铸型输送机液压系统设计

铸型输送机液压系统设计 摘 要：步移式铸型输送机是铸造车间的一种专用设备，其功用是有节奏地把输送小车向前移动一个小车距离，并能实现精确定位。输送小车的步移和定位（先步移和定位）拟采用液压传动完成。液压传动属于自动控制领域的一门重要学科。它的发展已有二三百年的历史。然而它在工业上真正得到推广和使用，是20世纪中叶以后的事。液压传动技术广泛应用于国民经济的各个领域，已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。液压传动是以有压液体作为工作介质来实现能量传递、转换和控制的一种传动形式。将各种液压元件组成不同功能的基本控制回路，若干基本控制回路再经过有机组合，就构成了一个完整的液压传动系统。一个液压系统通常都是液压元件(包括能源元件、执行元件、控制元件、辅助元件）和工作介质两大部分组成。关键词：液压系统；液压传动；执行元件；控制回路The Design of Hydraulic System for Casting Conveyor Abstract:Movement of step type casting conveyor is a kind of special equipment in casting workshop, its function is moving the deliver car forward a car distance in rhyme, and can realize the precise positioning. The deliver cars move and positioning (the first move and positioning) will be completed by the hydraulic transmission.The hydraulic drive is an important discipline in the field of automatic control.Its development has been three hundred years of history.However,it is after the mid-20th century that it really get the promotion and use in industry. Hydraulic drive technology is widely used in various fields of national economy and has become one of the important indicator for measuring a countrys industrial level.Hydraulic transmission is a transmission form of using pressure liquid as the working medium to achieve the energy transfer, conversion and control .Various hydraulic components make up the basic control loop that has different functions,a number of basic control loop through organic combination and constitutes a complete hydraulic drive system in the end. A hydraulic system is usually composed of two sections.they are hydraulic components (including energy components, actuators, the control elements, auxiliary components) and working medium . Keywords: Hydraulic system; Hydraulic transmission; Auxiliary components;control loop1 前言 输送机的历史悠久，中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的雏形。输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。输送机可进行水平、倾斜输送机，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。本次设计的是步移式铸型输送机液压系统，因为液压系统有以下特点1：（1） 在同等的体积下，液压装置能比其他装置产生更多的动力，在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑，液压马达的体积和重量只有同等功率电机的12%。（2） 液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动，制动和频繁的换向。（3） 液压装置可在大范围内实现无级调速，（调速范围可达到2000），还可以在运行的过程中实现调速。（4） 液压传动易于实现自动化，他对液体压力，流量和流动方向易于进行调解或控制。（5） 液压装置易于实现过载保护。（6） 液压元件已实现了标准化，系列化，通用化，从而为液压系统的设计制造和使用维护以及缩短机器设备的研发生产周期、降低成本提供了有力条件。当然液压技术还存在许多缺点。例如，液压在传动过程中有较多的能量损失，液压传动易泄露，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。对油温变化比较敏感，液压元件制造精度要求较高，造价昂贵，出现故障不易找到原因，但在实际的应用中，可以通过有效的措施来减小不利因素带来的影响。我国的液压技术是在新中国成立以后才发展起来的。自从1952年试制出我国第一个液压元件齿轮泵起，迄今大致经历了仿制外国产品，自行设计开发和引进消化提高等几个阶段2。近年来，通过技术引进和科研攻关，产品水平也得到了提高，研制和生产出了一些具有先进水平的产品。目前，我国的液压技术已经能够为冶金、工程机械、机床、化工机械、纺织机械等部门提供品种比较齐全的产品。但是，我国的液压技术在产品品种、数量及技术上、与国际水平以及主要行业的要求还有不少差距，每年还需要进口大量的液压元件。回望过去，展望未来，液压技术的发展将朝着以下方向3：（1） 提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。（2） 高度的组合化，集成化，模块化。（3） 融入微电子技术，逐步走向智能化。本次设计严格按照指导要求进行，其间得到老师和同学们不少的帮助，在此向你们表示诚挚的感谢。由于本人水平和知识所限，其中有错误在所难免，恳请老师予以指导修正。2 主机功能结构及技术要求 步移式铸型输送机是铸造车间的一种专业设备，其功用是有节奏地把输送小车向前移动一个小车距离，并能实现精确定位。该机由铸型输送小车及其传动装置组成（见图1），每一个小车的车体中心都有一个定位孔，车体左右有两个滚轮2分别支承在两滚道1上，其后各一导轨9夹于两滚道中间。每两个小车的台面3以回转铰轴5相连接，车台面上放置着铸型砂箱4。由于每个车体和车台面连接之间的距离彼此对应相等，故每个小车之间的距离相等，均为1m。输送小车的步移和定位（先步移后定位）拟采用液压传动完成，已知小车步移所需牵引力为49KN，要求循环周期为12S。3 液压执行机构的设计计算3.1 执行元件类型、数量、安装位置根据输送小车的动作和工况要求，所要求的液压系统拟采取三种液压缸的执行元件配置方案。1滚道；2滚轮；3小车台面；4铸型；5回转铰轴；6步移缸；7车体；8插销缸；9导轮；10定位缸图1 铸型输送机传动示意图Figure 1 The transmission schemes of casting conveyor三种液压缸在铸型输送机的安放位置如图1所示。工作时，当插销油缸上升插入车体后，定位缸才拔销，然后两个刚性连接的步移缸同步地通过两个插销缸将输送小车向前移动一个小车距离，随之定位缸插销插入小车定位孔里使小车定位。接着插销缸拔销，最后步移缸返回原位，等待下个周期的步移动作。表1 铸型输送机的执行元件配置方案Table 1 The configuration scheme of execution element for casting conveyor 名称 数量 功能 结构型式和特点 步移液压缸 2 驱动小车移动 为了增大步移缸的推力而不致缸的尺寸过大，步移 缸采用两个双杆活塞杆并联，两个缸的活塞杆固 定，两个缸体刚性连为一体，并作往复运动。插销液压缸 2 连接步移缸和小车， 设在两步移缸刚性连接前后部位，用以连接步移缸 带动小车前移 和小车，带动小车前移；为了改善活塞杆的受力情 况，插销缸采用双杆活塞杆。定位液压缸 1 小车定位 保证输送带与各主机、辅机间正确的相对位置关系， 采用双杆活塞杆。三种液压缸的动作顺序为：插销缸活塞上升（插销）定位缸下降（拔销）步移缸前移定位缸上升定位（插销）插销缸下降（拔销）步移缸后退返回。这些动作严格按顺序进行，动作间互不重叠。步移缸前进和返回行程均与小车车距相等，；定位缸单向行程及插销缸的单向行程相等，即=56mm。为了满足循环周期为12s的要求，循环周期按下列情况细分：步移缸前移后退各4s；插销缸插销和拔销分别为1.3和0.9s(可调）；定位缸拔销和插销各0.9s。辅助时间合计4s。据此作出的执行周期动作顺序图见图2。图2 铸型输送机周期动作顺序图Figure 2 The sequence diagram of cycle action for casting conveyor3.2 速度计算分析和载荷计算分析对于步移缸的外负载，忽略摩擦负载和惯性负载，只考虑工作负载即牵引力。各液压缸运动速度的计算及结果见表2。对于插销缸的外负载，忽略摩擦负载和惯性负载，只考虑工作负载即小车步移所需要的牵引力40kN，该系统总共有两个插销液压缸，故每个液压缸需要克服的阻力为20kN。表2 液压缸运动速度计算Table 2 The calculation of movement speed for hydraulic cylinder 执行元件 计算式 速度/（m/s) 说明步移液压缸 0.25 插销液压缸 插销 步移缸的往返速 拔销 度相等， 定位液定位液压缸 压缸往 返速度相等。4 液压系统主要参数的确定4.1 系统压力的初步确定对于步移缸，按下表34，预选缸的设计压力。表3 按负载选择设计压力Table 3 The design pressure based on load负载/kN 54.2 活塞杆的直径 液压缸活塞杆直径d按工作时的受力情况来决定，如下表414所示。计算出的活塞杆直径d，按表54圆整。表4 液压缸活塞杆直径推荐值Table 2 The recommended value of piston rod diameter for the hydraulic cylinder活塞杆受力情况 受拉伸 受压缩，工作压力/MPa 5 57活塞杆直径 (0.30.5)D (0.50.55)D (0.60.7)D 0.7D表5 活塞杆直径d系列（GB/T 2348-1993)Table 5 The diameter of d series for piston rod (GB/T 2348-1993)4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 3640 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360对于步移缸，按表4，预选缸的设计压力。根据受力情况取活塞杆的外径d=100mm=0.1m(标准值）。4.3 缸筒的内径忽略各种损失，则由力平衡方程(1)5 (1)可求出步移缸的内径D为按GB/T 2348-19936，取标准值D=125mm=0.125m。从而，可算得步移缸的有效作用面积A的实际工作压力为对于插销缸和定位缸，经受力分析及考虑到液压缸的刚性及美观，将其活塞杆直径取为缸内径取为（均为标准值6）。4.4 液压缸的流量液压缸的流量与缸径和活塞的运动有关系，当液压缸的供油量Q不变时，除去在行程开始和结束时有一加速和减速阶段外，活塞在行程的中间大多数时间保持恒定速度，液压缸的流量可以计算如下： (2)式中：A 活塞的有效工作面积 对于双杆液压缸 活塞的容积效率 采用弹性密封圈时，采用活塞环时， 为液压缸的最大运动速度 m/s 为液压缸的最大运动速度 m/s代入数据：对于步移液压缸： 对于插销液压缸：插销时所需流量：拔销时所需流量：对于定位液压缸：作出的流量循环图如图3所示。由图可看出，步移缸所需流量最大。图3 流量循环图Figure 3 The chart of flow circulation5 拟定液压系统图5.1 制定液压回路方案 油路连接方案 铸型输送机液压系统共两类三种执行元件，工作性质不同，且有严格的动作顺序，为此，总体上讲作为工作执行元件的步移液压缸、作为辅助执行元件的定位液压液压缸和插销液压缸各划分为一个支路并且相互并联，而定位液压缸与两插销液压缸又相互并联，两插销液压缸相互并联。速度控制回路方案 步移液压缸，由于其往返速度相同，且不需要调速，但为了满足往返运动到断点避免冲击达到准确定位的要求，采用双向减速回路，即在进油路上装设两个单向行程减速阀，当步移缸运行至接近终点时压下行程减速阀的阀芯而减速。考虑到定位液压缸的插销和拔销速度相同，且不需要调速；而两插销液压缸插销和拔销时间要求可以调节，为此在各插销缸支路上采用回油节流调速回路，在实现调速功能的同时由此保证两缸同步。由于已选用减速和节流调速回路，故系统必然为开放式循环方式。油源型式 由流量循环图可知，系统中三个液压缸所需要流量以步移缸最大，但考虑到各缸运行时间较短，故选用单定量泵供油油源，而泵的流量需按步移缸的要求确定。换向回路方案 考虑系统流量较大，为保证换向平稳，故对步移缸单独使用一个三位四通电液动换向阀换向；而并联的定位缸与两插销缸则共用另外一个三位四通电液动换向阀换向；并采用活动档块压下电气行程开关控制器换向阀电磁铁的通断电实现自动换向。电液动换向阀则采用辅助泵供油的控制方案。顺序动作方式 步移缸与辅助缸的动作顺序控制，采用活动挡块压下电气行程开关控制换向阀电磁铁的通断电的行程控制方式；而并联的定位缸与两插销缸之间的顺序控制则采用单向顺序阀 的压力控制方式。压力控制回路方案 在主液压泵出口并联一溢流阀，实现系统调压溢流；在主液压泵出口并联一个远控卸荷阀（由辅助泵供油并采用一个二位四通电磁换向阀切换控制），用于使步移缸返回后，等待下一个周期开始的时间继电器发令前，液压泵卸荷，以实现节能。在辅助泵出口并联一个溢流阀，以限定其最高供油压力。5.2 组成液压系统原理图在初步选定上述主回路的基础上，再增加一些辅助回路，如在两液压泵出口分别设一压力表及压力表开关，以便观测泵的压力；在泵的进口分别设置过滤器，以保证油液清洁，即可组成图所示的铸型输送机完整的液压系统。系统的动作顺序表如表6所列。系统的工作原理简述如下：当按下启动按钮后，辅助泵2启动，同时电磁铁5YA通电使二位四通电磁换向阀切换至下位，主液压泵1空载（卸荷）启动，周期时间继电器到时后发信，使电磁铁5YA断电，卸荷阀6关闭，液压系统按下列顺序开始运行。插销缸插销定位缸拔销 周期时间继电器发信，使电磁铁3YA通电，换向阀9切换至右位，此时的油液流动路线为进油路：主泵1的压力油单向阀3换向阀9（右位）插销缸16和17的下腔，使两插销缸的活塞杆伸出（插销），当活塞上升至上死点时，油压升高，压力油打开顺序阀13进入定位缸18的上腔，使定位缸活塞杆下降（拔销）。回油路：两插销缸16、17上腔单向节流阀14、15单向顺序阀12中的单向阀与定位缸下腔回油一起换向阀9（右位）油箱。步移缸前进 定位缸拔销后，压下行程开关3SQ，使电磁铁1YA通电，换向阀8切换至左位，3YA断电，换向阀9复至中位。此时的油液流动路线为进油路：主泵1的压力油单向阀3换向阀8（左位）单向行程减速阀10步移缸19左腔，使步移缸缸筒向前移动，当步移缸快行至终点时，缸体压下单向行程减速阀10，进行节流减速，缸缓慢停止。回油路：步移缸19右腔单向行程减速阀11换向阀8（左位）油箱。定位缸插销-插销缸拔销 步移缸前移到左端点时压下行程开关4SQ，使电磁铁1YA断电（换向阀8复至中位），同时使4YA通电（换向阀9切换至左位），此时的油液流动路线为进油路：主泵1的压力油单向阀3换向阀9（左位）定位缸18的下腔，使定位缸活塞杆上升（插销）。当活塞上升至上死点时，系统压力升高，打开单向顺序阀12，压力油单向节流阀14、15中的单向阀插销缸上腔，使插销缸活塞返回（拔销）；回油路：定位缸上腔单向顺序阀13的单向阀后和插销缸下腔的回油一起换向阀9（左位）油箱。步移缸返回 两插销缸返回到终点时，档铁压下行程开关1SQ和2SQ，使电磁铁2YA通电（换向阀8切换至右位),4YA断电（换向阀9复至中位）。此时的油液流动路线为进油路：主泵1的压力油单向阀3换向阀8（右位）单向行程减速阀11步移缸19右腔，使步移缸缸筒向后退回，当步移缸快行至右端终点时，缸体压下单向行程减速阀11，进行节流阀，缸缓慢停止。回油路：步移缸19左腔单向行程减速阀10的单向阀换向阀8（右位）油箱。卸荷 当步移缸返回原位压下行程开关5SQ时，使电磁铁2YA断电（换向阀8复至中位）、5YA通电（换向阀7切换至下位），辅助泵2的压力油打开卸荷阀6，主泵1经阀6卸荷。输送下车停止不动，直至周期时间继电器发信，才重复上述工作循环。表6 铸型输送机液压系统电磁铁动作顺序表Table 6 The order form of electromagnet work for hydraulic system of casting conveyor 序 号 信号来源 动作名称 电磁铁状态 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 1 按下启动按钮 液压泵1、2启动 + 2 周期时间继电器 插销缸插销（定位缸拔销） + 3 压下行程开关3SQ 步移缸前移 + 4 压下行程开关4SQ 定位缸插销（插销缸B拔销） + 5 压下行程开关1SQ、2SQ 步移缸返回 + 6 压下行程开关5SQ 液压泵卸荷 +1主液压泵；2辅助液压泵；3单向阀；4、5溢流阀；6卸荷阀；7二位四通电磁换向阀；8、9三位四通电液动换向阀；10、11单向行程减速阀；12、13单向顺序阀；14、15单向节流阀；16、17插销阀；18定位缸；19步移缸；20、21压力表及其开关；22、23过滤器 图4 铸型输送机液压系统原理图Figure 4 The diagram of hydraulic system for casting conveyor 6 液压缸的结构设计6.1 缸筒设计6.1.1 缸筒结构的选择 连接方式如下图5：1-缸筒；2-端盖图5 焊接连接Figure 5 welded connection 上图所示为焊接连接式，它适用于端盖与缸筒的焊接，其结构简单，重量轻，径向尺寸小，但缸底内径加工不方便，焊接易引起变形，油缸的清洗不是很方便。 缸筒的要求：有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形；有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲；内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用。 缸筒材料的选取及强度给定 部分材料的机械性能如下表76：表7 缸筒常用无缝钢管材料机械性能Table 7 Mechanical properties of commonly used seamless steel tube material for cylinder 材料 20 420 250 25 30 500 300 18 35 540 320 17 45 610 360 14 15MnVn 750 500 26 27SiMn 1000 850 12 30CrMo 950 800 12 35CrMo 1000 850 12 本次设计选取45号钢 从表中可以得到： 缸筒材料的屈服强度=360MP； 缸筒材料的抗拉强度=610MP； 现在利用屈服强度来引申出： 缸筒材料的许用应力=/n=360/5=72MP。 其中n=5是选取的安全系数，来源于下表84：表8 液压缸的安全系数Table 8 Safety coefficient of hydraulic cylinder材料名称 静载荷 交变载荷 冲击载荷 不对成 对称刚，锻铁 3 5 8 126.2 缸筒的计算6.2.1 液压缸的效率 油缸的效率由以下三种效率组成8：（A)机械效率，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常可取。（B）容积效率，由各封密件泄露所造成，通常容积效率，为： 装弹性体密封圈时 装活塞环时 （C) 作用力效率，由出油口背压所产生的反作用力而造成。=0.9=1=0.9 (3) 所以总效率为0.8。6.2.2液压缸缸径的计算 对于步移缸，按表2，预选缸的设计压力。根据受力情况取活塞杆的外径d=100mm=0.1m(标准值）。忽略各种损失，则由力平衡方程10 (4)可求出步移缸的内径D为按GB/T 2348-19937，取标准值D=125mm=0.125m。6.2.3流量的计算 由上述各缸的几何参数及速度（见表2）计算出的各液压缸所需流量结果。步移液压缸 =132.47L/min (5)插销液压缸 插销 =14.58L/min (6)拔销 =21.02L/min (7)定位液压缸 =10.51L/min (8) 步移缸往返流量相等；定位缸往返流量相等。6.2.4缸筒壁厚的计算 缸筒壁厚可以使用下式进行计算：当时（可用薄壁缸筒的实用计算式）10 (9)最高允许压力（MPa)缸筒材料的许用应力（MPa) 根据缸径查手册11预取=3 此时/D=3/125=0.0240.08 满足使用薄壁缸筒计算式的要求，下面利用上式来计算： 最高允许压力一般是额定压力的1.5倍，根据给定参数P=5MP，所以： =51.5=7.5MP 许用应力在选取材料的时候给出： =/n=360/5=72MP根据式(10): (10)得到壁厚：=6.51mm。为保证安全，取壁厚为8mm。 缸筒的加工要求: 缸筒内径D采用H7级配合，表面粗糙度为0.8，需要进行研磨； 热处理：调制，HB240； 缸筒内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半； 缸通直线度不大于0.04mm； 油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺； 在缸内表面镀铬，外表面刷防腐油漆。6.3 活塞设计6.3.1 活塞结构的设计活塞结构的类型常见的活塞结构有以下几种：单支承活塞结构。这种结构又有使用整圈式单开口支承环，安装在活塞中央部位。当用于双作用活塞时，在活塞的两端头装活塞环；当用于单作用活塞时，仅在活塞承压的端头装活塞环。主要使用整圈式无切口支承环。由于活塞体由两个零件组成，便于套装支承环。活塞体的两零件装配后必须同轴，以保证活塞正常运行。双支承活塞结构主要用于较长的活塞，或质（重）量较大的活塞。有时用一根支承环认为其宽度太大时，也使用双支承活塞结构。组合式活塞环与支承环活塞结构。这种结构主要用于短活塞，如鼓形活塞和锥台形活塞。 活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，所以在此选用整体式活塞，形式如下图6： 此整体式活塞中，密封环和导向套是分槽安装的。1-活塞；2-缸体；3-销轴；图6 活塞设计Figure 6 The design of piston6.3.2 活塞的密封 考虑到系统运行时的压力比较小（6MPa)，且液压缸的运行往返速度也比较小(0.5m/s),故选用O型密封圈。O型密封圈是一种断面形状为圆形的耐油橡胶圈，是液压设备中应用得最多、最广泛的一种密封圈，可用于静密封和动密封。0型密封圈是一种挤压型密封，其基本原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封基础面上造成接触压力，接触压力大于被密封介质的压力，则不发生泄露，反正则发生泄露。O型密封圈既可以用于外径或内径密封，也可以用于断面密封。它的特点是结构简单，单圈即可对两个方向起密封作用，动摩擦阻力较小，对油液、压力和温度的适应性好。其缺点是在用作动密封时，启动摩擦阻力较小，磨损后不能自动补偿，使用寿命短12。6.3.3 活塞的材料选用45号钢6.3.4 活塞的尺寸及加工公差选择活塞厚度为活塞杆直径的1倍，因为活塞杆直径是94mm，所以活塞的厚度为94mm。活塞的配合因为使用了组合形式的密封器件，所以要求不高，这里不加叙述。活塞外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，断面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半。6.4 活塞杆的设计6.4.1 活塞杆与活塞的连接形式活塞杆与活塞采用销轴连接方式如上图7，它加工、装配方便，但承载能力小，用于轻载场合13。1-活塞；2-活塞杆；3-销轴；图7 活塞杆与活塞的连接形式Figure7 The connection form of the piston rod and piston6.4.2活塞杆材料和技术要求(1)、因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.51mm左右。(2)、安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.04mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.025mm，保证活塞安装不产生歪斜。(3)、活塞杆外圆粗糙度选择为0.8(4)、因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。6.4.3活塞杆的计算表4 液压缸活塞杆直径推荐值Table 4 The hydraulic cylinder piston rod diameter recommended value活塞杆受力情况 受拉伸 受压缩，工作压力/MPa 5 57活塞杆直径 (0.30.5)D (0.50.55)D (0.60.7)D 0.7D 活塞杆直径的计算 液压缸活塞杆直径d按工作时的受力情况来决定，如下表4所示。计算出的活塞杆直径d，按表5圆整。表5 活塞杆直径d系列（GB/T 2348-1993)Table 5 The diameter of piston rod d series (GB/T 2348-1993)4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 3236 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360对于步移缸，按表4，预选缸的设计压力。根据受力情况取活塞杆的外径d=100mm=0.1m(标准值）。6.4.4活塞杆弯矩稳定性验算当活塞杆支承长度时，需验算活塞杆弯曲稳定性。若受力完全在轴线上，主要是按下式验算15： （11） （12）式中 圆截面： 活塞杆弯曲失稳临界压缩力，N 安全系数，通常取=3.56K 液压缸安装及导向系数，通常取K=1.5 实际弹性模数a 材料组织缺陷系数，钢材一般取a=1/12b 活塞杆截面不均匀系数，一般取b=1/13E 材料的弹性模数，MPa,钢材I 活塞杆横截面惯性矩，先计算活塞杆截面的惯性矩I=油缸支撑长度=2384mm将以上各量带入公式中得到活塞杆失稳力：选取安全系数=5得到最大承载力的判别式显然这是符合要求的。6.5活塞杆的导向、密封和防尘 (1)导向环选择非金属导向环，用高强度塑料PEI制成，这种导向环的优点是摩擦阻力小、耐磨、使用寿命长、装导向环的沟槽加工简单，并且磨损后导向环易于更换。 (2)密封在系统运行压力和活塞运行速度较小的情况下，选用O型密封圈。7 选择液压元件7.1 油泵和电机的选择首先确定液压泵的最高工作压力；前已算出步移缸的工作压力，考虑到本系统油路较为简单，故取泵至缸见的仅油路压力损失为，则根据式： (13)算得主液压泵的最高工作压力为然后确定液压泵的流量：液压泵的最大供油量按液压缸和最大输入流量（）进行估算。按式 (14)取泄露系数K=1.2，则根据系统所需流量，拟初选定量叶片泵的转速为n=1000r/min,泵的容积效率，根据式 (15)可算得泵的排量参考值为根据以上计算结果查手册，选用规格相近的YB-C194B型定量叶片泵，其定额压力为7MPa，排量为V=200.9mL/r,泵的额定转速为n=1000r/min，由表2-1212取容积效率，倒推算得泵的额定流量为满足系统所需流量。由表2-12取泵的总效率为，则所需电机功率为 (16)选用电动机型号：查表2-1313，选用Y系列规格相近的Y200L2-6型封闭式三相异步电动机，其额定功率22KW，转速为970r.min。用此转速驱动液压泵时，泵的实际输出流量分别为165.64L/min，仍能满足系统各工况对流量的要求。7.2 控制阀的选择 液压系统应尽可能多的由标准液压控制元件组成，液压控制元件的主要选择依据是阀所在的油路的最大工作压力和通过该阀的最大实际流量，下面根据该原则依次进行压力控制阀，流量控制阀和换向阀的选择。7.2.1 压力控制阀控制和调节液压系统中压力大小的阀通称压力控制阀。压力控制阀的作用，是控制液压系统的压力或以液体压力的变化来控制油路的通断12。压力控制阀按其功能可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。 压力控制阀的选用原则压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀正常工作。压力调节范围：系统调节压力应在阀的压力调节范围之内。流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。结构类型：根据结构类型及工作原理，压力控制阀可以分为直动型和先导型两种，直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影响大，调压偏差大，不适合在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求压力控制阀的灵敏度高，应采用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动阀低一些，调压精度比直动阀高，广泛应用于高压，大流量和调压精度要求较高的场合。此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸，重量，价格，使用寿命，维护方便性，货源情况等。根据以上选用原则，可以选择先导型压力阀，再根据阀的调定压力及流量和相关参数，可以选择先导式溢流阀，相关参数如下：先导式溢流阀型号：CG03B 调压范围：0.857MPa额定流量：170L/min 通经：10mm先导式溢流阀型号：YF310B 调压范围：0.56.3MPa额定流量：63L/min 通经：10mm卸荷阀（远控顺序阀）型号：X3FB32F 调压范围：37MPa额定流量：150L/min 通经：32mm单向顺序阀型号：RCG10D 调压范围：1.77MPa额定流量：284L/min 通经：1.025in单向节流阀型号：ALF3E10B 额定压力：16MPa额定流量：100L/min 通经：10mm7.2.2 方向控制阀方向控制阀是用以控制和改变液压系统中各油路之间液流方向的阀，方向控制阀可分为单向阀和换向阀两大类。单向阀是用以防止液流倒流的元件。换向阀是利用阀芯和阀体间的相对运动来切换油路中液流的方向的液压元件16。方向控制阀的选用原则如下：压力：液压系统的最大压力应低于阀的额定压力。流量：流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。滑阀机能：滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。操作方式：选择合适的操作方式，如手动，电动，液动等。方向控制阀在该系统中主要是指电磁换向阀，通过换向阀处于不同的位置，来实现油路的通断。所选择的换向阀型号及规格如下： 单向阀 型号：AF3Ea20B 额定压力：16MPa（最低控制压 力0.6MPa） 额定流量：160L/min 通经：10mm三位四通电液动换向阀型号：34DYF316B 额定压力：6.3MPa（最低控制压力 0.6MPa）额定流量：180L/min 通经：10mm二位四通电磁换向阀型号：24DF316B 额定压力：16MPa额定流量：25L/min 通经：6mm7.2.3 流量控制阀流量控制阀是通过改变节流口面积的大小，改变通过阀流量的发。在液压系统中，流量阀的作用是对执行元件的运动速度进行控制。常见的流量控制阀有节流阀、调速阀、溢流节流阀等16。流量控制阀的选用原则如下：压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳定速度要求。流量控制阀在该系统中主要是指减速阀。其规格和型号如下：单向行程减速阀型号：ZCG10 额定压力：21MPa额定流量：200L/min 通经：10mm7.3 液压辅件元件的选择 在液压系统中，蓄能器、过滤器、油箱、热交换器、管件等元件属于辅助元件。这些元件结构比较简单，功能也较单一，但对于液压系统的工作性能、噪声、温升、可靠性等，都有直接的影响。因此，应当对液压辅助元件引起足够的重视。在液压辅助元件中，大部分元件都已标准化，并有专门厂家生产，设计时选用即可。 过滤器的选择在液压系统中，由于系统内的形成或系统外地侵入，液压油中难免会存在这样或那样的污染物，这些污染物的颗粒不仅会加速液压元件的磨损，而且会堵塞阀件的小孔，卡住阀芯，划伤密封件，使液压阀失灵，系统产生故障。因此，必须对液压油中的污染物和杂质的颗粒进行清理。目前，控制液压油洁净程度的最有效方法就是采用过滤器。过滤器的主要功能就是对液压油进行过滤，控制油的洁净程度17。过滤器的选择应考虑以下几点：（1） 具有足够大的通油能力，压力损失小，一般过滤器的通油能力大于实际流量的二倍，或大于管路的最大流量。（2） 过滤精度应满足设计要求，一般液压系统的压力不同，对过滤精度的要求也不同，系统压力越高，要求液压元件的间隙越小，所以过滤精度要求越高，过滤精度与液压系统压力的关系如下表914所示：表9 过滤精度与液压系统的压力关系Table 9 Filtering precision and hydraulic system pressure relationship系统类型 一般液压系统 伺服系统压力MPa 7 35 -过滤精度 2550 25 10 5（3） 滤芯应有足够的强度，过滤器的实际压力应小于样本给定的工作压力。（4） 滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下长期工作。 根据上述原则，该液压系统所选择的过滤器规格和型号如下：型号：XU16080J 压力损失：0.02MPa额定流量：160L/min 通经：40mm型号：XU1680J 压力损失：0.02MPa额定流量：16L/min 通经：12mm表10列出了该液压系统中所需选用的各类元件。8 油箱及管道的选取 油箱在系统中的主要功能为：储存系统所需要的足够的油液；散发系统工作时产生的一部分能量，分离油液中的气体及其沉淀物。8.1 油箱的容积油箱容积的确定是设计油箱的关键，油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无回油时，最低液面应在进口过滤器之上，保证不会吸入空气，当系统有大量回油而无供油时或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。 按使用情况确定油箱容积 初始设计时，可依据使用情况，按照经验公式13确定油箱容积： (17)表10 铸型输送机液压系统元件型号规格Table 10 Casting conveyor hydraulic system component model specification序号 元件名称 额定压力/MPa 额定流量/(L/min) 型号、规格 说明 1 定量叶片泵 7 157.6 YB-C171B 额定转速为 1000r/min，驱 动电机功率