YT32-100通用四柱式液压机设计-最大工作负载1000KN含8张CAD图
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YT32-100通用四柱式液压机设计 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。在设计主液压缸的时候,首先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、以及阀元件的选择。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。通过载荷的分析以及通过同类型产品类比的方法,设计出液压机机体的横梁和立柱。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。该液压机结构紧凑,动作灵敏可靠,速度快,能耗小,噪音低,操作简单。 关键词:液压系统;液压缸 ;液压机机体 YT32-100 Universal Hydraulic Press Design AbstractThis design for the four pillars hydraulic machine, the host of the four column hydraulic machine mainly by the beam, guide column, a work table, a movable beam, master cylinder, top of the cylinder. The master cylinder can be completed quickly down, slow pressure, holding pressure time delay, release pressure reversing, quick returns, in situ to stop the action; the top of the cylinder can be achieved to top out, stay, down the back, in situ to stop the action. The design of the host of the maximum working load of 1000KN. According to the analysis of the hydraulic cylinder, the change of the load of the hydraulic cylinder is determined, the diagram of the hydraulic system and the sequence of the action of the electromagnet are drawn up. In the design of the main hydraulic cylinder, the first calculation of the main hydraulic cylinder size and flow, the speed of the main cylinder and the safety of the stroke limit switch to control through the stroke. According to the technical requirements and design calculation selection of hydraulic pump, and the choice of valve components. Through the calculation of pressure loss and temperature rise of hydraulic system, the design of hydraulic system can meet the requirements of the order cycle of hydraulic machine. Through the analysis of the load, the calculation and design of the column. By analogy of the same type of product, the beam and column of hydraulic press machine body are designed. Four column hydraulic machine design can realize forging, stamping, Leng Ji, straightening, bending and other forming processes of plastic materials. The hydraulic machine has the advantages of compact structure, reliable action, high speed, low energy consumption, low noise, pressure and stroke, and the operation is simple and easy to operate. 关键词:液压系统;液压缸 ;液压机机体Key words: hydraulic system; hydraulic cylinder; hydraulic machine目 录摘 要iAbstractii绪论1第一章 液压系统的设计3第一节 工况分析3第二节 主液压缸载荷的组成和计算3第三节 绘制负载图和速度图5第四节 初选系统工作压力6第五节 拟定液压系统图6第六节 液压缸主要参数的确定9一、 主缸工作压力、内径、活塞杆的直径的确定10二、 确定液压缸的运动速度11三、 确定活塞杆的最大行程11第七节 液压缸动作时的流量11第八节 液压泵的额定压力、流量计算以及泵的选择12一、 泵的工作压力的确定12二、 液压泵的最大流量的计算12三、 液压泵的选择13四、 泵的流量的验算13第九节 电动机的选择13一、 主缸各工况的功率计算14二、 电动机的额定功率以及型号的确定15第十节 液压阀的选择15第十一节 管件的选择及计算15一、 主缸液压油管内径计算16二、 管路、管接头的选择16第十二节 油箱容量的确定17一、 油箱有效容积的确定17二、 油箱外形尺寸确定17三、 油箱的结构设计17第十三节 辅助元件的选择18一、 滤油器的选择18二、 空气滤清器的选择19三、 选择压力表19四、 选择液位仪 19第十四节 液压油的选择19第十五节 液压系统性能验算20一、 液压系统压力损失20二、 液压系统的发热温升计算21第二章 缸的结构设计计算22第一节 液压缸基本结构设计22一、 液压缸的类型22二、 缸口部分结构23三、 缸底结构23四、 缓冲装置23第二节 缸筒的设计23一、 缸筒的结构和材料23二、 对缸筒的要求24三、 缸筒的强度校验25四、 缸底厚度的计算25五、 缸筒的制造加工要求26第三节 活塞的设计27一、 活塞材料27二、 活塞结构型式27三、 活塞的尺寸确定27四、 活塞的密封27五、 活塞的技术要求28第四节 活塞杆的设计28一、 活塞杆的材料28二、 活塞杆尺寸的确定28三、 活塞杆的技术要求29四、 活塞杆直径d的校核29五、 主缸长度的确定29六、 活塞杆稳定性校核29第五节 主缸结构设计总结30一、 缸体与端盖的连接形式30二、 活塞杆导向结构形式30三、 活塞与活塞杆的连接30第六节 导向环的设计31一、 导向环的型式31二、 导向环的尺寸31第七节 导向套的设计32一、 导向套的材料32二、 导向套长度的确定32三、 导向套的密封33四、 导向套的加工技术要求33第八节 缸盖的设计34一、 缸盖的材料和结构34二、 缸盖的尺寸的确定34三、 缸盖的技术要求34第三章 立柱导杆的设计计算35第一节 立柱直径的计算35第二节 连结形式36第三节 立柱的螺母及预紧38第四节 立柱的导向装置38第四章 横梁参数的确定40第一节 上横梁结构设计40第二节 活动横梁结构设计40一、 活动横梁的主要作用40二、 活塞杆与横梁的连接40第三节 下横梁结构设计41第四节 各横梁参数的确定41结束语45参考文献46致谢47vi 绪论 液压机不仅仅是一种以液体作为工作介质,而且可以用来传递能量以及实现各种工艺的机器。液压机还可以被广泛应用于机械工业的各个领域。比如在锻压领域,液压机也可以被广泛应用于自由锻造、模锻、挤压、冲压、拉拔、剪切、成型及超塑性等好多的工艺中;还有在机械工业的其他领域里,液压机也可以被应用于粉末制品,塑料制品、金刚石成型、磨料制品、校正压桩、橡胶注塑成型、压砖等十分广泛的好多工作领域。液压机一般是由三部分组成,分别是本体、动力系统、液压控制系统。而本体一般是由液压缸部件、机架、运动部分还有导向装置以及其他辅助装置等组成。影响液压机的本体结构形式的最主要的因素是工艺要求。好多时候液压机的本体结构形式是全然不同的,就是因为在不同液压机上完成的工艺是好多种的。一般根据机架形式,液压机能够分为立式和卧式;而根据机架的组成形式,液压机是可以分为梁柱式、框架式、单柱式、钢丝缠绕预应力牌坊式等这些方式。而在这么多种类的液压机中,三梁四柱式是最为常见的类型,如图1-1所示。其机身是由上横梁、工作台、滑块、立柱、锁母和调节螺母等组成。它的执行元件的结构比较简单,结构上容易实现比较大的工作压力、而且有较大的工作空间,所以适应性强,而且便于压制比较大型的工件或较长、较高的工件;它的优点在于执行元件结构简单,布置灵活,能够根据工艺的要求来实现多方位的布置;而且活动横梁的速度以及总行程都是可以在一定范围内、相当大程度上进行调节,来实现工艺过程对快进快退速度的不同要求;它还可以通过不同种类的阀的组合来完成工艺过程的不同顺序;它的安全性能好,不易超载,而且还有利于保护模具;工作平稳。并且撞击、振动、噪声较小,这样一来对工人及厂房有莫大的好处。随着使用了计算机技术、电子技术以及信息技术和自动控制技术还有新工艺、新材料的发展和应用,关于液压传动技术也在跟着在不断的创新。从19世纪问世以来液压机的发展速度是很快的,它已经广泛的被应用于国民经济的各个部门,而且有两个特点,其一是种类繁多,其二是发展迅速,目前成为了机床行业的一个比较重要的组成部分。但是呢由于我国液压起步晚,液压机的发展历史只有50年,到了80年代以后呢,我国的液压机才开始进入了高速发展阶段。在目前的发展水平,我国已经建立了属于自己的液压机设计和有关方面的制造行业。 由于液压机在液压系统和整机结构方面,已经属于比较成熟,所以目前国内外的有关液压机的发展都体现在了新的方向。由于比例伺服技术的不断的发展,液压机的停位精度、速度控制精度将会变得越来越高,这样看来液压机趋向于高精度发展。高速化、高效化、低能耗这三个特点提高了液压机的工作效率,并且降低生产成本;另外,自动化、智能化,微电子技术的快速的发展给液压机的自动化还有智能化提供了充分的条件。液压机的自动化不仅仅体现在了加工方面,还应可以完成对系统的自动诊断和调整,并且具有故障预处理的功能;还有就是液压元件集成化,标准化,这样一来集成的液压系统不仅仅减少了管路连接,而且还有效地防止泄漏和污染。所以说标准化的元件为这些机器的维修带来了许许多多的方便。 从国际的角度上来看的话,可能是由于技术的已经发展趋于成熟,国内外的机型其实没有较大的差距,可能主要的差别只是在于加工工艺方面以及安装方面。如果有良好的工艺,确实能使机器在过滤方面、冷却方面以及防止冲击和振动方面,有着比较明显的改善。而且在油路结构方面的设计,国内国外的液压机都已经趋向于了集成化、封闭式这种类型的设计,并且叠加阀、插装阀和复合化元件及系统这些在液压系统中能够得到范围比较广的应用。特别是集成块,它可以进行专业化的生产,而且它的质量好、性能可靠并且设计的周期也比较短。图1-1四柱液压机第1章 液压系统的设计第一节 工况分析 四柱液压机的工作过程如下:刚开始上液压缸先驱动上滑块,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;接着下液压缸开始驱动下滑块,实现“向上顶出-停留-向下退回-原位停止”的动作循环。如1-1图所示。 图1-1液压机工作循环图第二节 主液压缸载荷的组成和计算液压机在启动的时候,主缸上腔通过充油主缸快速下行,随之惯性负载随之产生。除此以外,还存在静摩擦力负载和动摩擦力负载。还有就是由于滑块不是直接正压在导柱上的,不会产生正压力,所以滑块在运动的过程中所产生的摩擦力会比工作负载小很多,在计算最大负载的时候是可以忽略不计的。一般来说工进时的工作负载是液压机的最大负载。通过对各个工况的负载分析,工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载是液压机主缸所受外负载的主要组成部分,即:F = Fg + Ff + Fa ( 1-1 )式中: F 液压缸所受外负载; Fg 工作负载; Ff 滑块和导柱、活塞和缸筒之间的摩擦阻力负载,在启动的时候为静摩擦阻力负载,在启动后呢为动摩擦力负载; Fa 运动执行部件在速度变化时候的惯性负载。 一、工作载荷 工件的压制抗力就是工作负载: 二、导轨摩擦载荷在滑块启动的时候会产生静摩擦负载,在启动过后会产生动摩擦负载。通过分析所有作用在主缸上的各种负载,进行比较,工作负载是远远大于其它形式的负载。而且由于滑块和导柱、活塞和缸体之间的摩擦力不是很大,所以在计算主缸最大负载的时候摩擦负载是可以先忽略不计的。是动摩擦阻力,是静摩擦阻力。 三、惯性载荷 (1-2)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=0.01-0.5s,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。通过查阅类似液压机型号的相关资料,取运动部件的质量为500kg。 以上的三种载荷总和称为液压缸的外载荷。而且工作载荷并不是每个阶段都在,如该阶段没有工作,那么=0。由于目前液压缸的许多参数未定,估算背压力Fb=12000N。自重: -液压缸的机械效率,一般取0.90-0.95. (1-3) 液压缸各阶段负载如表1.1所示。表1.1 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7100N7888.8N加速7900N8777.7N快速下行7100N7888.8N慢速加压988100N1097888.8N快速返回4900N5444.4N第三节 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1-2。图1-2 压力机液压缸的负载和速度图第四节 初选系统工作压力 根据重量轻、体积小和成本低、效率高以及结构简单、工作可靠、使用维护方便等方面的原则,针对设计的系统在性能以及动作方面的特性,来确定了设计系统的工作压力。如表1.2、表1.3所示。本设计的工作压力为25MPa。表1.2 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1.3 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/MPa0.8-23-52-88-1010-1820-32第五节 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1-3。图1-3 1-主泵;2-辅助泵;3,7,18-溢流阀;4,21-电液换向阀;5-压力继电器;6-远程调压阀;8-电磁换向阀;9-顺序阀;10-液控滑阀;11-单向阀;12-液控单向阀;13,20-背压阀;14-油箱;15-充液阀;16-主缸;17-顶出缸;19-节流器;22-压力表;1S,2S,3S-行程开关1.主缸活塞快速下行 按下启动按钮,此时电磁铁全部处于失电状态,主泵1输出的液压油经三位四通电液换向阀4的中位及电液换向阀21的中位流回油箱,液压机空载启动。 在按下按钮使电磁铁1YA、5YA通电,那么电液换向阀4换至右位,控制油经电磁换向阀8的右位打开液控单向阀12。其主油路为: 进油路:液压泵1电液换向阀4右位单向阀11主缸16上腔; 回油路:主缸16下腔液控单向阀12电液换向阀4右位电液换向阀21中位油箱。 这时主缸活塞连同上滑块在自重作用下实现快速下行,此时尽管主泵1已输出最大流量,但主缸上腔仍因油液不足而形成负压,从而吸开液控单向阀15(充液阀),充液筒内的油便补入主缸上腔。2.主缸活塞慢速加压(功进) 当上滑块快速下行触动行程开关2S后,电磁铁5YA失电,电磁换向阀8处于原位,液控单向阀12关闭。主缸下腔的油液经背压阀13,电液换向阀4的右位、电液换向阀21的中位流回油箱。这时,主缸上腔的压力升高,充液阀15关闭,主缸在泵1供给的压力油作用下慢速接近工件。当活动横梁接触工件后,阻力急剧增加,主缸上腔压力进一步提高,变量泵1通过压力反馈,输出流量自动减少,此时上滑块转入慢速加压。3.主缸保压延时 当系统压力升高到预定值(即压力继电器的调定值)时,压力继电器5发出信号使电磁铁1YA失电,电液换向阀4恢复到中位。此时液压泵1通过电液换向阀4、电液换向阀21的中位卸载,主缸上腔的高压油被活塞密封环和单向阀所封闭,处于保压状态。接受电信号后的时间继电器开始延时,保压延时的时间可在024min内调整。4.快速回程 由于主缸上腔的油压较高、直径较大、行程较长,缸内的油压在加压过程中储存了很多能量,为此,主缸必须回程前先卸压。 保压过程结束后,时间继电器5发出信号,使电磁铁2YA通电,电液换向阀4换至左位接入系统,由于主缸上腔压力很高,液动滑阀10处于上位,压力油经液动换向阀4左位及阀10上位使外控顺序阀9开启。此时泵1输出油液经顺序阀9回油箱。泵1在低压下工作,此压力不足以打开充液阀15的主阀芯,而是控制油路中的压力油先打开充液阀15内的卸荷小阀芯,使主缸上腔的油液经此卸荷阀阀口卸回上部油箱从而开始卸压,压力降低。 当主缸上腔压力卸至一定值后,液动换向阀10的滑阀阀芯向上移动,以其下位接入系统,控制油路即可使主缸换向阀处于左位工作,外控顺序阀9关闭,泵1供油压力升高,阀15完全打开,从而实现上滑块的快速返回。其主油路为: 进油路:液压泵1电液换向阀4左位液控单向阀12主缸下腔。 回油路:主缸上腔充液阀15上部邮箱14。 充液筒内液面超过预定位置时,多余油液由溢流管流回油箱。5.原位停止 当上滑块回程至挡块下行程开关1S,使电磁铁2YA断电,电液换向阀4处于中位,液控单向阀12将主缸下腔封闭,主缸原位停止不动,这时上滑块也停止不动,液压泵1在较低压力下卸荷,其输出油液经阀4、阀21中位回油箱。6.顶出缸活塞向上顶出 电磁铁3YA通电时,顶出缸换向阀21左位接入系统。其油路为: 进油路:液压泵1主缸换向阀4中位顶出缸换向阀21左位顶出缸17下腔。 回油路:顶出缸17上腔顶出缸换向阀21左位油箱。7.顶出缸活塞退回和原位停止 当电磁铁3YA断电、4YA通电时油路换向,顶出缸活塞向下退回;当挡块压下原位开关时,电磁铁4YA断电,顶出缸换向阀处于中位,顶出缸活塞原位停止。8.浮动压边 在薄板拉伸进行压边时要求顶出缸上升一定位置后,既保持一定压力,又能随着主缸上滑块的下压而一起下降。这时,顶出缸换向阀21处于中位,主缸滑块下压是顶出缸活塞被迫随之下行,顶出缸下腔回油经节流器19和背压阀20流回油箱,从而顶出缸下腔建立起所需的压力边。顶出缸上腔则经阀21中位从油箱补油。溢流阀18为顶出缸下腔安全阀。图2-3油路控制原理图中电磁铁动作顺序见表1.4。表1.4 电磁铁动作顺序表动作名称电磁换向阀电动机1YA2YA3YA4YA5YA1D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+压边+第六节 液压缸主要参数的确定 一、主缸工作压力、内径、活塞杆的直径的确定 在本设计中给定的工作压力是P=25MPa。 接着计算主缸的内径和活塞杆的直径。由上面的主缸负载图可以知道最大负载为F=1000KN。查表机械设计手册,由于主缸工作压力为25MPa,所以选取d/D为0.7,查手册可以取液压缸的机械效率cm = 0.95。液压缸受力如图1-4所示。 图1-4 液压机主缸受力简图 由图1-4可知 (1-4) 式中: P1液压缸的工作压力; P2由于液压缸回路背压,对于高压系统来说初算时可以不计; F工作循环中最大的负载; cm液压缸的机械效率,一般来说取cm = 0.90.95。将上面的参数代入公式(1-4),P2是可以忽略不计的,可以求得液压缸的内径即: D= 231.6mm 查机械设计手册,将液压缸的内径圆整为标准系列的直径,取D=220mm;那么由d/D=0.7就可以求出活塞杆的直径。 即: d=0.7D=0.7x220154mm 查机械设计手册,可以将活塞杆的直径圆整为标准系列直径,那么取d=160mm。 通过计算,液压机主缸的内径和活塞杆直径分别为:D=220mm ;d=160mm。 二、确定液压缸的运动速度 在本设计中给定了的液压缸的工作速度是: 空程速度:150 工作速度:10 回程速度:85 三、确定活塞杆的最大行程 在本设计中给定了的活塞杆的最大行程是600mm。第七节 液压缸动作时的流量 通过工作速度和液压缸的内径来确定液压缸的流量。在本设计中液压缸的空程速度是V1 =150,工作速度是V2 =10,回程速度是V3=85. (1-5)空程:Q1=V1D2=0.15m/s(0.22)2=0.0057m3/s=342L/min;工作:Q2 = V2D2=0.01m/s(0.22)2=0.00038m3/s=22.8L/min;回程:Q3=V3(D2-d2)=0.085m/s(0.222-0.162)=0.00152m3/s=91.32L/min。第八节 液压泵的额定压力、流量计算以及泵的选择 一、泵的工作压力的确定 在实际的工作过程中,一般来说液压油在进油路中肯定有一定的压力损失,所以在计算泵的工作压力的时候必须要考虑压力的损失。计算公式为: (1-6)式中: Pp液压泵中最大的工作压力; P1执行部件最大的工作压力; 在进油路中的压力损失,一般对于简单的系统来说,取0.20.5MPa,但是对于复杂的系统来说,取0.51.5MPa。 在本液压机执行部件工作压力中,最大的工作压力是P1=25MPa,由于进油路中存在压力损失,取=0.5MPa。并且代入公式(1-6)后可以求得泵的工作压力。即: 通过上面的计算,泵的工作压力是Pp=25.5MPa。该压力可以看做是系统的静压力,然而,系统会在各种工况的过渡阶段中出现的动态压力有时候可能会超过静压力。除此之外,人们为了延长这种设备的使用寿命,有时候设备在设计的时候必须具备有一定的压力储备量,同时还要确保泵的寿命,所以在选取泵的额定的工作压力Pn的时候,应满足,并且取Pp=1.25。 即: Pn = 1.25Pp=1.25x25.5MPa31.9MPa 二、液压泵的最大流量的计算 本设计通过对液压缸所需要的流量的计算,还有各自的运动循环原理,这时候泵的最大流量是可以由公式(1-7)计算得到的。 (1-7)式中: 液压泵的最大的流量; KL液压系统中的泄漏系数,一般来说取KL=1.11.3,则取KL=1.2; 指的是同时动作的各个执行元件的所需要的流量之和的最大值。如果在这个时候溢流阀正处于溢流的状态,还要加上溢流阀的最小溢流量。 这样将参数代入公式(1-7)中,即:414.12L/min 三、液压泵的选择 查机械设计手册,通过根据泵的额定压力,从而选了取液压泵的型号是:250YCY14-1B。 泵的基本参数如下: 排量:250mL/r ; 额定压力:32MPa ; 额定转速:1000r/min ; 容积效率:92% ; 四、泵的流量的验算由于在液压泵的基本参数中可以知道泵每分钟有q=160ml/r1000r/min=250L/min的排量,然而泵在实际中所需要的最大流量为414.12L/min,在这个时候液压机出现了供油不足的现象,快进无法实现。但是为了使液压机能够正常快进,液压系统中必须设置油油箱。第九节 电动机的选择由于主缸的各个工况的快进和工进以及回程速度又是不尽相同的,这样一来的话对功率的消耗也是不一样的。由于电动机的额定功率的确定需要依据消耗功率的工况中最大的那个来确定的,所以需要分别计算主缸各个工况所消耗的功率。以下则是功率计算公式: P= (1-8)式中: P-电动机的额定功率; Pp-液压泵工作压力; -液压泵流量; -液压泵总效率,取=0.7。一、主缸各工况的功率计算 (一)快进功率由上面的负载图可知,快进时的负载是7100N,无杆腔的面积A0.038,进油回路中压力的损失取P=0.5MPa,那么液压泵的压力Pp就能由公式(1-9)计算出来。 (1-9)即: 将、=342L/min、=0.85代入上面的公式(1-9)中,可以求得快进功率为: (二)工进功率由上面的主缸负载循环图可以知道,在工进的时候主缸最大负载约为1000KN,且无杆腔面积A0.038,在进油回路中压力损失取P=0.5MPa,那么液压泵的压力Pp就能由上面的公式(1-9)计算出来。 即: 将、=22.8L/min、=0.85代入上面的公式(1-8)中,求得工进功率为: (三)快退功率 由上面的负载图可以知道,快退时候的负载为4.9KN,进油回路中有杆腔的面积为,在进油回路中压力的损失取P=0.5MPa,代入上面的公式(1-9),可以求出泵的压力。即: 将、=91.32L/min、=0.85代入上面的公式(1-8)中,可以求出快退功率即为: 二、电动机的额定功率以及型号的确定根据消耗功率工况中最大的工况来确定电动机的额定功率。比较主缸各个工况所需要的功率,通过上面的计算可知主缸工进时的功率最大,为11KW。查表机械设计课程手册17-7,选取电动机的型号为:Y160M-4。其它技术参数为:额定功率:11KW ; 满载转速:1460r/min 。第十节 液压阀的选择 通过上面的液压系统的参数的计算可以查阅液压手册,液压元件选择如表1.5所示:表1.5 液压阀明细表名称型号额定压力最大流量三位四通电磁换向阀FHW-043C6-A220-25L/5025MPa300L/min溢流阀DG-02-H-2021MPa16L/min顺序阀H-G-10-B-421MPa250L/min二位四通电磁换向阀24DF-3B-E16B16MPa80L/min单向阀CRT-10-04-5025MPa250L/min背压阀CRT-06-50-5025MPa125L/min充液阀A2Y-32a32B32MPa200L/min液控单向阀A2Y-32a20B32MPa100L/min第十一节 管件的选择及计算 液压传动中装置中,常用的液压油管有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。钢管承受的压力高,弯曲半径不能太小,弯制时比较困难。对于高压系统液压油管一般选用无缝钢管;紫铜管承受的工作压力一般在6.310MPa。紫铜管加热软化后可进行弯曲,比钢管容易弯制,价格昂贵,抗振性较弱;尼龙管主要用于低压系统;塑料管承受的工作压力比较小,一般用于液压系统的回油路中;胶管有高压管和低压管两种,而者的区别在于骨架组成不同。高压胶管是钢丝编制体或钢丝缠绕为骨架,可用于较高的油路中。低压胶管的组成骨架是麻线或棉线编制体,多用于压力较低的油路中。 主缸的最大工作压力约为25.5MPa,主缸工作压力较高,油管选用无缝钢管,顶出缸油路油管选用高压胶管。 油管的内径可由公式(1-10)求得 (1-10) 式中: 油管内径(mm); 油路通过最大流量(L/min); 油管中允许流速m/s。 一、主缸液压油管内径计算 进油油管内径确定:主缸快进所需流量=385.8L/min,而泵的额定流量q=250L/min,取油管允许流速=4m/s,代入公式(1-10),即: 圆整后,查机械设计手册 ,取,壁厚t=5mm。 回油油管内径确定:主缸快退所需流量=91.32L/min,取油管允许流速=4m/s,代入公式(1-10),即: 圆整后,查机械设计手册,取,壁厚t=4.5mm。 二、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。第十二节 油箱容量的确定液压油箱主要作用是贮存液压油、分离液压油中的空气和杂质,同时还起到散热的作用。 一、油箱有效容积的确定 液压油箱根据系统压力的不同,有效容积的确定也不一样。为了防止液压油从油箱中溢出,油箱中的液压油位不能太高,一般不应该超过液压油箱高度的80%。低压、中压、高压系统油箱的有效容积V确定算法如下: 低压系统(P2.5MPa):V=(24) (1-11) 中压系统(P6.3MPa):V=(57) (1-12) 中高压或高压系统(P6.3MPa):V=(612) (1-13)式中: V液压油箱有效容积; 液压泵额定流量。 液压机属于高压系统,油箱的有效容积可由公式(1-13)求出,即: V=7=7250L =1750L 二、油箱外形尺寸确定 因此圆整后油箱的有效容积选取V2000L,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2200mm、860mm、1250mm。液压油箱的外形尺寸为:长宽高=22008601250(mm)。 三、油箱的结构设计 液压油箱材料一般选用Q235A钢板,通过焊接的方式连接。油箱的结构组成一般包括隔板、吸油管、回油管、顶盖、清洗孔、油面指示、吊钩、加热与冷却装置等。隔板主要是为了增加液压油的流动时间,除去沉淀的杂质,分离清除水和空气,调节温度,吸收液压油压力波动及防止液面的波动。 吸油管前应设有过滤器,过滤器与箱底间的距离应不小于20mm。吸油管应插入液面以下,防止吸油时吸入空气,使空气混入系统;回油管出口有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等形式,一般采用45斜口。为防止液面波动,可在出口设扩散器或将回油管插入液面以下,一般距离油箱底面的距离大于300mm。为了不让进油、回油相互影响,用隔板将其隔开,两管的斜口方向还应一致,而不是相对。顶盖用于安装液压泵、阀组、动力装置、空气滤清器。泵和动力装置安装时底座应该与顶盖分开,另外制做。顶盖与油箱要有好的密封性,防止泄漏的油液直接进入油箱而污染油液;清洗孔用于清洗油箱内的角落和取出油箱内的元件;油面指示用于油箱内最高、最低油位;吊钩方便装配和搬运。第十三节 辅助元件的选择 一、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:WU-250X180F 二、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。 三、选择压力表 选择:KF3E6L。 四、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。第十四节 液压油的选择 根据YT321000KN四柱万能液压机的各项指标,选择L-HL型液压油。表1.6 液压油的选择项目质量指标按(GB/T7631.2)L-HL质量等级一等品黏度等级(GB/T 3141)32运动黏度/mms 0C 40C42028.835.2黏度指数95空气释放(50C)/min7密封适应性能指数10抗乳化性(40-37-3)/ min 54C30泡沫化性/150/10 使用本产品的原因 :首先本产品是具有良好的防锈和抗氧化安定性,其次是使用寿命比机械油要长1倍以上;最后本产品还具有较好的空气释放性、抗泡性和分水性以及橡胶密封相容性。本产品主要是应用于机床、工程机械以及采矿、冶金等中低压场合。本产品的实用环境温度是在0度以上,它的最高使用温度为80度。无本产品时还可以用L-HM油。第十五节 液压系统性能验算在液压系统初步设计的时候是在某些估计参数情况下进行的,在当回路形式、液压元件以及连接管路等完全确定后,就可以针对实际情况对所有涉及的系统进行各项性能的分析。液压系统性能验算主要包括以下内容,及计算液压回路各段的压力损失和统计损失及系统效率和压力冲击以及发热温升等。一、液压系统压力损失主缸的进、回油管直径分别为:40mm、25mm,液压油选用L-HL32液压油,15时该油液的运动粘度,油液密度。 (一)主缸各工况时的压力损失验算 1.工进时进油路、回油路的压力损失 工进时运动部件最大速度为0.01m/s,工进时最大流量为22.8L/min,则液压油在油管中的流速为: 管道流动雷诺数为 2300,油液在管道内流动为层流,沿程阻力系数。进油管长度为8m,沿程压力损失为: 阀的压力损失;那么进油路总的压力损失为:=+=工进时回油管的最大流量为:回油管中液压油的流速为:管道流动雷诺数为2300,油液在管道内流动为层流,沿程阻力系数。进油管长度为8m,沿程压力损失为: 阀的压力损失,那么回油路总的压力损失为: =+= 泵的出口压力为: 22.3MPa 2.快进、快退时的压力损失 一般来说主缸在快进的时候由于供油不足,它的泵口的压力就会很小;快退时的负载为5444.4N,和工进时的负载1000kN相比要小的很多,所以说在快退的回路中压力损失比工进时要小,而且泵的出口压力也会比工进的时候的小,具体的计算就省略了。 二、液压系统的发热温升计算 工进阶段在整个工作循环中所占的时间是最长的,并且它的发热量最大。在本设计中,主要就是考虑工进时候的发热量。在一般的情况下,工进的时候,它做功的功率损失大就会引起较大的发热量,所以,一般看来只考虑工进时的发热量,最后取它的值进行分析。当V=10mm/s时,即v=600mm/min 此时泵的效率为0.8,泵的出口压力为25.5MP,则有 =12.1KW 即此时的功率损失为: 12.1-11=1.1KW 假定系统的散热状况一般,取, 油箱的散热面积A为: 系统的温升为=11.9 室温为20,热平衡温度为32.1,根据机械设计手册油箱中温度一般推荐30-65,验算表明没有超出允许范围。第二章 缸的结构设计计算第一节 液压缸基本结构设计 液压系统的执行元件是液压缸,它不仅能把把液体的压力能转为机械能,而且还能完成直线往复运动的能量转换。虽然液压缸结构简单,但其工作可靠,能够在锻压设备中应用广泛。 一、 液压缸的类型 本设计液压缸选用的是单作用活塞液压缸,单作用活塞缸的活塞和活塞杆以及导向套上都是装有密封圈的,因而液压缸就被分隔为了两个互不相通的油管,当高压油进入活塞无杆腔而活塞杆腔回油时,就可以实现工作进程,然而当从反方向进油和回油时,就可以实现回程。 二、缸口部分结构 本设计缸口部分采用的是Y形密封圈,导向套和防尘圈等组成,它们是用来密封和引导活塞杆的。但是由于在设计中缸孔与活塞杆直径的差值不同,所以缸口部分的结构也是有所不同的。 三、缸底结构 一般来说缸底结构常应用平底和圆底形式的整体以及可拆结构形式。本设计中采用的是平底结构。 一般来说平底结构具有容易加工、轴向长度比较短以及结构简单等优点。所以在目前的整体结构中大多数都采用了平底结构。 四、缓冲装置 通常来说缓冲装置的工作原理其实就是利用活塞或缸筒封住一部分油液(在其走向终端的时候在活塞与缸盖的之间),并且强迫它从较小的孔中或油缝的中间挤出来,从而产生很大的阻力,这样就能使工作部件受到制动,从而逐渐减慢了运动速度,达到了避免活塞与端盖之间相互撞击的目的。在液压缸中一般常见的装置有节流口可调式和节流口变化式两种。在本设计中所选用的液压缸缓冲装置是常见的节流阀调节。第二节 缸筒的设计 一、缸筒的结构和材料 液压缸的结构形式通常有以下两种形式,即薄壁圆筒和厚壁圆筒。但是因为当液压缸的内径D和壁厚的比值能够满足D/10的圆筒就称之为薄壁圆筒。而且液压缸的制造材料通常会有锻钢,铸钢(ZG25、ZG35),高强度铸铁和灰铸铁(HT200、HT350)以及无缝钢管(20、30、45)等。通常来说对于负载比较大的机械设备,缸体材料一般来说会选用无缝钢管制造,本设计中主缸缸体材料就选用了无缝钢管45。查机械设计手册可知,1) 液压缸内圆柱的表面粗糙度为Ra0.40.8m; 2) 内径配合采用H8H9; 3) 内径圆度、圆柱度不能够大于直径公差的一半; 4) 缸体内表面母线的直线度一般来说在500mm长度的之内不大于0.03mm; 5) 缸体的端面对轴线的垂直度一般来说在直径每100mm上不能够大于0.04mm; 6) 如果缸体与端盖采用的是螺纹连接,螺纹通常采用6H级精度。表2.1 缸筒所选材料型号MPaMPa%4560035516 二、对缸筒的要求 1. 缸筒的内表面和活塞密封件以及导向套的摩擦力作用下,它们能长期的工作而磨损少, 并且尺寸公差等级与形位公差等级要能够满足活塞密封件的密封性。 2.要有足够的强度,能够长期的承受最高的工作压力,还要不至于产生永久的变形以及还能够承受活塞侧向力与安装的反作用力并且不至于产生弯曲。缸筒内壁的厚度: 当3.216时,用使用公式:= (2-1) =0.028m取 =0.025m -试验压力(MPa),当工作压力p16MPa时,=1.5p,当工作压力p16MPa时,=1.25p; D -液压缸内径(m); -通常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=3.5-5.一般来说取n=5. -强度系数,通常来说取1。 -计入壁厚的公差以及腐蚀的附加厚度,通常来说圆整到标准厚度值。缸体内最大的工作压力为25 MPa.当时,材料的使用就不够经济,需要改用高屈服强度的材料
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