小型液压机液压系统设计_解读(DOC 31页)

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1、 本科毕业设计(论文小型液压机液压系统设计学 院 机械工程学院专 业 机械设计制造及其自动化年级班别 09机制一班学 号学生姓名 汪 康指导教师 王霞(副教授JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY目录摘要 .4 Abstract . 5 绪论 .6 1 任务分析 .9 1.1 技术要求 .9 1.2 任务分析 .91.3 运动情况分析 .102 工况分析 .11 2.1 工作负载 .11 2.2 摩擦负载 .11 2.3 惯性负载 .112.4 液压缸在各工作阶段的负载 .113 速度循环图和负载循环图 .124 液压系统原理图 .13 4.1确定供油方式 .13 4

2、.2 调速方案的选择 .13 4.3 液压系统图图分析 .134.4 液压系统原理图 .145 液压系统的计算和选择液压元件 .15 5.1 液压缸主要尺寸的确定 .15 5.2 各工作阶段液压缸所需的流量 .16 5.3 液压元件及辅助元件的确定 .17 5.4 确定管道尺寸 .20 5.5液压油箱容积的确定 .21 5.6液压缸的壁厚和外径的计算 .21 5.7液压缸工作行程的确定 .22 5.8缸盖厚度的确定 .22 5.9最小寻向长度的确定 .22 5.10缸体长度的确定 .236 液压系统的验算 .23 6.1 压力损失的验算 .23 6.2 系统温升的验算 .26 6.3 螺栓校核

3、 .27 结论 .28 致谢 .29 参考文献 .30摘 要作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段, 液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应 用。液压压力机是压缩成型和压注成型的主要设备,适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、 翻边、薄板拉伸等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的 压制成型。本文根据小型压力机的用途特点和要求,利用液压传动的基本原理,拟定出合理的液压 系统图, 再经过必要的计算来确定液压系统的参数, 然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行 系统的结构设计。小型压力机的液压系统呈长方形布置,外形新颖美观,动力系统采用液压系统,结

4、构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关,可实现半自动工艺动作的循环。关键词:现代机械、液压技术、系统设计、小型液压机、液压传动。AbstractAs one of the modern machinery equipment transmission and control important technical, the hydraulic technology has been widely applied in various fields of the national economy. The hydraulic press is the main equipment of

5、compression molding and injection molding, pressing technology of plasticity in materials. Such as stamping, bending, flanging, such as tensile plate. It can also be engaged in pressing correction, pressing, wheel molding, and cold extrusion molding metal parts, plastic products and powder products.

6、 In this paper, according to the use of small press characteristics and requirements, using the basic principle of hydraulic transmission, draw up reasonable schematic diagram, and then after the necessary calculation to determine the parameters of hydraulic system, structure design and then accordi

7、ng to these parameters to choose the specifications of the hydraulic components and systems. Hydraulic system of the small press has rectangular layout, novel and beautiful appearance, powered by the hydraulic system, simple structure, compact, flexible and reliable action. This machine is equipped

8、with the foot switch, can realize semiautomatic process action cycle.Keywords:modern machinery, hydraulic technology, system design, small hydraulic machines, hydraulic transmission.绪论1 概述随着近 50年的科学技术的进步与发展, 液压技术已经成为了一门影响现代机械装备 技术的重要基础学科和基础技术,液压机是一种利用液体压力来传递能量 , 以实现各种压 力加工工艺的机床。随着新工艺及新技术的应用,液压机在金属加工

9、及非金属成形方面 的应用越来越广泛,在机床行业中的占有份额正在大幅度。由于液压机在工作中的广泛 适应性,使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。如板材成型;管、线、型材挤压; 粉末冶金、塑料及橡胶制品成型;胶合板压制、打包;人造金刚石、耐火砖压制和炭极 压制成型;轮轴压装、校直等等。各种类型液压机的迅速发展,有力地促进了各种工业 的发展和进步。八十年代以来,随着微电子技术、液压技术等的发展和普及应用,液压 机有了更进一步的发展。目前,液压机的最大标称压力已达 750MN ,用于金属的模锻成 型。众多机型已采用 CNC 或工业 PC 机来进行控制,使产品的加工质量和生产率有了极 大的提高。随着人们

10、生活水平的提高,金属压制和拉伸制品的需求逐年提高,同时,对 产品品种的需求也越来越多,另一方面产品的生产批量日益缩小。为与中、小批量生产 相适应,需要能够快速调整的加工设备,这使液压机成为理想的成型工艺设备。特别是 当液压机系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后,不仅能够实现对复杂工件以 及不对称工件的加工,而且,实现了极低的废品率。这种加工方式还适合于长行程、难 成型以及高强度的材料。可变的动力组合、短的加工时间、根据工件长度的简易的压力 行程调整,这与机械加工系统相比,有其优越性。2 液压机的工作原理液压机是根据静态下密闭容器中液体压力等值传递帕斯卡原理制成的,是一种利用 液体的压力来

11、传递能量以完成各种成形加工工艺的机器。 液压机的工作原理如下图所示。 两个充满工作液体的具有柱塞或活塞的容腔由管道连接,件 1相当于泵的柱塞,件 2则 相当于液压机的柱塞。小柱塞在外力 F 1的作用下使容腔内的液体产生压力 p=F1/A1, A 1为小柱塞的面积,该压力经管道传递到大柱塞的底面上。根据帕斯卡原理,在密闭容器 中液体压力在各个方向上处处相等,因此,大柱塞 2上将产生向上的力 F2,使毛坯 3产 生变形, 有 F 2=pA2=F1A 2/A1式中, A 2为大柱塞 2的工作面积。 由于 A 2A1, 显然, F 2F1。 这就是说,液压机能利用小柱塞上较小的作用力 F 1在大柱塞上

12、产生很大的力 F 2,由式中 还可以看出,液压机能产生的总压力取决于工作柱塞的面积和液体压力的大小。因此要 想获得较大的总压力,只需要增大工作柱塞的总面积或提高液体压力即可。3 液压机的特点及分类液压机作为一种通用的无削成型加工设备,其工作原理是利用液体的压力传递能量 以完成各种压力加工的。其工作特点一是动力传动为“柔性”传动,不象机械加工设备 一样动力传动系统复杂,这种驱动原理避免了机器过载的情况,二是液压机的拉伸过程 中只有单一的直线驱动力,没有“成角的”驱动力,这使加工系统有较长的生命期和高 的工件成品率。液压机有单动、双动、三动三种基本的动作方式。在单动方式中,压头 (或滑板作为移动部

13、件单向移动完成压制过程。这种工作方式没有压边装置。单动压 力机主要用于薄型工件成型中, 适用于卷材和带型材料。 双动型压力机有两个移动部件, 滑板(或冲头和模板。其工作过程是,冲头(或滑板自上而下拉伸冲料,模板充作 固定压板。在压制成型后,模板能实现打料顶出功能。可根据材料和工件的特征参数来 调整模板的压力。三动型压力机中,深拉伸滑块和压边滑块自上而下移动,由模板实现 打料动作。但是,模板也可以充作压边块来实现专门的成型操作。这种压力机也可以做 双动机用。由于内滑板和压边块相关连,因此,成型压力和压边力合成整个系统的总负 载。按照机架结构形式液压机可分为梁柱式、组合框架型、整体框架式、单臂式等

14、。按 照功能用途液压机可分为手动液压机、锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、校 正、压装液压机、层压液压机、挤压液压机、压制液压机、打包压块液压机、专用液压 机十组类型。4 国内液压机研究和发展现状4.1 在生产能力及市场方面,国内液压机的产量每年都有很大的增长率, 其中 2004年,国内液压机的销售额大约在 10亿元人民币, 2005年达到 13亿,到 2006年一季度, 各液压机生产企业的的全年定单已基本饱和。 2006年,在销售收入上,国内突破亿元的 企业已超过 3家,如合肥锻压机床有限公司、天津市天锻压力机有限公司、徐州压力机 械股份有限公司, 其中合肥锻压机床有限公司、 天津市天

15、锻压力机有限公司在 2005年销 售收入已突破 2亿元。国内液压机从产值和销售收入上和国外发达国家比较,还不具有 优势,但从生产的台数和总吨位上比较,在国际上,我国的液压机生产产量处于领先地 位。国产液压机在国内的市场占有率超过 90%,出口产品的产值占总产值的比例很少, 不到 5%,只有少数企业的产品具备出口条件,大多出口到第三世界国家。国内进口的液 压机多为一些专用液压机,大部分为日本产品,欧美的产品较少。4.2 在产品的技术水平上,国内液压机单机的技术水平达到了国际中等或较先进水 平。一些液压机生产企业通过技术引进或与国内外同行业的合作,技术发展很快。但在一些技术含量较高的液压机中,某些

16、关键技术,如液压和电控部分,还要通过与国内外 的企业或研究单位合作,高档的液压元件和电控元件还主要依靠进口。目前,国内液压 机产品还是以单机或单机组成的无关联的生产线为主,主要还是靠人工上下料,带自动 上下料的液压机台数还不足 3%, 由多台机器组成的自动线基本上还处于起步阶段。 从产 品分布上看,低档的液压机主要集中在小吨位上,其台数占有量超过总数的 70%但产值 不超过 30%,一般为小吨位的四柱或单柱液压机。具有一定技术含量的中档框架液压机 的产值超过 50%用于特殊场合的在控制上比较先进的高档产品产值占有率约在 15%左 右,这类液压机一般采用先进的电液比例技术,来提高和达到一定的特殊

17、功能。4.3 在质量水平上,随着用户对产品质量要求的不断提高,国内各液压机生产企业 越来越重视产品的质量问题。由于国内液压机的技术最早是从前苏联引进和吸收的,国 内生产的液压机在刚度和强度上远远优于日本及韩国的产品,与欧美的产品相当。和国 外产品比较,我国的产品在质量方面还存在以下不足:在可靠性方面,故障率还比较 大,主要集中在液压系统方面,多是因为液压和电器元件的可靠性低引起的;漏油问 题在国产液压机中较为普遍;关键件的加工质量还需提高;在外观和美学方面和国 外公司的产品比较还有一定的差距。总体上讲,国产液压机在质量上和国外一些较知名 公司的产品还有一定的差距,但随着国内制造商对质量的不断重

18、视和管理水平的提高, 国产液压机的质量会接近和赶上国际水平。5 发展趋势(1高速化,高效化,低能耗。提高液压机的工作效率,降低生产成本。(2机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的 完善。(3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。(4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。1 任务分析1.1 技术要求设计(论文主要内容及进度设计一台小型液压压力机的液压系统,要求实现:快速

19、空程下行慢速加压保压 快速回程停止工作循环。主要技术指标 (或研究目标 快速往返速度为 3m/min,加压速度为 40-250mm/min,压制力为 300000N ,运动部件 总重力为 25000N ,工作行程 400mm ,油缸垂直安装。1.2 任务分析根据滑块重量为 25000N , 为了防止滑块受重力的影响而下滑, 在此可用液压方式平 衡滑块重量。设计液压缸的启动、制动时间为 =0.2s 。液压机滑块上下移动为直线往复 运动,且行程比较小 , 只有 400mm ,所以选单杆液压缸作执行器 , 且液压缸的机械效率 m =0.9。因为液压机的工作循环为快速空程下行 -慢速加压 -保压 -快

20、速回程 -停止五个阶段。这 几个阶段的转换由一个三位四通的电磁换向阀和一个二位三通的电磁换向阀控制。当三 位四通电磁换向阀工作在左位时来实现快速回程,工作在中位时实现液压泵的卸荷,即 液压机保压,工作在右位时实现液压泵的快进和工进。液压机的工进速度由一个调速阀 来控制。快进和工进之间的转换由二位三通电磁换向阀控制。液压机快速下降时,液压 泵采用全压式供油,且采用差动连接,可以满足其要求的速度快,减少了空程时间。由 于液压机压力比较大,所以此时进油腔的压力比较大,所以在由保压到快速回程阶段则 要一个顺序阀,可以防止高压冲击液压元件,并可使油路卸荷过程平稳。为了对油路压 力进行监控,在液压泵出口安

21、装一个溢流阀,同时也可以对系统起过载保护作用。因为 滑块受自身重力作用,滑块要产生下滑运动,所以油路要设计一个单向阀,以构成一个 平衡回路,产生一定大小的背压力,同时也使工进过程平稳。在液压力泵的出油口设计 一个单向阀,可防止油压对液压泵的冲击,对泵起到保护作用。1.3 运动情况分析由液压机的工作情况来看,其外负载和工作速度随着时间是不断变化的。所以设计 液压回路时必须满足随负载和执行元件的速度不断变化的要求。因此可以选用变压式节 流调速回路和容积式调速回路两种方式。变压式节流调速回路 :节流调速的工作原理,是通过改变回路中流量控制元件通流面积的大小来控制流入 执行元件或自执行元件流出的流量来

22、调节其速度。变压式节流调速的工作压力随负载而 变,节流阀调节排回油箱的流量,从而对流入液压缸的的流量进行控制。其缺点:液压 泵的损失对液压缸的工作速度有很大的影响。其机械特性较软, 当负载增大到某值时候, 活塞会停止运动,低速时泵承载能力很差,变载下的运动平稳性都比较差,可使用比例阀、伺服阀等 来调节其性能,但装置复杂、价格较贵。优点:在主油箱内,节流损失和发热量都比较 小,且效率较高。宜在速度高、负载较大,负载变化不大、对平稳性要求不高的场合。 容积调速回路 :容积调速回路的工作原理是通过改变回路中变量泵或马达的排量来改变执行元件的 运动速度。优点:在此回路中,液压泵输出的油液直接进入执行元

23、件中,没有溢流损失 和节流损失,而且工作压力随负载的变化而变化,因此效率高、发热量小。当加大液压 缸的有效工作面积,减小泵的泄露,都可以提高回路的速度刚性。综合以上两种方案的优缺点比较,泵缸开式容积调速回路和变压式节流调速回路相 比较,其速度刚性和承载能力都好一些,调速范围也比较宽工作效率更高,发热却是小 得多。考虑到最大压制力为 300000N ,故选泵缸开式容积调速回路。2 工况分析2.1 工作负载工件的压制抗力即为工作负载:F w =300000N2.2 摩擦负载 :静摩擦阻力:F fs =0.225000N=5000N动摩擦阻力:F fd =0.125000N=2500N2.3 惯性负

24、载 :F m =ma=25000/1000/(0.0260 =6250N背压负载:F b =30000N自重:G=mg=25000N2.4 液压缸在各工作阶段的负载值 :其中:m =0.9 m 一般取 m=0.9-0.97工作循环各阶段的外负载 3 负载循环图和速度循环图速度循环图 负载循环图 : 4 液压系统原理图4.1 确定供油方式考虑到该机床压力要经常变换和调节,并能产生较大的压制力,流量大,功率大, 空行程和加压行程的速度差异大,因此采用一高压泵供油。4.2 调速方式的选择工作缸采用活塞式双作用缸,当压力油进入工作缸上腔,活塞带动横梁向下运动, 其速度慢,压力大,当压力油进入工作缸下腔

25、,活塞向上运动,其速度较快,压力较小, 符合一般的慢速压制、快速回程的工艺要求。4.3 液压系统图分析(1考虑到液压机工作时所需功率较大,所以采用变量泵的容积调速方式。(2为了满足速度的有极变化,采用压力补偿变量液压泵供油,即在快速下降的时候, 液压泵以全流量供油。当转化成慢速加压压制时,泵的流量减小,最后流量为零。 (3当液压缸反向回程时,泵的流量恢复为全流量供油。液压缸的运动方向采用三位四 通 M 型电磁换向阀和二位三通电磁换向阀控制。停机时三位四通换向阀处于中位,使液 压泵卸荷。(4为了防止压力头在工作过程中因自重而出现自动下降的现象, 在液压缸有杆腔回路 上设置一个单向阀。(5为了实现

26、快速空程下行和慢速加压,此液压机液压系统采用差动连接的调速回路。(6为了使液压缸下降过程中压力头由于自重使下降速度越来越快, 在三位四通换向阀 处于左位时, 回油路口应设置一个顺序阀作背压阀使回油路有压力而不至于使速度失控。 (7为了实现自动控制,在液压缸的活塞杆运动方向上安装了三个接近开关,使液压系 统能够自动切换工作状态。(8为了使系统工作时压力恒定,在泵的出口设置一个溢流阀,来调定系统压力。4.4 液压系统原理图 1-滤油器 2-液压泵 3-压力表 4-三位四通电磁换向阀 5-二位三通电磁换向阀 6-单向顺序 阀 7-单向阀 8-调速阀 9-溢流阀5 液压系统的计算和选择液压元件5.1

27、液压缸主要尺寸的确定1工作压力 P 的确定。工作压力 P 可根据负载大小及机器的类型,来初步确定由 手册查表取液压缸工作压力为 25MPa 。将液压缸的无杆腔作为主工作腔,考虑到缸下行 时,滑块自重采用液压方式平衡,则可计算出液压缸无杆腔的有效面积,取液压缸的机 械效率 cm=0.9。2计算液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 。由负载图知最大推力 F 为 307500N , p 2 可 不计 , 考虑到快进,快退速度相等,取 d/D=0.7A 1=F/Pcm =307500/(251060.9=0.0137m2D=(4A 1/ 1/2=(40.015/3.141/2=0.132m根据手册查表取液

28、压缸内径直径 D=140(mm 活塞杆直径系列取 d=100(mm 取两液压缸的 D =140mm 和 d =100mm。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度A Q min /Vmin =0.051000/3=16.7(cm2则:无杆腔实际有效面积:1A =D 2/4=3.140.142/4=0.015m2液压缸节流腔有效工作面积选取液压缸有杆腔的实际面积,即A 2=(D 2-d 2 /4=3.14(1402-1002 /4 =0.0075 m2满足不等式,所以液压缸能达到所需低速5.2 各工作阶段液压缸所需的流量Q (快进 = d 2v (快进 /4=3.140.123/4=23.55L/

29、minQ (工进 = D 2v (工进 /4=3.140.1420.04/4=0.62L/minQ (快退 = (D 2-d 2 v(快退 /4=3.14(0.142-0.12 3/4=22.61 L/min 液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算 5.3液压元件及辅助元件的确定5.3.1 确定液压泵的流量,压力和选择泵的规格泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进油管有一定的压力损失,所以泵的工作压力为 P p = P1+p式中,P p 为液压泵最大工作压力;P 1为执行元件最大工作压力;p 为进油管路中的压力损失,简单系统可取 0.20.5Mpa。故可取压力损失 P1=0.5Mpa故 P p

30、 =P1+p= 25+0.5=25.5MP上述计算所得的 P p 是系统的静态压力, 考虑到系统在各种工况的过度阶段出现的动 态压力往往超出静态压力,另外考虑到一定的压力储备量,并确保泵的寿命,因此选泵 的压力值 P a 应为 P a 1.25P b -1.6P b因此 P a =1.25Pp =1.2525.5=31.88MPa泵的流量确定 , 液压泵的最大流量应为Q KL (Q max油液的泄露系数 KL=1.2故 Q p =KL(Q max =1.2 23.55=28.26L/min选择液压泵的规格根据以上计算的 P a 和 Q p 查阅相关手册现选用 IGP5-032压力补偿变量型的斜

31、盘式轴向 柱塞泵n max = 3000 r/minn min =400r/min额定压力 p 0=31.5Mpa每转排量 q=33.1mL/r,容积效率 v =85%,总效率 =0.7.与液压泵匹配的电动机选定首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率,取两者较大值作为选择电动机规 格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小,泵的效率急剧降低,一般在流量在 0.2-1L/min 范围内时,可取 =0.03-0.14. 同时还应该注意到,为了使所选择的电动机在经 过泵的流量特性曲线最大功率时不至停转,需进行演算,即 P a Q p / P d ,式中 P d -所选电动机额定功率;P b -内啮合

32、齿轮泵的限定压力;Q p -压力为 P b 时,泵的输出流量。首先计算快进时的功率, 快进时的外负载为 7500N , 进油时的压力损失定为 0.3MPa 。 P b =7500/(0.10.1/410-6+0.3=1.26MPa快进时所需电机功率为:P (快进 =Pb Q p /=1.2628.26/600.7=0.85kw.工进时 所需电机功率为:P=Pp 0.62/(600.7=0.38kw查阅电动机产品样本,选用 Y90S-4 型电动机,其额定功率为 1.1KW ,额定转速为 1400r/min5.3.2 液压元件及辅助元件的选择液压阀的选择对液压阀的基本要求:(1. 动作灵敏,使用可

33、靠,工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。(2. 密封性能好。结构紧凑,安装、调整、使用、维护方便,通用性大根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格主要依据是根 据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量, 其他还需考虑阀的动作方式, 安装固定方式,压力损失数值,工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格 , 根据所拟定的液压系统图,按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液 压元件如表所示 5.4 确定管道尺寸5.4.1 管道尺寸的确定油管系统中使用的油管种类很多,有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等,必 须按照安装位置、工作环境和工作压力来

34、正确选用。本设计中油管采用钢管,因为本设 计中所须的压力是高压, P=31.88MPa , 钢管能承受高压,价格低廉,耐油,抗腐蚀, 刚性好,但装配是不能任意弯曲,常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管, 低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲,尼龙管用在低压系统; 塑料管一般用在回油管用。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢 丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管,可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻 丝或棉丝编织体为骨架的胶管,多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难,成 本很高,因此非必要时一般不用。5.4.2 管接头的选用管

35、接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件,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、工艺性好等各种条件。 管接头的种类很多,液压系统中油管与管接头的常见联接方式有:焊接式管接头、卡套 式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹 采用国际标准米制锥螺纹(ZM 和普通细牙螺纹(M 。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和 采用聚四氟乙烯等进行密封,广泛用于中、低压液压系统;细牙螺纹密封性好,常用于 高压系统,但要求采用组合垫圈或 O 形圈进行端面密封,有时也采用紫铜垫圈。4.5.3 管道内径计算油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺

36、寸而定,也可接管路允许流速进行 计算,本系统主要路流量为差动时流量 Q=47.1L/min 压油管的允许流速取 V=3m/s 则 压油管的内径 d 为d=4.61(47.1/31/2=18.2mm若系统主油路流量按快退时取 Q=22.61L/min ,则可算得油管内径 d=17.9mm. 综合 压油管内径 d=20mm吸油管同样可按上式计算(Q=49.6L/min , V=2m/s 现参照 YBX-16 变量泵吸 油口连接尺寸,取吸油管内径 d 为 29mm;5. 5 液压油箱容积的确定根据液压油箱有效容量按泵的流量的 5 7 倍来确定则选用容量为 400L 。5.6 液压缸的壁厚和外径的计算

37、液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处 的厚度,从材料力学可知,承受内压力的圆筒,其内应力分布规律因壁厚的不同而各异, 一般计算时可分为薄壁圆筒,起重运输机械和工程机械的液压缸一般用无缝钢管材料, 大多属于薄壁圆筒结构,其壁厚按薄壁圆筒公式计算 PD/2=38.25140/2100=26.78mm(=100110MP故取 =30mm液压缸壁厚算出后,即可求出缸体的外径 D 1 为D 1 D+2=140+230=200mmD 1=200mm5.7 液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度,可根据执行机构实际工作烦人最大行程来确定,查表的系列 尺寸选取标准值 L=4

38、00mm。5.8 缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖,其有效厚度 t 按强度要求可用下面两个公式进行近似计 算无孔时:t 0.433D 2(P / 1/2=23.2mm有孔时:t 0.433 D2(P D2/(D 2-d 0 1/2式中,t-缸盖有效厚度D-缸盖止口内直径D 2-缸盖孔的直径5.9 最小寻向长度的确定当活塞杆全部外伸时, 从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离 H 称为最小 导向长度过小,将使液压缸的初试挠度增大,影响液压缸的稳定性,因此,设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸,最小导向长度 H 应满足以下要求H=L/20+D/2=400/20+140/2=9

39、0mm取 H=95mm活塞宽度 B=(0.61.0 D 1=1105.10 缸体长度的确定液压缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和,缸体外形长度还要考虑到 两端端盖的厚度,一般的液压缸的缸体长度不应大于内径地 2030 倍6 液压系统的验算已知该液压系统中进回油管的内径均为 20mm ,各段管道的长度分别为:AB=0.3m AC=1.7m AD=1.7m。选用 L-HL32 液压油, 考虑到油的最低温度为 15查得 15时该液压油曲运动粘度 V=150cst=1.5cm/s ,油的密度 =920kg/m6.1.压力损失的验算 . 工作进给时进油路压力损失,运动部件工作进给时的最大速度为

40、 0.25m/min ,进 给时的最大流量为 50L/min ,则液压油在管内流速 V 为:V 1=Q/(d 2/4 =(23.551000 /(3.14602.92 /4 =59.45(cm/s管道流动雷诺数 Rel 为Rel=103.673.2/1.5=126.8Rel 2300 可见油液在管道内流态为层流,其沿程阻力系数 l =75/Rel=0.59进油管道的沿程压力损失 P 为:P 1-1=l (l/d (V 2/2 =l l V 2 /(2d=0.59(1.7+0.3 9200.59452/(20.029=0.2MPa查得换向阀 34YF30-E20B 的压力损失 P=0.05MPa

41、忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失,则进油路总压力损失 P 为:P 1=P1-1+P1-2=0.2+0.05=0.25MPa工作进给时间回油路的压力损失,由于选用单活塞杆液压缸且液压缸有杆腔的工 作面积为无杆腔的工作面积的二分之一,则回油管道的流量为进油管的二分之一,则V 2=V/2=29.7(cm/sRel=V2d/r=29.72/1.5=57.52=75/Rel=75/57.5=1.3回油管道的沿程压力损失 P 为:P 2-1=(l/d(V 2/2=1.329200.5950.595/(20.029=0.56MPa查 产 品 样 本 知 换 向 阀 23YF3B-E20B 的 压

42、 力 损 失 P=0.025MPa。 换 向 阀 34YF30-E20B 的压力损失 P=0.025MPa , 调速阀 ADTL-10 的压力损失 P=0.5MPa回 油路总压力损失 P 为P 2=P2-1+P2-2+P2-3+2-4=0.55+0.025+0.025+0.5=1.1MPa . 变量泵出口处的压力 P :P p =(F/cm+A2P 2 /A1 +P 1=(307500/0.9+0.00751.11000000 / 0.015+0.15=22.4MPa . 快进时的压力损失, 快进时液压缸为差动连接, 自会流点 A 至液压缸进油口 C 之 间的管路 AC 中,流量为液压泵出口流

43、量的两倍,即 50L/min,AC 段管路的沿程压力损 失为 P 1-1 为V 1=Q/(d 2/4 =45.221000/(3.142 2/460=240.02(cm/sRel=vl d/r=320.031=75/rel=0.234P 1-1=(l/d(V 2=0.234(1.7/0.02(9202.42/2=0.2MPa同样可求管道 AB 段及 AD 段的沿程压力损失 P 1-2和 P 1-3为V 2=Q/(d 2/4 =295cm/s Re2=V/d/r=236V 2=75 Re2=0.38P 1-2=0.024MPaP 1-3=0.15MPa查产品样本知,流经各阀的局部压力损失为:34

44、YF30-E20B 的压力损失, P 2-1=0.17MPa23YF3B-E20B 的压力损失, P 2-1=0.17MPa据分析在差动连接中,泵的出口压力为 PP=2P 1-2+P 1-2+P 2-2+P 2-1+P 2-2+F/A2cm=20.2+0.024+0.15+017+0.17+25/0.007850.9=0.18MPa快退时压力损失验算亦是如此,上述验算表明,无需修改原设计。6.2 系统温升的验算在整个工作循环中,工进阶段所占的时间最长,为了简化计算,主要考虑工进时的 发热量,一般情况下,工进速度大时发热量较大,由于限压式变量泵在流量不同时,效 率相差极大,所以分别计算最大、最小

45、时的发热量,然后加以比较,取数值大者进行分 析当 V=40mm/min 时流量 Q=V(D 2/4 =0.040.142/4=0.6 L/min此时泵的效率为 0.1,泵的出口压力为 22.4MPa则有:P 输入 =22.40.6/(600.1 =2.464(KW P 输出 =FV=(3075004/600.010.001=0.21(Kw 此时的功率损失为P=P 输入 -P 输出 =2.464-0.21=2.23 (Kw当 V=250mm/min 时, Q=3.85L/min 总效率 =0.8则 P 输入 =253.85/(600.8 =1.845(Kw P 输出 =FV=(30750025/

46、600.010.001=1.28(Kw P=P 输入 -P 输出 =0.565(Kw 可见在工进速度低时,功率损失为 2.156Kw ,发热最大假定系统的散热状况一般,取 K=100.001Kw/(cm 油箱的散热面积 A 为 A=0.065V2/3=6.5m2系统的温升为:T=P/KA=2.156/(100.0016.6 =33.2验算表明系统的温升在许可范围内6.3 螺栓校核液压缸主要承受轴向载荷 F max =307500N取 6 个普通螺栓,则每个螺栓的工作拉力为 F o =307500/6=51250N 螺栓总拉力 F=Fa +Cb /(Cb +Cm F oF a 为螺栓预紧力C b

47、 为螺栓刚度C m 为被连接件刚度又 Fa=Fb+【 1-C b /(Cb +Cm 】 FF b 为残余预紧力则 F b =(1.51.8 F取 F b =1.5FC b /(Cb +Cm 在无垫片是取 0.20.3 取值为 0.3得 F a =2.2Fo F=2.5 Fo由此求得 F=128125N螺栓的中径 d (1.34F/ 1/2=22.1mm=s/S=433MP 材料选用 40Cr所以取标准值 d=24mm 选用螺栓为 M24结论这次课程设计的内容是小型液压机液压系统的设计。对我来说液压系统的设计是一 门新的知识,在设计程中,碰到了一些与以往不同的方法及概念,总结起来,我认为最 大的

48、欠缺就是缺乏一个整体的观念,常常在不经意中,只考虑到满足一个或几个性能要 求,而没有以一个整体的思想来考虑问题。比如,我们设计系统图时,很容易忘记考虑 系统保压和液压泵卸荷等问题,假如忘记考虑这些问题,就难以实现预定的工作要求。 为此我也花了很长时间,经过反复思考最终设计出符合工作要求的系统图。另一方面,在这次的设计中,我用到了一些经验公式以及一些在一定范围内取值的 数据,以前我习惯了在精确公式及数值下计算,而且在查阅工具书方面的能力还不足, 还需要在今后的设计中进一步加强。出现以上的种种缺陷的关键问题在于我们缺乏这方 面专业能力的锻炼。但经过这次课程设计之后让我对于液压系统的应用更加了解。还

49、有 设计的时候应该具有严紧的态度,因为很多工程问题都是人命关天。所以我们要从现在 开始就养成一种严紧的学习和工作态度,以后在工作中才能尽量避免一些重大失误。 通过这次的课程设计,让我对液压系统以及液压阀件有了更深的认识,对设计液压 装备时应有的要求有了新的见解,完成同样的要求,有不同的设计方案,但是我们应向 使用性能,结构,经济性更优的方向发展。当然这还需要我们不断地刻苦学习,然后在 前人实践经验的基础上,勇于创新,寻求更经济实惠的设计。由于能力所限,在设计过程中还有许多不足之处,恳请老师批评指正!致谢这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助,其中我的论文指导老师王霞老 师对我的关心和支持

50、尤为重要。每次遇到难题,我最先做的就是向王老师寻求帮助,而 王老师每次不管忙或闲,总会抽空来找我面谈,然后一起商量解决的办法。王老师平日 里工作繁多,但我做毕业设计的每个阶段,从选题到查阅资料,论文提纲的确定,中期 论文的修改,后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来, 王老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想给我以无微不至的关怀,在此谨向 王老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时,本篇毕业论文的写作也得到了侯龙飞,熊 恒,方韬等同学的热情帮助。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学,和曾经在 各个方面给予过我帮助的伙伴们,在此,我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示 感谢。主要参考文献与资料 1. 液压与气压传动 王积伟 机械工业出版社 2005. 2. 机械设计手册 成大先 化学工业出版社 2002 2007 2005 3. 液压与气压传动 许福玲 机械工业出版社 4. 现代机械设备设计手册 机械工业出版社 26