上料机液压系统的设计

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文)兰州交通大学博文学院2013届毕业生毕业论文（设计） 题目：上料机液压系统的设计 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机制（6）班 学 号: 20090760 姓 名: 任 静 指导老师: 刘晓琴 2013年6月4日45摘 要压力机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。而上料机只是压力机中的一种类型，它是主要的功能就是实现工件的输送。例如：当铸件、锻件、冲压件或经预加工材料作为毛坯时，需要在机床上设置的上料机构。而此次所设计的上料机液压系统要求所完成的是：快速上升慢速上升（可调速）快速下降下位停止的半自动循环，即就是在一个竖直空间内进行上下循环运动。为了实现此项要求，首先，对上料机进行运动分析和负载分析，了解并计算出上料机在各个阶段的受力情况，绘制出负载和速度图；其次，确定出此液压系统需要的基本回路，根据其基本回路来拟定液压系统原理图；接下来设计液压缸的结构即确定液压缸各组成的基本尺寸、材料、加工要求等；然后对液压系统中所确定的液压阀进行型号的确定，确定电动机及液压泵的型号；最后进行辅助元件的选择及液压系统技术性能的验算。关键词：上料机 液压系统 液压缸 AbstractThe press is a kind of liquid pressure energy to transmit energy, to achieve a variety of processing machine. While the machine is in press of a type, it is the main function is the realization of the work piece .For example: when casting, forging, stamping or by pre-processing material as blank, need feeding mechanism is arranged on the machine. Feeding machine hydraulic system and the design requirement is the completion of the rapid rise, slow rise: (adjustable)-rapid decline-semi-automatic cycle net stop, which is circular motion in a vertical space.In order to achieve this requirement, first of all, motion analysis and load analysis of the feeding machine, understanding and calculate the feeding machine in the stress of each phase, draw the load and velocity map; secondly, the basic circuit to the hydraulic system, to draw up the schematic diagram of hydraulic system on the basis of the basic circuit; the design of hydraulic cylinder structure is to determine the basic size, each hydraulic cylinder composed of materials, processing requirements; the hydraulic valve in the hydraulic system are determined by the models to determine, determine the motor and hydraulic pump and hydraulic calculation model; at last, the system performance of auxiliary components.Keywords: Machine hydraulic Cylinder Hydraulic system目录摘 要I1.绪论11.1 背景介绍11.2液压技术现状和发展趋势21.2.1液压技术现状21.2.2液压业发展趋势32.上料机液压系统设计42.1设计基本数据42.2工况分析42.2.1运动分析52.2.2负载分析52.2.3绘制负载和速度图72.3液压系统原理图的拟定82.3.1液压回路的基本选择92.3.2绘制液压系统的原理图及工作过程分析93.液压缸的设计113.1液压缸基本参数的确定113.1.1初选液压缸的工作压力113.1.2液压缸基本尺寸的计算113.1.3活塞杆稳定性校核123.1.4计算液压缸的最大流量133.1.5绘制工况图133.2液压缸的结构设计153.2.1液压缸的结构153.2.2液压缸设计需要注意的事项163.2.3.液压缸主要组成的材料和技术要求（液压元件手册）174.液压元件的选择234.1电动机的选择234.2选择液压泵234.3选择阀类元件244.3.1单向阀的选择254.3.2液控单向阀的选择254.3.3调速阀的选择264.3.4顺序阀的选择274.3.5压力继电器284.3.6行程阀的选择294.3.7背压阀的选择294.3.8电磁换向阀的选择294.4液压辅助元件的选择304.4.1管道304.4.2油箱的选择314.4.3滤油器的选择334.4.4液压油的选择355.液压系统技术性能的验算375.1压力损失及调定压力的确定375.2验算系统的发热与温升39结论42致 谢43参考文献44附图：451.绪论1.1 背景介绍液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动称为流体传动，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，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。液压传动和控制由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展,使液压系统和元件在技术水平上有很大提高.液压传动将向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展. 液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展。液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。1.2液压技术现状和发展趋势1.2.1液压技术现状我国液压行业是从当年的小作坊、主机厂的车间或分厂发展壮大起来的。 经 过改革开放三十的发展，已经成为品种规格齐全、基本可以满足我国各种装备要求、具有一定国际竞争力的产业，成为我国机械工业的重要基础行业。改革开放30年来，我国液压行业企业从30年前的小作坊，主机厂的车间走出来，经过技术引进及消化吸收再创造，多次技术改造及工艺流程再造，已经成为装备制造业的重要基石和机械工业的基础产业，为国家大工程和重点项目配套 取得显著成就。近年来，我国液压行业企业为国家重点工程和重大技术装备，提供了大量的液压系统，如三峡工程二、三期工程的升船机、启闭机液压系统秦皇岛码头二三期工程、宝钢、鞍钢等。1.2.2液压业发展趋势（1）节省能耗，充分利用能量,提高效率,如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。（2）发展机电一体化元件和系统。电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传动与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。（3）发展具有比例阀的耐污染和伺服阀高精度、高频响的直动型电液控制阀。（4）重视环保，发展零泄漏液压系统和低噪声元件环保型产品将具竞争优势。随着人们环境意识的加强，开发保护型液压产品，将成为今后液压技术的主流。（5）应用现代控制技术，提高电液压自动控制系统的性能。2.上料机液压系统设计2.1设计基本数据设计一台上料机液压系统，要求该系统完成：快速上升慢速上升（可调速）快速下降下位停止的半自动循环。采用900V型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N，启动、制动时间均为0.5s，液压缸的机械效率为0.9。设计数据如下表2.1所示：表2.1 设计参数表参数数据滑台自重（）1400工件自重（）5800快速上升速度（）55快速上升行程（）420慢速上升速度(）18慢速上升行程（）100快速下降速度（）60快速下降行程（）550 图2.1上料机示意图2.2工况分析对液压缸的执行元件进行工况分析，就是查明液压缸的每个执行元件在各自的工作过程中的速度和负载的变化规律，通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值。必要时还应该作出速度、负载随时间或位移变化的曲线图。2.2.1运动分析根据各执行元件在完成一个工作循环内各阶段的速度，绘制以速度为纵坐标，时间或位移为横坐标的速度循环图，如2.2图所示： 图2.2 工作循环中速度的变化情况图2.2.2负载分析负载分析就是研究各执行元件在一个工作循环内各阶段的受力情况。工作机构作直线运动时，液压缸必须克服的 （式2.1）式中工作负载； 导向摩擦负载； 惯性负载。（1）工作负载此系统的工作阻力即为工件的自重与滑台的自重。=滑台自重+工件自重=1400+5800=7200 （式2.2）（2）导向摩擦负载导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力，其值与运动部件的导轨形式、放置情况及运动状态有关，各种形式导轨的摩擦负载计算公式可查阅有关手册。V形导轨： （式2.3）式中运动部件的重力（）；垂直于导轨的工作负载（）；V形导轨的夹角，一般=90；摩擦系数，其值可查机床设计手册。 而摩擦系数有静摩擦系数和动摩擦系数； 静摩擦系数s=0.2,动摩擦系数d=0.1。 所以可得到： =0.2=16.9706 =0.1=8.4853（3）惯性负载 惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出，即 （式2.4） 式中重力加速度（）； 时间内的速度变化值（）； 启动、制动或速度转换时间（）。 所以 快速上升：=80.8163 慢速上升：=54.3673 制动：=26.4490 快速下降：=88.1633 制动：=88.1633由于液压缸垂直安放，其重量较大，为了防止因重量而自行下滑，所以系统中应该设置平横回路。而机械效率为0.9。则系统中液压缸在各阶段的负载如下表2.2：表2.2 各阶段负载表工况计算公式总负载（）液压缸推力（）启动=7216.97068018.8562加速=+7289.30168099.224快上=7208.48538009.4281减速=-7154.11807949.02工进=7208.48538009.4281制动=-7182.03637980.0403反向加速=96.6486107.3873快退=8.48539.4281制动=-80.1633-89.07032.2.3绘制负载和速度图按照前面的负载分析结果及已知的速度要求行程限制等，绘制出负载图及速度图如图2.3所示。图2.3负载图图2.4 速度图2.3液压系统原理图的拟定在拟定液压统时，应根据各类主机的工作特点和性能要求，先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路，然后再考虑其他辅助回路。液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面的问题：由工况图（见图3.1，图3.2，图3.3）分析可知，系统在快速上升和快速下降时所需的流量较大，慢速上升时所需的流量较小，且为了实现快速运动用液压缸的差动联接。2.3.1液压回路的基本选择（1）由于系统在慢速上升时速度要求可调节，且流量小，速度低且负载变化不是很大故采用调速回路。（2）由于快速上升和慢速上升之间需要速度换接故需要速度换接回路。（3）为了防止上端停留时滑台下落和保持重物在一定时间内平衡，故应有平衡及锁紧回路。2.3.2绘制液压系统的原理图及工作过程分析（液压系统原理见间附图）系统工作过程如下：（1）快速上升按下启动按钮，三位四通电磁阀5的1YA得电，使阀的左位进入工作状态，这时的主油路是：进油路：滤油器2泵3单向阀4电磁阀5的P口到A口油路10、11行程阀17油路18液压缸19的无杆腔（左腔）。回油路：液压缸19的有杆腔（右腔）油路20电磁阀5的B口到T口油路液控单向阀9油路11行程阀17油路18液压缸19的无杆腔（左腔）。（2）慢速上升在快速上升行程结束时，行程阀17的挡铁压下，是其上位进行工作，使油路11、18断开。电磁阀5的电磁铁1YA继续通电，使电磁阀5的左位继续工作。电磁阀14处于断电状态则右位工作，进油路经过调速阀12，与此同时顺序阀7打开，并关闭液控单向阀9，使差动联接的油路切断。进油路：滤油器2泵3单向阀4电磁阀5的P口到A口油路10调速阀12两位两通电磁阀14线路18液压缸19的无杆腔（左腔）。回油路：液压缸19的有杆腔（右腔）油路20电磁阀的B口到T口油路顺序阀7背压阀6油箱。（3）保压（停留）当动力滑台进给终了时，液压缸停止不动。当系统压力达到压力继电器所给定的值是，经过时间继电器的延时，使滑台有向下运动的趋势。（4）快速下降时间继电器在发出信号后，电磁阀5的2YA得电，1YA失电，3YA断电，电磁阀5的右位进行工作，这时主油路是：进油路：滤油器2泵3单向阀4电磁阀5的P口到B口油路20液压缸19的有杆腔（右腔）。回油路：液压缸19的无杆腔（左腔）油路18单向阀15油路11电磁阀5的A口到T口油箱。（5）原位停止当滑台回到原始位置时，电磁铁1YA、2YA、3YA都失电，电磁铁5处于中位，滑台停止运动。液压系统的电磁铁和行程阀的动作表2.3如下：表2.3动作表1YA2YA3YA行程阀17快速上升+-慢速上升+-+保压（停留）-快速下降-+-原位停止-通过以上分析对系统中的基本回路进行分析：（1）调速回路：采用了由限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路。它既满足了系统调速范围，而且低速稳定性好的要求，又提高了系统的效率。进给时，在回油路上增加了一个背压阀，这样做一方面是为了改善速度的稳定性，另一方面是为了使滑台能承受一定的与运动方向一致的力。（2）快速运动回路：采用限压式变量泵和差动连接两个措施实现快进，这样既能得到较高的快进速度，又不致使系统效率过低。动力滑台快速上升和快速下降时速度大一些，泵的流量自动变化，系统无溢流损失，效率较高。（3）换接回路：采用行程换向阀实现速度的换接，换接的性能较好。（4）平衡及锁紧回路：采用液控单向阀来实现锁紧及平衡，使滑台达到预期的效果。3.液压缸的设计3.1液压缸基本参数的确定液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载来确定，此外，还需要考虑一下因素：（1）各类设备的不同特点和使用场合。（2）考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重，压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。3.1.1初选液压缸的工作压力根据分析此设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选此设备的工作压力为2Mpa。3.1.2液压缸基本尺寸的计算 （式3.1） 式中液压缸上的外负载力；工作压力； 液压缸的有效工作面积； 机械效率。则有: =44.995而: =得=7.5按标准圆整取得=80(液压缸内径)由公式得0.02585=25.85即活塞杆直径为26,按标准圆整取得25。 则无杆腔面积：=5.024 有杆腔面积：=4.533从机械设计中查得： （式3.2）式中液压缸内径； 液压缸的壁厚； 缸筒材料的许用应力 ， ； 缸筒材料的屈服极限 ，=600； 安全系数 ，=3。 则得到； 且； 则利用公式（液压与气压传动中）得到4即液压缸的壁厚为4。由+来计算液压缸的外径，即：80+2=88活塞长度为（0.6-1.0）则活塞长度=0.864。3.1.3活塞杆稳定性校核因为活塞杆总行程为550而活塞杆直径为25mm，L/d=550/25=2210,故需要对其进行稳定性校核。材料力学中的有关公式，根据液压缸的一端支撑，另一端铰链，取末端系数=2。活塞杆材料用普通碳钢则：材料强度试验值，系数=1/5000，柔性系数=85，；因为=88=85=120，所以其临界载荷为： （式3.3） 取安全系数时， 由上式可知：在当n=4时，活塞杆的稳定性满足，此时可以安全使用。3.1.4计算液压缸的最大流量=5.0245.0244.5333.1.5绘制工况图按照所确定的液压执行元件的工作面积和工作循环中各个阶段的负载（由）绘制出压力图。则 根据上面计算绘制出压力图，再根据已绘制的压力图和流量图，绘制出功率（）图。 表3.1 工况数据表工况压力流量功率快速上升1.616.5826.528慢速上升1.65.438.688快速下降0.00216.8433.68工况图如下：图3.1压力图图3.2 流量图图3.3 功率图3.2液压缸的结构设计3.2.1液压缸的结构液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸、和摆动缸三类。活塞缸和柱塞刚实现往复运动，输出推力和速度。摆动缸则能实现小于的往复摆动，输出转矩和角速度。液压缸除单个使用外，还可以几个组合起来和其他机构组合起来，在特殊场合使用，已实现特殊的功能。液压缸通常由后端盖，缸筒，活塞杆，活塞组件，前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄或高压腔向低压腔泄露，在缸筒与端盖，活塞与活塞杆，活塞与缸筒，活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。 （1）缸筒与端盖的连接形式 常见的连接形式有法兰式连接，结构简单，加工方便，连接可靠；半环式连接，分为外半环连接和内半环连接两种连接形式，半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒的强度；螺纹连接，有外螺纹连接和内螺纹连接两种，体积小，重量轻，结构紧凑；拉杆式连接，结构简单，工艺性好，通用性强但端盖的体积和重量较大；焊接式连接，强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。（2）活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式，除此之外还有整体式结构，焊接式结构等。（3）活塞组件的密封活塞装置主要用来防止液压油的泄漏，良好的密封是液压缸传递动力，正常工作的保证，根据两个需要密封的耦合面间有无相对运动，可把密封分为动密封和静密封两大类。设计或选用密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高密封性，除此之外，摩擦阻力要小，耐油，抗腐蚀，耐磨，寿命长，制造简单，拆装方便。常见的密封方法有间隙密封，活塞环密封，密封圈密封；而密封圈密封是液压系统中应用最为广泛的一种密封，密封圈有O形，V形，Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶，尼龙等。（4）缓冲装置当液压缸拖动负载的质量较大，速度较高时，一般应在液压缸中设缓冲装置，必要时还需在液压传动系统中设缓冲回路，以免在行程终端发生过大的机械碰撞，导致液压缸的损坏。缓冲原理是当活塞或缸筒接近行程终端时，在排油腔内增大回油阻力，从而降低液压缸的运动速度，避免活塞与缸盖相撞。液压缸中常用的缓冲装置有：圆柱形环隙式缓冲装置；圆锥形环隙式缓冲装置；可变节流槽式缓冲装置；可调节流孔式缓冲装置。（5）排气装置液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动，爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。对于要求不高的液压缸，往往不设计专门的排气装置，而是将油口布置在缸筒两端的最高处，这样也能使空气随油液排往油箱，再从油箱溢出；对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞，排气阀等。当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常工作。3.2.2液压缸设计需要注意的事项（1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。（2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。（3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。（4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。3.2.3.液压缸主要组成的材料和技术要求（液压元件手册）（1）缸筒主要技术要求有足够的强度，能长期承受最高工作压力机短期动态试验压力而不会产生永久性变形。有足够的刚度，能承受活塞侧向力和装置的反向作用力，而不至于产生弯曲。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，且磨损极少，几何精度高，确保活塞密封。某些焊接式结构的缸筒，焊接上法兰或管接头后，不应产生裂纹或有过大的变形。在采用铸铁缸筒时，其组织应紧密无渗漏现象。材料缸筒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，可选用以下材料。碳素钢：20、30、35、45号等；合金结构钢：30、35、38等；铸钢：、500等；铸铁：350等或球墨铸铁；不锈钢：；铝合金：、3、6等；青铜：9-4、10-3-1.5等。一般情况下，常采用碳素钢，其中，因20号钢的力学性能较低，且不能调制处理，应用较少；当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件需要焊接时，应采用焊接性能较好的35号钢，粗加工后经调制处理；一般均采用45号钢，并应调质到241285。缸筒加工工艺要求缸筒内径采用、配合。表面粗糙度：当活塞采用橡胶密封圈密封，取0.10.4，当活塞采用活塞环密封时，取0.20.4。且均需珩磨。缸筒内径的圆度公差值可按9、10或11级精度选取，圆柱度公差值可按8级精度选取。图3.4 缸筒加工图缸筒端面的垂直度公差可按7级精度选取（图3.4）。当缸筒与缸头采用螺纹联接时，螺纹应取6级精度的普通螺纹。当缸筒带有耳环或销轴时，孔径或轴径的中心线对缸筒内孔轴线的垂直度公差值应按9级精度选取（图3.5、图3.6）。图3.5耳环型缸筒加工图图3.6 销轴型缸筒加工图为了防止腐蚀和提高寿命，缸筒内表面应镀以厚度为30到40的铬层，镀后进行珩磨或抛光。由于缸体内径为80，利用液压工程手册表23.3-3选取45号钢，内径精度配合，表面粗糙度。（2）缸盖缸盖的材料液压缸的缸盖可选用35、45钢或、铸铁或、铸铁等材料。当缸盖本省又是活塞杆的导向套时，缸盖最好选用铸铁。同时，应在导向表面上熔堆黄铜、青铜或其他耐磨材料。也可以在缸盖中压入导向套。缸盖的加工要求（图3.7）图3.7 缸盖加工图直径（基本尺寸同缸筒内径）、（活塞杆的缓冲孔）、（基本尺寸同活塞杆密封圈的外径）的圆柱度公差值，应按9、10、11级精度选取。、与的同轴度公差值为0.03。端面、与直径轴线的垂直度公差值，应按7级精度选取。导向孔的表面粗糙度为。（3）活塞活塞的材料活塞的材料一般不同于缸筒的材料，尤其是无导向环的活塞。无导向环的活塞：可用耐磨铸铁，灰铸铁（），球墨铸铁等。有导向环的活塞：可用碳素钢20、35、45钢，特殊场合还可用铝合金等。加工要求（图3.8）图3.8 活塞加工图活塞的宽度尺寸，可根据密封结构形式来确定。活塞外径对内孔的径向圆跳动公差值，按7、8级精度选取。端面对内孔轴线的垂直度公差值，按1级精度选取。外径的圆柱度公差值，按9、10、11级精度选取。（4）活塞杆材料实心活塞杆的材料采用35、45钢；空心活塞杆的材料采用35、45无缝钢管。加工要求热处理：粗加工后，调质到硬度为229285，必要时，再经高频淬火，硬度达4555。表面处理：活塞杆表面须镀铬，厚1525，也有的要求达3050，防腐要求特别高的则要求先镀一层软铬或镍，镀后抛光。用于低负载（低活塞速度，低工作压力）和良好环境条件的液压缸，活塞杆可不作表面处理。活塞杆的圆度公差值，按9、10、11级精度选取。活塞杆的圆柱度公差，按8级精度选取。活塞杆的径向圆跳动公差值为0.01。端面的垂直度公差值，应按7级精度选取。活塞杆上的螺纹，一般应按6级精度加工；如果负载较小，机械振动较小时，允许按7、8级精度加工。活塞杆上有联接销孔时，该孔径应按11级精度加工。销孔轴线与活塞杆轴线的垂直度公差值，按6级精度选取。活塞杆工作表面的粗糙度一般为，要求高时；活塞杆的直线度公差值为。（5）导向套材料导向套常用材料为耐磨铸铁，铸造青铜，聚四氯乙烯，加布酚醛树脂等。导向套的长度导向套的长度通常要考虑活塞直径，导向套的结构形式，导向套材料的承压能力，最大侧向负载等因素，总长度不宜太长，以减少摩擦力。一般，当缸筒内径80时，导向套滑动面的长度取（0.6-1.0）。当缸筒内径80时，导向套滑动面的长度取（0.6-1.0），其中为活塞杆的直径。则导向套滑动面的长度L=0.6。加工要求导向套内圆的配合，一般取或；表面粗糙度为0.63-1.25。4.液压元件的选择4.1电动机的选择液压系统所需的功率： （式4.1）式中液压系统的最大功率； 液压泵的工作效率，取=0.75。所以通过机械设计课程设计手册表12-1Y系列电动机的技术数据，可选用的电动机型号为，其额定功率37，额定转速1480。4.2选择液压泵液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液的压力能，再以压力，流量的形式输到系统中去，它是液压传动系统的心脏，也是液压系统的动力源。液压泵按其在单位时间内输出油液体积能否调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可以分为齿轮式，叶片式和柱塞式三大类。首先根据设计要求和系统工况确定泵的类型，然后根据液压泵的最大供油量和系统工作压力来选择液压泵的规格。（1）液压泵的最高供油压力 （式4.2）式中液压泵的最高供油压力（）； 执行元件的最高工作压力（）； 进油路上总的压力损失（）。 （式4.3）式中系统的最大负载； 液压缸无杆腔的有效工作面积； 机械效率。则因为行程终了时流量，管路和阀均不产生压力损失；而此时液压缸排油腔的背压已与运动部件的自重相平衡，所以背压的影响也可不计。对于简单系统取=0.20.5，对于复杂系统取=0.51.5。则（2）确定泵的最大供油量液压泵的最大供油量为: （式4.4）式中：液压泵的最大供油量（）； ：系统的泄漏修正系数，一般取，大流量取小值，小流量取大值则该系统取=1.3； ：同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值（）。所以。为了使液压泵工作安全可靠，液压泵应有一定的压力储备量，通常额定压力可比工作压力高25%60%。泵的额定流量则已相当，不要超过太多，以免造成过大的功率损失。所以系统额定压力应为3.187.64；液压系统所需的排量:。式中:表示电动机同步转速；因此。 根据液压元件产品样本选择限压式变量叶片泵，其特点：它可根据系统的负载变化自动调节输出流量；具有降低能源消耗，限制油液升温的特点，多用于液压滑台，组合机床，半自动线或自动线的液压系统中。具体型号YBX-25额定压力为6.3，排量为额定转速为。4.3选择阀类元件各种阀类元件的规格型号，按液压系统原理图和系统工况提供的情况从产品样本中选取，各种阀的额定压力和额定流量，一般应与其工作压力和最大通过流量相接近，必要时，可允许其最大通过流量超过额定流量的20%。具体选择时，应注意溢流阀按液压泵的最大流量来选取；流量阀还需考虑最小稳定流量，以满足低速稳定性要求；单杆液压缸系统若无杆腔有效作用面积为有杆腔有效作用的面积的几倍，当有杆腔进油时，则回油流量是进油流量的几倍，应以几倍的流量来进行选择通过的阀类元件。4.3.1单向阀的选择单向阀是只允许油液向一个方向，而不允许反向流动的阀。它可用于液压泵的出口，防止系统油液倒流；用于隔开油路之间的联系，防止油路相互干扰；也可用作旁通阀，与顺序阀减压阀节流阀和调速阀并联，从而组合成单向顺序阀单向减压阀单向节流阀和单向调速阀等。（1）单向阀的主要性能开启压力：阀芯刚开启时A腔的压力。内泄漏量：当油液由B腔反向流入时，通过阀芯与阀座之间的密封面泄漏到A腔的泄漏量。压力损失：通过额定量时A腔与B腔之间的压差。（2）单向阀的主要性能要求内泄漏量小；对单向阀而言，内泄漏量越小越好，最好是无泄漏。压力损失小；压力损失有两部分构成，一部分是由弹簧力和阀芯与阀体之间的摩擦力以及阀芯的重力造成的压力损失；另一部分是由油液流过阀座孔处所产生的压力损失。为了减少压力损失，可以选用开启压力低和阀座孔处过流断面大的单向阀。（3）单向阀的类型按进出口流道的布置形式，单向阀可分为直通式和直角式两种。直通式单向阀进口和出口流道在同一轴线；直角式单向阀进出口流道则成直角布置。按阀芯的结构形式，单向阀又可分为钢球式和锥阀式两种。通过综合考虑，在液压元件产品样本选取型号为S10A1A，开启压力为0.05，通径为10，流量为18。4.3.2液控单向阀的选择液控单向阀有带卸荷阀芯的和不带卸荷阀芯两种结构形式，这两种结构形式按其控制活塞处的泄油方式，又均有内泄式和外泄式。（1）主要性能要求最小正向开启压力要小。最小正向开启压力与单向阀相同，为0.030.05。反向密封性好。压力损失小。反向开启最小控制压力一般为：不带卸荷阀；带卸荷阀。（2）主要使用要点：利用控制油压开启单向阀，使油液反向自由通过。利用液控单向阀将液压缸活塞固定在任何位置，起到闭锁作用。在使用中，应注意外协式液控单向阀的泄油口压力为零，直接回油箱。按照液压单向阀所示方向正确连接 ，不能装反。质量大的液控单向阀，应支持牢固稳定，不允许用管道支持。综合考虑选取其型号为IY-25B，其流量为11.57（液压元件产品样本）。4.3.3调速阀的选择根据“流量负反馈”原理设计而成的单路流量阀统称为调速阀。根据“串联减压式”和“并联溢流式”之差别，又分为调速阀和溢流调速阀两种主要类型，调速阀中又有普通调速阀和温度补偿型调速阀两种结构。调速阀和节流阀在液压系统中的应用基本相同，主要用于与定量泵溢流阀组成节流调速系统。调节节流阀的开口面积，便可调节执行元件的运动速度。节流阀适用于一般的节流调速系统，而调速阀适用于执行元件负载变化而运动速度要求稳定的系统中，也可用于容积节流调速回路中。（1）一般性能要求：工作压力范围：调速阀能可靠工作时所允许的压力范围，指最低工作压力到额定工作压力。流量调速范围：指自最小稳定流量到额定流量的范围，越大越好。最小稳定流量：进出口压差为最低工作压力值，流量变化率不超过限定值（一般不大于10%）不出现断流时的最小流量。QF或QDF型的最小稳定流量一般为公称流量的10%左右。内泄漏量：关闭调速阀，给其进油口加以额定工作压力，在其出油口测得的泄漏量。流量变化率：进口或出口压力由最低到最高变化时，单位压力变化量下流量变化量相对调定流量的百分比率，即流量变化量除以调定流量值，再除以引起流量变化的压力变化值，乘以100%，单位是%。一般为0.2%以下。外泄漏量：进口压力为额定压力，出口压力为90%的额定压力时测得的外泄漏口泄漏量。从液压阀使用手册选取调速阀型号为QF3-10aB，其额定压力为6.3，最大流量为6.3，最小稳定流量。4.3.4顺序阀的选择顺序阀的作用是利用油液压力作为控制信号控制油路通断。顺序阀也有直动型和先导型之分，根据控制压力来源不同，它还有内控式和外控式之分。通过改变控制方式泄油方式以及二次油路的连接方式，顺序阀还可用作背压阀卸荷阀和平衡阀等。（1）性能要求和溢流阀一样，压力振摆压力偏移内泄漏量外泄漏量正向压力损失反向压力损失要求越小越好；稳态压力-流量特性佳；动作可靠；瞬态响应快，压力超调量小；密封性好；耐压。最重要的是启闭特性。通常直动式顺序阀的开启压力比为75%80%，闭合压力比为70%75%；先导式顺序阀的开启压力比为90%95%，闭合压力比为70%75%。（2）应用要求用以实现多个执行元件的顺序动作；用于保压回路，使系统保持某一压力；作平衡阀用，保持垂直液压缸不因自重而下落；用外控顺序阀作卸荷阀，使系统某部分卸荷；用内控顺序阀作背压阀，改变系统性能。从液压阀使用手册选取顺序阀型号为X-D10B，其最高使用压力为10，推荐的流量为20。4.3.5压力继电器（1）作用和种类压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的电液控制元件。当油液压力达到压力继电器的调定压力时，即发出电信号，以控制电磁铁电磁离合器继电器等电器元件动作，使油路卸压换向，执行机构实现顺序动作，或关闭电动机，使系统停止工作，起到安全保护的作用。压力继电器由压力-位移转换部件和微动开关两部分组成。按结构类型和工作原理分类，压力继电器可分为柱塞式弹簧管式膜片式和波纹管式四种。其中柱塞式压力继电器最常用，按其结构有单柱塞式和双柱塞式之分，而单柱塞式又有柱塞差动柱塞和柱塞-杠杆三种形式。按所发出电信号的功能分类，压力继电器有单触点和双触点之分。（2）压力继电器的主要性能：调压范围：压力继电器能够发出电信号的最低工作压力和最高工作压力的范围称为调压范围。灵敏度与通断调节区间：系统压力升高到压力继电器的调定值时，压力继电器动作接通电信号的压力称为开启压力；系统压力降低，压力继电器复位切断电信号的压力称为闭合压力。开启压力与闭合压力的差值称为压力继电器的灵敏度，差值小则灵敏度高。为了避免系统压力波动时压力继电器时通时断，要求开启压力与闭合压力有一定的差值。此差值若可调。则称为通断调节区间。升压或降压动作时间：压力继电器入口侧压力由卸荷压力升至调定压力时，微动开关触点接通发出电信号的时间称为升压动作时间，反之，压力下降，触点断开发出断电信号的时间称为降压动作时间。重复精度：在一定的调定压力下，多次升压（或降压）过程中，开启压力或闭合压力本身的差值称为重复精度，差值小则重复精度高。从液压元件产品样本中选取压力继电器的型号为EYX25-4，其最高使用压力为10，压力调整范围为0.52.5。4.3.6行程阀的选择从液压元件产品样本中选取其型号为1QCA1-1-D10，其通径为10，推荐流量为10，最高使用压力6.3。4.3.7背压阀的选择从液压元件产品样本中选取其型号BXY-Fg10，其通径为10，最高压力为10，背压阀推荐流量为10，背压阀压力调节范围0.41。4.3.8电磁换向阀的选择换向阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换不同管路间得通断关系，实现接通、切断、或改变液流方向的阀类。（1）换向阀的分类按阀的结构形式有：滑阀式、转阀式、球阀式、锥阀式。按阀的操纵方式有：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式、气动式。按阀的工作位置数和控制的通道数有：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀、三位五通阀等。（2）电磁换向阀电磁换向阀是用电磁铁推动阀芯，从而变换流体流动方向的控制阀。电磁换向阀有滑阀和球阀两种结构，通常所说的电磁换向阀为滑阀结构，而称球阀结构的电磁换向阀为电磁球阀。电磁换向阀可直接用在液压系统中，控制油路的通断和切换；也可作先导阀，用来操纵其他阀，如溢流阀、调速阀、液控阀等。（3）电磁换向阀的类型电磁换向阀的品种繁多，按其工作位置数和控制的通道数有：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀、三位五通阀等；按其复位和定位形式可分为弹簧复位式、钢球定位式、无复位弹簧式等；按其阀芯切换油路的台肩数可分为两台肩式和三台肩式；按其阀体内的沉割槽数可分为三槽式和五槽式；按其阀体与电磁铁的连接形式可分为法兰连接和螺纹连接；按其所配电磁铁的结构形式可分为干式和湿式两类。每一类又有交流、直流等形式。（4）电磁阀的工艺要求电磁换向阀是典型的滑阀类元件，其主要零件是阀体和阀芯。电磁换向阀的阀体有机加工流道和铸造流道两种形式。由于电磁换向阀的内部流道较复杂，机加工流道的压力损失较大，故目前大多数采用铸造流道。对电磁换向阀阀体铸件的要求与对溢流阀的基本相同，可参见溢流阀的相应部分。电磁换向阀的配合偶件是阀体和阀芯，为了同时保证其动作可靠性和具有较小的内泄漏量，从设计角度，对电磁阀配合间隙的变化范围都有严格的要求。一般来说，公称通径6电磁阀的配合间隙为610；公称通径为10电磁阀的配合间隙为812。从液压阀使用手册选取二位四通电磁换向阀的型号为24EF3O-E10B去，其额定压力为16；P、A、B口的最高使用压力10，O口的最高使用压力为6.3；通过流量为25 。二位二通电磁换向阀的型号为22EO-H-10B，其压力为10，流量为10，允许背压1.1。4.4液压辅助元件的选择4.4.1管道在液压传动中常用的管子有钢管、铜管、高压软管、胶管、尼龙管和塑料管等。液压系统用的钢管，通常为无缝钢管。有精密无缝钢管（GB3639-83）和普通无缝钢管（YB231-70）。卡套式管接头须采用精密无缝钢管。材料用10号或15号钢，中高压或大通径（80）采用15号钢。这些钢管均要求在退火状态下使用。铜管有紫铜管和黄铜管。紫铜管用于压力较低（）的管路，装配时可按需要来弯曲，但抗振能力较低，且宜使油氧化，价格昂贵；黄铜管可承受较高压力（），但不如紫铜管宜弯曲。在液压系统中，管路连接螺纹有1米制细牙螺纹、非密封管螺纹、密封管螺纹、圆锥管螺纹，以及米制圆锥管螺纹。螺纹的形式均据回路公称压力确定。公称压力的中、高压系统，采用非密封管螺纹或米制细牙螺纹。（1）管道参数计算管内油液的推荐流速，对吸油管，可取（一般取1以下）。对压油管道，可取（压力高时取大值，压力低时取小值；管路较长时取小值；管路较短时取大值；油液粘度大时去小值）。对短管道及局部收缩处，可取。对回油管道，可取。（2）管子内径的计算 （式4.5）式中管子内径（）； 油液的流量（）； 管内油液的流速，按规定的推荐流速选取（）。按标准取油管的内径为8。（3）管子壁厚的计算 （式4.6）式中金属管壁厚度（）； 管子内径（）； 工作压力（）； 许用应力（），对于钢管，=，为抗拉强度（），为安全系数，当在717.5之间时，取；当时，取；对于铜管，取25。即管子壁厚为1。则管子的外径经过查液压元件手册表6-4-1选取通径为10，推荐管路通过流量为63。4.4.2油箱的选择（1）油箱的用途与分类油箱在系统中的功能，主要是储油和散热，也起着分离油液中的气体及沉淀污物的作用。根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积、形式和附件，以使油箱充分发挥作用。油箱有开式和闭式两种：开式油箱开式油箱应用广泛；箱内液面与大气相通。为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼做注油口用。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，充气压力可达0.05。油箱的形状一般采用矩形，而容量大于2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0.05。（2）油箱的构造与设计要点油箱必须有足够大的容量，以保证系统工作时能够保持一定的液位高度；为满足散热要求，对于管路较长的系统，还应考虑停车维修时能容纳油液自由流回油箱时