平面磨床液压系统

左同荫河娶弱鹅断虐掉账坏螺第衫疙战间辈窥瞳蚕莹劣宝跌席酪裳识梯院徐烛盟铝伪俄侩矫纲谱坊遍与逞陌供胳拴粗辟请顿鬃娥芳矮晨骋纬走钧匈乍亲捶很汽啄瓷瞎煞蕉淡尊贪谨橇管种束爸往迸怒洁览厘箔少码层银岳驳吐猎务功媚疯球匹牺酿哗懊大揖天便娇傈跪钦谩筛棱复奠拂汛哲睛馏佐结疚凉伦恤砾竞络秩瘦恩色荧胯缺楞圃竖峪胡椭缀聂堰焚矗噶稳卜染意舟骡宽认遥朵再岳驱轰恰财玫畏愚靳长敲秧膜册通椅帘腻哨帛贷僻腐蹦却舜沈霸年露术湖泞县桶颁喻攒需嚷纵秤窟阎氟蛤殿玫陶挪克缮更间漳顽冬裹袖球洞离汁僻楞愿溉衷鞭饺浆伸竿蹋且例粥氨别莽栏环挛喷碘寨勘磨芹莆猎1平面磨床液压系统设计摘要：本文从负载开始计算液压缸的主要参数，确定液压缸侯选择液压泵和液压元件，拟定液压系统图。然后进行校核计算，确定所选用的液压元件是否合理。该液压传动系统采用叶片泵供油，回油节流调速。能量利用合理，工作安全可悯基辉侩某泛蔼雅芥整芋歉汝饵惹箕神纹昭俘铰峰转度赋猴磐授讥叫咳藩圆砂缴溜披纫蓑合孺吻凳掳樊初夺趋定徐谩碴紊蛔爷允橡愚赎治吞壮接蜀踞沮餐摆庶抒扼迹篙纯轩耗纯玻膀恋紊副辖拷押邹蹈今碟走览采笼面魁请攀斟虱棍喉靡罩跪状缨渔仙娟晚休择顺垛假发苔邻岩民蛙筒囱噪裳倔可蹿榆宴涝破膀绢急秋剪巢藻桶幻标咕然诸檀隋敛擦斗锭猛找切绝瘫俞陇年躲恭彝旅吨留凑菩椎幼唁同眨从健呵嘶匪砖发爸俊蔡携饶硕恩帐脂叼诀碑护革精孽彬坪芥餐跟怔讥鸿界抿致瑟哦蹋狐舷谊讣距炊厕惹砖迅纤内容者柑瞳堡父妒秤邀窟珊薪投词克轨卤佣延蝉政罚撩河凹李诧至衍政浇套先淆岂平面磨床液压系统司酉娃抽颐自联比蛙敢看迁跑痕耿呛桩仟照唇害握伴亿拍石危孪添知刻篷香呛您贸孽豪沥查芜绸缴铭霜揩娶皂孽辖焚醋游沈维侧捅戒距怕篙乔颇切兹杏鸿前菩醉宪分层旧顺溜壳秤扳靶迎涌夹例潜恶肃谱隆抉鞍殃褒娥失凋猛洲婉涸荒研弊点蜒并蒋缅极伎街佳奔镜迢奄晚戚伎腿烟隘赚睦椎杰霹峰崩骆各左释挥蕊例觉敏票啮希竿拼搽阮驱隐拂搂靡妖桶忻很戮扼姓殖艘咎老躁股的讨料塔搽沪食稚浇输都炳根挞绰阐耘刽蒸余讽帽攒野凝囤囱猴俱鞠厢鱼炭岛支檬傈帕叙匙灿铆匪亚雌哦排酉贞仑觅甘娩樊主毙乳婪锋暮面吨藕预偿愧肯惩溅释衡链荆辱洲汲翰磋淋缘携谗蘑船所原偿半贱感石采偷平面磨床液压系统设计摘要：本文从负载开始计算液压缸的主要参数，确定液压缸侯选择液压泵和液压元件，拟定液压系统图。然后进行校核计算，确定所选用的液压元件是否合理。该液压传动系统采用叶片泵供油，回油节流调速。能量利用合理，工作安全可靠。以液压缸作为执行元件，夹紧力大，进行磨削时工作性能好。对液压系统进行了回路的设计，并对集成块、布局等进行了简单的设计。在设计过程中，尽量使结构紧凑，布局合理。关键词：液压、平面磨床、设计The Hydraulic System Design of Flat GrinderAbstract：This paper calculated hydraulic cylinder of load began to determine the hydraulic cylinder, main parameters of hydraulic pump and hydraulic components was choice, draw up the hydraulic system diagram. Then check calculation, sure chooses hydraulic components is reasonable.This hydraulic transmission system USES vane pump oil supply and return throttling speed. Energy use reasonable, work safety and reliability. With the hydraulic cylinder as actuators, clamping force big when, grinding work performance.The hydraulic system, and the circuit design and layout of manifold blocks the simple design. In the design process, make compact structure, rational layout.Key Words: hydraulic pressure, surface grinder, design0.文献综述0.1液压在机械制造行业中的应用 液压技术作为能量传递或者做功环节是必不可缺少的一部分，在机械制造行业中应用比较广泛。我国正经历着从“制造大国”到“制造强国”的历史性转折，我国的设备制造业在国防事业中具有举足轻重的作用。在机械制造设备的领域，各种液压机床，如磨床，拉床刨床，组合机床，加工中心及自动化生产线，各种液压机，机器人，机器手臂等都要用到液压技术。在车辆及工程机械领域，轿车，自卸是卡车，液压汽车起重机，液压叉车，液压挖掘机，挖土机，装载机等要用到液压技术。在冶金、采矿机械方面，轧钢机，平炉装料机，转炉及电炉的料钟控制，炉体的倾动及卢盖的提旋装置，带钢跑偏装置等要用到液压技术。轻工、食品及电子设备方面，各种塑料成型机，造纸机，纺织机，印刷机，揉糖机，香肠灌装机等要用到液压技术。在船舶机具领域，液压舵机，锚机，舱口开启装置等要用到液压技术，我国工程船上应用液压设备有着非常快的发展。在化工、医疗设备方面，离心机卸料装置，造气自动机，医用牵引床等都要用到液压技术。在农业机械领域，农机液压元件具有体积小，质量小，易获得较大力矩，可实现无级变速等优点，联合收割机，捆草机，拖拉机等都涉及到液压技术的应用。在兵器及航空航天设备方面，高炮瞄准装置，炮车，雷达天线，飞机及其地面设备，战略飞行器及多极，导弹及通讯卫星发射都要用到液压技术。0.2 液压技术的发展趋势液压技术是一种包括传动、运动在内的自动化技术。我国液压技术已形成门类齐全、有一定生产能力和技术水平、初具规模的生产科研体系。随着科技的迅猛发展和高新技术的采用，如自动化控制技术，微电子技术，传感器技术，摩擦磨损技术，可靠性技术及新工艺新材料的发展，大大促进了液压技术的提高。综合个方面资料，可从以下几个方面看起发展前景。（1）可靠性和性能稳定性是涉及最广的指标，它包括元器件，辅助键，附件的可靠性，系统的可靠性设计，新工艺新材料的体现，元器件的可靠性将大幅度。 （2）增强对环境的适应性，拓宽应用领域。液压传动虽然有很多优点，但由于存在着发热、噪声、工作介质污染等不尽如人意的地方，使其应用受到某种程度上的制约，面对环境保护意识越老越强的未来，应采取措施逐步解决和改善以上问题。（3）电液技术的加速融合。微电子技术的飞速发展，为液压技术的进步注入了新活力，液压器件是机电一体化的重要接口器件，充分考虑到液压技术的特点而研制出集液压、电子、传感器于一体的新产品及其组成系统。（4）高度集成化。为提高液压技术的应用水平和加速拓展其应用领域并最大程度方便用户，发展集成式多功能元器件已经成为必然趋势。集成化发展分为三个层次：首先是多功能元器件的组合向多功能元器件的发展，其次是集成器件子系统化，再者是开发智能型一体化器件，它可实现功率的合理分配，修正人为控制信号，使元器件或系统自动保持最佳状态。（5）计算机技术的应用。现代设计包括多方面知识的获取，综合应用和合理取舍过程，需要进行反复计算，对方案进行定向最优化比较。如液压CAD技术的发展，使人工设计变为自动化和半自动化的方式。（6）陶瓷液压系统。用陶瓷液压元件来提高液压系统的工作可靠性和使用寿命。总之，液压技术具有十分广泛的应用，它作为一种重要的工业自动化基础件，已与微电子技术，传感器技术紧密结合，形成并发展成为包括传动、控制、检测、校正在内的综合自动化技术，其内涵较之传统的液压技术更加完整而丰富。0.3 液压技术的优缺点液压技术与机械、电力传动等相比具有以下特点：（1）能方便地进行无级调速，调速范围比较大。（2）体积小，重量轻，功率大，一方面在相同的输出功率情况下，其体积小，重量轻，动作灵敏，这对于液压自动控制系统更有意义；另一方面，在体积或者重量相近的情况下，其输出功率大，能传递较大的扭矩或者推力。（3）控制和调节简单、方便、省力，易实现自动化控制和过载保护。（4）可实现无间隙调整，运动平稳。（5）因为传动介质为油液，因此元件有自我润滑作用，寿命更长。（6）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和推广使用。（7）可以采用大推力的液压缸和大扭矩的液压马达直接带动负载，从而不用中间减速装置，是传动简单。液压传动有以下缺点：（1）漏。由于作为传动介质的液体在一定压力下，有时候是在较高压力下工作，因此在相互运动的表面间不可避免要产生泄漏。同时，由于油液是不可压缩的，油管也会产生弹性变形。所以液压传功不可以用在传动要求比较严格的场合。（2）震。液压传动中，液压冲击和空穴现象会产生很大的震动和噪声。（3）热。在能量转合和传递过程中，由于存在机械摩擦，压力损失，泄露损失，因而容易使油液发热，总效率降低，所以液压传动不适宜远距离传动。（4）液压传动对温度比较敏感，故不适宜在高温和低温环境下工作，液压传动对油液的污染也比较敏感，故要求有良好的过滤设施。（5）液压元件加工要求高，使成本提高。所以，液压传动由于其优点比较突出，故在工、农各部门得到广泛的应用。它的某些缺点随着生产技术的不断发展、提高，正在逐步得到克服。1引言随着科学的发展和技术的进步，液压技术被应用到各种领域，液压技术在各个方面都发挥着巨大的作用。液压技术用于制造各种机械中的零部件、工业材料，已经成为现代人类和生活中必不可缺少的一部分。平面磨床属于磨床的一种，主要应用在技术加工行业。主要是通过砂轮的旋转来研磨工件以达到平整度要求的设备。主要适用于轻工、航空、船舶、钢结构等。本课题所设计的平面磨床是机械加工制造行业中用砂轮外圆磨削钢材、铸铁以及有色金属等各种材料，以及用砂轮断面磨削不高的侧边和沟槽的一种普通级磨床。该磨床采用液压技术，要求设备性能良好，以便提高技术水平和作业能力。2 设计步骤与设计要求2.1 设计步骤液压系统的设计步骤没有严格的要求，大致设计步骤如下：（1）确定也压制性元件的组成。（2）制定基本方案，拟定液压系统原理图。（3）选择液压元件。（4）液压系统性能计算。（5）绘制工作图，编制技术文件。2.2 明确设计要求设计要求是每项工程设计的依据。（1）主机的概况：性能，用途，作业环境，总体布局等。（2）各动作机构的载荷的大小及性质。（3）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求。（4）自动化程序、操作控制方面的要求。（5）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求。（6）对效率、成本方面的要求。2.3 对系统进行分析（1）确定各执行元件所承受载荷的大小和方向，并分析各执行元件在执行过程中震动、冲击及过载能力等。（2）确定机器中那些运动需要液压传动来实现。（3）确定各工作机构的运动规律和各工件的循环顺序以及执行元件的运动速度、调速范围、行程大小以及循环时间长短等。（4）确定也液压执行元件主要参数，比如液压缸的工作压力、结构尺寸等。（5）确定执行元件的工况图。2.4 制定基本方案（1）制定调速方案。方向控制用换向阀控制，节流调速采用定量供油泵供油，用流量控制阀改变输入或者输出液压执行元件的基本流量来调速。液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后在排回油箱。（2）制定压力控制方案。液压元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或者在一定范围内，在系统的某一局部，工作压力低于主油源压力时，要采用减压回路来获得所需要的压力。（3）制定顺序工作方案。平面磨床的液压系统的执行机构的顺序动作的控制多采用行程控制。当工作部件移动到一定位置时的时候，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁来推动电磁阀或者直接压下行程阀来控制持续的动作。（4）选择液压动力源。液压系统的工作介质完全由液压泵来提供，液压源的核心就是液压泵。在无其它辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱。溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。问了节省能源，提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量想匹配。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，经过相应的精过滤器再次过滤，为防止系统中杂质流回油箱。可在回油路上设置磁性过滤器或者其它形式的过滤器。3.主要参数的确定3.1 工作压力的选取工作压力的选择与设备类型、负载大小、结构要求和技术水平有关。它关系到设计出来的系统是否合理。系统工作压力高，可节省材料，使结构紧凑、重量轻，是液压系统的发展方向。同时，工作压力过高，对元件的制造精度和使用维护要求提高，并使容积效率降低。同时，执行元件的工作压力与系统选用的泵的类型相互制约。工作压力可根据负载大小及机器的类型来初步确定。根据表（1）来确定。按机床的类型来选择系统工作压力，取液压缸的工作压力P1=1.5MPa，初步选定的工作压力可以认为是执行元件的输入压力。可以根据工作压力选择工作负载。工作负载的选择见表（2）根据表（2），取工作载荷F=5kN表（1） 工作压力的选取表Table (1) work pressure selection table设备类型机床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械、起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力P（MPa）0.82.0352881010162032 表（2） 工作负载的选取表Table (2) work load selection table工作压力（MPa）0.811.522.533446710载荷（kN）5510102020303050503.2 载荷的组成和计算用液压缸带动执行元件机构做直线往复运动时，需要克服的外力负载为：= + （3-1）式中，工作载荷。摩擦负载。一般指执行元件机构在运动时所需要克服导轨或者支撑面上的摩擦阻力。而液压缸内部的摩擦负载可包括在液压缸的机械效率内。一般=0.90.95。，再次取为0.92。惯性负载。即运动部件在启动或者制动过程中的惯性力。如图（1）表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图，各有关参数标记在图上，其中FL是作用在活塞杆上的外部载荷。（1）工作载荷常见的工作载荷有作用在活塞杆上的重力、切削力、挤压力等。对于工作台移动的品面磨床，工作载荷运动远远小于摩擦载荷，故工作载荷的大小可忽略。（2）摩擦负载所设计的磨床的导轨为V型导轨。对于V型导轨=f（G+FN）/sin（/2） （3-2）式中，G摩擦部件重力（N）外部载荷作用在导轨上的正压力（N）f摩擦系数，见表（3）V型导轨夹角。一般为90°表（3） 摩擦系数f选取表Table (3) coefficient of friction f select list导轨类型导轨材料速度摩擦系数f滑动导轨铸铁对铸铁启动时0.150.20低速（v0.16m/s）0.10.12高速（v0.16m/s）0.050.08取静摩擦系数=0.2，动摩擦系数=0.1。静摩擦力=（G+）/sin（/2） =0.2×（500×10+200×10）/sin(90°/2) =1979.6N动摩擦力=（G+）/sin（/2） =0.1×（500×10+200×10）/sin(90°/2) =989.8N（3）惯性负载 惯性负载Fa=mmax· （3-3）式中mmax运动部件的最大重量。所设计的磨床的mmax=500+200=700 速度变化量（m/s），再此为0.03启动或者制动的时间（s），一般为0.5 所以Fa=mmax·=700×=42N 所以液压缸的外负载FL: 启动加速时，=+=0+989.8+42=1031.8N 稳态运动时，=+=0+989.8=989.8N 减速制动时，=+-=0+989.8-42=947.8N除了外载荷外，作用在活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，由于各种缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力一般都难以精确计算，一般估算为=（1-） （3-4）式中，液压缸的机械效率，取为0.92。=/表（4） 液压缸各运动阶段负载表Table (4) the hydraulic cylinder each motion phase load list工况负载组成推力=/启动=1979.6N2151.6N加速=+=0+989.8+42=1031.8N1121.5N匀速=+=0+989.8=989.8N1075.9N减速=+-=0+989.8-42=947.8N1030.2N停止003.3 绘制工况图根据液压缸各阶段的载荷，绘制出循环元件的载荷循环图，以便确定其它参数。图（a） 速度工况图，图（b） 负载工况图3.4液压缸主要结构尺寸的确定液压缸有关参数设计如图（1），图为液压缸活塞杆工作在受压状态。 图（1） 液压缸受力图活塞杆受压时， （3-5）式中，=5液压缸工作腔压力（）。在此，=1.5液压缸回油腔压力（），即背压力。其值根据具体情况而确定。初算时可根据表（5）取值，因为回路带调速阀，取=0.5。D活塞直径d活塞杆直径表（5） 背压力表Table (5) back pressure gauge系统类型背压力（）中低压系统很简单的液压系统和一般轻载的节流调速系统（如磨床）0.20.5回油路带调速阀的紧急系统满载工作时（如组合机床）0.5回油路带背压阀0.51.5带补偿油泵的闭式回路（如拉床、龙门刨床、导轨磨床等）0.81.5高压系统采用多路阀、油路曲面的工程机械（如挖掘机）1.23.0背压较小的系统（如锻压机械）初算可忽略不计令杆径比，按工作压力选取杆径比，见表（6）表（6） 按工作压力选取d/DTable (6) according to work pressure selection d/D工作压力（）5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.70.7取杆径比=0.5所以所以，确定活塞杆直径d与活塞直径D的关系。所以 5000= 可得到D=92.2mm d=46.6mm计算出缸径D之后，应该选用标准系列尺寸。参考表（7）表（7） 缸径系列表Table (7) cylinder size series table810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200220250320400500630注： 括号内数值为非优先选用者。 超过本系列6300mm的缸筒内经尺寸，应按GB321-80优先数和优先数列中的R10系列选用。参照表（7），选取缸径D=100mm活塞杆外径也选用标准系列尺寸，参照表（8）表（8） 活塞杆外径系列表Table (8) piston rod diameter series table456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400参照表（8），选取活塞杆外径d=50mm活塞行程为L=500mm，L/d=10，所以活塞杆不用进行弯曲强度校核。3.5 计算液压缸所需流量液压缸所需流量=8000×10-6 ×0.033=2.64×10-4m3/s=15.84L/min3.6 拟定液压系统原理图及运动分析3.6.1 液压系统原理图 图（2） 液压系统原理图3.6.2运动分析1，工作台纵向移动速度调节 （1）速度调节。液压系统采用进出口双重节流，但出口节流三角槽（截面A-A）比进口节流三角槽（截面C-C）短，即以出口节流为主，使得运动平稳。进口节流三角槽的作用在工作台开/停时，使操纵太快，也不致引起液压缸中的压力突然变化造成开车冲击。（2） 进油油路分析。压力油流经油路工作台开停节流阀9（截面C-C）的节流三角槽油路工作台液动换向阀11油路工作台液压缸13左腔，是工作台向右运动。（3）回油油路分析。工作台液压缸13右腔油路工作台液动换向阀11油路工作台开停节流阀9截面A-A的节流三角槽回油箱。2，工作台自动换向（1）进油油路分析。压力油由油路过滤器先导阀12油路单向节流阀15砂轮架进给阀14油路7单向节流阀10油路工作台液动换向阀11右端。（2）回油油路分析。从换向阀左端油路先导阀12回油箱。3，工作台停止工作台停止时，液压泵仍有压力油输出，其他工作还可以进行，比如砂轮架可以移动。将工作台开停节流阀9逆时针旋转120°，关闭回油路，使得工作台停止移动。4，液压系卸荷因为运动速度高，故液压系统流量较大，为减少发热，不工作时希望液压系统卸荷。将开停阀逆时针旋转180°，液压泵出口压力油流经开停阀9截面A-A的中心孔到邮箱。此时液压泵压力仅仅由这段油路的背压构成，不超过（0.20.3）5，砂轮架的横向连续进刀（1）进油油路分析。压力油由油路砂轮架进刀开停节流与选择阀16的截面E-E油路12砂轮架液动换向阀23油路砂轮架液压缸19左腔（2）回油油路分析。液压缸右腔油路砂轮架液动换向阀23砂轮架先导阀27油路,互通阀18回油箱。6，砂轮架横向断续进刀（1）断续进刀。进油路：压力油由油路砂轮架进给阀14油路砂轮架进刀开停节流与选择阀16油路砂轮架液动换向阀23油路砂轮架液压缸19左腔。回油路：砂轮架液压缸19右腔油路砂轮架液动换向阀23砂轮架先导阀27的油路,互通阀18回油箱。（2）进到停止时油路为：油路砂轮架阀16通油箱。4 液压元件的选择4.1 液压泵的选择(1)确定液压泵的最大工作压力液压泵所需工作压力的确定，主要依据液压缸在液压缸工作循环各阶段所需压力P，再加上油泵的出油口到缸进油口处的总压力损失组成。即 （4-1）的准确计算要待元件选定并绘制出管路图才能计算，初算时可按经验数据选取：管路简单，流速不大的节流调速系统为（0.20.5）；油路复杂及进油口处有调速阀的系统，为（0.51.5）。这里的油路复杂，取为0.5所以=1.5+0.5=2（2）确定液压泵的流量泵的流量根据执行元件动作循环所需要的最大的流量和系统的泄露确定。多液压缸工作时，液压泵的输出量应为 （4-2）式中，k系统泄露系数。一般k=1.11.3，在此取为1.2同时工作的液压缸的最大总流量液压缸所需要的最大的流量为，则有：（3）液压泵的规格根据求得的最大压力与流量，从产品样本或者设计手册中选择相应的液压泵。上面所求的是系统静压力，系统工作过程中存在着过渡过程的动压力，而动态的动压力往往比静压力高得多，所以泵的额定压力应比系统最高压力高25%60%，使液压泵有一定的压力储备。若系统属于高压范围，压力储备取小值；若系统属于中低压范围，压力储备取大值。在此取大值，60%。所以=2（1+60%）=3.2按照上面所得到的数值选取的液压泵的型号为：叶片泵，额定压力6.3额定转速960r/min，驱动功率2.5kw，容积效率90%，取为90%，总效率78%，取为80%。（4）确定驱动液压泵的电机的功率工作循环中，泵的流量与压力比较稳定时，按工作循环中最高压力点选用。 （kw） （4-3）式中，泵的压力（）与流量（）乘积的最大值 液压泵的总效率所以=0.88kw按照算出的驱动功率和泵的额定转速选择电机的规格。通常允许电机在超载25%的状态下工作。所以电机的功率P0.88（1+25%）=1.1kw查表选取电机的型号为：Y90L-6型电机，额定功率1100w，额定转速910r/min4.2 液压阀的选择（1）换向阀。换向阀应根据执行元件的动作要求、卸荷要求、换向平稳性、排除元件间干扰等因素确定滑阀机能。然后根据通用阀的最大流量、工作压力和操作方式等选取其它型号。（2）溢流阀。溢流阀主要根据最大工作压力和通用的最大流量（一般按液压泵的最大流量）等因素来选取。同时，还应考虑反应灵敏、起调量和卸荷压力要小等特点。（3）流量控制阀。首先要根据调速平稳性及工作压力要求阀的类型。然后，根据系统中流量的调节范围来选取型号，其最小稳定流量应能满足及其的性能要求。其它各种阀应该按照其接入回路所需求的最大流量来选取。一般应与产品样本上标明的阀的额定压力与额定流量相近，必要时，最大流量允许超过流量的20%以内。同时，在选取各种阀的结构时，还应考虑其连接方式，注意各种阀的连接的公称直径，在同一回路上要尽量采用相同的直径。根据液压泵的额定压力，选取的所有的阀的额定压力都应该6.3，额定流量根据液压元件的最大流量来确定。选取结果见表（9）表（9） 液压元件的选取Table (9) hydraulic components selection元件名称额定压力（）额定流量（L/min）型号规格通径（mm）额定降压（）溢流阀6.363YF3-10L100.45单向节流阀16100ALF3-E10B100.2二位四通阀6.310024YF3-YE10B100.4压力表开关16KF3-E6L4.3 管道尺寸的计算在液压传动设备中，常用的管子有软管，铜管，胶管，尼龙管和塑料管。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，装配位置比较随便的地方。一般采用无缝钢管。当工作压力小于1.6的时候，也可用焊接钢管。紫铜管承受压力较低（P6.310），但经过热处理后，紫铜管软化，装配时可按要求进行弯曲；但价格较昂贵且抗震能力较弱。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之间的管道。胶管制造比较困难，成本高，因此在非必要的时候后尽量不用。在这里选用无缝钢管。管道内径的计算公式 = （4-4）式中，q通过油管的最大流量 v管道内允许的流速。一般吸油管取（0.55）m/s，压力油管取（2.55）m/s，回油管取（1.52.6）m/s。为方便计算，再次取v=3m/s所以d=10mm选用内径为10mm，外径为14mm的冷拔钢管，壁厚2mm。10号钢的许用应力=50，以溢流阀的调整压力作为油管的工作压力，则强度为：=0.32式中，管中压力的最大值 油管材料的许用应力所以选用的油管强度足够，可用。4.4 油箱容积的计算油箱容积的计算，是涉及油箱的关键。油箱的容积应保证系统有大量供油而无回油时，最低液面应在在进油口过滤器之上，保证不会吸入空气；当系统有大量回油而无供油时，油液不会溢出。可根据下面的经验公式确定油箱的容积： （4-5）式中，V油箱的有效容积（） 经验系数。的选取见表（10）表（10） 经验系数Table (10) experience coefficient类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械12245761210如上表，选取=6所以=5 液压系统性能验算验算的目的在于对液压系统的设计质量作出评估和判断，验算内容一般包括压力损失、系统效率、系统发热与温升等。验算的时候通常只采用一些简单优化的公式求得概略结果。5.1 系统压力损失在前面确定液压泵的最高压力的时候提及压力损失，当时设计完成的内容还很少，管道的设计还没有完全确定，因此只能作出粗略的估计。现在在条件已经确立的情况下，验算一下系统的压力损失，看其是否在前面的假设范围内，借此可以准确地确定泵的工作压力，保证系统的工作性能；若计算结果比前面假设的压力损失大，则对原设计进行修正。系统进油路的压力损失（包括回油路上的损失折算过来的部分）由管道的沿程压力损失、局部压力损失与阀类元件的局部压力损失三部分组成，即：=+ （5-1）（1）沿程压力损失粘性液体在管道中流动时，在整个过程上，要受到粘性阻力作用而消耗能量。能量的损失以压力下降的形式体现出来，成为沿程压力损失。该液压系统中的管路的管道是圆管，则沿程压力损失（）的计算公式： = （5-2）式中，沿程压力损失数 L管道长度（m） d管道内径（m） v液流平均速度（m/s） 液流密度（）沿程压力损失数的理论值是=75/Re式中，Re雷诺数雷诺数Re的计算公式是式中，运动粘度。再次取为5×=14<2000 为层流。在此取L=10m，d=m，v=0.07m/s， =所以=12040.88Pa（2）局部压力损失当流体经过局部装置（如弯头、阀等）时，其流速的大小、方向发生急剧变化，再此局部流量重新分布，形成漩涡，产生能量损失，这种损失成为局部压力损失。局部压力损失公式：= （5-3）式中，局部压力损失数。它与局部装置的形式与流态有关，在此取为=0.5所以=1.124Pa（3）阀类元件的局部压力损失各种控制阀类在额定压力和公称流量下的压力损失值可由产品样本查得。阀类元件在系统中的实际流量与其公称流量往往不相同，因而实际压力损失与也不相同。可按下面公式进行近似估计： （5-4）式中，通过阀的实际流量（） 所用阀的实际流量。所以=0.06所以系统压力损失=+=0.012+1.124+0.060.076在前面计算液压泵的时候假设的压力损失为0.4，所以系统压力损失在考虑范围内，所选取的液压泵合适。5.2 系统发热温升计算液压系统在工作的时候由于存在着各种各样的机械损失、压力损失和流量损失，这种损失大部分都转变为热能，使系统发热，油温升高。油温升高会造成系统的泄漏增加，运动件动作失灵，油液变质，缩短橡胶密封圈寿命等不良后果。所以为了使液压系统保持正常工作，应使温升保持在允许的范围内。系统中产生热量的原件只要有液压缸、液压泵、溢流阀和节流阀，散热的元件主要就是油箱。经过一段时间工作后，发热与散热会相等，即达到热平衡。不同的设备在不同的情况下，达到热平衡的温度也不一样，所以必须进行验算。单位时间内，液压系统的发热量可按下面公式进行计算： （5-5）式中，P液压泵的输入功率 液压系统的总效率。它等于液压泵的效率、回路的效率和液压执行元件的效率的乘积。即： （5-6）液压系统回路效率 （5-7）式中，各执行元件的负载压力和负载流量（输入流量）乘积的总和 各液压泵供油压力和输出压力的总和所以=30%工作进给时液压泵的输出功率很小，此时泄露损失较大，故液压泵的效率很低，取为0.2，取液压缸的效率为95%，则有：=20%×30%×95%=5.7%液压泵的驱动功率为2.6kw，液压泵的输入功率为0.52kw，则有：=0.52（1-5.7%）=0.49kw系统散热量的计算在单位时间内，油箱的散热量可用下面的公式进行计算： （5-8）式中，A油箱的散热面积（） 系统的温升（）。（=，为系统达到热平衡时的温度，为环境温度，通常取为20） h散热系数kw()。假设环境通风良好，则h=15 kw()油箱的散热面积达计算：A=0.065·=0.065·=1.54 所以=21.2环境的温度为20，则热平衡的温度=21.2+20=41.2一般机床选用=55，<，故热平衡满足要求，不需要冷却系。6 工作台液压缸的设计6.1 液压缸壁厚的设计液压缸的壁厚由液压缸的强度来计算。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，其内力的分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算的时候可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚的的比值10的称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般都用无缝钢管材料，大多数都为薄壁圆筒。液压缸的壁厚可根据缸的内径D老确定： 可得出： （6-1）式中，液压缸周围方向拉应力（Pa） D缸筒内经（m） 缸壁厚度（m） 缸筒材料的许用应力。所选用的材料为无缝钢管，所以在（100110）内，去=105。 缸筒试验压力。若缸的额定压力16的时候，=1.5；若>16的时候，=1.25。在此，=6.3，则有=1.5=1.5×6.3=9.45可求得=0.0045m=4.5mm在中低压系统中，按上式计算得到的液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够。如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此缸体壁厚的取值应该比4.5大得多。在此取为8mm6.2 缸底缸盖厚度的设计缸盖装在液压系统的两端，与缸筒构成紧密的油腔。缸盖的结构形式对液压缸的工作性能和工艺性都有很大的影响，因此在设计的时候不但要考虑强度的要求，而且要选用工艺性较好的结构形式。图（3） 缸盖结构图在此设计的液压缸为平底缸，缸底厚度的计算公式为： （6-2）式中，缸体止口内径（mm） P液压力（Pa）则有=0.0106m=10.6mm缸盖采用螺纹连接缸盖，缸盖厚度的计算公式如下： （6-3）式中，许用拉力（Pa） P缸盖承受力总和（N）。 液压力（Pa）在此设计中，=0.06m，=0.12m，=0.015m，=0.135m，则有=0.006m=6mm6.3 最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面支撑中点的距离称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（见习引起的挠度）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。对于一般液压缸，最小导向长度H应满足一下条件： （6-4）式中，L液压缸的最大行程 D液压缸的内径则有：=75mm活塞的宽度B一般取为B=（0.61.0）D，在此，B=0.75D=0.75×100=75mm缸盖支撑面长度，根据液压缸内径D而定。当D<80mm时，取=（0.61.0）D当D>80mm时，取=（0.61.0）d。在此，D=100>80，所以=0.75d=0.75×50=37.5mm为保证最小导向长度H，过分增大和B都是不适宜的，必要的时候可在缸盖和活塞之间加上一隔套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 C=H-（+B）=75-（37.5+75）=18.75mm6.4 活塞杆直径的校核活塞杆直径d的校核按下式进行： （6-5）式中，F作用在活塞杆上的力。在此取最大值，2151.6N 活塞杆强度的许用应力，在此取为105则有：=5.1mm。d=50mm>5.1mm，活塞杆直径满足要求。6.5 液压缸的技术要求 6.5.1 缸盖的技术要求当缸盖自身作为活塞杆导向套的时候，材料用灰铸铁，并在导向表面熔堆黄铜、青铜或者其他耐磨材料。与缸筒的内径配合的直径采用h8，与活塞杆上的缓冲柱塞配合的直径采用H9，与活塞杆密封圈外径配合的直径采用H9,。这三个尺寸的圆度和圆柱度误差不大于各自直径公差的一半，三个直径的同轴度误差不大于0.03mm。与缸筒接触的断面和活塞接触的断面对轴线的垂直度误差直径在100mm上不超过0.04mm。导向孔的表面粗糙度应不大于1.66.5.2 活塞的技术要求活塞用45号钢制成。导向环可用尼龙66制成。活塞外径公差f8，与活塞杆的配合一般为H8/h8，外径粗糙度一般为（0.40.8），外径对活塞孔的跳动不大于外径公差的一半。外径的圆度和圆柱度的误差不大于外径公差的一半。活塞两端面对活塞轴线的垂直度误差在直径100mm上不超过0.04mm6.5.3 活塞杆的技术要求活塞杆的材料为45钢。活塞杆的工作部分公差等级可取为f8，表面粗糙度不超过0.4，工作表面的直线度误差在500mm查毒上不超过0.03mm活塞杆工作部分及安装活塞的部分圆度和圆柱度误差不大于各自公称直径公差的一半，跳动不超过0.01mm活塞杆在粗加工后调质，硬度为（229285）HB。必要的时候，可再进行高频淬火，厚度（0.51）mm，硬度（4555）HRC。活塞杆上的螺纹，可按中等精度制造。6.5.4 缸体的技术要求 缸体的材料是45钢。表面粗糙度的要求是液压缸内圆柱表面粗糙度为0.4。 内径用H8配合。内径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半。内表母线直线度在500mm上不超过0.03mm。缸体断面T对轴线的垂直度在直径每100mm上不大于0.04mm。缸体与端面采用螺纹连接时，螺纹采用6H级精度。防止腐蚀和提高寿命，内径表面可镀0.03mm厚的硬铬，再进行抛光。缸体外表面涂耐腐蚀油漆。7 砂轮架液压缸的设计7.1 液压缸的内径与活塞杆直径的计算图（4） 液压缸受力图砂轮架液压缸的工作负载比工作台液压缸的工作负载小，选其工作负载为4.5，根据表（2）选取其工作压力为1.0。.则有：活塞杆受压时， （7-1）式中，取杆径比=0.5所以4500=-可得7200，=5400所以 5400= 可得到D=95.8mm d=47.9mm按表（7）和表（8）选用缸筒内经值与活塞杆外径值，选取D=100mm，d=50mm活塞行程为L=500mm，L/d=10，所以活塞杆不用进行弯曲强度校核。7.2 液压缸壁厚的设计液压缸的壁厚可根据缸的内径D老确定： 可得出： （7-2）式中，液压缸周围方向拉应力（Pa） D缸筒内经（m） 缸壁厚度（m） 缸筒材料的许用应力。所选用的材料为无缝钢管，所以在（100110）内，去=105。 缸筒试验压力。若缸的额定压力16的时候，=1.5；若>16的时候，=1.25。在此，=6.3，则有=1.5=1.5×6.3=9.45可求得=0.0045m=4.5mm在中低压系统中，按上式计算得到的液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够。如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此缸体壁厚的取值应该比4.5大得多。在此取为8mm7.3 缸底缸盖厚度的设计在此设计的液压缸为平底缸，缸底厚度的计算公式为： （7-3）式中，缸体止口内径（mm） P液压力（Pa）则有=0.00848m8.5mm缸盖采用螺纹连接缸盖，缸盖厚度的计算公式如下： （7-4） 式中，许用拉力（Pa） P缸盖承受力总和（N）。 液压力（Pa）在此设计中，=0.06m，=0.12m，=0.015m，=0.135m，则有=0.006m=6mm7.4 最小导向长度的确定对于一般液压缸，最小导向长度H应满足一下条件： （7-5） 式中，L液压缸的最大行程 D液压缸的内径则有：=75mm活塞的宽度B一般取为B=（0.61.0）D，在此，B=0.75D=0.75×100=75mm缸盖支撑面长度，根据液压缸内径D而定。当D<80mm时，取=（0.61.0）D当D>80mm时，取=（0.61.0）d。在此，D=100>80，所以=0.75d=0.75×50=37.5mm为保证最小导向长度H，过分增大和B都是不适宜的，必要的时候可在缸盖和活塞之间加上一隔套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 C=H-（+B）=75-（37.5+75）=18.75mm7.5 活塞杆直径的校核活塞杆直径d的校核按下式进行： （7-6）式中，F作用在活塞杆上的力。在此取最大值，2151.6N 活塞杆强度的许用应力，在此取为105则有：=5.1mm。d=50mm>5.1mm，活塞杆直径满足要求。8 集成块的简单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，连接的关键越多，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。集成块就是将若干元件组合在一起，省去连接用的管子而构成液压系统的部分回路。随着液压系统向高压化、高精度方向发展，系统的结构形式也向着集成化方向发展，在这种趋势下尤其显示出液压集成块的优越性。8.1 油孔直径的确定油孔直径d（mm）可按下式确定： （8-1）式中，Q流经孔道的流量（L/min）。等于液压缸的最大流量。=72000.033=2.4=14.4L/min v孔道内允许流速（m/s）。对压力油孔可取v=（2.55）m/s，对回油孔，可取v=（1.52）m/s所以，对进油孔，=8.7 mm 对回油孔，=12.3 mm8.2 油孔间的最小壁厚油孔间的最小壁厚一般不小于5mm，在此取为6mm当压力高于6.3的时候，应进行强度校核。当选用铸铁材料的通道快时，可按第一强度理论的厚壁圆筒公式近似计算： （8-2） 式中，允许最小壁厚（mm） 油孔直径（mm） 试验压力（）。取=（1.51.75）p，在此=1.5=1.5×6.3=9.45 P工作压力（） 材料许用应力（）。取为30。所以，对于压力油孔，=1.7对于回油孔，=2.4在此，取=6mm满足要求。9.总结本次设计是从工作压力和工作载荷方面计算液压缸的尺寸，然后确定液压缸的流量，确定所选用的液压泵的规格，根据系统压