液压缸压机设计

液压缸压机设计 闽南理工学院 毕业设计(论文) 题目 液压缸压机设计 系 别 光电与机电工程系 专 业 机电设备维修与管理 班 级 0610131 学 号 28 姓 名 林秋实 指导教师 郑森伟 完成时间 评定成绩 教务处制 年 月 日 闽南理工学院毕业设计 毕业设计,论文,课题审批表 系: 光电与机电工程系 年 月 日 课题名称 液压缸压机设计 教师姓名 郑森伟 职称 论文时间 课题来源 A(生产 B.科研 C.教学 D.其他 课题类型 A(设计 B.论文 一、主要内容 二、目标和要求 三、特色 四、成果形式 五、成果价位 系审题 意见 文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见 负责人签字: 年 月 日 ? 闽南理工学院毕业设计 毕业设计,论文,任务书 学生姓名 林秋实 指导教师 郑森伟 职称 设计,论文,题目 液压缸压机设计 一、毕业设计,论文,任务,包括目标和要求,: 一、设计的主要技术参数 用途:适用于可塑性材料的压制工艺～如粉末制品成型、塑料制品成型、冷热挤压金属成型、薄板拉伸以及冲压、弯曲、翻边、校正等工艺的四柱式万能液压机。 性能特点:本液压机具有调整、手动及半自动三种工作方式～可实现定压和定程两种工艺方式。定压成型时～在压制后有保压延时及自动回程动作。工作台中间装有顶出装置～除顶出制品外～还可作为液压垫用于薄板拉伸制件的压边成型工艺～其工作压力与行程可根据工艺需要在规定范围内调整,可用继电器控制或PLC控制的电气控制系统。 主要技术参数:公称力,最大压力,2000KN～回程力400 KN～顶出力350KN～液体最大工作压力25 Mpa～拉伸滑块行程700mm, 顶出活塞最大行程250mm, 滑块距工作台最大距离1100mm。 二、 毕业设计图纸 1. 2000KN四柱式万能液压机主机总图, 2. 液压动力系统原理图, 3. 液压动力系统,液压站,装配图, 4. 其它零部件图。 三、设计说明书 1. 液压机及液压系统(与电气控制系统)工作原理及工艺参数的分析与确定, 2. 液压动力系统配置、元器件选型与布置设计, 3. 部分液压元器件结构参数确定, 二、工作阶段,包括时间划分和阶段主要工作内容,: 1、2008年12.8-2009年1.12查资料、写开题 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 2、2009年1.13-2.20毕业实习、翻译英语资料 3、2009年2.21-4.2总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计、液压系统方案设计、元器件结构参数确定、其他参数确定及设计 ? 闽南理工学院毕业设计 4、2009年4.3-5.82000KN液压机装配图及液压原理图、系统配置图、液压站总图与其他零 部件图绘制 5、2009年5.9-5.31撰写设计说明书、论文 三、其他要求,包括文献研究、实验实习等方面,: 1.GB9166-88.四柱液压机精度.北京:国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 局,1988，05，05发布 2.JB3915-85.液压机安全技术条件.北京:中华人民共和国机械工业部,1985，02，08发布 3.许福玲、陈尧明主编。液压与气压传动,第二版,～北京:机械工业出版社 2004.7 4.何存兴主编。液压与气压传动～武汉:华中科技大学出版社 2000.8 5.李爱华等主编。工程制图基础 北京:高等教育出版社～2003.8 6.钟毅芳等主编。机械设计～武汉:华中科技大学出版社 2001.2 7.朱理主编。机械原理～北京:高等教育出版社～2004.4 8.王伯平主编。互换性与测量技术基础～北京:机械工业出版社 2000.2 9.赵程、杨建民主编。机械工程材料～北京:机械工业出版社 2003.1 10.秦曾煌主编。电工学～北京:高等教育出版社～2003.2 11.李建兴主编.可编程序控制器应用技术. 北京:机械工业出版社 2004.7 12.李发海、王岩编著。电机与拖动基础,第二版,。北京:清华大学出版社.1994 所在专业教研室审查意见: 所在系意见: 主任签名: 负责人签名: 年 月 日 年 月 日 ? 闽南理工学院毕业设计 毕业设计,论文,开题报告 姓 名 林秋实 专业/班级 0610131 指导教师 郑森伟 课题名称 液压缸压机设计 一、选题依据和意义 ,1,选题依据 ? 主要技术要求参数:公称力,最大压力,2000KN～回程力400 KN～顶出力350KN～液体最大工作压力25 Mpa～拉伸滑块行程700mm, 顶出活塞最大行程250mm, 滑块距工作台最大距离1100mm。 ? 主要用途:用于可塑性材料的压制工艺～如粉末制品成型、塑料制品成型、冷热挤压金属成型、薄板拉伸、冲压、弯曲、翻边、校正等工艺。 ,2,主要研究的内容和所要实现的设计目标 ? 选择合理的液压系统设计方案,工艺方案设计、液压系统原理图设计、液压站总体布局设计、总体布局设计,满足液压系统的使用性能和安全要求, ? 技术设计,各组成部分及液压系统的控制系统设计、电气控制系统设计、结构设计、材料选择、零件强度与刚度校核、绘制设计图样和编写技术文件,, ? 选择合理的材料、液压元件和制造加工工艺, ? 整个液压机系统的设计要满足拆装方便～便于运输的要求, ? 能够完成冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金压制成型、薄板拉伸、压装成型等加工工艺要求。 二、基本内容及解决的主要问题 液压机属于高压工作设备,进行零件的压力加工时,随着压力的不断升高泄漏也会不断增大,这样不利于保证零件的加工精度～同时对环境也造成污染, 液压机压力加工完成后～卸压时存在很大的液压冲击～对设备损害很大, 按下液压机启动按钮后～执行部件并不能够立刻动作～还需有一段“反映时间”～动作灵敏性不及电气控制, 液压机出现故障不容易及时找到并排除～给维护带来很大的技术难题和不便, 液压机工作时会形成液压冲击、气蚀等现象～形成了噪音～不利于营造好的工作环境。 三、进度、步骤 1、2008年12.8-2009年1.12查资料、写开题报告 ? 闽南理工学院毕业设计 2、2009年1.13-2.20毕业实习、翻译英语资料 3、2009年2.21-4.2总体方案设计、液压系统方案设计、元器件结构参数确定、其他参数确定及设计 4、2009年4.3-5.82000KN液压机装配图及液压原理图、系统配置图、液压站总图与其他零部件图绘制 5、2009年5.9-5.31撰写设计说明书、论文 四、方法、措施 通过液压传动控制系统和电气控制系统对主机进行动作循环控制～使液压机能够准确如下动作:主缸活塞滑块快速下行、主缸活塞滑块慢速加压、主缸保压、主缸卸压、主缸活塞滑块回程、顶出缸活塞顶出、顶出缸活塞退回, 设备设计达到布局合理～结构紧凑、工作稳定可靠、操作简单、维护方便、污染小、噪音低、自动化程度高等要求, 五、主要参考文献 [1] GB9166-88.四柱液压机精度.北京:国家标准局 [2] JB3915-85.液压机安全技术条件.北京:中华人民共和国机械工业部 [3] 许福玲、陈尧明主编.液压与气压传动,第二版,.北京:机械工业出版社 [4] 章宏甲、黄谊、王积伟主编. 液压与气压传动.机械工业出版社 指导教师意见 指导教师签名: 年 月 日 教研室意见 主任意见: 年 月 日 系意见 负责人签名: 年 月 日 ? 闽南理工学院毕业设计 毕业设计,论文, 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 进程表 ,由学生填写, 姓 名 林秋实 指导教师 郑森伟 课题称 液压缸压机设计 时间 工 作 任 务 完成情况 课题主要任务: ? 主机工作原理分析、总体方案设计、零部件设计, ? 液压系统工作原理分析和总体方案设计, ? 液压系统参数计算、液压元件型号的选择、液压站 布局设计～重要液压元件的具体设计, ? 电气控制系统设计。 1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果 ? 查阅相关的资料, ? 外文资料翻译, ? 实习报告、实习日记, 2008年12? 液压机总体方案设计、液压系统设计、电气系统设月~2009年6 计, 月 ? 零部件设计, ? 完成一部分零部件图的绘制, 2、下一步的主要研究任务～具体设想与安排 ? 完善液压系统和电气控制系统的控制方案设计, ? 设计说明书的撰写, ? 零、部件设计图纸的绘制。 3、存在的具体问题 ? 电气控制系统中控制电路的设计, ? 主机总体装配图。 ? 闽南理工学院毕业设计 摘 要 本设计为中型四柱式液压机，主机最大工作负载设计为2000KN。主机主要由上梁、导柱、工作台、移动横梁、主缸、顶出缸等组成。本文重点介绍了液压系统的设计。通过具体的参数计算及工况分析，制定总体的控制方案。经方案对比之后，拟定液压控制系统原理图。液压系统选用插装阀集成控制系统，插装阀集成控制系统具有密封性好，通流能力大，压力损失小等特点。为解决主缸快进时供油不足的问题，主机顶部设置补油油箱进行补油。主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制;为了保证工件的成型质量，液压系统中设置保压回路，通过保压使工件稳定成型;为了防止产生液压冲击，系统中设有泄压回路，确保设备安全稳定的工作。此外，本文对液压站进行了总体布局设计，对重要液压元件进行了结构、外形、工艺设计，对主机、电气控制系统进行了简要设计。 通过液压系统压力损失和温升的验算，本文液压系统的设计可以满足液压机顺序循环的动作要求，能够实现塑性材料的锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲等成型加工工艺。 关键词:液压系统;液压机;毕业设计 ? 闽南理工学院毕业设计 ABSTRACT This paper design for the medium frame of hydraulic machines, the mainframe’s largest work load design for 2000KN. Mainframe mainly by the beam、guided、worktable、mobile beams、master cylinder、cylinder head out of components etc. This paper focuses on the hydraulic system design. Through specific parameters and hydraulic mechanic situation analyzes, formulation of a master control program. By contrast, developed hydraulic control system diagram.Hydraulic systems use cartridge valve integrated control system, integrated cartridge valve control system has good sealing, flow capacity, small pressure loss characteristics etc. To solve the master cylinder express entered the shortage of oil supply in the top of the mainframe installed oil tank. Master cylinder for the speed of access restrictions and security through the trip exchanging to control switches.To ensure the quality of the work-piece molding, in the hydraulic system installed packing loop through packing work-piece stability molding; To prevent hydraulic shocks, pressure relief system with a loop to ensure that this equipment can be a safe and stable work. In addition, the paper hydraulic station on the overall layout of the key components of the hydraulic structure、shape、 technique for a specific design. By the loss of hydraulic system pressure and temperature checked. Hydraulic system is designed to meet the hydraulic action sequence and cycle requirements can be achieved by forging plastic materials, stamping, cold extrusion, straightening, bending, and other molding processes. Keywords: Hydraulic System ;Hydraulic Pressure machine;Graduation design II 闽南理工学院毕业设计 目 录 第1章 绪论 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 1.1 液压机现状概要 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 本文拟达到的要求???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 第2章 四柱液压机总体方案设计????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 2.1 四柱液压机主要设计参数 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.2 四柱液压机工作原理分析 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 .2.1 四柱液压机的基本组成 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2 2.2.2 四柱液压机的工作原理 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.3 四柱液压机工艺方案设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.4 四柱液压机总体布局方案设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.5 四柱液压机零部件设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.5.1 主机载荷分析???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.5.2 主机工作台设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10 2.5.3 控制台设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10 第3章 四柱液压机液压系统设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? 10 3.1 液压传动的优越性概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 11 3.2 液压系统设计要求????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 11 3.2.1 液压机负载确定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 11 3.2.2 液压机主缸工艺过程分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12 3.2.3 液压系统设计参数 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12 3.3 液压系统设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12 3.3.1 液压机主缸工况分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12 3.3.2 液压机顶出缸工况分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 3.3.3 液压系统原理图拟定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 16 3.3.4 液压系统基本参数计算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 3.4 液压系统零部件设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 3.4.1 液压机主缸设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 3.4.2 液压机顶出缸设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 32 III 闽南理工学院毕业设计 3.4.3 液压油管设计????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 33 3.4.4 液压油箱设计????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 35 3.5 液压站布局设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36 3.5.1 液压站设计需要考虑的问题 ????????????????????????????????????????????????????????????????? 36 3.5.2 液压站的结构设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36 3.6 液压系统安全、稳定性验算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 37 3.6.1 液压系统压力损失验算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 37 3.6.2 液压系统温升验算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 41 第4章 四柱液压机电气系统设计??????????????????????????????????????????????????????????????? 42 4.1 电气控制概述 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 42 4.2 四柱液压机电气控制方案 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 42 4.2.1 四柱液压机电气控制方式选择 ?????????????????????????????????????????????????????????????? 42 4.2.2 电气控制要求与总体控制方案 ?????????????????????????????????????????????????????????????? 42 4.3 四柱液压电气控制电路设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 43 4.3.1 四柱液压机主电路设计 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 43 4.3.2 四柱液压机控制电路设计 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 43 4.3.3 电气控制过程分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 45 第5章 四柱液压机安装调试和维护 ?????????????????????????????????????????????????????????? 46 5.1 四柱液压机的安装????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 47 5.2 四柱液压机的调试????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 47 5.3 四柱液压机的保养维护 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 47 结论 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 48 参考文献 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 49 致谢 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 50 附录1 外文翻译 附录2 设计图纸 IV 闽南理工学院毕业设计 第1章 绪 论 1.1液压机现状概要 液压传动技术发展到今天已经有了较为完善、成熟的理论和实践基础。液压传动技术与传统的机械传动相比，操作方便简单，调速范围广，很容易实现直线运动并且还具有自动过载保护功能。液压传动容易实现自动化操作，采用电液联合控制后，可以实现更高程度的自动控制以及远程遥控。由于液压传动的工作介质是流体矿物油，有较大的沿程和局部阻力损失。当系统的工作压力比较高时，还会产生比较大的泄漏，泄漏的矿物油将直接对环境造成污染，有时候还容易引起安全事故。油液受温度的影响很大，因此液压油不能在很高或很低的温度条件下工作。由于液压油的可压缩性和泄漏，液压传动不能保证恒定的传动比和很高的传动精度，这是液压传动的最大不足之处。此外，液压传动的故障排除不如机械传动、电气传动那样容易，因而对使用和维护人员有较高的技术水平要求。虽然液压传动存在这些缺陷，但总体上优点还是盖过了缺点，因而应用还是很广泛。 液压机自19世纪问世以来得到了很快的发展，在工业生产中已经有了广泛的应用，成了产品压力加工成型不可或缺的机械设备。随着科学技术的日新月异，电子技术、液压技术的不断成熟，液压机也得到了更进一步的发展。到目前为止，液压机的最大公称压力已经达到了750MN，控制技术也由原来传统的继电器控制变为可编程控制器和工业计算机控制，这使液压机的运行平稳性、控制精度、产品质量有了保证，同时生产效率得到了很大的提高。 液压机加工与传统机械加工相比属于无屑加工，应用范围广泛，一般用于塑性材料的冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸等。此外液压机还用于粉末冶金、翻边、压装等产品的成型加工工艺。液压机还能实现复杂工件和不对称工件的加工，产品废品率较低。液压机根据加工工件的不同性质，还可进行适当的压力行程调整，满足产品的加工要求。液压机主要由主机、液压系统、电气系统三部分组成。液压机的整个工作过程的实现，首先是由电气系统来控制液压系统，然后再由液压系统控制主机主缸和顶出缸的顺序动作。总的来说，液压机操作简单，维护方便。 虽然液压机目前应用十分广泛，但是潜在的问题还很多。液压机属于高压工作设备,进行压力加工时,随着压力的不断升高泄漏也会不断增大,这样不利于保证零件的加工精度，同时还会对环境造成污染。除此之外，液压机还存在如下缺陷，液压机压力加工完成后，卸压时存在很大的液压冲击，这样对液压元件及其它设备损害很大;按下启动按钮后，动作灵敏性不及电气控制;液压机出现故障不能够正常工作，故障不容易及时找到并排除，给维护带来了一定的技术难题和不便;液压机工作时产生的液压冲击、气 1 闽南理工学院毕业设计 蚀等现象，会缩短液压元件的使用寿命。 为了催生更大的生产力，液压机的设计需要改进。液压油路设计、控制系统的优化设计将是液压机今后值得研究的方向。 (1)油路设计方面 为了防止泄油和外界的污染，液压机油路的设计趋于集成化、封闭循环式，这样可以延长设备的使用寿命。除此之外，液压元件设计尽量标准化，集成化。集成液压系统减少了管路连接，可以降低泄漏和污染。液压元件的标准化给维护带来了方便。 (2)控制系统方面 液压机属于高压设备，控制系统除控制设备安全可靠的工作之外，还应该让控制精度变得更高，人机交互变得更简单，操作更方便，自动化、高速化、智能化程度更好。 综上所述，液压机的发展促进了生产力的发展。伴随着电气控制技术、液压传动技术的不断发展，液压机的自动化程度、加工精度将进一步得到提高，实现智能化控制。 1.2本文拟达到的要求 (1)液压机总体方案设计，其中包括主机的结构设计和工艺设计、零部件的结构设计和工艺设计、部件装配方案设计; (2)通过液压系统总体设计方案的对比，确定合理的液压系统设计方案。主要包括液压系统原理图设计、液压元件结构、工艺设计、液压站总体布局设计; (3)电气控制系统设计，包括主电路和控制电路电路图设计; (4)设计方案确定时，必须考虑选用什么样的制造材料，达到什么样的表面加工质量，采用什么样的机械加工设备，选择什么样的热处理方式等; (5)整个设备满足拆装方便，运输方便的要求; (6)四柱液压机能够准确完成如下工作循环:主缸活塞滑块快速下行、主缸活塞滑块慢速加压、主缸保压、主缸卸压、主缸活塞滑块回程、顶出缸顶出、顶出缸退回等; (7)设备达到总体布局合理，结构紧凑、工作稳定可靠、操作简单、维护方便、环境污染小、工作的时候噪音低、自动化程度高等，能够完成冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金压制成型、薄板拉伸、压装成型等加工工艺。 2 闽南理工学院毕业设计 第2章 四柱液压机总体设计 2.1四柱液压机主要设计参数 (1)拟设计的四柱液压机主要技术参数见表2.1 表2.1 液压机技术参数 参 数 项 参 数 公称力(最大负载) 2000KN 工进时液体最大工作压力 25MPa 主缸回程力 400KN 顶出缸顶出力 350KN 主缸滑块行程 700mm 顶出活塞行程 250mm 主缸滑块距工作台最大距离 1100mm 主缸滑块快进速度 0.08m/s 主缸滑块工进最大速度 0.006m/s 主缸快退速度 0.03m/s 顶出活塞顶出速度 0.02m/s 顶出活塞退回速度 0.05m/s (2)四柱液压机的主要功能 通过液压传动系统传递动力，完成零件的压力成型加工。 (3)四柱液压机的适用范围 液压机主要用于冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸、粉末冶金、翻边、压装等成型 工艺。 2.2 四柱液压机工作原理分析 2.2.1 四柱液压机的基本组成 四柱液压机主要由主机、液压控制系统、电气控制系统三部分组成。 其中主机包 括工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等结构;液压系统由控制元件、执行元件、辅助 元件、动力装置、工作介质等组成;电气控制控制系统主要由继电器、接触器、按钮、 3 闽南理工学院毕业设计 行程开关、电器控制柜等组成。 2.2.2 四柱液压机的工作原理 (1)四柱液压机主机组成简图2.1 1-滑块 2-导柱 3-工作台 4-安装地基 5-顶出缸 6-主缸 7-上横梁 8-辅助油箱 图2.1 四柱液压机主机组成简图 4 闽南理工学院毕业设计 (2)四柱液压机工作原理分析 四柱液压机的动作顺序通过电气系统、液压系统控制，控制顺序框图如图2.2。 启 动 电气系统液压系统液压机主机 行程开关 手 动 图2.2 四柱液压机控制顺序图 从上面的控制顺序框图可以看出，液压机的工作原理由电气控制系统控制液压系统，液压控制系统再控制主机工作，主机动作触及行程开关，将信号反馈给电气控制系统，实现循环控制。 (3)四柱液压机工作循环分析 四柱液压机工作循环如图2.3所示。 停止滑块快速下行工进、加压保压快速回程 顶出 图2.3 四柱液压机工作循环图 四柱液压机工作循环如图2.3(a)，滑块在自重的作用下快速下行，碰到行程开关 5 闽南理工学院毕业设计 后由快进变为工进，随后进行加压、保压。保压时间完成后，滑块快速回程，直到回到原来的位置，停止运动;图2.3(b)表示顶出缸的工作循环过程，主缸快进、工进、保压、退回停止后，顶出缸才运动，将工件顶出。 2.3 四柱液压机工艺方案设计 (1)控制方式的选择 采用液压系统与电气系统相结合的控制方式。具有调整、手动、半自动三种工作方式，可实现定压、定程两种加工工艺; (2)液压系统: 液压油路采用封闭式回路，供油方式选用变量泵供油，液压控制元件采用插装阀形式。针对液压机快进时供油不足以及工进时的高压特性，系统应设有补油和卸压装置; (3)电气控制: 采用继电器、行程开关、接触器、手动按钮等元件进行手动、半自动控制; (4)主机: 主机结构形式采用“三梁四柱”的形式，主缸和顶出缸为执行元件。 2.4 四柱液压机总体布局方案设计 总体布局如图2.4所示 1-主机 2-液压油管 3-控制台 4-插装阀 5-液压泵装置 6-液压油箱 7-电气控制柜 图2.4 四柱液压机总体布局简图 图2.4为液压机整体布局简图，分为三个部分，即:主机、液压系统、电气控制系统。液压系统的所有部件都集中安装在液压油箱上，使液压站布局结构变得紧凑。电气 6 闽南理工学院毕业设计 控制元件集中设计在电气柜中。启动、停止、快进、顶出、调整、等控制按钮设置在控制台上，方便及时操作。 2.5 四柱液压机零部件设计 2.5.1 主机载荷分析 参考表2.1，四柱液压机的最大工作负载为2000KN，主缸回程力为400KN，顶出缸顶出力为350KN。由于工作时的负载远大于其它工况时的负载，因此在进行载荷设计时，取负载2000KN对液压机进行受力计算。 液压机结构形式为“三梁四柱”式，工进加压的负载作用在横梁和导柱上，受载时横梁受压，导柱受拉，受力如图2.5所示 导柱 横梁 F-负载 T-导柱拉力 图2.5 横梁、导柱受力图 2.5.1.1 导柱设计 材料选择:导柱在工作过程中主要承受拉力，材料必须具备较高的抗拉强度。导柱材料选择45圆钢，也可选用锻件形式。 热处理要求:导柱除了承受拉力之外，外圆柱表面与滑块之间还存在摩擦力。为了减少导柱表面的磨损，通过表面热处理提高表面硬度增加表面耐摩性。总的热处理工艺为调质和表面淬火。 理论设计计算: 液压机的最大负载约为2000kN，通过力传递后，最后由四根导柱承受2000kN的拉力，作用在每根导柱上的拉力为500kN。由许用拉应力公式(2.1)，可计算导柱的安全直 7 闽南理工学院毕业设计 径D。 F (2.1) ,[],A 式中: —许用应力;取45钢=80,100MPa; [,][,] F—轴向拉力; A—横截面积。 即: 64F4，0.5，10N D,,,0.089m6,,[]3.14，80，10Pa 圆整后取导柱直径D=90mm，为了防止四根导柱因瞬间的受力不均而被破坏，导柱 直径可适当加大，取D=110mm。 2.5.1.2 横梁设计 材料选择:横梁工作时的受力为弯曲力，材料应具有一定的抗弯强度。选用45钢， 毛坯采用锻件。 热处理要求:横梁进行调质处理。 理论计算校核: 横梁受力可以简化为简直梁,中间受载的情形，如图2.6所示。 截 面1-1 图2.6 横梁滑块受力简图 初步确定横梁的长、宽、高尺寸分别为1310、1045、575mm，截面为矩形。即: 在负载作用下的剪力和弯矩如图2.7所示。 8 闽南理工学院毕业设计 图2.7 (a) 剪力图 (b) 弯矩图 由弯矩图2.7(b)可知，横梁C点1—1截面弯矩最大，该截面是危险截面。为了保 证横梁能够正常工作，必须对该截面进行强度校核。正应力计算公式为: Mmax,, (2.2) maxW 式中: ,—最大弯曲正应力; max M—最大弯矩; max 3—抗弯截面系数()。 mW 矩形截面抗弯系数W计算公式为: 2bhW, (2.3) 6 式中: —矩形截面的宽; b —矩形截面的高。 h 即: 21.045，0.5753W,,0.058m 6 475kN.m,,,8.1MPa max30.058m ,,45钢的弯曲许用应力[]=100MPa，而横梁的最大弯曲应力=8.1MPa，远小于材max 料的许用应力，经过校核，设计尺寸满足要求。 9 闽南理工学院毕业设计 2.5.2 主机工作台设计 液压机工作台主要受压，由于工作台不是很高，刚度要求可以满足，因此在设计计算时只要进行抗压强度的校核即可，校核过程从略。 材料选择:工作台主要受压，材料选用铸钢45。 工艺要求: 机械加工时，工作台表面做成T形槽，如图2.8所示。 图2.8 工作台T形槽 2.5.3控制台设计 材料选择:控制台主要用于安装控制按钮，不承受动载荷，强度要求不是很高，满足使用要求即可，材料选用Q235A。 加工工艺:控制台的制作加工采用焊接方式完成。 外形设计:控制台外形尺寸设计应考虑操作方便。外形简图如图2.9所示。 1-控制按钮 2-控制面板 3-控制台底座 图2.9 液压机控制台外形简图 10 闽南理工学院毕业设计 第3章 四柱液压机液压系统设计 3.1 液压传动的优越性概述 科学技术迅猛发展的今天，液压传动技术随之有了比较完善、成熟的理论基础。目前液压传动技术正向着高压、高速、大功率、高效、低噪音、经久耐用、高度集成化的方向发展。 (1)液压传动优越性 1)液压元件布局灵活; 2)液压传动操作控制方便，可实现无级调速; 3)液压传动容易实现直线传动，可以进行自动过载保护; 4)液压传动采用电液控制相结合的控制方式，可实现自动化控制，还可实现远程控制; 5)液压系统中液压元件的磨损比机械传动小很多，液压油除了作为传动介质外还起到了润滑的作用，延长了液压系统中液压元件的使用寿命。 (2)液压传动不足 1)液压传动沿程、局部阻力损失比较大; 2)液压传动压力高时泄漏较大，效率降低，处理不好油液还会对环境构成污染; 3)液压介质的泄漏和可压缩性使系统没有严格的传动比; 4)液压传动存在的液压冲击、气蚀、困油现象影响了设备的安全工作和使用寿命; 5)液压元件制造精度高，成本贵，系统故障不容易排除，维护技术成本高; 6)液压系统工作环境受温度影响较大，不宜在很高和很低的温度条件下工作。 3.2 液压系统设计要求 3.2.1 液压机负载确定 参考四柱液压机技术参数表2.1可知，液压机的最大工作负载为2000KN，工进时液体最大压力为25MPa,由此确定液压机设计负载为2000KN型四柱液压机。 3.2.2 液压机主机工艺过程分析 压制工件时主机的工艺过程:按下启动按钮后，主缸上腔进油，横梁滑块在自重作用下快速下行，此时会出现供油不足的情况，补油箱对上缸进行补油。触击快进转为工 11 闽南理工学院毕业设计 进的行程开关后，横梁滑块工进，并对工件逐渐加压。工件压制完成后进入保压阶段，让产品稳定成型。保压结束后，转为主缸下腔进油，滑块快速回程，直到原位后停止。横梁滑块停止运动后，顶出缸下腔进油，将工件顶出，工件顶出后，顶出缸上腔进油，快速退回。 3.2.3 液压系统设计参数 液压系统设计参数可参考表2.1 最大负载:2000KN; 工进时系统最大压力:25MPa 主缸回程力:400KN; 顶出缸顶出力:350KN 主缸滑块快进速度:0.08m/s; 主缸最大工进速度:0.006m/s 主缸回程速度:0.03m/s; 顶出缸顶出速度:0.02m/s 顶出缸回程速度:0.05m/s 3.3 液压系统设计 3.3.1 液压机主缸工况分析 3.3.1.1 主缸速度循环图 根据液压机系统设计参数及表2.1中主缸滑块行程为700mm，可以得到主缸的速度循环图如下: 图3.1 主缸速度循环图 3.3.1.2 主缸负载分析 液压机启动时，主缸上腔充油主缸快速下行，惯性负载随之产生。此外，还存在静摩擦力、动摩擦力负载。由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而滑块在运 12 闽南理工学院毕业设计 动过程中所产生的摩擦力会远远小于工作负载，计算最大负载时可以忽略不计。液压机的最大负载为工进时的工作负载。通过各工矿的负载分析，液压机主缸所受外负载包括工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载，即: f + Fa ( 3.1 ) F = Fw + F 式中: F —液压缸所受外负载; Fw —工作负载; Ff —滑块与导柱、活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载，启动后为动摩擦力负载; Fa —运动执行部件速度变化时的惯性负载。 (1)惯性负载Fa计算 计算公式: G,v,Fa = ( 3.2 ) g,t 式中: G —运动部件重量; 2g —重力加速度9.8m/; S —时间内的速度变化量; ,v,t —加速或减速时间，一般情况取=0.01,0.5s。 ,t,t 查阅相同型号的四柱液压机资料，初步估算横梁滑块的重量为30KN。由液压机所给设计参数可及:=0.08m/s ，取=0.05s，代入公式3.2中。 ,v,t 即: 30000N0.08m/sFa = , = 4898N 20.05s9.8m/s (2)摩擦负载Ff计算 滑块启动时产生静摩擦负载，启动过后产生动摩擦负载。通过所有作用在主缸上的负载可以看出，工作负载远大于其它形式的负载。由于滑块与导柱、活塞与缸体之间的摩擦力不是很大，因而在计算主缸最大负载时摩擦负载先忽略不计。 (3)主缸负载F计算 将上述参数Fa = 4898N 、Fw = 2000000N代入公式3.1中。 即: F = 2000000 + 4898 = 2004898N 13 闽南理工学院毕业设计 3.3.1.3 主缸负载循环图 (1)主缸工作循环各阶段外负载如表3.1 .1 主缸工作循环负载 表3 工 作 循 环 外 负 载 启 动 F = f静 + Fa ?5 KN 横梁滑块快速下行 F = f动 忽略不计 工 进 F = f动 + Fw ?2000 KN 快速回程 F = f 回+ F背 ?400 KN 注:“f静”表示启动时的静摩擦力，“f动”表示启动后的动摩擦力。 (2)主缸各阶段负载循环如图3.2 图3.2 主缸负载循环图 3.3.2 液压机顶出缸工况分析 3.3.2.1 顶出缸速度循环图 14 闽南理工学院毕业设计 根据液压机系统设计参数和表2.1中顶出缸活塞行程为250mm，得到顶出缸的速度循环图如下: 图3.3 顶出缸速度循环图 3.3.2.2 顶出缸负载分析 主缸回程停止后，顶出缸下腔进油，活塞上行，这时会产生惯性、静摩擦力、动摩擦力等负载。由于顶出缸工作时的压力远小于主缸的工况压力，而且质量也比主缸滑块小很多，惯性负载很小，计算时可以忽略不计;同理摩擦负载与顶出力相比也很小，也可不计;工件顶出时的工作负载比较大，计算顶出缸的最大工作负载时可以近似等于顶出力。将参数代入公式3.1计算顶出缸的最大负载。 即: F = Fw = 350000N 式中: Fw —顶出力; 3.3.2.3 顶出缸负载循环图 (1)顶出缸工作循环各阶段外负载如表3.2 15 闽南理工学院毕业设计 表3.2 顶出缸工作循环负载 工 作 循 环 外 负 载 启 动 F = F静 + Fa 忽略不计 顶出缸顶出 F = = f 动 + Fw ?350 KN 快速退回 F = f 动 + F背 ?8 KN 注:“f静”表示启动时的静摩擦力，“f动”表示启动后的动摩擦力。 (2)顶出缸各阶段负载循环如图3.4 图 3.4 顶出缸负载循环图 3.3.3 液压系统原理图拟定 3.3.3.1 液压系统供油方式及调速回路的选择 液压机工进时负载大，运动速度慢，快进、快退时的负载相对于工进时要小很多，但是速度却比工进时要快。为了提高液压机的工作效率，可以采用双泵或变量泵供油的方式。综合考虑，液压机采用变量泵供油，基本油路如图3.5所示。 由于液压机工况时的负载压力会逐步增大，为了使液压机处于安全的工作状态，调速回路采用恒功率变量泵调速回路。当负载压力增大时，泵的排量会自动跟着减小，保持压力与流量的乘积恒为常数，即:功率恒定，如图3.6所示。 16 闽南理工学院毕业设计 1-液压缸 2-油箱 3-过滤器 4-变量泵 5-三位四通电磁换向阀 图3.5 液压机基本回路图 图3.6 恒功率曲线图 3.3.3.2 液压系统速度换接方式的选择 液压机加工零件的过程包括主缸的快进、工进、快退和顶出缸的顶出、快速回程。采用什么样的方式进行速度的安全、准确换接是液压机稳定工作的基础。为了达到控制要求，液压系统的速度换接通过行程开关控制。这种速度换接方式具有平稳、可靠、结构简单、行程调节方便等特点，安装也很容易。 17 闽南理工学院毕业设计 3.3.3.3 液压系统原理图 液压系统采用插装集成控制系统，该控制系统具有密封性好、流通能力大、压力损失小、易于集成等优点。液压机系统控制原理如图3.7所示。 1、2、6、18、15、10、11-先导溢流阀 1S、2S、3S-行程开关 3、7-缓冲阀 14单向阀 4、5、8、9、12、13、16、17、19、20-电磁换向阀 21-补油邮箱 22-充液阀 23、24-液压缸 25压力表 F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10-插装阀 26-变量泵 27-过滤器 28、29、30、31梭阀 图3.7 液压机插装阀控制系统原理图 3.3.3.4 液压系统控制过程分析 整个液压控制系统包括五个插装阀集成块，插装阀工作原理分析如下: F1、F2组成进油调压回路，其中F1为单向阀，用于防止系统中液压油倒流回泵，F2的先导溢流阀2用于调整系统的压力，先导溢流阀1用于限制系统的最高压力，缓 18 闽南理工学院毕业设计 冲阀3与电磁换向4用于液压泵卸载和升压缓冲; F3、F4组成主缸23油液三通回路，先导溢流阀6是用于保证主缸的安全阀，缓冲阀7与电磁换向阀8用于主缸上腔卸压缓冲; F5、F6组成主缸下腔油液三通回路，先导溢流阀11用于调整主缸下腔的平衡压力，先导溢流阀10为主缸下腔安全阀; F7、F8组成顶出缸上腔油液三通回路，先导溢流阀15为顶出缸上腔安全阀，单向阀14用于顶出缸作液压垫，活塞浮动时上腔补油; F9、F10组成顶出缸下腔油液三通回路，先导溢流阀18为顶出缸下腔安全阀。 除此之外，进油主阀F3、F5、F7、F9的控制油路上都有一个压力选择梭阀，用于保证锥阀关闭可靠，防止反压开启。 3.3.3.5 液压机执行部件动作过程分析 液压机主缸、顶出缸工作循环过程分析如下: (1)主缸 1)启动——按下启动按钮，所有电磁铁处于失电状态，三位四通电磁阀4阀芯处于中位。插装阀F2控制腔经阀3、阀4与油箱接通，主阀开启。液压泵输出的油液经阀F2流回油箱，泵空载启动。 2)主缸滑块快速下行——电磁铁1Y、3Y、6Y得电，这时插装阀F2关闭，F3、F6开启，泵向系统供油，输出油液经阀F1、F3进入主缸上腔。主缸下腔油液经阀F6快速流回油箱。滑块在自重作用下快速下行，这时会因为下行速度太快，泵的输出流量来不及填充上腔而在上腔形成负压。充液阀21打开，上部油箱对上腔进行补油，滑块的快速下行。 3)滑块减速下行——当滑块行至一定位置触动行程开关2S后，电磁铁6Y失电，7Y得电，插装阀F6控制腔先导溢流阀11接通，阀F6在阀11的调定压力下溢流，主缸下腔会产生一定的背压。主缸上腔的压力这时会相应升高，充液阀21关闭。主缸上腔进油仅为泵的输出流量，滑块减速下行。 4)工进——当滑块减速行进一段距离后接近工件，主缸上腔的压力由压制负载决定，主缸上腔的压力会不断升高，变量泵输出流量会相应自动减少。当主缸上腔的压力达到先导溢流阀2的调定压力时，泵的输出流量全部经阀F2溢流，此时滑块停止运动。 5)保压——当主缸上腔的压力达到所需要求的工作压力后，电接点压力表发出电信号，电磁铁1Y 、3Y、7Y全部失电，阀F3、F6关闭。主缸上腔闭锁，实现保压，同时阀F2开启，泵卸载。 6)主缸上腔泄压——主缸上腔此时的压力已经很高，保压一段时间后，时间继电器发出电信号，电磁铁4Y得电，阀F4控制腔通过缓冲阀7及电磁换向阀8与油箱接通， 19 闽南理工学院毕业设计 由于缓冲阀7的作用，阀F4缓慢开启，主缸上腔实现无冲击泄压，保证设备处于安全工作状态。 7)主缸回程——当主缸上腔的压力降到一安全值后，电接点压力表发出电信号，电磁铁2Y、5Y、4Y、12Y得电，插装阀F2关闭，阀F4、F5开启，充液阀21开启， F5进入主缸下腔，主缸上腔油液经充液阀21和阀F4分别流回上部油压力油经阀F1、 箱和主油箱，主缸完成回程。 8)主缸停止——当主缸回程到达上端点，触击行程开关1S，全部电磁铁失电，阀F2开启，泵卸载。阀F5将主缸下腔封闭，上滑块停止运动。 (2)顶出缸 1)工件顶出——当主缸回程停止运动后，按下顶出按钮，电磁铁2Y、9Y、10Y得电，插装阀F8、F9开启，液压油经阀F1、F9进入顶出缸下腔，上腔油液经阀F8流回油箱，工件顶出。 2)顶出缸退回——按下退回按钮，电磁铁9Y、10Y失电，电磁铁2Y、8Y、11Y得电，插装阀F7、F10开启，液压油经阀F1、F7进入顶出缸上腔，下腔油液经阀F10流回油箱，顶出缸回程。 (3)液压系统电磁铁动作顺序表 电磁铁动作顺序如表3.3 表3.3 液压机液压系统电磁铁动作顺序表 执行部件 工 况 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y 12Y 快速下行 + + + 主 工进、加压 + + + 保 压 泄 压 + 缸 回 程 + + + + 停 止 顶 顶 出 + + + 出 退 回 + + + 缸 停 止 注:“+”表示电磁铁处于得电状态。 20 闽南理工学院毕业设计 3.3.4 液压系统基本参数计算 3.3.4.1 液压缸基本尺寸计算 (1)主缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定 [1]查表2-1并参考表2.1中设计参数，因液压机的工作负载比较大，取主缸的工作 压力为P=25MPa。 计算主缸内径和活塞杆直径。由主缸负载图3.2可知最大负载F=2000KN。查表2-3 [1]，由主缸工作压力为25MPa选取d/D为0.7，取液压缸的机械效率 ηcm = 0.95。液压缸受力如图3.8所示。 图3.8 液压机主缸受力简图 由图2.8可知 ,,222 DP,F，(D,d)P1244 F4D= (3.3) Pd22,P,{1,[1,()]}cm1PD1 式中: P1—液压缸工作压力; P2—液压缸回路背压，对于高压系统初算时可以不计; F—工作循环中最大负载; ηcm—液压缸机械效率，一般ηcm = 0.9,0.95。 将参数代入公式(3.3)，P2忽略不计，可求得液压缸内径 即: 64，2，10ND=mm 63.14，25，10Pa，0.95 ?327mm 21 闽南理工学院毕业设计 [1]查表2-4,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D=320mm;那么由d/D=0.7可 以求得活塞杆直径。 即: d=0.7D=0.7x327 229mm ? [1]同理查表2-5,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取d=220mm。 经过计算液压机主缸的内径、活塞杆直径分别为:D=320mm ;d=220mm。 (2)顶出缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定 [1]顶出缸工作负载与主缸相比要小很多，查表2-1,取顶出缸的工作压力P=12MPa, 计算顶出缸内径和活塞杆直径。由顶出缸负载图3.4可知最大负载F=350KN。查表 [1]2-3，缸工作压力为12MPa，选取d/D为0.7，取液压缸的机械效率 ηcm = 0.95。液压缸受力如图3.9所示。 图3.9 液压机顶出缸缸受力简图 将参数代入公式(3.3)，P2忽略不计，可求得液压缸内径 即: 64，0.35，10ND=mm 63.14，12，10Pa，0.95 ?198mm [1]查表2-4,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D=200mm;那么由d/D=0.7可 以求得活塞杆直径。 即: d=0.7D=0.7x198 ?138mm [1]同理查表2-5,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取d=140mm。 经过计算液压机顶出缸的内径、活塞杆直径分别为:D=200mm ;d=140mm。 22 闽南理工学院毕业设计 3.3.4.2 液压系统流量计算 (1)主缸所需流量计算 参考表2.1及主缸的尺寸，对主缸各个工况所需流量进行计算。已知主缸的快进速 度为0.08m/s，工进速度为0.006m/s，快速回程速度为0.03m/s，主缸内径为320mm， 活塞杆直径为220mm。 由流量计算公式: (3.4) q,A,, 快进时: ,2,33q,A,,= ，(0.32m)，0.08m/s,6.43，10m/s快进快进4 ?385.8L/min 工进时: ,2,33q,A,, = ，(0.32m)，0.006m/s,0.48，10m/s工进工进4 ?28.8L/min 快退时: ,22,33q,A,, = ，([0.32m),(0.22m)]，0.03m/s,1.27，10m/s快退快退4 ?76.2L/min (2)顶出缸所需流量计算 参考表2.1及顶出缸的尺寸，对顶出缸各工况所需流量进行计算。已知顶出缸的顶 出速度为0.02m/s，快退速度为0.05m/s，顶出缸内径为200mm，活塞杆直径为140mm， 代入公式(3.4)，即: 顶出时: ,2,33q,A,,= ，(0.2m)，0.02m/s,0.63，10m/s顶出顶出4 ?37.8L/min 快退时: ,22,33q,A,, =，([0.2m),(0.14m)]，0.05m/s,0.8，10m/s 快退快退4 =48L/min (3)液压泵额定压力、流量计算及泵的规格选择 1)泵工作压力确定 实际工作过程中，液压油在进油路中有一定的压力损失，因此在计算泵的工作时必 须考虑压力损失。泵的工作压力计算公式为: P,P，,,P (3.5) P1 23 闽南理工学院毕业设计 式中: Pp—液压泵最大工作压力; P1—执行部件的最大工作压力; —进油路中的压力损失，对于简单的系统，取0.2,0.5MPa，对于复杂,,P 系统，取0.5,1.5MPa。 本液压机执行部件的最大工作压力P1=25MPa，进油路中的压力损失，取 =0.5MPa。代入公式(3.5)可求得泵的工作压力。 ,,P 即: P,25，0.5,25.5MPa P 通过计算，泵的工作压力Pp=25.5MPa。该压力是系统的静压力，而系统在各种工矿的过渡阶段出现的动态压力有时会超过静压力。此外，为了延长设备的使用寿命，设备在设计时必须有一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此在选取泵的额定工作压力Pn Pn,(1.25~1.6)P时，应满足，取Pp=1.25。 p 即: Pn = 1.25Pp=1.25x25.5MPa?31.9MPa 2)液压泵最大流量计算 通过对液压缸所需流量的计算，以及各自的运动循环原理，泵的最大流量可由公式(3.6)计算得到。 q,K(,q) (3.6) PLmax 式中: q—液压泵的最大流量; P KL—液压系统泄漏系数，一般取KL=1.1,1.3，取KL=1.2; (,q)—同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正处于max 溢流状态，还应加上溢流阀的最小溢流量。 将参数代入公式(3.6)中，即: q,1.2，385.8L/min?463L/min P 3)液压泵规格选择 [1]查表5-17，根据泵的额定压力，选取液压泵的型号为:250YCY14-1B。 基本参数如下: 排量:250mm/r ; 额定压力:32MPa ; 额定转速:1000r/min ; 容积效率:92% ; 24 闽南理工学院毕业设计 4)泵的流量验算: 由液压泵的基本参数可知泵每分钟排量=160ml/r×1000r/min=250L/min，而泵实q q际所需的最大流量=463L/min，液压机出现供油不足，快进无法实现。为了满足液压p 机的正常快进，必须在液压系统中设置补油油箱。 3.3.4.3 电动机的选择 液压机的执行件有两个，即:主缸和顶出缸。主缸和顶出缸各自工况的快进、工进、回程速度又不尽相同，这样对功率的消耗也不同。电动机额定功率的确定必须根据消耗功率最大的工况来确定，因此要分别计算主缸、顶出缸各工况消耗的功率。功率计算公式如下: P,qPpP= (3.7) , 式中: P-电动机额定功率; Pp-液压泵的工作压力; q-液压泵的流量; P η-液压泵的总效率，取η=0.7。 (1)主缸各工况功率计算 1)快进功率 主缸滑块快进时，在自重作用下速度比较快，而液压泵此时的输出油量不能满足滑块的快速下行。快进时的负载很小，只有活塞与缸筒、导柱与滑块之间的摩擦负载，这样泵的出口压力也很小，消耗的功率不会很大。 2)工进功率 由主缸负载循环图3.2可及，工进时主缸最大负载为2000KN，无杆腔面积,2A=?0.08?，进油回路压力损失取P=0.5MPa，则液压泵的压力Pp由公，(0.32m),4 式(3.8)计算。 FP,，,P (3.8) PA 即: 62，10N56P,，5，10Pa,25.5，10Pa P20.08m 6P,25.5，10Paq将、=28.8L/min、η=0.7代入公式(3.7)中，求得工进功率PP 为: 25.5MP，28.8L/minaP,KW,17.5KW 60，0.7 25 闽南理工学院毕业设计 3)快退功率 ,22由图3.2可知，快退负载为400KN,，取进油A,，(0.32m),(0.22m),0.054m4 回路压力损失取P=0.5MPa，代入公式(3.8)，求得泵的压力P。 ,P 即: 3400，10N56P,，5，10Pa,6.9，10Pa P20.054m 6P,6.9，10Pa将、q=76.2L/min、η=0.7代入公式(3.7)中，求得快退功率即PP 为: 6.9MP，76.2L/minaP,KW,12.5KW 60，0.7 (2)顶出缸各工况功率计算 1)顶出功率 由顶出缸负载循环图3.4可及，顶出时主缸最大负载为350KN，无杆腔面积 ,2A=?0.032?，进油回路压力损失取P=0.5MPa，那么液压泵的压力Pp可，(0.20m),4 由公式(3.8)计算。 即: 60.35，10N56P,，5，10Pa,11.4，10Pa P20.032m 6P,11.4，10Paq将、=37.8L/min、η=0.7代入公式(3.7)中，求得工进功率PP 即为: 11.4MP，37.8L/minaP,KW,10.3KW 60，0.7 2)回程功率 顶出缸回程时，负载只有活塞与缸筒间的摩擦负载。负载大小应该比顶出时的负载 要小很多，这样回程消耗的功率也比顶出时消耗的功率要小，因此，回程功率计算从略。 (3)电动机额定功率及型号的确定 电动机额定功率的确定，应依据消耗功率最大的工况。比较主缸、顶出缸各工况所 需要的功率，主缸工进时的功率最大，为17.5KW。 [2]查表12-1，选取电动机型号为:Y180M-4。 26 闽南理工学院毕业设计 其它技术参数为:额定功率:18.5KW ; 满载转速:1470r/min 。 3.3.4.4 液压元件的选择 表3.4 液压元件明细表 序 号 液 压 元 件 名 称 元 件 型 号 额定流量(L/min) 溢 流 阀 YEF3-E25B 120 1 溢 流 阀 YEF3-E20B 120 2 电磁换向阀 34F3P-E16B 80 4 电磁换向阀 24F3-E16B 80 5 溢 流 阀 YEF3-E25B 120 6 电磁换向阀 24F3-E16B 80 8 电磁换向阀 24F3-E16B 80 9 溢 流 阀 YEF3-E25B 120 10 溢 流 阀 YEF3-E20B 120 11 电磁换向阀 34F3O-E16B 80 12 电磁换向阀 24F3-E16B 80 13 单向阀 AF3-Eb20B 100 14 溢 流 阀 YEF3-E25B 120 15 电磁换向阀 24F3-E16B 80 16 电磁换向阀 24F3-E16B 80 17 溢 流 阀 YEF3-E25B 120 18 电磁换向阀 24F3-E16B 80 19 电磁换向阀 24F3-E16B 80 20 充液阀 YAF3-Ea20B 150 22 压力表 KF3E6L 240 25 变量泵 250YCY14-1B 250 26 过滤器 WU-250X180F 250 27 27 闽南理工学院毕业设计 3.4 液压系统零部件设计 3.4.1 液压机主缸设计 通过3.3.4.1 液压缸基本尺寸的计算，可及主缸的内径、活塞杆直径等参数。下面对主缸的其它参数进行具体设计。 (1)主缸缸体材料选择及技术要求 液压缸的结构形式一般有两种形式，即:薄壁圆筒和厚壁圆筒。当液压缸的内径D 10的圆筒称为薄壁圆筒。液压缸的制造材料一般有锻钢、与壁厚δ的比值满足D/δ? 铸钢(ZG25、ZG35)、高强度铸铁、灰铸铁(HT200、HT350)、无缝钢管(20、30、45)等。对于负载大的机械设备缸体材料一般选用无缝钢管制造，主缸缸体材料选用无缝钢管45。 液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.4,0.8μm;内径配合采用H8,H9;内径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半;缸体内表面母线的直线度500mm长度之内不大于0.03mm;缸体端面对轴线的垂直度在直径每100mm上不大于0.04mm;如果缸体与端盖采用螺纹连接，螺纹采用6H级精度。 (2)主缸壁厚的确定 壁厚计算公式如下: pDy,, (3.9) 2[,] 式中: δ—液压缸壁厚(m); D—液压缸内径(m); P—实验压力，一般取最大工作压力的(1.25,1.5)倍; y [σ]—缸筒材料的许用应力。锻钢:[σ]=110,120MPa ;铸钢:[σ]=100,110MPa ;高强度铸铁:[σ]=60MPa ;灰铸铁:[σ]=25MPa ;无缝钢管:[σ]=100,110MPa 。 P主缸壁厚δ计算，将D=0.32m ;[σ]= 110MPa ;=1.4×25.5MPa=35.7MPa代入y 公式(2.9)中，即: 35.7MPa，0.32m,,,0.052m 2，110MPa 液压缸缸体的外径D外计算公式如下: D外?D，2δ (3.10) 将参数代入公式(3.10)，即: 28 闽南理工学院毕业设计 D外?0.32m，0.104m,0.426m 外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径D外,430mm。 (3)主缸缸盖材料、厚度的确定 缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。缸 缸盖厚度计算公式如下: 盖材料选用35钢， Py (3.11) 0.433t,D2[,] 式中: t—缸盖的有效厚度(m); D—缸盖止口直径; 2 [σ]—缸盖材料许用应力。 即: 35.7MPat,0.433，220，,0.057m 100MPa 圆整后取缸盖厚度t=60mm。 (4)主缸最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离称为最小 导向长度，用H表示。如果导向长度太小，会因为间隙引起的挠度而使液压缸的初始挠 度增大，影响液压缸的稳定工作。一般而言，液压缸的最小导向长度应该满足如下要求: LDH,， (3.12) 202 导向长度如图3.10所示 活塞隔套 图3.10 主缸导向长度简图 29 闽南理工学院毕业设计 式中: L—液压缸的最大行程; D—液压缸的内径。 由表1.1可知主缸的最大行程H=700mm，液压缸内径D=320mm代入公式(3.12)中，求主缸的最小导向长度。 即: 700mm320mm H,，,195mm202 为了保证最小导向长度H，不应过分增大l和B的大小，必要时可以在缸盖和活塞1 之间增加一个隔套来增加最小导向长度。隔套的长度C可有公式(3.13)求得，即: 1 (3.13) C,H,(l，B)12 式中: B—活塞的宽度，一般取B=(0.6,1.0)D; l—缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径的不同有不同的算法，当D,80mm1 时，取l=(0.6,1.0)D;当D,80mm时，取l=(0.6,1.0)d。 11 (5)主缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定 活塞制造材料一般选用灰铸铁(HT150、HT200)、当缸体内径较小时，整体式结构的活塞选用35钢、45钢。主缸活塞选用灰铸铁HT200。 活塞制造时外圆柱表面的粗糙度为Ra0.8,1.6μm;外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半;外径对内孔的径向跳动不大于外径公差的一半;端面对轴线垂直度在直径100mm上不大于0.04mm;外径用橡胶密封圈密封的公差配合取f7,f9，内孔与活塞杆的配合取H8/f7。 活塞宽度系数取0.8，即活塞的宽度B=0.8D=0.8×320mm =256mm。圆整后取活塞宽度B=260mm。 [1]查表2-10,液压机主缸工况时的压力大，泄漏量也会随压力成正比升高，因此密封圈选用Y形密封圈，这种密封圈能承受的大的工作压力，泄漏量小。 (6)主缸活塞杆材料、技术要求及长度确定 活塞杆有空心和实心两种结构形式。空心时一般选用35钢、45钢的无缝钢管;实心结构选用35钢、45钢。主缸活塞杆选用45钢。 活塞杆制造时外圆柱面粗糙度为Ra0.4,0.8μm;热处理要求调质20,25HRC;外径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半;外径表面直线度在500mm上不大于0.03mm;活塞杆与导向套之间的配合公差采用H8/f7，与活塞连接的配合公差采用H7/g6。 由滑块的行程，确定活塞杆的长度L杆=1250mm。 30 闽南理工学院毕业设计 (7)主缸长度的确定 液压缸缸体内部长度等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体的外形尺寸还应考虑两端端盖的厚度，总体而言，液压缸缸体的长度L不应该大于缸体内径D的20,30倍，即:L?(20,30)D 。 缸盖厚度为60mm，通过计算可知，主缸的由主缸行程为700mm，活塞宽度为260mm, 长度取L缸=1080mm。 (8)活塞杆稳定性校核 活塞杆工作中主要受压，当液压缸的支承长度Lb?(10,15)d时，必须对活塞杆的弯曲稳定性进行校核,d为活塞杆直径。通过计算可知，Lb的最大值不可能大于L杆+L缸=2330mm，而(10,15)d=2500,3750mm。 将参数代入Lb?(10,15)d中，比较后Lb,(10,15)d，活塞杆满足使用要求，工作时不会失稳。 (9)主缸结构设计 1)缸体与端盖的连接形式 [1]查表2-7，缸体与端盖的连接形式通常有法兰连接、螺纹连接、外半环连接、内半环连接等形式。由于液压机工况时缸体内的压力很大，所以缸体与端盖的连接方式选用法兰形式。 2)活塞杆与活塞的连接形式 [1]查表2-8，活塞与活塞杆的连接结构有整体式结构、螺纹连接、半环连接、锥销连接等连接形式。主缸活塞与活塞杆的连接选用螺纹连接形式。 3)活塞杆导向结构形式 活塞杆的导向部分包括端盖、导向套、密封、防尘和锁紧结构。工程机械中导向套一般安装在密封圈的内侧，有利于导向套的润滑。 4)缓冲与排气装置 液压机运动时的质量大，快进时的速度快，这样活塞在到达行程中点时，会产生液压冲击，甚至活塞与缸筒端盖会产生机械的碰撞。为防止这种现象的发生，在行程末端要设置缓冲装置。一般缓冲装置有环状间隙式节流缓冲装置、可调节流缓冲装置、三角槽式节流缓冲装置。 大型液压缸需要有稳定的运动速度，这样需要设置排气装置，防止空气在传动时对系统传动精度有影响。排气阀安装在液压缸两端的最高处，双作用液压钢需要设两个排气阀。 31 闽南理工学院毕业设计 3.4.2 液压机顶出缸设计 (1)顶出缸缸体材料选择及制造技术要求 工作时的最大工作压力为12.5MPa，比主缸的要小，为了保证顶出缸安全工顶出缸 作，缸体材料也选用无缝钢管45。 缸体的制造要求应该满足液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.4,0.8μm;内径配合采用H8,H9;内径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半;缸体内表面母线的直线度500mm长度之内不大于0.03mm;缸体端面对轴线的垂直度在直径每100mm上不大于0.04mm。 (2)顶出缸壁厚的确定 P将D=0.2m ;[σ]= 110MPa ;=1.3×12.5MPa=16.25MPa代入公式(3.9)中，即: y 16.25MPa，0.2m ,,,0.015m2，110MPa 将D=0.2m ;取δ=0.02m代入公式(3.10)，即: D外?0.2m，0.04m,0.24m 外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径D外,240mm。 (3)顶出缸缸盖材料、厚度的确定 缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。顶出缸缸盖材料选用35钢，缸盖厚度计算公式见(3.11): 即: 16.25MPat,0.433，145，,0.025m 100MPa 取缸盖厚度t=25mm。 (4)顶出缸最小导向长度的确定 由表2.1可知顶出活塞行程L=250mm，顶出缸内径D=200mm，代入公式(3.12)， 即: 250mm200mm H,，,112.5mm202 (5)顶出缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定 顶出缸活塞选用灰铸铁HT200。 顶出缸活塞外圆柱表面的粗糙度为Ra0.8,1.6μm;外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半;外径对内孔的径向跳动不大于外径公差的一半;端面对轴线垂直度在直径100mm上不大于0.04mm;外径用橡胶密封圈密封的公差配合取f7,f9，内孔与活塞杆的配合取H8/f7。 计算活塞宽度时区宽度系数为0.8，即活塞的宽度B=0.8D=0.8×200mm =160mm。取活塞宽度B=160mm。 [1]查表2-10,液压机顶出缸工况时的工作压力比主缸要小很多，密封圈选用O形密 32 闽南理工学院毕业设计 封圈。 (6)顶出缸活塞杆材料、技术要求及长度确定 活塞杆有空心和实心两种结构形式。空心时一般选用35钢、45钢的无缝钢管;实心结构选用35钢、45钢。顶出缸活塞杆选用35钢。 0.8μm;热处理要求调质20,25HRC;外径圆度、活塞杆外圆柱面粗糙度为Ra0.4, 圆柱度不大于直径公差的一半;外径表面直线度在500mm上不大于0.03mm;活塞杆与导向套之间的配合公差采用H8/f7，与活塞连接的配合公差采用H7/g6。 由顶出活塞的行程，确定活塞杆的长度L杆=705mm。 (7)顶出缸长度的确定 液压缸缸体内部长度等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体的外形尺寸应考虑两端端盖的厚度，总之，液压缸缸体的长度L不应该大于缸体内径D的20,30倍，即:L?(20,30)D 。 由主缸行程为250mm，活塞宽度为160mm,缸盖厚度为25mm，通过计算可知，主缸的长度取L缸=650mm。 (8)活塞杆稳定性校核 当液压缸的支承长度Lb?(10,15)d时，应该对活塞杆的弯曲稳定性进行校核,d为活塞杆直径。通过计算可知，Lb的最大值不可能大于L杆+L缸=1355mm，而(10,15)d=2000,3000mm。 将参数代入Lb?(10,15)d中，比较后Lb,(10,15)d，活塞杆满足使用要求，工作时不会失稳。 3.4.3 液压油管设计 液压传动中装置中，常用的液压油管有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。钢管承受的压力高，弯曲半径不能太小，弯制时比较困难。对于高压系统液压油管一般选用无缝钢管;紫铜管承受的工作压力一般在6.3,10MPa。紫铜管加热软化后可进行弯曲，比钢管容易弯制，价格昂贵，抗振性较弱;尼龙管主要用于低压系统;塑料管承受的工作压力比较小，一般用于液压系统的回油路中;胶管有高压管和低压管两种，而者的区别在于骨架组成不同。高压胶管是钢丝编制体或钢丝缠绕为骨架，可用于较高的油路中。低压胶管的组成骨架是麻线或棉线编制体，多用于压力较低的油路中。 通过液压机主缸、顶出缸工作压力的计算可知，主缸的最大工作压力约为25.5MPa, [1][1]顶出缸的工作压力约为12.5MPa。查表6-1 、6-5 ，主缸工作压力较高，油管选用无缝钢管，顶出缸油路油管选用高压胶管。 油管的内径可由公式(3.14)求得 33 闽南理工学院毕业设计 qd,4.6 (3.14) ,式中: —油管内径(mm); d —油路通过最大流量(L/min); q ,—油管中允许流速m/s。 (1)主缸液压油管内径计算 进油油管内径D确定:主缸快进所需流量=385.8L/min，而泵的额定流量q1 ,q=250L/min,取油管允许流速=4m/s，代入公式(3.14)，即: 250L/minD,4.6,36.3mm 14m/s [1]圆整后，查表6D,40mm-1 ，取，壁厚t=5mm。 1 ,d回油油管内径确定:主缸快退所需流量=76.2L/min，取油管允许流速=4m/s，q1 代入公式(3.14)，即: 76.2L/mind,4.6,20.1mm 14m/s [1]d,25mm圆整后，查表6-1，取，壁厚t=4.5mm。 1 (2)顶出缸液压油管内径计算 D进油油管内径确定:顶出缸顶出所需流量=37.8L/min，取油管允许流速q2 ,=4m/s，代入公式(3.14)，即: 37.8L/minD,4.6,14.2mm 24m/s [3]D,16mm圆整后，查表16.5-1 ，取。 2 ,d回油油管内径确定:顶出缸回程所需流量=48L/min，取油管允许流速=4m/s，q2 代入公式(3.14)，即: 48L/mind,4.6,16mm 24m/s [3]d,16mm圆整后，查表16.5-1，取。 2 34 闽南理工学院毕业设计 3.4.4 液压油箱设计 液压油箱主要作用是贮存液压油、分离液压油中的空气和杂质，同时还起到散热的作用。 (1)油箱有效容积的确定 液压油箱根据系统压力的不同，有效容积的确定也不一样。为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不应该超过液压油箱高度的80%。低压、中压、高压系统油箱的有效容积V确定算法如下: 低压系统(P?2.5MPa):V=(2,4)q (3.15) P 中压系统(P?6.3MPa):V=(5,7)q (3.16) P 中高压或高压系统(P,6.3MPa):V=(6,12)q (3.17) P 式中: V—液压油箱有效容积; q —液压泵额定流量。 P 液压机属于高压系统，油箱的有效容积可由公式(3.17)求出，即: qV=9=7×250L =1750L P (2)油箱外形尺寸确定 油箱的有效容积确定后，液压油箱外形尺寸长、宽、高的比值一般为:1:1:1,1:2:3。为了提高冷却效率，安装位置不受影响时，可适当增大油箱的容积。液压油箱的外形尺寸为:长×宽×高=1000×760×690(mm)。 (3)油箱的结构设计 液压油箱材料一般选用Q235A钢板，通过焊接的方式连接。油箱的结构组成一般包括隔板、吸油管、回油管、顶盖、清洗孔、油面指示、吊钩、加热与冷却装置等。 隔板主要是为了增加液压油的流动时间，除去沉淀的杂质，分离清除水和空气，调节温度，吸收液压油压力波动及防止液面的波动。 吸油管前应设有过滤器，过滤器与箱底间的距离应不小于20mm。吸油管应插入液面以下，防止吸油时吸入空气，使空气混入系统;回油管出口有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等形式，一般采用45?斜口。为防止液面波动，可在出口设扩散器或将回油管插入液面以下，一般距离油箱底面的距离大于300mm。为了不让进油、回油相互影响，用隔板将其隔开，两管的斜口方向还应一致，而不是相对。 顶盖用于安装液压泵、阀组、动力装置、空气滤清器。泵和动力装置安装时底座应该与顶盖分开，另外制做。顶盖与油箱要有好的密封性，防止泄漏的油液直接进入油箱而污染油液;清洗孔用于清洗油箱内的角落和取出油箱内的元件;油面指示用于油箱内最高、最低油位;吊钩方便装配和搬运。 35 闽南理工学院毕业设计 3.5 液压站布局设计 3.5.1 液压站设计需要考虑的问题 (1)液压装置中各部件、元件的布置要匀称，要便于安装和维修; (2)液压站结构尽量采用集中式，液压泵装置的安装尽量采用卧式，这样方便维护和散热; (3)行程阀安装位置必须靠近运动部件，手动换向阀的位置必须靠近操作部位。换向阀之间应留有一定的轴向距离，便于手动调整和装拆电磁铁。压力表及开关应布置在便于观察和调整的地方; (4)随工作运动的管道采用软管或有弹性的管子，软管安装时应避免相互发生扭转。硬管布置时应贴地或沿主机外形布置，相互平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。 3.5.2 液压站的结构设计 液压站由液压油箱、液压泵装置、液压控制装置三部分组成。其中，液压油箱包括空气滤清器、过滤器、油面指示器和清洗孔;液压泵装置包括液压泵、驱动电机和联轴器等;液压控制装置包括各种液压阀和联接体。 (1)四柱液压机液压站结构形式的选择 液压站的结构形式通常有两种，即:分散式、集中式。分散式液压站结构紧凑，泄漏油容易回收，节省占地面积，但安装维修不方便，一般较少采用;集中式液压站安装维修方便，液压装置产生的振动、发热、都与主机隔开，不影响主机的工作精度。液压机选用集中式液压站。 (2)液压泵安装方式的选择 液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机和联轴器，安装方式有立式和卧式两种。立式安装将液压泵和与之相连的油管放在油箱内，结构紧凑，美观，吸油条件好，但是安装维修不方便，散热条件不好;卧式安装与立式恰好相反，安装维护方便、散热性好。液压机的液压泵装置采用卧式安装方式。 (3)电动机与液压泵联接方式的选择 电动机与液压泵的联接方式有法兰式、支架式、支架法兰式。电动机与液压泵的联接方式采用支架法兰式。为了防止安装时同轴度误差的影响，联轴器选用弹性联轴器。 (4)液压站布局简图 四柱液压机液压站布局如图3.11所示 36 闽南理工学院毕业设计 1-空气滤清器 2-插装阀 3-油管 4-液压泵 5-电动机 6-吊钩 7-油箱 8-清洗孔 9-放油塞 10-液面指示器 图3.11 四柱液压机液压站布局简图 3.6 液压系统安全、稳定性验算 3.6.1 液压系统压力损失的验算 四柱液压机执行部件有主缸和顶出缸，主缸的进、回油管直径分别为:40mm、25mm;顶出缸的进、回油管直径分别为16mm、16mm。液压油选用L-HL32液压油，15?时该油 32,,920kg/m液的运动粘度,油液密度。 ,,150cst,1.5cm/s (1)主缸各工况时的压力损失验算 1)工进时进油路、回油路的压力损失 工进时运动部件最大速度为0.006m/s，工进时最大流量为28.8L/min，则液压油在 v油管中的流速为: 1 3q4，28.8，10v,,cm/min,2293cm/min,38.2cm/s 12,3.14，4.02d4 R管道流动雷诺数为 e1 vd38.2，4.01R,,,101.9 e1v1.5 37 闽南理工学院毕业设计 7575R,2300，油液在管道内流动为层流，沿程阻力系数,,,,0.736。进e11R101.9e1 油管长度为8m，沿程压力损失,P为: 1 22,vl8920，0.38261,P,,,0.736，，Pa,0.01，10Pa ,11,2d224.0，10 6,P,0.05，10Pa,P阀的压力损失;那么进油路总的压力损失为: 阀进 666,P,P(0.01，10，0.05，10)Pa,0.06，10Pa=,P+= 1进阀 q为: 工进时回油管的最大流量回 ,22(0.32,0.22),A4 q,q,，28.8L/min,15.2L/min回,A2，0.324 v回油管中液压油的流速为: 2 3q4，15.2，10回v,,cm/min,1891cm/min,31.5cm/s 22,3.14，2.52d4 R管道流动雷诺数为 e2 vd31.5，2.52R,,,52.5 e2v1.5 7575R,,,,1.4,2300，油液在管道内流动为层流，沿程阻力系数。进油e22R52.5e2 ,P管长度为6m，沿程压力损失为: 2 22,vl8920，0.31562,P,,,1.4，，Pa,0.02，10Pa ,22,2d222.5，10 66,P,0.05，10Pa,P,0.5，10Pa阀的压力损失;调速阀压力损失;那么回油路调阀 ,P总的压力损失为: 回 666,P,P,P(0.02，10，0.05，10，0.5，10)Pa,P=++= 调2回阀 38 闽南理工学院毕业设计 6= 0.57，10Pa 泵的出口压力P为: P 6F2，106，A,P，0.054，0.57，102回,60.95cm P,，,P,，0.06，10PaP进A0.10241 ?20.9MPa 2)快进、快退时的压力损失 主缸快进时由于供油不足，泵口的压力很小;快退时的负载为400kN，与工进时的 负载2000kN相比要小，这样回路中的压力损失比工进时要小，泵的出口压力也比工进 时小，具体验算过程从略。 (2)顶出缸各工况时的压力损失验算 1)工件顶出时进油路、回油路的压力损失 顶出缸顶出速度为0.02m/s，需要的最大流量为37.8L/min，进油管直径D=16mm， v为: 则液压油在油管中的流速1 3q4，37.8，10 v,,cm/min,18810cm/min,313.5cm/s12,3.14，1.62d4 R管道流动雷诺数为 e1 vd313.5，1.61R,,,334.4 e1v1.5 7575R,,,,0.23,2300，油液在管道内流动为层流，沿程阻力系数。进e11R334.4e1 ,P油管长度为6m，沿程压力损失为: 1 22v,l6920，3.13561,P,,,0.23，，Pa,0.39，10Pa ,11,2d221.6，10 6,P,0.05，10Pa,P阀的压力损失;那么进油路总的压力损失为: 阀进 666,P,P(0.39，10，0.05，10)Pa,0.44，10Pa,P=+= 1进阀 q回油管直径D=16mm，工进时回油管的最大流量为: 回 39 闽南理工学院毕业设计 ,22(0.2,0.14),A4 q,q,，37.8L/min,19.3L/min回,A2，0.24 回油管中液压油的流速v为: 2 3q4，38.76，10回 v,,cm/min,37.8cm/min,160cm/s22,3.14，1.62d4 R管道流动雷诺数为 e2 vd160，1.62R,,,171 e2v1.5 7575R,,,,0.44,2300，油液在管道内流动为层流，沿程阻力系数。进油e22R171e2 ,P管长度为5m，沿程压力损失为: 2 22,vl5920，1.662,P,,,0.44，，Pa,0.16，10Pa ,22,2d221.6，10 66,P,0.05，10Pa,P,0.5，10Pa阀的压力损失;调速阀压力损失;那么回油路调阀 ,P总的压力损失为: 回 6666,P,P,P(0.16，10，0.05，10，0.5，10)Pa,0.71，10Pa,P=++= 调2回阀 P泵的出口压力为: P 6F0.35，106，A,P，0.0204，0.71，102回,60.95cm P,，,P,，0.44，10PaP进A0.041 ?9.6MPa 2)快进、快退时的压力损失 顶出缸回程时只有摩擦负载存在，比顶出负载350kN要小，因此回程时液压泵口的 压力比顶出时要小，具体验算过程从略。 通过对主缸、顶出缸各工况的压力损失验算可知，液压系统的油路结构及元件参数 选择满足要求。 40 闽南理工学院毕业设计 3.6.2 液压系统温升的验算 对液压机进行系统温升验算，只要验算发热量最大的那个工况就可行。液压缸各工 P况输入功率前面计算电动机功率时已经计算出，现在只要计算液压缸各工况的输出输入 P功率。 输出 主缸工进时输入、输出功率分别为: P=17.5kw 输入 P=Fv=2000kN×0.006m/s=12kw 输出 PP工进时系统发热功率φ=-=17.5-12=5.5kw 输入输出 主缸快退时输入、输出功率分别为: P=12.5kw 输入 P=Fv=400kN×0.03m/s=12kw 输出 PP快退时系统发热功率φ=-=12.5-12=0.5kw 输入输出 顶出缸的工况压力比主缸小，系统的温升功率不会超过主缸的温升功率，这里就不 对顶出缸温升功率进行具体计算了。 通过计算可知，主缸的最大发热功率为5.5kw。系统温升计算公式如下: ,T ,,,T (3.18) CAT 式中: —系统温升; ,T —发热功率; , —油箱散热面积; A ,3CC—油箱散热系数。自然冷却通风很差时，=(8,9)×10;自然冷却通TT ,3,3CC风良好时，=(15,17.5)×10;有专用冷却器时，=(110,170)×10。液压机TT ,3C散热条件一般，取散热系数=10×。 10T 油箱的散热面积A的计算公式为: 23 (3.19) A,0.065，V 即: 322 A,0.065，1750,9.4m 2,3C将=5.5kw ;A,9.4m;=10×10代入公式(2.18),求系统温升，即: ,T 41 闽南理工学院毕业设计 kw5.5T? ,,,58.5,32m10，10，9.4 查资料可知，允许的最高油温[T]，对于一般机床[T]=55,70? ;对于工程机械 80?。通过温升验算可知，系统温升在许可油温范围内，满足要求。 [T]=65, 第4章 四柱液压机电气系统设计 4.1 电气控制概述 四柱液压机的电气控制系统通常采用继电器控制、PLC控制、工业计算机控制等方式。继电器控制和PLC控制是目前用的最多的控制方式。继电器控制系统主要由继电器、接触器、按钮、形成开关等元件组成。继电器控制具有结构简单，维护方便，价格低廉，抗干扰能力强，但固定的接线方式，使继电器控制的通用性和灵活性差;PLC控制系统主要由CPU、存储器、输入输出接口、编程器等元件组成。PLC控制具有编程简单，维护方便，通用性强，体积小，设计调试期短，性能稳定，抗干扰能力强，价格比继电器控制系统贵。 4.2 四柱液压机电气控制方案设计 4.2.1 四柱液压机电气控制方式选择 液压机工况少，各工况动作不复杂，执行部件运动都是简单的直线运动。综合分析，继电器控制系统完全可以实现液压机各工况动作的完成，液压机电气控制选用继电器控制。 4.2.2 电气控制要求与总体控制方案 (1)电气控制系统拟达到的控制要求 1)能够实现手动、半自动控制; 2)能够准确实现速度的换接控制; 3)系统过载时自动启动过载保护; 4)为随时了解系统所处的工作状态，设置工况指示灯; 5)系统稳定性好，能够保证液压机安全正常的工作。 (2)电气系统总体控制方案 液压泵由电机拖动;快进、工进之间速度的换接通过行程开关控制;工进保压时间 42 闽南理工学院毕业设计 通过时间继电器控制;滑块的安全行程范围由行程开关限制;通过电磁换向阀控制每个工况的动作的开始;电磁换向阀的接通通过按钮或压力信号控制;液压机启动、停止通过按钮控制。 4.3 四柱液压机电气控制电路设计 4.3.1 四柱液压机主电路设计 液压机拖动电机容量小，主电路的启动方式采用直接启动。QS为电源开关，熔断器FU1对主电路起短路保护作用，熔断器FU2对控制电路起短路保护作用。热继电器FR起过载保护作用。按下启动按钮SB2后，线圈KM得电，电动机启动，液压机开始工作。主电路如图4.1所示。 图4.1 四柱液压机主电路图 4.3.2 四柱液压机控制电路设计 控制电路主要控制主缸的快进、工进、保压、回程和顶出缸的顶出、退回。其中速度换接通过行程开关来控制，保压由压力继电器控制，保压时间由时间继电器控制，顶 43 闽南理工学院毕业设计 出缸的启动、退回由手动按钮控制。为方便观察液压机处于那个工况，设置信号指示灯。 为了预防突发事件的发生，应设置急停按钮。控制电路如图4.2所示。 手动 自动 退 回工件顶出工 进回 程主缸快进保 压 图4.2 四柱液压机控制电路图 44 闽南理工学院毕业设计 4.3.3 电气控制过程分析 (1)主缸快进 将开关置于自动档，按下SB2，交流接触器KM得电，电动机启动。中间继电器KA1相继得电，电磁阀1Y、3Y、6Y得电。此时液压系统向主缸上腔供油，在补油油箱的协助下主缸快速下行; (2)主缸工进 当滑块触及行程开关SQ2，中间继电器KA2得电，这时电磁阀1Y、3Y、7Y得电，主缸由快进变为工进; (3)主缸保压 当主缸无杆腔的压力达到压力继电器设定压力后，YJ闭合，所有电磁换向阀失电，进行保压; (4)主缸泄压 保压一段时间后，中间继电器KA3得电，电磁换向阀4Y得电，主缸上腔开始泄压; (5)主缸退回 泄压完成后，中间继电器KA4得电，电磁阀2Y、5Y、12Y得电，主缸下腔进油，滑块回程，触及行程开关SQ1，运动停止; (6)工件顶出 按下按钮SB4，中间继电器KA5得电，电磁换向阀2Y、9Y、10Y得电，顶出缸下腔进油，活塞杆上行将工件顶出; (7)顶出缸退回 按下按钮SB5，中间继电器KA6得电，电磁换向阀2Y、8Y、11Y得电，液压油进入顶出缸上腔，顶出缸回程。 (8)停机 按下SB0或SB1，液压机停止工作。如果液压机接入状态为自动档，按下SB3也可使液压机停止运行。 45 闽南理工学院毕业设计 第5章 四柱液压机安装调试和维护 5.1 四柱液压机的安装 液压机安装之前应事先做好安装地基，一般采用混凝土地基。液压机床身采用螺栓固定，因此在做混凝土地基时应预留螺栓孔，等液压机安装后再浇注固定。液压机其它部件的安装参照部件装配图，按图纸所给配合要求进行安装。 5.2 四柱液压机的调试 液压机所有安装工作完毕后，必须进行现场调试。按下启动按钮，看液压机是否能够顺序的完成各工况动作。调试过程中通过看、听等方式看液压机硬件或控制系统工作是否正常。除此之外，还要检验所有控制按钮、压力表是否都能正常工作。调试一段时间后，如果运行正常，液压机就可以正式交付使用了。 5.3 四柱液压机的保养维护 (1)选择合适的液压油 液压油在整个系统中起着传递压力、润滑、冷却等作用。如果液压油选择不恰当将使液压系统出现故障和性能下降。一般情况参照随机使用说明书，选择规定型号的液压油，特殊情况可以选用与规定型号性质相同的代用油。不同牌号的液压油不能够混用，以免发生化学反应，深褐色、乳白色、有异味的变质油不能使用。 (2)定期进行保养 定期清除滤网上的污物，如果滤网破损要及时更换。设备工作一段时间后要对洗滤清器、液压油箱进行清洗，并及时更换液压油，长期处于高温工况时清洗和更换的周期要缩短。当液压机工作10000小时后要请专业人员对设备进行检测，并进行调整和维修，防止因长久失修对液压系统和设备造成致命损坏。 (3)防止固体杂质进入系统 添加或更换液压油时要对油液过滤，防止固体杂质侵入系统后堵塞油路，特别是精密部件，很容易堵住。清洗邮箱时，拆卸部件应包好，避免杂物污染。油箱的清洗油液应选用同牌号的液压油，反复清洗三次左右。 (4)防止空气进入系统 液压机属于高压设备，大量的空气侵入，会加剧“气蚀”现象。此外，还会造成系统的工作噪音加大，传动不稳定，效率降低，油液易氧化变质，有时液压系统还会产生 46 闽南理工学院毕业设计 “爬行”现象。 (5)防止液压油工作温度过高 液压油的工作温度一般应控制在30?,80?之间最好，油温过高会导致液压油的粘度降低，容易引起泄漏，效率下降，润滑油膜强度降低，加速机械的磨损，生成碳化物和淤碴，油液氧化加速，油质恶化;温过低时，其粘度大，流动性差，阻力大，工作效率低。 47 闽南理工学院毕业设计 结 论 本文重点对液压机的液压控制回路、液压元件及安全保护措施等进行了方案设计。经多方案对比之后，本文液压系统采用插装阀集成控制系统。该液压控制系统解决了普通阀系统密封性差、通流量小、压力损失大等问题。为了让系统的工作压力随负载的变化而自动调节，液压泵选用恒功率变量柱塞泵。为解决液压冲击对设备安全的影响，系统中设置泄压回路。通过泄压来降低系统的压力，防止产生液压冲击;设置保压回路让工件有足够的成型时间，保证产品的质量。速度换接通过行程开关来控制，这种换接方式，控制比较可靠，设备安装方便，价格也实惠。通过流量计算发现主缸快进时会出现供油不足的情况，为了解决这一问题，在液压系统中设置补油油箱。整体的方案确定后，对液压系统的可行性进行校验，该液压系统可以满足液压机的加工工艺要求。此外，还对主机、电气控制系统进行了简明的总体设计。 液压机在进行方案设计时，有些方案的选择可能不是最佳。总体来说，本文的总体设计方案可以满足液压机的加工工艺要求。 48 闽南理工学院毕业设计 参考文献 [1] 杨培元，朱福元(液压系统设计简明手册(,,,北京:机械工业出版社，1999， 1-191. 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