机电一体化毕业设计（论文）铝合金踏板加工设备的设计

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1、江西理工大学专科毕业生论文江 西 理 工 大 学 南 昌 校 区毕 业 设 计（论文）题 目：铝合金踏板加工设备的设计系 ：机电工程系专 业：机电一体化技术班 级：08机电（2）班学 生：学 号：指导教师: 职称：副教授摘要踏板广泛使用在建筑工地，是建筑施工过程中的施工人员站立和放置建筑材料的平台。由于建筑施工通常是高空作业，因此要求踏板承载力高、方便固定。重量轻、防滑、寿命长、便于安装拆卸和运输。我国建筑踏板常用竹木和钢材制作。竹木踏板使用寿命短，在脚手架上不易固定，具有脱落的安全隐患，不易在高空作业移动安装，在太阳照射和雨淋下容易失效。钢踏板重量重，搬动劳动强度大，容易生锈，使用寿命较短。

2、竹木和钢踏板的这些特点，制约了它们的使用。铝合金踏板因为具有上述材料所不具有的优点，逐渐成为逐渐广泛使用的建筑新型踏板。滚压机正是加工铝合金踏板的重要设备，它是通过将铝合金踏板压扣滚压，使之接合，并产生压缩变形，从而牢固连接。滚压机可分为电气、液压、和机械三个部分：f11机械部分主要包括机架、油缸、滚压装置组件、压板和滚压机轮座几部分。动作顺序为：装好踏板型材。压紧油缸前进，上压板下降，夹紧踏板型材，随后滚压油缸前进推动上下两滚轮同时压紧上下两扣。滚压到位后压紧油缸后退，上压板上升，滚压油缸后退滚压轮返回漆压轮从型材中出来后，取下滚压好的踏板。进行下个踏板滚压。f21液压部分包括油箱、油泵、压

3、力控制阀、方向控制阀、流量控制阀、油缸等。通过调节滚压油缸液压油流量来实现慢速滚压、快速返回且滚压速度可调。f3)电气控制系统可实现手动和自动换调试时用手动。工作时用自动。关键词铝合金踏板，压扣，滚压机ABSTRACTPedal widely used in the construction site, is building the construction process of construction personnel to stand up and placed building materials platform. Because construction is usually

4、aloft work, therefore, ask pedal high bearing capacity, convenient fixed. Light weight, prevent slippery, long life, easy to install and disassemble and transportation. Chinas construction pedal steel production used bamboo and. Bamboo pedal use short life, is not easy to be fixed on scaffolds, with

5、 security problems, not easily fall in aloft working mobile installation, in the sun and rain down easy to failure. Steel pedal weight heavy, move the intensity of labor is big, easy to rust, use short life. Wood and steel pedal of these characteristics, and restricted their use.With the above mater

6、ials alloy pedal because that does not have advantage, gradually become gradually extensive use of building new pedal. Rolling machine is the important equipment aluminum alloy pedal, it is through will aluminum alloy pedal pressure roller, buckle engagement, and produce compression deformation, thu

7、s strong connection. Rolling machine can be divided into electric, hydraulic and mechanical three parts: f11 mechanical parts mainly includes frame, oil cylinder, rolling device assembly, linking piece and rolling tire seat segments. Action order: pack good pedal profile. Pressure cylinders, embosse

8、d on the decline, clamping pedal profiles, then rolled forward oil cylinder roller and promoting fluctuation two pressure fluctuation two buckle. Rolling pressure in the cylinder backward, embossed on the rise, rolling oil cylinder backward rolling wheel returns from profiles of paint pressure wheel

9、, taking out roller good pedals. Next step for roller. F21 hydraulic parts include oil tank, oil pump, pressure control valves, direction control valves, flow control valves, oil cylinder, etc. By adjusting the rolling cylinders hydraulic oil flow to achieve a slow roller, rapid return. And rolling

10、speed adjustable. F3) electrical control system can realize manual and automatic change with manual adjustment. Work with automatic.keywords:ardal pedal, backpressuretrip, wheeling machine目 录第一章. 绪论61.1. 前言61.2. 踏板现状61.3. 踏板的加工71.4. 滚压设备的设计简述7第二章. 滚压机主要部件设计总叙102.1. 滚压机工作原理及机构组成102.2. 滚压机主要部件设计简叙10第三

11、章. 滚压机机械部分设计133.1. 铝型材滚压力的计算133.2. 滚轮受力的计算183.3. 滚轮直径的选取183.4. 推杆直径的选取18第四章. 滚压机液压系统的设计194.1. 滚压机液压系统的设计步骤与方法194.2. 滚压液压回路的设计计算254.3. 压紧液压回路的设计计算264.4. 拟定液压系统图284.5. 液压元件的选择294.6. 系统油液温升验算30第五章. 滚压机电气控制系统的设计325.1. 滚压机电气控制系统设计的基本原则与程序325.2. 滚压机电气控制西路设计的方法与步骤335.3. 滚压机电气控制图的设计345.4. 滚压机工作情况的分析355.5. 滚

12、压机电气控制设备的选取36 参考文献37 结束语38 致谢39 附录第一章绪论1.1.前言随着我国经济的快速发展，我国建筑行业所需的建筑原料需要量日益增大。同时，近年来中国铝工业整体发展速度不断加快1，相应也为建筑行业采用新型材料铝合金满足了愿望。铝型材就是铝合金挤压成型后经高温淬火，形成一定程度过程的过饱和固溶体，在常温下放置而自动产生硬化过程形成的一种材料2。在我国生产的铝型材中，应用于建筑行业的占70%，而应用于航天，航空，交通运输的集装箱，地铁列车，轻轨列车和高速列车车厢等工业的仅占30%3。为何采用挤压方法生产铝型材，为何铝型材在建筑行业应用如此之广？有有以下因素：1.挤压加工提高了

13、金属的变形能力，可有大变形量：制品综合质量高，与轧制，锻造等相比，挤压制品的尺寸精度高，表面质量好；产品范围广，挤压可生产断面形状简单的管，棒，线材，还可以生产断面复杂的实心和空心材以及断面沿长度方向分阶段变化的和逐渐变化的变断面型材，许多断面是采用其他方法所无法成型；生产灵活性大，挤压加工具有很大的灵活性；工艺流程简单，设备投资少4。2.与钢制，木制，塑料材料相比，铝型材具有质量轻，比强度高，易回收，不污染环境，寿命长等优点，在建筑行业（尤其是高层建筑）应用的比重迅速提高，已成为当前建筑行业中使用最大，应用面广的建筑材料5。铝合金踏板，就是铝型材在建筑行业应用的代表。1.2.踏板现状 踏板广

14、泛使用在建筑工地，是建筑施工过程中的施工人员站立和放置建筑材料的平台。由于建筑施工通常是高空作业，因此要求踏板承载力高，方便固定，重量轻，防滑，寿命长，便于安装拆卸和运输。我国建筑踏板常用竹木和钢材制作。竹木踏板使用寿命短，在脚手架上不易固定，具有脱落的安全隐患，不易在高空作业移动安装，在太阳照射和雨淋下容易失效。钢踏板重量重，搬动强度大，容易生锈，使用寿命较短。竹木和钢制踏板的这些特点制约了它们的使用。随着技术进步和发展，国内许多施工单位开始大量使用铝合金踏板。铝合金踏板具有良好的压力加工性能，通过热处理可获得较高强度，如6061-T6抗拉强度6b=260Mpa,相对于钢铁而言，相同体积铝合

15、金具有质量轻，强度高，尺寸精度高，耐腐蚀，美观，人工操作时劳动强度低，施工方便安全等优点，同时铝合金踏板从使用寿命和可再生性考虑，其经济性比木制踏板好，费用可节约20%。所以，建筑行业广泛使用铝合金踏板。而铝合金踏板种类有两类：1.铝木踏板。这类踏板用铝合金材料焊接或铆接框架，再在上面铆接模板。由于木板寿命短，因此这种踏板使用一定时间后就要更换木板。2.全铝合金踏板。这类踏板全用铝合金材料制作吗，是目前大量使用的建筑踏板。1.3.踏板的加工各施工企业所要求的踏板长短宽度不一样，当踏板宽度300mm时，由于挤压机挤压出整体型材需大型挤压机，故将踏板型材分块挤压成型，再连接、分段组合踏板主要是解决

16、型材与型材之间的连接，连接的常用方法有：一.焊接连接。铝合金在土木建筑工程中使用时，大部分以焊接连接。但焊接有如下困难和特点。1.铝合金表面有一层致密的氧化铝薄膜（熔点约2050摄氏度），焊接时如未能消除，将会影响基体金属的熔化质量，形成夹杂等质量问题；2.热导率大（约为钢的四倍），导电性好，焊接时若要达到与钢相同的焊接，则焊接能量要比焊钢时大24倍；3.线膨胀系数大，焊件有产生较大的热应力，变形及变形的倾向；4.易产生气孔；5.铝合金焊接接头的强度降低6。钉、铆钉连接。螺钉、铆钉连接是常用、简单的连接方法。螺钉连接可以同时承受拉力和剪力，在某些节点类型中，螺栓可能受到节点变形产生的附加力作用

17、；铆钉连接本质上是通过剪切抵抗外力，而且只能是承受压力的受力形式，如果外载荷对节点有较大的拉力，采用铆钉连接就是不合理的7。而且连接部位材料增多，重量、成本增加。三.压扣式连接。为避免以上现象发生，采用压扣式比较理想。其连接断面如图1所示。两块板扣合好后，两扣之间会存在如图2所示的缝隙，一旦受变向力就容易脱开，为此设计了滚压机对接扣处进一步加工，以保证接扣连接的可靠性，如图3所示。1.4.滚压设备的设计简述1.滚压设备的设计该设备分为电气、液压和机械三大部分：f11机械部分主要包括机架、油缸、滚压装置组件、压板和滚压机轮座几部分，如图4所示。动作顺序为：装好踏板型材。压紧油缸前进，上压板下降，

18、夹紧踏板型材，随后滚压油缸前进推动上下两滚轮同时压紧上下两扣。滚压到位后压紧油缸后退，上压板上升，滚压油缸后退滚压轮返回漆压轮从型材中出来后，取下滚压好的踏板。进行下个踏板滚压。f21液压部分包括油箱、油泵、压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀、油缸等。通过调节滚压油缸液压油流量来实现慢速滚压、快速返回且滚压速度可调。液压控制回路如图5所示。f3)电气控制系统可实现手动和自动换调试时用手动。工作时用自动。2.部件结构与参数的确定(1)油泵的选择。选择叶片泵，额定压力7 MPa流量60 mlJr。(2)油缸的选择。油缸大小的选择将直接影响滚压质量若压紧油缸的内径太小，产生的滚压力不够，则接El连接

19、不牢：滚压油缸的内径太小，则推不动滚压轮。考虑踏板装卸方便压紧油缸的行程取决于踏板型材的厚度滚压油缸的行程取决于踏板的最大长度。当滚压踏板最长4 500 mm时，油缸参数为压紧油缸内径 63mm行程80 m札滚压油缸内径中80 mm，行程2 500 mm。 f31滚轮的设计。滚轮是滚压装置中的重要元件之一它的直径大小以及数量也对产品质量起着重要的作用。如果滚轮一次l生滚压压紧，压扣急剧的变形，就会在压扣处产生裂纹。为防止这种隋况的发生，在滚轮座上安装五对滚轮前四对滚轮为平滚轮最后一对滚轮为花滚轮蕊 轮直径依次增大。花滚轮的齿形为渐开线齿轮模数为06，齿数为29，如图6所示。花滚轮第二章滚压机主

20、要部件设计总叙2.1.滚压机工作原理及机构组成 滚压机是为对铝合金踏板接扣处进行滚压加工而设计。该设备分为电气、液压和机械三大部分：f11机械部分主要包括机架、油缸、滚压装置组件、压板和滚压机轮座几部分。动作顺序为：装好踏板型材。压紧油缸前进，上压板下降，夹紧踏板型材，随后滚压油缸前进推动上下两滚轮同时压紧上下两扣。滚压到位后压紧油缸后退，上压板上升，滚压油缸后退滚压轮返回漆压轮从型材中出来后，取下滚压好的踏板。进行下个踏板滚压。f21液压部分包括油箱、油泵、压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀、油缸等。通过调节滚压油缸液压油流量来实现慢速滚压、快速返回且滚压速度可调。f3)电气控制系统可实现手

21、动和自动换调试时用手动。工作时用自动。滚压机装配图如附录所示8。2.2.滚压机各主要部件设计简叙 机械部分主要起滚压作用的是滚轮及其机座等部分。它共有上下两排共十个辊子，每排辊子有五个滚轮，其中前四个滚轮为平滚轮，最后一个滚轮为花滚轮，直径依次为13mm,14.4mm，15.8mm,17.4mm,18.6mm,另外花滚轮齿形为渐开线齿轮，模数为0.6，齿数为29。如下图所示。液压部分液压系统可分为公共液压回路及滚压、压紧液压回路部分。公共液压回路有以下几个部件：油箱，过滤器，液压泵，二位四通单作用电磁阀，压差计，溢流阀。其中油箱上接过滤器，后接液压泵，液压泵由电机带动。液压泵输出油液经导管流入

22、双作用二位四通换向阀，上端出口接压差计，并接溢流阀，当流量查过一定时，多余油液将从溢流阀流入油箱。公共液压回路油液经导管分别流入滚压回路的三位四通双作用电磁阀，及压紧回路的二位四通单作用电磁阀。然后从三位四通电磁阀流出的油液流入滚压油缸，其中要注意的是，无杆腔油路设有单向阀和节流阀。从二位四通电磁阀至压紧油缸油路无杆腔油路也设有单向阀和节流阀。液压系统如下图所示。 电气控制部分电气控制部分采用了八个按钮，七个接触器及三个时间继电器，其中SB1为停止按钮，SB2为电机按钮，SB3为公共液压回路换向阀按钮，SB4为自动工作模式开始按钮，SB5为手动模式停止按钮，SB6为手动模式压紧按钮，SB7为手

23、动模式滚压按钮，SB8为手动模式快退按钮，SA为选择开关，其中A为工作模式自动档，M为工作模式手动档。FU1为电机熔断器，FU2为控制电路熔断器。KM1、KM2、KM3为电机控制接触器，KM4为公共液压回路换向阀接触器，KM5为压紧回路换向阀接触器，KM6为滚压回路换向阀指示滚压接触器，KM7为滚压回路指示快退接触器。ST1为快退行程结束行程开关，ST2为滚压行程结束行程开关，ST3为压紧行程结束行程开关。HL1为电机运行指示灯，HL2为公共液压回路换向阀动作指示灯，HL3为压紧动作指示灯，HL4为滚压动作指示灯，HL5为快退动作指示灯。其电气控制原理图如下图所示。 其电气控制箱控制面板如下图

24、所示。第三章滚压机机械部分设计3.1.铝型材滚压扣接过程滚压力的计算1. 问题描述如图1a)所示，铝型材交错搭接后经滚压形成图1b)所示的牢固扣接形式，求滚压力。BAa) 滚压前b) 滚压后图1 铝型材滚压扣接过程对图1下侧的滚压方式应为以图1b)所示滚压后平面水平由左向右滚压。若认为该过程以弯曲变形为主，则应包括A、B两处。但该两处弯曲后未必能形成平面，还应包括部分压扁，而该压扁力应较弯曲力为大。简单地假设以一平板垂直向下压缩(35.6-28.4)/2=3.6mm而计算该平板所需压力，以刚塑性有限元法求解。2. 有限元模型建立图2为铝型材截面形状及尺寸。图2 铝型材截面尺寸图3为所建立的有限

25、元模型，问题简化为平面变形问题。铝型材设为刚塑性体，材质选用6063，其变形抗力曲线见图4，采用四边形网格，下表面固定。压缩平板设为刚性体，在1s内向下压缩3.6mm。 图3 有限元模型图4 6063变形抗力曲线3. 结果分析图5为压缩变形过程各阶段的等效应力分布，由图可见变形一开始即主要是A部分的弯曲变形(图5a)，同时B截面也有受力。当压下0.9mm时，虽仍是A截面弯曲，但由于交互作用，B截面也已受到较全面应力(图5b)。到压下2.52mm时，A截面弯曲部分已与B截面接触(图5c)，此后即进入压扁过程。到压下3.6mm时，已达到压平的目的(图5d)。 a) 压下0.18mmb) 压下0.9

26、mm c) 压下2.52mmd) 压下3.6mm图5 压缩变形过程及其等效应力分布图6为压缩过程中平板所施加的力。在压下到2.34mm之前，还主要只是A截面的弯曲，因此压缩力较小，且随压缩过程极其的缓慢升高(图6a)。当A、B截面接触后则主要是压平的过程，此阶段压缩力大幅度上升(图6b)，弯曲阶段单位长度所需力最大为22.2N，而压缩到最后阶段则为961N，较接触前提高40多倍。 a) 压下2.34mmb) 压下3.6mm图6 随压缩过程进行压缩力的变化即，在上述条件下将该型材完成扣接所需压力为单位长度961N。4. 力能计算的简化由以上分析，该扣接过程所需最大力实则为压扁所需力。由图5d)可

27、知，压平结束时该铝合金的等效应力(可以理解为流动抗力)最大为170MPa。但该最大等效应力并未位于压缩平板接触面上，而是位于A、B两截面接触处。压缩平板与工件接触面上的等效应力分布如图7所示，其最大值不超过150MPa，平均值约为110MPa。压缩平板与工件接触面上的高向应力分布如图8所示，其最大值不超过250MPa，平均值约为130MPa。 图7 压缩平板接触面上等效应力的分布图8压缩平板接触面上高向应力分布上述接触面总长度约为7.5mm(实际接触面积约为6mm)，因此按塑性力学计算的单位长度压力应为：1) 按等效应力计算(考虑平面变形)：1.1551107.51=953N；2) 按高向应力

28、计算：1307.51=975N；与上述有限元模拟结果相近，相差分别为0.83%和1.45%，有极好的预测精度。3) 按最大等效应力计算(考虑平面变形与实际接触面积)：1.15515061=1040N；与上述有限元模拟结果相差8.22%，有较好的预测精度但保险系数更大，而更大的保险可用全部接触的假设，即7.5mm9。5.结论1) 通过上述分析可以认为，该铝型材扣接过程简单而保险的力能计算可以认为与平板压扁相近。2) 其保守的计算方法可用1.155流动应力接触面积，流动应力即该材料在相应变形程度条件下的屈服强度。3) 对于滚压过程，由于是具有一定直径的轮子滚过该平面，其瞬时接触面积必将小于上述整体

29、接触面积，因此滚压力必将减小，因此可用1.155流动应力实际接触面积来计算。3.2.辊子受力的计算对于铝合金踏板，压扣的滚压力用保守的计算方法计算，约为1.155*150*7.5*5=6497N。而实际滚压有五个辊子，第一个辊子为滚过压扣，无压缩变形，故第一个辊子的推力计算为摩擦系数*滚压力，设摩擦系数为0.2，实际滚压上下两边，故滚压力约为实际滚压力的两倍，第一个辊子推力为0.2*2*6497约等于2600N。第二至五个辊子滚过压扣时，辊子直径依次增大，滚过压扣均将使其压缩变形，所以总的滚压力为4*2*6497N=51976N,近似用一个摩擦系数设为0.3，则这四个辊子的推力为51976*0

30、.3N=15600N。所以辊子在滚压时候的总推力为15600+2600N=18200N。在快退的时候的总推力为800N。3.3.辊子直径的选取在滚轮座上安装五对滚轮前四对滚轮为平滚轮最后一对滚轮为花滚轮蕊 轮直径依次增大。花滚轮的齿形为渐开线齿轮模数为06，齿数为29。其中滚轮直径依次为13mm,14.4mm，15.8mm,17.4mm,18.6mm。滚轮如下图所示。3.4.推杆直径的选取 推杆受力状态为受压，若推杆采用Q235钢，则杆截面面积为A F/=18200N/235Mpa所以A89m。从而推知推杆直径D10mm，由此要选一个大于10mm的推杆，包括活塞杆直径必须大于这个数值。 第四章

31、.滚压机液压系统的设计4.1.滚压机液压系统的设计步骤与方法1.液压系统的设计步骤和方法液压系统设计是整机设计的重要组成部分，其设计与计算方法因人而异。本章介绍液压系统常见的设计计算方法及实例。液压系统设计的主要步骤如下：1） 明确液压系统的设计要求；2） 选定执行元件，进行工况分析，明确系统的主参数；3） 拟定液压系统原理图；4） 计算和选择液压元件；5） 液压系统性能验算和绘制工作图、编制技术文件。上述设计步骤是一般的程序，在实际工作中，这些步骤并不是一成不变的，应视具体情况灵活掌握。1.1液压系统设计要求在设计液压系统前需明确以下几方面的内容：1. 明确主机哪些动作需要液压系统来完成。2

32、. 对液压系统的动作和运动要求。根据主机的设计要求，确定液压执行元件的数量、运动形式、工作循环、行程范围及各执行元件动作的顺序、同步、联锁等要求。3. 确定液压执行元件承受的负载和运动速度的大小及其变化范围。4. 对液压系统的性能要求，如调速性能、运动平稳性、转换位置精度、效率、温升、自动化程度、可靠性程度、使用与维修的方便性。5. 液压系统的工作条件，如温度、湿度、振动干扰，外形尺寸、经济性等要求。 1.2液压系统的工况分析和系统的确定对执行元件负载分析与运动分析，也称为液压系统的工况分析。工况分析就是分析每个液压执行元件在各自工作过程中负载与速度的变化规律，一般执行元件在一个工作循环内负载

33、、速度随时间或位移而变化的曲线用负载循环图和速度循环图表示。1. 负载分析液压缸与液压马达运动方式不同，但他们的负载都是由工作负载、惯性负载、摩擦负载、背压负载等组成的。工作负载FW包括切削力、夹紧力、挤压力、重力等，其方向与液压缸运动方向相反时为正，相同时为负；惯性负载Fa为运动部件在启动和制动时的惯性力，加速时为正，减速时为负；摩擦负载包括导轨摩擦阻力Ff和密封装置处的摩擦力Fs，前者在确定摩擦系数后即可计算，后者与密封装置类型、液压缸制造质量和液压油压力有关，一般通过取机械效率m =（0.900.97）来考虑；背压负载Fb是液压缸回油路上压力pb所产生的阻力，初算时可暂不考虑，需要估算时

34、背压力pb可按表91选取。液压缸在各工作阶段中负载按表92中表达式来计算，再以液压缸所经历的时间t或行程S为横坐标作出F-t或F-S负载循环图。对于简单液压系统可只计算快速运动阶段和工作阶段。在负载难以计算时可通过实验来确定，也可以根据配套主机的规格确定液压系统的承载能力。 表41 液压系统背压力系 统 结 构 情 况背 压 力 pb ( MPa)用节流阀的回路节流调速系统0.30.5对中高压液压系统背压力数值应放大50%100% 用调速阀的回路节流调速系统0.50.8 回油路上有背压阀的系统 0.51.5 采用辅助泵补油的闭式回路 0.81.5 表42 液压缸各工作阶段负载计算工作阶段 负载

35、F 启动加速阶段F=(Ff+FaFG)/ mFG为运动部件自重在液压缸运动方向的分量，液压缸上行时取正，下行时取负 快进、快退阶段F=(FfFG)/ m 工进阶段F=(FfFWFG)/ m 减速制动阶段F=(Ff-FaFG)/ m2. 运动分析按各执行元件在工作中的速度v以及位移s或经历的时间t绘制vs或vt速度循环图。2.确定液压系统的主要参数液压系统的主要参数工作压力和流量是选择液压元件的主要依据，而系统的工作压力和流量分别取决于液压执行元件工作压力、回路上压力损失和液压执行元件所需流量、回路泄漏，所以确定液压系统的主要参数实质上是确定液压执行元件的主要参数。1. 初选液压系统的主要参数执

36、行元件工作压力是确定其结构参数的重要依据。工作压力选得低一些，对液压系统工作平稳性、可靠性和降低噪声等都有利，但对液压系统和元件的体积、重量就相应增大；工作压力选得过高，虽然液压元件结构紧凑，但对液压元件材质、制造精度和密封要求都相应提高，制造成本也相应提高。执行元件的工作压力一般可根据负载进行选择，见表4-3。有时也可参照或类比相同的主机选定执行元件的压力。 表4-3 按负载选择执行元件工作压力 负载F（kN） 50工作压力p（MPa）52. 确定执行元件的主要结构参数（1）确定液压缸主要结构参数 根据负载分析得到的最大负载Fmax和初选的液压缸工作压力p，再设定液压缸回油腔背压pb以及杆径

37、比d/D，即可由第四章中液压缸的力平衡公式来求出缸的内径D、活塞杆直径d和缸的有效工作面积A,其中D、d值应圆整为标准值（参见第四章表4-3，表4-5）。对于工作速度低的液压缸，要校验其有效面积A，即要满足Aqmin/vmin （4-1）式中 qmin回路中所用流量阀的最小稳定流量，或容积调速回路中变量泵的最小稳定流量；vmin液压缸应达到的最低运动速度。如果不满足式（9-1），则必须加大液压缸的有效工作面积A，然后复算液压缸D、d的及工作压力p。（2）确定液压马达排量VM 由马达的最大负载扭矩Tmax、初选的工作压力p和预估的机械效率Mm ，即可计算马达排量VMVM = （4-2） 为使马达

38、能达到稳定的最低转速nmin，其排量VM应满足 VM （4-3）式中qmin意义与式（4-1）中的相同。按求得的排量VM、工作压力p及要求的最高转速nmax从产品样本种选择合适的液压马达，然后由选择的液压排量VM、机械效率Mm 和回路中的背压力pb复算液压马达的工作压力。3.画执行元件的工况图在执行元件主要结构参数确定后，就可由负载循环图和速度循环图画出执行元件的工况图，即执行元件在一个工作循环中的工作压力p、输入流量q、输入功率P对时间的变化曲线图。当系统中有多个执行元件时，把各个执行件的qt流量图、Pt功率图按系统总的工作循环综合得到流量图和总功率图。执行元件的工况图显示系统在整个循环回路

39、中压力、流量、功率的分布情况及最大值所在的位置，是选择液压元件、液压基本回路及为均衡功率分布而调整设计参数的依据。4.液压系统图的拟定拟定液压系统图是整个液压系统设计中最重要的一步。它是从油路原理上来具体体现设计任务中提出的各项性能要求的。拟定液压系统包括两项内容： 分析、对比选出合适的液压回路；把选出的回路组成液压系统：常采用经验法，也可用逻辑法。1. 液压回路的选择选择液压回路的依据是前面的设计要求和工况图，这一步往往会出现多种方案，因为满足同一种设计要求的液压回路往往不只一种；为此选择必须与分析、对比紧密结合起来进行，在这里，收集、整理和参考同种类型液压系统先进回路的成熟经验是十分必要的

40、。 机床液压系统中，调速回路是核心，它一旦确定，其它回路就对应确定下来了。因为液压回路的选择工作必须从调速回路开始。选择各种回路一般考虑如下事项：（1）调速回路 根据工况图上压力、流量和功率的大小以及系统对温升、工作平稳性等方面的要求选择调速回路。例：压力较小，功率较小（23kW），工作稳定性要求不高的场合宜采用节流阀式调速回路；负载变化较大，速度稳定性要求较高的场合宜采用调速阀式调速回路。功率中等（35kW）的场合可采用节流阀式调速回路，或容积式调速回路，亦可采用容积节流式调速回路。功率较大（5kW），要求温升小而稳定性要求不太高的场合宜采用容积调速回路。调速方式决定之后油路循环形式基本上也

41、就确定了。例如节流调速、容积节流调速回路，选用开式回路；容积调速回路选用闭式回路。当工作循环中需要多个执行元件，且其总工况图上流量变化较大时，可用蓄能器，选用小规格的液压泵。（2）快速运动回路和速度换接回路 快速运动回路与调速回路密切相关，它在调速回路考虑油源形式和系统效率、温升等因素时已考虑进去了，调速回路一经确定，快速回路基本上也就确定了。速度换接回路的结构形式基本上由系统中调速回路和快速运动回路的形式决定，选择时考虑得较多的是采用机械控制式换接，还是电气控制式换接，前者换接精度高，换接平稳、工作可靠，后者结构简单、调整方便、控制灵活。采用电气控制式换接时，系统中有时要安装压力继电器（或电

42、接点压力表），压力继电器（或电接点压力表）应放在动作变化时压力变化显著的地方。（3）压力控制回路 压力控制回路种类很多，有的已包含在调速回路中，有的则须根据系统要求专门进行选择（如卸压、保压回路）。选择各种压力控制回路时，应仔细推敲这种回路在选用时所须考虑的问题以及各种方案的特点和适用场合。以卸荷回路为例：选择时要考虑卸荷所造成的功率损失、温升、流量和压力的瞬间变化等，为此系统压力不高，流量不大，或油箱容量较大，系统间隙工作（因而有可能使液压缸停止运转）的场合只设置溢流回路就可以了，在其它的场合则须采用二位二通换向阀式卸荷回路或先导型溢流阀式卸荷回路等等。（4）多缸回路 多缸回路与单缸回路相比

43、，须多考虑一个多缸之间的相互关系问题，这项关系不外是同时动作时的同步问题，互不干扰问题，先后动作时的顺序问题和不动作时的卸荷问题。2. 液压系统的合成液压系统要求的各个液压回路选好之后，再配上一些测压，润滑之类的辅助油路，就可以进行液压系统的合成了，进行这步工作时须注意以下几点：（1）尽可能多的归并掉作用相同或相近的元件，力求系统结构简单。（2）并出来的系统应保证其循环中的每一个动作都安全可靠，相互之间没有干扰。（3）尽可能使归并出来的系统保持效率高，发热少。（4）系统中各种元件的安放位置应正确，以便充分发挥其工作性能。（5）归并出来的系统应经济合理，不可盲目追求先进，脱离实际。5.液压元件的

44、计算和选择液压元件的计算主要是计算元件工作压力和通过的流量，此外还有电机效率和油箱容量。元件应尽量选用标准元件，只有在特殊情况下才设计专用元件。1. 确定液压泵的容量及驱动电机的功率（1）计算液压泵的工作压力 液压泵的工作压力是根据执行元件的工作性质来确定的：若执行元件在工作行程终点，运动停止时才需要最大压力，这时液压泵的工作压力就等于执行元件的最大压力。若执行元件是在工作行程过程中需要最大压力，则液压泵的工作压力应满足 pPp1+p1 （4-4）式中 p1：执行元件的最大工作压力p1进油路上的压力损失（系统管路未曾画出以前按经验选取：一般节流调速和简单的系统：p1 =0.20.5MPa 。进

45、油路有调速阀及管路复杂的系统：p1 =0.51.5MPa）。（2）计算液压泵的流量液压泵的流量qp按执行元件工况图上最大工作流量和回路的泄漏量确定1）单液压泵供给多个同时工作的执行元件时 qpK(qi)max (4-5a)式中 K回油泄漏折算系数 K=1.11.3；（qi）max同时工作的执行元件流量之和的最大值。2）采用差动连接的液压缸时 qpK(A1-A2)vmax (4-5b)式中 A1、A2液压缸无杆腔，有杆腔的有效工作面积；vmax液压缸或活塞的最大移动速度。3）采用蓄能器储存压力油时按系统在一个工作周期中的平均工作流量来选择qpk （4-5c）式中 T机器工作周期；V每个执行元件在

46、工作周期中的总耗油量；n执行元件个数。2. 选择液压泵的规格前面计算的pp仅是系统的静态压力。系统在工作过程中常因过渡过程内的压力超调或周期性的压力脉动而存在着动态压力，其值远远超过静态压力。所以液压泵的额定压力应比系统最高压力大出25%60%。至于液压泵的Q应与系统所需的最大流量相适应。3.驱动电机的功率1）若工况上的p t与q t曲线变化比较平缓，则电机所需功率为： Pp = ppqp/p （4-6a）2）图上的p t与q t曲线起伏较大，则需按上式分别算出电动机在各个循环阶段内所需的功率（注意液压泵在各个阶段内的功率是不同的），然后用下式求出电动机的平均功率： Pp = （4-6b）式中

47、 Ppi = Pp1 ，Pp2，Pp3.Ppn整个循环中每一动作阶段内所需的功率；ti = t1，t2，t3tn整个循环中没一动作阶段所占用的时间。求出了平均功率后还要返回去检查每一阶段内电动机的超载量是否在允许值范围内。（电动机一般允许短期超载25%）4.确定其它元件的规格（1）选择控制阀 控制阀的规格是根据系统最高压力和通过该阀的实际流量在标准元件的产品样本中选取的。进行这项工作时应注意：液压系统有串联油路和并联油路之分。油路串联时系统的流量即为油路中各处通过的流量；油路并联且各油路同时工作时，系统的流量等于各条油路通过的流量总和，油路并联且油路顺序工作时的情况与油路串联时相同。元件选定的

48、额定压力和流量应尽可能与其计算所需之值接近，必要时，应允许通过元件的最大实际流量超过其额定流量的20%。（2）确定管道尺寸 管道尺寸取决于通过的最大流量和管内允许的液体流速，在实际设计中，管道尺寸常常是由已选定的液压元件连接口处的尺寸决定。（3）确定油箱容量 液压系统中的散热主要依靠油箱：油箱体积大，散热快，但占地面积大；油箱体积小则油温较高。6.液压系统性能的估算液压系统设计完成之后，需要对它的技术性能进行验算，以便判断其设计质量或从几个方案中选出最好的设计方案。然而液压系统的性能验算是一个复杂的问题，目前详细验算尚有困难，只能采用一些经过简化的公式，选用近似的粗略的数据进行估算，并以此来定

49、性地说明系统性能上的一些主要问题。设计过程中如有经过生产实践考验的同类型系统可供参考或有较可靠的实验结果可供使用，则系统的性能估算就可省略。1.系统压力损失验算在系统管路布置确定后，即可计算管路的沿程压力损失p、局部压力损失p和液流流过阀类元件的局部压力损失pv，他们的计算公式详见第二章。管路中总的压力损失为p=p+p+pv （4-7）进油路和回油路上的压力损失应分别计算，并且回油路上的压力损失要折算到进油路上去。当计算出的压力损失值比确定系统工作压力时选定的压力损失值大得多时，就应重新调整有关阀类元件规格和管道尺寸，以降低系统的压力损失。2.系统发热温升的验算液压系统中所有的能量损失将转变为

50、热量，使油温升高、系统泄漏增大，影响系统正常工作。若系统的输入功率为Pi，输出功率为Po，则单位时间的发热量Hi为 Hi=Pi-Po= Pi(1-) (4-8)式中为系统效率。工作循环中有n个工作阶段，要根据各阶段的发热量求出系统的平均发热量。若第j个工作阶段时间为tj，则 Hi = （4-9）系统中产生的热量由各个散热面散发至空气中去，但绝大部分热量是经油箱散发的。油箱在单位时间内的散热量可按下式计算 Ho=KAt (4-10)式中 A油箱散热面积；t油液的温升；K散热系数（W/），通风条件很差时K=810,通风条件良好时K=1420,，风扇冷却时K=2025，用循环水冷却时K=110175

51、。当系统达到热平衡时，Hi= Ho，则系统温升t为t= （4-11）一般机械允许油液温升2530，数控机床油液温升应小于25，工程机械等允许油液温升3540。若按式（9-11）算出油液温升超过允许值时，系统必须采取适当的冷却措施。4.2.滚压液压回路设计计算设计滚压机滚压液压回路，其工作循环是“工进快退原位停止”；工作时最大轴向力为18200N；快退速度为1m/s，工进速度为0.010.015 m/s；最大行程2000mm,采用平导轨。一负载分析与速度分析1. 负载分析已知工作负载Fw =17060N，按启动换向时间和运动部件重量计算得到惯性负载，摩擦阻力Ff=800N。取液压缸机械效率m =

52、0.9，则液压缸工作阶段的负载值见表4-4。表4-4 液压缸在各工作阶段的负载值工作循环计算公式负载f（N）工 进 F=(Ff+ Fw)/ m 20222快 退F=Ff/ m 8892.速度分析已知快退速度为1m/s，工进速度范围为0.010.015m/s。二.确定液压缸主要参数1.初选液压缸的工作压力由最大负载值查表4-3，取液压缸工作压力为4MPa。2.计算液压缸结构参数设液压缸两有效面积为A1和A2，且A1=4/3 A2，即d=0.5D。为防止钻通时发生前冲现象，液压缸回油腔背压p2取0.5MPa，而液压缸快退时背压取0.25MPa。由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程p1 A1= p2

53、A2+F，可得 A1=F/（p10.75p2）=20222/（41060.50.75106）55.78（cm2）液压缸内径D就为 D=4 =84（cm）对D圆整取标准值，取D=80mm。由d=0.5D，经圆整得d=30mm。计算出液压缸的有效工作面积A1=50.27cm2，A2=43.2 cm2。工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量qmin=0.05L/min，设计要求最低工进速度vmin=0.01m/s，经验算可知满足式（4-1）要求。3.计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力，取两腔间回路及阀上的压力损失为0.5MPa，则p2= p1+0.5（M

54、Pa）。计算结果见表4-5。表4-5 液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率值工作循环计算公式负载F（KN）回油背压p2（MPa）进油压力 p1（MPa）输入流量Q1(10-3 m3/s)输入功率P（kW）工 进p1=F+ A2p2 A1 q1=A1 v1P= p1 q1 2.02220.54.45 0.050.0750.220.33快退恒速p1=F+ A1p2 A2q1=A2 v1P= p1 q1 8000.254.32 0.482.064.3.压紧液压回路的设计计算设计滚压机压紧液压回路，其工作循环是“快进快退原位停止”；工作时最大轴向力为6kN；快进、快退速度为0.020.025m/s；最

55、大行程80mm；采用平导轨。一、负载分析与速度分析1.负载分析已知工作负载F =889N。取液压缸机械效率m =0.9，则液压缸工作阶段的负载值见表4-6。表4-6.液压缸在各工作阶段的负载值 工作循环计算公式 负载f（N）快 进F= Ff/ m 889快 退 F=Ff/ m 8892.速度分析已知快进、快退速度为0.020.025m/s。二、确定液压缸主要参数1.初选液压缸的工作压力由最大负载值查表4-3，取液压缸工作压力为4Mpa(所考虑情况是保持阶段受力为6000N)。2.计算液压缸结构参数设液压缸两有效面积为A1和A2，且A1=4/3A2，即d=0.5D。为防止钻通时发生前冲现象，液压

56、缸回油腔背压p2取0.5MPa，而液压缸快退时背压取0.5MPa。由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程p1 A1= p2 A2+F，可得 A1=F/（p10.5p2）=6000/（41060.50.75106）16.56（cm2）液压缸内径D就为 D=4 =4.8（cm）对D圆整取标准值，取D=63mm。由d=0.5D，经圆整得d=25mm。计算出液压缸的有效工作面积A1=31.17cm2，A2=26.26cm2。3.计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力，取两腔间回路及阀上的压力损失为0.3MPa，则p2= p1+0.3（MPa）。计算结果见表4-7

57、。表4-7 液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率值工作循环计算公式负载 F（KN）回油背压p2（MPa）进油压力p1（MPa）输入流量Q1(10-3m3/s)输入功率P（kW）快进恒速p1=F+A2(p2-p1)A1 -A2q1=(A1-A2)v1P= p1 q18890.30.540.620.42快退恒速p1= F+ A1p2A2 P= p1 q1q1=A2 v18890.30.690.780.464.4.拟定液压系统图1. 选择基本回路（1）调速回路：因为两个液压系统功率较小，且只有正值负载，所以选用进油节流调速回路。（2）泵供油回路：由于系统最大流量与最小流量比为86，且在整个工作循环过程中的绝大部分时间里泵在高压小流量状态下工作，为此