小型压力机液压传动系统设计-液压机含9张CAD图-独家.zip
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一、题目: 小型压力机液压传动系统设计(课题号、图号:zbxy14191) 设计的液压系统完成的工作循环是:快速空程下行-慢速加压-保压-快速回程-停止。快速往返速度为2m/min,加压速度为30250mm/min,压制力为100000N,运动部件重量为15000N,快进行程120mm,加压行程40mm。静摩擦系数0.2,动摩擦系数0.1。动力滑台可随时在中途停止运动。二、具体要求:1、工况分析,绘制液压系统原理图2、执行元件(液压缸)的设计三、应完成的工作量:总体要求:独立完成设计任务,完成装配图和零件图,折合成1号图纸4张以上;设计计算说明书7000字以上;图纸统一编号;图纸上采用的所有标准必须是现行标准;图纸必须用AutoCAD2007以上版本画图,说明书的文字一律用WORD 2003以上版本打印输出。具体任务:负载速度图、工况图、液压系统原理图、执行元件结构装配图、执行元件的主要零件图、计算说明书四、推荐参考资料:液压系统设计简明手册 杨培元主编液压与气动传动 左健民主编液压系统的计算与结构设计 张世伟主编液压传动设计手册 上海科学技术出版社摘 要如今,液压传动是一门比较成熟的技术,已广泛应用于机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造以及锻压等机械行业。而其在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用,高度集成化等各项要求方面的显著优势使得这门技术有着更加广阔的发展前景。作为世界加工中心,我国机械工业在国民经济中的基础作用越来越明显。液压机技术水平的高低直接影响到国家机械工业的发展水平。拥有自主的液压机设计技术是使国家机械工业能在世界竞争中取胜的重要保证,对其展开研究有重要的理论和实际意义。 本文完成了一款小型液压机液压原理图的设计,并采用二维制图软件AutoCAD对其进行研究。论文提出了小型液压机的技术参数,根据其实际工矿拟定了液压原理图,然后根据设计参数完成液压元件的选型和计算。最后利用AutoCAD软件对小型液压机液压站、液压缸及主要零部件进行了设计,完成了液压机液压系统的设计。关键词:液压机 ,液压原理图 ,液压缸,液压站ABSTRACTNowadays, hydraulic transmission is a more mature technology, has been widely used in machinery manufacturing, engineering machinery, agricultural machinery, automobile and machinery industry, such as forging. And its in high pressure, high speed, high power, high efficiency, low noise, durable, highly integrated the requirements such as the significant advantage makes this technology has a more broad prospects for development. As the worlds processing center, the basic role in China machinery industry in the national economy is more and more obvious. Hydraulic press technology level directly affect the development level of national mechanical industry. With independent hydraulic press design technology is to make the national machinery industry to the important guarantee of our competition in the world, the case for research has important theoretical and practical significance. This paper has completed a small hydraulic press hydraulic principle diagram design, and USES the two-dimensional drawing software AutoCAD to study. Paper puts forward the technical parameters of the small hydraulic press, according to its actual mining hydraulic principle diagram is worked out, then according to the design parameters to complete the selection and calculation of hydraulic components. Finally using AutoCAD software for small hydraulic press hydraulic station, hydraulic cylinder and main parts design, completed the design of hydraulic press hydraulic system. Key words: hydraulic press, hydraulic principle diagram, hydraulic cylinder, hydraulic station 目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 绪论51.1前言51.2 题目背景51.3 研究意义61.4 液压技术国内外研究近况61.5 我国液压机的现状及发展趋势71.5.1 我国液压机的现状71.5.2 国外液压机的发展状况81.5.3 液压机的总体发展趋势81.6 本文主要研究的内容9第2章 液压机本体结构设计102.1 小型液压机的设计参数102.2 工况分析102.2.1负载循环图和速度循环图的绘制112.3拟定液压系统原理图122.3.1确定液压执行元件运动控制回路132.3.2 液压源系统132.3.3确定液压系统图14第3章 液压机液压系统计算163.1 液压系统主要参数计算163.1.1 选系统工作压力163.1.2 液压缸主要参数的确定163.1.3 液压缸强度校核173.1.4 液压缸稳定性校核193.2 液压阀的选择223.2.1 液压阀的作用223.2.2 液压阀的基本要求223.2.3 液压阀的选择223.3 液压泵的选择233.4 电动机功率的确定243.5 液压管件的确定253.5.1 油管内径确定253.5.2 管接头25第4章 液压机液压系统性能的运算264.1压力损失和调定压力的确定264.2 油液温升的计算284.3 散热量的计算29结 论30致 谢31参考文献3233第1章 绪论1.1前言液压技术渗透到很多领域,不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展,而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今,采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。液压传动由于其具有传动功率大、易于实现无级调速等优点,使得其在各类机械设备中得到了广泛的应用。本文阐述了小型液压机液压系统的设计,主要对工作原理、结构组成、参数计算等发面做了详细的分析与研究,得出一套较为合适的方法。主要通过查阅相关资料,应用相关公式,从而对油箱进行选择,然后来计算液压站的动力装置,确定电机与泵的安装方式,最后在根据原理图以及各项参数来进行管路与管接头的选择,从而完成整个设计。论文首先综述了国内外液压技术的研究进展及研究现状、分析课题的研究背景、阐述课题研究的意义和内容。然后重点从原理设计、即从各回路的功能分析与选择入手,在选择液压元件,计算其性能好坏,最后在校核温升等指标。1.2 题目背景液压传动产品等在国民经济和国防建设中的地位和作用十分重要。它的发展决定了机电产品性能的提高。它不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件,也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证,更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。所以说液压传动产品的发展是实现生产过程自动化、尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。本课题主要是设计一个小型液压机液压系统,而液压机原理图是组成液压基本回路中最常见的,熟悉和掌握它的组成、工作原理以及应用,是分析、设计和使用液压系统的基础。通过这个设计,能更好的掌握基本回路并且对液压系统的设计的方法和步骤有了初步的理解和应用。1.3 研究意义通过对这个题目的原理图的设计,可以让我们熟悉液压传动系统设计的一般程序,了解并掌握液压传动这门技术。通过液压传动装置的设计,可以掌握机械设计的一般程序和基本方法。总之,通过本题目的设计,可以使我们四年所学课程得到一次较为全面的实践锻炼。1.4 液压技术国内外研究近况液压技术近几年发展的速度是非常迅猛的,尤其在电子技术微机控制日益发展的今天,液压技术已迅速渗入到各个学科领域确切地说,液压是电子和机械技术之间的一种技术,把传动和控制结合起来是液压技术发展的必然结果液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一,世界各国对液压工业的发展都给予很大重视世界液压元件的总销售额为350亿美元据统计,世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%3.5%,而我国只占1%左右,这充分说明我国液压技术使用率较低,努力扩大其应用领域,将有广阔的发展前景。但是近年来,液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争,如:数控机床中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动其主要原因是液压技术存在渗漏维护性差等缺点为此,必须努力发挥液压气动技术的优点,克服缺点,注意和电子技术相结合,不断扩大应用领域,同时降低能耗,提高效率,适应环保需求,提高可靠性,这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标,也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。1我国液压产品有一定生产能力和技术水平的生产科研体系。尤其是近十年来基础产品工业得到国家支持,装备水平有所提高,目前已能生产品种规格齐全的产品,已能为汽车、工程机械、农业机械、机床、塑机、冶金矿山、发电设备、石油化工、铁路、船舶、港口、轻工、电子、医药以及国防工业提供品种基本齐全的产品。通过科研攻关和产学研结合,在液压伺服比例系统和元件等成果已用于生产。在产品CAD和CAT等方面已取得可喜的进展,并得到广泛应用。并且在国内建立了不少独资、合资企业,在提高我国行业技术水平的同时,为主机提供了急需的高性能和高水平产品,填补了国内空白。虽然取得上述成果,但和目前国内的需求和国外先进水平相比还有较大差距。包括产品趋同化、构成不合理,性能低、可靠性差,创新和自我开发能力弱,自行设计水平低。具体表现在产品水平、产品体系与市场需求存在较大的结构性矛盾。中国的液压市场很大,用户对产品的要求各异,各种高品质、高性能的液压元件市场需求量很大。而大部分国内企业所能提供的产品,无论在档次上还是种类上,都还远远不能满足这些需求。因此,在众多低档产品压价竞争的同时,不得不让出一块巨大的市场给国外产品。这表明,在市场丰富多样的需求面前,国内液压行业现有产品体系的结构性过剩与结构性短缺两个矛盾同时并存;也表明我们在产品的多样性、层次分布性和市场适应性等方面亟待调整和改善。企业在产品更新、装备改造等方面的投入能力不足。目前,我国大部份气动企业缺乏对产品及装备进行较大更新改造的能力,在高技术产品及专用生产检测装备的系统开发和投入能力上尤为缺乏,因而也限制了企业在高技术产品发展上取得大的突破,对缩短与国际先进水平的差距带来影响。当然,投入资金只是个基础条件 ,还必须有技术、人才等多方面的保障才行。1.5 我国液压机的现状及发展趋势1.5.1 我国液压机的现状我国金属塑性成型设备经半个多世纪的发展,已经从只能生产单机(诸如各种普通、专用压力机、液压机、锻锤)发展到能够生产装备机械化、半自动化和自动化锻压生产线,大中型锻压机和具有各种特殊功能的先进特种金属塑性成型设备。在引进国际先进技术和合作生产的基础上,极大地提高了金属塑性成型设备的设计开发能力和制造水平。近年来,随着我国以汽车为龙头的制造业的飞速发展,大大刺激了塑性加工的技术进步,新兴的金属塑性成型装备可确保通用产品的性能、质量和可靠性。国产大型精密高效的成套设备、自动化生产线、FMC、FMS等高新技术、高附加值的金属塑性成型生产设备正在装配着我国的制造业。到目前为止,国产金属塑性成型设备产品已有一千多种。1.5.2 国外液压机的发展状况美国、德国、日本的汽车工业如此发达,得益于其塑性加工技术及装备的领先地位。当前的世界塑性加工技术及装备向以下几个方面发展:1.金属塑性成型设备及自动化(1)冷冲压设备 单机联线自动化;大型多工位压力机(2)锻造设备2.高速化复合化相结合,提高设备加工效率 在追求高速化加工的同时,还必须尽可能缩短生产辅助时间,以取得良好的技术经济效益。在数控压机上配备伺服电机驱动的三坐标上下料装置,可使冲压中心实现高效板材加工。3.设备控制系统的发展趋势具有现场通信网络、现场设备互联、互动操作性、分散功能模块、开放式互联网络的现场总线技术,是压力机控制技术的发展方向,对实现自动化具有明显的推动作用。4.注重环境保是当今世界性的潮流许多国外技术塑性成型设备愈来愈重视环保问题,如在数控转塔压力机上,工作台普遍采用柔性的尼龙刷支撑代替传统的滚珠支撑,以减少噪声污染;变速压机实现快速下降,慢速冲裁工件,快速回程,使振动和噪声大大降低。特别是欧洲市场,已基本贯彻ISO14000系列标准,金属塑性成型设备必须通过CE认证。1.5.3 液压机的总体发展趋势液压机是材料成型设备中的重要一员,在现代化工业生产中有着举足轻重的地位,其发展趋势也倍受关注。20世纪60年代以后,金属塑性成型设备改变了从19世纪开始的向重型和大型方向发展的趋势,转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。各种机械控制的、数字控制的和计算机控制的自动锻压机械以及与之配套的操作机、机械手和工业机器人也相继研制成功。现代化的金属塑性成型机械科产生精确制品,有良好的劳动条件,对环境污染很小。1.6 本文主要研究的内容设计内容有:a.液压系统的原理图(1)采用何种形式的供油方式。(2)确定调速方案和速度换接方法。(3)如何完成执行机构的自动循环和顺序动作。(4)系统的调压、卸荷及执行机构的换向等要求。b.液压系统的计算和选择液压元件(1)计算液压缸的主要尺寸以及所需要的压力和流量。(2)计算液压泵的工作压力、流量和传动功率。(3)选择液压泵和电动机的类型和规格。(4)选择阀类元件和辅助元件的规格。第2章 液压机本体结构设计2.1 小型液压机的设计参数设计的液压系统完成的工作循环是:快速空程下行-慢速加压-保压-快速回程-停止。快速往返速度为2m/min,加速度为0.02S加压速度为30250mm/min,压制力为100000N,运动部件重量为15000N,快进行程120mm,加压行程40mm。静摩擦系数0.2,动摩擦系数0.1。动力滑台可随时在中途停止运动。2.2 工况分析1工作负载 工件的压制抗力即为工作负载:2. 摩擦负载 静摩擦阻力: 动摩擦阻力: 3. 惯性负载 背压负载(估算): 自重: 4. 液压缸在各工作阶段的负载值:其中: 液压缸的机械效率,一般取=0.9-0.97。表2.1: 工作循环各阶段的外负载工况负载组成推力 F/ 2.2.1负载循环图和速度循环图的绘制负载图按上面的数值绘制,速度图按给定条件绘制,如图2-1所示:图2-1负载速度循环图2.3拟定液压系统原理图在本设计中,液压缸是液压系统中的执行元件,它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单,工作可靠,在液压系统中得到了广泛的应用。液压缸按其结构形式,可以分为活塞缸、柱塞缸两类。活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量,输出为推力和速度。液压缸除了单个地使用外,还可以组合起来或和其它机构相结合,以实现特殊的功能。根据参考文献2表37.5-1我们选择活塞缸类中的单杆活塞液压缸,其特点及适用场合见表2-2。表2-2 运用场合名称特点适用场合单杆活塞液压缸有效工作面积大,双向不对称往返不对称的直线运动等2.3.1确定液压执行元件运动控制回路1)为了实现液压缸的进和退,我们选择电磁换向阀作为液压系统的方向控制阀。电磁换向阀的基本工作原理是通过电磁铁控制滑阀阀芯的不同位置,以改变油液的流动方向。当电磁铁断电时,滑阀由弹簧保持在中间位置或初始位置(脉冲式阀除外)。若推动故障检查按钮可使滑阀阀芯移动。电磁换向阀在液压系统中的作用是用来实现液压油路的换向、顺序动作及卸荷等。由于电磁铁的推力有限,电磁换向阀应用在流量不大的液压系统中。2)为了实现其工进,可以选择调速阀或节流阀作为速度控制阀。节流阀的调节应该轻便、准确。在小流量调节时,如通流截面相对于阀心位移的变化率较小,则调节的精确性较高。调节节流阀的开口,便可调节执行元件运动速度的大小。而调速阀的工作原理:液压泵出口(即调速阀进口)压力,由溢流阀调整,基本上保持恒定。调速阀出口处的压力由活塞上的负载决定。所以当负载增大时,调速阀进出口压差将将减小。调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿,它适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。因此,在本设计中选择调速阀作为速度控制阀。2.3.2 液压源系统液压系统的工作介质完全由液压源来提供,液压源的核心是液压泵。在无其它辅助油源的情况下,液压泵的供油量要大于系统的需油量,多余的油经溢流阀流回油箱, 溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。为节省能源提高效率,液压泵的供油量尽量与系统所需流量相匹配。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。在此,我们在泵的小口装上粗滤油器。(进入系统的油液根据被保护元件的要求,通过相应的精滤油器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱,可在回油路上设置磁过滤器或其他型式的滤油器。根据液压设备所处环境及对温升的要求,还要考虑加热、冷却等措施。2.3.3确定液压系统图(1)考虑到液压机工作时所需功率较大,固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0。(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二通电磁换向阀控制。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)为了实现快速空程下行和慢速加压,此液压机液压系统采用单向调速阀调速回路。(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。 最重确定的液压原理图如下图2-2所示。图3-2 小型液压机液压系统图快进油路 液压泵1 电磁换向阀5(左位) 二位二通电磁阀8(左位) 液压油缸9上腔工进油路 液压泵1 电磁换向阀5(左位) 单向调速阀7 液压油缸9上腔回油路 液压油缸8下腔 单向顺序阀6 电磁换向阀5(右位) 油箱第3章 液压机液压系统计算3.1 液压系统主要参数计算3.1.1 选系统工作压力公称力为的小型液压机属小型液压机类型,一般情况下,载荷不会太高。系统给定整个系统的最大压力为13MPA,参考资料2表37.5-3,初步确定系统工作压力为10MPa。3.1.2 液压缸主要参数的确定3.1.2.1 液压缸设计中应注意的的问题液压缸的设计和使用正确与否,直接影响到它的性能和易否发生故障。在这方面,经常碰到的是液压缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞下垂以及活塞杆的压杆失稳等问题。所以,在设计液压缸时,必须注意如下几点:1)尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载,或受压状态下具有良好的纵向稳定性。2)考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装置,系统中需有相应的措施。但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。3)正确确定液压缸的安装、固定方式。如承受弯曲的活塞杆不能用螺纹连接,要用止口连接。液压缸不能在两端用键或销定们,只能在一端定位,为的是不致阻碍它在受热时的膨胀。如冲击载荷使活塞杆压缩,定位件须设置在活塞杆端,如为拉伸则设置在缸盖端。4) 液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计,尽可能做到结构简单、紧凑,加工、装配和维修方便。3.1.2.2 液压缸主要参数的确定鉴于液压系统的最大工作压力P1=8Mpa7Mpa由参考文献1表5-2推荐初定d=0.7D取液压缸=0.9 则此时活塞所受推力 N 由式 (3-1)=0.018m2 (3-2)=14.1cm则d= 0.6D =8.4cm参考文献2表37.5-8及表37.5-9对这些直径圆整成就近标准值时得: D =140mm d =80 mm由此求得液压缸两腔的实际有效面积为: cm2 cm23.1.3 液压缸强度校核液压缸的缸筒壁厚、活塞杆直径d和缸盖处固定螺栓直径在高压系统中必须进行强度校核。 取:液压缸材料为45#钢,无缝钢管活塞杆材料45#钢3.1.3.1 壁厚强度校核根据参考文献2表37.7-64及表37.7-65选择液压缸外径为194mm即液压缸壁厚=27.5mm对于本系统: 10 为厚壁按壁筒计算: (3-3)式中,D为缸筒内径;Py为缸筒试验压力,当缸的额定压力Pn 16Mpa时,取Py=1.5 Pn ;为缸筒材料的许用应力,为材料抗拉强度,n为安全系数,一般取n = 5 。 所以:Py=1.54=6 Mpa (3-4)式中 N/mm2n = 5则 N/m2得 mm故缸体壁厚强度满足。3.1.3.2 液压缸内活塞杆直径校核 活塞杆的直径d按下式进行校核 (3-5)式中,F为活塞杆上的作用力;为活塞杆材料的许用应力, 则 :mm d故活塞杆强度满足。3.1.3.3 液压缸盖固定螺栓直径计算液压缸盖固定螺栓直径按下式计算: (3-6)式中,F为液压缸负载;Z为固定螺栓个数;K为螺纹拧紧系数;K=1.121.5,取K=1.3;MPa则:mm取 ds=10 mm3.1.4 液压缸稳定性校核活塞杆受轴向压缩负载时,它所承受的力F不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载Fk,以免发生纵向弯曲,破坏液压缸的正常工作。Fk的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆稳定性的校核依下式进行: (3-7)式中,nk为安全系数,一般取nk = 2 4,这里取nk = 4。当活塞杆的细长比 时 (3-8)当活塞杆的细长比 时,且= 20 120 时,则 (3-9)式中,l为安装长度,其值与安装方式有关,为活塞杆横截面最小回转半径, ;为柔性系数;为由液压缸支承方式决定的末端系数,其值见表3-1;E为活塞杆材料的弹性模量,对钢取E=2.061011N/M2;J为活塞杆横截面惯性矩;A为活塞杆横截面积,f为由材料强度决定的实验值,为系数,具体数值均见表3-2。表3-1 液压缸支承方式和末端系数2的值支承方式支承说明末端系数2一端自由一端固定1/4两端铰接1一端铰接一端固定2两端固定4表3-2 f、a、1的值材料f 108 N/M21铸铁5.680锻铁2.5110软钢3.490硬钢4.985由此,根据实际设计的可得: N/M2 ; (3-10)而l125mm, 取l=175mm 则活塞杆稳定性按式:进行校核。代入数据: N而 (3-11)式中,FW为活塞所受最大推力 Pmax为系统最大压力为8Mpa 。 A1为液压缸无活塞杆腔的截面积,A1 = 78.5 cm2 FW = 81067.8510-3 = 6.28104 N显然,FW 所以,活塞杆稳定性满足。3.2 液压阀的选择3.2.1 液压阀的作用液压阀是用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的,因此它可以分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。一个形状相同的阀,可以因为作用机制的不同,而具有不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制着系统的压力和流量,而方向阀则利用通流通道的更换控制着油液的流动方向。这就是说,尽管液压阀存在着各种各样不同的类型,它们之间还是保持着一些基本共同之点。例如:1)在结构上,所有的阀都由阀体、阀心(座阀或滑阀)和驱使阀心动作的元、部件(如弹簧、电磁铁)组成。2)在工作原理上,所有阀的开口大小,阀进、出口间的压差以及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式,仅是各种阀控制的参数各不相同而已。3.2.2 液压阀的基本要求液压系统中所用的液压阀,应满足如下要求:1)动作灵敏,使用可靠,工作时冲击和振动小。2)油液流过时压力损失小。3)密封性能好。4)结构紧凑,安装、调整、使用、维护方便,通用性大。3.2.3 液压阀的选择1)阀的规格,根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量,选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取;选择节流阀和调速阀时,要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些,必要时也允许有20%以内的短时间过流量。2)阀的型式,按安装和操作方式选择。本系统工作压力在10MPa左右,所以液压阀均选用中压阀。所选阀的规格型号见表3-3。表3-3 小型液压机液压阀名细表名称选用规格单向调速阀AQF3-E10B电磁溢流阀YDF3-E10B-B电磁换向阀 34DF30-E10B-D电磁换向阀 22DF30-E10B-D单向顺序阀AXF3-E10B3.3 液压泵的选择液压泵是一种能量转换装置,它把驱动电机的机械能转换成输到系统中去的油液的压力能,供液压系统使用。液压泵的工作压力是指泵实际工作时的压力。液压泵的额定压力是指泵在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力,超过此值就是过载。液压泵的额定流量是指在正常工作条件下,按试验标准规定必须保证的流量,亦即在额定转速和额定压力下由泵输出的流量。(1)液压泵工作压力的确定 (3-12)P1是液压缸的工作压力,对于本系统: MPa 是泵到液压缸间总的管路损失。由系统图可见,从泵到液压缸之间串接有一个单向调节器速阀和一个电磁换向阀,取= 0.6MPa液压泵工作压力为:PP =12MPa (2) 液压泵流量的确定 (3-13)由工况图看出,系统最大流量发生在快退工况,m3/s,泄漏系数 K = 1.2,求得液压泵流量:m2/s (37.8 L/mm)选用YB1-40 型叶片泵。叶片泵是在一个泵体内安装两个双作用叶片泵,用同一个传动轴驱动。安装大小不同的单泵,可以得到两种大小不同的流量,以适应液压系统各种不同速度的要求。双作用叶片泵的工作原理是泵由转子、定子、叶片、配油盘和端盖等件所组成。定子的内表双作用叶片泵的工作原理:面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线八个组成,且定子和转子是同心的。叶片在转子的槽内可灵活滑动,在转子转动时的离心力以及通入叶片根部压力油的作用下,叶片顶部贴紧在定子内表面上,于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子间便形成了一个个密封的工作腔。在转子顺时针方向旋转的情况下,密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大,为吸油区;在左下角和右上角处逐渐减小,为压油区;吸油区和压油区之间有一段封油区把它们隔开。这种泵的转子每转一转,每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次,所以称为双作用叶片泵。泵的两个吸油区和两个压油区是径向对称的,作用在转子上的液压力径向平衡,所以又称为平衡式叶片泵。3.4 电动机功率的确定 注射机在整个动作循环中,系统的压力和流量都是变化的,所需功率变化较大,为满足整个工作循环的需要,按较大功率段来确定电动机功率。由前面的计算已知泵的供油压力应为 PP = 5MPa,取泵的总效率P = 0.65,泵的总驱动功率为 (3-14) KW验算其他工况时,液压泵的驱动功率均小于此值。查产品样本,选用5.5KW 的电动机。3.5 液压管件的确定3.5.1 油管内径确定 由于本系统并未对油管内油液的流速作出规定,因此在整个系统中只需保证各处的流量满足要求即可。初定泵吸油管处流速为1m/s,则由式 计算得d = 10mm,由于油管的管径不宜选得过大,以免使液压装置的结构庞大;但也不能选得过小,以免使管内液体流速加大,系统压力损失增加或产生振动和噪声,影响正常工作。在强度保证的情况下,管壁可尽量选得薄些。薄壁易于弯曲,规格较多,装接较易,采用它可减少管系接头数目,有助于解决系统泄漏问题。考虑到与各液压阀的连接,也为了尽量减少管路中油压的损失,故统一取油管内径为12mm。3.5.2 管接头管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式连接件,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、工艺性好等各项条件。液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上,为此对管材的选用,接头形式的确定(包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等),管系的设计(包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等)以及管道的安装(包括正确的运输、储存、清洗、组装等)都要慎审从事,以免影响整个液压系统的使用质量。第4章 液压机液压系统性能的运算4.1压力损失和调定压力的确定 (1)进油管中的压力损失由上述计算可知,工进时油液流动速度较小,通过的流量为1.24L/min,主要压力损失为阀件两端的压降可以省略不计。快进时液压杆的速度=5.6m/min,此时油液在进油管的速度V=4.34m/s1)沿程压力损失:沿程压力损失首先要判断管中的流动状态,此系统采用N32号液压油,室温为20度时,所以有=954.82320油液在管中的流动状态为层流,则阻力损失系数=0.079,若取进油和回油的管路长均为4m,油液的密度为=900,则进油路上的沿程压力损失为=0.122MPa.2)局部压力损失: 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失,由于管道安装和管接头的压力损失一般取沿程压力损失的10%,而通过液压阀的局部压力损失则与通过阀的流量大小有关,若阀的额定流量和额定压力损失分别为,则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失,由算得=0.19MPa小于原估算值0.5MPa,所以是安全的。则进油路上的压力总损失为:0.122+0.0122+0.190.3242MPa(2)回油管路上的压力损失:快进时回油路上的流量50.47L/min,则回油管路中的速度v=1.2m/s,由此可以计算出=3602320,油液在管中的流动状态为层流,则阻力损失系数0.208,所以回油路上的沿程压力损失为0.02MPa。而通过液压阀的局部压力损失:0.05MPa则回油路上的压力总损失为:0.02+0.002+0.05=0.072MPa由上面的计算所得求出总的压力损失:=0.36MPa这与估算值相符。4.2 油液温升的计算在整个工作循环中,工进和快进快退所占的时间相差不大,所以,系统的发热和油液温升可用一个循环的情况来计算。(1)快进时液压系统的发热量快进时液压缸的有效功率为:374W泵的输出功率为:=524W因此快进液压系统的发热量为: =150W(2) 快退时液压缸的发热量快退时液压缸的有效功率为:=374W泵的输出功率为:=485W快退时液压系统的发热量为:=111W(3)压制时液压缸的发热量压制时液压缸的有效功率为:=378W泵的输出功率=481W因此压制时液压系统的发热量为:=103W总的发热量为:H=150+111+103=364W则求出油液温升近似值为:=6.7温升没有超出允许范围,液压系统中不需要设置冷却器。4.3 散热量的计算当忽略系统中其他地方的散热,只考虑油箱散热时,显然系统的总发热功率H全部由油箱来考虑。这时油箱散热面积A的计算公式为式中 A油箱的散热面积()H油箱需要的散热功率(W) 油温(一般以考虑)与周围环境温度的温差 K散热系数。与油箱周围通风条件的好坏而不同,通风很差时K=89,良好时K=1517.5;风扇强行冷却时K=2023;强迫水冷时K=110175。这里取自然良好的通风散热,所以油箱散热面积A为:3.2结 论本设计为小型液压机,可广泛用于塑性材料的压制加工工艺,如压制、冲裁、弯曲、翻边、薄板拉伸等;也可用于校正、砂轮成型、金属零件的冷挤成型等工艺。通过本设计者对该机所进行结构设计与计算,得出如下结论:1.根据本文对工作缸的强度进行计算及校核,其结果完全满足设计要求;此外还对上横梁强度和刚度进行计算,其强度和刚度均满足设计要求。2.本液压机采用活塞式液压缸,因为活塞式液压缸可以两个方向作用,即能完成工作行程,又可实现回程,因此简化了液压机的结构,使液压机结构紧凑,零件减少,所需安装空间小。致 谢在即将毕业之际,谨借此机会,向所有关心、支持我的老师、同学和朋友致以最诚挚的谢意!首先,忠心感谢我的指导教师XXX老师。X老师渊博的知识、严紧的治学态度、敏锐的洞察力和独到的见解使我受益非浅,并对论文工作的完成产生了直接的影响。X老师在学术上孜孜以求、严谨务实的态度以及生活上平易近人的作风都让我受益终身。值此论文将结束之际,特向X老师致以崇高的敬意。 此外还要感谢宿舍同学,是大家营造了良好的学习环境,在做设计的过程中互帮互助,使我的CAD操作水平比以前有了很大提高,同时较全面的掌握了Word的编辑功能。大学生活至此划上了圆满的句号,在上海电机学院这块土地上有众多莘莘学子辛勤的耕耘,在这块土地上我健康快乐地成长,我永远不会忘记可亲可敬的老师和互帮互助的同学,我永远记得这片土地。最后,衷心感谢在百忙中抽出宝贵时间对论文进行评审的各位专家。参考文献1 陈维民.金属塑性成型设备.校内教材.2010年2 天津锻压机床厂编.中小型液压机设计计算.天津人出版社,3 俞新陆.液压机.机械工业出版社,1990年4 中国机械工程学会塑性工程学会编.锻压手册第三卷(锻压车间设备)第三版.机械工业出版社.20085 王春香.基础材料力学北京科学出版社,20076 刘立军.材料成型设备控制基础北京北京大学出版社,20087 葛正浩,杨立军. 材料成型机械化学工业出版社,20078 黄谊.液压与气压传动机械工业出版社,20009 朱龙根编.简明机械零部件设计.机械工业出版社, 200010 王连明机械设计与课程设计哈尔滨工业大学出版社,200811 阎亚林液压设备设计手册北京工业大学出版社,2006
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