汽车钣制带轮旋压机液压系统的设计

CAD图纸加 Q 11970985 或197216396目录汽车钣制带轮旋压机液压系统的设计31 前言41.1 课题背景以及研究意义41.2 国内外研究现状和发展趋势41.3 旋压技术特点42 旋压机装置结构方案分析52.1 旋压机的装置结构52.2 旋压机的工艺流程53 旋压机液压系统的工况分析63.1 带轮旋压机液压系统组成63.2 液压回路的选择63.2.1 液压基本回路63.2.2 回路方式的选择93.3 流体介质的选定93.4 液压系统原理图93.4.1 液压原理图93.4.2 主机功能结构103.4.3 液压系统及其工作原理104 液压系统设计114.1 液压缸的选用原则与注意事项114.1.1 设计原则114.1.2 液压缸设计应注意问题114.1.3 预成型轮与校形轮液压缸缸筒内径和活塞杆直径的确定124.1.4 液压缸结构的计算与校核134.1.5 压紧缸缸筒的设计154.1.6 压紧缸结构的计算与校核164.2 活塞组件的设计174.2.1 液压缸工作行程的确定174.2.2 活塞的设计174.2.3 导向套184.2.4 防尘圈184.3 密封装置的选用184.3.1 O形密封圈的选用194.3.2 动密封部位密封圈的选用194.4 液压缸的安装连接结构194.4.1 液压缸的安装形式194.4.2 液压缸的连接方式194.5 液压泵的选用及参数计算204.5.1 确定液压泵的最大工作压力Pp204.5.2 确定液压泵最大流量204.6 定量泵电机的功率计算204.7 液压控制阀的选择214.7.1 二位四通电磁换向阀214.7.2 三位四通电磁换向阀214.7.3 先导式溢流阀214.7.4 单向调速阀214.7.5 单向阀214.8 管道尺寸计算224.8.1 压油管道尺寸224.9 液压系统额定压力损失224.10 辅助元件的选择234.10.1 过滤器234.10.2 冷却器23T1、T2进口和出口油温（）；24t1、t2 进口和出口水温（）。244.11 油箱设计254.11.1 油箱的概念254.11.2 油箱的容积计算和设计注意事项254.11.3 油箱的设计应注意点255 控制系统的设计255.1 PLC的基本组成265.2 PLC设计的一般步骤265.3 汽车钣制带轮旋压机PLC的设计265.4 PLC的设计注意事项276 结论27参考文献27致 谢28汽车钣制带轮旋压机液压系统的设计学 生： 指导老师： （大学工学院，） 摘 要：随着我国汽车制造业的现代化流水线作业不断成熟，旋压皮带轮在国内已经引起了人们的广泛注意与浓厚的兴趣。汽车钣制带轮旋压机是为满足汽车工业对旋压皮带轮的需要所研制的专用设备，该机由主机、液压系统和可编程序电控系统三大部分组成。本设计为设计汽车钣制带轮旋压机的液压系统与控制系统。设计中包括了液压元件的选择、油箱、油缸的设计计算，回油时的热量散发计算，本机控制系统采用可编程逻辑控制器控制，设计时还需编写控制程序及选择相应的传感器。 关键词：旋压机；液压系统；旋压皮带轮；设计Automotive Sheet Metal Design of the Hydraulic System of Roller Spinning MachineStudent: Instructor: () Abstract: with the modern assembly line jobs in Chinas automobile industry continues to mature, the spin belt pulley at home have attracted peoples attention and interest. Car sheet metal roller spinning machine is to meet the needs of automobile industry of spinning pulleys developed special equipment, which composed of the main machine, hydraulic system and a programmable electronic control system has three major components. The design for the band design automotive sheet metal roller spinning machine hydraulic system and control system. Design of hydraulic components are included in select, design and calculation of fuel tanks, fuel tanks, oil heat calculations, the machine control system using programmable logic controller control at design time, or want to write a program and selects the appropriate sensor. Key words:spinning machine; hydraulic system; spinning pulley; Design1 前言1.1 课题背景以及研究意义 随着我国工业化进程不断加快，如何节约原材料，降低产品重量，降低产品的制造成本以及能源消耗，提高产品质量，减少加工工时，延长使用寿命在机械行业越发成为备受关注的问题。这些问题最终可以归结为产品零部件的优化。带轮是一种重要的机械传动零件，已经广泛用于汽车、轻纺，以及农机的各种机械设备中，尤其对于汽车机械有举足轻重的作用。其中“V”型皮带轮是用途十分广泛的机械传动的零件之一。因此，如何解决好“V”型带轮的优化，对促进机械行业的发展具有重要的意义。为了达到这一目的，这就要求我们设计优化现有的带轮旋压机，研制出更先进的旋压机用来满足各方面产业的需求。1.2 国内外研究现状和发展趋势国外的旋压机研制始于二十世纪二、三十年代。比如德国的莱福尔德公司从二十世纪二十年代开始设计制造各种旋压机，到现在发展了将近100年，美国的车轮国际公司，采用焊装专利技术和旋压成型工艺，制造的车轮分别要比传统的钢制车轮和铝制的车轮轻二到五成。除了这些优点外，耐腐蚀性、密封性等重要的指标旋压生产的产品都好于同时期的其他工艺生产的产品。我国的旋压机研制起步较国外稍微晚一些，但发展很快。钣制旋压皮带轮的研究最早兴起于八十年代末期。主要应用研究是从航天工业的发展开始的，后逐步转向汽车、拖拉机、摩托车等行业。我国旋压设备开发是通过陆续引进的外国制造的旋压机床，经过开发吸收、消化，结合我国的工业结构特点、偏好，进行了研制并取得成功。然而跟国外的设备相比，还存在较大的差距，主要表现在：成型精度差，成型速度慢，电气液压控制系统问题多等缺点。这些在汽车行业的带轮生产尤为突出，因此，开发功能适用，性价比高的高速旋压机具有很重要的意义。1.3 旋压技术特点 （1）与传统的铸造方法相比，旋压法制造的带轮重量轻，平衡性好，精度高，成本低，生产效率高。（2）钣制带轮旋压机采用液压传动和PLC控制，工作稳定，自动化程度高，不仅能旋制单槽带轮，还可以旋制多槽带轮，不仅能旋制折叠式的，还可以旋制滚压式的和劈开式的。（3）旋压机的液压系统采用定量泵供油调速阀回油节流调速方式，执行器的速度刚性好；等待期间系统可以卸荷，减少了功耗与发热；各液压泵出口设有精过滤器。 （4）旋压机的液压系统采用定量泵供油调速阀回油节流调速方式，执行器的速度刚性好；等待期间系统可以卸荷，减少了功耗与发热；各液压泵出口设有精过滤器，保证了进入系统油液的清洁，提高了系统的可靠性。 （5）节能、环保、成本低廉。工艺能耗低，优于铸铁带轮的铸造与退火等能耗工序，节约材料，效率高，无环境污染。2 旋压机装置结构方案分析2.1 旋压机的装置结构 带轮旋压机由主机、液压系统和可编程电控系统三大部分组成。主机为卧式布局，包括主轴箱、旋轮和尾顶等部件。主轴箱由三相异步电机通过带轮和带拖动，齿轮变速，离合器至于高速轴输入端；尾架采用行程可调节液压缸驱动，保证车轮最终校形时尾顶精确定位。顶端配有可转动接头，随主轴旋转；旋轮为一对预成型轮和校成型轮，他们交叉对称分布，作用于旋压件上能起到平衡。2.2 旋压机的工艺流程 钣坯经落料、拉伸、冲孔等工序制成加工的带轮毛坯，预制毛坯放于主轴与尾架之间，由主轴和尾架模定位夹紧，并随主轴一起转动；两个对称分布的预成型轮先将工件旋出凹槽后加速返回，再由另外两个对称校行轮将工件旋出规定的槽形。在制作过程中，毛坯在尾顶轴向力和旋轮径向力的协调作用下，使预制毛坯最终被旋制出所需要的带轮成品。加工流程图如下所示： 图1 旋压机工作流程 Fig1 Spinning machine workflow3 旋压机液压系统的工况分析3.1 带轮旋压机液压系统组成 动力元件：为机械提供动力的元件，完成有机械能向压力能的转换，如液压泵。执行元件：即工作元件，将液压系统中压力能转换为工作装置的往复式的机械能，实现工作的计划动作。如液压缸，液压马达。控制元件：通过液压元件控制液压传动，对执行机构的运动速度和方向等进行控制，如溢流阀、电磁换向阀。辅助元件：对系统起辅助作用的元件，如油箱，滤油器，油管密封装置等。起到储油，过滤，输送防漏的作用。工作介质：主要是传递动力和能量，存在于四个元件管路当中。 通过三相异步电机带动带轮旋压机带动整个系统的机械旋转，在PLC控制下先导式溢流阀跟电磁换向阀交替工作，实现液压缸的工作动作，在旋转作用下，毛坯逐渐加工为成品。3.2 液压回路的选择 在整个设计中液压系统的设计尤为重要，它关系着系统整体的性能以及方案设计的经济性，决定着计划方案的合理性。设计其一般的方法为根据预定的工作流程，综合考虑系统的工作性能要求，分别选择和拟定基本回路。然后将各个部分的设计通过合理的组合，行成一个完整的系统。最后将整个系统进行整体的布局规划，添加一些必要的辅助元件和辅助油路，使之成为一个完整的液压系统，而不是单个部件的集合相加。3.2.1 液压基本回路 液压基本回路是指能完成一些规定功能的液压元件的组合，任何液压系统都是由一些基本回路组成。按照功能分类可分为：压力控制回路：控制整个液压系统或者局部油路的工作压力，以使执行元件获得所需的力或者转矩、或者保持受力状态回路。速度控制回路：控制和调节执行元件的运动速度的回路。方向控制回路：控制液压系统中各油路中液流的流通、切断等，实现调节执行元件运动方向的变换和锁定等。多执行元件控制回路：控制几个执行元件相互间的工作循环。 （1）调压回路调压回路是利用控制阀来控制系统整体或局部压力，使执行机构在工作过程不同阶段实现多级压力变换。一般由溢流阀来实现这个功能。图2是采用二位三通电磁换向阀控制先导型溢流阀的卸载回路。当先导型溢流阀3的遥控口通过二位三通电磁换向阀5接通油箱时，泵输出的油液以很低的压力经溢流阀回油箱，实现卸载。综合考虑，在这选用两个溢流阀，分别安装在两个进油油路上，用来调节系统的压力，保持系统回路中压力的稳定。 图2 先导型溢流阀的卸载回路窗体顶端 Fig 2 Pilot-type relief valve unload circuit （2）调速回路 将调速阀和单向阀并联组成单项调速阀18（图3），串联在液压泵和液压缸之间，用它来控制液压缸的流量从而达到调速的目的。图中10位经过过滤器，它的作用为过滤油路中的杂质。 图3 定量泵节流调速回路窗体顶端 Fig 3 Quantitative pump throttle governing circuit 窗体底端 （3）换向回路 采用二位四通或者三位四通换向阀使执行元件换向。二位阀能执行元件的正反方向运动，三位阀可以让系统获得不同性能。图4中使用的是三位四通电磁换向阀，这种换向阀结构很简单，并且方便维护。他可以控制液压缸的方向，是用来控制和改变液压系统中液压油流动方向。图4 换向回路窗体顶端 Fig 4 Commutation circuit3.2.2 回路方式的选择 液压系统根据不同的循环方式，可分为开放式系统和闭式系统。开放式系统：从执行元件排出来的液压油回油箱，冷却后再进入液压泵的进口，这种系统结构简单。闭式系统：工作液体在油管中闭式循环，其结构紧凑，空气不容易进入系统，传动稳定。这次设计由于系统要求较低，对传动精度要求不高，不用考虑元件空间结构等多种问题，所以选择开放式系统。3.3 流体介质的选定由于汽车钣制带轮旋压机在室内进行工作，液压元件循环往复运动对温度等要求不高，可选用汽轮机油或者普通液压油作为旋压机的液压油。3.4 液压系统原理图3.4.1 液压原理图 由上述可以得到几种不同用途的液压回路。按照设计要求，将各液压回路按照规定动作顺序组合在一起，并适当增加一些辅助元件，使整个液压系统合理美观，得到如下图5所示： 图5 液压系统原理图窗体顶端 fig 5 Hydraulic System Diagram窗体底端 根据实际情况，旋压机预成型轮与校行轮都是直线运动，并且是双向工作，同时径向进给，所以液压缸选择双活塞液压杆液压缸，在这次设计任务当中选用了五个液压缸进行配合使用。在一般的中小型设备当中，普遍选用定量泵进行节流调速，液压旋压机由于对速度的稳定性要求较高，所以选择具有调速阀的节流调速。3.4.2 主机功能结构主机采用卧式布局，可以分为主轴箱、旋轮和尾顶等部分。主箱箱有三相异步电机通过带轮及皮带拖动，齿轮变速，离合器至于高速轴输入端；尾架4采用行程可以调节的液压缸驱动，保证带轮最终校形的时候尾端精确定位。顶端配有可转动接头，随主轴旋转；旋轮分为2对预成型轮和校形轮，各自交叉对称分布。钣坯经落料、拉伸、冲孔等工序制成加工的带轮毛坯，预制毛坯放于主轴与尾架之间，由主轴和尾架模定位夹紧，并随主轴一起转动；两个对称分布的预成型轮先将工件旋出凹槽后加速返回，再由另外一对对称校行轮将工件旋出规定的槽形。在制作过程中，毛坯在尾顶轴向力和旋轮径向力的协调作用下，使预制毛坯最终被旋制出所需要的带轮成品。3.4.3 液压系统及其工作原理 图5所示为旋压机的液压系统原理图该系统的五个执行器均为双杆活塞液压缸（其中缸C1和C2驱动两预成型轮，缸C3和C4驱动两校形轮，缸C5驱动尾架）。油源为两定量泵（叶片泵）1和2,工作压力分别由先导式溢流阀3、4调定，系统可通过二位三通电磁换向阀5、6控制升压和卸荷；液压缸C1C5的运动方向分别由三位四通电磁换向阀1216控制，各缸的运动速度分别由个液压缸回油路上设置的单向调速阀1721调节。两泵的合流由二位四通电磁换向阀7控制。系统中的各换向阀的电磁铁通断信号由设置在各液压缸行程上的电气行程开关发出,实现系统中各液压缸的协调工作。 系统的工作循环如下。电磁铁1YA,2YA,13YA通电，压力油进入液压缸C5大腔驱动尾架进给，定位夹紧毛坯后，行程开关SQ1发信，主轴带动坯料旋转，同时电磁铁4YA、9YA通电，压力油进入液压缸C1和C2大腔（小腔分别经17和19中的调速阀及换向阀12和14向油箱排由），带动两预成型轮进给，进给速度分别由阀17和阀19中的调速阀开度决定；预成型旋压后行程开关SQ2，SQ3发信，电磁铁4YA、9YA断电，5YA,8YA通电，压力油进入液压缸C3和C4大腔（小腔分别经阀20和阀18中的调速阀开度决定；带轮旋压成型后行程开关SQ5、SQ6发信，电磁铁6YA、11YA、13YA同时断电，7YA、10YA、12YA同时通电，压力油进入液压缸C3和C4及C5小腔带动两校形轮及尾顶快速返回，从而完成一个带轮的旋压成型过程，整个过程由可编程控制器（PLC）自动控制完成1。表1 液压控制动作表窗体顶端 Table 1 Hydraulic control action table 1YA 2YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA 11YA 12YA 13YA 启动 + + 工进一 + + 快退 - + + - 工进二 + + 返回 - + + - + - 4 液压系统设计4.1 液压缸的选用原则与注意事项4.1.1 设计原则 （1）保证液压缸运动的输出力。 （2）保证液压缸的每个零件都有足够的强度，刚度和耐用性。 （3）尽量减小液压缸外形尺寸和质量。 （4）在保证液压缸性能的前提下，尽量减少零件数量简化结构。 （5）要尽量避免液压缸承受横向负载，活塞杆工作时最好承受拉力，以免产生纵向弯曲。 （6）液压缸的安装形式和活塞杆头部与外部负载的连接形式要合理。 （7）密封件的选用要合理，保证性能可靠，泄露少，摩擦力小，寿命长，更换方便。 （8）根据液压缸同坐条件适当设置缓冲，防尘和排气装置。（9）各零件的结构形式和尺寸进来采用标准形式和尺寸系列，尽量选用标准件。 （10）做到成本低，制造容易，维修方便。4.1.2 液压缸设计应注意问题 液压缸在使用过程中经常会遇到液压缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞下垂以及活塞杆的压杆失稳等问题，在液压缸设计过程中应注意以下几点，以减少使用中故障的发生，提高液压缸的性能。 （1）尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的稳定性。 （2）正确确定液压缸的安装、固定方式。如承受弯曲的活塞杆不能用螺纹连接，要用止口连接；液压缸不能在两端用键或销定位，只能在一段定位，为了不阻碍它在受热时的膨胀；如冲击载荷使活塞杆压缩，定位件须设置在活塞杆端，如冲击载荷使活塞杆拉伸，定位件则应设置在缸盖端。 （3）液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑、加工、装配、和维修方便。（4）在保证能满足运动行程和负载力的条件下，应尽可能地缩小液压缸的轮廓尺寸。要保证密封可靠，防尘性能良好。4.1.3 预成型轮与校形轮液压缸缸筒内径和活塞杆直径的确定 缸工作总负载的计算根据机构的工作情况，液压缸所受负载系统工作弯曲力，以及液摩擦负载，活塞所受惯性阻力组成。移动部件所受重力为980N，静摩擦因素为0.1，系统工作压力为4MPa。可得到液压缸总负载： =+ (1) 液压缸总负载（N）； 工作负载（N）；摩擦阻力（N）；惯性阻力（N）。（1） 的计算：弯曲力的大小受到材料力学性能、弯曲件形状、毛坯尺寸、弯曲半径等多种因素的影响。因此在理论上分析是非常复杂的过程，计算出就显得更难，因此在此用简化的理论公式2来进行计算： （2） 弯曲件宽度(mm)； 弯曲半径(mm)； 材料抗拉强度(MPa)； 为系数，一般取11.3 ,在这区1.3。旋压材料大多为低碳钢，所以拉伸强度600MPa。由题目要求，旋压件b为33.3mm，t为5mm，r为10.6mm计算得： =57KN（2） 的计算摩擦力按照启动时静摩擦力计算： 0.1980=98N （3）（3） 的计算最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大速度可通过液压系统最大移动速度和加速度计算得到。气动换向时间为0.05S，工作部件最大移动速度为0.885m/min，因此惯性负载为： （4）得到=29.5N。综上所述，由公式（1）得液压总负载F=+57KN根据液压缸的载荷和工作压力计算： （5） 液压缸内径(m)； 液压缸推力(KN)； 选定的系统工作压力(MPa)。 计算得 查液压系统设计简明手册，按照GB/T2384-1993所算的D与d值分别圆整为相近的标准直径，便于使用标准的密封装置。得到圆整后的值： D=14cm d=7cm液压缸流量由公式： （6）得到：=115.39。液压缸最大工作功率时液压油流量： （7）4.1.4 液压缸结构的计算与校核 在液压系统中，液压缸的缸筒壁厚活塞缸直径d和刚盖螺栓的强度，在高压系统必须经过强度校核。 (1）液压缸壁厚的计算 已知P=4MPa、D=0.14m 无缝钢管许用应力（=100-110MPa ），取=110MPa 图 6 缸筒应力分析图Fig 6 Cylinder stress analysis diagram 缸筒是液压缸最重要的零件，它承受液压油作用的压力，其壁厚需要进行计算。活塞杆受轴向压缩负载时，为避免发生纵向弯曲，还要进行压杆稳定性验算。 中、高压缸一般用无缝钢管做缸筒，大多属薄壁筒，即D10时，其最薄处的壁厚用材料力学薄壁圆筒公式2计算壁厚，即： （8） 薄壁筒壁厚(mm)； P 筒内油液的工作压力(MPa)；缸筒材料的许用应力， ，为材料的抗拉强度，n为安全系数D10时， 一般取n=5。 通过计算，得出12.77mm。 因此取壁厚为15mm。 （2) 活塞杆的设计与计算 活塞杆是液压缸传递里的主要零件，它承受拉力、压力、弯曲力及振动冲击等多种作用，必须有足够的强度和刚度。 通过活塞杆直径计算： （9） 速比。 或者 ： 可知：设计的活塞杆直径比较大，力学性能能很好的满足要求。 (3）缸盖固定螺栓的选用与校核。 根据缸盖与缸体的大致比例选用六角头螺栓GB/T 5783-2000 M430。 缸盖固定螺栓的校核： （10） F 液压缸负载(N)；k 螺纹拧紧系数，k=1.12-1.5,取K=1.2； z 固定螺栓个数,取Z=6； 螺栓材料许用应力(MPa)，这里取600MPa。 经计算得到3.74mm，所取用的直径为4mm符合要求。4.1.5 压紧缸缸筒的设计根据机构的工作情况，液压缸对顶杆作用压紧力力，以及液摩擦负载，活塞所受惯性阻力组成。移动部件所受重力为3920N，静摩擦因素为0.1，系统工作压力为4MPa。可得到液压缸总负载： =+ （11） 液压缸总负载(N)； 工作负载(N)；摩擦阻力(N)；惯性阻力(N)。（4） 的计算：压紧缸作用为在旋压过程中预成型轮与校行轮工作时候压紧毛坯，不产生滑动影响效果。因此在可以通过摩擦力大于扭矩力来进行计算。而摩擦力为工作负载乘以摩擦系数得到，旋压毛坯设计有固定卡扣，在这不考虑固定卡扣固定作用，以最大摩擦力计算选取压紧缸功率。因为旋压力57KN 摩擦系数为动摩擦系数取0.1，扭矩为0.15m情况下计算得： =570000.10.15=855N固定扭矩为0.1m： =85.5KN （12）（5） 的计算摩擦力按照启动时静摩擦力计算，由公式（3）得到： 0.13920=392N （6） 的计算最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大速度可通过液压系统最大移动速度和加速度计算得到。气动换向时间为0.05S，工作部件最大移动速度为30mm/s，根据公式（4）可计算惯性负载为： 得到=2400N综上所述液压总负载由公式（11）计算：F=+88KN。根据公式（5）并代入液压缸的载荷和工作压力计算的。 查液压系统设计简明手册，按照GB/T2384-1993所算的D与d值分别圆整为相近的标准直径，便于使用标准的密封装置。得到圆整后的值： D=20cm d=10cm液压缸流量由公式（7）计算： 再根据公式（6）得到：=235.6。 由公式（7）计算最大功率时液压给定流量为 ： 4.1.6 压紧缸结构的计算与校核 在液压系统中，液压缸的缸筒壁厚活塞缸直径d和刚盖螺栓的强度，在高压系统必须经过强度校核。 （1）液压缸壁厚的计算 已知P=4MPa、D=0.20m、无缝钢管许用应力（=100-110MPa ），取=110MPa。缸筒是液压缸最重要的零件，它承受液压油作用的压力，其壁厚需要进行计算。活塞杆受轴向压缩负载时，为避免发生纵向弯曲，还要进行压杆稳定性验算。 中、高压缸一般用无缝钢管做缸筒，大多属薄壁筒，即D10时，其最薄处的壁厚用材料力学薄壁圆筒公式计算壁厚，即用公式（8）计算： 得出10.8mm。 因此取壁厚为12mm。 （2）活塞杆的设计与计算 活塞杆是液压缸传递里的主要零件，它承受拉力、压力、弯曲力及振动冲击等多种作用，必须有足够的强度和刚度。 通过活塞杆直径公式（9）计算可知，设计的活塞杆直径比较大，力学性能能很好的满足要求。 （3）缸盖固定螺栓的选用与校核。 根据缸盖与缸体的大致比例选用六角头螺栓GB/T 5783-2000 M630。 缸盖固定螺栓通过公式（10）进行校核： 经计算得到4.68mm，所取用的直径为6mm符合要求。4.2 活塞组件的设计活塞组件是由活塞、活塞杆、密封件和连接件等零件组成。各部分在液压泵的作用下，通过液压油压力实现在缸筒中做往复直线运动的动作。从材料上来说，由于活塞在工作时处于往复运动，其因为摩擦造成损耗大，所以一般选用耐磨性好的材料。在这可以选用优质的碳素钢。从工艺上为了提高工件的耐磨性等，可以在工件表面进行抛光等处理。从维护上来看，活塞与活塞杆的连接可以选用螺纹连接的方式，这种工艺主要的有事为结构简单，安装简单可靠，便于更换。4.2.1 液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程3确定。参照下表2选取标准值： 表2 液压缸行程系列（GB2349-80）窗体顶端 Table 2 cylinder stroke system(GB2349-80) mm 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 根据上表，由旋压工况所需工作行程确定液压缸行程为200mm。4.2.2 活塞的设计 由于活塞在液压力的作用下沿缸筒往复运动，因此它与缸筒的配合应适当，既不能过紧也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求设计性能。 活塞与活塞杆有以下三种连接方式： （1）整体结构，这种主要用于工作压力较大，而活塞直径有较小的情况。但是损坏需要整体更换。（2）螺纹连接，这是一种常见的连接方式。结构简单，安装方便可靠。但是活塞杆上车螺纹削减了它的强度。（3）半环链结 ，用于工作压力、机械振动较大的情况，这种拆装方便，低速时使用较多。 因此，结合这次设计特点，选用锁紧螺母进行锁紧。4.2.3 导向套 活塞杆导向套位于液压缸有活塞杆一侧的端盖内，导向套起支撑活塞杆作用，并且能保证活塞杆和缸筒同轴度的作用，在液压缸杆从缸筒中伸出的过程，能够让液压缸和缸筒表面接触，当液压缸运动的行程越长，所需的导向套就越长。同时，导向套也为油缸口的油封提供一个支座。一般液压缸最小导向长度应满足以下要求： （13）式中，L为最大工作行程，D为缸筒内径。计算得到：H8cm。导向套内孔与活塞杆外圆配合选用，同轴度的公差小于等于0.03mm，圆度与圆柱度不大于直径公差的1/2。4.2.4 防尘圈 防尘圈主要作用是除去往复运动活塞杆露在缸外部表面上所附着的尘土、灰尘等污物，阻止液压缸外面空气中的灰尘、雨水进入液压机构内部。 根据设计需求，选取A型防尘圈，这是一种单唇无骨架橡胶密封圈，工作温度范围在-30110C，材料选用耐磨的丁晴橡胶，其低摩擦系数。这样能够实现阻止外界的粉尘进入系统，同时也降低设备的摩损。4.3 密封装置的选用 系统是否能正常工作不仅由元器件决定，密封性也是系统正常工作所需的最重要的保障。密封装置的主要作用为保护系统安全，防止液压油等液体的泄露。只有液压缸的密封性良好，才能在传递动力过程中不会因为液压油泄露等原因使系统的传递效率降低，才能精在加工过程中更好的保证加工精度。 密封件一般以断面形状分类，有O形、U形、V形、J形和Y形等，除了O形外。其他都属于唇形密封件。4.3.1 O形密封圈的选用 液压缸的静密封圈的部位主要有活塞内孔和活塞杆、支承座外圈与缸筒内孔、端盖与缸体端面等处。O型密封圈虽小却因为工作油液压力大，稍有不慎就会引起过量的内漏跟外漏，所以是一种及其精密的橡胶制品。在复杂的情况下，具有较好的尺寸稳定性和保持自身的性能。通过查询液压缸元件手册选出O型密封圈型号为： 6.902.65G GB3452192； 10.61.80G GB3452192。4.3.2 动密封部位密封圈的选用 液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封。活塞杆与支承座的密封等。Yx形密封圈是我国液压缸行业使用及其广泛的往复运动密封圈。它是一种轴、孔互不通用的密封圈。一般，使用压力低于16MPa时，可不用挡圈而单独使用。当超过16MPa并用于活塞动密封装置时候，应使用挡圈，以防止间歇挤出。由计算得到本次设计液压缸工作压力小于16MPa，所以不用挡圈而单独使用。所以选用公称外径D=140mm,材质为聚氨酯-4的孔用Yx型密封圈，即： D140Yx型密封圈D14聚氨酯-4 JB/ZQ 426486。4.4 液压缸的安装连接结构 液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸的进出油口的连接。4.4.1 液压缸的安装形式 液压缸的安装形式很多，大致可以分为两类： （1）轴线固定类 这类安装形式的液压缸在工作的时候，轴线位置固定不变。在这基础上又可以分为通用拉杆式、法兰式和支座式。通用拉杆式是在两端缸盖上钻出通孔，用双头螺杆将缸和安装座连接拉紧。一般用于行程短，压力低的液压缸。法兰式为液压缸伤的法兰将其固定在机器上。支座式将液压缸头尾两端凸缘与支座紧固在一起。 （2）轴线摆动类 这类液压缸在往复运动时，由于机构的相互作用使得其轴线产生摆动，达到调整位置和方向的要求。这类可以分为耳轴式，耳环式和球头式三种小项。4.4.2 液压缸的连接方式 （1）端盖与法兰的连接 两头端盖与法兰连接采用螺栓连接，选用螺纹规格M8、公称长度L=80mm性能等级为5.6级。不经表面处理，A级的六角头螺栓，螺栓GB578286 M880。 （2）连接块与端盖的连接 采用螺钉连接，选用螺纹规格M8，公称长度为45mm，性能等级为5.6级。表面不经处理，A级的内六角螺钉，螺钉GB/T2000 70.1M845。4.5 液压泵的选用及参数计算 因为系统压力P 21MPa ,比较来说选用双作用叶片泵，系统采用节流调速，应该选定定量泵。由于设计方案共有五个执行器，所以选择两台泵供油。4.5.1 确定液压泵的最大工作压力Pp 由公式可算得其中P1为执行元件的最高压力 执行元件进油路的压力损失一般取25Pa （14） 4.5.2 确定液压泵最大流量 （15） K为泄露系数，一般K取1.11.3，大流量时取最小值，反之取最大值 计算可得 1.1210.2L/min=22.5L/min由资料4选择液压泵为YB-A26BYB为单级叶片泵 A：系列 26：排量 B：压力分级4.6 定量泵电机的功率计算 根据已知压力和流量可以选择液压泵的型号，由公式4确定驱动液压泵的电机所需的功率计算如下： （16） 电动机功率（KW）； 液压泵最大工作压力（(MPa）； 液压泵的输出流量（ml/s）； 液压泵总效率，可由液压泵产品样本查出。 = 4.5106 22.5 10-3m3 /0.7560s = 2.25KW经查新编机械工程设计手册4，选用定量泵电机型号为Y112M-4的电动机，其额定功率为4KW，额定电流为8.8A，电机转速为1440r/min，效率为84%。4.7 液压控制阀的选择4.7.1 二位四通电磁换向阀二位四通电磁换向阀即拥有两个工作位置且连通了四个主油路的换向阀，改变液动换向阀的控制油路的方向，推动液动换向阀阀芯的移动，在液压系统中用于控制系统的升压与卸荷。由以上计算得出液压系统工作流量为10.21L/min，工作设计负载为30000N，由工作位置与所联通的工作油路，通过查询机械设计手册可选用DG4V-3-13A。其通径为6mm，额定压力为35MPa，最大流量50L/min，额定流量为38L/min。4.7.2 三位四通电磁换向阀三位四通电磁换向阀是液压控制系统与电器控制系统之间的转换元件，它利用位于两端电磁铁的吸力来实现阀芯的运动，从而改变油路的通断，进而实现执行元件的换向。三位四通阀芯可实现三个位置的变换与四个油路口间不同方式的贯通。为了满足以上计算所得到的数据，经查询新编机械工程设计手册查询选用34O-10B三位四通换向阀。其压力为6.3MPa，通径为8mm，阀径为25mm。4.7.3 先导式溢流阀 溢流阀基本作用为利用其阀口的溢流，使被控液压系统或回路的压力维持恒定，实现调压、稳压和限压。通常阀口常开，使系统压力恒定的阀。其基本要求为调节范围大，调节偏差小，压力震摆小，动作灵敏，过流能力大，噪声小。根据系统的最大安全压力，经查询新编液压工程设计手册，选用A1Y-Ha32L型号。4.7.4 单向调速阀 调速阀由定差减压阀和节流阀两部分组成，通过两阀相互作用配合，使通过节流口的流量基本不会因为负载的变化而变化。这就要求阀的阀的额定压力要大于液压系统的最大压力。所以，经过查询新编液压工程手册得到选用QA-H8单项调速阀。其公称直径为8mm，公称压力为31.5MPa,额定流量为25L/min，最小稳定流量为2.5L/min。4.7.5 单向阀 单向阀一般安装在泵的出口处，在系统压力突然升高的时候，能够防止因压力升高而对泵的损坏，起到保护作用。单向阀中液压油向一个方向流动的时候阻力小，压力损失应小。密封性也必须好，在负载增大，系统压力增大时，液压油完全不能回流。 经查液压元件及选用可选I-25B，其流量为25L/min，额定压力为6.3MPa，压力损失0.2MPa满足设计所要求。4.8 管道尺寸计算4.8.1 压油管道尺寸 由公式： （17） 管内通过的流量（）； V液体在管内的最大允许流速（）。 计算得 按照已选定的标准元件的接口取d=12mm。4.8.2 吸油管尺寸 由公式（17）得 取d=24。4.8.3 回油管尺寸 由公式（17）得 取d=15。4.9 液压系统额定压力损失按照选定的元件确定管道直径为24mm，进回管道长度均取2m；取油液运动粘度，油液密度。由计算可以得到工作循环中进回油管道中通过的最大流量发生在快退阶段，由此算的液流雷诺数4： （18） =1695Re小与临界雷诺数2300，所以可以推算出各工况下的进回油路中的液流均为层流。将适用于层流的沿程阻力系数 和管道中液体流速 代入沿程压力损失计算公式得到： （19）在管道具体结构尚未确定的情况下，管道局部压力损失常按照公式计算： （20）各工况下的阀类元件的局部压力损失按公式（18）到（19）公式计算。根据公式（18）、（19）、（20）计算出的各工况下的回油路上，可求得总的压力损失。最大压力损失发生在快进快退的时候，经计算此时的压力损失为 而得到的压力损失不会使系统的工作压力达到其所具有的最大工作压力。4.10 辅助元件的选择4.10.1 过滤器 过滤器能通过清除液压油中各种的杂质，让液压元件在正常工作反复运动的时候，不会因为杂质的对元件造成损伤，影响其正常的精确度与寿命。所以过滤器应该注意以下几点：（1）过滤精度过滤精度是指过滤器滤除一定尺寸固定污染物的能力。不同的过滤精度队液压油中的清洁程度作用不同。按照过滤精度可以将过滤器分为粗过滤器，普通过滤器，精过滤器和特精过滤器。 （2）纳污容量 过滤器在压力降达到规定值以前，可以滤除并容纳的污染物数量。过滤器的纳污容量越大，使用寿命越长。一般来说，过滤面积越大其那无容量越大。 （3）工作压力 不同结构形式的过滤器允许的工作压力不同，选择过滤器时应考虑允许的最高工作压力。 （4）压力损失 工作介质流经过滤器时，主要是滤芯对介质流动造成的阻力，使过滤器的油口两端产生一定的压力差，及压力损失。 在这次设计中选用两个精过滤器，而作用为过滤泵出来的液压油，防止液压缸进入杂质造成损伤。而根据要求，压力损失不能超过0.010.035MPa，由流量大小，参考机械设计手册选用Y-H25L，B。其通径为15mm，流量为31.5/MPa，流量为25L/min，过滤精度为5m，压力损失小于等于0.01MPa。4.10.2 冷却器 （1）冷却器作用 冷却器的用途是当液压系统工作时，因液压泵、液压马达等的溶剂损失和机械损失，控制元件及管路的压力损失和液体摩擦损失等消耗的能量，几乎全部转化为热量。大部分热量使油液及元件的温度升高。如果油温过高，油液黏度下降、元件内泄漏增加、磨损加快、密封老化等，将严重影响液压系统的正常工作。一般液压介质正常使用温度范围为1565。 在设计液压系统时，考虑油箱的散热面积是一种控制油温过高的有效措施。但是，某些液压装置由于受结构限制，油箱不能很大；一些液压系统全天工作，有些重要的液压装置还要求能自动控制油液温度。所以必须采用冷却器来强制冷却控制油液的温度，使之适合系统工作的要求。 （2）冷却器的种类及特点冷却器根据大类可分为三大种类：水冷却式，风冷却式以及制冷式，水冷却式冷却器分为列管式和波纹板式，列管式冷却水从水管中流过，油从列管间流过，中间折板使油折流，这种散热效果好，散热系数可达到350580W（m）。波纹板式板式叠加形成接触点，使液流在流速不高的情况下形成紊流，这种散热效果好。风冷却式用风冷却，结构简单，体积小，重量轻，热阻小，换热面积大使用方便。散热效率较高，散热效果可达116175W（m）。制冷式为利用氟利昂冷原理把液压油中的热量吸收、排除。这种冷却效果好，冷却温度控制较为方便。 （3）冷却器的计算 在选择冷却器时首先要求冷却器的安全可靠，有足够的散热面积，压力损失小，散热效率高，体积小重量轻等，冷却器的计算主要根据确定需要的散热面积和冷却水量。冷却器的散热面积确定根据发热功率来计算，而散热面积公式6为：