工具锤装柄机液压系统设计
工具锤装柄机液压系统设计,工具,锤装柄机,液压,系统,设计
毕业设计(论文)中期报告题目:工具锤装柄机液压系统设计设计(论文)进展状况一、液压系统方案设计1、确定液压泵的类型及调速方式 机床在工作进给时负载较大,速度较低。而在快退时负载较小,速度高。从节省能量、减少发热考虑,泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。2、选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工作,反向快退,且快进、快退速度相等,因此选用单活塞杆液压缸,快进时差动连接。3、快速运动回路和速度换接回路进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据设计要求,采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路特点是效率高、发热小和速度刚性好。4、换向回路的选择。本系统采用电磁阀的快慢速度换接回路,它的特点是结构简单、调节行程比较方便,阀的安装也较容易,但速度换接的平稳性较差。二、液压系统及其工作原理液压控制系统的设计液压系统的工作原理如图2 所示, 其工作过程分为手动单循环操作过程和自动连续循环操作过程。图2工具锤装柄机液压系统原理图手动单循环操作过程如下: (1) 按下启动按钮, 使机器处于工作状态; (2) 把操作方式控制旋钮旋至手动位置; (3) 把锤头、锤柄及铆钉放到各自的支撑架上。放置时注意锤柄及铆钉的方向, 保证方向正确; (4) 按下手动开关按钮, 三位四通电磁阀4 上的电磁铁1DT 通电, 滑动阀4 的通路情况为A 与P 相通, B 与O 相通, 泵的压力油先经过P、A 进入油缸9 的左腔, 活塞按箭头所示方向推动锤柄右移, 直至把锤柄压入锤头。当锤柄完全压入锤头后, 油压迅速升高; 油压升高到足以打开顺序阀7 时, 油液进入油缸10 的右腔, 使活塞沿箭头所示方向推动铆钉左移, 并把铆钉压入锤头; (5) 此时油压进一步升高, 当油压升高到打开压力继电器6 时, 三位四通电磁阀4 的电磁铁1DT 断电2DT 通电, 通路情况为P 与B 相通, A 与O 相通, 泵的压力油经过P、B 进入油缸10的左腔, 活塞按箭头所示方向右移至终点; 至终点后油压升高打开顺序阀5, 油液进入油缸9 的右腔, 活塞按箭头所示方向回程; 当回程至触发行程限位开关时自动停止。自动连续工作过程如下: 控制旋钮旋至自动工作状态, 三位四通电磁阀4 上的电磁铁1DT 通电, 滑阀4 的通路情况为A 与P 相通, B 与O 相通。泵的压力油先经过P、A 进入油缸9 的左腔, 活塞按箭头所示方向推动锤柄右移。当锤柄完全压入锤头后, 油压迅速升高, 打开顺序阀7, 油液进入油缸10 的右腔, 使活塞沿箭头 所示方向推动铆钉左移, 并把铆钉压入锤头。此时油压又进一步升高, 并打开压力继电器6; 压力继电器发出电讯号, 使控制开关切换到电磁铁2DT 通电状态; 通路情况为P 与B 相通, A 与O 相通; 泵的压力油经过P、B 进入油缸10 的左腔, 活塞按箭头方向右移至终点; 至终点后油压升高打开顺序阀5, 油液进入油缸9 的右腔, 活塞按箭头所示方向回程; 当回程至触发行程限位开关8 时, 控制开关又切换到电磁铁1DT 通电状态, 便又进入另一新的循环。三、液压系统设计计算 液压系统计算的目的是确定液压系统的主要参数,以便按照这些参数合理的选择液压元件和设计非标准件。具体步骤如下:(1) 计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量 圆整后得 按标准直径算出 液压缸壁厚计算 (2) 计算液压泵的工作压力,流量和传动功率。液压泵的最大工作压力pp取决于执行元件(液压缸或液压马达)的最大工作压力,即 ppp1+式中 p1液压缸或液压马达的最大工作压力,10MPa;故可知 pp10106+0.5106=10.5106Pa,即液压泵的最大工作压力为11Mpa。液压泵的最大流量为 qPqv=K(A1-A2)vmax(3) 选择液压泵和电动机的类型和规格。根据以上压力和流量的数值查阅产品目录,最后确定选取YB-25型单级叶片泵。根据液压传动系统设计与使用的参数信息,选择同步转速为3000r/min的Y160 M1-2三相异步电动机。满载转速为2970r/min,额定功率为11kW,额定转矩为2.2Nm。(4) 选择阀类元件和辅助元件的规格。序 号元件名称最大通过流量/L型 号1双叶片叶片泵120YB252、3溢流阀4Y-10B4三位四通换向阀3235-63BY5、6单向顺序阀20I-25B4三位四通换向阀3235-63BY7压力继电器8压力表K-6B四、元件选型和设计液压系统的组成元件包括标准元件和专用元件。在满足系统性能要求的前提下,应尽量选用现有的标准液压元件,不得已时才自行设计液压元件。(1)液压泵及其驱动电动机的选择(2)其他液压元件的选择液压阀及过滤器的选择过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。油管的选择 根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时,油管内通油量最大,其实际流量为泵的额定流量的两倍达240L/min。 综上所述,液压缸进、出油管直径d按产品样本,选用内径为15mm,外径为19mm的10号冷拔钢管(YB 231-70)。油箱容积的确定 按经验公式 式中 液压泵每分钟排出压力油的容积 经验系数,按下表取 =5:表5.4 各系统经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械12245761210中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的57倍,故油箱容积为=5120=600L存在问题及解决措施本课题研究的重点在于该液压系统的总体设计。难点在于各种液压平衡回路的计算与校核。选择液压元件时一般应考虑一下问题:应用方面的问题,如主机的类型、原动机的特性、环境情况、安装型式及外形连接尺寸、货源情况及维修要求等。系统要求,如压力和流量的大小、工作介质的种类、循环周期、操纵控制方式、冲击振动情况等。经济性问题,如使用量,购置及更换成本,货源情况及产品质量和信誉等。应尽量采用标准化、通用化及货源条件较好的产品,以缩短制造周期,便于互换和维护。后期工作安排(1) 1416周:设计计算整体结构并进行CAD零件图、装配图的绘制。(2) 1718周:整理资料、撰写毕业论文、准备答辩。 指导教师签字: 年 月 日毕业设计(论文)开题报告题目:工具锤装柄机液压系统设计1毕业设计(论文)综述(题目背景、研究意义及国内外相关研究情况)1.1 题目背景 我国目前生产工具锤的企业自动化程度不高,产品质量不稳定,难以适应外贸出口增长的要求。液压传动和控制由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展, 使液压系统和元件在技术水平上有很大提高。工具锤装柄机由机械、液压、和电控三部分组成,其主机结构床身是整个主机的支撑件,其前面设有手动开关、电源开关和操纵方式电控按钮,待装的锤柄、锤头、铆钉分别放置在各自的支撑架上,工作机构为压柄液压缸和压钉液压缸,液压站置于机器右侧,通过管理实现液压缸和液压站的油路联系。手动装柄时,把锤头、锤柄和铆钉放入各自的支撑架上并固定后,闭合电源开关,液压缸推动锤柄右移并压入锤头,接着铆钉在液压缸的推动下压入锤头,待锤柄和铆钉都压入锤头后,两缸依次回程,当推柄缸回程并触动行程开关后便停止工作,这样便完成一次装柄工作。液压传动与控制是现代机械工程的基础技术,由于其在功率质量比、无级调速、自动控制、过载保护等方面的独特技术优势,使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现机械传动与控制的重要技术手段。正确合理地设计和使用液压系统,对于提高各类液压机械设备及装置的工作品质和技术经济性能具有重要意义。1.2 研究意义该选题以工具锤装柄机系统为设计对象,紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术,对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械CAD等基本专业知识解决工程实际问题的能力以及独立工作的能力具有积极的促进作用。该机工作时,操作者只需把工具锤锤头、锤柄和铆钉放在特制的保持架上, 闭合操纵开关, 锤柄和铆钉便在液压油缸作用下压入锤头。本装置采用了限位开关控制, 可实现手动单循环工作和自动连续工作。1.3 国内外相关研究情况在国内外液压装柄机产品中, 按照控制系统, 液压机可分为三种类:一种是以继电器为主控元件的传统型液压装柄机;一种是采用可编程控制器控制的液压装柄机; 第三种应用高级微处理器(或工业控制计算机)的高性能液压装柄机。三种类型功能各有差异, 应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。由于液压装柄机的液压系统和整机结构方面, 已经比较成熟, 国内外液压装柄机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展, 为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。相比来讲, 国内机型虽种类齐全, 但技术含量相对较低,缺乏技术含量高的高档机型,这与机电液一体化, 中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。 液压装柄机的发展趋势:高速化、高效化、低能耗;机电液一体化;自动化、智能化;液压元件集成化, 标准化。2本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1研究的主要内容1床身2手动开关3操作方式控制按钮4电源开关5压柄液压缸6行程开关7锤柄8锤柄支撑架9锤头10锤头支撑架11铆钉12铆钉支撑架13压钉液压缸14液压站图1工具锤装柄机结构原理示意图(1) 装柄过程。把锤头、锤柄和铆钉放入各自的保持架上并固定, 闭合电源开关4, 并把装柄控制开关3旋至手动位置; 由液压控制系统14 操纵左液压缸5 推动锤柄7 右移, 在液压作用下压入锤头9, 接着铆钉11 在右液压缸13 的推动下压入锤头; 待锤柄和铆钉都压入锤头后, 右、左液压缸13、5 依次回程; 当左液压缸5 回程并触发行程限位开关6 后便停止工作。这样便完成了一次装柄过程。当把装柄控制开关旋至自动装柄位置时, 装柄过程同以上所述, 只是当左液压缸回程并触到行程限位开关6 后不停止工作, 而是进入另一个循环。 (2)装柄机的调整。一台装柄机经常遇到装不同规格的锤柄的情况, 这就需要进行机器的调整。调整的构件主要是行程限位开关6、锤柄支撑架8、锤头支撑架10 以及铆钉支撑架12。针对不同型号的锤子,都设计了相应的锤柄支撑架、锤头支撑架及铆钉支撑架。锤柄支撑架、锤头保持架及铆钉支撑架的更换要依据锤子的型号选择相对应的保持架。为便于更换,锤柄支撑架、锤头支撑架及铆钉支撑架均采用模块型式,采用螺栓固定。行程限位开关依据锤柄的长短进行调整。一般来说,大型号工具锤其锤柄也长, 行程限位开关6 要左移;对于小型号工具锤其锤柄较短,行程限位开关6 则需右移。行程限位开关的移动量依锤柄长短而定,一般取在刚好使锤柄能放入为准。这样避免了左液压缸5 的空行程过大,从而提高了装柄机效率。2.2 具体任务说明 2.2.1 完成工具锤装柄机液压系统工作原理图的设计,以及工作原理的分析说明。 2.2.2 选择AutoCAD为设计开发工具,完成工具锤装柄机液压系统的总体设计。2.2.3完成工具锤装柄机液压系统的压柄液压缸、压钉液压缸、支撑机架等关键功能装置的设计。 主要技术参数:系统工作压力10MPa,功率4kW;整机质量12kN;装柄频率4-6次/分。2.3 研究的方案通过管路实现液压站与液压缸的油路联系。该液压装柄机应该可手动也可自动,这样才能提高生产效率。其结构应该简单,使用方便,这样通过更换锤头、锤柄和铆钉的支撑架,实现不同型号规格的工具锤锤柄的安装。所以液压控制系统的设计应该分为手动单循环操作过程和自动连续循环过程。 3工具锤装柄机液压系统研究的重点及难点3.1 研究重点及难点本课题研究的重点及难点在于液压系统的设计,其工作过程分为手动单循环操作过程和自动连续循环操作过程。本课题对于工具锤装柄机液压系统研究和设计是非常有必要的。3.2前期进行的工作进行查阅相关文献和刊物,了解课题背景,意义和国内外发展状况,初步确定设计方案,了解液压装柄机和整个工具锤装柄机的工作原理,结合各个参考资料的基础上完成开题报告。4完成本课题的工作方案及进度计划第1至第2周:利用互联网,图书馆书籍查阅国内外与本课题相关的文献资料,并进行整理、准备开题报告;第3至第4周:确定初步本课题的研究方案,撰写开题报告;第5周:开题答辩;第6至第10周:进相关研究方案,进行中期的设计计算;第11周:中期答辩;第12至第13周:基本完成设计任务,作最后的核对计算,确保无误;第14周:撰写最终15000字以上的论文,准备最终答辩;第15周:毕业答辩。指导教师意见(对课题的深度、广度及工作量的意见) 指导教师: 年 月 日所在系审查意见: 系主管领导: 年 月 日参考文献1 秦勇.液压机技术的现状与发展趋势J.煤矿机械,2000,(11).2 刘健,罗斌,黄中原.液压机液压系统的改进设计J.机床与液压,2005,(08).3 阳宪惠,现场总线技术及应用M.北京:清华大学出版社,1999.4 曾祥荣,液压传动M.北京:国防工业出版社,1984.5 胡玉兴,液压传动M.北京:中国铁道出版社,2006.6 马振福.液压与气动传动M.北京:北京机械工业出版社2004.1.7 濮良贵,纪名刚主编.机械设计.第八版N.北京:高等教育出版社,2006.32-203.8 孙恒,陈作模等主编.机械原理.第七版N.北京:高等教育出版社,2006.32-147.9 濮良贵,机械设计M,北京,高等教育出版社,2001. 10 王文斌主编,液压传动与控制M.化学工业出版社,2009. 11 凌志勇编著,机床液压系统及故障维修M.北京:北京化学工业出版社,2007.7. 12 陈启松,液压传动与控制手册M.上海:上海科学技术出版社,2006.13 张立平.现代液压技术应用220例M.北京:化学工业出版社,2004.14 周世昌.液压系统设计图集M.北京:机械工业出版社.2003,8-52.15 张四聪,许睦旬主编.工程制图M.西安:西安交通大学出版社,2003.16 P. Dreansfield, Hydraulic Control Systems. Design and Analysis of their Dynamics, Springer-Verlag,1981. 17 Oblak, M.; Ciglaric, I.; Harl,B. 1998: The optimal synthesis of hydraulic support. ZAMM 3, 10271028.18 D L INA R IC, V KOROM AN. Fault diagnosis of a hy-draulic ac tuator using neural netw ork C. IEEE Inter-na tiona l Con ference on Industria l T echno logy, Mar ibor,Slov en ia, 2003 ( 1),108- 111.本科毕业设计本科毕业设计(论文论文)题目:工具锤装柄机液压系统设计题目:工具锤装柄机液压系统设计工具锤装柄机液压系统设计工具锤装柄机液压系统设计摘摘 要要随着五进出口产品出口增长,对产品质量要求愈趋严格。作为出口量较大的工具锤,其质量要求更为严格。工具锤装柄机具有方便快捷、有效解决手工装柄中出现的锤柄不正、锤柄端部变形等特点。本文分析了工具锤装柄机的工作原理及结构。工具锤装柄机的工作过程包括:锤柄压入锤头,铆钉压入锤柄,压钉液压缸回程,压柄液压缸回程。针对压柄液压缸与压锤液压缸的设计是实现整个工具锤装柄机工作的基础,重点设计了压柄液压缸与压锤液压缸的结构。并根据系统压力、流量选择了液压阀、电机、泵。本文的设计能够满足工具锤装柄机要求(系统压力10MPa,功率4kW,整机质量12kN,每分钟循环4-6次)有效解决手工装柄中出现的锤柄不正、锤柄端部变形等问题。关键词:关键词:装柄机;液压元件;工具锤;锤柄;支撑架IThe Design of Hydraulic System for Tool Hammer Mounted Handle MachineAbstractWith the growth of exports for the import and export five increasingly string entre quarrymen on product quality. Export a large amount of tools, hammers, and its more stringent quality requirements. Tool hammer mounted handle machine has a convenient and effective solution to the hammer handle errors, and the hammer handle end of the deformation characteristics appear in the hand-mounted handle. This paper analyzes the working principle and structure of the tool hammer mounted handle machine. Tool hammer mounted handle the work process, including: pressure hammer handle into the hammer head, rivets pressed into the hammer handle, the pressure to nail the hydraulics Linder return, press the handle hydraulic cylinder return. The entire tool hammer mounted handle machine work for the press handle the hydraulic cylinder and pressure hammer hydraulic cylinder design is focused on the design of the press handle the hydraulic cylinder and pressure hammer hydraulic cylinder structure. According to the system pressure, flow selection of hydraulic valves, motors, pumps. This article is designed to meet the tool hammer mounted handle machine (system pressure of 10MPa, the power of4kW, machine weight 12kN per minute cycle 4-6 times) is an effective solution to the deformation of the hammer handle errors, hammer handle end in the hand-mounted handle problem.Key Words: handle mounted machine; hydraulic components; tool hammer; hammer handle; BracketII主要符号表主要符号表 D 活塞直径活塞直径 d 活塞杆直径活塞杆直径 A1 无杆腔的有效面积无杆腔的有效面积 A2 有杆腔的有效面积有杆腔的有效面积 P1 液压缸的工作压力液压缸的工作压力 刚体材料的许用应力刚体材料的许用应力 vmax 液压缸的最大移动速度液压缸的最大移动速度III目目 录录1 绪论绪论.11.1 题目背景及研究意义.11.2 国内外研究情况.11.3 本论文研究的主要内容.22 工具锤装柄机整体方案的拟定工具锤装柄机整体方案的拟定.42.1 液压系统的组成及其作用.42.2 工具锤装柄机液压系统.42.2.1 主机的功能结构.42.2.2 液压系统及其工作原理.52.2.3 技术特点.72.2.4 技术参数.72.3 液压系统方案确定.72.3.1 确定液压泵的类型及调速方式.82.3.2 选用执行元件.82.3.3 快速运动回路和速度换接回路.82.3.4 换向回路的选择.83 液压系统设计计算液压系统设计计算.93.1 系统液压可以完成的工作循环:.93.2 液压执行元件的配置.93.3 负载分析计算.93.4 确定液压缸主要尺寸.103.4.1 确定压柄液压缸的主要结构尺寸.103.4.2 确定压钉液压缸的主要结构尺寸.103.5 活塞杆强度计算.113.6 液压缸活塞的推力及拉力计算.123.6.1 压柄液压缸.123.6.2 压钉液压缸.123.7 活塞杆最大容许行程.133.8 液压缸缓冲装置计算.143.8.1 设置缓冲装置的目的和条件.143.8.2 缓冲装置的原理及要求.14IV3.8.3 缓冲装置的类型.153.9 液压缸长度及壁厚的确定.153.9.1 液压缸内径计算.153.9.2 液压缸壁厚计算.153.10 液压缸筒与缸底的连接计算.164 元件选型及系统压力验算元件选型及系统压力验算.184.1 液压泵及其驱动电动机的选择.184.1.1 计算液压泵的最大工作压力.194.1.2 计算液压泵的最大流量.194.1.3 选择液压泵的规格.204.1.4 计算液压泵的驱动功率并选择原动机.214.2 其他液压元件的选择.214.2.1 液压阀及过滤器的选择.214.2.2 油管的选择.224.2.3 油箱容积的确定.234.3 液压系统压力损失验算.235 液压缸液压缸的的设计设计.255.1 缸体.255.1.1 缸体端部连接结构.255.1.2 缸体材料.255.1.3 缸体技术条件.255.2 活塞.255.2.1 活塞与活塞杆的联接型式.255.2.2 活塞的密封.265.2.3 活塞的材料.265.2.4 活塞的技术要求.265.3 活塞杆.275.3.1 端部结构.275.3.2 端部尺寸.275.3.3 活塞杆结构.275.3.4 活塞杆的技术要求.285.4 活塞杆的导向、密封和防尘.285.4.1 导向套.285.4.2 活塞杆的密封与防尘.28V5.5 液压缸安装联接部分的型式及尺寸.295.5.1 液压缸进出油口接头的联接螺纹尺寸.295.5.2 液压缸为单耳环型安装的主要尺寸.295.5.3 活塞式液压缸端部型式及尺寸.295.5.4 缸盖的材料.295.6 液压缸的排气装置.295.7 缓冲调节阀.305.8 单向阀.306 总结总结.31参考文献参考文献.32致谢致谢.3301 绪论绪论1.1 题目背景及研究意义题目背景及研究意义机械化程度是现代工业先进的重要指标,随着五金产品出口增长,对产品质量的要求愈趋严格。不仅要求有良好的内在质量,而且外观要求规整。作为出口量较大的工具锤,出口对象主要是欧美发达国家,其质量要求更为严格。我国目前生产工具锤的企业自动化程度不高,产品质量不稳定,难以适应外贸出口增长的要求。液压传动和控制由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展,使液压系统和元件在技术水平上有很大提高。近年来,流体动力传动由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展,使液压气动系统和元件在技术水平上有很大提高。它已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。工具锤装柄机由机械、液压、和电控三部分组成,其主机结构是床身:是整个主机的支撑件,其前面设有手动开关、电源开关和操纵方式电控按钮;待装的锤柄、锤头、铆钉分别放置在各自的支撑架上;工作机构为压柄液压缸和压钉液压缸,液压站置于机器右侧,通过管理实现液压缸和液压站的油路联系。手动装柄时,把锤头、锤柄和铆钉放入各自的支撑架上并固定后,闭合电源开关,液压缸推动锤柄右移并压入锤头,接着铆钉在液压缸的推动下压入锤头,待锤柄和铆钉都压入锤头后,两缸依次回程;当锤柄缸回程并触动行程开关后便停止工作,这样便完成一次装柄工作。在我国,液压行业已形成了门类齐全,有一定生产能力和技术水平,初具规模的生产科研体系。目前全国约有近 300 家企业,还有液压研究室(所) ,国家级液压元件质量监督检测中心以及国家重点实验室。我国液压工业重视同国外企业进行有效的经济和技术合作,近年来先后从国外引进了很多液压元件和液压系统等制造技术,为提高产品水平和生产能力起了重要作用。本课题旨在前人的基础上,设计研究一套新型的工具锤装柄机液压系统,为在这一方面的研究提供理论依据。1.2 国内外研究情况国内外研究情况由于液压装柄机的液压系统和整机结构方面,已经比较成熟,国内外液压装柄机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展,为改进液机1的2性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。相比来讲,国内机型虽种类齐全,但技术含量相对较低,缺乏技术含量高的高档机型,这与机电液一体化,中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。在国内外液压装柄机产品中,按照控制系统,液压机可分为三种类型:一种是以继电器为主控元件的传统型液压装柄机;一种是采用可编程控制器控制的液压装柄机;第三种应用高级微处理器(或工业控制计算机)的高性能液压装柄机。三种类型功能各有差异,应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。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。2004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、天津市天锻压力机有限公司在2005年销售收入已突破5亿元。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。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%。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。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。1.3 本论文研究的主要内容本论文研究的主要内容完成工具锤装柄机液压系统的压柄液压缸、压钉液压缸、支撑机架等关键功能装置的设计。主要技术参数:系统工作压力 10MPa 查阅参考资料,根据任3务要求,我们拟定完成以下三点内容: a.完成工具锤装柄机液压系统工作原理图的设计,以及工作原理的分析说明。 b.选择 AutoCAD 为设计开发工具,完成工具锤装柄机液压系统的总体设计。 c.完成工具锤装柄机液压系统的压柄液压缸、压钉液压缸、支撑机架等关键功能装置的设计。主要技术参数:系统工作压力 10MPa,功率 4kW,整机重量 12kN,装柄频率 4-6 次/分。42 工具锤装柄机整体方案的拟定工具锤装柄机整体方案的拟定2.1 液压系统的组成及其作用液压系统的组成及其作用一个完整的液压系统由五个部分组成,即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能,指液压系统中的油泵,它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。叶片泵也就是常说的离心泵,优点是结构简单,流量大,调节也很方便。故选择叶片泵作为系统的油源。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能,驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同,液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等;流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等;方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同,液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质,有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。2.2 工具锤装柄机液压系统工具锤装柄机液压系统2.2.1 主机的功能结构主机的功能结构本课题研究的是工具锤装柄机的液压系统。首先要了解其工作原理,装柄机的结构示意图如下:51.床身2.手动开关3.操作方式控制旋钮4.电源开关5.左液压缸6.行程限位开关7.锤柄8.锤柄支撑架9.锤头10.锤头保持架11.铆钉12.铆钉支撑架13.右液压缸14.液压控制系统图2.1 工具锤装柄机原理结构示意图(1)装柄过程。把锤头、锤柄和铆钉放入各自的保持架上并固定,闭合电源开关4,并把装柄控制开关3旋至手动位置;由液压控制系统14操纵左液压缸5推动锤柄7右移,在液压作用下压入锤头9,接着铆钉11在右液压缸13的推动下压入锤头;待锤柄和铆钉都压入锤头后,右、左液压缸13、5依次回程;当左液压缸5回程并触发行程限位开关6后便停止工作。这样便完成了一次装柄过程。当把装柄控制开关旋至自动装柄位置时,装柄过程同以上所述,只是当左液压缸回程并触到行程限位开关6后不停止工作,而是进入另一个循环。 (2)装柄机的调整。一台装柄机经常遇到装不同规格的锤柄的情况,这就需要进行机器的调整。调整的构件主要是行程限位开关6、锤柄支撑架8、锤头支撑架10以及铆钉支撑架12。针对不同型号的锤子,都设计了相应的锤柄支撑架、锤头支撑架及铆钉支撑架。锤柄支撑架、锤头保持架及铆钉支撑架的更换要依据锤子的型号选择相对应的保持架。为便于更换, 锤柄支撑架、锤头支撑架及铆钉支撑架均采用模块型式,采用螺栓固定。行程限位开关依据锤柄的长短进行调整。锤头锤柄较短,行程限位开关6则需右移。行程限位开关的移动量依锤柄长短而定,一般取在刚好使锤柄能放入为准。这样避免了左液压缸5的空行程过大,从而提高了装柄机效率。2.2.2 液压系统及其工作原理液压系统及其工作原理液压系统的工作原理如图 2.2 所示,其工作过程分为手动单循环操作过程和自动连续循环操作过程。6 图2.2工具锤装柄机液压系统原理图系统的执行器为压柄液压缸 9 和压钉液压缸 10,缸 9 和缸 10 的油路并联,由三位四通电磁换向阀 4 控制缸的进回油方向,两个的动作顺序为:缸 9 前进(右行)-缸 10 前进(左行)-缸 10 退回(右行-缸 9 退回(左行),由单向顺序阀 5 和 7、压力继电器 6 及行程开关 11 综合控制;系统的油源为定量液压泵1,其最高工作压力由溢流阀 2 或 3 设定。手动单循环操作过程如下; (1)按下启动按钮,使机器处于工作状态; (2)把操作方式控制旋钮旋至手动位置; (3)把锤头、锤柄及铆钉放到各自的支撑架上。放置时注意锤柄及铆钉的方向,保证方向正确; (4)按下手动开关按钮,三位四通电磁阀 4 上的电磁铁 1DT 通电,滑动阀4 的通路情况为 A 与 P 相通,B 与 O 相通,泵的压力油先经过 P、A 进入油缸9 的左腔,活塞按箭头所示方向推动锤柄右移,直至把锤柄压入锤头。当锤柄完全压入锤头后,油压迅速升高;油压升高到足以打开顺序阀 7 时,油液进入油缸 10 的右腔,使活塞沿箭头所示方向推动铆钉左移,并把铆钉压入锤头; (5)此时油压进一步升高,当油压升高到打开压力继电器 6 时,三位四通7电磁阀 4 的电磁铁 1DT 断电 2DT 通电,通路情况为 P 与 B 相通,A 与 O 相通,泵的压力油经过 P、B 进入油缸 10 的左腔,活塞按箭头所示方向右移至终点;至终点后油压升高打开顺序 5,油液进入油缸 9 的右腔,活塞按箭头所示方向回程;当回程至触发行程限位开关时自动停止。自动连续工作过程如下;控制旋钮旋至自动工作状态,三位四通电磁阀 4上的电磁铁 1DT 通电,滑阀 4 的通路情况为 A 与 P 相通,B 与 O 相通。泵的压力油先经过 P、A 进入油缸 9 的左腔,活塞按箭头所示方向推动锤柄右移。当锤柄完全压入锤头后,油压迅速升高,打开顺序阀 7,油液进入油缸 10 的右腔,使活塞沿箭头所示方向推动铆钉左移,并把铆钉压入锤头。此时油压又进一步升高,并打开压力继电器 6;压力继电器发出电讯号,使控制开关切换到电磁铁 2DT 通电状态;通路情况为 P 与 B 相通,A 与 O 相通;泵的压力油经过 P、B 进入油缸 10 的左腔,活塞按箭头方向右移至终点;至终点后油压升高打开顺序阀 5,油液进入油缸 9 的右腔,活塞按箭头所示方向回程;当回程至触发行程限位开关 8 时, 控制开关又切换到电磁铁 1DT 通电状态,便又进入另一新的循环。2.2.3 技术特点技术特点a.工具锤装柄机的液压系统采用单定量泵供油的回路形式,没有流量阀及其带来的节流和溢流能量损失。b.采用电磁换向阀作先导阀,不会因高压而影响换向的灵敏度。c.采用压力控制(压力继电器)和行程控制(电器行程开关)组合实现系统的电控元件控制,调整方便,性能可靠。2.2.4 技术参数技术参数系统工作压力10MPa,功率4kW;整机质量12kN;装柄频率4-6次/分。2.3 液压系统方案液压系统方案确定确定此次毕业设计的课题是工具锤装柄机液压传动系统的设计。要完成的内容有以下几个方面:(1)完成工具锤装柄机液压系统工作原理图的设计,以及工作原理的分析说明。(2)选择 AutoCAD 为设计开发工具,完成工具锤装柄机液压系统的总体设计。 (3)完成工具锤装柄机液压系统的压柄液压缸、压钉液压缸、支撑机架等关键功能装置的设计。8工具锤装柄机的工作过程包括:锤柄压入锤头,铆钉压入锤柄,压钉液压缸回程,压柄液压缸回程。针对压柄液压缸与压锤液压缸的设计是实现整个工具锤装柄机工作的基础,重点设计了压柄液压缸与压锤液压缸的结构。并根据系统压力、流量选择了液压阀、电机、泵。本文的设计能够满足工具锤装柄机要求(系统压力 10MPa,功率 4kW,整机质量 12kN,每分钟循环 4-6 次)有效解决手工装柄中出现的锤柄不正、锤柄端部变形等问题。2.3.1 确定液压泵的类型及调速方式确定液压泵的类型及调速方式参考同类压柄机,机床在工作进给时负载较大,速度较低。而在快退时负载较小,速度高。从节省能量、减少发热考虑,泵源系统宜选用双作用叶片泵供油。2.3.2 选用执行元件选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工作,反向快退,且快进、快退速度相等,因此选用单活塞杆液压缸,快进时差动连接。2.3.3 快速运动回路和速度换接回路快速运动回路和速度换接回路根据运动方式和要求,采用差动连接的快速运动回路来实现快速运动。即快进时,液压缸实现差动连接。2.3.4 换向回路的选择换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格要求,所以选用电磁换向阀的换向回路。为便于实现差动连接,选用了三位四通换向阀。为提高换向的位置精度,采用压力继电器的行程终点返程控制。3 液压系统设计计算93 液压系统设计计算液压系统设计计算3.1 系统液压可以完成的工作循环系统液压可以完成的工作循环:a.锤柄压入锤头;b.铆钉压入锤柄;c.压柄液压缸和压钉液压缸分别后退;d.停止。3.2 液压执行元件的配置液压执行元件的配置由于工具锤装柄机要求立式布置,行程较小,故选用缸筒固定的立式单杆活塞杆(取缸的机械效率) 。1.90cm3.3 负载分析计算负载分析计算a. 初选液压缸的工作压力为,移动部件总重力,静14pMPaNG4000摩擦因数,动摩擦因数。2 . 0sf1 . 0dfb. 负载分析中,暂不考虑回油腔的背压力,液压缸的密封装备产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。这样需要考虑的力有:导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力,设导轨的静摩擦力为,动摩擦力为,fsFfdF则 (3.1)NNFfFNNFfFNdfdNsfs40040001 . 080040002 . 0 惯性负载是运动部件在启动和制动过程中的惯性力,其平均值可按下式计算 (3.2)tvgGFi 式中 g重力加速度,22/81. 9,/smgsm ;/smv速度变化量, 启动或制动时间,s;一般机械=0.10.5,轻载低速运动部-tt件取小值,重载高速部件取大值,行走机械一般取。2/5 . 15 . 0smtv10 NtvgGFi407.711.894000上述三种负载之和即为液压缸的外负载 F。3.4 确定液压缸主要尺寸确定液压缸主要尺寸3.4.1 确定压柄液压缸的主要结构尺寸确定压柄液压缸的主要结构尺寸要求动力滑台的快进、快退速度相等,现采用活塞杆固定的单杆式液压缸。快进时采用差动联接,并取无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的两倍,1A2A即。为了防止在滑台突然前冲,在回油路中装有背压阀,初选背压212AA 。Papb5108初选最大负载工进阶段的负载 F=23000N,按此计算则1A (3.3)23221551230006.39 10641140 108 1022bFAmmcmpp 压液压缸直径 (3.4)144 649ADcmcm由可知活塞杆直径212AA (3.5)0.7070.707 96.38dDcmcm按 GB/T2348-1993 将所计算的 D 与 d 值分别圆整到最相近的标准直径,以便采用标准的密封装置。圆整后得 cmD9cmd3 . 6按标准直径算出 2222222221.432).369(4)(46 .63944cmdDAcmDA3.4.2 确定压钉液压缸的主要结构尺寸确定压钉液压缸的主要结构尺寸要求动力滑台的快进、快退速度相等,现采用活塞杆固定的单杆式液压缸。快进时采用差动联接,并取无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的两倍,1A2A即。为了防止在滑台突然前冲,在回油路中装有背压阀,初选背压212AA 。Papb5108初选最大负载工进阶段的负载 F=23000N,按此计算则1A11 (3.6)23221551230006.39 10641140 108 1022bFAmmcmpp 压锤液压缸直径144 649ADcmcm由可知活塞杆直径212AA 0.7070.707 96.38dDcmcm按 GB/T2348-1993 将所计算的 D 与 d 值分别圆整到最相近的标准直径,以便采用标准的密封装置。圆整后得 cmD9cmd3 . 6按标准直径算出 2222222221.432).369(4)(46 .63944cmdDAcmDA3.5 活塞杆强度计算活塞杆强度计算活塞杆在稳定工作下,如果仅受轴向拉力或压力载荷时,便可以近似的采用直杆承受拉、压载荷的简单强度计算公式进行计算,活塞杆应力 (3.7) 24dF或 (3.8) Fd4式中 F活塞杆所受的轴向载荷 d活塞杆直径 活塞杆制造材料的许用应力 根据以上公式可知压柄液压缸 632210 10320.9 103.146.344Fd压钉液压缸12 326210320.9.3644.1310104dF可见,活塞杆的强度均满足要求。3.6 液压缸活塞的推力及拉力计算液压缸活塞的推力及拉力计算液压油作用在液压缸活塞上的作用力 F,对于一般单边活塞杆液压缸来说,当活塞杆前进时的推力: (3.9)12114pDpAF当活塞杆后退时的拉力: (3.10)12222-4pdDpAF 当活塞杆差动前进时(即活塞的两侧同时进压力相同的压力油)的推力: (3.11)122134-pdpAAF 式中 D活塞直径(即液压缸内径)cm d活塞杆直径 cm -液压缸的工作压强 1p3.6.1 压柄液压缸压柄液压缸当活塞杆前进时的推力: NpDpAF8621211104.52104494.134当活塞杆后退时的拉力: NpdDpAF86221222210.3110446.3-94.13-4 当活塞杆差动前进时(即活塞的两侧同时进压力相同的压力油)的推力: NpdpAAF86212213105.211044.364.134- 液压缸活塞的推力及拉力可以直接从附录中的有关计算中查出;大部分也可以从机械设计手册表 11-133 中直接读出。表 11-133 为活塞杆直径 d 采用速度比计算得出,不同液压缸直径 D 和压力下液压缸活塞上的推力及拉力数值。 1p1P2P133.6.2 压钉液压缸压钉液压缸当活塞杆前进时的推力: NpDpAF8621211104.52104494.134当活塞杆后退时的拉力: NpdDpAF86221222210.3110446.3-94.13-4 当活塞杆差动前进时(即活塞的两侧同时进压力相同的压力油)的推力: NpdpAAF86212213105.211044.364.134- 液压缸活塞的推力及拉力可以直接从附录中的有关计算中查出;大部分也可以从机械设计手册表 11-133 中直接读出。表 11-133 为活塞杆直径 d 采用速度比计算得出,不同液压缸直径 D 和压力下液压缸活塞上的推力及拉力数值。1p1F2F 图 3.1 液压缸活塞的受力3.7 活塞杆最大容许行程活塞杆最大容许行程根据机械设计手册表 11-141 和表 11-142 即可以概略的求出液压缸的最大容许行程。两个液压缸均采用如图固定自由模式进行安装。14图 3.2 安装型式简图根据长度公式 (3.12)Pdl2205 (3.13)ClS-可知压柄液压缸活塞杆计算长度 l 和实际行程 S 分别为=Pdl2205cm8.772101256320562=72.78-5.5=67.28cmClS-压钉液压缸活塞杆计算长度 l 和实际行程 S 分别为=Pdl2205cm8.772101256320562=72.78-5.5=67.28cmClS-3.8 液压缸缓冲装置计算液压缸缓冲装置计算3.8.1 设置缓冲装置的目的和条件设置缓冲装置的目的和条件液压缸设置缓冲装置的目的,主要是缓冲液压缸活塞在行程终点突然停止时所产生的巨大冲击力。通常液压缸在工作压力100KN、活塞速度0.1m/s 时,可以不考虑缓冲装置;否则,应当采用带缓冲装置的液压缸或其他缓冲办法。然而这也只能是一个参考条件,主要还是要看具体情况和油缸的用途来决定。液压缸的缓冲装置可以设在液压缸的内部,也可以设在液压缸外部回路中。本设计采用设在液压缸内部的缓冲装置。3.8.2 缓冲装置的原理及要求缓冲装置的原理及要求尽管缓冲装置的结构类型很多,然而它的缓冲原理则基本相同。即当活塞在到达行程末端之前的一定距离内,设法把液压缸排油腔内的油液的一部分或15者全部封闭起来,使通过节流小孔(或缝隙)排出,从而使被封闭的液压油,产生适当的反压力(缓冲压力) ,作用在活塞的排油侧上,与活塞的惯性力相对抗,以达到减速制动的目的。对于缓冲装置的要求,最理想的情况是使活塞的运动在整个缓冲过程中,能均匀的减速下来,不会出现尖峰的不能容许的缓冲制动压力,使液压缸的负荷达到最小。3.8.3 缓冲装置的类型缓冲装置的类型液压缸缓冲装置的结构类型很多,但是可以根据节流孔(或缝隙)的通流面积,在缓冲过程中能自动改变与否,大致可分为恒节流面积缓冲装置和变节流面积缓冲装置两类。恒节流面积缓冲装置,在缓冲过程中,由于其节流面积不变,故在缓冲开始时,产生的缓冲制动力很大,但很快就降低下来,最后不起什么作用,其缓冲效果,并不是很好。但是在一般系列化标准液压缸中,由于事先无法知道液压缸活塞的运动速度,以及运动部分的质量和承受的载荷等,因此为了使结构简单,便于设计,降低制造成本,故多采用此种节流方法。本设计也采用此种节流缓冲方法。3.9 液压缸长度及壁厚的确定液压缸长度及壁厚的确定3.9.1 液压缸内径计算液压缸内径计算当 F 和 p 已知,则液压缸内径 D 可按公式得: (3.14)pDFD4式中 F活塞杆上的总作用力,N p液压油的工作压力,KN可知 压柄液压缸的内径为 90mm,压钉液压缸的内径为 90mm。3.9.2 液压缸壁厚计算液压缸壁厚计算一般,低压系统用的液压缸都是薄壁缸,薄壁可用下式计算: (3.15)cmpD 2式中,缸壁厚度,m p液压缸内工作压力,Pa16 刚体材料的许用应力 D液压缸内径,cm当额定压力 Pn16MPA 时,Pp=Pn150/100当额定压力 Pn16MPA 时,Pp=Pn125/100 (3.16) nb缸体材料的抗拉强度,Pabn安全系数,一般可取 n=5应当注意,当计算出的液压缸壁较薄时,要按结构需要适当加厚。因此,根据上述公式可得,压柄液压缸 .88544nb mmpD158 . 8291010 26压钉液压缸 .88544nb mmpD158 . 8291010 26故压柄液压缸的壁厚为 15mm,压钉液压缸的壁厚为 15mm。关于液压缸的安全系数,在设计液压缸时通常取 n=5。但是这在比较平稳的工作条件下,强度有些余量;相反,假如工作条件为动载荷或冲击压力超过超耐压力时,有时会出现危险状态。因此合理的安全系数,应根据实际使用条件选取。3.10 液压缸筒与缸底的连接计算液压缸筒与缸底的连接计算缸体法兰连接螺栓计算缸体与端部用法兰连接或拉杆连接时,螺栓或拉杆的强度计算如下:17图 3.3 缸体联接螺纹处的拉应力 (3.17)ZdKP214螺纹处的剪应力 (3.18)47. 02 . 03101ZdkPdk合成应力 (3.19) 3 . 1322n式中 Z螺栓或拉杆的数量 材料为 45 钢时,=30ss18194 元件选型及系统压力验算元件选型及系统压力验算液压系统的组成元件包括标准元件和专用元件。在满足系统性能要求的前提下,应尽量选用现有的标准液压元件,不得已时才自行设计液压元件。选择液压元件时一般应考虑一下问题:a.应用方面的问题,如主机的类型、原动机的特性、环境情况、安装型式及外形连接尺寸、货源情况及维修要求等。b.系统要求,如压力和流量的大小、工作介质的种类、循环周期、操纵控制方式、冲击振动情况等。c.经济性问题,如使用量,购置及更换成本,货源情况及产品质量和信誉等。d.应尽量采用标准化、通用化及货源条件较好的产品,以缩短制造周期,便于互换和维护。4.1 液压泵及其驱动电动机的选择液压泵及其驱动电动机的选择确定液压执行元件的形式 液压执行元件大体分为液压缸或液压泵。前者实现直线运动,后者完成回转运动,二者的特点及适用场合见下表 4.1表 4.1 各执行元件的特点名称特点适用场合双活塞杆液压缸双向对称双作用往复运动柱塞缸结构简单单向工作,靠重力或其他外力返回齿轮泵结构简单,价格便宜高转速低扭矩的回转运动叶片泵体积小,转动惯量小高转速低扭矩动作灵敏的回转运动摆线齿轮泵体积小,输出扭矩大低速,小功率,大扭矩的回转运动轴向柱塞泵运动平稳、扭矩大、转速范围宽大扭矩的回转运动径向柱塞泵转速低,结构复杂,输出大扭矩低速大扭矩的回转运动注:A1无杆腔的活塞面积 A2有杆腔的活塞面积常用液压泵主要有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等类型,各种泵间的特性有很20大差异。选择液压泵的主要依据是其最大工作压力和最大流量。同时还要考虑定量或变量、原动机类型、转速、容积效率、总效率、自吸特性、噪声等因素。这些因素通常在产品样本中均有反映。叶片泵也就是常说的离心泵,优点是结构简单,流量大,调节也很方便。故选择叶片泵作为系统的油源。通过查资料,得知叶片泵的额定压力是 10Mpa,中压,排量 1350mL/r,最高转速 5004000r/min,最大功率 320kW,容积效率 8094%,总效率 7590%,适用黏度 20200mm2/s,自吸能力好,功率质量比大,输出压力脉动小,污染敏感度大,叶片磨损后效率下降较小,黏度对效率的影响较小,噪声小中,价格中,适用于机床、液压机、注塑机、工程机械、飞机及要求噪声较低的场合。4.1.1 计算液压泵的最大工作压力计算液压泵的最大工作压力液压泵的最大工作压力 pp取决于执行元件(液压缸或液压马达)的最大工作压力,即 ppp1+ (4.1)p式中 p1液压缸或液压马达的最大工作压力,10MPa;系统进油路上的总压力损失系统管路未曾确定前,可按经验进行p估取,简单系统取=(0.20.5) 106Pa,复杂系统取=(0.51.5)pp106Pa,该系统中取为 0.5 106Pa。p故可知 pp16 106+0.5 106=10.5 106Pa,即液压泵的最大工作压力为11Mpa。4.1.2 计算液压泵的最大流量计算液压泵的最大流量主液压缸的最大流量 qP(m3/s)取决于系统所需流量 qv对于采用差动缸回路的系统,液压泵的最大流量为 qPqv=K(A1-A2)vmax (4.2)式中 A1、A2液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积,m3; vmax液压缸的最大移动速度,m/s; K系统的泄漏系数,一般取 1.11.3(大流量取小值,小流量取大值) 。由于制钉机每分钟循环次数为 46 次,故可知两个液压缸循环一次大致约为 1015s,初选垂直液压缸和水平液压缸前进和后退的时间相同,故每次前进或者后退的时间约为 2.5s。故由公式可知 (4.3)mFai21=mFai2/181. 940007 .407sm (4.4)atv 可知 =2.5m/s smatv/5 . 21可知液压缸的最大移动速度为 2.5m/s。maxv液压缸的工作行程根据公式S=0.15m (4.5)221at25 . 2121故液压泵的最大流量 压柄液压缸smVAAKqqvp/8 .855 . 2)4 .326 .63(1 . 1)(3max211 压钉液压缸 smVAAKqqvp/8 .855 . 2)4 .326 .63(1 . 1)(3max212取液压泵的最大流量为 120sm /34.1.3 选择液压泵的规格选择液压泵的规格 按照液压系统图中拟订的液压泵的型式及上述计算得到的 pp和 qP值,由产品样本或手册选取相应的液压泵规格。为了保证系统不致因过渡过程中过高的动态压力作用被破坏,液压泵应有一定的压力储备量,所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25%60%(高压系统取小值,中低压系统取大值) 。关于泵的流量,在实际选择中,由于产品样本上通常给出泵的排量、转速范围及典型转速下不同压力下的输出流量,故在系统所需流量 qv已知的情况下,泵的流量(L/min) 、转速 n(r/min)与排量 V(mL/r)应综合考虑。事实上,Pq由于泵的输出流量 qP为 = 10-3 v (4.6)PqVn式中 v泵的容积效率,%;所以,一般首先根据系统所需流量 qv(L/min)和初选的液压泵转速 n1(r/min)及泵的容积效率v(可从产品样本查得或估取为v=0.9)计算泵排量参考值,即 Vg= (4.7)Vvnq11000然后再倒算(复算)出泵的实际流量即可,对于定量泵,最终选择的泵流量0qp尽可能与系统所需流量相符合。根据上述计算公式,可知22 Vg=mL/rVvnq110009 . 030001000vq27.444.90300053.91191000泵的输出流量min/953.1199 . 0103000427.441033LVnqvp =20m4-10s/3根据以上压力和流量的数值查阅产品目录,最后确定选取 YB-25 型单级叶片泵。4.1.4 计算液压泵的驱动功率并选择原动机计算液压泵的驱动功率并选择原动机a.驱动功率的计算驱动功率的计算若工作循环中,泵的压力和流量比较恒定(即工况图上 p-t 曲线和 q-t 曲线变化较为平稳) ,则液压泵驱动功率应按下式计算pP (W) ppppqpP (4.8)式中 为液压泵的最大工作压力(Pa)和最大流量(m /s) ;为液压泵PPqp 、3p的总效率,取 80%。 =ppppqpP kW118 . 0102010114-6b.电动机的选择电动机的选择 固定设备的液压系统,其液压泵通常用电动机驱动。根据上述计算出的功率和液压泵的转速及其使用环境,从产品样本或手册中选定其型号规格额定功率、转速、电源、结构型式(立式、卧式,开式、封闭式等) ,并对其进行超载能力核算,以保证每个工作阶段电动机的峰值超载量都低于 25%50%。根据液压传动系统设计与使用的参数信息,选择同步转速为 3000r/min的 Y160 M1-2 三相异步电动机。满载转速为 2970r/min,额定功率为 11kW,额定转矩为 2.2N m。4.2 其他液压元件的选择其他液压元件的选择4.2.1 液压阀及过滤器的选择液压阀及过滤器的选择根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量,可选出这些元件的型号及规格。制钉机系统中,所有液压阀的额定压力都为,额定MPa1023流量根据各阀通过的流量,所有元件的规格型号列于下表中。过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。表中序号与系统原理图中的序号一致。表 4.2 液压元件明细表序 号元件名称最大通过流量/L1min型 号1双叶片叶片泵120YB252、3溢流阀4Y-10B4三位四通换向阀3235-63BY1D5、6单向顺序阀20I-25B7压力继电器BDP6318压力表K-6B4.2.2 油管的选择油管的选择方案一:在液压、气压传动及润滑的管道中常用的管子有钢管、铜管、胶管等,钢管能承受较高的压力,价廉,但安装时的弯曲半径不能太小,多用在装配位置比较方便的地方。这里我采用钢管连接。管道内径计算 (4.9)vqd4式中 q通过管道内的流量3m / sv管道内允许流速 m / s允许流速推荐值表 4.3 允许流速推荐值油液流经的管道推荐流速 m/s液压泵吸油管道0.51.5,一般取 1 以下液压系统压油管道36,压力高,管道粘度小取大值液压系统回油管道1.52.624取=0.8m/s,=4m/s,=2m/s.分别应用上述公式得v吸v压v回=20.2mm,=10.7mm,=15.2mm。根据内径按标准系列选取相应的管d吸d压d回子。按表 37-9-1 经过圆整后分别选取=20mm,=10.7mm, =15mm。d吸d压d回对应管子壁厚。1 6 . mm方案二:根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时,油管内通油量最大,其实际流量为泵的额定流量的两倍达 240L/min。综上所述,液压缸进、出油管直径 d 按产品样本,选用内径为 15mm,外径为 19mm 的 10 号冷拔钢管(YB 231-70) 。4.2.3 油箱容积的确定油箱容积的确定在确定油箱尺寸时,一方面要满足系统供油的要求,还要保证执行元件全部排油时,油箱不能溢出,以及系统最大可能充满油时,油箱的油位不低于最低限度。初设计时,按经验公式 vaQV 3m(4.10)式中 液压泵每分钟排出压力油的容积 VQ 经验系数,按下表取 =5:aa表 5.4 各系统经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械a12245761210中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的 5-7 倍,故油箱容积为=5 120=600LvaQV 4.3 液压系统压力损失验算液压系统压力损失验算验算的目的在于了解执行元件能否得到所需工作压力。系统进油路上的压力损失由管道的沿程压力损失、局部压力损失两部分组成,即ppp =+ (4.11)pppa. 沿程压力损失p = (4.12)p22vdl25式中 沿程阻力系数,可按液压传动系统设计与使用表 2-34 相应的公式进行计算,也可以由图 2-14 查得; 管道长度,m;l 液体密度,;3/mkg 液流平均速度,。vsm/因此由公式可得沿程压力损失 =0.1p22.80903002.00222vdl b. 局部压力损失p (4.13)22vp式中 局部阻力系数,其具体数值与局部阻力装置的类型和雷诺数有关,通常,当 Re时,;510无关与Re 液体密度,;3/mKg 液流平均速度,。vsm/因此由公式可得局部压力损失.6122.80222vp265 液压缸的设计液压缸的设计5.1 缸体缸体5.1.1 缸体端部连接结构缸体端部连接结构采用简单的焊接形式,其特点:结构简单,尺寸小,重量轻,使用广泛。缸体焊接后可能变形,且内径不易加工。所以在加工时应小心注意。主要用于活塞式液压缸。5.1.2 缸体材料缸体材料液压缸缸体的常用材料为 20、35、45 号无缝钢管。因 20 号钢的机械性能略低,且不能调质,应用较少。当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件需要焊接时,则应采用焊接性能比较号的 35 号钢,粗加工后调质。一般情况下,均采用 45 号钢,并应调质到 241285HB。缸体毛坯可采用锻刚,铸铁或铸铁件。铸刚可采用 ZG35B 等材料,铸铁可采用 HT200HT350 之间的几个牌号或球墨铸铁。特殊情况可采用铝合金等材料。5.1.3 缸体技术条件缸体技术条件a. 缸体内径采用 H8、9 配合。表面粗糙度:当活塞采用橡胶密封圈时,Ra为 0.10.4,当活塞用活塞环密封时,Ra 为 0.20.4。且均需衍磨。mmb. 热处理:调质,硬度 HB241285。c. 缸体内径 D 的圆度公差值可按 9、10 或 11 级精度选取,圆柱度公差值应按 8 级精度选取。d. 缸体端面 T 的垂直度公差可按 7 级精度选取。e. 当缸体与缸头采用螺纹联接时,螺纹应取为 6 级精度的公制螺纹。f. 当缸体带有耳环或销轴时,孔径或轴径的中心线对缸体内孔轴线的垂直公差值应按 9 级精度选取。g. 为了防止腐蚀和提高寿命,缸体内表面应镀以厚度为 3040的铬层,m镀后进行衍磨或抛光。275.2 活塞活塞5.2.1 活塞与活塞杆的联接型式活塞与活塞杆的联接型式表 5.1 活塞与活塞杆的联接型式联接方式备注说明整体联接用于工作压力较大而活塞直径又较小的情况螺纹联接常用的联接方式半环联接用于工作压力、机械振动较大的情况下这里采用螺纹联接。5.2.2 活塞的密封活塞的密封活塞与缸体的密封结构,随工作压力、环境温度、介质等条件的不同而不同。常用的密封结构见下表表 5.2 常用的密封结构密封形式备注说明间隙密封用于低压系统中的液压缸活塞的密封活塞环密封适用于温度变化范围大,要求摩擦力小、寿命长的活塞密封O 型密封圈密封密封性能好,摩擦系数小;安装空间小,广泛用于固定密封和运动密封Y 型密封圈密封用在 20MPa 下、往复运动速度较高的液压缸密封结合本设计所需要求,采用 O 型密封圈密封比较合适。5.2.3 活塞的材料活塞的材料液压缸常用的活塞材料为耐磨铸铁、灰铸铁(HT300、HT350) 、钢及铝合金等,这里采用 45 号钢。285.2.4 活塞的技术要求活塞的技术要求a. 活塞外径 D 对内孔的径向跳动公差值,按 7、8 级精度选取。1db. 端面 T 对内孔轴线的垂直度公差值,应按 7 级精度选取。1dc. 外径 D 的圆柱度公差值,按 9、10 或 11 级精度选取。图 5.1 活塞5.3 活塞杆活塞杆5.3.1 端部结构端部结构活塞杆的端部结构分为外螺纹、内螺纹、单耳环、双耳环、球头、柱销等多种形式。根据本设计的结构,为了便于拆卸维护,可选用内螺纹结构。5.3.2 端部尺寸端部尺寸如图,为内螺纹联接简图。查表 11-148,按照本设计要求,选用直径 螺距-螺纹长=。33 245KKtA 图 5.2 螺纹联接简图5.3.3 活塞杆结构活塞杆结构活塞杆有实心和空心两种,如下图。实心活塞杆的材料为 35、45 号钢;空心活塞杆材料为 35、45 号无缝钢管。本设计采用实心活塞杆,选用 45 号钢。29 图 5.3 空心活塞杆 图 5.4 实心活塞杆5.3.4 活塞杆的技术要求活塞杆的技术要求a.活塞杆的热处理:粗加工后调质到硬度为 HB229285,必要时,再经过高频淬火,硬度达 HRC4555。在这里只需调质到 HB230 即可。b.活塞杆的圆度公差值,按 911 级精度选取。这里取 10 级精度。c.活塞杆的圆柱度公差值,应按 8 级精度选取。d.活塞杆的径向跳动公差值,应为 0.01mm。e.端面 T 的垂直度公差值,则应按 7 级精度选取。f.活塞杆上的螺纹,一般应按 6 级精度加工(如载荷较小,机械振动也较小时,允许按 7 级或 8 级精度制造) 。g.活塞杆上工作表面的粗糙度为 Ra0.63, 为了防止腐蚀和提高寿命,m表面应镀以厚度约为 40的铬层,镀后进行衍磨或抛光。m5.4 活塞杆的导向、密封和防尘活塞杆的导向、密封和防尘5.4.1 导向套导向套a. 导向套的导向方式、结构导向套的导向方式、结构表 5.3 导向套的导向方式导向方式备注说明缸盖导向减少零件数量,装配简单,磨损相对较快管通导套可利用压力油润滑导向套,并使其处于密封状态可拆导向套容易拆卸,便于维修。适用于工作条件恶劣、经常更换导向套的场合球面导向套导向套自动调整位置,磨损比较均匀 本设计采用缸盖导向。b. 导向套材料导向套材料30导向套的常用材料为铸造青铜或耐磨铸铁。由于选用的是和缸盖一体的导向套,所以材料和缸盖也是相同的,都选用耐磨铸铁。c. 导向套的技术要求导向套的技术要求导向套的内径配合一般取为 H8/f9,其表面粗糙度则为 Ra0.631.25。m5.4.2 活塞杆的密封与防尘活塞杆的密封与防尘这里仍采用 O 型密封圈,材料选择薄钢片组合防尘圈,防尘圈与活塞杆的配合可按 H9/f9 选取。薄钢片厚度为 0.5mm。5.5 液压缸安装联接部分的型式及尺寸液压缸安装联接部分的型式及尺寸5.5.1 液压缸进出油口接头的联接螺纹尺寸液压缸进出油口接头的联接螺纹尺寸按表 11-154 选取标准值,公称直径 螺距 数量=33 2 2M 5.5.2 液压缸为单耳环型安装的主要尺寸液压缸为单耳环型安装的主要尺寸按表 11-154 选取:D=50,R=50,W=60,Y=60。5.5.3 活塞式液压缸端部型式及尺寸活塞式液压缸端部型式及尺寸根据所选择的液压缸的缸径,按照表 11-157 确定液压缸缸盖端部的尺寸(均为对应的标准尺寸) 。图 5.5 缸体端
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