100T四柱液压机液压系统设计

东北林业大学毕业论文 *大学 毕 业 设 计 设计题目： 100T四柱液压机液压系统设计 学 生： * 指导教师： *教授 学 院： *学院 专 业：* 2*大学毕 业 设 计 任 务 书设计题目 100T四柱液压机液压系统设计 指导教师 * 专 业 *学 生 * 题目名称：100T四柱液压机液压系统设计任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）液压压力机又叫油压机，是压力机的一种，可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺，通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件。具有用途广泛，生产效率高等特点。液压压力机通常由上缸带动压排（固定上模）向下运行，进行施压、保压等动作，动作完成后再由下缸把工件顶出。本课题设计要求：完成100吨四柱液压机液压系统设计，包括液压机结构设计、液压系统的设计计算、液压缸的设计及电机、液压元件的选择等。设计参数如下：公称压力-100T液体最大工作压力-25 MPa 有效工作台面积-720580 mm2滑块空程速度-27 mm/s滑块工作速度-10-14 mm/s滑块回程速度-80 mm/s 滑块最大行程-600 mm进度安排：12月30日前，收集资料，写出开题报告；3月30日前，进行实习，收集资料；4月20日前，完成液压机结构装配图合A0图纸1张； 5月10日前，进行液压系统设计计算，选择电机和液压元件；完成液压系统图一张（A1图纸）； 5月31日前，进行液压缸设计计算，完成液压缸装配图一张（A1图纸）,液压缸零件图合A1图纸一张，设计说明书一份。6月10日至15日，导师评审，完善改进图纸和设计说明书。其中： 参考文献篇数： 20篇以上（其中，外文文献3篇以上）图 纸 张 数： 3张A0图纸 说明书字数： 6000字以上专业负责人意见签名：年 月 日100T四柱液压机液压系统设计摘 要本设计为四柱式液压机，四柱液压机的主机主要由上梁、导柱、工作台、移动横梁、主缸、顶出缸等组成。其中主缸可完成快速下行、慢速加压、保压延时、释压换向、快速返回、原位停止的动作；顶出缸可实现向上顶出、停留、向下退回、原位停止的动作。本设计主机最大工作负载为1000KN。通过对液压缸工况分析确定液压缸负载的变化，拟定液压系统图和电磁铁动作顺序。并设计主液压缸，计算主液压缸的尺寸和流量，主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制。根据技术要求及设计计算选择液压泵、GE系列电磁阀等液压元件。通过液压系统压力损失和温升的验算，液压系统的设计可以满足液压机顺序循环的动作要求，设计的四柱液压机能够实现塑性材料的锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲等成型加工工艺。本液压系统选用PLC控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。液压机采用集中式布置，液压系统油源与控制调节装置置于主机之外。该液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定的范围内任意调节，操作简单。关键词：四柱液压机；液压系统；PLC100T Four-column hydraulic press hydraulic system designAbstractThe design for the Four-column hydraulic machine, four-column hydraulic machine is mainly composed of the host beam, pillar, table, moving beams, master cylinders, composed of the top of the cylinder.The master cylinder can be completed quickly down, slow compression, security calendar, the release pressure for the rapid return of in situ to stop the action; the top of the cylinder can be achieved out of the top up, stay, down the back, stopped in situaction.The design maximum working load of the host 1000KN.Conditions on the hydraulic cylinder hydraulic cylinder load analysis to determine changes in the hydraulic system developed action plans and the electromagnet order.And the main hydraulic cylinder design to calculate the size of the main cylinder and the flow rate of master cylinder for access and security, travel limit switches to control through the stroke.Calculated according to the technical requirements and design options hydraulic pump, GE series of solenoid valves and other hydraulic components.The hydraulic system pressure loss and temperature rise of checking, hydraulic system design to meet the hydraulic requirements of the order cycle of action, designed to achieve four-column hydraulic press plastic material, forging, stamping, cold extrusion, straightening, bending and other forming processes.The PLC control system, hydraulic system used by a variety of hydraulic pumps and cylinders and valves to achieve energy conversion, regulation and distribution, complete a variety of process action cycle.Hydraulic press using a centralized arrangement, the hydraulic system and control of oil sources outside the regulating device in the host.The hydraulic machine structure is compact, reliable sensitive action, speed, energy consumption, low noise, stress and travel can be adjusted within the limits prescribed, simple operation.Keywords: Four-column hydraulic press; hydraulic system; PLC目 录摘要Abstract1 绪论 11.1 概述 11.2 发展概况22液压系统工况分析32.1 载荷的组成和计算32.1.1 主液压缸载荷的组成与计算32.1.2 绘制负载图和速度图42.1.3 初选系统工作压力42.2 液压系统及元件的设计52.2.1 拟定液压系统图52.2.2 电磁铁动作顺序63 液压缸的设计73.1 液压缸基本结构设计73.1.1 液压缸的类型73.1.2 缸口部分结构73.1.3 缸底结构73.2 缸体结构设计73.2.1 液压缸主要参数的确定73.2.2 液压缸动作时的流量83.2.3 缸的设计计算93.2.4 活塞的设计123.2.5 活塞杆的设计133.2.6 导向环的设计153.2.7 导向套的设计163.2.8 缸盖的设计164 液压元件的选择及性能验算194.1 液压元件的选择194.1.1 液压泵的选择194.1.2 GE系列阀简介及选择204.1.3 辅助元件的选择204.1.4 管件的选择及计算214.1.5 油箱容量的确定224.2液压系统性能验算234.2.1 液压系统压力损失234.2.2 液压系统的发热温升计算245 液压系统的PLC控制设计255.1 PLC概述255.2 控制部分设计256 结论29参考文献致谢毕业设计四柱液压机液压系统设计1 绪论1. 1 概述液压机是一种以液体为工作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。液压机被广泛应用于机械工业的许多领域。例如在锻压领域，液压机被广泛应用于自由锻造、模锻、冲压、挤压、剪切、拉拔成型及超塑性等许多工艺中；在机械工业的其他领域，液压机被应用于粉末制品，塑料制品、磨料制品、金刚石成型、校正压桩、压砖、橡胶注塑成型等十分广泛的不同工作领域。液压机一般是由本体、动力系统、液压控制系统三部分组成。本体一般是由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置以及其他辅助装置组成。工艺要求使影响液压机本体结构形式的最主要因素。由于在不同液压机上完成的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构形式也是不同的。根据机架形式，液压机可以分为立式和卧式；根据机架的组成形式，液压机可分为梁柱式、单柱式、框架式、钢丝缠绕预应力牌坊式等。其中三梁四柱式是最为常见的类型，如图1-1所示。其机身是由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调节螺母等组成。其执行元件的结构简单，结构上易于实现很大的工作压力、较大的工作空间，因此适应性强，便于压制大型工件或较长、较高的工件；由于执行元件结构简单，所以布置灵活，可以根据工艺要求来多方位布置；活动横梁的总行程和速度都可在一定范围内、相当大程度上调节，适应工艺过程对化快速度的不同要求；通过不同阀的组合实现工艺过程的不同顺序；安全性能好，不易超载，有利于保护模具；工作平稳。撞击、振动、噪声较小，对工人及厂房有很大好处。图1-1四柱液压机1.2发展趋势随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。自19世纪问世以来发展很快，已经广泛应用于国民经济的各个部门，种类繁多，发展迅速，成为机床行业的一个重要组成部分。但由于我国液压起步晚，液压机只有50年的发展历史，80年代以后我国液压机开始进入高速发展阶段。目前我国已建立了自己的液压机设计和制造行业。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展体现在新的方向。随着比例伺服技术的发展，液压机的停位精度、速度控制精度越来越高，液压机趋向高精度发展。高速化、高效化、低能耗提高了液压机的工作效率，降低生产成本；自动化、智能化，微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能；液压元件集成化，标准化，集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。在国际上来看，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。 2 液压系统工况分析四柱液压机的工作过程如下：上液压缸驱动上滑块，实现“快速下行-慢速加压-保压延时-释压换向-快速返回-原位停止”的动作循环；下液压缸驱动下滑块，实现“向上顶出-停留-向下退回-原位停止”的动作循环。如2-1图所示。图2-1液压机工作循环图2.1 载荷的组成和计算2.1.1主液压缸载荷的组成和计算作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷，导轨的摩擦力和由于速度变化而产生的惯性力。（1） 工作载荷工件的压制抗力即为工作负载： （2） 导轨摩擦载荷 摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力。 (2-1) -外载荷作用于导轨上的正压力（N）；-摩擦系数，分为静摩擦系数（）和动摩擦系数（）静摩擦阻力： 动摩擦阻力： （3） 惯性载荷 (2-2)式中g重力加速度；g=9.81; -速度变化量（m/s）；-起动或制动时间（s）。一般机械=0.1-0.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般取=0.5-1.5。以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷。工作载荷并非每个阶段都在，如该阶段没有工作，则=0。由于液压缸参数未定，估算背压力Fb=12000N。自重： -液压缸的机械效率，一般取0.90-0.95. (2-3)液压缸各阶段负载如表2-1所示。表2-1 液压缸各阶段中的负载工作状态 负载组成负载值F/N推力F/N启动8080N8977.8N加速8390N9322.2N快速下行7590N8433.3N慢速加压988590N1098433.3N快速返回5390N5988.9N2.1.2绘制负载图和速度图由以上分析计算绘制主液压缸负载图和速度图，如图2-2。图2-2 压力机液压缸的负载和速度图2.1.3初选系统工作压力 根据重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用维护方便的原则，针对设计系统在性能和动作方面的特性，确定了设计系统的工作压力。如表2-2、表2-3所示。本设计工作压力为25MPa。表2-2 按载荷选择工作压力载荷/KN50工作压力/MPa0.8-11.5-22.5-33-44-55 表2-3 各种机械常用的系统工作压力机 床机械类型磨床组合机床龙门刨床拉床农业机械小型工程建筑建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械工作压力/MPa0.8-23-52-88-1010-1820-322.2 液压系统及元件的设计2.2.1拟定液压系统图根据系统的设计要求和工况图，确定基本回路，拟定油路控制原理图，如图2-3。图2-3 油路控制原理图1.主油箱 2.径向柱塞泵 3.顺序阀 4.先导式溢流阀 5.三位四通电磁换向阀 6. 二位四通电磁换向阀 7.压力继电器 8.单向阀 9.压力表 10.补油箱 11.液控单向阀 12.上缸 13.背压阀 14.液控单向阀 15.行程开关 16.下缸 17.节流阀 18.三位四通电液换向阀图2-3是油路控制原理系统图，工作时，电液换向阀5通电，压力油由泵2打出， 经顺序阀3，进入电液换向阀5的右位，再通过单向阀8 ，进入上缸12的上腔。同时，经电磁阀6补油进入油缸上腔。回油从上缸的下腔经过（单向顺序阀）背压阀13和液控单向阀14，通过电液换向阀6，流回到油箱。与此同时， 上缸在自重的作用下， 加速了向下的快速运动，使上缸的上腔瞬时间形成了真空带，补油箱10的油会通过液控单向阀11 ，被吸进上缸的上腔， 以消除真空， 保持上缸的快速下移。当上缸带动上模与下模合模后， 压力油继续输入上油缸的上腔， 油缸上腔的压力开始升高，由于油压的升高，补油箱处的液控单向阀被关闭， 切断了补油箱的供油，使上缸12下行速度开始放慢。油缸上腔压力继续升高， 当压力超过了压力继电器9的调定值时， 压力继电器发出信号，控制电液换向阀5转换到中位， 切断油缸12上腔的供油， 上缸停止运动，系统开始保压。保压完后， 电液换向阀5的左位被接通， 泵2打出的压力油， 经过顺序阀3， 通过电液换向阀5的左位，再经过液控单向阀13 、（单向顺序阀）背压阀12 ， 进入上油缸12的下腔， 推动油缸向上运动，同时电磁阀6切换到左位，油箱补油加速回程。 油缸12上腔的回油通过液控单向阀11 ， 流回到补油箱10 。使得上缸能快速退回原位。当将电液换向阀5的中位和电液换向阀18的右位接通时， 泵2打出的压力油，经过电液换向阀18的左位， 进入下缸16的下腔，回油从下缸16的上腔经过电液换向阀18的左位，流入回油箱，下缸上行顶出工件。在工件取出后， 电液换向阀18的右位开始工作， 压力油进入下缸15的上腔， 下缸下腔的回油经过阀的右位流入回油箱， 下缸向下运动， 恢复原位。阀12在保压时可防止上油缸12上腔的油液倒流，行程开关 15用于控制上、下缸的极限位置，压力表分别显示上、下油缸和整个系统的压力。2.2.2电磁铁动作顺序图2-3油路控制原理图中电磁铁动作顺序见表2-4。表2-4 电磁铁动作顺序表动作名称电磁换向阀电动机1YA2YA3YA4YA5YA6YA1D电机启动+快速下行+减速及压制+保压+卸压+回程停止+顶出缸顶出+退回+静止 3 液压缸的设计3.1 液压缸基本结构设计液压缸是液压系统的执行元件，它是一种把液体的压力能转换为机械能，以实现直线往复运动的能量转换装置。由于液压缸结构简单，工作可靠，在锻压设备中应用广泛。3.1.1 液压缸的类型液压缸选用单作用活塞液压缸，单作用活塞缸的活塞、活塞杆和导向套上都装有密封圈，因而液压缸被分隔为两个互不相通的油管，当活塞腔通入高压油而活塞杆腔回油时，可实现工作进程，当从反方向进油和回油是，可实现回程。3.1.2缸口部分结构缸口部分采用了Y形密封圈、导向套、O形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引导活塞杆。由于在设计中缸孔和活塞杆直径的差值不同，故缸口部分的结构也有所不同。3.1.3缸底结构缸底结构常应用有平底、圆底形式的整体和可拆结构形式。在本设计中采用平底结构。平底结构具有易加工、轴向长度短、结构简单等优点。所以目前整体结构中大多采用平底结构。3.1.4 缓冲装置缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向终端时在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫它从小孔或油缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和端盖相撞击的目的。在液压缸中常见的装置是节流口可调式，节流口变化式两种。本设计中所设计的液压缸缓冲装置是节流阀调节。3.2缸体结构设计3.2.1液压缸主要参数的确定（1） 主缸的内径:公称力F=1000KN=1106KN，液体最大工作压力P=25MPa=25106。求得活塞面积：=0.04 (3-1)所以=0.04即主缸内径D=0.2257m=225.7mm。查表取D=220mm根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：= 得d=179.07按标准取活塞杆直径d=液压缸的往复运动速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25、1.15等几种。表3-1给出了不同速度比是活塞杆直径d和液压缸内径D的关系。由以上数据求出液压缸实际有效面积如下：无杆腔： = =3799 (3-2)有杆腔： =12560 (3-3) 活塞杆面积： A=-=25434 (3-4)表3-1 d 和D的关系1.151.251.331.462d0.36D0.45D0.5D0.56D0.71D(2) 确定液压缸的运动速度本课题给定了液压缸的工作速度为：空程速度：27 工作速度：12 回程速度：80(3) 确定活塞杆的最大行程本设计课题给定了活塞杆最大行程为600mm。3.2.2液压缸动作时的流量液压缸的流量通过工作速度和液压缸的内径来确定。液压缸的空程速度为V1 =27，工作速度为V2 =12，回程速度为V3=80. （3-5）空程：Q1=V1D2=0.027m/s(0.22)2=0.001026m3/s=61.56L/min；工作：Q2 = V2D2=0.012m/s(0.22)2=0.000456m3/s=27.36L/min；回程：Q3=V3（D2-d2）=0.08m/s(0.222-0.182）=0.001m3/s=60L/min。针对不同零件的具体加工要求，系统的流量可以通过控制元件调速阀来调节。3.2.3缸的设计计算（1）缸筒的结构和材料一般情况下，缸筒和缸盖的结构形式和使用材料有关。在此液压缸筒用45号无缝钢管。可保证结构通用性好，缸体加工容易，装卸方便，能充分满足设计要求。缸筒所选材料性能如表3-2。表3-2 缸筒所选材料型号MPaMPa%4560035516（2）对缸筒的要求a.内表面与活塞密封件及导向套的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少， 尺寸公差等级和形位公差等级足以活塞密封件的密封性。b.有足够的强度，能长期承受最高工作压力，而不至产生永久变形以及能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不至产生弯曲。缸筒内壁厚度：当3.216时，用使用公式:= （3-6） =0.028m取 =0.02m -试验压力（MPa），工作压力p16MPa时，=1.5p;工作压力p16MPa时，=1.25p; D -液压缸内径（m）; -缸体材料的许用应力（MPa）: -缸体材料的抗拉强度（MPa） -安全系数，n=3.5-5.一般取n=5. -强度系数，一般取1。 -计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，通常圆整到标准厚度值。缸体内最大工作压力为25 MPa.当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.（3）缸筒的强度校验在前一节中已经确定了缸筒的内径，为220mm，根据液压缸标准参数拟选缸厚度为20mm，则外径：=D+2 (3-7)，现在校验它的强度。额定压力必须要小于一个值，这样缸筒才是符合强度要求的，即： 0.35 (3-8)式中： -液压缸额定压力(MPa)-液压缸外径(m) -液压缸内径(m) -材料的极限应力(MPa) 所以： 0.3535535.3本设计课题给定的为25，所以缸筒工作安全。（4）液压缸缸底厚度计算缸筒底部为平面时: （3-9） 取 式中： -筒底厚度（m）-液压缸内径（m）-试验压力（MPa）-缸底材料的许用应力（MPa）（5）液压缸固定螺栓直径校核 (3-10)式中： Z-固定螺栓数，取Z=8(均布) ；F-液压缸负载；k-螺纹拧紧系数k=（1.12-1.5），这里取1.3；- /(1.22.5), 为材料的屈服极限由于Z取得较小的值时，螺栓的直径将会变大，从而加大安装空间，可能会发生安装是干涉的情况；如果Z值取得太大，则势必加大调整时的难度，经过综合考虑，这里取Z=8。所以：=23.1mm选取标准值为24mm。根据实际情况，选取普通圆柱螺栓。由机械设计指导查的该螺栓的规格为24。（6）缸筒制造加工要求a.缸筒端面的垂直度公差值可按照7级精度选取0.06mm。b.缸筒内径的圆度公差值可按9、10、11级精度选取0.046mm，圆柱度公差值应该按照8级精度选取0.02mm。c.热处理调质，硬度为HB241285.缸体内表面镀铬，厚度为30-40微米,镀后研磨或者抛光。缸筒的零件图如3-1图所示：图3-1 缸筒3.2.4活塞的设计由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能有间隙过大。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滑动配合表面；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的设计性能。（1）活塞材料 查书液压工程手册，可知：无导向环活塞：用高强度铸铁HT200300或球墨铸铁。有导向环活塞：用优质碳素钢20号、35号及45号。本设计采用有导向环的活塞，因此选用35号钢。（2）活塞结构型式根据密封装置型式来选用活塞结构型式。通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞四周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但给活塞的加工带来困难，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封型式决定。组合式活塞大多可以多次拆装，密封件使用寿命长。依据以上知识,本设计采用组合式活塞。（3）活塞的尺寸确定活塞的外径应略小于缸筒的内径，活塞与缸筒之间是用密封圈来连接的。其内孔的大小是根据与之相配合的活塞杆的直径来确定的。根据密封圈的大小来确定槽的深度和宽度。根据设计和安装要求，本设计活塞外径取为220mm,宽度B=0.6D取得140mm。（4）活塞的密封密封、形式与活塞的结构有关，可根据液压缸的不同作用和不同工作压力来选择,一般有密封圈密封、活塞环密封、间隙密封。这里采用O形加挡圈密封。密封圈的选定根据液压工程手册GB3452.3-88选定。（5）活塞的技术要求a.外径的圆柱度公差值，按10级精度选取，公差值为0.04mmb.端面对内孔轴线的垂直度公差值，应该按照7级精度选取,公差值0.04mm。图3-2 活塞 3.2.5活塞杆的设计(1) 活塞杆的材料活塞杆的材料为45号钢，采用实心结构。其两个端部均采用螺纹连接。活塞杆所选材料如表3-3所示。表3-3 活塞杆所选材料型号MPaMPa%45MnB10308359(2) 活塞杆尺寸的确定活塞杆的总长要根据油缸的行程来确定，本课题的工作台行程为600，综合其技术要求，选取活塞杆的总长为800mm。由于LA+B+L-1/2BL100+140+30+600-70=800mmA 导向套滑动面长度；B 活塞宽度；L 液压缸的最大行程；数值在后面3.3.6导向环设计中具体计算。(3) 活塞杆的技术要求 a 安装活塞的轴肩端面与活塞杆的轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm。b 活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.10.3。c 活塞杆在导向套中滑动，采用H8/h7配合。d 安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.01mm。e 活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为229-285HB，必要时，再经高频淬火，硬度达到HRC45-55。f 为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需镀铬处理，并进行抛光或磨削加工。g 活塞杆内端的卡环槽、螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同心，特别是缓冲柱塞，最好与活塞杆做成一体。（4）活塞杆直径d的校核： （3-11） 取d=0.18m, 满足要求。式中： F-活塞杆上的作用力；-活塞杆材料的许用应力，=/1.4。(5) 活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆连接有多种型式，所有型式均需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开,它分为卡环型，轴套型，螺母型等几种型式。本设计采用螺母型连接；如图3-3所示：图3-3 活塞杆3.2.6 导向环的设计导向环安装在活塞外圆的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内，以保持活塞与缸筒或活塞杆与其导向套同轴度，并用以承受活塞或活塞杆的侧向力。(1) 导向环的型式导向环有嵌入型和浮动型嵌入型导向环：在活塞外圆加工出燕尾型截面沟槽，用QAL9-4或紫铜制的铜带，表面加工成略带拱形，用木槌铆入沟槽内，最后加工导向环外圆。导向环圆周切出一个45度斜口。浮动型导向环：用高强度塑料等制的带，装在活塞外圆的矩形截面沟槽内，侧向保持有间隙，导向环可在沟槽内移动，并有一个45度斜开口。也可在沟槽底用粘合剂固定导向环。本设计采用浮动型导向环。(2) 导向环的尺寸采用不同的材料，导向环的尺寸也不同。聚四氟乙烯（也有掺青铜粉）导向环：根据活塞外圆直径或导向套内圆直径，导向环厚度可为1.52.5mm,宽度可为5.625mm。纤维增强酚醛树脂掺石墨导向环，厚度可为35mm，宽度可为2.525mm。基于此，本设计采用聚四氟乙烯导向环，其厚度为2.5mm，宽度为10mm。3.2.7导向套的设计导向套是用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证密封效果，导向套的典型结构形式是采用了轴套式。（1）导向套的材料 导向套要求磨损系数小，因此，采用了青铜。（2）导向套长度的确定导向套长度过短，将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大。影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足：H （3-12）式中：L-为液压缸的最大行程，L=600mm；D-为液压缸筒内径，D=220mm；H-为导向套最小导向长度；所以：H H30+110=140mm根据设计要求的需要，选择导向套的长度为150mm。活塞宽度B=0.6D=132mm.取B=140mm。导向套滑动面的长度A,在根据液压缸内径D而定；当D80mm时，取。A=0.6d=108mm.取100mm。 (3) 导向套的密封导向套与活塞杆之间的密封采用O形橡胶密封圈，根据GB/T3452.1-1992查阅，选取，密封环内径180mm，线径7mm。选自机械设计手册第2卷表10.1-40通用型O型密封圈尺寸系列与公差。并且采用防尘圈以防止活塞在后退时把杂质、灰尘及水份带到密封装置处.尺寸685。(4) 导向套的加工技术要求a、导向套外圆与端盖的配合为H8/f7。b、内孔与活塞杆外圆的配合为H8/h7。c、外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm。d、内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。导向套的零件图如图3-4所示：图3-4 导向套3.2.8缸盖的设计(1) 缸盖的材料和结构缸盖分为左缸盖和右缸盖，其中一个油口位于左缸盖之上。缸盖的材料选择45钢。(2) 缸盖的尺寸的确定缸盖与缸筒内壁的接触面为其定位基准。为了保证缸盖与缸筒两者轴线的同轴度，其装配面要经过磨削加工。缸盖的尺寸是由导向套、缸筒、活塞杆及固定装置的尺寸来确定。其法兰的尺寸由安装条件确定。其中直径d1与缸径相同220mm,基本尺寸D3取与密封圈外径相同200mm。(3) 缸盖的技术要求a、导向孔的表面粗糙度应为Ra=1.25m。b、与缸筒内径配合的直径采用h9，与活塞杆上的缓冲柱塞的配合的直径采用H9。偏差值为0.115mm。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按7级选取0.03mm。c、与缸筒接触的端面和与活塞接触的端面对轴线的垂直度误差在直径100mm上不大于0.04mm，按7级精度选取。前后端盖如图3-5、图3-6所示：图3-5 前端盖图3-6 后端盖4 液压元件的选择及性能验算4.1 液压元件的选择根据系统要求和设计方案，选择合适的液压元件，对液压系统有很大的决定作用，所以对液压元件一定要有合理的选择。4.1.1 液压泵的选择液压泵是系统的能源装置，它给系统提供压力油，在液压系统中起心脏作用。由工况分析可清楚的看出：系统工作循环主要由相对于快进、快退行程的低压大流量和相应于工进行程的高压小流量两个阶段所组成，其最大流量和最小流量之比很大，其相应的时间比有很小。这表明，系统在一个工作循环中的绝大多数时间内处于高压小流量工作。从提高系统效率出发，由于额定压力（25Mpa）较大，所以这里选用柱塞泵供油。它和调速阀组成的容积节流联合调速回路，一方面可以保证运动的平稳性及速度的稳定，另一方面可实现流量适应，减小系统功率的损失和系统发热。因此液压泵选用径向柱塞泵。a、确定液压泵的最大工作压力:（4-1）式中： P1-液压缸的最大工作压力25Mpa； -从液压泵出口到液压缸的入口之间总的管路损失。可以按实验数据选取，管路简单，流速不大的取=（0.20.5）Mpa；管路复杂，进口有调速阀的取=（0.51.5）Mpa；由工况分析一节可知，液压缸的最大工作压力出现在工进阶段，=25Mpa。由于工进阶段液压缸输入流量很小，进油路中元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失选取=0.4Mpa，所以，25+0.4=25.4Mpa；b、 确定液压泵的流量:液压缸的输出流量为：式中： k-系统泄漏系数,一般取k=1.11.3；-同时动作的液压缸的最大总流量，对于在工作过程用节流调速的系统，还须加上溢流阀最小溢流量，一般取,最大流量出现在快进阶段，所以 =1.2（60L/min+）75.6L/minc、选择液压泵和电动机的规格:根据以上求得的和值，按系统中拟定的液压泵形式，从手册中查得相应的液压泵，为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%-60%。电动机的选择要与泵相配合，以满足泵的要求， 根据压力和流量的不同选择液压泵和电动机。设计要求该系统工作效率高，发热少，能耗低，结构简单，因此该设计选择JB-型径向柱塞泵（型号为JB-G73），根据液压工程手册查得。同时由产品样本查的此泵驱动功率为10KW，此值完全能满足系统需要。选择驱动电机型号为JB-218-300型，其额定功率为55KW，转速为1500r/min。4.1.2 GE系列阀简介及选择（1） 概述GE系列液压阀包括压力、流量、方向控制三大类，全系列共计70个品种，近3000种规格某些液压阀是根据液压系统发展的特殊需要而开发的，以满足广大用户的需要。目前GE系列阀已在机床、造纸、注塑、等行业广泛应用，主机单位反应使用情况良好。（2） GE系列阀的选用根据液压系统的工作压力和通过阀类元件和辅助元件的实际流量，结合本课题设计要求，选出液压元件的具体型号和规格，如下：名称 型号 额定压力 最大流量1) 三位四通电磁换向阀：3WE6-50/W110R 16MPa 25L/min2) 溢流阀： YF3-10L 6.3MPa 63L/min3) 顺序阀： XF3-10B 6.3MPa 63L/min4) 二位四通电磁换向阀：22B(E)-H6B 16MPa 25L/min5) 单向阀 AF3-Eb10B 16MPa 40L/min6) 背压阀 FBF3-6B 6.3MPa 25L/min7) 液控单向阀 YAF3-Eb10B 16MPa 8) 节流阀 LF3-E6B 16MPa 25L/min4.1.3辅助元件的选择（1） 滤油器的选择滤油器在选择中必须要考虑的主要因素：过滤液的性质及与过滤材料的相容性；通过滤油器的流量及流量的变化与波动程度；系统的工作压力以及压力压力是稳态的还是时变的；系统的工作温度，以及系统要求的过滤精度等。选择滤油器应注意以下几点：1) 安装滤油器时要注意滤油器壳体上标明的液流方向，正确安装在系统中；2) 当滤油器压差指示器显示红色信号时，要及时清洗或更换滤芯；3) 在清洗或更换滤芯时，要防止外界污染侵入工作系统；4) 清洗金属编织方孔网滤芯原件时，可用刷子在汽油等中刷洗；5) 滤芯元件在清洗时，应该堵住滤芯端口，防止清洗下的污物进入滤芯内腔造成内污染；6) 过滤器的工作能力，取决于滤芯的过滤面积，滤芯本身的性能、油的粘度与温度、过滤前后的压力差以及油中固体颗粒的含量。过滤出入口的压差越大，阻力越小时，过滤的出油能力越大。根据上述要求，本课题选择滤油器型号: XU-50200（2） 空气滤清器的选择一般应在油箱盖上设置空气过滤器，它包括空气过滤器和注油过滤网。选择：。技术参数：空气阻力0.02Mpa，加油网孔0.5mm。（3） 选择压力表 选择： Y-150T。（4） 选择液位仪 在油箱侧壁上设置液位计，以指示液面位置。选择： YWZ-125T。4.1.4管件的选择及计算（1） 确定油管的内径液压系统中的泄漏问题大部分出现在管系中的接头上，为此对接头形式的确定，管系的设计及管道的安装应具体考虑。油管的管径不宜选得过大，但也不能选得过小。过大，容易使液压装置的结构庞大；过小，容易使管内液体流速加大，系统压力损失加大或产生振动和噪音，影响正常工作。薄璧易于弯曲，规格较多，装接较易，采用它可减少管系接头数目，有利于解决系统的泄漏问题。因此在强度保证的情况下，管壁可尽量选的薄些。管道的内径：d= （4-2）式中：-通过管道的流量 （）-管内允许流速 （）允许流速的推荐值如表4-1 。表4-1 允许流速推荐值液体流经的管道推荐速度液压泵吸油管道0.6-1.5，一般常取1 液压系统压油管道2.5-5，压力高，管道短，粘性小，取最大值液压系统吸油管道1.5-2因此管道直径计算如下：液压泵吸油管道：=0.036m 取=40mm液压系统压油管道：=0.016m 取=20mm液压系统回油管道：=0.029m 取=30mm（2） 管路、管接头的选择管接头是油管与油管，油管与液压元件之间的可拆式连接件，它必须具有装拆方便，连接牢固，密封可靠，外形尺寸小，通流能力大，压降小，工艺性好等各项要求。管路旋入端用的连接螺纹采用国家标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。细牙螺纹的密封性好，常用于高压系统，但需采用组合垫圈或O型密封圈进行端面密封。液压系统中的泄漏问题大部分出现在管系中的接头上，为此对接头形式的确定，管系的设计及管道的安装应具体考虑。这里选用卡套式端直通管接头（GB3733.1-83）,这种管接头具有结构简单，性能良好、重量轻、体积小、使用方便、不用焊接等一系列优点，是液压、气动系统中较为理想的管路连接体。4.1.5油箱容量的确定初始设计时，按经验公式确定油箱的容量。经验公式为 （4-3）=1075.6L/min=756L式中： -液压泵每分钟排出压力油的容积（L/min） -经验系数，见表4-2。表4-2 经验系数a系统类型行走机械低压机械中压系统锻压系统冶金机械a1-22-45-76-1210因此圆整后油箱的有效容积选取V800L，根据机械设计手册单行本液压传动中查得油箱的外形尺寸长、宽、高分别为1300mm、1000mm、970mm。分离式油箱一般用2.54mm钢板焊成。箱壁愈薄，散热愈快，大尺寸油箱要增加焊角板、筋条，以增加刚性。油箱顶盖要稍微加厚些。因此在这里油箱壁厚选取6mm, 箱底厚度应大于箱壁的厚度，选取 10mm ， 箱盖厚度为10mm。4.2液压系统性能验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当回路形式、液压元件及连接管路等完全确定后，针对实际情况对所涉及的系统进行各项性能分析。主要包括计算液压回路各段压力损失、统计损失及系统效率、压力冲击和发热温升等。4.2.1液压系统压力损失压力损失包括管路的沿程损失，管路的局部压力损失和阀类元件的局部损失，总的压力损失为 （4-4）由于供油流量的变化，其快上是液压缸的速度为27mm/s此时油液在进油管中的流速为：(1) 沿程压力损失 设系统采用N32液压油。室温为20时，运动粘度=1.0，所以有：2300。液压油在金属管中为层流流动，则阻力损失系数。若取进，回油管长度均为0.5m,油液的密度为，则其进油路上的沿程压力损失为： （4-5）=1056.875Pa=0.00157=0.00157MPa(2) 局部压力损失 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道的具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的10%；而后者则与通过阀流量大小有关。本设计中通过整个阀的压力损失很小，一般忽略不计。同理：快上时的回油路上的流量则回油路油管中的实际流速由此可以计算出5307(湍流)则，按=0.086MPa(3) 总的压力损失 由上面的计算所得可求得 （4-6） =0.0599MPa4.2.2液压系统的发热温升计算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工