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1 全套全套 CADCAD 图纸，图纸，QQ153893706QQ153893706 一一 绪论绪论 1.11.1 液压传动与控制概述液压传动与控制概述 液压传动与控制是以液体（油、高水基液压油、合成液体）作为介质来实现各种 机械量的输出（力、位移或速度等）的。它与单纯的机械传动、电气传动和气压传动 相比，具有传递功率大，结构小、响应快等特点，因而被广泛的应用于各种机械设备 及精密的自动控制系统。液压传动技术是一门新的学科技术，它的发展历史虽然较短， 但是发展的速度却非常之快。自从 1795 年制成了第一台压力机起，液压技术进入了工 程领域；1906 年开始应用于国防战备武器。 第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快、精度高的自动控制系统， 因而出现了液压伺服控制系统。从 60 年代起，由于原子能、空间技术、大型船舰及电 子技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，从民用到国防，由一般的传动到精 确度很高的控制系统，这种技术得到更加广泛的发展和应用。 在国防工业中：海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。如飞机、坦克、 舰艇、雷达、火炮、导弹及火箭等。 在民用工业中：有机床工业、冶金工业、工程机械、农业方面，汽车工业、轻纺 工业、船舶工业。 另外，近几年又出现了太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶驾驶 模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及紧急刹 车装置等，均采用了液压技术。 总之，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术。它的发展如 此之快，应用如此之广，其原因就是液压技术有着优异的特点，归纳起来液压动力传 动方式具有显著的优点：其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率大；液压传动装 置体积小、结构紧凑、布局灵活，易实现无级调速，调速范围宽，便于与电气控制相 配合实现自动化；易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、 通用化；液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化便于实现数 字化。 1.21.2 液压机的发展及工艺特点液压机的发展及工艺特点 2 液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自 19 世纪问世以来发展很快，液 压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机 的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控 制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利 用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的 自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露 和污染等四个方面。 作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机 型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却 及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向 于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广 泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周 期也比较短。 近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点， 它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接， 从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、 密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从 70 年代初期开始出现， 至今已得到了很快的发展。我国从 1970 年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广 泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。 液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压 力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料， 如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工 艺。 由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点： （1） 工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求； （2） 有顶出装置，以便于顶出工件； （3） 液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便； （4） 液压机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操 作，特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制； （5） 液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。 3 二二 150t150t 液压机液压系统工况分析液压机液压系统工况分析 本机器(见图 1.1)适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸 等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的 压制成型。本机器具有独立的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可实现调整、 手动及半自动三种操作方式。本机器的工作压力、压制速度、空载快速下行和减速的 行程范围均可根据工艺需要进行调整，并能完成一般压制工艺。此工艺又分定压、定 程两种工艺动作供选择。定压成型之工艺动作在压制后具有保压、延时、自动回程、 延时自动退回等动作。 本机器主机呈长方形，外形新颖美观，动力系统采用液压系统， 结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循 环。 2.22.2 工况分析工况分析 本次设计在毕业实习调查的基础上，用类比的方法初步确定了立式安装的主液压 缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑动下行时，运动部件的质量为 500Kg。 1工作负载 工件的压制抗力即为工作负载： 36 150 109.81.47 10 t FN 4 2. 摩擦负载 静摩擦阻力： 0.25009.8980 fs FN 动摩擦阻力： 0.1 500 9.8490 fd FN 3. 惯性负载 0.3 ()500750 0.2 n v FmN t 6 0.5 100.02412000 b FN 自重： 4900GmgN 4. 液压缸在各工作阶段的负载值： 其中： 液压缸的机械效率，一般取=0.9-0.97。0.9 m m m 工况负载组成 推力 F/ m 启动8080 bfs FFFGN8977.8N 加速8340 bfdm FFFFGN9266.7N 快进 7590 bfd FFFGN8433.3N 工进 1477590 fdtb FFFFGN1641766.67N 快退5390 fdb FGFFN5988.9N 2.32.3 负载图和速度图的绘制：负载图和速度图的绘制： 负载图按上面的数值绘制，速度图按给定条件绘制，如图： 5 6 三三 液压机液压系统原理图设计液压机液压系统原理图设计 3 31 1 自动补油的保压回路设计自动补油的保压回路设计 考虑到设计要求，保压时间要达到 5s，压力稳定性好。若采用液压单向阀回路保 压时间长，压力稳定性高，设计中利用换向阀中位机能保压，设计了自动补油回路， 且保压时间由电气元件时间继电器控制，在 0-20min 内可调整。此回路完全适合于保 压性能较高的高压系统，如液压机等。 自动补油的保压回路系统图的工作原理： 按下起动按纽，电磁铁 1YA 通电，换向阀 6 接入回路时，液压缸上腔成为压力腔， 在压力到达预定上限值时压力继电器 11 发出信号，使换向阀切换成中位；这时液压泵 卸荷，液压缸由换向阀 M 型中位机能保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时， 压力继电器又发出信号，使换向阀右位接人回路，这时液压泵给液压缸上腔补油，使 其压力回升。回程时电磁阀 2YA 通电，换向阀左位接人回路，活塞快速向上退回。 3 32 2 释压回路设计：释压回路设计： 释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免她突然 释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于 25mm、压力高于 7Mpa 时，其油腔在 排油前就先须释压。 根据设计很实际的生产需要，选择用节流阀的释压回路。其工作原理：按下起动 按钮，换向阀 6 的右位接通，液压泵输出的油经过换向阀 6 的右位流到液压缸的上腔。 同时液压油的压力影响压力继电器。当压力达到一定压力时，压力继电器发出信号， 使换向阀 5 回到中位，电磁换向阀 10 接通。液压缸上腔的高压油在换向阀 5 处于中位 7 （液压泵卸荷）时通过节流阀 9、换向阀 10 回到油箱，释压快慢由节流阀调节。当此 腔压力降至压力继电器的调定压力时，换向阀 6 切换至左位，液控单向阀 7 打开，使 液压缸上腔的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱 13 中去。使用这种释压回路无法在 释压前保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用 M 型，并且配有其它的元件。 机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候， 输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压 泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个直动式溢流阀 1，起安全阀的作用，当泵的压 力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱。起到保护作用。在液压 系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的稳定性。使零 件的加工精度增高。 3 33 3 液压机液压系统原理图拟定液压机液压系统原理图拟定 上液压缸工作循环上液压缸工作循环 （1） 快速下行。按下起动按钮，电磁铁 1YA 通电，这时的油路为： 液压缸上腔的供油的油路 变量泵 1换向阀 6 右位节流阀 8压力继电器 11液压缸 15 8 液压缸下腔的回油路 液压缸下腔 15液控单向阀 7换向阀 6 右位电磁阀 5背压阀 4油箱 油路分析：变量泵 1 的液压油经过换向阀 6 的右位，液压油分两条油路：一条油路通 过节流阀 7 流经继电器 11，另一条路直接流向液压缸的上腔和压力表。使液压缸的上 腔加压。液压缸 15 下腔通过液控单向阀 7 经过换向阀 6 的右位流经背压阀，再流到油 箱。因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀 7 打开，使副油箱 13 的 液压油经过副油箱旁边的液控单向阀 14 给液压缸 15 上腔补油。使液压缸快速下行， 另外背压阀接在系统回油路上，造成一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。 （2） 保压时的油路情况： 油路分析：当上腔快速下降到一定的时候，压力继电器 11 发出信号，使换向阀 6 的电磁铁 1YA 断电，换向阀回到中位，利用变量泵的柱塞孔从吸油状态过渡到排油状 态，其容积的变化是由大变小，而在由增大到缩小的变化过程中，必有容积变化率为 零的一瞬间，这就是柱塞孔运动到自身的中心线与死点所在的面重合的这一瞬间，这 时柱塞孔的进出油口在配油盘上所在的位置，称为死点位置。柱塞在这个位置时，既 不吸油，也不排油，而是由吸转为排的过渡状态。液压系统保压。而液压泵 1 在中位 时，直接通过背压阀直接回到油箱。 （3） 回程时的油路情况： 液压缸下腔的供油的油路： 变量泵 1换向阀 6 左位液控单向阀 7液压油箱 15 的下腔 液压缸上腔的回油油路： 液压腔的上腔液控单向阀 14副油箱 13 液压腔的上腔节流阀 8换向阀 6 左位电磁阀 5背压阀 4油箱 油路分析： 当保压到一定时候，时间继电器发出信号，使换向阀 6 的电磁铁 2YA 通电，换向阀接到左位，变量泵 1 的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压缸 的下腔，而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀 9（电磁铁 6YA 接通） ，上腔油通过换 向阀 10 接到油箱，实现释压，另外一部分油通过主油路的节流阀流到换向阀 6，再通 过电磁阀 19，背压阀 11 流回油箱。实现释压。 下液压缸的工作循环：下液压缸的工作循环： 向上顶出时，电磁铁 4YA 通电，5YA 失电。 进油路： 液压泵换向阀 19 左位单向节流阀 18下液压缸下腔 回油路： 下液压缸上腔换向阀 19 左位油箱 当活塞碰到上缸盖时，便停留在这个位置上。 向下退回是在 4YA 失电，3YA 通电时产生的， 进油路： 液压泵换向阀 19 右位单向节流阀 17下液压缸上腔 9 回油路： 下液压缸下腔换向阀 19 右位油箱 原位停止是在电磁铁 3YA，4YA 都断电，换向阀 19 处于中位时得到的。 四四 液压系统的计算和元件选型液压系统的计算和元件选型 4 41 1 确定液压缸主要参数：确定液压缸主要参数： 按液压机床类型初选液压缸的工作压力为 25Mpa,根据快进和快退速度要求，采用 单杆活塞液压缸。快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压 缸无杆腔工作面积 1 A 应为有杆腔工作面积 2 A 的 6 倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D满 足的关系。 5 6 dD 快进时，液压缸回油路上必须具有背压,防止上压板由于自重而自动下滑，根据 2 p 液压系统设计简明手册表 2-2 中，可取=1Mpa，快进时，液压缸是做差动连接， 2 p 但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取,快p1pMPa 退时，回油腔是有背压的，这时亦按 2Mpa 来估算。 2 p 1)1) 计算液压缸的面积计算液压缸的面积 可根据下列图形来计算 1 1 1221 12 () 6 m A F APA PAPP 液压缸工作腔的压力 Pa 1 P 液压缸回油腔的压力 Pa 2 P 10 故： 3 22 1 26 1 () 150 109.8 0.0662 2 () (25)0.9 10 6 6 m F Amm P P 1 (4) 0.2904 A Dm 55 0.29040.265 66 dDm 当按 GB2348-80 将这些直径圆整成进标准值时得：,320Dmm280dmm 由此求得液压缸面积的实际有效面积为： 22 2 1 0.32 0.0803 44 D Am 2222 2 2 ()(0.320.28 ) 0.01884 44 Dd Am 2)2) 液压缸实际所需流量计算液压缸实际所需流量计算 工作快速空程时所需流量 1 1 1 cv AV Q 液压缸的容积效率，取 cv 0.96 cv 3 1 3 0.0803 0.3 1060 1506() min 0.96 10 L Q 工作缸压制时所需流量 3 12 2 3 0.0803 0.01 1060 50.1875() min 0.96 10 cv AV L Q 工作缸回程时所需流量 3 23 2 3 0.01884 0.06 1060 70.65() min 0.96 10 cv AV L Q 4 42 2 液压元件的选择液压元件的选择 42.1 确定液压泵规格和驱动电机功率 由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为 ，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为（含回油路上的压力损失折25MPa1MPa 11 算到进油腔） ，则液压泵的最高工作压力为 6 11 (25 1) 1026 p PPPMPa 上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出 p P 现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，其 正常工作压力为泵的额定压力的 80%左右因此选泵的额定压力应满足： n P /0.826/0.831.25 np PPMpa 液压泵的最大流量应为： max () pL qKq 式中液压泵的最大流量 p q 同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工 max ()q 作，尚须加溢流阀的最小溢流量。2 3minL 系统泄漏系数，一般取，现取。 L K 1.11.3 L K 1.1 L K max ()1.1 (70.652.5)80.465 min pL L qKqq 1选择液压泵的规格 由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱塞变 量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉床、液压机） ， 柱塞式变量泵有以下的特点： 1） 工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高 的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（），200 400 5 10 Pa 最高可以达到。 5 1000 10 Pa 2） 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。 3） 改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。 4） 柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重 量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。 根据以上算得的和在查阅相关手册机械设计手册成大先 P20-195 得：现 p q p P 选用，排量 63ml/r，额定压力 32Mpa，额定转速 1500r/min，驱动功率6314 1YCYB 59.2KN，容积效率，重量 71kg，容积效率达 92%。92% 2与液压泵匹配的电动机的选定 由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油 压力值为 26Mpa，流量为已选定泵的流量值。液压泵的总效率。柱塞泵为 p ，取0.82。 0.80 0.85 p 选用 1000r/min 的电动机，则驱动电机功率为 3 (18.3 50) 18.37 (60 0.82) (10) pp p p Pq NKW 12 选择电动机 ，其额定功率为 18.5KW。1804YM 4.2.2 阀类元件及辅助元件的选择 1.1. 对液压阀的基本要求： (1). 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。 (2). 密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大 2.2. 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格 主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还 需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条 件来选择标准阀类的规格： 序号元件名称 估计通过流 量() min L 型号规格 1斜盘式柱塞 泵 156.863SCY141B32Mpa，驱动功率 59.2KN 2WU 网式滤 油器 160WU-160*18040 通径，压力损失 0.01MPa 3直动式溢流 阀 120DBT1/315G2410 通径，32Mpa，板式 联接 4背压阀80YF3-10B10 通径，21Mpa，板式 联接 5二位二通手 动电磁阀 8022EF3-E10B 6三位四通电 磁阀 10034DO-B10H-T10 通径，压力 31.5MPa 7液控单向阀80YAF3-E610B32 通径，32MPa 8节流阀80QFF3-E10B10 通径，16MPa 9节流阀80QFF3-E10B10 通径，16MPa 10二位二通电 磁阀 3022EF3B-E10B6 通径，压力 20 MPa 11压力继电器DP1-63B8 通径，10.5-35 MPa 12压力表开关KFL830E32Mpa，6 测点 13油箱 13 14液控单向阀YAF3-E610B32 通径，32MPa 15上液压缸 16下液压缸 17单向节流阀48ALF3E10B10 通径，16MPa 18单向单向阀48ALF3E10B10 通径，16MPa 19三位四通电 磁换向阀 2534DO-B10H-T 20减压阀40JF3-10B 4.2.3 管道尺寸的确定 油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等， 必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为 本设计中所须的压力是高压，P=31.25MPa ， 钢管能承受高压，价格低(6.3)PMPa 廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道 一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。 尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管用。 胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是 钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管 是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困 难，成本很高，因此非必要时一般不用。 1. 管接头的选用： 管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，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、工艺性好等各种条件。 管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有： 焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。 管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M） 。锥螺 纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统； 细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或 O 形圈进行端面密封， 有时也采用紫铜垫圈。 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）都要考虑清楚，以免影响整个液压系统的使用质量。 14 国外对管子的材质、接头形式和连接方法上的研究工作从不间断，最近出现一种 用特殊的镍钛合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除 即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径，然后取出来迅速套装在管端上，便可使它 在常温下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已经在航空和其它一些加工 行业中得到了应用，它能保证在 4055Mpa 的工作压力下不出现泄漏。本设计根据需要， 选择卡套式管接头。要求采用冷拔无缝钢管。 2. 管道内径计算： （1） 4Q dm v 式中 Q通过管道内的流量 3 m s v管内允许流速 ，见表： m s 允许流速推荐值允许流速推荐值 油液流经的管道推荐流速 m/s 液压泵吸油管0.51.5: 液压系统压油管道36，压力高，管道短粘度小取大值 液压系统回油管道1.52.6 (1). 液压泵压油管道的内径： 取 v=4m/s 4Q dm v 3 44 50 10 16.3 60 3.14 4 Q dmmm v 根据机械设计手册成大先 P20-641 查得：取 d=20mm,钢管的外径 D=28mm; 管接头联接螺纹 M272。 (2). 液压泵回油管道的内径： 取 v=2.4m/s 4Q dm v 3 44 70.65 10 25 60 3.14 2.4 Q dmmm v 15 根据机械设计手册成大先 P20-641 查得：取 d=25mm,钢管的外径 D=34mm; 管接头联接螺纹 M332。 3. 管道壁厚的计算 2 pd m 式中： p管道内最高工作压力 Pa d管道内径 m 管道材料的许用应力 Pa， b n 管道材料的抗拉强度 Pa b n安全系数，对钢管来说，时，取 n=8；时，7pMPa17.5pMPa 取 n=6； 时，取 n=4。17.5pMPa 根据上述的参数可以得到： 我们选钢管的材料为 45#钢，由此可得材料的抗拉强度 b =600MPa; 600MPa 150MPa 4 (1). 液压泵压油管道的壁厚 63 31.25 1020 10 2.1 2 2 150 pd mmm MPa (2). 液压泵回油管道的壁厚 所以所选管道适用。 63 31.25 1025 10 2.6 2 2 150 pd mmm MPa 4. 液压系统的验算 上面已经计算出该液压系统中进，回油管的内径分别为 32mm,42mm。 但是由于系统的具体管路布置和长度尚未确定，所以压力损失无法验算。 4.2.4 系统温升的验算 在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算， 主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大， 所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。 当 V=10mm/s 时，即 v=600mm/min 223 0.320.6/min48 10/min 44 qD vmm 即 min/48Lq 此时泵的效率为 0.9，泵的出口压力为 26MP，则有 16 26 48 23 60 0.9 PKWKW : 入 KWFvP 33 1010 60 600 1470000 输出 即 KWP14.7 输出 此时的功率损失为： 23 14.78.3PPPKWKW :入入 假定系统的散热状况一般，取， CcmKWK 23 /1020 油箱的散热面积 A 为 332222 0.0650.06516509.08AVmm 系统的温升为 3 8.3 35.7 20 109.08 P tCC KA 根据机械设计手册成大先 P20-767：油箱中温度一般推荐 30-50C 所以验算表明系统的温升在许可范围内。 17 五五 液压缸的结构设计液压缸的结构设计 5.15.1 液压缸主要尺寸的确定液压缸主要尺寸的确定 1) 液压缸壁厚和外经的计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的 圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆 筒。 液压缸的内径 D 与其壁厚的比值 10/D 的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液 压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 2 Dpy 设 计 计 算 过 程 式中 液压缸壁厚(m)； D液压缸内径(m)； 试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍； y p a MP 缸筒材料的许用应力。无缝钢管：。 a MP110100 =22.9 y p18.3 1.25 a MP 则在中低压液压系统中，按上式计算所得液 (18.3 1.25) 0.32 0.33 2220 35 y p D m mm 入 压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形 等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式 进行校核。 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经为 1 D mmDD3903523202 1 2) 液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅P12表 2-6 中的系列尺寸来选取标准值。 液压缸工作行程选 500lmm 缸盖厚度的确定 18 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度 t 按强度要求可用下面两式进行近似计算。 无孔时 y p Dt 2 433. 0 有孔时 02 2 2 433 . 0 dD Dp Dt y 式中 t缸盖有效厚度(m)； 缸盖止口内径(m)； 2 D 缸盖孔的直径(m)。 0 d 液压缸： 无孔时 3 22.9 0.433 320 1063 110 tmmm 取 t=65mm 有孔时 3 22.9 310 0.433 0.31 1049.6 100 270 tmmm 取 t=50mm 3)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 H 称为最 小导向长度（如下图 2 所示） 。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起 的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。 对一般的液压缸，最小导向长度 H 应满足以下要求： 设 计 计 算 过 程 220 DL H 式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。 活塞的宽度 B 一般取 B=(0.610)D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径 D 1 l 而定； 当 D80mm 时，取。dl0 . 16 . 0 1 19 为保证最小导向长度 H，若过分增大和 B 都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞 1 l 之间增加一隔套 K 来增加 H 的值。隔套的长度 C 由需要的最小导向长度 H 决定，即 BlHC 1 2 1 滑台液压缸： 最小导向长度： 500320 185 202 Hmm 取 H=200mm 活塞宽度：B=0.6D=192mm 缸盖滑动支承面长度： 1 0.6168ldmm 隔套长度： 所以无隔套。 1 240192 16860 2 Cmm 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考 虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的 2030 倍。 液压缸： 缸体内部长度192500692LBlmmmm 当液压缸支承长度 LB(10-15)d 时，需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设 计不需进行稳定性验算。 5.25.2 液压缸的结构设计液压缸的结构设计 液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的 连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及 液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具 体情况进行选择。 设 计 计 算 过 程 1) 缸体与缸盖的连接形式 缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。 本次设计中采用外半环连接，如下图 1 所示： 20 图 1 缸体与缸盖外半环连接方式优点： (1)结构较简单 (2)加工装配方便 缺点： (1)外型尺寸大 (2)缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚 2)活塞杆与活塞的连接结构 参阅P15表 2-8，采用组合式结构中的螺纹连接。如下 图 2 所示： 图 2 活塞杆与活塞螺纹连接方式 特点： 结构简单，在振动的工作条件下容易松动， 必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。 2) 活塞杆导向部分的结构 (1)活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘 和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的 导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。导向套的位置可安装在 密封圈的内侧，也可以装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利 于导向套的润滑；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足 够的油压将唇边张开，以提高密封性能。 参阅P16表 2-9，在本次设计中，采用导向套导向的结 构形式，其特点为： 导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料。 盖与杆的密封常采用 Y 形、V 形密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸。 防尘方式常用 J 形或三角形防尘装置活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动 速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。 参阅P17表 2-10，在本次设计中采用 O 形密封圈。 21 22 六六 液压集成油路的设计液压集成油路的设计 通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。管式元件通过油管来实现相互之间 的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构越复杂，系统压力损失越大， 占用空间也越大，维修、保养和拆装越困难。因此，管式元件一般用于结构简单的系 统。 板式元件固定在板件上，分为液压油路板连接、集成块连接和叠加阀连接。把一 个液压回路中各元件合理地布置在一块液压油路板上，这与管式连接比较，除了进出 液压油液通过管道外，各液压元件用螺钉规则地固定在一块液压阀板上，元件之间由 液压油路板上的孔道勾通。板式元件的液压系统安装 、调试和维修方便，压力损失小， 外形美观。但是，其结构标准化程度差， 互换性不好，结构不够紧凑，制造加工困难，使用受到限制。此外，还可以把液 压元件分别固定在几块集成块上，再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路， 这种方式与油路板比较，标准化、系列化程度高，互换性能好，维修、拆装方便，元 件更换容易；集成块可进行专业化生产，其质量好、性能可靠而且设计生产周期短。 使用近年来在液压油路板和集成块基础上发展起来的新型液压元件叠加阀组成回路也 有其独特的优点，它不需要另外的连接件，由叠加阀直接叠加而成。其结构更为紧凑， 体积更小，重量更轻，无管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪 声。 本次设计采用系统由集成块组成，由于本液压系统的压力比较大，所以调压阀选 择 DB/DBW 型直动溢流阀，而换向阀等以及其他的阀采用广州机床研究所的 GE 系列阀。 液压集成块结构与设计 61 液压集成回路设计 1）把液压回路划分为若干单元回路，每个单元回路一般由三个液压元件组成，采 用通用的压力油路 P 和回油路 T，这样的单元回路称液压单元集成回路。设计液压单元 集成回路时，优先选用通用液压单元集成回路，以减少集成块设计工作量，提高通用 性。 2）把各个液压单元集成回路连接起来，组成液压集成回路，一个完整的液压集成 23 回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、调速回路、顶盖及测压回路等单 元液压集成回路组成。液压集成回路设计完成后，要和液压回路进行比较，分析工作 原理是否相同，否则说明液压集成回路出了差错。 底板及供油块设计底板及供油块设计 上图为底板块及供油块，其作用是连接集成块组。液压泵供应的压力油 P 由底板 引入各集成块，液压系统回油路 T 及泄漏油路 L 经底板引入液压油箱冷却沉淀。 24 七七 液压站结构设计液压站结构设计 液压站是由液压油箱，液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有 空气滤清器，滤油器，液面指示器和清洗孔等。液压站装置包括不同类型的液压泵， 驱动电机及其它们之间的联轴器等，液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及 其联接体。 7 71 1 液压站的结构型式液压站的结构型式 机床液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。 （1）集中式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置独立于机床之 外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，液压装置的振动、发热 都与机床隔开；缺点是液压站增加了占地面积。 （2）分散式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的 各处。例如，利用机床或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放在便于操 作的地方。这种结构的优点是结构紧凑，泄漏油回收，节省占地面积，但安装维修方 便。同时供油装置的振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生不良影响，故较 少采用，一般非标设备不推荐使用。本次设计采用集中式。 7 72 2 液压泵的安装方式：液压泵的安装方式： 液压站装置包括不同类型的液压泵、驱动电动机及其联轴器等。其安装方式为立 式和卧式两种。 1. 立式安装 将液压泵和与之相联接的油管放在液压油箱内，这种结构型式紧 凑、美观，同时电动机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回液压油 箱，并节省占地面积。但安装维修不方便，散热条件不好。 2. 卧式安装 液压泵及管道都安装在液压油箱外面，安装维修方便，散热条件 好，但有时电动机与液压泵的同轴度不易保证。 考虑到维修，散热等方面的要求。本设计中采用卧式联接。 7.37.3 液压油箱的设计液压油箱的设计 液压油箱的作用是贮存液压油、充分供给液压系统一定温度范围的清洁油液，并 对回油进行冷却，分离出所含的杂质和气泡。 7.3.1 液压油箱有效容积的确定 液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。 液压油箱的有效容量可概略地确定为：V v VQ 3 m 系统类型 低压系统（ ）2.5pMPa 中压系统（ ）6.3pMPa 中高压或大功率系 统（）6.3pMPa 2457612 25 根据实际设计需要，选择的，所以此系统属于中高压系统，26pMPa(6.3)pMPa 所以取： (6 12) v VQ 式中 液压油箱有效容量；V 液压泵额定流量。 v Q 参照机械设计手册成大先 P20-767 锻压机械的油箱容积通常取为每分钟流量 的 6-12 倍。 即： 取 应当注意：设备停止运转后，设备中的那部分油液会因重力作用而流回液压油箱。 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，一般不应超过液压油箱 高度的 80%。 所以，实际油箱的体积为： 7.3.2 液压油箱的外形尺寸设计 液压油箱的有效面积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般设计尺寸比 （长：宽：高）为 1：1：11：2：3。但有时为了提高冷却效率，在安装位置不受限制 时，可将液压油箱的容量予以增大，本设计中的油箱根据液压泵与电动机的联接方式 的需要以及安装其它液压元件需要，选择长为 1.5m,宽为 1.1m，高为 1.0m。 7.3.3 液压油箱的结构设计 一般的开式油箱是用钢板焊接而成的，大型的油箱则是用型钢作为骨架的，再在 外表焊接钢板。油箱的形状一般是正方形或长方形，为了便于清洗油箱内壁及箱内滤 油器，油箱盖板一般都是可拆装的。设计油箱时应考虑的几点要求： 1. 壁板：壁板厚度一般是 34mm；容量大的油箱一般取 46mm。本设计中取油箱 的壁厚为 6mm。对于大容量的油箱，为了清洗方便，也可以在油箱侧壁开较大的窗口， 并用侧盖板紧密封闭。 2. 底板与底脚：底板应比侧板稍厚一些，底板应有适当倾斜以便排净存油和清洗， 液压油箱底部应做成倾斜式箱底，并将放油塞安放在最低处。油箱的底部应装设底脚， 底脚高度一般为 150200mm，以利于通风散热及排出箱内油液。一般采用型钢来加工底 脚。本设计中用的是槽钢加工的。 1 1320 min L V 6 156.8 12 156.8940.81881.6 minmin LL V 11320 1650 0.80.8min V L V 26 液压油底部的构造的几种情况液压油底部的构造的几种情况 这是一般液压油箱底面的构造的五种情况，我们根据具体设计和生产的需要来确 定液压油箱底面的构造，根据本设计的需要，选了（c）型构造。 3. 顶板：顶板一般取得厚一些，为 610mm，因为本设计把泵、阀和电动机安装 在油箱顶部上时，顶板厚度选最大值 10mm。顶板上的元件和部件的安装面应该经过机 械加工，以保证安装精度，同时为了减少机加工工作量，安装面应该用形状和尺寸适 当的厚钢板焊接。 4. 隔板：油箱内一般设有隔板，隔板的作用是使回油区与泵的吸油区隔开，增 大油液循环的路径，降低油液的循环速度，有利于降温散热、气泡析出和杂质沉淀。 隔板的安装型式有多种，隔板一般沿油箱的纵向布置，其高度一般为最低液面高度的 2/33/4。有时隔板可以设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过；在中部开有 较大的窗口并配上适当面积的滤网，对油液进行粗滤。 5. 侧板：侧板厚度一般为 3-4mm，侧板四周顶部应该加工成高出油箱顶板 34mm，为了使液压元件的在工作等的情况下泄漏出来的油不至于洒落在地面上或操作 27 者的身上，同时可以防止液压油箱的顶板在潮湿的气候中腐蚀。 回油管及吸油管为了防止出现吸空和回油冲击油面形成泡沫，油泵的吸油管和回 油管应布置在油箱最低液面 50100mm 以下，管口与箱底距离不应小于 2 倍的管径，防 止吸入沉淀物。管口应切成，切口面向箱壁，与箱壁之距离为 3 倍管径。回油管的45 出口绝对不允许放在液面以上。本设计的管口与箱底的距离为 160mm，切口与箱壁的距 离为 250mm。 6. 回油集管的考虑：单独设置回油管当然是理想的，但不得已时则应使用回油 集管。对溢流阀、顺序阀等，应注意合理设计回油集管，不要人为地施以背压。 7. 吸油管： 吸油管前一般应该设置滤油器，其精度为 100200 目的网式或线式 隙式滤油器。滤油器要有足够大的容量，避免阻力太大。滤油器与箱底间的距离应不 小于 20mm。吸油管应插入液压油面以下，防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液 压油搅动油面，致使油中混入气泡。 8. 泄油油管的配置： 管子直径和长度要适当，管口应该在液面之上，以避免 产生背压。泄漏油管以单独配管为最好，尽量避免与回油管集流配管的方法。 9. 过滤网的配置：过滤网可以设计成液压油箱内部一分为二，使吸油管与回油 管隔开，这样液压油可以经过一次过滤。过滤网通常使用 50100 目左右的金属网。 10. 滤油器： 滤油器的作用及过滤精度 液压系统中的液压油经常混有杂质， 如空气中的尘埃、氧化皮、铁屑、金属粉末。密封材料碎片、油漆皮和 纱纤维。这些 杂质是造成液压元件故障的额重要原因，它们会造成油泵、油马达及阀类元件内运动 件和密封件的磨损和划伤，阀芯卡死，小孔堵塞等故障，影响液压系统的可靠性和使 用寿命。近年来对液压油的污染控制已经开始引起人们的极大重视。 为了便于随时检查和观察箱内液体液位的情况，应该在油箱壁板的侧面安装液面 指示器，指示最高、最低油位。液面指示器一般选用带有温度计的液面指示器。 油箱顶板需要装设空气滤清器，对进入油箱的空气进行过滤，防止大气中的杂质 污染液压油。空气滤清器的过滤能力一般为油泵流量的两倍，其过滤精度应与液压系 统中最细的滤油器的精度相同。 油箱内部应刷浅色的耐油油漆。以防止锈蚀。 7.47.4 液压站的结构设计液压站的结构设计 7.4.1 电动机与液压泵的联接方式 电动机与液压泵的联接方式分为法兰式、支架式和支架法兰式。 1. 法兰式 液压泵安装在法兰上，法兰再与带法兰盘的电动机联接，电动机与 液压泵依靠法兰盘上的止口来保证同轴度。这种结构装拆很方便。 2. 支架式 液压泵直接装在支架的止口里，然后依靠支架的底面与底板相连，再 与带底座的电动机相联。这种结构对于保证同轴度比较困难（电动机与液压泵的同轴 度） 。为了防止安装误差产生的振动，常用带有弹性的联轴器。0.05mm 3. 法兰支架式 电动机与液压泵先以法兰联接，法兰再与支架联接，最后支架 再装在底板上。它的优点是大底板不用加工，安装方便，电动机与液压泵的同轴度靠 28 法兰盘上的止口来保证。 本设计采用法兰支架式联接。同时考虑本设计中的电动机与液压泵的联接在安装 时产生同轴度误差带来的不良影响，常用带有弹性的联轴器。为了增加电动机与液压 泵的联接刚性，避免产生共振，本设计把液压泵和电动机先装在刚性较好的底板上使 其成为一体，然后底板加垫再装到液压油箱盖上。 7.4.2 液压泵结构设计的注意事项： 1. 液压装置中各部件、元件的布置要均匀、便于装配、调整、维修和使用，并 且要适当地注意外观的整齐和美观。 2. 考虑液压油箱的大小与刚度，液压泵与电动机装在液压油箱的盖子上或装在 液压油箱之外。 3. 在阀类元件的布置中，行程阀的安放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，以便进行手动调整或装 拆电磁铁。压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方。 4. 压泵与机床相联的管道一般都先集中接到机床的中间接头上，然后再分别通 向不同部件 的各个执行机构中去，这样做有利于搬运、装拆和维修。 5. 硬管应贴地或沿着机床外形壁面敷设。相互平行的管道应保持一定的间隔， 并用管夹固定。随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管或弹性管。软管安装时应 避免发生扭转，影响使用寿命。 7.4.3 电动机的选择： 电动机的选择范围包括：电动机的种类、类型，容量、额定电压、额定转速及其 各项经济指标等。而且对这些参数要综合进行考虑。 选择电动机的容量是电力传动系统能否经济和可靠运行的重要问题。如果电动机 容量大小，长期处于过载运行。造成电动机绝缘过早地损坏；如果容量过大，不仅造 成设备上的浪费，而且运行效率低，对电能的利用不经济。因此，选择电动机时，首 先应是在各种工作方式下选择电动机的容量。 根据前面求出来的电动机的功率可以得出液压泵需要 37.29KW 以上功率的电动机。 根据一般设计的需要，一般采用 Y 系列小型笼型异步电动机，Y 系列电动机是按国 际电工委员会（IEC）标准全国统一设计的新系列产品，适用于传动无特殊性能要求的 各种机械设备。 电动机采用 B 级绝缘。外壳防护等级为。冷却方式为 IC0141 即全封闭自扇冷 44 IP 式。 电动机的基本安装、结构型式： B3 型。 机座带底脚，端盖无凸缘； B5 型。 机座不带底脚，端盖有绝缘。 B35 型。机座带底脚，端盖有凸缘。 电动机额定电压为 380V，额定频率为 50Hz。 29 根据查表查出电动机型号为，其额定功率为 18.5KW。1804YM 30
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