切断机液压系统毕业设计论文

切断机液压系统 摘 要切断机广泛地被运用在轧钢机械中，本文中涉及的是切断机对各种型号的钢坯进行尺寸处理。液压切断机比火焰切割机运行成本低，而在同等体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动力；同样在同等的功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑。所以从各个角度看选择液压切断机是比较合理的。液压切断机是用液压作为主传动系统的切断机，该切断机采用平行刀片式的下切式。下切式切断机的上下两个刀片都是运动的，蛋剪切轧件的动作由下刀片来完成的。目前被广泛应用于初扎和钢坯车间。切断机液压系统主要由三部分组成。分别是刀架系统、载物台抬升系统和工件夹紧系统。其中，刀架系统主要控制刀具的进刀和快退；载物台抬升系统用来移动工件；工件夹紧系统用来固定工件。其中，刀架系统单独采用变量泵驱动，而载物台抬升系统和工件夹紧系统共用一个定量泵，其动作由换向阀实现。关键词：切断机；液压系统；油缸Hydraulic system of the Shearing machineAbstractShearing machine is widely used in steel rolling machines, this paper introduces the continuous casting machine by using shearing machine to handle various types of steel billet. Hydraulic shearing machine has lower operating cost than flame cutting machines. However, in the same volume, the hydraulic device generates mush power than electrical equipment. In the same power, the hydraulic device small volume, light weight and compact structure. So from various perspectives, choosing hydraulic shearing machine that uses hydraulic pressure as the main drive. It chooses the down-cut sheet of parallel slice. The up-cut sheet an the down-cut sheet of down-cut shearing machine are movable, but the action of shearing the rolled piece is done by down-cut sheet. At present, it is widely used in the workshop of bloom and billet.The hydraulic system of shearing machine mainly consists of three parts: the system of down-cut bed, the driving system of table roller vehicle and the system lifted by top-cut set. Its down-cut beds shearing system. Mainly controls advancement and retreat of the down-cut slice. The driving system of table roller vehicle is used to keep the shearing machine having the same speed with billet an resets quickly after finishing shearing. The lifting system of top-cut table can drift the top-cut bed. And the shear cylinder of down-cut bed is driven by variable pump independently, while the cylinder of table roller and lifting vat of top-cut bed are used a quantitative pump, and the operation is done by using reversing valve.Key Words：shearing machine; hydraulic system; fuel tank目 录第一章 绪论5第二章切断机的液压传动系统的设计与计算72.1 切断机的设计要求与参数72.1.1 设计要求72.1.2 设计参数72.2 进行工况分析，确定液压系统的主要参数72.2.1 液压缸的载荷计算72.2.2 初选系统的工作压力82.2.3 计算液压缸的主要结构尺寸82.2.4计算液压执行元件实际所需流量102.2.5 计算液压执行元件的实际工作压力112.3 制定液压系统基本方案和拟定液压系统图132.3.1 制定基本方案132.3.2 拟定液压系统原理图172.4 液压元件的选择192.4.1 液压泵的选择192.4.2 电动机功率的确定202.4.3 液压阀的选择222.4.4 管路的选择222.4.5 油箱的有效面积的确定242.5液压系统性能的验算242.5.1 验算回路中压力损失242.5.2 验算系统发热升温26第三章 液压缸的设计计算283.2 计算液压缸的结构尺寸283.2.1 缸筒长度L283.2.2 最小导向长度的确定283.3 液压缸主要零部件设计293.3.1 缸筒293.3.2 活塞303.3.3 活塞杆的导向套和密封313.3.4 放气装置313.3.5 油口31第四章 液压泵站的设计334.1 集成回路的设计334.1.1 液压集成回路设计334.1.2 液压集成块及其设计344.2 管路的选择354.2.1 管路材料的选择354.2.2 管接头的选择364.3 液压油箱的设计384.3.1 油箱的用途及分类384.3.2 液压油箱的外形尺寸394.3.3 液压油箱的结构设计394.3.4 滤油器的选择434.3.5 液压油的选择444.4 阀板的设计464.4.1 阀板连接概述464.4.2 阀板的设计474.5 液压站结构设计484.5.1 液压泵的安装方式484.5.2 电机与液压泵的连接方式484.5.3 液压站结构设计注意事项49第五章 参考文献50结束语51第一章 绪论 液压系统已经在各个部门得到越来越广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系统的部门就越多。液压传动是用液体作为介质来传递能量的。液压传动有以下优点：易于获得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变速，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化、系列化。液压传动的基本目的就是用液压介质来传递能量，而液压介质的能量是由其具有的压力及流量来表现的。而所有的基本回路的作用就是控制液压介质的压力和流量。因此液压基本回路的作用就有三个方面：控制压力、流量的大小，控制流动的方向。所以基本回路可以按照这三方面而分成三类：压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。1）切断机特点一般有全自动钢筋切断机，和半自动钢筋切断机之分。全自动的也叫电动切断机是电能通过马达转化为动能控制切刀切口，来达到剪切钢筋效果的。而半自动的是人工控制切口，从而进行剪切钢筋操作。而目前比较多的是应该属于液压钢筋切断机 液压钢筋切断机又分为充电式和便携式两大类。钢筋切断机分类适用于建筑工程上各种普通碳素钢、热扎圆钢、螺纹钢、扁钢、方钢的切断。切断圆钢：（Q235-A）直径：（6-40）mm切断扁钢最大规格：（70x15）mm切断方钢：（Q235-A）最大规格：（32x32）mm切断角钢最大规格：（50x50)mm2）切断机行情国内外切断机的对比：由于切断机技术含量低、易仿造、利润不高等原因，所以厂家几十年来基本维持现状，发展不快，与国外同行相比具体有以下几方面差距。1)国外切断机偏心轴的偏心距较大，如日本立式切断机偏心距24mm，而国内一般为17mm看似省料、齿轮结构偏小些，但给用户带来麻烦，不易管理因为在由切大料到切小料时，不是换刀垫就是换刀片，有时还需要转换角度。2)国外切断机的机架都是钢板焊接结构，零部件加工精度、粗糙度尤其热处理工艺过硬，使切断机在承受过载荷、疲劳失效、磨损等方面都超过国产机器3)国内切断机刀片设计不合理，单螺栓固定，刀片厚度够薄，40型和50型刀片厚度均为17mm；而国外都是双螺栓固定，2527mm厚，因此国外刀片在受力及寿命等综合性能方面都较国内优良。4)国内切断机每分钟切断次数少国内一般为2831次，国外要高出1520次，最高高出30次，工作效率较高。5)国外机型一般采用半开式结构，齿轮、轴承用油脂润滑，曲轴轴径、连杆瓦、冲切刀座、转体处用手工加稀油润滑国内机型结构有全开、全闭、半开半闭3种，润滑方式有集中稀油润滑和飞溅润滑2种。6)国内切断机外观质量、整机性能不尽人意；国外厂家一般都是规模生产，在技术设备上舍得投入，自动化生产水平较高，形成一套完整的质量保证加工体系。尤其对外观质量更是精益求精，外罩一次性冲压成型，油漆经烤漆喷涂处理，色泽搭配科学合理，外观看不到哪儿有焊缝、毛刺、尖角，整机光洁美观。而国内一些一些厂家虽然生产历史较长，但没有一家形成规模，加之设备老化，加工过程拼体力、经验，生产工艺几十年一贯制，所以外观质量粗糙、观感较差。第二章切断机的液压传动系统的设计与计算2.1 切断机的设计要求与参数2.1.1 设计要求工艺动作要求：拨盘快进拨动工件下降，夹紧缸夹紧工件，刀架快进接近工件，刀架工进慢速切断工件，拨盘及刀架同时退回，夹紧缸松开工件，一个工序结束。2.1.2 设计参数快进负载G1=200N切断负载G2=12000N返回负载G3=300N快进返回速度V1=1m/min工进速度V2=0.3m/min切断缸活塞直径D1=80mm切断缸活塞杆直径d1=40mm拨盘缸活塞直径D2=40mm拨盘缸活塞杆直径d2=28mm液压缸机械效率=0.9回油腔背压pb=0.4MPa夹紧缸夹紧时工作压力5 MPa，夹紧缸与拨盘缸型号相同切断机工作环境温度-10352.2 进行工况分析，确定液压系统的主要参数2.2.1 液压缸的载荷计算活塞上载荷力： F=G/-液压缸的机械效率，一般取0.900.95，这里=0.90求得相应的作用与活塞上的载荷力，并列于表2-1表2-1 各液压缸载荷力液压缸名称工况液压缸外负载G/N活塞上载荷F/N切断缸快进200200/0.9=222.22工进1200012000/0.9=13333.33返回300300/0.9=333.33拨盘缸快进200200/0.9=222.22返回300300/0.9=333.332.2.2 初选系统的工作压力压力的选择要根据载荷的大小和设备的类型来定，还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件的供应情况等的限制。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，从材料消耗角度也不经济，反之，压力选的太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度要求很高，必须提高设备成本。一般来说，对固定的尺寸不太受限制的设备，压力可以选的低一些。具体选择可参考下表2-2。表2-2 按载荷选工作压力载荷(KN)551010202030305050工作压力（MP）0.811.522.5334455参考参考同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为=40Pa2.2.3 计算液压缸的主要结构尺寸2.2.3.1切断缸已知：快进负载G1=200N切断负载G2=12000N返回负载G3=300N快进返回速度V1=1m/min工进速度V2=0.3m/min活塞直径D=80mm活塞杆直径d=40mm液压缸机械效率=0.9背压pb=0.4MPa按标准直径算出液压缸有效面积A1=D2= (8010-3)2m2=50.2410-4 m2A2=（D2 -d2）= (8010-3-4010-3)2m2=37.6810-4 m2活塞杆强度校核 =【】式中：Fmax-活塞杆所受的最大载荷，Fmax=12000Nd-活塞杆直径，d=4010-3m所以有：=Pa活塞杆材料为碳钢【】=100120M Pa【】强度符合，校核完毕。2.2.3.2 拨盘缸与夹紧缸已知：快进负载G1=200N返回负载G3=300N快进返回速度V1=1m/min活塞直径D=40mm活塞杆直径d=28mm液压缸机械效率=0.9背压pb=0.4MPa按标准直径算出液压缸有效面积A1=D2= (4010-3)2m2=12.5610-4 m2A2=（D2 -d2）= (4010-3-2810-3)2m2=6.4110-4 m2活塞杆强度校核 =【】式中：Fmax活塞杆所受的最大载荷，Fmax=300ND活塞杆直径，d=2810-3m所以有：=Pa活塞杆材料为碳钢=100120M Pa强度符合，校核完毕。2.2.4计算液压执行元件实际所需流量根据已经确定的液压缸的尺寸结构，可以计算出各个执行元件在各个工作阶段的实际所需流量。表2-3 各工况所需流量工况执行元名 称运动速度V/m/min结构参数A/mm2流量q/L/min计算公式拨盘缸下降拨盘缸1 m/min12561.256Q=V1A1拨盘缸上升拨盘缸1 m/min6410.641Q=V1A2切断缸快进切断缸1 m/min50245.024Q=V1A1切断缸工进切断缸0.3 m/min50241.507Q=V1A2切断缸返回切断缸1 m/min37683.768Q=V2A12.2.5 计算液压执行元件的实际工作压力如下表所示各个缸的实际工作压力。表2-4 切断缸所需的实际压力和功率工作循环计算公式负载F进油压力回油腔背压输入功率PNPakW快进=P=q222.220.34410641050.0011工进=P=q13333.33310641050.0753返回=P=q333.330.61210641050.0027表2-5拨盘缸所需的实际压力和功率工作循环计算公式负载F进油压力背压输入功率PNPakW快进=P=q222.220.38110641050.0051返回=P=q333.331.3110641050.0341表2-6 夹紧缸所需的实际压力和功率工作循环计算公式负载F进油压力背压输入功率PNPakW夹紧P=q222.225.01064105放松P=q333.33041052.3 制定液压系统基本方案和拟定液压系统图2.3.1 制定基本方案2.3.1.1 确定切断机液压系统的总主组成及作用用于将工件剪切成规定尺寸的机械称为切断机。由液压作为主传动的切断机叫做液压切断机。一个完整的液压系统由五部分组成，即动力组件、执行组件、控制组件、辅助组件和液压油。切断机动力组件的作用是将原动机的机械能转化为液压能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力，在本套系统中采用一个定量泵和一个变量泵供油。执行组件的作用是将液体的压力能转化为机械能，驱动负载作直线往复运动。本方案主要采用三个执行组件：切断缸、拨盘缸和夹紧缸，对于简单的直线运动机构可以采用液压缸直接驱动，有切断机的特点决定，可采用单活塞杆液压缸，其有效工作面积大，双向不对称，往返不对称的直线运动。切断机控制组件在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，其液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流阀、集流阀等；方向控制阀包括单向阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定制控制阀和比例控制阀。系统中将用到大部分常见控制组件，实现系统的最优化。系统的辅助组件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位温度计等。起连接、输油、贮油、过滤、贮存压力和测量等作用。液压油是液压系统中传递能量的工作介质。有各种矿物油、乳化油和合成型液压油几大类。本系统选用20号机械油。2.3.1.2 拟定液压执行组件运动控制回路2.3.1.2.1 切断缸基本回路的确定1）.容积节流调速回路容积节流调速回路一般用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与所需油量相适应。液压缸慢进速度由变量泵调节，以减少功率损耗和系统发热；快退时由调速阀调节。此种调速回路效率也较高，速度稳定性好，但结构较复杂。2）.压力控制方案切断缸在切断材料时剪切力突然消失，使活塞由于惯性突然前冲，引起液压冲击，故在液压缸端部安装蓄能器，吸收多余能量，减少液压冲击，实现缓冲。词汇录用变量泵供油，故在回路中设置安全阀起保护作用。图2-1 切断缸基本回路2.3.1.2.2 拨盘缸基本回路的确定双液控单向阀锁紧回路由于载物台在剪切时承受极大的载荷，为了在极大冲击下仍具有较好的剪切效果，载物台必须具有较高的精度，采用双液控单向阀锁紧回路。它能在液压缸不工作时使活塞迅速平稳、可靠且长时间的被锁紧，不为向上的剪切力所移动。当液压缸上腔不进油时液控单向阀关闭，液压缸下腔不能回油，活塞被锁进不能下落。但由于液控单向阀有一定泄露，因此，锁紧时间不能太长。但剪切过程较短，拨盘缸需要锁紧时间不长，故满足要求。图2-2 拨盘缸基本回路2.3.1.2.3 夹紧缸基本回路的确定压力继电器起安全保护作用，实现压力互锁，即只有在元件被夹紧后，才能正常工作。图2-3 夹紧缸基本回路2.3.1.3 制定顺序动作方案拨盘快进拨动工件下降夹紧缸夹紧工件刀架快进接近工件刀架工进慢速切断工件拨盘及刀架同时退回夹紧缸松开工件，一个工序结束。2.3.1.4 液压元的选择切断缸承受负载压力大，属于中（高）压系统。而柱塞泵的柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，易得到高精度的配合，可在高压下工作，故选用柱塞泵。拨盘缸与夹紧缸所承受负载不是很大，属于低压系统，可使用定量叶片泵为动力源。2.3.2 拟定液压系统原理图图2-4 液压原理图表2-7 切断机电磁铁工作循环表工 况电磁体1YA2YA3YA4YA5YA夹紧缸夹紧+拨盘缸下降+刀架快进+切断+刀架返回+夹紧缸放松 -拨盘缸上升+2.4 液压元件的选择2.4.1 液压泵的选择2.4.1.1 高压液压泵的选择1)确定液压泵的最大工作压力PpPpPj+P由表2-4可知工进阶段液压缸压力最大，若取进油路总压力损失，则液压泵最高工作压力可按式算出 PpPj+P=（3106+5105）Pa=35.0105 Pa因此泵的额定压力可取1.2535.0Pa=43.75Pa。2）液压泵流量的确定QpKQmax式中：K系统泄露系数，一般取K=1.11.3，这里取K=1.2；Qmax高压系统液压缸最大总流量，Qmax=5.024 L/min；则：Qp=1.25=6 L/min故选用A7V20型斜轴式轴向柱塞泵，其额定压力为35MPa,额定流量为28.8 L/min，额定转速为4100r/min。(参考文献机械设计手册（第四版）P22-144表22.5-44)2.4.1.2 低压系统液压泵的选择1)确定液压泵的最大工作压力PpPpPj+P由表2-4可知夹紧阶段液压缸压力最大，若取进油路总压力损失，压力继电器可靠动作需要压力差为，则液压泵 最高工作压力可按式算出PpPj+P+=（5106+5105+5105）Pa=51105 Pa因此泵的额定压力可取1.2551.0Pa=63.75Pa。2）液压泵流量的确定QpKQmax式中：K系统泄露系数，一般取K=1.11.3，这里取K=1.1；Qmax高压系统液压缸最大总流量，Qmax=1.256 L/min；则：Qp=1.11.25=1.38 L/min故选用YB1-2.5型叶片泵，其额定压力为6.3MPa,额定流量为3.625L/min，额定转速为1450r/min。(参考文献机械设计手册（第五版）P22-104表22.5-21)2.4.2 电动机功率的确定2.4.2.1 高压系统电动机的确定驱动液压泵的功率为：P=式中：PN液压泵最大工作压力，PN=3106PaQN液压泵额定流量，QN=28.8 L/min液压泵总效率，=0.9则：P=1.6KW考虑到剪切时间很短，而电动机一般允许在短时间内超载25%，因此，P=1.28KW故根据机械设计手册（第五版）第五卷，选定Y2-90S-2型三相异步电机，其额定电流为3.4A，转速为2840r/min，效率为79%。2.4.2.2 低压系统电动机的确定驱动液压泵的功率为：P=式中:PN液压泵最大工作压力，PN=1.31106PaQN液压泵额定流量，QN=3.625 L/min液压泵总效率，=0.9则：P=0.342KW考虑到剪切时间很短，而电动机一般允许在短时间内超载25%，因此，P=0.274KW故根据机械设计手册（第五版）第五卷，选定Y2-632-2型三相异步电机，其额定电流为0.7A，转速为2820r/min，效率为68%。2.4.3 液压阀的选择根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件的实际流量，可选出这些元件的型号和规格，见下表表2-8 液压切断机液压阀及附件明细表序号名称通径型号规格数量压力 MPa流 量L/min1过滤器12WU-161801612安全阀10J-36B13单向阀10RFB-G-04-1-32714压力表5YN6015电磁换向阀634E0-H6B-T31.5616单向调速阀10RFB-G-04-1-3217蓄能器20HXQ-A1.0D1718冷却器GLC1-0.419过滤器12WU-1618016110单向阀10RFB-G-04-1-327111电磁换向阀 634E0-H6B-T31.56112双液控单向阀10RFB-G-04-1-32113溢流阀10YF-B10B0.5740114过滤器12WU-1618016115单向阀10RFB-G-04-1-327116压力表5YN60117电磁换向阀24-63BH32118压力继电器HED2O2.512.4.4 管路的选择由于本液压系统管路较为复杂，根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。取主要几条管路，根据以下公式确定他们的内径和壁厚，其数值见表：（1）管道内径计算 d=2（2）管道壁厚计算 =式中：d油管内经q管内流量（m3/s）v管中油液的流速油管壁厚P管内工作压力（MPa）n安全系数（P7 MPa时，取n=8；P17.5MPa时，取n=4）b管道材料的抗拉强度，取b=45 MPa管道内的流速可参考表2-8表2-9 允许流速推荐值管道推荐流速（m/s）液压泵吸油管道0.51.5 一般取1以下液压系统压油管道36 压力高、油管短、粘度小取值小液压系统回油管道1.52.6表2-10 主要管路内径表管路名称通过流量（L/min）允许速度(m/s)管内径(mm)管内工作压力(MPa)所选管道内径与壁厚(mm)高压吸油管28.80.631.973.532,2.5高压回油管5.0242.56.540.48,1低压吸油管3.6250.611.345.112,1.6低压回油管1.25623.660.45,12.4.5 油箱的有效面积的确定油箱容积的经验公式：V=aq式中：a与系统有关的经验系数，（由文献液压系统设计图集表2.4-3）中压系统取a=66q液压泵每分钟排出压力油的容积，QV=28.8+3.625=32.43L/min则：V=632.43=194.55L选取标准值250L。2.5液压系统性能的验算2.5.1 验算回路中压力损失2.5.1.1 切断缸回路的压力损失管路系统上的压力损失由管路的沿途损失P1、管件局部损失P2和控制阀的压力损失P3三部分组成：P=P1+P2+P31）沿程压力损失由于液体在同一管路中，液体的平均流速越大，他的沿程压力损失就越大，因此，所需考虑的是切断缸流量最大时即快进时的进油路压力损失。此管长L=12m，管内径d=0.01m，快进时流量Q=5.024L/min=0.08410-3m3/s。选用LHM46号矿物油型液压油，正常运转后的运动粘度取v=4.610-5 m2/s，油的密度为=850kg/ m3。油液在管道中实际流速为：v=6.4m/s雷诺数Re=1391.32300进油管道中油液为层流在进油路上，流速则压力损失为在回油路上，流速为进油路流速的两倍即v=3.02m/s，则压力损失为 2）局部压力损失 由于采用了集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部损失，结果列于下表表2-11 部分阀类元件局部压力损失元件名称额定流量实际通过流量额定压力损失实际压力损失单向阀2251620.82三位四通电磁阀6316/3240.26/1.03二位四通电磁阀633241.03单向阀251220.46若去集成块进油路的压力损失，回油路压力损失为，则进油路和回油路总的压力损失为 查表一得快退时液压缸负载F=526N；则快退时液压缸的工作压力为 可算出快退时泵的工作压力为 因此，大流量泵安全阀2的调整压力应大于从以上验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。2.5.2 验算系统发热升温在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，故按工进工况验算系统温升。工进时液压泵的输入功率如前面计算 P1=753W工进时液压缸的输出功率 P2=Fv=13333.30.3/60=66.67W系统总的发热功率为： = P1 P2=(753-66.67)W=686.33W已知油箱容积V=250L=25010-3m3,则按式（8-12）油箱近似散热面积A为A=0.065=0.065=2.58m2假定通风良好，取油箱散热系数，则可得油液温升为T=17.74 设环境温度，则热平衡温度为 T1=T+T2=25+17.74=41.74=55所以油箱散热基本可达要求。第三章 液压缸的设计计算在上一章液压系统的设计中，已对液压缸的主要尺寸做了计算，本章继续对液压缸的其与主要尺寸及结构进行设计计算。液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系，对于不同的机种和机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。因此，在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制工况图，选定系统的工作压力，然后根据使用要求进行结构设计。3.2 计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个：缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。在上一章中已经做过缸筒内径D及活塞杆外径的计算，此处从略。缸筒内径D=80mm活塞杆内径d=40mm3.2.1 缸筒长度L缸筒长度由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即：L=l+B+A+M+C式中：l活塞的最大工作行程；l=640mm；B活塞宽度，一般为（0.61）D；取B=180=80mm；A活塞杆导向长度，一般取（0.61.5）D;取A=180=80mm；M活塞杆密封长度，有密封方式决定；C其他长度，C=30mm；故缸筒长度为：L=640+80+80+15+30=845mm3.2.2 最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面到中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H。如果导向长度过小，将是液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度。图3-1 油缸的导向长度油缸的导向长度对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足下式：HL/20+D/2式中：L液压缸最大工作行程（m）；L=0.64mD缸筒内径（m）；D=0.08m故最小导向长度H72mm3.3 液压缸主要零部件设计3.3.1 缸筒3.3.1.1 缸筒结构缸筒与缸头的连接用螺纹连接，其特点是：径向尺寸小，质量小，使用广泛。安装时应防止密封圈扭转。图3-2 缸筒的外螺纹连接3.3.1.2 缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要有良好的焊接性能。故选用30钢的无缝钢管。3.3.1.3 对缸筒的要求有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。 有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。内表面在活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。需要焊接的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊上法兰或管接头后不至于产生裂纹或过大的变形。总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸盖、缸筒、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油液，同时它还是活塞的运动“轨迹”。设计液压缸缸筒时，应该正确确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的尺寸公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性，运动平稳性和耐用性。3.3.2 活塞经以上计算活塞杆直径d=40mm，缸筒内径D=80mm。故活塞和活塞杆加工为一体，材料为45钢。在外径套尼龙6的活塞套以增强耐磨性。其结构设计如下：图3-3 活塞的密封密封方式采用YX型密封圈，使压力可达到32MPa，密封性能较好。杆外端，由于工作时轴线固定不动，故采用小螺柱头。3.3.3 活塞杆的导向套和密封活塞杆导向套装载液压缸的有杆侧端盖内，用一堆活塞杆进行导向，内装有密封装置以及保证缸筒内有杆腔的密封，外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂尘，灰质及水分带到密封装置处，损坏密封装置。导向套的结构形式，有轴套式和端盖式两种。此处采用轴套式图3-4 导向套结构其优点是导向套一般安装在密封圈缸筒油腔之间，以利用缸内的压力油对导向套进行润滑。3.3.4 放气装置液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为了让防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排出。对于要求不高的液压缸往往不设专门的排气装置，而是将油口至于缸体两端的最高处，这样也能利用液流将空气带到油箱而排出，但对于稳定性要求较高的液压缸，常常在液压缸的最高处设专门的排气装置，如排气阀，排气塞等。如图所示，松开螺钉即可排气，将气排完后拧紧螺钉液压缸便可正常工作了。图3-5 放气装置3.3.5 油口油口包括油口孔和油口连接螺纹。油缸的进、出油口均可布置在端盖或缸筒上，此处布置在缸筒上。由机械设计手册（第四卷）P19-230表19-6-29选取M272油口。第四章 液压泵站的设计4.1 集成回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，管式连接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，其结构标准化程度高差，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，同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、接头引起的泄露、振动和噪声。通过综合考虑，本设计中拟采用这样的方案：系统由集成块组成，液压阀采用榆次油研液压公司生产的系列阀。4.1.1 液压集成回路设计(1)把液压回路划分为若于单元回路，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回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、高速回路、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。4.1.2 液压集成块及其设计（1）底板及供油块设计底板块及供油块，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及泄露油路L经底板引入液压油箱冷却沉淀。（2）顶盖及测压块设计顶盖的主要用途是封闭油路，安装压力表开关及压力表来观察液压泵及系统各部分工作压力的。设计顶盖时，要充分利用顶盖的有效空间，也可把测压回路，卸荷回路等布置在顶盖上。（3）集成块设计若液压单元集成块回路中液压元件较多或者不好安排时，可以采用过渡板把阀与集成块连接起来。如：集成块某侧面要固定两个液压元件有困难，如果采用过渡板则会使问题比较容易解决。，使用过渡板时，应注意，过渡板不能与上下集成块上的元件相碰，避免影响集成块的安装，过渡板的高度应比集成块小2mm。过渡板厚度为3540mm，在不影响其它部件工作的条件下，其长度可稍在于集成块尺寸。过渡板上孔道的设计与集成块相同。可采用先将其用螺钉与集成块连好，再将阀装在其上的方法安装。集成块设计步骤为:制作液压元件样板。决定通道的孔径。集成块上的公用通道，即压力油孔P、回油孔T、泄漏孔L(有时不用)及四个安装孔。压力油孔由液压泵流量决定，回油孔一般不得小于压力油孔。直接与液压元件连接的液压油孔由选定的液压元件规格确定。孔与孔之间的连接孔(即工艺孔)用螺塞在集成块表面堵死。与液压油管连接的液压油孔可采用米制细牙螺纹或英制管螺纹。集成块上液压元件的布置。把做好的液压元件样板放在集成块各视图上进行布局，有的液压元件需要连接板，则样板应以连接板为准。电磁阀应布置在集成块的前、后面上，要避免电磁换向阀两端的电磁铁与其它部分相碰。液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为好。孔道相通的液压元件尽可能在同一水平面上，或在直径d的范围内，否则要钻垂直中间油孔，不通孔道之间的最小壁厚h必须进行强度校核。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，否则要钻中间孔道，集成块前后与左右连接的孔道应互相垂直，不然也要钻中间孔道。4.2 管路的选择4.2.1 管路材料的选择在液压传动装置中，常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。钢管能承受较高的压力，价廉；但弯制比较困难，弯曲半径不能太小，多用在压力较高，装配位置比较方便的地方。一般采用无缝钢管，当工作压力小于1.6Mma时，也可用焊接钢管。紫铜管能承受的压力较低（），经过加热冷却处理后，紫铜管软化，装配时可按需要进行弯曲；但价贵且抗振能力较弱。尼龙管用在低压系统；塑料管一般只作回油管用。胶管用作连接两个相对运动部件之间的管道。胶管高、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。低压胶管是麻线或棉线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，成本高，因此非必要时尽量不用。油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。经综合考虑，本设计中的油管选用钢管。选定的钢管的基本参数如表2.10所示。表2.10钢管公称通径、外径、壁厚、连接螺纹及推荐流量表公称通径Dg(mm)钢管外径(mm)管接头连接螺纹(mm)Pa(Mpa)推荐管路通过流量(L/min)管子壁厚(mm)40504.56575610004.2.2 管接头的选择管接头有多种类型，常用的类型有焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接阔大扣压式胶管接头、可拆式胶管接头、两端开闭式快速接头。不同的管接头类型有不同的特点为。各各类型的具体结构见下图。图4-1焊接式管接头焊接式管接头：特点：利用接管与管子焊接，并用O形密封圈端面密封。对管子尺寸精度要求较高，工作压力40Mpa。图4-2卡套式管接头卡套时管接头：特点：利用卡套变形卡住管子进行密封，装拆方便，但对管子尺寸精度要求较高，工作压力40Mpa。图4-3扩口式管接头扩口式管接头：特点：利用管子端部扩口进行密封，不需要其他密封件。结构简单，适用于薄壁管件连接，工作压力8Mpa。图4-4扣压式胶管接头扣压式胶管接头：特点：安装方便，但增加了一道收紧工序，胶管损坏后，接头外套不能重复使用。图4-5可拆式胶管接头可拆式胶管接头：特点：对胶管尺寸精度要求较高，安装困难，多次拆卸后管接头仍可使用。图4-6两端开闭式快速接头两端开闭式快速接头：特点：管子拆开后，可自行密封，管道内液体不会流失，因此适用于经常拆卸的场合，结构比较复杂，局部阻力损失较大。经综合考虑本设计选用卡套式端直通管接头。型号为：G40 GB37733.183。4.3 液压油箱的设计4.3.1 油箱的用途及分类液压油箱的作用是贮存液压油、分离液压油中的杂质和空气，同时还起到散热的作用。在确定油箱的容量和尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，另一方面还要保证所有执行器均排油时，油液不能从油箱溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的液外不低于最低限度。此外还应散热、空气逸出、水分分离等因素。油箱有开式和闭式两种。(1) 开式油箱开式油箱应用广泛。箱内液面与大气相通。为防止油液被空气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。(2) 闭式油箱闭式油箱一般指箱内液面不直接与大气连通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相接。通气压力可达0.05Mpa。油箱的形状一般采用矩形，而容量大于2m3的油箱采用圆筒形结构比较合理，设备重量轻，油箱内部压力可达0.05Mpa。4.3.2 液压油箱的外形尺寸图2.11 矩形油箱的外形尺寸油箱结构油箱长A(mm)油箱高C(mm)油箱高C(mm)容量(L)矩形8006255002504.3.3 液压油箱的结构设计在一般设备中，液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱，很少采用机床床身底座做为液压油箱。（1）隔板作用增长液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质，分离、清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动。安装型式隔板的安装型式有多种，可以设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过；还可以把隔板设计成低于液压油面，其高度为最低油面2/3，使液压油从隔板上方流过（见图2.21）。图4-7 隔板的安装形式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。（2）吸油管与回油管回油管出口回油管出口型式如图所示，有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种型式，斜口应用得较多，一般为斜口。为了防止液面波动，可以在回油管出口装扩散器。回油管必须放置在液面以下，一般距液压油箱底面的距离大于300mm,回油管出口绝对不允许放在液面以上（见图2.22）。回油集管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。图4-8 回油管的安装泄露油管的配置管子径和长度要适当，管口应在液面这上，以避免产生背压。泄露油管以单独配管为好，尽量避免与回油管集流配管的方法。吸油管吸油管前一般应设置滤油器，其精度为100200目的网式或间隙式滤油器。滤油器要有足够的容量，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。吸油管与回油管的方向为了使油液流动具有方向性，要综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油管有隔板隔开，为了不使回油管的压力波动波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向应一致，而不是相对着。图4-9 吸油管的安装防止杂质侵入为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全密封型的。在结构上应注意以下几点：不要将配管简单的插入液压油箱，这样空气、杂质和水分等便会从其周围的间隙侵入。同时应尽量避免将液压泵及马达直接装在液压油箱顶盖上。在接合面上需衬入密封填料、密封胶和液态密封胶，以保证可靠的气密性。例如：液压油箱的上盖可直接焊接上，也可加密封垫（1.5mm厚以上的耐油密封垫）进行密封（见图2.24）。 图4-10 正确安装为保证液压油箱通大气并净化抽吸空气，需配备空气滤清器。空气滤清器常设计成既能