。用液压缸上的法兰将其固定在机器上。 C 支座式。将液压缸头尾两端的凸缘与支座固定在一起。支座可置于液压缸左右的径向、切向，也可置于轴向底部的前后端。 2）周线摆动类 液压缸在往复运动时，由于机构的相互作用使其轴线产生摆动，达到调整位置和方向的要求。安装这类液压缸，安装形式也只能采用使其能摆动的铰接方式。工程机械、农用机械、翻斗汽车和船舶甲板机械等所用的液压缸多用这类安装形式。 A 耳轴式。将固定在液压缸上的铰轴安装在机械的轴座内，使液压缸轴线能在某个平面内自由摆动。 B 耳环式。将液压缸的耳环与机械上的耳环用销轴连接在一起，使液压缸能在某个平面内自由摆动。耳环在液压缸的尾部，可以是单耳环，也可以是双耳环，还可以做成带关节轴承的单耳环或双耳环。 C 球头式。将液压缸尾部的球头与机械上的球座连接在一起，使液压缸能在一定的空间锥角范围内任意摆动。2.液压缸油口设计 油口孔是压力油进入液压缸的直接通道，虽然只是一个孔，但不能轻视其作用6。如果孔小了，不仅造成进油时流量供不应求，影响液压缸的活塞运动速度，而且会造成回油时受阻，形成背压，影响活塞的退回速度，减少液压缸的负载能力。对液压缸往复速度要求较严的设计，一定要计算孔径的大小。液压缸的进出油口，可以布置在缸筒和前后端盖上。对于活塞杆固定的液压缸，进出油口可以设在活塞杆端部。如果液压缸无专用排气装置，进出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。液压缸进出油口的链接形式有螺纹、方形法兰和矩形法兰等。B. O形密封圈的选用液压缸的静密封部位主要有活塞内孔与活塞杆、支撑座外圆与缸筒内孔、端盖与缸体端面等处。静密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。C.动密封部位密封圈的选用由于O型密封圈用于往复运动存在起动阻力大的缺点，所以用于往复运动的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金属密封圈。液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支撑座（或导向套）的密封等。活塞环是具有弹性的金属密封圈，摩擦阻力小，耐高温，使用寿命长，但密封性能差，内泄漏量大，而且工艺复杂，造价高。对内泄漏量要求不严而要求耐高温的液压缸，使用这种密封圈较合适。V形圈的密封效果一般，密封压力通过压圈可以调节，但摩擦阻力大，温升严重。因其是成组使用，模具多，也不经济。对于运动速度不高、出力大的大直径液压缸，用这种密封圈较好。U形圈虽是唇形密封圈，但安装时需用支撑环压住，否则就容易卷唇，而且只能在工作压力低于10MPa时使用，对压力高的液压缸不适用。比较而言，能保证密封效果，摩擦阻力小，安装方便，制造简单经济的密封圈就属Yx型密封圈了。它属于不等高双唇自封压紧式密封圈 ，分轴用和孔用两种。综上，所以本设计选用Yx型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料组合使用，可以显著提高密封性能：a.降低摩擦阻力，无爬行现象；b.具有良好的动态和静态密封性，耐磨损，使用寿命长；c.安装沟槽简单，拆装简便。这种组合的特别之处就是允许活塞外园和缸筒内壁有较大间隙，因为组合式密封的密封圈能防止挤入间隙内，降低了活塞与缸筒的加工要求，密封方式图如下：图2-2 密封方式图3. 绘制液压缸工况图图2-3液压缸工况图2.11 液压阀的选择2.11.1 液压阀的作用液压阀是用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的，因此它可以分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。一个形状相同的阀，可以因为作用机制的不同，而具有不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制着系统的压力和流量，而方向阀则利用通流通道的更换控制着油液的流动方向。这就是说，尽管液压阀存在着各种各样不同的类型，它们之间还是保持着一些基本共同之点。例如：1）在结构上，所有的阀都由阀体、阀心（座阀或滑阀）和驱使阀心动作的元、部件（如弹簧、电磁铁）组成。2）在工作原理上，所有阀的开口大小，阀进、出口间的压差以及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，仅是各种阀控制的参数各不相同而已。2.11.2 液压阀的基本要求液压系统中所用的液压阀，应满足如下要求：1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。2）油液流过时压力损失小。3）密封性能好。4）结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。2.11.3 液压阀的选择1）阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%以内的短时间过流量。2）阀的型式，按安装和操作方式选择。本系统工作压力在6.3MPa左右，所以液压阀均选用中压阀。所选阀的规格型号见表2-7。表2-7 液压加载试验机液压阀名细表名称选用规格单向调速阀AQF3-E10B电磁溢流阀YDF3-E10B-B电磁换向阀34DF30-E10B-D单向顺序阀AXF3-E10B3 液压泵站及其辅助装置 在本设计中，我们将采用集成块的联接方式来进行液压系统的装配。其集成块单元回路图见图3-1；图3-1 集成块单元回路图 3.1 液压泵站3.1.1 液压泵站概述及液压泵站油箱容量系列标准3.1.1.1 液压泵站的概述目前我国生产液压泵站的厂家很多，液压泵站的种类也繁多，但多数厂家根据用户的具体要求设计和制造，尚未完全系列化、标准化。现在只有液压泵站的油箱公称容量系列有国家标准。3.1.1.2 液压泵站油箱公称容量系列（GB 287681）表3-1 油箱容量GB 2876-81 L46.310254063100160250315400500630800100012501600200031504000500063003.1.2 各系列液压泵站的简述详细资料见参考文献237篇第10章。3.1.2.1 YZ系列液压泵站YZ系列液压泵站，油箱容量有256300L等18种规格。选用各种不同的泵，得到各种不同流量、压力的规格。外形结构上有上置式（有立式及卧式）和非上置式。 YZ系列液压泵站生产厂有：上海高行液压件厂、长沙液压件厂、南京液压件三厂等。3.1.2.2 YG型液压柜YG型液压柜规格性能为油箱容量250350L，压力6.3MPa，流量有40、63和100L/ min。上海液压件一厂生产。3.1.2.3 YZS型液压站YZS型液压泵站，油箱容量100L，压力6.3MPa，流量16L/min。常州液压件厂生产。3.1.2.4 YGC型液压柜YGC型液压柜油箱容量160L，压力6.3MPa，流量有12、25L/min，由北京椿树机械厂生产。3.1.2.5 CJZ型液压站CJZ型液压泵站油箱容量有100L与160L两种，压力为5MPa，流量为2063L/min范围。有定量泵与变量泵两种型式，成都液压元件一厂生产。3.1.2.6 YH型液压站YH型液压站油箱容量1202000L，压力为14 MPa，流量在10250L/min范围，由沈阳重型机器厂生产。3.1.2.7 SE型液压泵站SE型液压泵站油箱容量1400L，压力7 MPa，流量6.75m3/s，上海冶金设计院设计。3.1.2.8 上重型液压站上海重型机器厂液压站油箱容量1200L与2200L两种，1200L的工作压力为1.5 MPa，2200L的为5 MPa，流量均为320L/min。3.2 液压泵3.2.1 液压泵的选择液压泵是一种能量转换装置，它把驱动电机的机械能转换成输到系统中去的油液的压力能，供液压系统使用。液压泵的工作压力是指泵实际工作时的压力。液压泵的额定压力是指泵在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。液压泵的额定流量是指在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的流量，亦即在额定转速和额定压力下由泵输出的流量。（1）液压泵工作压力的确定 （3-1）P1是液压缸的工作压力，对于本系统： MPa 是泵到液压缸间总的管路损失。由系统图可见，从泵到液压缸之间串接有一个单向调节器速阀和一个电磁换向阀，取= 0.6MPa液压泵工作压力为：PP = 6.3+ 0.6 = 6.9MPa (2) 液压泵流量的确定 （3-2）由工况图看出，系统最大流量发生在快退工况，m3/s，泄漏系数 K = 1.2,求得液压泵流量:m2/s (37.8 L/mm)选用YB1-40 型双联叶片泵。双联叶片泵是在一个泵体内安装两个双作用叶片泵，用同一个传动轴驱动。安装大小不同的单泵，可以得到两种大小不同的流量，以适应液压系统各种不同速度的要求。双作用叶片泵的工作原理是泵由转子、定子、叶片、配油盘和端盖等件所组成。定子的内表双作用叶片泵的工作原理：面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线八个组成，且定子和转子是同心的。叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及通入叶片根部压力油的作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子间便形成了一个个密封的工作腔。在转子顺时针方向旋转的情况下，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区；在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区把它们隔开。这种泵的转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，所以称为双作用叶片泵。泵的两个吸油区和两个压油区是径向对称的，作用在转子上的液压力径向平衡，所以又称为平衡式叶片泵。3.2.2 液压泵装置液压泵装置是指将电能转变为液压能所需要的设备、元件及其辅助元件。具体而言，主要指电机、联轴器、液压泵、吸油管、排油管以及吸油管口的滤油器。正确地设计尤其是正确地安装液压泵装置，是液压系统正常工作的重要保证，必须予以足够的重视。3.2.2.1 液压泵的安装方式金属切削机床的液压站，多用定量或限压式变量叶片泵。变量叶片泵仅能卧式安装，而定量叶片泵，无论是单泵还是双联泵，都可以有立式和卧式两种安装方式。齿轮泵与柱塞泵一般为卧式安装。卧式安装的液压泵，其位置又可分为上置式与非上置式两种。上置式指液压泵装置安装在油箱上，立式安装的液压泵皆为上置式。安装液压泵应注意的问题： 为了防止振动与保证液压泵的使用寿命，液压泵必须牢固地紧固在箱盖或基础上，注意经常检查连接螺钉是否松动。 调整好液压泵与电机的联轴器，使二者同心，用手拨动联轴器时不能有松紧不一致的现象。 在有条件的情况下，尽量将液压泵（齿轮泵、定量叶片泵、螺杆泵）安装在油液内。 液压泵吸油管路的安装必须注意密封可靠及油管插入油液有足够的深度，以防止空气被吸入液压泵。 安装液压泵时，应注意各类液压泵的吸油高度，正确确定液压泵与油液液面的距离。各类液压泵的吸油高度见表3-2：表3-2 各类油泵吸油高度油泵类型齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵吸油高度（mm）300400不大于500不大于50050010003.2.2.2 液压泵与电机的联接液压泵与电机之间的联轴器，一般用简单型弹性圈柱销联轴器或弹性圈柱销联轴器，其二者的共同特点是传递扭矩范围较大，转速较高，弹性好，能缓冲扭矩急剧变化引起的振动，能补偿轴位移。但在使用中应定期检查弹性圈，发现其损坏后及时更换。上述两种联轴器中，简单型弹性圈柱销联轴器的结构简单，装卸方便，使用寿命较长，帮比弹性圈柱销联轴器用得多些。应用上述二种联轴器时，一定要注意弹性圈材料必须用耐油橡胶。安装联轴器的技术要求是： 半联轴器I尽量做主动件。 半联验算其他工况时，液压泵的驱动功率均小于此值。查产品样本，选用5.5KW 的电动机。 注射机在整个动作循环中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电动机功率。由前面的计算已知泵的供油压力应为 PP = 5MPa，取泵的总效率P = 0.65，泵的总驱动功率为 毂强度。 最大同轴度偏差不大于0.1mm(上海机床厂经验数据)，轴线倾斜角不大于40。轴器与电动机轴配合时采用配合，与其他轴端则采用低于的配合，否则应验算轮毂强度。 最大同轴度偏差不大于0.1mm(上海机床厂经验数据)，轴线倾斜角不大于40。3.3 电动机功率的确定 注射机在整个动作循环中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电动机功率。由前面的计算已知泵的供油压力应为 PP = 6.3MPa，取泵的总效率P = 0.65，泵的总驱动功率为 （3-3） KW验算其他工况时，液压泵的驱动功率均小于此值。查产品样本，选用5.5KW 的电动机。3.4 液压管件的确定3.4.1 油管内径确定由于本系统并未对油管内油液的流速作出规定，因此在整个系统中只需保证各处的流量满足要求即可。初定泵吸油管处流速为1m/s，则由式 计算得d = 8mm，由于油管的管径不宜选得过大，以免使液压装置的结构庞大；但也不能选得过小，以免使管内液体流速加大，系统压力损失增加或产生振动和噪声，影响正常工作。在强度保证的情况下，管壁可尽量选得薄些。薄壁易于弯曲，规格较多，装接较易，采用它可减少管系接头数目，有助于解决系统泄漏问题。考虑到与各液压阀的连接，也为了尽量减少管路中油压的损失，故统一取油管内径为10mm。3.4.2 管接头管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式连接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各项条件。液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上，为此对管材的选用，接头形式的确定（包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等），管系的设计（包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等）以及管道的安装（包括正确的运输、储存、清洗、组装等）都要慎审从事，以免影响整个液压系统的使用质量。3.5 滤油器的选择3.5.1 滤油器的作用及过滤精度滤油器在液压系统中，滤除外部混入或者系统运转中内部产生的液压油中的固体杂质，使液压油保持清洁，延长液压元件使用寿命，保证液压系统的工作可靠性。一般认为75%以上液压系统故障是由于液压油的污染所造成的。因此滤油器对液压系统来说，是不可少的重要组成部分。滤油器的过滤精度用从液压油中过滤掉的杂质的颗粒大小表示，一般可分为粗滤油器、普通滤油器、精密滤油器和特精滤油器四种，它们分别能滤去大于100m、10100m、510m和15m大小的杂质。液压系统压力越高，要求液压元件的滑动间隙越小，因些系统压力越高，要求的过滤精度也越高，其关系见表3-3：表3-3 过滤精度与液压系统压力的关系系统类别一般液压系统伺服系统压力 MPa 773521颗粒大小m255025105滤油器按其滤心材料的过滤机制来分，有表面型滤油器、深度型滤油器和吸附型滤油器三种。3.5.2 选用和安装选用滤I油器时，要考虑下列几点：1） 过滤精度应满足预定要求。2） 能在较长时间内保持足够的通流能力。3） 滤心具有足够的强度，不因液压的作用而损坏。4） 滤心抗腐蚀性能好，能在规定的温度下持久地工作。5） 滤心清洗或更换简便。因此，滤油器应根据液压系统的技术要求，按过滤精度、通流能力、工作压力、油液粘度、工作温度等条件来选定其型号。在本设计中，选用网式滤油器，它具有结构简单、通油能力大、阻力小、易清洗等特点。网式滤油器属于粗滤油器，一般安装在液压泵的吸油路上，这种安装方式主要作用是保护液压泵。3.6 油箱及其辅件的确定3.6.1 油箱油箱在液压系统中除了储存油液外，还起着散发油液中的热量（在周围环境温度较低的情况下则是保持油液中热量）、分离油液中的气泡、沉淀固体杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如空气滤清器及液位计等。3.6.1.1 油箱的设计要点设计油箱时应考虑如下几点：a .油箱必须有足够大的容积。以满足散热要求，停车时能容纳液压系统中所有的油；而工作时又保持适当的油位要求等。b. 吸油管及回油管应插入最低油位以下。以防止吸油管吸入空气；回油管飞溅产生气泡。管口一般与油箱底、箱壁的距离不小于管径的3倍。吸油管应安装80或100m的网式或线隙式滤油器，安装位置要便于装卸或清洗滤油器。回油管口斜切45角并面向箱壁，以防回油冲击油箱底部的沉积物。c. 吸油管和回油管的距离尽可能远一点，中间要设置隔板，使油液在油箱中流动速度缓慢一点，时间长一些，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。d. 为了保持油液清洁，油箱应有密封的顶盖，顶盖上应没有带滤油网的注油口及带空气滤清器的通气孔，注油及通气一般都由一个空气滤清器来完成。为了便于放掉油，油箱底应有一定倾斜度，最低处设放油阀。e. 箱壁上应考虑安装液面指示器、冷却器。加热器及温度计等位置。f.油箱也可以设计成完全密封的充压式油箱，用以改善液压的吸油状况。一般充气压力为0.070.1MPa。根据以上六点设计要点以及对照本设计的需要，绘制油箱简图如下：图3-1 油箱简图3.6.1.2 油箱容量的确定初始设计时，先按经验确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。经验公式为： m3 （3-4）式中， 液压泵每分钟排出压力油的容积 m3 经验系数，见表3-4表3-4 经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压 机械冶金机械1 22 45 76 1210在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。初始设计时，先按经验公式确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。由此初定油箱容积取为200L，其结构参数如表3-5：表3-5 油箱结构参数长 mm80箱盖厚度 mm15宽 mm50箱底厚度 mm4高 mm50箱底倾角 mm153.6.1.3 确定油箱的有效容积按经验公式（3-4）来初步确定油箱的有效容积： 已知所选泵的总流量37.8 L/min，这样，液压泵每分钟排出压力油的体积37.8L。参照表3-3，取 = 5，算得有效容积为：V = 537.8 =189 L3.6.2 空气滤清器一般在油箱盖上应设置空气滤清器，它包括空气滤清装置和注油过滤网。在此，我们选择EF2-32 型空气滤清器，其技术性能见表3-6：表3-6 EF2-32型空气滤清器技术性能表规格EF2-32加油流量L/min14空气流量L/min100油过滤面积 cm2120螺钉（四只均布）mmM410空气过滤精度mm0279油过滤精度125m（120目/英寸）3.6.3 油标在油箱侧壁上一般应设置油标，以此作为油箱中油位的指示器。考虑到控制油箱温度的重要性，选择YWZ型带温度计的液位指示器。4 PLC设计4.1 PLC的选择PLC控制系统输入信号有20个，均为开关量，其中手动开关有两个，选择开关有3个延时，开关有2个，接近开关有7个，压力辅助1个。PLC控制系统的输出信号有14个，其中12驱动中间继电器KA1KA10，2个驱动延时继电器。根据输入和输出信号个数，PLC可选三菱FX1N-40MR-001，其输入点数有24，输出点数有16，满足要求而且留有一定裕量。4.2现场器件与PLC内部等效继电器地址编号对照表输入信号名称功能I/O编号SA2点动/半点动X0SA3脱模方式X1SA4压制方式X2SB4静止X3SB5慢下X4SB6回程X5SB7顶出X6SB8退回X7SB9工作1X10SB10工作2X11KT1保压延时X12KT2取坯延时X13SP1主缸压力X14SQ1滑块下限X15SQ2滑块快转慢X16SQ3滑块浮动X17SQ4滑块下限X20SQ5上限X21SQ6下限X22光电保护X23输出信号KA1Y0KA2Y1KA3Y2KA4Y3KA5Y4KA6Y5KA7Y6KA8Y7KA9Y10KA10Y11KA11Y12KA12Y13KT1Y14KT2Y154.3工作流程与动作顺序工作方式序号动作名称液压阀（YA）123456789101112点动1滑块快下+2滑块回程+3预留14预留2半自动浮动压制A一般脱模1滑块快下+2滑块慢下预压+3浮动压制+4保压5泄压+6滑块回程+7预留18手动取坯9预留210手动加料11转下一循环B保护脱模1滑块快下+2滑块慢下预压+3浮动压制+4保压5泄压+6退回+7滑块回程+8手动取坯9顶出+10手动加料11转下一循环单向压制C一般脱模1滑块快下+2滑块慢下压制+3保压4泄压+5滑块回程+6顶出+7手动取坯8退回+9手动加料10转下一循环D保护脱模1滑块快下+2滑块慢下压制+3保压4泄压+5顶出+6滑块回程+7手动取坯8退回+9手动加料10转下一循环其它1静止2紧急回程+3紧急停止4.4 PLC与现场器件的连接图4.5 PLC程序的设计 梯形图程序如下： 先按下SB2启动电机，把选择开关SA2旋转到“调整”位置按压相应的按扭可得相应的点动动作。按下SB6，X005置1，辅助继电器M12得电驱动液压阀YA1、YA2、YA 6、YA9动作，滑块回程，放手手动作即停。打开光电保护，按下SB5，X004置1，辅助继电器 M11得电驱动液压阀压YA1、YA4、YA5动作，滑块慢下，放手动作则停止。同理，按下SB7，辅助继电器M13得电驱动液压阀YA1、YA8、YA11动作，顶出，放手动作即停止。按下SB8，辅助继电器M14得电驱动液压阀YA1、YA7动作，退回，放手动作即停止。若要完成半自动浮动压制中的一般脱模方式，当电机启动后，点动调整，把滑块调到上限位SQ1和调到上限位SQ5作为初始状态位置。在此过程中状态器S0S26全部复位。把选择开关SA2旋转到“工作”位置，准备工作就绪。把选择开关SA4旋转到“浮动”一侧，把选择开关SA3转到“一般”一侧。初始脉冲M8000驱动，置位S0后置位S10，复位S0。按压双手按扭，辅助继电器M31得电驱动液压阀YA1、YA3、YA5动作，滑块快速下行。当滑块快速下行到SQ2位接近开关得电X016置1，置位S11，复位S10，辅助继电器M32得电驱动液压阀YA1、YA4、YA5动作，滑块慢行预压。滑块下行到SQ3，置位S12，复位S11，辅助继电器M33得电驱动液压阀YA1、YA5、YA10和YA12动作，进行浮动压制。当主缸压力达到极值或滑块到达下限位SQ4后，置位S13复位S12。延时继电器得电保压延时，时间到置位S14复位S13，辅助继电器M34得电驱动液压阀YA2、YA9动作泄压，同时延时继电器T2得电延时，时间到置位S15复位S14，后置位S16复位S15，辅助继电器M35得电驱动液压阀YA1、YA6、YA9动作滑块回程。当滑块达上限位SQ1后，置位S17复位S16，辅助继电器M36得电驱动液压阀YA1、YA7动作退回。达下限位SQ6后，置位S20复位S17，Y015得电驱动延时继电器KT2得电手动取坯延时，时间到或是按压双手1和双手2置位S21复位S20后置位S22再复位S21，辅助继电器M39得电驱动液压阀YA1、YA8、YA11动作顶出，达上限位SQ5后置位S24复位S22，手动加料转到下一循环。若要完成半自动浮动压制中的保护脱模方式，当电机启动后点动调整，把滑块调到上限位SQ1和把调到下限位SQ5作为初始状态位置。在此过程中状态器S0S26全部复位。把选择开关SA2旋转到“工作”位置，准备工作就绪。把选择开关SA4旋转到“浮动”一侧，把选择开关SA3转到“保护”一侧。初始脉冲M8000驱动，置位S0后置位S10，复位S0。按压双手按扭，辅助继电器M31得电驱动液压阀YA1、YA3、YA5动作，滑块快速下行。当滑块快速下行到SQ2位接近开关得电X016置1，置位S11，复位S10，辅助继电器M32得电驱动液压阀YA1、YA4、YA5动作，滑块慢行压制。滑块下行到SQ3，置位S12，复位S11，辅助继电器M33得电驱动液压阀YA1、YA5、YA10和YA12动作，进行浮动压制。当主缸压力达到极值或滑块到达下限位SQ4后，置位S13复位S12。延时继电器得电保压延时，时间到置位S14复位S13，辅助继电器M34得电驱动液压阀YA2、YA9动作泄压，同时延时继电器T2得电延时，时间到置位S15复位S14，后置位S17复位S15，辅助继电器M36得电驱动液压阀YA1、YA7动作退回。当退回达下限位SQ6后，置位S16复位S17，辅助继电器M35得电驱动液压阀YA1、YA6、YA9动作滑块回程。滑块上行达上限位SQ1后，置位S20复位S16，Y015得电驱动延时继电器KT2得电手动取坯延时，时间到或是按压双手1和双手2置位S21复位S20后置位S22在复位S21，辅助继电器M39得电驱动液压阀YA1、YA8、YA11动作顶出，达上限位SQ5后置位S24复位S22，手动加料转到下一循环。若要完成半自动单向压制中的保护脱模方式，当电机启动后，点动调整，把滑块调到上限位SQ1和调到下限位SQ6作为初始状态位置。在此过程中状态器S0S26全部复位。把选择开关SA2旋转到“工作”位置，准备工作就绪。把选择开关SA4旋转到“单向”一侧，把选择开关SA3转到“保护”一侧。初始脉冲M8000驱动，置位S0后置位S10，复位S0。按压双手按扭，辅助继电器M31得电驱动液压阀YA1、YA3、YA5动作，滑块快速下行。当滑块快速下行到SQ2位接近开关得电X016置1，置位S11，复位S10，辅助继电器M32得电驱动液压阀YA1、YA4、YA5动作，滑块慢行压制。当主缸压力达到极值或滑块达下限位SQ4后，置位S13复位S11。延时继电器得电保压延时，时间到置位S14复位S13，辅助继电器M34得电驱动液压阀YA2、YA9动作泄压，同时延时继电器T2得电延时，时间到置位S15复位S14，后置位S25复位S15，辅助继电器M41得电驱动液压阀YA1、YA8、YA9、YA10动作顶出，到达上限位SQ5后置位S26复位S25，辅助继电器M42得电驱动液压阀YA1、YA6、YA9动作滑块回程，滑块到达上限SQ1后置位S20复位S26，Y015得电驱动延时继电器KT2得电手动取坯延时，时间到或是按压双手1和双手2置位S21复位S20后置位S23复位S21，辅助继电器M40得电驱动液压阀YA1、YA7动作退回。达下限SQ6后，置位S24复位S23，手动加料转到下一循环。4.6指令程序 步序指令说明1LD X0002AND M123OR X0054ANI X0155ANI M116ANI M31 7ANI M328OUT M12滑块回程9OUT T3K1012LDI X00013ANI X00314AND X02315ANI M1216MC N0M1019LD X00420ANI X02021ANI X01422ANI M1223OUT M11滑块慢下24LD X00625ANI X02126ANI M1427OUT M13顶出28LD X00729ANI X02230ANI M1331OUT M14退回32MCR N034LD M800035OUT TOK538LDI T039ORI X00040OR M1241OR X00342ZRST（FNC40）S0S26全
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