30吨旋压机集成块式液压系统的设计毕业设计正文

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1、I中文摘要内容：对旋压机的工作原理进行了研究，在不改变其工作过程的前提下，对原液压系统进行了改进设计。首先对系统进行工况分析，画出了每个液压缸的负载速度曲线，之后进行液压缸的参数计算，从而根据参数进行元器件选取，进而绘制出了系统原理图，接下来经过相关分析计算，决定采用低压大流量泵加高压小流量泵的双泵供油方法，之后进行油箱、集成块以及液压泵站的设计。最后检验系统的性能，从而得到了一套完整的旋压机液压系统。关键词：旋压机，液压系统，工况分析，液压泵站AbstractContent: Studied the working principle of spinning machine, under t

2、he premise of without changing its working process, improved the design of original hydraulic system. First, analyzed the work process of system, drew the load curve and speed curve of each hydraulic cylinder, then, calculated the parameters of the hydraulic cylinders, and then, selected the compone

3、nts according to the parameters, drew a schematic diagram of the system, after that, analyzed and calculated the related data, designed a set of high-speed spinning machine, hydraulic system，which adopts low pressure big flow pump high-pressure small flow pump with the double pump injection techniqu

4、es, then, designed the fuel tank, manifold and pump station. At last, inspected the performance of system, then, got a complete set of spinning machine hydraulic system.Key words: Spinning machine，Hydraulic system，Work process analysis，Hydraulic pump stationII目目 录录中文摘要中文摘要Abstract第一章第一章 引言引言.1第二章第二章

5、 设计题目及方案确定设计题目及方案确定.32.12.1 研究开发内容和技术关键研究开发内容和技术关键.32.22.2 主要技术参数主要技术参数.32.32.3 方案确定方案确定.4第三章第三章 液压系统的工况分析液压系统的工况分析.63.13.1 压紧缸压紧缸的的工况分析工况分析.63.23.2 径向缸的工况分析径向缸的工况分析.93.33.3 顶出缸的工况分析顶出缸的工况分析.113.43.4 液压马达的工况分析液压马达的工况分析.14第四章第四章 确定系统主要参数确定系统主要参数.154.14.1 压紧缸的主要参数压紧缸的主要参数.154.24.2 径向缸的主要参数径向缸的主要参数.174

6、.34.3 顶出缸的主要参数顶出缸的主要参数.19第五章第五章 液压系统原理图的拟定液压系统原理图的拟定.215.15.1 速度控制回路的选择速度控制回路的选择.215.25.2 换向和速度换接回路的选择换向和速度换接回路的选择.215.35.3 油源的选择油源的选择.225.45.4 压力控制回路的选择压力控制回路的选择.225.55.5 辅助回路辅助回路.23第六章第六章 液压元件的选择液压元件的选择.246.16.1 液压泵及其驱动电机的计算与选定液压泵及其驱动电机的计算与选定.24III6.26.2 液压控制阀和液压辅助元件的选定液压控制阀和液压辅助元件的选定.26第七章第七章 液压泵

7、站的设计液压泵站的设计.297.17.1 油箱设计油箱设计.297.27.2 液压控制阀组块式集成的设计液压控制阀组块式集成的设计.307.37.3 液压泵站的设计液压泵站的设计.30第八章第八章 液压系统性能的验算液压系统性能的验算.338.18.1 验算系统压力损失验算系统压力损失.338.28.2 液压泵工作压力的估算液压泵工作压力的估算.348.38.3 估算系统效率、发热和温升估算系统效率、发热和温升.34结论结论.36参考文献参考文献.37致谢致谢.39潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计1第一章 引言旋压技术是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的

8、少无切削加工的先进工艺，将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。旋压作为一种典型的连续局部塑性成形技术已经成为精密塑性成形技术的重要发展方向。我国的旋压加工技术是从 20 世纪中叶开始发展起来的，80 年代后期至 90 年代末，陆续引进德国、美国等国家制造的旋压机床，同时我国的旋压设备开发在吸收、消化的基础上，进行了研制并成功生产，然而与国外的设备相比，还存在较大的差距，主要表现在：成型精度差、成型速度低、电气、液压控制系统问题多等缺点，特别

9、对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较为重要的意义。皮带轮是一种重要的机械传动零件，广泛应用于汽车、轻纺及农机的各种机械设备的传动中，尤其对于汽车机械具有举足轻重的作用，此次的 30 吨旋压机即为带轮旋压机。以前我国主要靠进口专用带轮旋压设备（立式结构），现在已基本实现了国产化，并已形成多种规格的数条全自动生产线，以提供国内上千万件的需求量。设备性能已基本达到国外先进水平，已具有刚性好、精度高、可靠性好、控制系统先进、调试方便、生产效率高、外形美观等特点。目前，我国在旋压机方面的研究一直在火热地进行中，很多学者致力于研究出具备更大吨位、速度更快的旋压机，也

10、有一大部分学者致力于设计出性能更加完美的旋压机液压系统，国内研究旋压机以及其液压系统方面的学者有陈适先、王成和、刘建华、赵豪云等，其中，刘建华先生的著作旋压技术基本原理的研究现状与发展趋势重点研究了大重型旋压机的工作原理，预测了旋压机在未来将会得到越来越多的应用，这一点也得到了很多学者的赞同，其他的有如陈适先的强力旋压及其应用、王成和的旋压技术简介等，都为我国的旋压技术研究开辟了一方明亮的天空。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计2这次的课题做的是30吨旋压机集成块式液压系统的设计，原来的系统因为工作年限较久，出现噪声大、温升高、易泄漏等问题，影响了设备的正常加工。我们的任务就是对现有

11、设备的加工过程进行分析，根据企业的相关要求，采用先进的液压控制技术对其进行改造，其液压控制装置采用集成块式结构，以适应企业生产加工的需求。这对于企业的技术进步和经济效益增长都有着十分重要的意义。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计3第二章 设计题目及方案确定2.1 研究开发内容和技术关键在对旋压机工作原理和加工过程的了解基础上，运用所学的机械设计技术、液压传动技术、电气及控制技术和自动化技术等知识进行30吨旋压机液压系统的改进设计。其液压控制装置采用集成块式结构。完成液压系统方案设计、液压控制装置结构与零部件设计。其具体要求如下1)除上下工件外，整个旋压加工过程必须符合原有的工作过程并

12、自动进行；2)系统最大工作压力16MPa，挤压缸工作压力8MPa，顶出缸工作压力6MPa；3)旋压机工作过程如下：a.工件放在下模上定位，上模快进、工进、加压，下模带动上模同步旋转（部分机床电机带动旋转、部分机床液压马达带动旋转） ；b.第一旋轮快进、工进径向进给、延时，快退；c.第二旋轮快进、工进径向进给、延时，快退；d.第三旋轮快进、工进径向进给、延时，快退；e.主轴旋转停止，上模快退；f.下顶缸顶出、延时，操作工取件，下顶缸复位。4)液压控制装置采用集成块结构2.2 主要技术参数1.钣制皮带轮旋压机主要性能数据1) 主机的力、能参数 轴向最大压力 380KN(20 吨) 径向最大压力 1

13、25KN(10 吨) 主传动油泵电机组功率 22KW 节流调速泵站电机功率 8KW2) 机床各工作油缸性能参数 夹紧缸活（缸 I）塞杆行程 250mm 推进缸（缸 II）/进给缸（缸 III）活塞杆行程 100mm潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计4 各缸工进速度范围 50-300mm/min 各缸快进速度范围 1200-1800mm/min3) 主轴转速（机床主轴转速）： 100-500r/min；4) 加工范围：可加工多种形式的钣制皮带轮，其尺寸范围见表 2-1：表 2-1 皮带轮的类型皮带轮型式槽数 直径(毫米) 板厚(毫米)单槽 60-300 1.4-3.0双槽 100-28

14、0 1.5-2.5 折叠式 三槽 130-280 1.5-2.5滚开式 多 V 型 50-250 2.0-3.5劈开式 单槽60-250 3.0-5.05) 机床生产效率：折叠式带轮：2-3 件/分 劈开式带轮：0-1 件/分 多 V 型带轮：0-1 件/分6) 机床外廓尺寸：主机外廓尺寸（长宽高） 约为：217014703200（单位：毫米） ；7) 主机净重约 5.2 吨。2.3 方案确定旋压机的工作循环：1）工件放在下模上定位，上模快进、工进、加压，下模带动上模同步旋转（部分机床电机带动旋转、部分机床液压马达带动旋转） ；2）第一旋轮快进、工进径向进给、延时，快退；3）第二旋轮快进、工进

15、径向进给、延时，快退；4）第三旋轮快进、工进径向进给、延时，快退；5）主轴旋转停止，上模快退；6）下顶缸顶出、延时，操作工取件，下顶缸复位（下一循环开始） 。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计5从上述工作循环可看出，带轮旋压机的液压系统主要由合模夹紧及旋压成型两大部分组成，根据成型工艺要求，合模夹紧液压缸要有足够的压力夹紧工件，使工件在成型过程中不能有径向位移现象，压紧力越大液压缸直径也越大，同时又必须保证压紧力不能过大将工件压变形，还要保证在开模的状态下立柱不能掉下来；而推进缸是使工件变形，使其达到成型的目的，所需的力较小，液压缸直径也较小。旋压机的工作特点要求液压系统完成的主要是

16、直线，因此，液压系统的执行元件为液压缸以及带动主轴旋转的液压马达，共有五个液压缸，分别为压紧缸（1 个） 、径向缸（3 个） 、顶出缸（1 个）以及液压马达（1 个） 。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计6第三章 液压系统的工况分析在对液压系统进行工况分析时，一般有工作负载，惯性负载，重力负载wFmF，约束性负载有摩擦负载，液压缸自身的密封负载等。gFfFsfF本次设计只考虑机床皮带轮加工中所受到的工作负载，惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载忽略不计。3.1 压紧缸的工况分析1)工作负载wF工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于旋压机液压系统来说，沿液压缸轴

17、线方向的切削力即为工作负载。即 =380KNFw2)惯性负载mF最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知启动换向时间为 0.05s，工作部件最大移动速度即快进、快退速度为 20mm/s，因此惯性负载为 （3-3m38000020 10100.05 =15200vGvFmtgtN1）启动或制动时间，一般机械 =0.01-0.05s，因为旋压机加速时空载，tt取=0.05s（参考液压传动设计指南 ） 。t3)阻力负载fF阻力负载主要由工作台的机械摩擦阻力组成，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。静摩擦阻力 （3fj=f0.2 380

18、00076000jfsFNF2）动摩擦阻力 （3fd=f0.1 38000038000dfsFNF3）潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计7,静，动摩擦系数，根据摩擦表面的材料及性质决定。通常，对滑动导jfdf轨=0.1-0.2，=0.05-0.12(低速时取最大值，高速时取最小值)，这里取jfdf=0.2，=0.1。jfdfN正压力，N=G+，因为工作负载在导轨上的垂直分力G,nFnF可忽略不计,故 N=G。根据上述负载计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受的负载力如表 3-1 所示。表 3-1 液压缸在各个阶段的负载工况负载组成负载值 F/N液压缸推力 F=F/(N)m起动F=Ff

19、j7600084444加速F=Ffd+Fm5320059111快进F=Ffd3800042222工进F=Ffd+Fw418000464444快退F=Ffd3800042222 （一般液压缸机械效率=0.900.95，这里取=0.90。参考液压设计指南 ）mm4）负载循环图和速度循环图的绘制根据计算结果，绘制负载循环图如图 3-1 所示。已知所取快进和快退速度 V1=V3=20mm/s 快进行程 L1=240mm 工进行程 L2=10mm 快退行程 L3=250mm 工进速度 V2=2mm/s根据上述已知数据绘制压紧液压油缸的速度循环图如图 3-2 所示。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的

20、设计8图 3-1 压紧缸负载循环图潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计9图 3-2 压紧缸速度循环图3.2 径向缸的工况分析1)工作负载wF工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于旋压机液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。即 =125KNwF2)惯性负载mF最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作部件最大移动速度和最大加速度时间进行计算，已知启动换向时间为 0.05s，工作部件最大移动速度即快进，快退速度为 20mm/s，因此惯性负载为 （3-3m12500030 10100.05 =7500vGvFmtgtN4）启动

21、或制动时间，一般机械 =0.1-0.5s，因为旋压机加速时空载，取tt=0.05s（参考液压传动设计指南 ） 。t3)阻力负载fF潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计10阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。静摩擦阻力 （3fj=f0.2 12500025000jfsFNF5）动摩擦阻力 （3fd=f0.1 12500012500dfsFNF6）,静，动摩擦系数，根据摩擦表面的材料及性质决定。通常，对滑动导jfdf轨=0.1-0.2，=0.05-0.12(低速时取最大值，高速时取最小值)，这里去jfdf=0.2，=0.1。jfdfN正压力，N=G+，因为

22、工作负载在导轨上的垂直分力G,nFnF可忽略不计,故 N=G。根据上述负载计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受的负载力如表 3-2 所示。表 3-2 液压缸在各个阶段的负载工况负载组成负载值 F/N液压缸推力 F=F/(N)m起动F=Ffj2500027777加速F=Ffd+Fm1950021666快进F=Ffd1250013889工进F=Ffd+Fw137500152778快退F=Ffd1250013888（一般液压缸机械效率=0.900.95，这里取=0.90。参考液压设计指南 ）mm4）负载循环图和速度循环图的绘制潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计11根据计算结果，绘制负载循

23、环图如图 3-3 所示。已知快进和快退速度 V1=V3=30mm/s 快进行程 L1=90mm 工进行程 L2=10mm 快退行程 L3=100mm 工进速度 V2=1.0mm/s根据上述已知数据绘制垂直液压油缸的速度循环图如图 3-4 所示。图 3-3 径向缸负载循环图潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计12图 3-4 压紧缸速度循环图3.3 顶出缸的工况分析1)工作负载wF工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于旋压机液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。即 =50KNwF2)惯性负载mF最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速

24、度可通过工作部件最大移动速度和最大加速度时间进行计算，已知启动换向时间为 0.05s，工作部件最大移动速度即快进，快退速度为 20mm/s，因此惯性负载为 （3-3m5000030 10100.05 =3000vGvFmtgtN7）启动或制动时间，一般机械 =0.1-0.5s，因为旋压机加速时空载，取tt=0.05s（参考液压传动设计指南 ） 。t 3)阻力负载fF阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计13静摩擦阻力 （3fj=f0.2 5000010000jfsFNFN8）动摩擦阻力 （3fd=f0.1 500005

25、000dfsFNFN9）,静，动摩擦系数，根据摩擦表面的材料及性质决定。通常，对滑动导jfdf轨=0.1-0.2，=0.05-0.12(低速时取最大值，高速时取最小值)，这里去jfdf=0.2，=0.1.jfdfN正压力，N=G+，因为工作负载在导轨上的垂直分力G,nFnF可忽略不计,故 N=G。根据上述负载计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受的负载力如表 3-3 所示。表 3-3 液压缸在各个阶段的负载（一般液压缸机械效率=0.900.95，这里取=0.90。参考液压设计指南 ）mm4）负载循环图和速度循环图的绘制根据计算结果，绘制负载循环图如下图 3-5 所示。已知快进和快退速度 V1=

26、V2=30mm/s 快进行程 L =80mm工况负载组成负载值 F/N液压缸推力F=F/(N)m起动F=Ffj1000011111加速F=Ffd+Fm80008888快进F=Ffd50005556快退F=Ffd50005556潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计14 快退行程 L =80mm根据上述已知数据绘制顶出液压油缸的速度循环图如下图 3-6 所示。图 3-5 顶出缸负载循环图图 3-6 顶出缸速度循环图潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计153.4 液压马达的工况分析(1) 液压马达的工作过程：启动，加速，恒速，减速，停止。(2) 为保证液压马达的运转平稳，一般应设回油

27、背压=(0.5-1.0),因此bPMPa可由最大负载转矩,最高转速及液压马达工作 P 计算液压马达的排量及maxlTmaxnmV输入液压马达的最大流量（此处取 0.95， 取 0.90，参考液压与气压mqmmmv传动 ） 。 （3max62()2 3.14 340(160.5) 100.950.145/LMbmmTVPPL r10） （3maxmax5000.1450.9080.6/ minMMmvnVqL11）潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计16第四章 确定系统主要参数液压系统的主要参数是压力和流量，它们是选择系统方案及选择液压元件的主要依据。压力决定于外负载；流量取决于液压执行

28、元件的运动速度和结构尺寸。通常，首先选择执行元件的设计压力，并按最大外负载和选定的设计压力计算执行元件的主要结构尺寸，然后根据对执行元件的速度（或转速）要求，确定其输入流量。压力和流量一经确定，即可确定其功率，并做出液压执行元件的工况图。4.1 压紧缸的主要参数1）初选压紧缸的工作压力根据任务书，我选定压紧缸的工作压力为 8Mpa。2）确定压紧缸的主要尺寸压紧缸的最大工作负载 F=380KN，查现代机械设计手册第 4 卷 表 20-3-3可取液压缸背压，取。考虑到快进、快退速度相等，取21.0pMPa0.90cmd/D=0.71。 （41122215622()23.8 1010.90(8) 1

29、025.6 10cmcmFPAP AFAPPm由式得1） 则液压缸内径为：潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计17 （42144 5.6 103.14159267.0mmAD2）查现代机械设计手册第 4 卷 表 20-1-6,，将液压缸内径圆整为 D=320mm 又 d/D=0.71 （43）d=0.71D=227.2mm查现代机械设计手册第 4 卷 表 20-1-7 将活塞杆的直径圆整为 d=250mm由此求得液压缸两腔的实际有效面积为 （422421222242242120.32804.2 1044()(0.320.25 )313.4 1044490.8 10ADmmADdmmAA

30、Amm4）3）计算各个阶段参数根据计算出来的液压缸的尺寸，可计算液压缸在工作循环中各个阶段的压力，流量和功率。得出如表 4-1 所示。表 4-1 液压缸在各个阶段的压力，流量和功率工况回油腔压力p2/Mp进油腔压力p1/Mp输入流量q*10-3/m3/s输入功率P/KW液压缸推力F/N1.72844442.021.5259111启动快进 加速恒速1.681.180.9821.1642222工进1.06.160.1610.992464444潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计181.72844440.73.6859111 启动快退 加速恒速0.73.140.6271.96942222注：

31、1.差动连接快进时，液压缸有杆腔压力必须大于无杆腔压力，其差2p1p值为，在液压元件的规格和管道长度，直径未确定时，可初定简单液21ppp 压系统,复杂液压系统。5(25) 10ppa 5(5 10) 10ppa 故此时可取。0.5pMpa 2.在启动瞬间液压缸尚未移动时，此时，另外，取快退时的回油压0p 力损失为 0.7Mpa。 3.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为。1p2p4.2 径向缸的主要参数1）初选径向缸的工作压力根据任务书，我选定径向缸的工作压力为 8Mpa。2）确定径向缸的主要尺寸径向缸的最大工作负载 F=125KN，查现代机械设计手册第 4 卷 表 20-3

32、-3可取液压缸背压，取。考虑到快进，快退速度相等，取21.0pMPa0.90cmd/D=0.71。 （41122215622()21.25 1010.90(8) 1021.85 10cmcmFPAP AFAPPm由式得潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计195） 则液压缸内径为： （42144 1.85 103.14159153.5mmAD6）查现代机械设计手册第 4 卷 表 20-1-6,，将液压缸内径圆整为 D=160mm 又 d/D=0.71 （47）d=0.71D=113.6mm查现代机械设计手册第 4 卷 表 20-1-7 将活塞杆的直径圆整为 d=125mm由此求得液压缸两

33、腔的实际有效面积为： （422421222242242120.16200.96 1044()(0.160.125 )78.30 1044122.66 10ADmmADdmmAAAmm8）3）计算各个阶段参数根据计算出来的液压缸的尺寸，可计算液压缸在工作循环中各个阶段的压力，流量和功率。如表 4-2 所示。表 4-2 液压缸在各个阶段的压力，流量和功率工况回油腔压力p2/Mp进油腔压力p1/Mp输入流量q*10-3/m3/s输入功率P/KW液压缸推力F/N2.2627777启动快进 加速2.582.0821666潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计20恒速1.951.450.3680.5

34、3413888工进1.07.990.0200.1601527782.26277770.74.5621666 启动快退 加速恒速0.73.570.2350.83913888注：1.差动连接快进时，液压缸有杆腔压力必须大于无杆腔压力，其差2p1p值为，在液压元件的规格和管道长度，直径未确定时，可初定简单液21ppp 压系统,复杂液压系统。故此时可取5(25) 10ppa 5(5 10) 10ppa 。0.5pMpa 2.在启动瞬间液压缸尚未移动时，此时，另外，取快退时的回油压0p 力损失为 0.7Mpa。 3.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为。1p2p4.3 顶出缸的主要参数1

35、）初选顶出缸的工作压力根据任务书，我选定顶出缸的工作压力为 6Mpa。2）确定顶出缸的主要尺寸顶出缸的最大工作负载 F=50KN，查现代机械设计手册第 4 卷 表 20-3-3 可取液压缸背压，取。考虑到快进，快退速度相等，取21.0pMPa0.90cmd/D=0.70。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计21 （41122214642()25 1010.90(6) 102101.0 10cmcmFPAP AFAPPm由式得9） 则液压缸内径为： （44144 101.0 103.14159113.4mmAD10）查现代机械设计手册第 4 卷 表 20-1-6,，将液压缸内径圆整为 D

36、=125mm 又 d/D=0.70 （411）d=0.71D=87.5mm查现代机械设计手册第 4 卷 表 20-1-7 将活塞杆的直径圆整为 d=90mm由此求得液压缸两腔的实际有效面积为： （422421222242242120.125122.7 1044()(0.1250.09 )59.1 104463.6 10ADmmADdmmAAAmm潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计2212）3）计算各个阶段参数根据计算出来的液压缸的尺寸，可计算液压缸在工作循环中各个阶段的压力，流量和功率。如表 4-3 所示。表 4-3 液压缸在各个阶段的压力，流量和功率注：1.差动连接快进时，液压缸有

37、杆腔压力必须大于无杆腔压力，其差2p1p值为，在液压元件的规格和管道长度，直径未确定时，可初定简单液21ppp 压系统,复杂液压系统。故此时可取5(25) 10ppa 5(5 10) 10ppa 。0.5pMpa 2.在启动瞬间液压缸尚未移动时，此时，另外，取快退时的回油压0p 力损失为 0.7Mpa。 3.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为。1p2p第五章 液压系统原理图的拟定根据旋压机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速工况回油腔压力 p2/Mp进油腔压力 p1/Mp输入流量q*10-3/m3/s输入功率P/KW液压缸推力 F/N1.75111112

38、.021.868888启动快进 加速恒速1.681.340.1910.25655561.75111110.72.968888 启动快退 加速恒速0.72.390.1770.4235556潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计23稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。5.1 速度控制回路的选择前部分分析的各缸工况及参数表明，所设计机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率不大，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调

39、速回路即可。虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。旋压加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此旋压过程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可。但由于在旋轮表面和毛坯接触的瞬间，存在负载突变的可能，因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回油路上设置背压阀。由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。5.2 换向和速度换接回路的选择所

40、设计旋压机床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。为便于实现差动连接，选用三位四通电磁换向阀，如图 5-1-a 所示。为了调整方便和便于增设液压夹紧支路，应考虑选用 O 型中位机能。由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进入液压缸的流量由 22.08 L/min 降为 1.2 L/min，可选二位二通行程换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击，如图 5-1-b 所示。由于工作压力较低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死

41、挡块加压力继电器的行程终点转换控制。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计24 a.换向回路 b.速度换接回路图 5-1 换向和速度切换回路的选择5.3 油源的选择本次设计旋压机床，由之前的工况分析可知，系统在快速进、退阶段为低压大流量的工况且持续时间短，而工进阶段为高压小流量的工况且持续时间长，两种工况的最大流量和最小流量之比较大，从提高系统的效率和节能角度，宜选用高低压双泵组合供油。现选用双联叶片泵供油方案，如图 5-2 所示。图 5-2 双泵供油油源5.4 压力控制回路的选择由于采用双泵供油回路，故采用液控顺序阀实现低压大流量泵卸荷，用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。为了便于观察

42、和调整压力，在液压泵的出口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设测压点。为了防止立柱下滑在进油和回油路上各装上液控单向阀，还为了防止夹紧力过大在进油路上装了顺序阀调节压紧力的大小。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，在两个泵的出口处各加了一个单向阀。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计255.5 辅助回路在液压泵进口并联一个溢流阀，实现系统的溢流定压；在低压泵出口并联一个外控顺序阀，实现系统高压工作阶段的卸载。经过以上分析，绘制液压系统原理图如图 5-3 所示，详见附件 1。图 5-3 液压系统原理图潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计

43、26第六章 液压元件的选择6.1 液压泵及其驱动电机的计算与选定1）液压泵的最高压力的计算由之前的相关计算结果可以查得液压缸的最高工作压力出现在压紧缸工进阶段，即。而继电器的调整压力应比液压缸最高工作压力大 0.5Mp。此时17.99pMpa液压缸的输入流量较小，且进油路元件较少，故液压泵至液压缸的进油路压力损失估取为，则小流量泵的最高工作压力为0.8pMpa 1pp （617.990.50.89.29ppMpa1）大流量泵仅在快进快退时向液压缸供油，由之前计算可知，快退时液压缸的工作压力比快进时大，取进油路压力损失为，大流量泵最高压力为0.4pMpa 2pp （624.560.44.96pp

44、Mpa2）2）液压泵的流量计算双泵最小供油量按液压缸的最大输入流量进行估算，331max0.982 10/qms根据式，取泄露系数 k=1.2，双泵最小供油量应为()maxpvqqkqpq （631max331.20.982 101.1784 10/70.704/ minpvqqkqmsL3）考虑到溢流阀的最小稳定流量，工进时的流量为3 / minqL ，小流量泵所需最小流量为：3310.161 10/9.66/ minqmsL2pq （6111.2 9.66314.592/ minpvqqkqqL 4）潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计27大流量泵所需最小流量（31）11000vg

45、vqVn （62170.70414.59256.112/ minpvppqqqqL5）3）确定液压泵的规格根据系统所需流量，拟初选双联叶片液压泵的转速为，泵的11000 / minnr容积效率，由以上数据可算得小流量泵和大流量泵排量参考值分别为0.9v （611110001000 14.59210000.916.2/vgvqVnml r6） （622110001000 56.11210000.962.3/vgvqVnml r7）根据以上计算结果查阅产品样本，选用规格相近的 PV2R1317/66 型双联叶片液压泵，泵的额定压力为，小泵排量为，大泵排量14 16npMpa117/Vml r为，泵

46、的额定转速为 n=1800r/min750r/min，容积效率，266/Vml r0.90v倒推算得到小泵和大泵的额定流量分别为（n 取 1000r/min）： （6117 10000.915.3 / min1vVnLpq8） （6266 10000.959.4/ min2vV nLpq9）则双泵流量为：潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计28 （615.359.474.7/ min12Lpppqqq10）与系统所需流量相符合。4）确定液压泵驱动功率及电动机的规格由工况分析可知，最大功率出现在快退阶段，已知泵的总效率为，则液压泵快退所需的驱动功率为： （626334.96 1074.7

47、 100.8 60 107.719pppppkwq11）5）选用电动机型号查现代机械设计手册第 4 卷 表 2-13，选用 Y 系列（IP-44）中规格相近的Y160L8 型立式三相异步电动机，其额定功率 7.5KW,转速为 1000r/min，用此转速时驱动液压泵时，小泵和大泵的实际输出流量分别为 15.3L/min 和 59.4L/min，双泵总流量为 74.7L/min，工进时的溢流量为 15.3-9.66=5.64L/min，仍能满足系统基本工况时对流量的要求。6.2 液压控制阀和液压辅助元件的选定首先根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，算出各个液压缸在各个阶段的实际进、出流量，运动

48、速度和持续时间如下表 6-1、6-2、6-3 所示，以便为其他液压阀及辅件的选择和系统的性能计算奠定基础。表 6-1 压紧缸在各个阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计29 流量/(L/min) 工作阶段无杆腔有杆腔速度/(m/s)时间/s快进=122.40q进=47.70q出10.025V 19.6t 工进=9.66q进=3.76q出20.002V 25t 快退=191.68q出=74.7q进30.040V 36.25t 表 6-2 径向缸在各个阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间 流量/(L/min) 工作阶段无杆腔有杆腔速度/(m/s)时间/

49、s快进=122.40q进=47.70q出 10.101V 10.89t 工进=1.2q进=0.47q出429.9 10V 210t 快退=191.76q出=74.7q进30.159V 30.63t 表 6-3 顶出缸在各个阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计30 流量/(L/min) 工作阶段无杆腔有杆腔速度/(m/s)时间/s快进=144.11q进=69.41q出 10.195V 10.41t 快退=155.09q出=74.7q进30.211V 30.38t 根据系统最大工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助元件的最大实际流量，查产品样本所选择的元

50、件型号规格如表 6-4 所示：表 6-4 元器件型号规格表序号液压件名称型号数量 1过滤器WU-160 x1802 2双联叶片泵PV2R13-17/661 3变量泵180L-4-B51 4外控顺序阀D2-1-10-30/601 5先导溢流阀DB-8-A-F-1-30-1001 6溢流阀DBH-20-F-10-1001 7两位三通电磁换向阀3-WE5-B#-6.0B1 8节流阀MG-20-F-12-21 9液压马达BN-D1601 10减压阀DR-10-F130-M2 11两位四通电磁换向阀4-WE5-C-6.0B2 12三位四通电磁换向阀DG4V-53 13电动单向行程调速阀2FRM16-20

51、-9.66/122.41 14单向节流阀DRVR-126潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计31变量泵型号：额定功率 22KW 额定转速 1440r/min 180L4B5马达型号 ：额定压力 16Mp 额定转矩 340Nm 额定转速 500r/min BND160管件尺寸由选定的标准元件油口尺寸确定。第七章 液压泵站的设计7.1 油箱设计油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热，分离油液中的气泡，沉淀杂质，为液压元件提供安装位置等作用。油箱容量可按经验公式计算： （7pVq1）对于低压系统：2: 5对于中压系统：57:对于高压系统：1012:公式中，油箱的容积，泵的额定流量。Vpq经验

52、系数选择原则是：不连续工作时取最小值，连续工作时取最大值，但考 15电动单向行程调速阀2FRM16-20-1.2/122.4316压力继电器HED-1-A-1-161 17单向阀S-15-A-5-21 18单向阀S-20-A-5-24潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计32虑到要将泵组和阀组安装在油箱顶上，故取经验系数=7，得油箱有效容量为 （7774.7=522.9pVq2）按国际 JB/T7938-1999，取=630，油箱的长，宽，高为V1514mm，945mm，520mm。此邮箱的油箱容积比较大，这有利于散热，油液中的杂质能够充分沉淀，渗入在油液中的空气也可以充分逸出。此次设计

53、采用分离式油箱，设计过程中，考虑到集成块数量过多，重量大，以及振动影响等因素，采用了双盖板的结构，盖板用衬板支撑，在中路合板。为了充分对油箱进行冲洗，采用隔板左右各一个放油孔的形式，使废弃的油液充分流出。此外，为了保证油箱的充分密封，我选用了附带注油口的空气过滤器。经过以上分析设计，画出液压油箱的结构图如附件 2 所示。7.2 液压控制阀组块式集成的设计1）液压集成回路设计把液压回路划分成若干单元，每一个单元回路一般由 3 个元件组成。采用通用的压力油 P 和回油路 T。把各单元回路连接起来，组成液压集成回路。根据我的初拟原理图，将其划分为如下单元回路：底板、供油回路 1、供油回路 2、压力控

54、制回路、调速回路 1、调速回路 2、调速回路 3、调速回路 4、调速回路 5 以及顶盖测压回路。2）底板及供油块设计：底板的作用是连接集成块组，压力油由底板引入各集成块，回油及泄漏油经底板引入液压油箱。3）顶盖及测压块设计：顶盖主要作用是封闭油路，安装压力表开关和压力表，把测压回路、卸荷回路及定位夹紧回路布置在顶盖上。4）若液压单元集成块回路中液压元件较多或者不好安排时，可以采用过渡板潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计33把阀与集成块连接起来。5）集成块设计：设计步骤：a.制作液压元件样板；b.决定通道的孔径；c. 液压元件的布置；d.集成块零件图的绘制。此次 30 吨旋压机所采用的

55、液压集成快为标准集成块，尺寸为 130 125，高度因为有些溢流阀阀体过大，选用 95 与 130 两种。经过以上分析，画出旋压机的单元回路图以及相关集成块图如附件3、4、5、6、7 所示。7.3 液压泵站的设计1）液压泵站的组成液压泵站通常由液压泵组、油箱组件、控温组件、过滤组件和蓄能器组件五个相对独立的部分组成，此次设计的泵站由液压泵站组件、油箱组件、控温组件以及过滤器组件四个部分组成，其各部分的作用如表 7-1 所示：表 7-1 液压泵站的组成组成部分包含元器件作用液压泵将电动机的机械能转化为液压能电动机驱动液压泵联轴器连接电动机和液压泵液压泵组件传动底座安装和固定液压泵及电动机油箱储油

56、、散热、逸出空气、消除泡沫及安装元件油箱组件液位计显示和观测液面高度潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计34过滤器注油、过滤空气放油塞清洗油箱或更换油液时放油油温计显示、观测油液温度温度传感器检测并控制油温加热器油液加热控温组件冷却器油液冷却过滤器组件各类过滤器分离油液中的固体颗粒，防止阻塞小截面流道，保持油液清洁度等2）液压站的结构型式机床液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。a.分散式：这种类型将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的各处。这种结构的优点是结构紧凑，泄漏油易回收，节省占地面积，但安装维修不方便。同时供油装置的振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生影

57、响，故较少采用。b.集中式：这种类型将机床液压系统的供油装置、控制装置、调节装置独立于机床之外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，液压装置的振动、发热都与机床隔开；缺点是液压站增加了占地面积。综合实际情况，本次设计的液压站采用集中式结构。液压泵装置采用立式安装，这种立式的结构形式紧凑、美观，同时电动机与液压泵的同轴度能更好的保证，吸油条件好，漏油可以直接回油箱，节省占地面积。本次液压系统还有一块负责机床头部转动的部分，有单独的电动机驱动。此电动机采用卧式结构且放置在油箱底部，这样便于散热以及节省大量占地面积。经过以上分析，画出液压泵站总图如图 7-1 所示，详见附件 8。潘其望

58、 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计35图 7-1 液压泵站图第八章 液压系统性能的验算8.1 验算系统压力损失按选定的液压元件确定管道直径为,进、回油管道长度均取为；24dmm2lm取油液运动粘度,油液密度。有之前的计算可421 10/ms 330.9174 10/kg m以查得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，191.76 / minqL由此计算得液流雷诺数：潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计36 （83344 191.76 106024 101 101695evdR 1）小于临界雷诺数，故可以推论出，各工况下的进回油路中的液流均为eR2300ecR层流。将适

59、用于层流的沿程阻力系数和管道中液体流速75/75/(4 )eRdq 代入沿程压力损失计算公式得到：24 /()vqd （8644750.634 102lpqqd2）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以下经验公p式计算： （80.1pp3）各工况下的阀类元件的局部压力损失按以下公式计算，即： （82( /)vnnpp q q 4）根据以上三式计算出的各工况下的进回油路上，可求得总的压力损失，例如快进工况下的总的压力损失为： （80.5804pMPa 5）所得到的压力损失不会使系统工作压力超过其能达到的最高压力。8.2 液压泵工作压力的估算小流量泵在工进时的工作压力等于液压缸工

60、作腔压力加上进油路上的压力损1p潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计37失及压力继电器比缸工作腔最高压力所大的压力值,即：1p2p （817.990.50.58.99ppMPa6）此值即为调整大流量泵溢流阀的工作压力的主要参考依据。小流量泵在快退时的工作压力最高，其数值为： （824.560.1364.696ppMPa7）此值为调整小流量泵的安全阀的调整压力时的主要参考依据。8.3 估算系统效率、发热和温升由之前的计算结果可以看出，本液压系统的进给缸在其工作循环持续时间中，快速进退仅占 13%，而工作进给达到 87%，所以系统效率、发热和温升可以用工进时的数值来代表。1）估算系统效率根

61、据以下公式可算得工进阶段的回路效率： （81121 120.087Cppppp qp qp q8）其中，大流量泵的工作压力就是此泵通过顺序溢流阀时所产生的压力损失，2pp因此其数值为： （820.117ppMPa9）前面已经取双联液压泵的总效率，现在取液压缸的总效率0.80p,则按以下公式可以算得本液压系统的效率：0.90cmA （80.8 0.0870.90.0626410）足见工进时液压系统的效率极低，这主要是由于溢流损失和节流损失造成的。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计38工进工况液压泵的输入功率为： （81122611.34ppppppp qp qPW11）2）计算系统发热

62、功率根据以下公式可算得工进阶段的发热效率： （8(1)611.34(10.06264)573.05ihpPPW12）3）计算系统散热功率前面已经完成了油箱的结构设计，=630，油箱的长，宽，高为V1514mm，945mm，520mm。因此可以按照公式求得油箱散热面积为： （821.8()1.54.45Aab habm13）再根据下面的公式求出油箱的散热功率为： （8hoPKA t14）取油箱的散热系数，油温与环境温度之差。算15/ ()KWm C:25tC 得 （8154.45251668.75573.05hohPKA tWPW 15）可见油箱散热能够满足液压系统的散热要求，不需加设其他冷却装

63、置。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计39结论结论这次我做的是30吨旋压机集成块式液压系统的设计，原来的系统因为工作年限较久，出现噪声大、温升高、易泄漏等问题，影响了设备的正常加工。我们的任务就是对现有设备的加工过程进行分析，根据企业的相关要求，采用先进的液压控制技术对其进行改造，其液压控制装置采用集成块式结构，以适应企业生产加工的需求。这对于企业的技术进步和经济效益增长都有着十分重要的意义。本次设计首先对旋压机的工作原理和加工过程进行充分的了解后，再对系统进行工况分析，之后进行参数计算，得到系统主要参数后，就可以进行元件选择以及相关零部件的设计了，其中尤其以油箱和集成块的设计最为重

64、要，这也是这次改造设计的主要任务，等到相关零部件设计完成后，便可以开始泵站的相关设计了，这也就接近本次设计工作的尾声了，等到进行相关的验算之后最终得到一个完整的液压系统。本次设计在电动机放置方面既采用了上置式，也采用了下置式，其实两个电动机或许都可以放在油箱上部，这种结构形式或许也是可行的；本次设计将油箱盖板分为两块，如果用一块代替或许更加简便，只不过这样一来盖板材料也要求更好一些。但因为诸多原因，这些问题要等待以后的相关研究设计为我们解答。潘其望 30 吨旋压机集成块式液压系统的设计40参考文献1陈适先. 强力旋压及其应用. 北京：国防工业出版社，19962王成和，刘克璋. 旋压技术. 北京

65、：机械工业出版社，19863严金坤、张培生主编，液压传动，国防工业出版社，北京，1979。4成大先 主编，液压传动，化学工业出版社 20045黎启柏主编，液压元件手册，机械工业出版社.6秦大同，谢里阳主编，现代机械设计手册，化学工业出版社.7机械设计手册编写组，现代机械设计手册第四卷，机械工业出版社.8杨培源，朱福元主编，液压系统设计简明手册，机械工业出版社.9张利平，液压传动系统设计与使用，清华大学出版社.10张利平，液压传动设计指南，化学工业出版社.11许福玲，陈晓明主编，液压与气压传动（第 3 版） ，机械工业出版社.12张奕，液压与气压传动，电子工业出版社.13谢群，崔广臣，王健，液压

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