液压四柱万能机设计

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1、梧州学院液压与气动课 程 设 计题 目：四柱万能液压机的设计系、班级：电子信息工程系、09机械5班（专升本）姓 名： 韦 靖指导老师： 刘兆红二零一二年六月二十日目 录一、设计目的3二、设计课题内容、要求3三、明确四柱万能液压机的主要参数4四、确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸4五、计算液压缸运动供油量6六、液压系统元件、辅助元件的选择7七、液压系统原理图9八、液压系统工作分析10九、液压系统主要性能验算（压力损失、热平衡）11十、液压设计体会17十一、参考文献17一、设计目的液压传动课程设计是让学生更好地理解液压传动的基本理论,培养学生的实际动手能力和创新能力。了解各种元件的性能和特点，掌握液

2、压系统的组成，液压传动系统的工作原理；掌握液压传动系统的设计计算及其在工程实际中的应用；通过设计课程使学生对液压元件结构及液压传动系统有更深刻的认识,并掌握必要的设计方法和一定的分析和解决问题的实际能力，为以后从事机械设计制造、自动化及使用维修方面的工作打下坚实的基础。二、设计课题内容、要求.1.设计课题内容设计一台四柱万能液压机，设该四柱万能液压机下行部件G=1.6吨，下行行程1.2m 1.5m。2.设计课题要求（1）确定液压缸的主要结构尺寸D，d（2） 绘制正式液压系统图，动作表、明细表（3） 确定系统的主要参数（4） 进行必要的性能验算（压力损失、热平衡）三、明确四柱万能液压机的主要参数

3、液压系统最高工作压力P=30MPa，在本系统中选用P=25MPa；主液压缸公称吨位3150KN；主液压缸用于冲压的压制力与回程力之比为8%，塑料制品的压制力与回程力之比为2%，取800KN；顶出缸公称顶出力取主缸公称吨位的五分之一，取650KN；顶出缸回程力为主液压缸公称吨位的十五分之一，210KN；行程速度主液压缸 快速空行程 V=40mm/s 工作行程 V=10mm/s 回程 V=40mm/s顶出液压缸 顶出行程 V=50mm/s 回程 V=80mm/s四、确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸1.主液压缸（1）主液压缸内径D： 根据GB/T2346-1993，取标准值 D主=400mm（2）主

4、液压缸活塞杆径d: 根据GB/T2346-1993，取标准值d主=250mm（3）主液压缸有效面积：（其中A1为无杆腔面积，A2为有杆腔面积） （4）主液压缸实际压制力和回程力: （5）主液压缸的工作力: A.主液压缸的平衡压力 B.主液压缸工进工作压力 C.液压缸回程压力 2.顶出液压缸(1) 顶出液压缸内径: 根据GB/T2346-1993，取标准值D顶=200mm(2) 顶出液压缸活塞杆径: 根据GB/T2346-1993，取标准d顶=160mm(3) 顶出液压缸有效面积（其中A3为无杆腔面积，A4为有杆腔面积）: (4) 顶出液压缸的实际顶出力和回程力: (5) 顶出压缸的工作力: 五

5、、计算液压缸运动供油量1主液压缸的进出油量 （1）主液压缸空程快速下行的进出油量： （2）主液压缸工作行程的进出油量： （3）主液压缸回程进出油量： 2. 顶出液压缸退回行程的进出油量（1）顶出液压缸顶出行程的进出油量： （2）顶出液压缸退回行程的进出油量： 六、液压系统元件、辅助元件的选择1.液压系统元件的选择（1）液压系统快速空程供油方式： 由于供油量大，不宜采用由液压泵供油方式，利用主液压缸活塞等自重快速下行，形成负压空腔，通过吸入阀从油箱吸油，同时使液压系统规格降低档次。（2）选定液压泵的流量及规格：设计的液压系统最高工作压力P=25MPa，主液压缸工作行程，主液压缸的无杆腔进油量为：

6、 主液压缸的有杆腔进油量为: 顶出液压缸顶出行程的无杆腔进油量为： 设选主液压缸工作行程和顶出液压缸顶出行程工作压力最高（P=25MPa）工件顶出后不需要高压。主液压缸工作行程（即压制）流量为75.36L/min，主液压缸工作回程流量为229.6L/min，选用5ZKB732型斜轴式轴向柱塞变量泵，该泵主要技术性能参数如下：排量 234.3ml/r， 额定压力 16MPa， 最大压力 25MPa， 转速 970r/min， 容积效率 96%。该液压泵基本能满足本液压系统的要求。（3）液压泵的驱动功率及电动机的选择：主液压缸的压制力与顶出液压缸的顶出工作压力均为P=25MPa，主液压缸回程工作压

7、力为10.45MPa，顶出液压缸退回行程工作压力为18.58MPa，液压系统允许短期过载，回此快速进退选10.45MPa，q=200L/min，工进选P=25MPa，q=75.36L/min，液压泵的容积效率v=0.96，机械效率m=0.95，两种工况电机驱动功率为：由以上数据，查机械设计手册，选取Y280S-6三相异步电动机驱动液压泵，该电动机主要性能参数如下：额定功率 45KW， 满载转速 980r/min。2.液压辅助元件的选择（1）油箱容积： 上油箱容积： 根据GB2876-81标准，取其标准值630L。 下油箱容积： 根据GB2876-81标准，取其标准值1600L。（2）根据系统的

8、工作压力和通过各元、辅件的实际流量，选择的元、辅件的规格如下表所示。序 号元 件 名 称实际流量规 格1斜轴式轴向柱塞变量泵227L/min5ZKB7322齿轮泵18L/minBBXQ3电动机Y802-4三相异步电机4滤油器245L/minWU-250F5先导式溢流阀227L/minCG2V-8FW6溢流阀18L/minYF-L10B7电液换向阀227L/min24DY-B32H-Z8单向阀227L/minDF-L32H29压力继电器IPD01-H6L-Y10外控内泄型顺序阀227L/minXD4F-L32H11液控单向阀376L/minDFY-F50H212两位四通电磁换向阀18L/min2

9、4D-10H-TZ13液控单向阀227L/minDFY-F32H214顺序阀227L/minXD2F-L32H15主液压缸16顶出液压缸17电液换向阀227L/min24DY-B32H-Z18节流阀227L/minLDF-L32C19两位两通电磁换向阀227L/min22D-32B20先导式溢流阀227L/minCG2V-8FW21溢流阀227L/minYF-L32B七、液压系统原理图八、液压系统工作分析A启动：电磁铁全断电，主泵卸荷。 主泵（恒功率输出） 电液换向阀7的M型中位 电液换向阀17的K型中位 油箱B液压缸15活塞快速下行： 1YA，5YA通电，电液换向阀7右位工作，控制油路经电磁

10、换向阀12打开液控单向阀13，接通液压缸15下腔与液控单向阀13的通道。 进油路：主泵（恒功率输出） 电液换向阀7单向阀8 液压缸15上腔 回油路：液压缸15下腔 单向阀13 电液换向阀7 电液换向阀17的K型中位油箱 液压缸活塞依靠重力快速下行形成负压空腔：大气压油 吸入阀11 液压缸15上腔C液压缸15活塞接触工件，慢速下行（增压行程）： 液压缸活塞碰行程开关2XK使5YA断电，切断液压缸15下腔经液控单向阀13快速回油通路，上腔压力升高，同时切断（大气压油 吸入阀11 上液压缸15上腔）吸油路。 进油路：主泵（恒功率输出） 电液换向阀7 单向阀8 液压缸15上腔 回油路：液压缸15下腔

11、顺序阀14 电液换向阀7 电液换向阀17的K型中位 油箱D. 保压： 液压缸15上腔压力升高达到预调压力，电接触压力表9发出信息，1YA断电，液压缸15进口油路切断，（单向阀8和吸入阀11的高密封性能确保液压缸15活塞对工件保压，利用液压缸15上腔压力很高，打开外控顺序阀10的目的是防止控制油路使吸入阀11误动而造成液压缸15上腔卸荷）当液压缸15上腔压力降低到低于电接触压力表9调定压力，电接触压力表9又会使1YA通电，动力系统又会再次向液压缸15上腔供应压力油。 主泵（恒功率输出） 电液换向阀7的M型中位 电液换向阀17的K型中位 油箱，主泵卸荷。E保压结束，液压缸15上腔卸荷后： 保压时间

12、到位，时间继电器电出信息，2YA通电（1YA断电），液压缸15上腔压力很高，打开外控顺序阀10，大部分油液经外控顺序阀10流回油箱，压力不足以立即打开吸入阀11通油箱的通道，只能先打开吸入11的卸荷阀，实现液压缸15上腔先卸荷，后通油箱的顺序动作，此时： 主泵1大部分油液 电液换向阀7 外控顺序阀10 油箱F液压缸15活塞快速上行： 液压缸15上腔卸压达到吸入阀11开启的压力值时，外控顺序阀10关闭。 进油路：主泵1 电液换向阀7 液控单向阀13 液压缸15下腔 回油路：液压缸15上腔 吸入阀11 油箱G顶出工件 液压缸15活塞快速上行到位，碰行程开关1XK，2YA断电，电液换向阀7复位，3Y

13、A通电，电液换向阀17右位工作。 进油路：主泵1 电液换向阀7的M型中位 电液换向阀17 液压缸16下腔 回油路：液压缸16上腔 电液换向阀17 油箱H. 顶出活塞退回：4YA通电，3YA断电，电液换向阀17左位工作 进油路：主泵1 电液换向阀7的M型中位 电液换向阀17 液压缸16有杆腔 回油路：液压缸16无杆腔 电液换向阀17 油箱I. 压边浮动拉伸： 薄板拉伸时，要求顶出液压缸16无杆腔保持一定的压力，以便液压缸16活塞能随液压缸15活塞驱动一同下行对薄板进行拉伸，3YA通电，电液换向阀17右位工作，6YA通电，电磁阀19工作，溢流阀21调节液压缸16无杆腔油垫工作压力。 进油路：主泵1

14、 电液换向阀7的M型中位 电液换向阀17 液压缸16无杆腔 吸油路: 大气压油 电液换向阀17 填补液压缸16有杆腔的负压空腔 九、液压系统主要性能验算（压力损失、热平衡）（一）主液压缸压力损失的验算1、快速空行程时的压力损失 快速空行程时，由于液压缸进油从吸入阀11吸油，油路很短，因此不考虑进油路上的压力损失，在回油路上，已知油管长度l=2m，油管直径d=3210-3m，通过的流量q=3.8310-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 (1) 确定油流的流

15、动状态，回油路中液流的雷诺数为 由上可知，回油路中的流动是层流。 （2）沿程压力损失p 在回油路上，流速 则压力损失为 （3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:元 件 名 称额定流量实际流量额定损失实际损失液控单向阀250229.82168986电液换向阀*2250229.84675943若取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则回油路总的压力损失为 2. 慢速加压行程的压力损失 在慢速加压行程中，已知油管长度l=2m，油管直径d=3210-3m，通过的流量进油路q1=1.2

16、610-3m3/s，回油路q2=0.7710-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （1）确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数：油路中液流的雷诺数： 由上可知，进回油路中的流动是层流。（2）沿程压力损失p 在进油路上，流速 则压力损失为 在回油路上，流速 则压力损失为 （3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:元 件 名 称额定流量实际流量额定损失实际损失单向阀8075.6

17、2182883电液换向阀250229.84337973顺序阀5046.23256133若取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则进油路总的压力损失为 回油路总的压力损失为 3. 快速退回行程的压力损失 在快速退回行程中，主液压缸从顺序阀10卸荷，油路很短，压力损失忽略不计，已知油管长度l=2m，油管直径d=3210-3m，通过的流量进油路q1=3.8310-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （1）确定油流的流动状态进油路

18、中液流的雷诺数为 由上可知，进油路中的流动是层流。 （2）沿程压力损失p 在进油路上，流速 则压力损失为 （3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:元 件 名 称额定流量实际流量额定损失实际损失单向阀250229.82168986电液换向阀250229.84337973若取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则进油路总的压力损失为 （二）顶出液压缸压力损失验算1. 顶出行程的压力损失 在顶出液压缸顶出行程中，已知油管长度l=2m，油管直径d=3210-3m，通过的流量进油路q1

19、=1.5710-3m3/s，回油路q2=0.5710-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （1）确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数为 ：回油路中液流的雷诺数为 ： 由上可知，进回油路中的流动是层流。 （2）沿程压力损失p 在进油路上，流速 则压力损失为 在回油路上，流速 则压力损失为 （3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:元 件 名 称额定流量实际流量额定损失实际损

20、失电液换向阀25094.2/34.2456791/7486若取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则进油路总的压力损失为 回油路总的压力损失为 2. 顶出液压缸退回行程的压力损失 在慢速加压行程中，已知油管长度l=2m，油管直径d=3210-3m，通过的流量进油路q1=0.910-3m3/s，回油路q2=2.5110-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。 （1）确定油流的流动状态进油路中液流的雷诺数为 ：回油路中液流的雷诺数

21、为 ： 由上可知，进回油路中的流动是层流。 （2）沿程压力损失p 在进油路上，流速 则压力损失为 在回油路上，流速 则压力损失为 （3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:元 件 名 称额定流量实际流量额定损失实际损失电液换向阀25054/150.6418662/145154若取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则进油路总的压力损失为 回油路总的压力损失为 从以上验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都能满足要求，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。（三

22、）液压系统发热和温升验算在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，帮按工进工况验算系统温升。 系统总的发热功率为： =38.65-34.5=4.15KW=4150W 已知油箱容积V=1600L=1.6m3，则油箱的近似散热面积A为 假定通风条件良好，取油箱散热系数Cr=1510-3KW/(m2)，则可得油液温升为： 设环境温度T=25，则热平均温度为56.14，油箱散热基本可以达到要求。十、液压设计体会通过了一个学期的学习液压与气压传动课程，首先要感谢刘兆红老师的精心教学指导，学到了很多知识。在这次设计查阅资料的过程中，要取舍相关知识，不知不觉中我的查阅资

23、料的能力也得到了很好的锻炼。我的学习知识是有限的，在以后的工作中我肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花很长的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。通过设计使所学的液压传动相关知识得到了很大的巩固，加深对各类阀体的作用和提高设计基本技能.通过这次设计使我感到自己掌握的知识和我在今后的学习工作中还需要提高锻炼。十一、参考文献1、液压与气压传动，刘延俊 主编，机械工业出版社。2.液压与气压传动学习及实验指导，苏杭 主编，机械工业出版社。3、液压系统设计简明手册，杨培元 主编，机械工业出版社。4、液压与气动技术，张宏友 主编，大连理工大学出版社。17