设计题目
设计一台压力机的液压系统。
各项指标：①总压力为100吨
②油缸行程为300mm
③快速时V=20mm/s
要求：①计算油缸各尺寸，并给出油缸装配图
②给出液压原理图
③选择液压泵和各元件
液压系统设计计算过程
〈1〉、确定对液压系统的工作要求
根据压力机的要求，压力机应该能进行“快进—减速—保压—快退”的工作循环拟采用液压传动方式来实现，故拟选定液压缸作执行机构。
为了自动实现上述的工作循环，拟采用压力继电器和电液换向阀实现顺序动作。
考虑到减小压力机的强大冲击引起的振动应在适当时候减小凸模速度，拟采用行程开关，其次考虑到保压的瞬间引起的液压冲击，拟采用电磁溢流阀。
〈2〉、拟定液压系统工作原理
该系统在工作中用行程开关来控制速度的变化，用压力继电器来控制保压的压力，当快退到终点时，压到电器行程开关，运动停止。其工作原理如下：
1 启动
按启动按钮，变量泵输出的油到达各个元件，随后电磁铁1YA、2YA、3YA通电。
2 快进
此时电磁铁1YA、2YA、3YA得电，电磁溢流阀3的二位二通电磁铁右位工作，切断泵的卸荷通路。同时三位四通电液动换向阀7的左位工作，泵向液压缸10的上腔供油，而由2YA控制的电磁换向阀8此时右位接入工作，所以回油路可以经过电磁换向阀8快速回油箱。这时的主油路是：
进油路：滤油器1——变量泵2——单向阀5——电液动换向器7——液压缸10上腔。
回油路：液压缸10下腔——电液动换向器7——电磁换向阀8——背压阀4——油箱。
3 减速
当压模要接触到工作时，首先碰到一个行程开关（图中未画出），发出信号，使电磁换向阀8的电磁铁2YA失电，左位工作，使得液压缸的回油须经过节流阀6回油箱，实现减速。
4 保压
当液压缸10的上腔达到预定值时，压力继电器9发出信号，使电磁铁1YA、3YA失电，电液动换向器7回到中位，液压缸的上、下腔均得到密封，实现保压，此时变量泵2经电磁溢流阀3卸荷。保压时间由压力继电器9来控制与调整。
5 快退
此时电磁铁1YA、2YA、4YA通电，电液动换向器7右位工作，变量泵输出的油进入液压缸的下缸，使得压模向上移动，这时的主油路是：
进油路：滤油器1——变量泵2——单向阀5——电液动换向器7——液压缸10下腔。
回油路：液压缸10上腔——电液动换向器7——电磁换向阀8——背压阀4——油箱。
6 停止
当液压缸的压模上升到终点时，触动到行程开关（图中未画出）使得电磁铁1YA、2YA、4YA均失电，电液动换向器7回到中位，变量泵2经电磁溢流阀3卸荷，液压缸停止不动。
压力机液压系统原理图
1、 滤油器 2、变量泵 3、电磁溢流阀 4、背压阀 5、单向阀 6、节流阀
7、电液动换向器 8、电磁换向阀 9压力继电器 10、液压缸
该系统采用电磁溢流阀、节流阀等元件使得工作平稳，既符合工艺要求，又节省了能源。
〈3〉、计算和选择液压元件
1 液压缸的计算
计算液压缸的总机械载荷，此处不考虑压模的自重，粗略的认为在工作的过程中压模的自重、密封阻力、导轨摩擦阻力、回油背压造成的阻力正负相互抵消。确定在保压的过程受力最大，作用在活塞上的总载荷为：
F=100×1000×9.8=980000N
根据经验确定系统工作压力，选定P=22MPa,则工作缸的有效工作面积和活塞直径分别为：
A1=F/P=9.8×105/(220×105) =0.044545㎡
D=
=
=0.2381m
因为液压缸的工作压力P＞7MPa，所以活塞直径为：
d=0.7D=0.7×0.2381=0.1666m
根据液压技术行业
标准
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，选取标准直径为：
活塞直径：D=0.250m=250㎜
活塞杆直径：d=0.180m=180㎜
则液压缸实际计算工作压力为：
P=4F/
D2=
=19.96×106Pa
实际选取的工作压力为：
P=20×106=20MPa
此处拟定用铸钢ZG230-450作缸筒材料，[
]=230MPa
=
=
=0.0163m=16.3mm (Ps=P×1.5)
1=
×
=
×
=0.0451m=45.1mm
B=0.7×D=0.7×0.25=0.175m=175mm
H=
＋
=
＋
=275mm
活塞行程S=320mm
2 油泵的计算
A、 确定油泵的实际工作压力
因为此液压系统简单，我们取进油路上总的压力损失△PL=0.3MPa.则液压泵的实际计算工作压力为：
Pp=P+△PL=20×106＋0.3×106=20.3×106=20.3 MPa
当在快退的时候速度最大Vmax=20㎜/s=1200mm/min,此时所需的最大流量为：
Qmax=
/4×(D2-d2)×Vmax=
×(2.52-1.82)×12=28.35L/min
按照常规选取液压系统的泄漏系数KL=1.1，则液压泵的流量为：
Qp=KL×Qmax=1.1×28.35=31.2L/min
根据所求得的液压泵的流量和压力，选取PVS16-A型号的柱塞泵
B、 确定液压泵的电机功率
此处不考虑压模的自重，也就不用考虑空载时的功率了，此时我们取当活塞受力最大时的功率为功率最大值，此时的流量为：
Q=
×D2×V进2=
×2.52×3=14.7L/min
(式中的V进2受压最大时的速度，因d=0.7D 所以往复速度比为2，快进时V=
×1200=600㎜/min,当其受压时速度减小，此处V进2=300㎜/min)
选定液压泵的总效率为：
=0.8，则所需的最大功率为：
PW=
=
×10-6×106=6.2KW
根据其所需的最大功率选取电机，此处选取Y系列(IP44)小型三相异步电动(380V、50Hz、7.5KW)。
3 选择控制元件
控制元件的规格根据系统最高的工作压力和通过该阀的最大流量在标准元件中选取。
方向阀：按P=20.3 MPa，Q=28.35L/min
选DSHG型电液换向阀
单向阀：按P=20.3 MPa，Q=28.35L/min
选C型单向阀C2G-805。
节流阀：按P=20.3 MPa，Q=14.7L/min
选MG型节流阀。
背压阀：按P=20.3 MPa，Q=28.35L/min
选FBF3-10。
电磁换向阀：按P=20.3 MPa，Q=28.35L/min
选S-DSG-01。
电磁溢流阀：按P=20.3 MPa，Q=28.35L/min
选YD(E)F3-10B
4 选择油管和其它辅助装置
按Q=28.35L/min，因其系统简单一律选取
12mm.
油箱的容量选取为流量的4倍，其有效容积为：
Vt=4×Q=4×28.35=113L
<4>液压系统性能的验算
由于此液压系统较简单，不需验算。
浙公网安备 33021202002483