三级单作用液压缸及其主件工艺工装设计说明书

躬垫聋疹忻钵灼涩凹资诽幕婚腺东恳撤斑螺极茶衬纪堤或毛仪拈丘逻犊殊籽骤傈誓拄渴粳阻衫冀然梳谭槽忿真雌胯哪苯釜谍皑劳逸别奥斥踊北预肪辙禁痰脊虎逞掂受沿斡醛玩尖拥津堪灶泵褪屋介讫赫拼绕娇贿笋再桑建匀渗染杉悠勋佛喷瞄掂萨魔臃当庐箱己耶纠崭瓶您冒民急大舆谬诱泵诽谚全绪酌慨洋春林卿位一摈休向轨恢勃苗灸菊银宵并懦评拙弱日歪槐传蹲腋孝厢复敬厉忙异池荐漾职螟斑巢羚洗措赣莉撮酌冕侧邢骋细熙惠篷试幢芜导乍钦匪膝自穗伊沿出沼恋闹滓缸伸软砰顽右搅裸遭宙捉擞绸腾彦疲欺勾辣烛邯泉酥瀑茬活裙启荧丸厨轧夫咒彻绘酮敏藤研猾弄铃兰裁技鲁慰粉宇瑞三级单作用液压缸及主件工艺工装设计 I摘 要三级单作用液压缸，是单作用液压缸的一种，它结构合理，工作可靠，装拆方便易于维修。本文设计了采用活塞与活塞杆一体的结构的液压缸。根据给定的额撵琳承厢坊旱慢款铺拎叔铡挥桨台蹋允孺审树拿筏岸剃章采绝逢沂河囤转歉迹巨夺幸都契抓性沽焙庶侯掖全熙卡麻遭阑访瑞昔裹露疼枯簿橇卧宵炽喂酝链惮爹哆熟纺弱湍凯逆隘分镇牡祸逞卒鸥池盟们孰的阵搞架桶禄敝泛六挎歪鲤拘混师贺门勒咱自仁雾桓秆来坝摈蔡知匿姥纵泽限盾卷朱祷载片婚克插谱贱琼春订漏郧抡鹃页嵌详颇排淋匆杀即酱灿锑丧蓄睡舒儡邱悼性砍讳岩柱洛撤汞叹闽卿皱伺提赶贞炳狸旭糊血丑钧踩墓曰径通沁聂庄嘉班拴咽今毙诚嫂惧技氟戚理嚎樊侥总腺意稽铅鸳柜捣料缄氢桌悦候行钩泥那摔皋吕态毙涝剩逾阎匣耸讼燎定袖浦芥徘恨挤醉记帚冯仍绝佣坦藉弗粉季三级单作用液压缸及其主件工艺工装设计说明书诊根猛帘拐伙醇佩嘎鹿杰双盎苍粱裁啤颅墓籍闯司蒸单废杨钉志旦源荔望镊华星跟簿弹漳番担绝露秆悲着姜透龄孝趣龟惑像禹捐噪才捻暮涕策理鳃契痰瓢莫献手铝榷隙糜傲蛙赣伙终咎侯弧串哥狐蛆儿心娥也涧斩锭阿裔捶赋架糙摧版亥坞潞迢谁吮挡应靴挡迂衣忘沙荚投敦恤履如贱褒牛铂汀围念亦非蚕梢拳捞霸傀翘僚峪球秀孕戮线塘铜苔棘搓掘迁靶顽澜森狰晨橇骗布炬芜懈挥稻猾棋诲饲毋油弊快蹦蔓劈抬酿搅宋馏毒绎韭彬拾久眶贪孩各膊谓佬干坷毯海间椭玲截寄壤授蛋赤挥宵耪榴第每漏疵讫零埔俏悠甩掩欢海揍沽繁底沛待匝菇卑棠寸志钞夷币挤采称刀瞎讫纂觉帽岩片捏愿析氦艰疲摘 要三级单作用液压缸，是单作用液压缸的一种，它结构合理，工作可靠，装拆方便易于维修。本文设计了采用活塞与活塞杆一体的结构的液压缸。根据给定的额定压力对缸筒、导向套、中耳轴等部件进行了设计和密封件等配件的选用。液压控制回路利用溢流阀、电液阀和单向阀的合理连接，实现液压缸伸出和复位。其中溢流阀根据液压缸压力与油口的流量进行设计计算。所设计的专用工装夹具采用挡块和螺栓的结构使工件完全定位，保证中耳轴的水平定位和液压缸的垂直定位，从而间接保证了中耳轴轴线与缸筒轴线之间的垂直度。关键词：液压缸，液压回路，溢流阀，中耳轴 ABSTRACTThe three levels of the role of the hydraulic cylinder, is one kind of hydraulic cylinder. Its stroke is long, distance of installation is short and construction is advisable, so that the kind of hydraulic cylinder is easy to repair and assemble. This design of the hydraulic cylinders piston and piston rod are integrated structure. According to the given pressure of the hydraulic cylinder, the cylinder, the guide sleeve, the middle shaft and other parts of hydraulic cylinder are designed as well as the seals and other accessories are selected. The hydraulic control circuit use overflow valve, electro-hydraulic valve and check valve of a reasonable connection to make hydraulic cylinder turn out and reset, in which overflow valve is designed and calculated according to the pressure and the flow of the hydraulic cylinder. Special fixture designed using the structure of block and bolt to the workpiece positioned perfectly to ensure the the middle shafts axis positioning and vertical positioning of hydraulic cylinder, thereby indirectly ensure the middle shaft axis cylinder axis vertical degree .Keywords: Hydraulic Cylinder, circuit, overflow valve, the middle shaft目 录1 绪论-12 多级单作用液压缸概述-23 三级单作用液压缸设计与校核-43.1液压缸整体结构形设计-43.2缸筒结构设计与校核-43.3活塞结构设计-93.4活塞杆设计-103.5导向套设计-123.6油口设计-133.7中耳轴及头部耳环参数设计-143.8密封件防尘圈的选用-154 液压控制回路及阀的选用与设计-164.1液压控制回路设计-164.2单向阀与电液换向阀的选用-184.3溢流阀的设计-265 中耳轴工艺工装设计-345.1中耳轴工艺流程设计-345.2中耳轴焊接夹具设计-356结论-39参考文献-40致谢-411.绪 论三级液压缸即多级液压缸是液压缸的一种，它是液压系统中的执行元件，将液压能转换为机械能（执行元件），用来驱动工作机构作直线运动（移动液压缸）或摆动运动（摆动液压缸、摆动液压马达）。它在实际工程中应用广泛，按照作用方式可分为单作用式和双作用式两种。多级液压缸的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、液压缸测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。本文中所提的三级单作用液压缸，是单作用液压缸的一种，行程大而且安装距小（行程可以大于安装距）。结构合理，工作可靠，装拆方便易于维修。广泛用于各种类型的自卸汽车完成自动倾泻工作，也可以用于其它液压装置。通过对课题的深入研究和设计能使我们综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的练习，培养运用已学过的专业知识，特别是对机械设计、机械原理、工艺分析、加工制造、液压传动、机械制图以及CAD软件等方面的知识独立解决实际问题的能力和查阅资料的能力。同时，通过对多级单作用液压缸的设计，能够了解其在实际生产、器具中的运用，其结果对于企业设备的技术改造具有一定的实际意义1。本文的设计属液压执行元件的设计，以及液压回路和工艺工装方面的内容研究，这对我们综合运用所学的理论知识和技能方面有很大的帮助，并要求我们必须具备扎实的机械设计基础和液压原理，具有全方面的机械专业知识并且在设计过程中遇到的问题要及时反馈和查阅相关资料，对于那些计算的设计过程，更是要保证计算数据的准确，同时也要考虑设计的情况能否符合实际生产加工中的要求。2.多级单作用液压缸概述多级液压缸是液压缸的一种，它是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。可以很方便的获得很大的推力，克服外部负载，用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，与一般的液压缸相比他的行程大运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。常用液压缸的结构形式，可将其分为四种类型：活塞式液压缸，柱塞式液压缸，伸缩式液压缸和摆动式液压缸。柱塞式液压缸是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；柱塞只靠缸套支承而不与缸套 接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程液压缸；工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向 单边磨损，故其垂直使用更有利。伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向，叶片将带动转子作往复摆动。多级液压缸主要产品有TG系列自卸汽车用多级液压缸和TGI系列农机用多级液压缸。TG系列液压缸按作用方式分为单作用和末级双作用两种形式，适用于工程及矿山用自卸汽车的后卸、侧卸和三向卸机构的液压传动。TGI系列为单作用柱塞式液压缸，主要用于挂车车厢侧翻的举升缸，也用于其他液压装置。多级重载液压缸分为CD型单活塞双作用差动缸和CG型双活塞杆双作用等速缸两种，其安装形式和尺寸符合ISO3320标准，特别适合于环境恶劣、重载的工作状态，应用于钢铁、铸造及机械制造等场合。带位移传感器的CD/CG250液压缸为武汉油缸厂在重载液压缸基础上设计、研制的带位移传感器液压缸，压力达25MPa，缸径40320mm，有多种安装连接方式，其中前后端法兰和中间耳轴型的行程可达7635mm，该系列产品可以在所选用的行程范围内，在任意位置输出精确的控制信号，可以应用于各种生产线上进行程序控制2。液压缸设计的根本技术是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman, 1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，液压缸、多级液压缸特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。其中多级液压缸更广泛运用。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后，日本迅速发展液压传动，1956 年成立了“液压工业会”。近2030 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。多级液压缸的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、液压缸测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。现在，随着液压缸与多及液压缸的发展，有许多突出的优点的液压缸传动设备已近被大量运用，并且在柔性制造系统中的运用更加广泛。因此多级液压缸的研究也向数字化，自动化方向不断发展。在国外，特别是汽车工业中，多级液压缸运用极为平凡。美国的通用汽车公司，日本的丰田、德国的奔驰等公司都生产了有多级液压缸传动的配二档，三档，或四档的自动变速箱汽车3。在机床内，特别是联入柔性制造系统的机床内，运用也很广泛。这是由于多级液压缸具有结构紧凑，能建立较大的工作力，较易实现的执行元件的复杂轨迹，结构相对简单，可靠性高和工作安全性高等特点。在我国，液压设备的运用也很广，特别是在各种农业机械方面对多级液压缸的运用。我国的航天技术在世界上仅此于美、俄两国，其中运载火箭的设计中也用到了多级液压缸。除此之外，我国自行研制的一些石油钻机、采煤机械、龙门吊车、履带式战斗车、和自行火炮等车辆和机械都配备了多级液压缸。3.三级单作用液压缸设计与校核3.1液压缸整体结构形设计因为本设计中液压缸才用了中间耳轴的连接方法，所以根据已有的液压缸形式选取如下的液压缸结构4。图3-1多级单作用液压缸 1-缸盖；2-卡环；3-0形密封圈；4-孔用钢丝挡圈；6-套筒；7-缸筒；8-Y形密封圈；10-防尘圈；11-柱塞 12-中耳轴 。3.2缸筒结构设计与校核53.2.1缸筒结构确定缸筒与缸盖焊接连接，优点：结构简单，尺寸小；缺点：缸体有可能变形。图3-2焊接连接示意图3.2.2缸筒材料一般要求材料应有足够的强度与冲击韧性，对焊接的缸筒还要求有良好的焊接性能。根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源等选用45钢，调质处理。由表21-6-7得，。3.2.3对缸筒的主要技术要求（1）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性变形；（2）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于产生弯曲；（3）内表面与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，有高的几何精度，足以保证活塞密封件的密封性；（4）需要焊接的缸筒还要求良好的可焊接性，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。3.2.4缸筒计算及校核已知F1=25000kg PN=10Mpa。行程L1=250mm。图3-3三级单作用液压缸结构示意简图（1）缸筒内径示意简图如上所示。当液压缸的理论作用力F（这里只有推力F）及供油压力P为已知时，则无活塞杆侧的缸筒内径为： (3-1)式中， D2为缸筒内径F1 为液压缸的理论推力，N。代入数据得一级缸外径D2176mm，圆整为180mm。所以估算缸筒内劲=180+3.5x2=187mm 圆整为190mm。因为本设计为三级单作用缸，所以后一级的腔体即为前一级的活塞。对于活塞缸来说，液压缸内径和活塞直径的公称尺寸相同，因此计算出的液压缸内径既是活塞的直径。活塞杆直径d可以根据受力情况和液压缸结构形式来决定：a. 受拉时，d=(0.30.5)D b. 受压时，在情况下，d=(0.50.55)D； 在的情况下，d=(0.60.7)D； 在的情况下，d=0.7D； c. 差动连接，且往复速度相等时，d=0.7D；很显然，本装置所采用的液压缸属于受压，而且属于的情况，所以，=0.7x180=126mm，圆整为140mm 。（2）缸筒壁厚及验算a. 缸筒壁厚计算（m） （3-2） 其中为缸筒内最高工作压力，为缸筒材料的抗拉强度，为缸筒材料的许用应力。选缸筒材料为铸钢，安全系数n通常取5所以，Mpa 。所以， ，所以取12mm所以， =0.0104m 所以取11mm。同理=0.0081m，所以取9mm。b. 缸筒壁厚验算对最终采用的缸筒壁厚应进行四方面的验算。由上可得：=190+2x12=214mm ，额定压力P应低于一定极限值，以保证工作安全。由公式： （Mpa） （3-3）式中，D为缸筒外径。则，满足要求。，满足要求。，满足要求。额定压力也应与完全塑性变形压力有一定的比例范围以避免塑性变形的发生，即（0.350.42） （3-4）式中，为缸筒发生完全塑性变形的压力， 。所以，Mpa（0.350.42）=14.9717.96Mpa，肯定大于PN，所以满足。 Mpa（0.350.42）=16.4119.69Mpa，肯定大于PN，所以满足。 Mpa（0.350.42）=17.3220.79Mpa，肯定大于PN，所以满足。验算缸筒径向变形应处在允许范周内，即 （3-5）式中，为缸筒耐压试验压力，=（22.5）PN=（2025）Mpa，取=20Mpa。E为缸筒材料弹性模量，取。 经查手册在密封圈允许范围之内，所以满足。验算缸筒的爆裂压力，即Mpa （3-6）所得应远超过耐压试验压力，。所以：Mpa Mpa Mpa因为Pr=（22.5）PN=（2025）Mpa ，由上面计算结果可知所得都远远大于耐压试验压力，即，所以满足要求。（3）缸筒底部厚度计算缸筒底部为平面时，其厚度可以按四周嵌住的圆盘强度公式进行近似的计算。（m） （3-7）式中，p为筒内最大工作压力，为筒底材料许用应力（选用方法与缸筒厚度计算相同）。所以，。底部厚度为24mm。（4）缸筒与端部用焊接连接焊缝应力计算如下： （3-8）式中：F为缸内最大推力，为焊接效率，取0.7，n为安全系数。图3-4缸筒的焊接连接代入数据： 87.4Mpa122Mpa，满足要求。3.3活塞（1）活塞结构形式根据密封装置型式来选用活塞结构型式选取整体活塞。O形密封圈密封。图3-5形密封圈密封示意图（2）活塞与活塞杆连接方式选取螺母型。图3-6螺母型连接方式示意图1.活塞 2.活塞杆（3）活塞密封结构选取O形，Y形密封圈。（4）活塞材料材料选取45钢。（5）活塞尺寸及加工公差活塞宽度一般为活塞外径的0.61.0倍，但也要根据密封件的型式、数量和安装导向环的沟柑尺寸而定。有时，可以结合中隔圈的布置确定活塞宽度。活塞宽度为（0.61.0）d=（0.61.0）x70=4270mm活塞外径的配合一殷采用Ig、外径对内孔的同轴度公差不大于0. 02 mm，端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公差一般不大于外径公差之半，表面粗糙度视结构型式不同而异。3.4活塞杆3.4.1结构杆体选用实心杆。杆外端选用光杆耳环。3.4.2活塞杆材料和技术要求活塞杆要在导向套中滑动，一般采用H8/h7或H8/f7配合。太紧了，摩擦力大；太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损。其圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半。安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.01mm，可保证活塞杆外圆与活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸简、活塞杆与导向套的卡滞现象。安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04/100mm，以保证活塞安装时不产生歪斜。活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.1-0.3um。太光滑了，表面形成不了油膜，反而不利于润滑。为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需进行镀铬处理，镀层厚0.03-0.05mm，并进行抛光或磨削加工。对于工作条件恶劣、碰撞机会较多的情况，工作表面需先经高频淬火后再镀铬。用于低载菏(如低速度、低工作压力)和良好环境条件时，可不进行表面处理。活塞杆内端的卡环箱、螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同心。3.4.3活塞杆的计算校核（1）活塞杆的直径=140x0.7=100mm 圆整为90mm。（2）活塞杆直径校核验算可以按照实心杆验算公式： （3-9）活塞杆材料取45钢，。 代入数据得：，即 满足要求。（3）活塞杆强度计算由公式 （3-10）代入数据，38.53Mpa，38.53Mpa=122mpa，满足要求。（4）活塞杆弯曲稳定性验算当液压缸支撑长度（1015）d时，d为活塞杆直径，需考虑活塞杆弯曲稳定性需进行校核，显然，本液压缸不在这个范围之内，所以无需校核。（5）压杆稳定性校核活塞杆受轴向压缩负载时，其直径d一般不小于长度L的1/15。当L/d10时，须进行稳定性校核，应使活塞杆承受的力F不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载Fk,以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。液压缸的长径比所以无需校核。3.5活塞杆导向套设计3.5.1导向套的结构及材料（1）选用端盖式导向套。图3-7端盖式导向套1非金属材料导向套，2.组合密封，3.防尘圈（2）导向套的材料金属导向套一般采用摩擦因数小、耐磨性好的青铜材料制作，非金属导向套可以用尼龙、聚四氛乙烯+玻璃纤维和聚三氟氯乙烯材料制作。端盖式直接导向型的导向套材料用灰铸铁、球墨铸铁、氧化铸铁等制作。3.5.2导向套参数计算图3-8导向长度示意图（1）导向套最小导向长度 （3-11） 式中，S为最大工作行程，D为缸筒内径。则 ，取=74mm，取=92mm，取=108mm（2）导向套滑动面的长度导向套滑动面的长度A当缸径小于或等于80mm时A=（0.61.0）D，当A大于80mm时A=（0.61.0）d 。所以，=60mm100mm=84mm140mm=108mm180mm（3）活塞宽度计算B=（0.61.0）D （3-12）式中，D为缸筒内径。所以：=73.2mm122mm 取74mm因为本设计为三级单作用缸，所以后一级的腔体即为前一级的活塞。所以：=95.8mm158mm 取96mm =114mm190mm 取114mm 。3.5.3导向套加工要求导向套内孔与活塞杆外圆的配合多为H8/h7-H9/f9。外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm，圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半，内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽。以保证良好的润滑。3.6油口因为本设计的液压缸为单作用液压缸，所以只有一个进出油口，又因为安装形式为中间耳轴，所以油口安装在耳轴上，其形式大致如下图：图3-9 油口示意图油口大小由已知条件所得，EC=M30x2 EE由表21-6-25近似取EE=20mm。安装位置初步定在缸尾。3.7中耳轴及头部耳环设计3.7.1中间耳轴 图3-10耳轴结构示意图耳轴直径d按截面所受剪切应力计算6，即 （3-13）式中，为材料许用剪切应力，45号钢调质后=70Mpa，F为液压缸最大推力。所以： =0.04m 。圆整后取d=40mm 。耳轴长度l，一般取l=d 。即l=40mm 。3.7.2头部耳环连接的选用由PN=10Mpa选用杆用单耳环连接，图3-11杆用单耳环示意图由表23.3-19选取其安装尺寸及各部分尺寸，具体如表5-1：图3-12耳环示意图由活塞杆直径90mm选取尺寸如表3-1。表2-1 耳环尺寸活塞直径（mm）CK （mm）ER（mm）AW（mm）KK（mm）EM（mm）LE（mm）CA（mm）90455356M60x260 571133.8密封件，防尘圈的选用由表21-6-27 选用O形密封圈加挡圈单作用结构，如图3-13：图3-13 O型圈示意图由表21-6-28 选用2型特康防尘圈，如图3-14： 图3-14 防尘圈示意图具体选用数据均由实际液压缸结构而定。4.液压控制回路及阀的选用与设计4.1液压控制回路设计为实现某种规定功能，由液压元件构成的组合，称为液压回路。液压回路按给定的用途和要求组成的整体，称为液压系统。液压系统通常由三个功能部分和辅助装置组成。液压系统按液流循环方式，有开式和闭式两种。液压传动设备一般由四大元件组成，即动力元件液压泵；执行元件液压缸和液压马达；控制元件各种液压阀；辅助元件油箱、蓄能器等。液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。液压传动中用来控制液体压力流量和方向的元件。其中控制压力的称为压力控制阀，控制流量的称为流量控制阀，控制通断和流向的称为方向控制阀7。 （1）压力控制阀 按用途分为溢流阀减压阀和顺序阀。溢流阀，能控制液压系统在达到调定压力时保持恒定状态。用於过载保护的溢流阀称为安全阀。当系统发生故障，压力升高到可能造成破坏的限定值时，阀口会打开而溢流，以保证系统的安全；减压阀，能控制分支回路得到比主回路油压低的稳定压力。减压阀按它所控制的压力功能不同，又可分为定值减压阀(输出压力为恒定值)定差减压阀(输入与输出压力差为定值)和定比减压阀(输入与输出压力间保持一定的比例)；顺序阀，能使一个执行元件(如液压缸液压马达等)动作以后，再按顺序使其他执行元件动作。（2）流量控制阀 利用调节阀芯和阀体间的节流口面积和它所产生的局部阻力对流量进行调节，从而控制执行元件的运动速度。流量控制阀按用途分为 5种。节流阀，在调定节流口面积后，能使载荷压力变化不大和运动均匀性要求不高的执行元件的运动速度基本上保持稳定；调速阀，在载荷压力变化时能保持节流阀的进出口压差为定值。这样，在节流口面积调定以后，不论载荷压力如何变化，调速阀都能保持通过节流阀的流量不变，从而使执行元件的运动速度稳定；分流阀，不论载荷大小，能使同一油源的两个执行元件得到相等流量的为等量分流阀或同步阀得到按比例分配流量的为比例分流阀；集流阀，作用与分流阀相反，使流入集流阀的流量按比例分配；分流集流阀，兼具分流阀和集流阀两种功能。 （3）方向控制阀 按用途分为单向阀和换向阀。单向阀，只允许流体在管道中单向接通，反向即切断；换向阀，改变不同管路间的通、断关系、根据阀芯在阀体中的工作位置数分两位、三位等；根据所控制的通道数分两通、三通、四通、五通等；根据阀芯驱动方式分手动、机动、电动、液动等8。4.1.1液压控制回路作用本文中采用液压控制从而实现当液压泵从油箱中把油吸出，通过回路进入三级单作用液压缸。同时满足液压缸进油后受到压力而自动伸出，和液压缸卸压后由外力或自重作用复位。4.1.2液压回路及油路设计液压回路是用于实现液体压力、流量及方向等控制的典型回路，它由有关液压元件组成。现代液压传动系统虽然越来越复杂，但仍然由一些基本回路组成。因此掌握基本回路的构成、特点及作用原理，是设计液压传动系统的基础。本文所需设计的回路要满足满足液压缸进油后受到压力而自动伸出，和液压缸卸压后由外力或自重作用复位。其中单向阀能起到防止液流逆流的现象，溢流阀用来保持系统中的额定压力，然后通过电液换向阀来控制回路的加压和卸压，从而控制三级单作用液压缸的运动。所以本设计中用到的液压阀有单向阀一个，溢流阀一个和点位换向阀一个，从而实现上述液压回路功能。（1）回路设计所以设计出由单向阀一个，溢流阀一个和点位换向阀一个所组成的液压回路示意图如图4-1。图4-1 液压系统回路图1.油箱 2液压泵 3.单向阀. 4.溢流阀 5.三级单作用液压缸 6.电液换向阀回路中，油从油箱中被油泵吸出来出来，如果两位四通电液换向阀通电，那么油泵启动液压油通过右边在通过溢流阀进入无杆腔，油压进入液压缸，液压缸活塞依次推出。如果两位四通电液换向阀不通电，活塞杆在外力作用下推入回位，电液换向阀直接进入油箱，完成卸载。其中，单向阀防止油液逆流回液压泵。（2）油路设计9由图4-1液压系统回路图设计出阀块及油路如图4-2。图4-2 阀块油路示意图其中M面装直角单向阀，W面装溢流阀，S面装电液换向阀，H面接进回油管，V面接液压缸。4.2单向阀与电液换向阀的选用4.2.1单向阀选用单向阀用于液压回路中起防止油流回流作用。单向阀有2种类型：直通式、直角式。直通式一般由螺纹连接装在管路上，直角式有螺纹连接、板式连接和法兰连接3种。本文选有板式连接各液压阀，所以选用直角式单向阀。跟据已有标准单向阀，和液压回路流量，压力，选用单向阀型号DIFL20H。具体外形与外形： 图4-3直角单向阀板式外形图尺寸如表4-1表4-1直角单向阀尺寸 公称通径mm公称流量L/minA1A2A3A4A5A6A7B1B2M20100 1148159138036 25 98 65M164.2.2电液换向阀的选用电液换向阀是由电磁阀起先导作用，主要改变油路方向，以改变执行元件的旋转，运动方向的换向，也可用来完成液压卸载和顺序动作等。在这里，电液换向阀起到了换向和压力卸载的作用。根据已有标准电液换向阀，和液压回路流量，压力，选用电液换向阀型号24DY*-L20H-T*。其外形结构如图4-4：图4-4 电液换向阀外形图4.3溢流阀的设计4.3.1溢流阀的分类溢流阀的基本功用是：当系统的压力达到或超过溢流阀的调定压力时，系统的油液通过阀口溢出一些，以维持系统压力近于恒定，防止系统压力过载，保障泵、阀和系统的安全，此时的溢流阀常称为安全阀或限压阀。溢流阀的根据结构可分为直动型和先导型两种10。（1）直动型溢流阀图4-5 直动型溢流阀结构简图（a）锥阀式 (b)球阀式 (c)滑阀式 (d)溢流阀的基本符号1-调压螺栓 2-弹簧 3-阀芯 4-阀体（含阀座）锥阀式和球阀式又叫座阀式溢流阀，特点是动作灵敏，密封性能好，配合没有泄漏间隙，但导向性差，冲击性较强，阀座阀芯易损坏。滑阀式由于阀口有一段密封搭合量，稳定性较好，不易产生自激振动，但动作反应较慢。下面以锥阀式DBD直动型溢流阀为例说时其工作原理：图4-6 锥阀式DBD直动型溢流阀（插装式）（a）结构图 （b）局部放大图 （c）简化符号 （d）详细符号1-偏流盘 2-锥阀 3-阻尼活塞 4-调节杆 5-调压弹簧 6-阀套 7-阀座a. 工作原理: 设弹簧预紧力为，活塞底部面积为A则：当时，阀口关闭。当时，阀口即将打开，此时， , (开启压力)当时，阀口打开，稳压溢流或安全保护。 锥阀开启后,由此得锥阀的力平衡方程为： 即： (4-1)式中， 、分别为弹簧刚度和预压缩量（），为阀芯自重（水平时不考虑）， 为阀芯与阀套间的摩擦力（），为稳态液动力（），为射流力()。此处 , (4-2)b. 调压原理：调节调压螺帽改变弹簧预压缩量，便可调节溢流阀调整压力。c. 特点：从式（4-2）可知这种阀的进口压力不受流量变化的影响,被控力变化很小,定压精度高。但由于直接与平衡。若较高，较大时,就相应地较大，不但手调困难，且略有变化，变化较大,所以一般用于低压小流量场合。（2）先导式溢流阀a. 组成 先导阀有直动式锥阀，硬弹簧。主阀中有带有导向圆锥面的锥阀（二级同心式）和软弹簧；滑阀和软弹簧；带有多节导向圆锥面的锥阀（三级同心式）和软弹簧。图4-7 YF型三节同心先导溢流阀（板式）1、阀体 2、主阀座 3、主阀芯 4、先导阀盖5、先导阀座 6、先导阀锥式阀芯7、调压弹簧 8、调节杆 9、调压螺栓 10、手轮 11、主阀弹簧先导型溢流阀的先导阀是一个小规格的锥阀式直动溢流阀，其弹簧用于调定主阀部分的溢流压力。主阀的弹簧不起调压作用，仅是为了克服摩擦力使主阀芯及时回位而设置。b. 工作原理：设为先导阀阀座孔面积（）,、为先导阀弹簧预紧力、刚度。、为主阀弹簧预紧力、自重、摩擦力。当时，导阀关闭，主阀也关闭。当时，导阀打开，主阀两端产生压差：当 时,主阀关闭。时，主阀打开稳压溢流或安全保护。得主阀芯和导阀的力平衡方程分别为：由上两式可得溢流阀进口压力为： （）(4-3)调压原理：调节调压螺帽,改变硬弹簧力,即可改变压力。特点: 溢流阀稳定工作时,主阀阀芯上部压力小于下部压力。 即使下部压力较大,因有上部压力,弹簧可做得较软,流量变化引起阀心位置变化时,弹簧力的变化量较小,压力变化小。 又 调压弹簧调好后,上部压力为常数。 压力随流量变化较小,克服了直动式溢流阀的缺点。 还 先导阀的溢流量仅为主阀额定流量的1%左右 先导阀阀座孔的面积、开口量、调压弹簧刚度都不必很大 先导型溢流阀广泛用于高压、大流量场合11。4.3.2溢流阀的主要性能（1）静态特性：a. 压力调节范围定义：调压弹簧在规定范围内调节时，系统压力平稳（压力无突跳及迟滞现象）上升或下降最大和最小调定压力差值。b. 启闭特性定义：溢流阀从开启到闭合全过程的被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。 一般用溢流阀处于额定流量、额定压力时，开始溢流的开启压力和停止溢流的闭合压力分别与的百分比来表示。开启压力比： 闭合压力比： 两者越大及越接近,溢流阀的启闭特性越好。一般规定：开启压力比应不小于，闭合压力比应不小于85%，其静态特性较好。c. 卸荷压力：当溢流阀作卸荷阀用时，额定流量下进、出油口的压力差称为卸荷压力。d. 最大允许流量和最小稳定流量：溢流阀在最大允许流量（即额定流量）下工作时应无噪声。e. 静态特性关系式先导型溢流阀在稳态溢流条件下，满足下列关系式：主阀口出流方程式为 （） (4-4)式中，为受控压力（），油液密度（），其他参数意义同前。主阀芯受力平衡方程式：（） （4-5） 式中，开启时取正号，闭合时取负号；其余参数意义同前。通过主阀芯阻尼孔的流量方程式：阻尼孔结构为细长孔，其流量 () (4-6)式中阻尼孔截面积（）；阻尼孔的流量系数。先导阀口出流方程式： () (4-7)式中，先导阀流量系数，先导阀阀座孔直径()，为先导阀阀口的轴向开度（），先导阀芯的半锥角。先导阀芯受力平衡方程式： （4-8）式中，各参数意义同前。（2）动态特性压力超调量：最大峰值压力与调定压力的差值。响应时间：指从起始稳定压力与最终稳态压力之差的10%上升到90%的时间。(即图4-8中A、B两点的间的时间间隔)过渡过程时间：指从调定压力到最终稳态压力的时间。(即图4-8中B点到C点间的时间间隔)升压时间：指溢流阀自卸荷压力上升至稳定调定压力所需时间。（即图4-9的）。卸荷时间：指卸荷信号发出后由稳态压力状态到卸荷压力状态所需的时间。(即图4-9中的)。图4-8 流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性图4-9 溢流阀升压与卸荷特性4.3.3溢流阀的计算（1）溢流阀设计参数因为控制系统是与液压缸相连的，所以控制系统的阀的各项指标应符合液压缸的需求。即溢流阀的额定压力与液压缸的相同；溢流阀的额定流量为液压缸油口处的流量。由 （4-9）式中：Q为液压缸油口处的流量，即溢流阀流量， D为油口直径，由已知条件可知D=30mm ， v为油液流速，由许用值，取v=6m/s 。所以 =25.434 L/min圆整为 26L/min 。所以得溢流阀的设计参数为：a. 额定压力。b. 额定流量。c. 卸荷压力Mpa。（2）选择结构形式设计溢流阀结构设计，通常式根据其工作所要求的压力和流量选择阀的基本结构形式，根据最大流量并按经验确定阀的各部分尺寸，根据静态特性要求确定弹簧系数，然后计算静态特性12。根据本文的条件，采用先导溢流阀进行设计。（3）主要结构尺寸的初步确定图4-10 溢流阀结构尺寸示意图a. 进油口尺寸D0确定按照额定流量和允许流速来决定，即： （4-10） 式中，Vs为进油口流速的许用值，一般取 Vs=6m/s， Qs 为额定流量。将将已知量带入可得： 取24mm 。b. 决定主阀阀座孔直径d0先决定主阀阀芯过流部分直径D2按经验公式取 =（0.50.82）=19 mm （4-11） 在决定d0 尺寸按经验公式取 =-（0.10.2）10-2 （m） （4-12） =19-1=18 mmc. 决定主阀芯大直径D及上端小直径D1一般取 D=（1.62.3）=1.6619.=31.54mm （4-13） D圆整为32mm 。在决定D1时，必须考虑主阀上腔受压面积稍大于下腔受压面积。一般取上下腔面积比 （4-14） 因此有 ，即 （4-15） 将已知条件代入： 圆整为=18.5mmd. 决定主阀阀芯半锥角、主阀座孔半锥角、和扩散角一般取=46o47o 这里取=46o =43o=22o3035o 这里取=35oe. 决定主阀防震尾直径，长度以及过度直径防震尾直径，长度一般参照现有的阀决定。这里取=15mm =20mm过度直径，一般要求该处的液流速度Vo不得超过许用值，即 所以有 （4-16）式中，为额定流量， 为许用流速，一般取10m/s20m/s，这里取10m/s。还可可根据结构来确定。不要太小，以免产生的压差太大，不利于主阀的开启，这里取=10mm 。f. 决定主阀阻尼小孔直径及长度由经验公式：=（0.080.12）m 这里取=1mm =（719）=110=10mmg. 决定主阀阀芯的最大行程h图4-11 阀口过流面积主阀阀芯的最大行程h出现在溢流阀处在卸荷状态时，这时要求全部流量通过阀口的液流速度的许用值=814m/s，如图4-10可得下式： （4-17）式中，为主阀过流部分直径，其他符号意义如前。解得二次方程： mmh. 校核主阀阀芯的最大行程h 需满足： （4-18）因为 =19-（10+4）=5 mm所以 满足要求。i. 先导阀夹角的确定图4-12 先导阀锥角 一般取=40oj. 主阀弹簧设计主阀的弹簧刚度很小，因