YZJ压装机整机液压系统设计说明书

第一章 绪论第一节 课题背景课题来源：课题来自柳州欧维姆机械有限公司，是该公司正在着手进行的总装车间改造项目之一，进行装机的设计，提高装配过程的机械化和自动化水平。 柳州欧维姆机械股份有限公司是柳州的重量级企业之一，是2002年10月由柳州市建筑机械总厂（成立于1966年）、深圳华强集团景丰投资有限公司、同济大学和东南大学共同出资成立，注册资本9000万元，是国家建设部定点生产预应力机具的最大生产企业，是集科研、设计、生产以及预应力施工于一体的中型企业。在生产经营管理上已采用基于国际工业流行的MRP-II原理的软件CAPMS，建立并实现了计算机网络化管理。公司工艺先进，设备齐全，拥有各类数控机床、加工中心、计算机控制的热处理设备、大型精密加工设备，实现了产品的半自动化生产。产品已形成4大类、30多个系列、400多个品种，OVM锚固体系、张拉机具、缆索制品、橡胶支座和伸缩缝等产品畅销海内外，体外预应力材料、钢绞线拉索体系、液压提升、顶推及转体系统、新型吊杆、系杆、悬索桥产品（锚碇等）、真空辅助灌浆（含塑料波纹管）系统等新产品为企业注入了新的活力。企业总资产达3亿多元，拥有专业技术人员300名，占员工总数的35%，2005年销售收入达5亿元人民币。企业于1995年和1996年分别通过了中国CQC和英国BSI学会的ISO9001：1994双重认证，并于2001年3月6日正式采用ISO9001：2000标准，成为同行最早转换质量体系标准的企业。产品质量和各项性能指标达到了GB/T14370-2000、JT/4-93、JT3141-90、JT329.1-1997、JT329.1-1997等标准，并经国际预应力混凝土协会（FIP）、英联邦政府认可的检测机构、日本、新加坡、香港等国家及地区的质量权威检测机构的严格检定，证实公司产品性能指标达到了国际推荐的FIP标准、英国BSI标准、日本JIS标准，总体技术水平居国内领先，部分产品达世界同行先进水平。 截止目前，企业已获专利授权180多项，其中2002年新增专利为26项。2001年“夹片式拉索群锚及安装方法”专利荣获第七届中国专利金奖。 1996年12月企业建立了国家级企业技术中心，下设有开发、试验检测、计算机、信息四大中心，建立了有效的激励约束机制，具有了较强的预应力产品和技术的科研设计、试制能力，能够承担近、中和远期项目开发，技术创新机制灵活、技术全面、实力雄厚。2001年8月成立了同济OVM预应力研究中心，与同济大学合作进行预应力新结构的研究。2002年12月，国家人事部正式批准OVM公司设立博士后科研工作站，以此为平台，采用流动管理的方式，将所有参与OVM公司开发及研制的高级人才整合在站内，使我们既可利用现有的开发成果，又为国际化的竞争储备了高精尖人才。 该公司在北京、上海、广州、武汉、西安、重庆等设立了办事处，在其它省区和重要城市均设立了联络处，并在越南、新加坡、香港特区设立了办事机构，销售网络遍布全国及东南亚地区。生产率是制约企业经营状况的重要指标，直接关系到企业的生存，柳州欧维姆机械股份有限公司正在进行总装车间的改造，以提高生产率、降低成本。进行进行千斤顶压装的时间称为工序时间，它主要由装配工件所需的机动时间和装卸工件等所需的辅助时间组成。要提高生产率，就必须降低工序时间。使千斤顶方便的装配起来，因此可以大大缩短辅助时间，另外，采用压装机可降低对操作工人的技术水平等，工序时间的缩短，生产率的提高及产品质量的稳定，必有利于企业的发展。扩大压装机的装配千斤顶范围，做到一机多能，对于该企业，由于千斤顶的品种、规格和数量不一，为了适应发展的需要，设计新的产品达到到一机多用的目的。第二节 国内外研究的历史和现状 压装机是对机械零部件进行安装以及拆卸为目的的设备，在机械加工以及维修行业中具有广泛的用途。目前国内的压装机，在技术上还是50年代沿用至今的样式和功能，属通用型油压机。这种压装机主要由鄂城重型机械厂和天津重型机械厂等厂家生产制造。这些产品结构简单，控制系统落后，功能单一，全部人工手动操作，没有自动测量和控制系统。在压装轮对时靠人工用尺测量，用眼观测压装油缸的行进位置;接近停止位置时，操作工人手动或脚踏开关，使油缸停止前进。这种全部人工操作的压装方式己延续了几十年，毫无大的改进。这种轮对压装机最主要的缺点是人工操作，同时生产效率低，一次压装合格率低，压装质量受人为因素影响大。压装机的类型非常之多，用途不一，就他们的系统而言，有液压控制系统和液压传动系统。液压控制系统，是闭环系统，可对被控制量进行检测并加以反馈，系统按偏差调节原理工作，并控偏差信号的方向和大小进行自动调整控制系统有反馈，具有抗干扰能力，因而控制精度高。液压传动系统是开环系统，被控制量与控制量之间无联系，控制量是流量控制阀的开度或变量泵的调节参数，被控制量是执行机构的速度对被控制量不进行检测，系统没有修正执行机构偏差的能力。控制精度取决于元件的性能和系统整体的精度，控制精度较差，但调整简单性能指标侧重于静态特性，主要性能指标有调速范围，低速平稳性，速度刚度和效率。压装机工作装置的液压系统目前有以几种类型:（1）按液压泵的类型分为定量系统和变量系统。（2）按液压泵的数目可分为单泵操纵回路和双泵操纵回路，后者一般用双液压回路。（3）按液压回路的数目可分为单液压回路和双液压回路。（4）按工作装置液压回路与转向液压回路之间关系可分为独立式液压回路和复合式液压回路。近二十年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率重量比和大功率的液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。特别是反馈控制技术在液压系统只中的应用，电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在元件和系统方面、理论与应用方而都口趋完善和成熟，并形成为一门学科，成为液压技术的重要发展方向之一。目前液压控制技术已经企许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门，飞机、船舶交通部门，航空航天技术，海洋技术近代科学试验装爱好武器控制等。我国于五十年代开始液压伺服元件和系统的研究工作，现在已生产几种系列电掖伺服阀产品，液压控制系统也在越来越多的部门得到了成功的应用。随着国民经济的发展，液压控制技术会在史多的部门为实现我国四个现代化的宏伟日标而发挥更大的作用。随着技术的不断进步，目前国外液压系统己采用了节能效果极佳的压力一流量补偿负载传感闭式系统，国内有些公司也采用这套技术。其特点是:可以实现压力一流量控制。泵输出的流量即执行元件的速度只与操纵阀杆行程大小有关，而与负载大小无关，因此该系统具有良好的速度控制特性。该液压系统所提供功率与执行元件所要求的功率相差甚小，因而具有良好的功率控制特性，功率浪费损失小。由于系统的无用功率小，而且在系统不工作时，系统可以近似地实现“0”流量输出，因而发热小，不会产生过热现象，提高了整个液压系统的工作寿命。第三节 设计本压装机的目的通过在工厂里的实习、调研，我们了解到在与本压装机最接近的常规加工方法及其存在的不足：千斤顶通常由油缸、活塞、穿心套、堵头、前后压板等零部件组成，在常规装配工艺过程中，需用铁锤装配千斤顶活塞、堵头等，且在装配前后压板等零部件时，装好一边以后，需用桁吊设备将待装配的千斤顶油缸偏心摆置进行翻转调头，翻转后，使用绗车吊下来，在进行另一边的装配。因此，在千斤顶的装配过程中易损伤千斤顶零部件，而且工人劳动强度很大。在装配千斤顶的过程中使用本压装机，可以提高装配过程的机械化和自动化水平，避免对零部件的损伤，提高装配质量，降低工人的劳动强度。第四节 本课题研究内容及思路本课题目的在于根据YZJ压装机整机要求，设计出与整机相匹配的液压系统。本课题将以YZJ压装机为研究对象，以液压传动系统设计为手段，设计出符合YZJ压装机整机性能要求的液压系统。（一）本课题主要研究内容有以下几方面（1）国内外压装机发展概况。（2）液压系统的设计。（3）液压缸的设计。（4）液压集成块设计。（5）液压站设计。（6）液压油箱的计算。在本次的控制系统设计中，从工厂的角度出发，要求以低成本来实现压装机的各个功能，设计中，主要进行液压传动系统的设计。液压传动系统是以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式。按其工作原理的不同又可分为液力传动和液压传动。液压传动是基于流体力学的帕斯卡原理，主要利用液体静压能来传递动力，故也称容积式液体传动或静液传动。液压传动的基本特征是:以液体为工作介质，靠处于密闭容器内的液体静压力来传递动力，其静压力的大小取决于外负载;负载速度的传递是按液体容积变化相等的原则进行的，其速度大小取决于流量。 在液压系统的设计中，主要包括液压元件的设计计算与选择，液压辅助装置的计算、设计或选择；液压传动系统的验算与校核。（二）设计步骤一台机器究竟采用什么样的传动方式，必须根据机器的工作要求，对机械、电力、液压和气压等各种传动方案进行全面的方案论证，正确估计应用液压传动的必要性。当确定采用液压传动后，其设计内容和步骤大体如图11所示*这里所述的设计内容和步骤只是一般的系统设计流程，在实际设计过程中不是一成不变的，对于较简单的液压系统，可以简化其设计程序；对于重大工程的复杂液压系统，往往还需在初步设计的基础上进行计算机仿真实验，或者局部地进行实物实验，反复修改，才能确定设计方案。另外，这些步骤又是相互关联，彼此影响的，因此常需穿插交叉进行。1全面了解主机的结构和总体布局，这是合理确定液压执行元件的类型、工作范围、安装位置及空间尺寸所必需的，现代液压机械的工作机构越来越复杂。对于工作机构运动形式比较复杂的情况，如能采用经济适用的液压执行元件，并巧妙地使之与其它机构相配合，不仅能简化液压系统，降低设备造价，而且能改善液压执行元件的负载状况和运动机构的性能。2. 压力相流量是液压系统的主要参数。根据这两个参数来计算和选择液压元、辅件和原动机的规格。系统压力选定后，液压缸主要尺寸即可确定，接着就可根据液压缸的速度确定其流量。3.拟定液压系统图是液压系统设计中的一个重要步骤。这一步要做的主要工作：一是选择基本回路，二是把选出的回路组成液压系统。4. 液压元件的选择主要有：液压执行元件的选择、液压泵的选择、控制阀的选择、确定油箱的容积、过滤器的选择、液压油的选用。5.液压系统性能验算。6.液压装置结构设计及编制技术文件总体步骤如下：第二章 压装机液压系统总体设计第一节 液压系统的工作要求一 液压系统的组成 压装机的系统，采用液压传动系统，液压系统若能正常工作必须由以下五部分组成： (1)动力装置 它是把原动机输入的机械能转换为液体压力能的能量转换装置，一般由电动机和液压系组成，其作用是为液压系统提供压力油。 (2)执行元件 它是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度(直线运动)，或力矩和转速(回转运动)。这类元件包括各类液压缸和液压马达。 (3)控制调节元件 它是能控制或调节液压系统中油的压力、流量或方向，以保证执行装置完成预期工作的元件。这类元件主要包括各种液压阀，如溢流阀、节流阀以及换向阀等。 (4)辅助元件 辅助元件是指油箱、蓄能器、油管、管接头、滤油器、压力在以及流量计等。这些元件分别起散热贮油、蓄能、输油、连接、过滤、测量压力和测量流量等作用，以保证系统正常工作，是液压系统不可缺少的组成部分o (5)工作介质 它在液压传功及控制今起传递运动、动力从信号的作用。工作介质为液压油或其它合成液体。二 压装机的工作原理 压装机是对机械零部件进行安装以及拆卸为目的的设备，在机械加工以及机械维修行业中具有广泛的用途。该压装机各动作是由液压传动系统来实现。系统主要包括以下几个部分：液压动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作液体。通过压装机的技术方案，我们了解到压装机的工作原理，在控制系统设计中，要实现的有：机械手对千斤顶的夹持、提升、千斤顶翻转180，压装机对活塞的压装，这些动作，由液压系统来实现,通过电磁换向阀来控制油缸的换向,在压装机中,主机对液压系统执行元件在位置布局和空间尺寸上的限制,要解决液压执行元件的动作顺序，完成压装机的转、提升、压活塞等动作，要求在提升过程中，将机械手与千斤顶一起提升，机械手夹持牢固千斤顶，压装器能够实现活塞的压入。工人在操作台前，使用不同按钮实现本压装机的各个动作。(如图1.1），机械手的液压系统中的换向阀右边通电时，机械手油缸的活塞顶出，机械手张开，松开夹持的千斤顶，当换向阀左边通电时，机械手夹紧，夹持住千斤顶。为了使压装机工作平稳，便于实现自动化和简化设计制造过程，压装机的机械手质量约3.5吨，当机械手被提升到一定高度后 ，手动使液压提升缸停止。为了便于自动化和产生足够的夹紧力，千斤顶的夹紧也用液压来实现。而工件的夹紧与提升，必须按照一定顺序进行，也就是说，在整个千斤顶的压装过程中，夹紧提升翻转放下压装。 图1.1三 系统达到的功能要求和技术指标本压装机的技术要求如下：1.本压装机主要用途是将油缸作180翻转和将活塞压入油缸。其中油缸的180翻转主要有机械手的夹持以及整个机械手部件的升降机械手180翻转组成；2.本压装机适用YCW100AYCW500A型千斤顶，YDG400-400型千斤顶的安装；3.机械手夹持油缸的范围为200530，翻转油缸的最大长度为L=950mm；4.夹持翻转的最大重量为m=700kg；5.机械手油缸工作额定压力为P=6.3MP，最大工作拉力F=110KN；6.夹持油缸翻转180工作时间为t=15s；7.机械手部件提升行程为h=1020mm，从下提升到上所需时间为1min；8.压装机行走的行程为S=6250mm，所需时间为2min。第二节 液压系统参数计算一 确定液压缸负载（一） 提升阶段液压缸负载 提升液压缸负载F，查文献2表20-2-15中公式F= （2.1）式中 R液压缸外作用力，KN；液压缸总效率查参考文献2表20-6-3，在额定压力下的液压缸，总效率为=0.90.95 ，取=0.93，提升液压缸所受外作用力R=35.4KN，代入公式（2.1）得： F= =3.81KN （二）压装液压缸负载压装液压缸外作用力R=160 KN ，=0.93，由公式（2.1）得：F= =172.04KN对各个液压缸的负载情况进行计算，列表如下：表1液压缸液压缸外作用力R（KN）力F=（KN）提升液压缸35.439.33压装液压缸160172.04机械手液压缸7075.27夹轨液压缸2022.22二 压装液压缸主要尺寸的确定（一） 初选液压系统压力系统压力选定得是否合理，直接关系到整个系统设计的合理程度。在液压系统功率一定的情况下，若系统压力选得过低，则液压元、辅件的尺寸和重量就增加，系统造价也相应增加；若系统压力选得较高，则液压设备的重量、尺寸会相应降低，但制造精度等要求的提高。查参考文献2，表20-2-11，初定系统压力为6.5MPa。（二） 液压缸主要尺寸查参考文献3，P14，单活塞杆液压缸无杆腔为工作腔时，计算公式为： （2.2）式中， p1液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力，MPa； P2液压缸回油腿背压力，MPa；dD活塞杆直径与按压缸内径之比； F液压缸负载。查文献2表20-2-14，确定P2 =0.4MPa，d/D=0.65，P1 =6.5MPa代入公式（2.2）得 = =187.1mm计算得D=187.1mm，查文献2表20-6-2，选择D=200mm。d=0.65D=125mm。各个液压缸的内径，查表标准化列表如下：表2液压缸直径D（mm）d（mm）提升液压缸160110压装液压缸200125机械手液压缸180100夹轨液压缸8056（三）计算在各工作阶段所需的流量 1 确定液压缸的流量查参考文献1，P18，液压缸的流量计算， （2.3）式中， 液压缸的流量，L/min；D液压缸内径，m；V活塞杆的运动速度，m/min。计算得压装千斤顶所需流量：=D2 /4=3.140.220.954=29.83L/min。提升千斤顶所需流量： =D2 /4=3.140.1621.14=22.11 L/min。三 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 液压泵在压装的工作过程中向液压缸供油（每次只对一个液压缸供油），选流量最大的液压缸对泵进行计算。（一）泵的工作压力的确定。考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为： PP1+P （2.4）式中 P液压泵最大工作压力，MPa； P1执行元件最大工作压力，MPa； P进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5MPaa。 将P1=6.5 MPa ，P =0.4 MPa 代入公式（2.4）得：PP1+P=6.5+0.4=6.9MPa。上述计算得的是系统的静压力，考虑到系统在各种工况的过按阶段出现的动态压力往往超过静态压力，因此选泵的额定压力Pn应满足Pn(1.251.6)P。中低压系统取小值，高压系统取大值，压装液压缸按中低压系统取小值，则：Pn=1.256.9=8.6 MPa。（二） 泵的流量确定液压泵的最大流量由文献1 P5得： Q() （2.5）式中 Q液压泵的最大流量，L/min；同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值，L/min； 系统泄漏系数，一般取=1.11.3，现取=1.2。 Q=1.229.83L/min =35.79 L/min。（三）选择液压泵的规格根据以上算得的P和Q再查阅文献2，现选用CB-32型齿轮泵。该泵的参数为：排量32mL/r额定压力为10 MPa，容积效率90%。 四 与液压泵匹配的电动机的选定选择电动机的公式依据查参考文献2 P52（公式20-2-3）进行验算，即： P= （ 2.6）式中 P所选电动机额定功率，KW； PS泵的额定压力，MPa； Q泵的额定流量，L/min； 转换系数； p液压泵的总效率。 查参考文献2，P156，表20-5-9确定各个参数：p=0.81，=0.7，CB-32型齿轮泵的输出流量为32mL/r，额定压力PS =10 MPa，代入公式3.4，得： P=6.01 KW所需电动机功率为P=6.01KW。查阅参考文献2，电动机产品样本，选择Y132-M4型电动机，其功率为7.5KW，额定转速为1440r/min。第三章 确定液压系统方案、绘制液压系统图第一节 确定液压系统方案拟定液压系统图是液压系统设计中的一个重要步骤。这一步要做的主要工作：一是选择基本回路，二是把选出的回路组成液压系统。一 液压基本回路（一）调压回路压力调定回路是最基本的调压回路。溢流阀的调定压力应该大于液压缸的最大工作压力，其中包含液压管路上各种压力损失。 图3.1 图3.2（二）调速回路进油节流调速回路使用普遍，但由于执行元件的回油不受限制，所以不宜用在超越负载(负载力方向与运动方向相同)的场合。阀应安装在液压执行元件的进油路上，多用于轻载、低速场合。对速度稳定性要求不高时，可采用节流阀；对速度稳定性要求较高时，应采用调速阀。该回路效率低，功率损失大。（三）方向控制回路换向回路一般都采用换向阀来换向。换向阀的控制方式和中位机能依据主机需要及系统组成的合理性等因素来选择，当换向阀左边工作时，液压缸活塞向右方向的运动，当换向阀左边不工作时，向左方向则可以运动。二 选择液压回路这台压装机的液压工作进给速度底，传动功率也较小，很适宜选用节流调速方式。节流阀是通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制。从液压缸工作循环图可知，各工作进给时是中压小流量，故可选用单泵供油回路。该系统的泵刚开始工作时，系统是空转运行的，可以在主油路上接溢流阀，采用电磁换向阀进行空载与负载工作之间的转换。（一）压装系统回路压装机在压装千斤顶的过程中，由于压装速度较慢，所以，回路中选用节流调速方式，当将活塞压入千斤顶后，压装液压缸压杆往返运动，所以，在千斤顶的压装回路中，采用电磁换向阀进行换向，系统图如图（3.4）所示。 图（3.3） 图（3.4） （二）提升系统回路 提升缸在提升的过程中，采用的是压力控制回路中的调压回路。调压回路的作用是：使系统整体或某一部分的压力保持恒定或不超过某个数值。提升回路，采用单级调压回路就能满足要求。在泵的出口处设置并联的溢流阀来控制系统的最高压力。在电磁换向阀的A、B口处，接上一个双液控单向阀，液控单向阀允许油液从一个方面自由通过，反方向控制压力开启单向阀使油液通过，控制压力过低或消失时，单向阀关闭，油液则不能通过。作用在阀油口的压力使主阀开启，油进入油缸中。当主阀芯关闭后，反向油液被阻止。控制油口的压力克服了油缸油口压力及主阀弹簧压力后，再次将主阀芯打开，反向油流从油缸进入阀油口。对于双液控单向阀，每个阀先导部分都与另一个阀的主油路相连，相互控制。如图（3.4）所示。（三）机械手系统回路压装机在夹紧千斤顶的过程中，由于夹持部份是机械手直接抓取和握紧工件，因此必须有足够的夹紧力，为了行程较短，速度较慢，所以，回路中选用节流调速方式，当压装完成后，夹紧液压缸压杆往返运动，在，夹紧回路中，采用电磁换向阀进行换向，系统图如图（3.5）。 图3.5 图3.6（四） 夹轨系统回路夹轨部分的液压系统，夹轨液压缸行程最短，液压系统如图3.6所示。（五） 选用单泵系统 液压系统按应用的泵数分为单泵及多泵系统，单泵系统适用于功率较小，工作不太频繁的一些开式系统，外负载惯性较小的一些开式系统。在本次的控制系统设计中，从工厂的角度出发，要求以低成本来实现压装机的各个功能，因此，选用单泵系统。 图3.7第二节 绘制液压系统图一 注意事项在拟定液压系统时，注意了以下几方面向题：1防止回路间可能存在的相互干扰。2. 确保系统安全可靠 液压系统运行中的不安全因素是多种多样的。例如异常的负载、停电，外部环境条件的急剧变化，操作人员的误操作等，都必须有相应的安全回路或措施，确保人身似设备安全。例如，为了防止工作部件的漂移、下滑、超速等，应有锁紧、平衡、限速等回路；为了防止南于操作者的误操作，或由干液压元件失灵而产生误动作，应有误动作防止问路等。将各个回路图合成，整个压装机的液压系统图就初步绘制了，再检查并加以补充完善，便可以绘制出正式的液压系统原理图。如图3.8 图3.8 二 液压元件选择液压阀的选择依据是系统的最高压力和通过阀的实际流量以及阀的操纵、安装方式等，需要注意的问题是：1确定通过阀的实际流量 ，此时注意通过管路的流量与油路串、并联的关系：油路串联时系统的流量即为油路中各处所通过的流量；油路并联中各油路同时工作时系统的流量等于各条油路通过流量的和。2单活塞杆液压缸两腔回油的差异 活塞外伸扣内缩时的回油流量是不同的，内缩时无杆腔回油流量与外伸时有杆腔的回油流量之比，等于两腔活塞面积之比。3控制阀的使用压力、流量，不要超过其额定值 ，如控制阀的使用压力、流量超过了其额定值，就易引起液压卡紧和液动力，对控制阀工作品质产生的不良影响。查阅参考文献2，根据系统的要求，选择液压元件，列表如下。表3：序号元件名称通过流量L/min型号1溢流阀 40YF-B102三位四通电磁换向阀 4034BO-H10B3二位四通电磁换向阀 4024 BO-H10B4液控单向阀 402AY-F10D5单向阀40S10P16调速阀 40LF-B10第三节 液压系统的验算在液压系统设计计算过程中及设计终了，需要对它的技术性能进行验算，以便从几种设计方案中比较出最佳方案，或判断其设计质量。一 系统压力损失计算 当系统元、辅件规格和管道尺寸确定后并绘出管路装配草图，即可进行系统压力损失P的计算。它包括管路的沿程压力损失、局部压力损失及阀类元件的局部损失P3，查参考文献3，P38，公式： （3.1） （3.2） （3.3） （3.4）式中 管道长度； 管道内径； 液流平均速度； 液压油密度； ，局部阻力和沿程阻力系数； 阀的额定流量； 通过阀的实际流量； 阀的额定压力损失。 查参考文献2，P20-65，系统中最长的管路，内径d=0.01m，长=2.5m，通过流量Q=4.9710-2m3/s，工作介质为20号机油，工作压力下的粘度=2010-6m2/s， 密度=900Kg/m3。 管内流速由公式： = （3.5）=6.33m/s； 雷诺数由公式： Re= （3.6）Re=3165； 因 3000Re100000 故沿程阻力系数=0.0422； =0.0422代入公式3.2 ，计算得沿程阻力损失： =0.0422=0.19 MPa。 查参考文献2，阀类元件的局部损失P3：单向阀的压力损失为0.2 MPa，代入公式3.4，得： = =0.24 MPa； 查参考文献2P20-65，管接头、弯头、相贯孔的局部压力损失很小，可不计，所以，液压系统的压力损失=0.19+0.24=0.43 MPa。 计算出的液压系统的压力损失与选系统工作压力时选定的压力损失大接近，故无须更正系统参数。二 系统效率计算液压系统效率是系统的输出功率(即执行元件的输出功率)N0与其输入功率(即液压泵的输入功率)NP之比，查参考文献3 P39，得系统计算公式： （3.7）式中 液压泵的总效率； 执行元件的效率； 回路效率， 又由 （3.8） 系统输给同时动作的执行元件的功率，KW； 同时运转的各液压泵的输出功率，KW。查参考文献2，P285，得=0.90.95，取=0.91；液压泵的总效率=0.75，回路效率=0.954，则系统的总效率： =0.80.910.954=0.695第四章 液压缸的设计第一节 液压缸参数一 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 压缸工作压力主要报据液压设备的类型来确定，对不同用途的按压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同，前面的计算中，计算出液压缸的工作压力，在这次的压装机的设计中，提升液压缸、压装液压缸，都是做单向运动，选用双作用液压缸中的单活塞杆液压缸，其简化形式如图4.1所示： 图4.1通过公式： （4.1）式中，p1液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力； P2液压缸回油腿背压力；dD活塞杆直径与按压缸内径之比； F液压缸负载。查机械设计手册表20-2-14，确定P2 =0.4MPa，将d/D=0.65，P1 =6.5MPa代入（公式3.1 ）计算得D=187.1mm，查参考文献2表20-6-2，选择D=200m。 d=0.65D=125mm。二、液压缸壁厚的计算（一）液压缸的壁厚液压缸的壁厚一般是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，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，查参考文献2表20-6-8，其壁厚按薄壁圆筒公式有为： （4.2）式中 液压缸壁厚，m； D 液压缸内径，m； Pv试验压力，一般取最大工作压力的(12515)倍； 缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢：110120 MPa，无缝钢管100110 MPa。采用无缝钢管，取110 MPa，Pv=1.2510=12.5 MPa。代入公式4.2得：= =0.01136m。（二） 缸筒壁厚的验算查参考文献2表20-6-8， 液压缸的额定压力值应低于一定的极限值,保证工作安全。 （4.3） 或 （4.4）为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。 （4.5） （4.6）式中： 缸筒内径（m）； 缸筒外径 (m)； 液压缸的额定压力 (MPa)； 缸筒发生完全塑性变形时的压力 (MPa)； 液压缸的耐压实验压力 (MPa)； 液压缸发生爆裂时的压力 (MPa)； 缸筒材料的屈服点 (MPa)； 查参考文献4表15-1，纲筒材料的=285MMPa，将代入公式4.3得： =18.95 MPa将代入公式4.6得：=29.99 MPa 取=0.4229.99=12.60 MPa液压缸的额定压力=10 MPa，所以缸筒厚度合格。(三) 缸体两端螺纹连接强度校核以及安全系数的计算螺纹所受应力由下列式计算： (4.7)其中： 弯曲应力： (4.8)剪切应力： (4.9)油缸的材料45 ,经过调制,s355MPa。最大受力工况。式中：螺纹，宽40mm,外螺纹小径： 牙根宽度： 牙高： 载荷不均匀系数： 工作圈数： ,取Z=14;代入得： 螺纹安全系数由下式计算： 式中: 为螺纹处拉应力与剪力的合力；（三） 缸底厚度计算设计缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式近似计算。查参考文献2表20-6-8，由公式： （4.7）式中： 缸筒底部厚度（m）； 缸筒底部内径（m）； 液压缸的额定压力 (MPa)； 缸筒底部材料的许用应力 (MPa)，取n=2，s=285 MPa，算得p=142.5 MPa；代入公式4.7得：所以，0.4330.2=0.01919m。三 活塞杆的强度计算 活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力的作用，其受力如下图所示： 图4.2 查参考文献2P297，只受轴向推力的作用时，则可以近似地用直杆承受的简单强度计算公式进行计算： （4.8）式中，F活塞杆的作用力，N； d活塞杆直径，m； p材料的许用应力，无缝钢管p=100110MPa； 压装液压缸受轴向推力的作用，F=160KN，直径d=125mm；带入公式4.8，计算得：= =13.04 MPap。所以活塞杆强度满足要求。第二节 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、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封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。设计时报据具体情况进行选择。一 缸体与缸盖的连接形式缸体端部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。常见的有法兰连接、螺纹连接、外半环连接、内半环连接。通过参考文献1 P14表2-7选择螺纹连接，其优点是：（1） 外形尺寸小 （2）较轻。缺点是：端部工艺要求较高，装卸时要用专用工具。 图4.3 图4.4二 活塞杆与活塞的连接结构 活塞杆与活塞的连接结构，分整体式结构和组合式结构。通过参考文献1 P15表2-8，确定液压缸采用整体式结构，这种连接结构简单，适用于缸径较小的液压压缸，如图3.3和图3.4。 图4.5 图4.6后来考虑到这种结构，活塞的直径为200mm，活塞杆直径为125mm，加工中，先车出活塞外径，再车出活塞杆直径125mm，会造成很大的材料浪费，现在改为图3.2所示结构，采用螺纹连接结构，结构简单，便于活塞、活塞杆的加工。三 活塞杆导向部分的结构 活塞扦导向部分的结构，包括活塞扦与端盖、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，所以应用较普迫。导向变的位置可安装在密封圈的内姻，也叮以续在外伽。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伽助结椒在高压下工作时，使密封固有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。参照参考文献1P15表2-9，活塞杆导向部分的结构如图3.3图4.7其特点是：（1）端部与活塞杠直接触导向，结构简单，但磨损后只能更换整个端盖。（2）盖与杆的密封常用O型、Y型密封圈。（3）防尘圈用无骨架的防尘圈。四 密封圈选用 密封的分类：可分为静密封和动密封两种。（1）静密封 在正常工作的时候，无相对运动的零件的配合表面之间的密封叫静密封。（2）动密封 在正常工作的时候，具有相对运动的零件配合表面之间的密封叫动密封。 静密封和动密封都可以达到完全密封，但某些动密封部位有一定的泄漏量，可以起到润滑作用，减小摩擦和磨损。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，通过参考文献1 P17，选用O型圈加挡圈的形式。第五章 集成块设计第一节 集成块组的结构与特点一 集成块结构集成块这种结构是液压集成的最早形式，在我国已经广泛的应用在各种系统中。更由于板式标准元件较为定型，给广泛使用集成块式连接装置提供了有利的条件。虽然广州机床研究所设计的JK系列、大连组合机床研究所设计的EJMH系列和上海机电设计院设计的YJ系列都有较为完整的通用回路块组图纸，但在这次的设计中，集成块是参照一些集成块的结构和设计方面的有关知识设计的。集成块组，是按通用的液压回路设计成的通用组件。它由集成块、底块和顶块按一定的顺序叠积（如图5.1），用四只长螺钉垂直固紧而成。图5.1 底座的作用：是通过它将若干中间块组件固定在油箱面板或其它机体上，二是通过它引进压力油和引出回油。 中间块是一六面体通道块，其体内不仅有构成该块单元回路所需的各种起管路作用的泊孔通道和安装控制元件的螺钉孔，而且设有公用压油孔P、回油孔o、泄漏油孔L，用以联系每块上的各单元回路；其三个侧面安装板式控制元件，另一例面安装执行元件管接头，其上、下面即顶面和底面为块与块的叠积结合面（如图5.2）。中间块的叠积块数决定于液压系统的复杂程度，一般为17块。液压系统所需单元回路块多于7块时，可采用分组叠积。中间块的叠积次序除特殊情况外，一船可以互换，但由于o形密封圈的钩孔均在块体的上接合面，所以块体本身具有方向性，不能倒置。 图5.2为了操纵方便，通常把需要经常调节的元件，如调速阀、溢流阀、减压阀等，布置在右侧面或前面。 元件之间的联系借助于块体内部的油孔道。根据单元回路块在系统中的作用可分为调压、调速、减压等若干种回路块。每块的上下两面为叠和面，步有公用的压力油孔P、回油孔O和连接螺栓孔。二 集成块的特点从集成块的组成原理图可以看出，集成块由板式元件与通道体组成，元件可以根据设计要求任意选择，与其他连接方式相比，有以下特点：（1） 可以采用现有的板式标准元件，很方便地组成各种功能的单元集成回路，且回路的更换很方便。（2） 便于检查和及时发现毛病，如果加工中出了问题，仅报废其中一小块通道体，而不至于整个系统报废。（3）系统的泄漏减少，提高了系统的稳定性，并且结构紧凑，站地面积小，装配和维修方便。（4）系统中管路压力损失小，系统的发热量小。（5）有利于实现液压装置的标准化、通用化、系列化，由于组成装置的灵活性大，故设计和制造周期大为缩短。第二节 液压集成块设计一 液压集成块设计要点1 设计原则（1）块体内油路通道应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔和工艺孔。 （2）对于有垂直或水平安装要求的元件，必须按其安装要求设计集成块。 （3）集成块体的外形尺寸，应根据所安装元件的外形尺寸，并保证块体内油道孔的最小允许壁厚，力求结构紧凑、体积小、重量轻。 （4）要把工作中需要经常调整的元件(如隘流阀、调速阀等)，安装在便于操作和观察的位置上。 （5）块体上要设置足够数量的测压点，以便在作其功能、耐压等调试试验时使用。 （6）集成块与外界连接的油口，如连接液压泵的油口、通油箱的回油口、通各种传感器的油口等，要留有安装法兰盘和管接头的足够空间。 （7）对于重30kg以上的集成块，应设置起吊螺钉孔。 （8）考虑钻头刚性及加工偏移，深孔流道的孔深与孔径之比，一般不大于10。（9）两边对钻的深孔，其交接处的过流断面，必须不小于其中个孔的横断面积。二 集成块初步设计液压集成块的设计过程可以分为装配关系设计和连通关系设计两个阶段。设计的初始条件即连通要求是从原理图得到的。装配关系设计即液压元件布局(Layout)设计，它是确定阀块体的总体尺寸、液压阀的安装面/安装位置/安装角度、公共油口/管接口/控制油口以及其它特殊油口的设计过程。（一） 绘制集成块的单元回路图将液压系统图分解，并绘制成图5.3所示的集成块单元回路图，图中示出集成块的数量，以及阀之间的油路连通情况，在其三个侧面安装板式控制元件数一般为三个，当多于三个时，可以采用过渡板的形式。在该液压系统中，系统的空载远行时，用了一个电磁换向阀和一个溢流阀，将它们放在一个集成块上，压装液压回路上的阀，放到一个块上；将提升液压缸的五个阀分别放到两个块上，夹轨液压回路上的阀放在相同一个块上（图5.4）。 图5.4（二） 孔道的布置1 孔道确定查阅参考文献2，找出所需要的各个液压阀的油口位置尺寸和安装尺寸，以便在集成块上合理布置液压元件和正确安排通右孔（如图5.4）。 图5.52 孔道关系压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为好，液压元件在水平面上的孔道若与公共油孔相通，则应尽可能地布置在同一垂直位置或在直径d范围内（如图5.5a.b）, 否则要钻中间孔道（如图5.5c） 图5.5三 集成块设计(一) 中间块 按单元回路的通路要求在集成块上钻孔（如图5.6）,在集成块的三个侧面安装所需的板式控制元件,左侧面安装通往执行元件的管接头。钻孔的布置要保证百分之百实现液压原理图的连通关系，尽量减少工艺孔数目，连通路径长度尽量短，否则孔道间很容易发生干涉，工艺孔数目多，甚至无法保证正确连通，此时需要调整布线顺序或者重新进行布局方案设计。布局方案为孔道连通创造初始条件，同时连通设计也对布局方案给出量化评价，为布局方案调改提供依据。液压集成块设计中，布局设计和布孔设计是相互影响、不可分割的两个阶段。设计的几块集成块中，第一块的结构较简单，因其上面只布置了两个阀，其余的集成块上孔道比第一块的多。 图5.6（二） 底块设计通过它底块将若干中间块组件固定在油箱面板或其它机体上，并由它引进压力油和引出回油。因此底块上的垂直压油孔P为盲孔，通过横孔将压油孔P在底块后侧面引出，由管接头与泵相关，回油孔直接通油箱。（三） 顶盖顶盖的作用是封闭主油路，连接集成块，并在上面安装压力表以便测压。（四） 过渡板 在夹轨系统的回路中，四个阀安装在一个集成块上，为了避免阀的安装螺孔或通油孔与集成块的安装螺纹孔相碰，采用过渡板，将相邻的油路与过渡板的进油孔P1、出油孔P2预先在过渡板上钻通（如图5.7）。然后把过渡板安装在集成块的前面（如图5.8）。为避免相碰，过渡板的高度比集成块的高度小2mm，过渡板的长度超过集成块的长度。 图5.7 图 5.8四 绘制集成块的加工图1 绘制集成块四个侧面和顶面的视图，如图5.3所示。 图5.62 根据各层孔道布局绘出各层剖视图，如图5.7所示。图5.73 为加工方便，将各孔编号列表，并注明孔径、孔深和与之连通的空号，如图5.8所示。 图5.8 图5.94 绘制集成块装配外型图，集成块上各阀安装后的外形图表示各阀的安装位置和方向，如图5.9所示。5 尺寸标注 尺寸标注可以来用基面式、坐标式两种尺寸标注方法中的一种。结构较复杂的集成块宜采用坐标式，即在块体上选一角（通常以主视图左下角)作为坐标原点，以坐标形式标出各孔的中心坐标，其安装面上只用坐标法标出基准螺钉孔的位置，其余相关的尺寸以基准螺钉孔为基准标注。这样，既便于实现CAD、CAM，也便手工绘图，粘贴元件样板图样(对所选元件，按其产品样本，绘出它顶视图轮廓尺寸和其底面上各蚀口位置尺寸的图样)和孔道位置。6 材料选择材料选择中，承受低压的集成块，一般选用球墨铸铁为好，因为它的可加工性好，尤其对深孔加工有利。但铸铁块的厚度不宜过大，因随着厚度的增加，其内部组织硫松的倾向较大，在压力油的作用下易发生渗漏，故不