50T液压压力机机械设计机械设计制造及其自动化毕业论文

教学单位 xx文理学院 学生学号 xxx 编 号 JX2016JZ4251 本科毕业论文（设计）题目 50T液压压力机机械设计 学生姓名 xx 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 xx 年 月 日50T液压压力机机械设计 摘要 在现今社会，液压传动已经是一门相对比较成熟的技术，已经广泛的应用于机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造以及锻压等行业。而其在实现高速、高压、高效率、大功率、经久耐用、噪声低，高度集成化等各项要求的显著优势使得这门技术有着更加广阔的发展前景。本次在对液压传动发展和液压传动的工作原理作了一个简要说明，与此同时，更是对液压技术在锻压机械中的一个典型应用4柱液压机的液压系统进行了全面的设计计算。其内容主要包括：1 液压传动系统方案的分析、比较和确定；2 确定并绘制系统原理图，液压机结构的设计；3 完成液压缸的设计；4 液压系统中各主要参数的计算；5 各种液压元件的选择；6 设计并绘制成系统装配图；在500KN液压机液压系统执行元件液压缸的设计中，利用在前文系统设计中所校核过的如活塞直径D（AL）、活塞杆直径d(MM)等参数，我们对液压油缸的各主要零部件进行了详细的结构设计，并绘制了它们的零件图及液压油缸装配图。在本设计中，所有图纸均使用绘图软件CAXA（电子图板V2版）绘制而成，使得图纸更加清晰，一目了然。关键字：液压机；液压系统设计；液压油缸；CAXAABSTRACTAbstract: Nowadays, hydraulic drive is a technique becoming mature, what has been applied in Manufacture, Engineering Machinery, Farm Machinery, Car Manufacturing, and Forging Presses etc. Moreover, it has a so salient advantage in actualize high pressure, high speed, hight-power, hight efficiency, low yawp, longevity and hight integration that it could develope much faster then others.After the phylogeny of the hydraulic drive and the working theory have been introduced in this paper, we have do a fully design for the system of the single column hydraulic presses which is a type application in Forging Presses.It includes:1 Analysing, comparing and confirming the project of hydraulic drive;2 Confirming and drawing the system blueprint;3 Drawing a blueprint of the cell loop of the integration block;4 Accounting, checking and normalizing the mainly parameter in the hydraulic system5 Choosing the different kinds of hydraulic component6 Designing how to rig out all the parts of the system and then draw a blueprint to reflect it.In the design of the working part of the 50KN system, cylinder, we have do a particular frame design in using the parameter as the diameter of the piston D(AL) and the diameter of the pole d(MM).In this project, to make blueprint more clearly and even be clear at a glance, we draw the entire blueprint in software CAXA.Keywords: Single Column HydraulPresses; The Design of Hydraulic System; Hydraulic cylinder; CAXA目 录1压力机概述11.1压力机发展的概况11.2压力机工作原理21.2.1压力机功能简介21.2.2压力机的工作原理简介32液压机总体结构设计42.1压力机总体设计结构及要求42.2 立柱的强度计算42.3 横梁的强度计算52.4油箱的设计53.压力机的液压系统设计63.1液压传动的优缺点63.2设计参数和应满足的条件73.2.1负载分析初步确定各工况的负载和速度83.2.2液压介质的选择83.3液压系统的设计93.3.1确定液压系统方案93.3.2 液压原理图的拟定114 液压系统的计算和液压元件的选择124.1 液压缸的选择124.1.1主缸的选择124.1.2顶出缸的选择134.2液压泵站174.2.2液压泵的选择184.2.3液压泵的压力194.3活塞204.3.1活塞杆的计算204.3.2活塞的材料及要求224.3.3活塞杆的设计与计算224.3.4活塞杆材料及技术要求234.4电动机的选择244.5液压阀的选择244.5.1 方向控制阀的选择244.5.2压力控制阀的选择244.5.3流量控制阀的选择244.6辅助元件的设计254.6.1 滤油器的选择254.6.2油管尺寸的确定254.6.3油箱容量的选择265 液压系统性能验算296 总结31参考文献321压力机概述1.1压力机发展的概况相对于机械传动来说，液压传动是一门比较新的技术，如果从17世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理、18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起的话，液压传动技术也已有二三百年历史了。本世纪中叶以后，近代液压传动在工业上的真正推广使用，至于它和微电子技术密切结合，可以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以精确控制，更是近30年内出现的新事物。压力机的发展历史只有100年。压力机是伴随着工业革命的的进行而开始发展的，蒸汽机的出现开创了工业革命的时代，传统的锻造工艺和设备逐渐不能满足当时的要求。因此在1839年，第一台蒸汽锤出现了。此后伴随着机械制造业的迅速发展，锻件的尺寸也越来越越大，锻锤做到百吨以上，即笨重又不方便。在1859-1861年维也纳铁路工厂就有了第一批用于金属加工的7000KN、10000KN和12000KN的液压机，1884年英国罗切斯特首先使用了锻造钢锤用的锻造液压机，它与锻锤相比具有很好的优点，因此发展很快，在1887-1888年制造了一系列锻造液压机，其中包括一台40000KN的大型水压机，1893年建造了当时最大的12000KN的锻造水压机。在第二次世界大战后，为了迅速发展航空业。美国在1955年左右先后制造了两台31500KN和45000KN大型模锻水压机。近二十年来，世界各国在锻造操作机与锻造液压机联动机组，大型模锻液压机，挤压机等各种液压机方面又有了许多新的发展，自动测量和自动控制的新技术在液压机上得到了广泛的应用，机械化和自动化程度有了很大的提高。再来看一下我国的情况，在解放前，我国属于半殖民地半封建社会的国家，没有独立的工业体系，也根本没有液压机的制造工业，只有一些修配用的小型液压机。我国的液压工业开始于本世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术、同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。80年代起更加速了对西方先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。 解放后我国迅速建立独立自主的完整的工业体系，同时仿造并自行设计各种液压机，同时也建立了一批这方面的科研队伍。到了六十年代，我国先后成套设计并制造了一些重型液压机，其中有300000KN的有色金属模锻水压机，120000KN有色金属挤压水压机等。特别是近十年来，又有了一些新的发展。比如，设计并制造了一批较先进的锻造水压机，并已向国外出口，与此相应的，我国也陆续制造了各种液压机的系列及零部件标准。但是，我们也应清楚地意识到我们与发达国家相比还有很大的差距，还不能满足国民经济和国防建设的需要。许多先进的设备和大型机仍需进口，目前应充分发挥我们的优势，加强我国在这方面的竞争力，这不仅是有助于我们从制造业大国向制造业强国的转变也是国家安全的需要。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，更日益显示出显著的成绩。1.2压力机工作原理1.2.1压力机功能简介 压力机是利用液压传动技术进行压力加工的设备，广泛用于金属锻压、冷挤压、粉末冶金以及金属、橡胶和塑料等成型制品加工的压力机械，也是最早应用液压技术的机械之一。与其他压力机相比，它具有压力和速度可在大范围内无极调整，可在任意位置输出全部功率和保持所需压力、结构布置灵活，各执行结构可很方便地达到所希望的动作配合等优点。 压力机有多种型号规格，其压制力从几十吨到上万吨。按工作介质可分为水压机和油压机两种。用乳化液做介质的液压机，称为水压机，其压制力很大，多用于重型机械厂和造船厂等。用矿物油型液压有做介质的液压机成为油压机，产生的压智力较水压机小，在许多工业部门得到广泛的应用。图1-1压力机 图12 压力机基本结构液压机的类型很多，多为立式,其中四柱式液压机最为典型，应用也最为广泛。其基本结构如图1-1，图12。1.2.2压力机的工作原理简介该机的四根立柱上安装有驱动上滑块的液压缸。液压机的压制工艺要求液压缸的工作循环为：快速下行慢速加压保压延时快速返回原位停止;并且压力速度和保压时间可调节。工艺循环图如图1-3所示。图1-3压力机工艺循环图2液压机总体结构设计2.1压力机总体设计结构及要求液压机本体结构设计应考虑以下三个基本原则： 1 尽可能地满足工艺要求，便于操作。 2 具有合理的强度与刚度，使用可靠，不易损坏。 3 具有很好的经济性，重量轻，制造维修方便。 其中，工艺要求是最主要的影响因素，由于在液压机上进行的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构型式也必然是看，有立柱式单臂式，和框架式，立柱式中又分四柱，双柱，三柱及多柱等。从工作缸的数量看，有单缸，双缸及多缸。本液压机采用的结果为三梁四柱式，它由上横梁下横梁 四个立柱和螺母组成的一个封闭起来框架。2.2 立柱的强度计算 液压机的立柱与上下横梁组成一个封闭的受力框架，偏心加载时，立柱不但受轴向拉力还承受横向侧推力和弯矩，使受力情况恶化，由于多次超靜定问题，在有些液压机中，如中小型锻压，液压机由于经常受多次快速反复加载及在缷载时能量的突然释放，都会引起机架剧烈的推动，在立柱的强度计算时，应当考虑到这些因素，因此比较复杂，困难较多。本液压机采用近似计算来设计立柱的尺寸及校核立柱的强度。 本立柱选用45号钢。b = 600MPa，取安全系数 n=5 则【】 = 600/5 = 120 MPa 每根立柱所受的轴向力为 F= 2*105/4 = 0.5*106 N由4F/得D56.47mm因此考虑到有些地方需要加工螺纹，因此D=65mm。2.3 横梁的强度计算由于横梁是三个方向上尺寸相差不太多的箱形另件。用材料力学的强度分析方法不能全面的反映它的应力状况，目前在进行一般的设计计算时，而将许用应力取得最低。按管支梁计算出的横梁中间，截面的应力值和该处实侧值还比较低接近。因此，作为粗略计算，这种方法目前还是可行的，但无法精确计算应力集中区的应力。空间有限单元法的发展提供了较精确地计算横梁各部分应力的可能性，如可按板系组合结构来编制计算行程。2.4油箱的设计油箱体一般用4mm左右的钢板焊接而成，也可铸造。本油箱由于要兼作液压元件 安装台，可将所用钢板加厚。选箱底和侧壁厚为10mm，盖板厚为12mm根据容积的要求，及油面高度为箱体高度80%的条件并考虑到油箱散热，沉淀杂质的功能。油箱内装有隔板，将泵的吸油管和回油管隔开，侧板装有油位计和注油口，其中油位计和注油口应距离较近。似便于注油者的观察。油箱盖板上装有空气滤消器。以防止泵在吸油时，空气中的杂质微粒进入油液中，泵和电机安装在板上并固定。吸油管路和回油管路隔开，吸油腔与回油腔用滤网隔开，过滤系统回油。油箱侧管应设置清扫窗孔，在油箱清洗时打开，便于擦试，油箱内部。油箱底部距地面有一定距离，且有1：30的斜度，卸油口设在最底处，以便在换油时将旧油全部排出，隔板底部开一缸口，以便在换旧油液时，从缷油口排出。 油箱密封要好，防止油箱渗漏到箱外，避免外界粉尘物侵入箱内。油箱内壁涂耐油的防锈漆。3.压力机的液压系统设计液压系统是液压压力机的动力控制系统，液压系统设计的先进性、合理性是液压压力机技术先进性的重要标志，也是液压压力机运行稳定性、可靠性的关键。一个完整的液压系统由五个部分组成，即能源装置、执行元件、调节控制元件、辅助元件和液压油。1.能源装置。它是将电机输入的机械能转换为油液的压力能（压力和流量）输出的能量转换装置，一般最常见的形式是液压泵。2.执行元件。它是将油液的压力能转换成直线式或回转式机械能输出的能量转换装置，一般做直线运动的是液压缸，做回转运动的是液压马达。3.调节控制元件。它是控制液压系统中油液的流量、压力和流动方向的装置，包括方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀、比例阀和逻辑阀。这些元件是保证系统正常工作不可缺少的组成部分。4.辅助元件。是除上述三项以外的其它装置，如油箱、滤油器、蓄能器、油管等，这些元件对保证液压系统的可靠、稳定持久的工作，有重大作用。3.1液压传动的优缺点液压传动有以下一些优点：在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力，因为液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出3040倍。在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的12%左右。1.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。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达500次/min，实现往复直线运动时可达1000次/min。2.液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行的过程中进行调速。3.液压传动易于自动化，这是因为它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制的缘故。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，接受远程控制。4.液压装置易于实现过载保护。液压缸和液压马达都能长期在失速状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。液压件能自行润滑，使用寿命较长。5.由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也具有较大的机动性。6.用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。液压传动的缺点是：1.液压传动不能保证严格的传动化，这是由液压油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。2.液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如此。3.液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。4.为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。5.液压传动要求有单独的能源。6.液压传动出现故障时不易找出原因。总的说来，液压传动的优点是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。3.2设计参数和应满足的条件1、分析已有的液压压力机，结合本设计任务，了解其优缺点，把握其发展方向。 2、对当下具有成熟技术的液压回路进行分析研究和学习。3、根据本机液压系统工作特点，在满足高效节能的功能前提下可以进行液压系统原理创新设计。4、500KN压力的液压机能够能实现：“快进工进保压快退停止”的工作。 5、50吨四柱液压机基本技术参数：主缸公称压力 500KN (2) 液体最大工作压力 12Mpa (3) 有效工作台面积 700*580 结合生产实际，考虑多方面原因，得出以下应满足的条件：（1） 要产生大的压制力（500KN）。（2） 要有良好的密封性。压力机在工作过程中有保压延时的要求，要求不会因为泄露而降低工作的压制力，达不到工作要求。（3） 结构尽量简单，合理选择使成本尽量降低。（4） 尽量避免零件加工过程中及设备使用中污染环境的因素。3.2.1负载分析初步确定各工况的负载和速度液压缸负载主要包括：压制力摩擦阻力惯性阻力重力密封阻力和背压阻力的等。（1） 压制力：根据油缸和活塞杆的连接形式可知：F=500KN (2)摩擦阻力重力：由于液压缸的摩擦阻力和重力相对于压制力很小，故可忽略不计。 (3)惯性阻力：由于液压缸工作运动时速度很小，不属于快速往复运动型，故惯性阻力可忽略不计 (4)密封阻力和背压阻力：将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去，取液压缸的机械效率为0.9,背压阻力是液压缸回油路上的阻力，初算时可不考虑，其数值在系统确定后才能定下来。 (5)由于液压缸的工况阶段在压制阶段，因此其快退时的速度的范围没有限制，所以在设计过程中主要考虑压制阶段。这里液压缸的负载图速度图也不再列出。3.2.2液压介质的选择液压介质应具有适宜的粘度和良好的粘温特性；油膜强度要高，具有较好的润滑性能；能抗氧化，稳定性好；腐蚀作用小，对涂料、密封材料等有良好的适应性；同时液压介质还应具有一定的消泡能力。选择液压介质时，除专用液压油外，首先是介质种类的选择。根据液压系统对介质是否有抗燃性的要求，决定选用矿油型液压油或抗燃型液压液。其次，应根据系统中所用液压泵的类型选用具有合适粘度的介质。最后，还应考虑使用条件等因素，如环境温度、工作压力、执行机构速度等。当工作温度在60以下，载荷较轻时，可选用机械油；工作温度超过60时，应选用汽轮机油或普通液压油。若设备在很低温度下启动时须选用低凝液压油。据参考文献2表37.3-12 中各普通液压油质量指标应用以及本设计中单柱液压机液压系统要求选用HM32号普通液压油，其各项质量指标见表3.1。 名称HM32号普通液压油运动粘度 mm2/s (40)28835.2运动粘度 mm2/s (50)1723粘度指数90抗氧化安定性(酸值达2mgKOH/g) h1000凝点 -10闪点(开口) 170防锈性(蒸镏水法)无锈临界载荷 N600抗泡沫性(93) ml起泡 50 / 消泡 0抗磨性（四球，DB） N800应用适用于环境温度060的各类中高压系统表3.1液压油性能参数3.3液压系统的设计3.3.1确定液压系统方案液压机液压系统的特点是在行程中压力变化很大，所以在行程中不同阶段保证达到规定的压力是系统设计中首先要考虑的。确定液压机的液压系统方案时要重点考虑下列问题：1.快速行程方式液压机液压缸的尺寸较大，在快速下行时速度也较大，此时需要的流量较大，这样大流量的油液如果由液压泵供给；则泵的容量会很大。液压机常采用的快速行程方式可以有许多种，本机采用自重快速下行方式。因为压机的运动部件的运动方向在快速行程中是垂直向下，可以利用运动部件的重量快速下行；在压力机的最上部设计一个充液筒（高位油箱），当运动部件快速下行时高压泵的流量来不及补充液压缸容积的增加，这时会形成负压，上腔不足之油，可通过充液阀、充液筒吸取。高压泵的流量供慢速压制和回程之用。此方法的优点为不需要辅助泵和能源，结构简单；其缺点为下行速度不易控制，吸油不充分将使升压速度缓慢，改进的方法是使充液阀通油断面尽量加大，另外可在下腔排油路上串联单向节流阀，利用节流造成背压，以限制自重下行速度，提高升压速度。2.减速方式液压机的运动部件在下行行程中快接近制件时，应该由快速变换为较慢的压制速度。减速方式主要有压力顺序控制和行程控制两种方式；压力顺序控制是利用运动部件接触制件后负荷增加使系统压力升高到一定值时自动变换速度；某些工艺过程要求在运动部件接触制件前就必须减速，本例压制轴瓦工艺就有这个要求，这时适合选用行程减速方式。本系统拟选用机动控制的伺服变量轴向柱塞泵（CCY型）作动力源，液压泵的输出流量可由行程挡块来控制，在快速下行时，液压泵以全流量供油，当转换成工作行程（压制）时，行程挡块使液压泵的流量减小，在最后20 mm内挡块使液压泵流量减到零；当液压缸工作行程结束反向时，行程挡块又使液压泵的流里恢复到全流量。与液压泵的流量相配合（协调），在液压系统中，当转换为工作行程时，电气挡块碰到行程并关，发信号使电磁换向阀5的电磁铁3YA得电，控制油路K不能通至液控单向阀8，阀8关闭，此时单向顺序阀2不允许滑块等以自重下行。只能靠泵向液压缸上腔供油强制下行，速度因而减慢（见图1.4）。3.压制速度的调整制件的压制工艺一般要提出一定压制速度的要求，解决这一问题的方很多，例如可以用压力补偿变量泵来实现按一定规律变化的压制速度的要求。本例中采用机动伺服变量泵，故仍利用行程挡块（块挡的形状）来使液压泵按一定规模变化以达到规定的压制速度。4.压制压力及保压在压制行程中不同阶段的系统压力决定于负载，为了保证安全，应该限制液压系统的最高压力，本系统拟在变量泵的压油口与主油路间并联一只溢流阀作安全阀用。有时压制工艺要求液压缸在压制行程结束后保压一定时间，保压方法有停液压泵保压与开液压泵保压两种，本系统根据压机的具体情况拟采用开液压泵保压；此法的能量消耗较前一种大。但系统较为简单。5.泄压换向方法液压机在压制行程完毕或进入保压状态后，主液压缸上腔压力很高，此时由于主机弹性变形和油液受到压缩，储存了相当大的能量。工作行程结束后反向行程开始之前液压缸上腔如何泄压（控制泄压速度）是必须考虑的问题，实践已证明，若泄压过快，将引起剧烈的冲击、振动和惊人的声音，甚至会因液压冲击而使元件损坏。此问题在大型液压机中愈加重要。各种泄压方法的原理是在活塞回程之前，当液压缸下腔油压尚未升高时，先使上腔的高压油接通油箱，以一定速度使上腔高压逐步降低。本例采用带阻尼状的电液动换向阀，该阀中位机能是H型，控制换向速度，延长换向时间，就可以使上腔高压降低到一定值后才将下腔接通压力油。此法最为简单，适合于小型压机。3.3.2 液压原理图的拟定 绘图液压原理图在以上分析的基础上，拟定的液压系统原理图如图3.1所示。图3.1液压机液压系统原理图系统的工作过程如下：液压泵起动后，电液换向阀4及6处于中位，液压泵输出油液经背压阀7再经阀6的中位低压卸荷，此时主缸处于最上端位置而顶出缸在最下端位置，电磁铁2YA得电，换向阀6在右位工作，此时5YA得电，换向阀4也在右位工作，液压泵输出的压力油进入主缸上腔，此时3YA也得电，控制油路经阀5通至液控单向阀3，使阀3打开，主缸下腔的油能经阀3很快排入油箱，主缸在自重作用下实现快速空程下行，由于活塞快速下行时液压泵进入主缸上腔的流量不足，上腔形成负压，充液筒中的油液经充液阀（液控单向阀）1吸入主缸。当电气挡块碰到行程开关时3YA失电，控制油路断开，阀3关闭，此时单向顺序阀（平衡阀）2使主缸下腔形成背压，与移动件的自重相平衡。自重快速下行结束。与此同时用行程挡块使液压泵的流量减小，主缸进入慢速下压行程，在此行程中可以用行程挡块控制液压泵的流量适应压制速度的要求。由压力表刻度指示达到压制行程的终点。行程过程结束后，可由手动按钮控制使5YA失电，4YA得电，换向阀4换向，由于阀2带阻尼器，换向时间可以控制，而阀4的中位机能是H型，阀处于中位时使主缸上腔的高压油泄压，然后阀4再换为左位，此时压力油经阀2的单向阀进入主缸下腔，由于下腔进油路中的油液具有一定压力；故控制油路可以使阀1打开，主缸上腔的油液大部分回到充液筒，一部分经阀4排回油箱，此时主缸实现快速回程。充液筒油液充满后，溢出的油液可经油管引至油箱。回程结束后，阀4换至中位，主缸静止不动。1YA得电，2YA失电，阀6换至左位，压力油进入顶出缸下腔，顶出缸顶出制件，然后1YA失电，2YA得电，阀6换至右位，顶出缸回程；回程结束后，2 YA失电，阀6换至中位，工作循环完成，系统回到原始状态。 4 液压系统的计算和液压元件的选择4.1 液压缸的选择4.1.1主缸的选择由表4-2和表4-3可知，四柱液压机主缸的液压系统在最大负载约为393100N时宜取p=12MPa。主缸选用单杠式。按表4-5的机床类型来分，缸筒直径D和活塞杆直径d的关系为d=0.7D。由工进时的推力计算主缸面积: (4.1)故有， (4.2)当按GB/T 2348-1993（按表4-6和4-7），将这些直径圆整成就近标准值时，得D=180mm，d=125mm.由此求得主缸两腔的实际有效面积为：, (4.3) 4.1.2顶出缸的选择按工作要求顶出力由顶出缸提供，已知顶出缸顶出力为F1=50000N，现取顶出缸的工作压力p3=8MPa，缸筒直径D1和活塞直径d1的关系同样为d1=0.7D1设顶出缸无杆腔工作面积为A3，有杆腔工作面积为A478。由顶出时的顶出力计算顶出缸的面积: 故有，当按GB/T 2348-1993（按表4-6和4-7），将这些直径圆整成就近标准值时，得D1=100m，d1=70m.由此求得顶出缸两腔的实际有效面积为：， 缸体的技术要求 缸体的内径采用H8配合，由于活塞选用橡胶密封圈密封，因此，Ra 值为0.10.4，并经过研磨。 缸筒的圆度公差等级选为按10级精度选取，圆柱度公差值应按8级精度选取。 缸体断面的垂直度公差应按7级精度选取。 为防止腐蚀和提高寿命，缸体内表面应镀以厚度为3040的镉层，镀后经行抛光。 表4-1 根据上述D与d值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率工况负载回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率计算式快速下行起动110000.159106加速13501.2471060.747106恒速11000.6831063.07810-42.102102慢速加压3931000.81062.3971060.078510-40.188102快速回程109000.51061.1361064.80710-45.461102表4-2 按负载选择执行元件的工作压力负载F/N5000500010000100002000020000300003000040000工作压力816采用带补液液压泵的闭式回路比中低压系统高50100%高压系统1632锻压机械等初算时背压可忽略不计 表4-5 液压缸内径D活塞杆直径d关系按机床类型选取按液压缸工作压力选取机床类型工作压力P/PA磨床、珩磨及研磨机床0.20.320.20.3插床、拉床、刨床0.5250.50.58钻、镗、车、铣床0.7570.620.7070.70表4-6 液压缸内径寸系列（GB2348-80） 单位：mm810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220)250320400500630表4-7 活塞杆直径d（GB2348-80） 单位：mm456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360404.1.3中间法兰的设计筒的两端分别和缸盖和缸底相连，构成密闭的压力腔，为便于液压缸安装特在缸筒的外壁焊接一法兰，以便于安装。（1） 法兰尺寸的计算中间法兰的厚度的计算由于中间法兰的受力比较复杂，必须借助计算机才可有效地求出，因此本次设计可根据经验选取一定值，选用厚度为35mm螺纹直径的选择由于液压缸受力为200kn，因此根据螺纹的强度要求可知危险截面处的拉应力为切应力为合成应力为：式中 F1液压缸的工作载荷 d螺栓直径 材料的需用应力，选用Q235，查机械设计手册的 = n一般取2 =225MPa K螺纹的预紧力系数因此选用36mm的螺纹图4-1 中间法兰焊接强度的计算： 根据机械零件设计手册发兰焊接强度要满足：其中：取整,即一般焊接即可满足发兰要求4.2液压泵站 4.2.1液压泵站的概述目前我国生产液压泵站的厂家很多，液压泵站的种类也繁多，但多数厂家根据用户的具体要求设计和制造，尚未完全系列化、标准化。现在只有液压泵站的油箱公称容量系列有国家标准。2. 液压泵站油箱公称容量系列（GB 287681)油箱容量的规格如下表表4-8油箱容量GB 2876-81 （ L ）46.31025406310016025031540050063080010001250160020003150400050006300 各系列液压泵站的简述(1) YZ系列液压泵站YZ系列液压泵站，油箱容量有256300L等18种规格。选用各种不同的泵，得到各种不同流量、压力的规格。外形结构上有上置式（有立式及卧式）和非上置式。YZ系列液压泵站生产厂有：上海高行液压件厂、长沙液压件厂、南京液压件三厂等。(2) YG型液压柜YG型液压柜规格性能为油箱容量250350L，压力6.3MPa，流量有40、63和100L/ min。上海液压件一厂生产。(3) YZS型液压站YZS型液压泵站，油箱容量100L，压力6.3MPa，流量16L/min。常州液压件厂生产。(4) YGC型液压柜YGC型液压柜油箱容量160L，压力6.3MPa，流量有12、25L/min，由北京椿树机械厂生产。(5) CJZ型液压站CJZ型液压泵站油箱容量有100L与160L两种，压力为5MPa，流量为2063L/min范围。有定量泵与变量泵两种型式，成都液压元件一厂生产。(6) YH型液压站YH型液压站油箱容量1202000L，压力为14 MPa，流量在10250L/min范围，由沈阳重型机器厂生产。(7) SE型液压泵站SE型液压泵站油箱容量1400L，压力7 MPa，流量6.75m3/s，上海冶金设计院设计。(8) 上重型液压站上海重型机器厂液压站油箱容量2200L与2600L两种，2200L的工作压力为5MPa，2600L的为10 MPa，流量均为320L/min。4.2.2液压泵的选择液压泵装置是指将电能转变为液压能所需要的设备、元件及其辅助元件。具体而言，主要指电机、联轴器、液压泵、吸油管、排油管以及吸油管口的滤油器。正确地设计尤其是正确地安装液压泵装置，是液压系统正常工作的重要保证，必须予以足够的重视。液压泵的安装方式金属切削机床的液压站，多用定量或限压式变量叶片泵。变量叶片泵仅能卧式安装，而定量叶片泵，无论是单泵还是双联泵，都可以有立式和卧式两种安装方式。齿轮泵与柱塞泵一般为卧式安装。卧式安装的液压泵，其位置又可分为上置式与非上置式两种。上置式指液压泵装置安装在油箱上，立式安装的液压泵皆为上置式。安装液压泵应注意的问题： 为了防止振动与保证液压泵的使用寿命，液压泵必须牢固地紧固在箱盖或基础上，注意经常检查连接螺钉是否松动。 调整好液压泵与电机的联轴器，使二者同心，用手拨动联轴器时不能有松紧不一致的现象。 在有条件的情况下，尽量将液压泵（齿轮泵、定量叶片泵、螺杆泵）安装在油液内。 液压泵吸油管路的安装必须注意密封可靠及油管插入油液有足够的深度，以防止空气被吸入液压泵。 安装液压泵时，应注意各类液压泵的吸油高度，正确确定液压泵与油液液面的距离。各类液压泵的吸油高度见表3.2：表4.9 各类油泵吸油高度油泵类型齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵吸油高度（mm）300400不大于500不大于5005001000液压泵与电机的联接液压泵与电机之间的联轴器，一般用简单型弹性圈柱销联轴器或弹性圈柱销联轴器，其二者的共同特点是传递扭矩范围较大，转速较高，弹性好，能缓冲扭矩急剧变化引起的振动，能补偿轴位移。但在使用中应定期检查弹性圈，发现其损坏后及时更换。上述两种联轴器中，简单型弹性圈柱销联轴器的结构简单，装卸方便，使用寿命较长，帮比弹性圈柱销联轴器用得多些。应用上述二种联轴器时，一定要注意弹性圈材料必须用耐油橡胶。安装联轴器的技术要求是： 半联轴器I尽量做主动件。 半联轴器与电动机轴配合时采用配合，与其他轴端则采用低于的配合，否则应验算轮毂强度。 最大同轴度偏差不大于0.1mm(上海机床厂经验数据)，轴线倾斜角不大于40。4.2.3液压泵的压力 液压泵的最高工作压力就是液压缸慢速下压行程终了时的最大工作压力pp =11.8MPa因为行程终了时流量q0，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。 液压泵的最大流量qpK（q）max泄漏系数K = 1.11.3，此处取K = 1.1。由工况图（图1.3）知快速下降行程中q为最大（q = 289.41 L/min），但此时已采用充液筒充液方法来补充流量，所以不按此数值计算，而按回程时的流量计算。qmax=q3=59.9 L/minqp =1.1q3=1.159.9=65.9 L/min 根据已算出的qP和pP，选轴向杜塞泵型号规格为63CCY14-1B，其额定压力为32 MPa，满足2560压力储备的要求。排量为63m L/r，电动机同步转速为1500 r/min，故额定流量为：q=qn=94.5L/min额定流量比计算出的qP大，能满足流量要求，此泵的容积效率v =0.92。4.3活塞4.3.1活塞杆的计算（1） 活塞的宽度活塞的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和数量及导向长度确定。图4-2活塞（2） 密封圈的选择图4-3 孔用密封圈压力机对于密封性的要求很高，由于系统的压力较高，要求密封性能好，耐磨性好，使用时间较长，故选用孔用型密封圈。选用密封圈的规格为D=110mm，H=14mm，H1=12.5mm，材料：聚氨酯4.活塞内侧与活塞杆之间的密封属于静密封，查手册（根据GB3452.192）取O形密封圈尺寸为：，密封圈材料为J晴橡胶。（3）具体尺寸的选择由于缸体的内径D1为110mm，由于活塞与缸之间有一定的空隙，应控制在1mm左右此处取为1mm，所以活塞的外径D=109mm。所以活塞宽度约为L=65.4109mm，所以L取为80mm。d2，d1和L2的尺寸由密封圈确定，本次设计选用Yx型密封圈，因此查表的其尺寸d2=98mmd1=108mmL2=16mml1=5mmL114mmD的尺寸根据活塞杆确定。4.3.2活塞的材料及要求（1）液压缸活塞的常用材料为灰铸铁、耐磨铸铁，此处选用HT300（2）活塞的技术要求活塞外径对内径的径向跳动公差值按7级精度选取。外径的圆柱度公差按10级精度公差选取。4.3.3活塞杆的设计与计算 活塞杆设计（1）由前面的计算可知，活塞杆的直径为d=70mm（2）活塞杆的具体长度的确定根据装配图上零件的尺寸和行程，经过设计画图，初步选取总长度为800mm。d1处与活塞接触，由于此处受力不大，但考虑到尺寸取太小时结构不合理，可取为40mm，此时要检验轴肩处能否承受工作载荷。活塞杆与活塞肩部表面的压应力为P为系统最高压力，取25Mpa。D为液压缸的内径，为110mm。d为活塞杆与轴肩接触处的直径，为70mm。d1为活塞杆与活塞接触处的直径，为40mm。C为活塞与活塞杆接触处的倒角，此处为1mm。为需用强度，为120Mpa。105.77Mpa经检验满足强度要求。（3）活塞杆与活塞的连接形式有多种，一般用螺纹连接，如活塞设计图中所示，但考虑到本设计中其受力较小，仅在返回行程中受活塞杆和中间滑块的重力，因此可用卡环固定，使结构更加简单合理，且可以增加滑块的行程，现将结构设计如下图，其中具体尺寸为L1=5mmL2的尺寸可根据卡环的宽度确定，卡环的宽度定为4mm，因此L2=4mm沟槽的深度同样根据卡环和机械强度确定，因此沟槽处直径为36mm。与活塞接触处的长度与活塞长度相同以保证卡环能卡进且卡环固定后不晃动，因此其长度取为70mm活塞杆的右端为输出端，为使中间滑块受力更加均匀，此处选择与球头分离的结构以便于连接一个大直径的球头，并通过螺纹把它们连接起来，查机械设计手册选用M64的螺纹连接，配合长度可取为25mm。螺纹退刀槽宽度取为3mm，直径取为60mm。 图4-4活塞杆4.3.4活塞杆材料及技术要求取活塞杆的形式为：实心活塞杆，材料为45号钢。活塞杆的技术要求：活塞杆的热处理：措加工后调质到硬度为229285HB，活塞杆d和d1的圆度公差按10级精度选取。活塞杆的圆柱度公差应按8级精度选取。活塞杆d对d1的径向跳动公差值应为0.01mm。 断面T的垂直度公差，则应按7级精度选取。活塞杆上的螺纹，一般应按6级精度加工。活塞杆上表面的粗糙度为Ra0.63m，并且镀铬，镀层厚度约为0.05mm，镀后抛 光。4.4电动机的选择电动机功率 驱动泵的电动机的功率可以由工作循环中的最大功率来确定；由工况分析知，最大功率为5.76 kW，取泵的总效率为泵=0.85。则P=6.78 kW选用功率为7.5 kW，额定转速为1440r/min的电动机。电动机型号为：Y132m-4（Y系列三相异步电动机）。4.5液压阀的选择液压控制阀是液压系统中用来控制液流的压力、流量和流动方向的控制元件,是影响液压系统性能，可靠性和经济性的重要元件。4.5.1 方向控制阀的选择方向控制阀简称方向阀，主要用来通断油路或切换油液流动的方向，以满足对执行元件的启停和运动方向的要求。其中有单向阀和换向阀两种。4.5.2压力控制阀的选择在液压传动中，用来控制和调节液压系统压力高低的阀类称压力控制阀。按其功能和用途不同可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和背压阀等。4.5.3流量控制阀的选择调速阀是进行了压力补偿的节流阀。它由单向阀和节流阀并联而成，节流阀用来调节通过的流量，单向阀则用来控制油液流动方向，防止油液反向流动。阀2、4、6、7通过的最大流量均等于qP，而阀1的允许通过流量为q：q =q1qP=289.465.9=223.5 L/min阀3的允许通过流量为q =q1=289.4=67.9 L/min阀8是安全阀，其通过流量也等于qP。以上各阀的工作压力均取p32 MPa。本系统所选用的液压元件见下表4.10表4.10液压元件明细表序 号名 称型 号1液控单向阀SV30P-30B2单向顺序阀（平衡阀）DZ10DP1-40BY3液控单向阀SV20P-30B4电液换向阀WEH25H20B106AET5电磁换向阀3WE4A10B6电液换向阀WEH25G20B106AET7顺序阀DZ10DP140B210M8溢流阀（安全阀）DBDH20P10B9轴向柱塞泵63CCY14-1B10主液压缸自行设计11顶出液压缸自行设计12压力表Y-10013压力表开关KF-L8/20E4.6辅助元件的设计4.6.1 滤油器的选择液压油中往往含有颗粒状杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损，滑阀卡滞，节流孔口堵塞，使系统工作可能性大为降低。在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。 根据设计规格和尺寸参数选择滤油器型号：XU-22X10016。4.6.2油管尺寸的确定（1）油管内径d按下式计算： (4.6)其中，-油管的最大流量；查文献资料得工况中系统的最大流量为18.6L/min。-管道内允许的流速，一般吸油管取0.55m/s，压力油管取 2.55 m/s，回油管取1.52 m/s。 表4-11 各管路流速选值管道流速（m/s）回油管路2吸油管路1.3压力油管路4计算出内径d后，按标准系列选出相应的管子。（2）油管壁厚按下式计算： (4.7)其中，-管内最大工作压力，根据设计手册查得最大工作压力为30MPa； 管道内径；-管道材料的许用应力；=；管道材料的抗拉强度；根据设计手册查得，其抗拉强度取340MPa;-安全系数，钢管P7 MPa时，取=8；P17.5 MPa时，取=6； P17.5 MPa时，取=4，所以安全系数取=4。根据计算出的油管内径和壁厚，查手册选取标准规格油管 18。表4-12标准规格油管管路名称允许流速/管道内径/实际取值/壁厚/吸油管1.30.01740.0183.5压油管40.00990.0112回油管20.00140.01534.6.3油箱容量的选择油箱在液压系统中除了储存油液外，还起着散发油液中的热量（在周围环境温度较低的情况下