四柱液壓壓力機系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、液 壓 與 氣 壓 傳 動課程設(shè)計說明書學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 設(shè)計題目： 四柱液壓壓力機系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)班級： 機械設(shè)計制造及其自動化2011-1學(xué) 生： 2013年12月1 工況分析與計算1.1 工況分析1.1.1 工作循環(huán)1.1.2 工作循環(huán)圖繪制1.2 負(fù)載分析與計算1.2.1 負(fù)載分析1.2.2 負(fù)載計算（1） 負(fù)載壓力計算（2） 負(fù)載流量計算1.2.3 負(fù)載圖與速度圖繪制2 液壓系統(tǒng)圖的擬定2.1 系統(tǒng)功能分析2.2 系統(tǒng)圖的擬定2.3 系統(tǒng)圖的繪制2.4 系統(tǒng)功能說明3 液壓元件的計算與選擇3.1 確定液壓泵的型號及電動機功率3.2 閥類元件及輔助元件的選擇3.3 元件列表4 液壓缸

2、設(shè)計4.1 液壓缸結(jié)構(gòu)的擬定4.2 液壓缸結(jié)構(gòu)的計算4.3 液壓缸結(jié)構(gòu)圖4.4 液壓缸結(jié)構(gòu)校核5 設(shè)計總結(jié)設(shè)計題目:四柱液壓壓力機系統(tǒng)設(shè)計題目說明： 液壓壓力機是用靜壓力來加工金屬，塑料，橡膠制品的機械，四柱液壓壓力機是在四個主柱之間安置著上，下兩個液壓缸，完成的一半的壓制工藝要求：主缸（上液壓缸）驅(qū)動上滑塊實現(xiàn)“快速下行慢速加壓保壓延時快速返回原位停止”的動作循環(huán)，要求頂出缸（下液壓缸）驅(qū)動下滑塊實現(xiàn)：“向上頂出停留快速返回原位停止”的動作循環(huán)。原本設(shè)計參數(shù)如下：參數(shù)類別參數(shù)值參數(shù)類別參數(shù)值主缸快進(jìn)行程0.5m快進(jìn)速度2.5m/min工進(jìn)行程0.05m工進(jìn)速度0.2-0.8m/min快退行程

3、0.55m快退速度10m/min保壓壓力1520Mpa保壓時間8s加壓時間10s卸壓時間5s 磨具重量3000KN卸壓結(jié)束壓力4Mpa最大載荷800KN頂出缸工作行程0.05m工進(jìn)速度1m/min快進(jìn)行程0.05m快退速度2m/min題目要求：1. 驅(qū)動裝置：雙作用單出桿活塞缸，尾部可調(diào)緩沖2安裝方式：主缸機架采用頭部外法蘭式連接，活塞桿帶動上滑塊移動3控制方式：用行程閥控制主缸快進(jìn)到工進(jìn)的程序換接，用電接點壓力表控制保壓開始和卸壓結(jié)束設(shè)計要求：1. 進(jìn)行工況分析與計算，繪制工況圖（包括速度圖，負(fù)載圖）。2. 擬定液壓系統(tǒng)原理圖，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，繪制電磁鐵動作循環(huán)表。3. 進(jìn)行主液壓缸設(shè)計計

4、算，圖紙繪制。上交材料：1. 設(shè)計說明書一份2. 液壓系統(tǒng)原理圖一張3. 液壓缸裝配圖及部分零件圖一套1工況分析與計算1.1工況分析 本系統(tǒng)中的負(fù)載壓力及執(zhí)行部件的自重較高，系統(tǒng)所需流量較高，功率損失較大，發(fā)熱量大。因此選用雙作用單出活塞缸作為執(zhí)行元件，斜盤式柱塞泵作為動力元件，采用循環(huán)水冷卻。1.1.1工作循環(huán) 主缸（上液壓缸）驅(qū)動上滑塊實現(xiàn)“快速下行慢速加壓保壓延時快速返回原位停止”的動作循環(huán) 頂出缸（下液壓缸）驅(qū)動下滑塊實現(xiàn)：“向上頂出停留快速返回原位停止”的動作循環(huán)。1.1.2工作循環(huán)圖繪制 工作循環(huán)圖見圖1-1?？爝M(jìn)主缸工進(jìn)保壓 快退 頂出缸快進(jìn)工進(jìn)快退 圖1-1 液壓缸工作循環(huán)圖1

5、.2負(fù)載分析與計算1.2.1負(fù)載分析 平衡負(fù)載：1000KN 1)啟動： 2)加速： 3)快下行程： 4)減速： 5)工進(jìn)行程： 6)制動： 7)保壓： 8)快上啟動： 9)快退： 10)制動： 以上式中F-液壓缸載荷 -下行部件所受慣性力 G-模具下行部分重力 -活塞速度變化量 -活塞缸速度變化所用時間。1.2.2負(fù)載計算確定主液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸液壓系統(tǒng)最高工作壓力32mpa，在本系統(tǒng)中選用工作壓力為20mpa。模具下行部分質(zhì)量取1000KN。主液壓缸內(nèi)徑D：根據(jù)GB/T2348-1993 主液壓缸內(nèi)徑D值取圓整主液壓缸活塞桿徑d:根據(jù)GB/T2348-1993，主液壓桿活塞桿直徑取標(biāo)準(zhǔn)值d主=

6、125mm。主液壓缸有桿腔面積：主液壓缸無桿腔面積活塞桿的穩(wěn)定性校核活塞桿總行程為550mm，活塞桿直徑為125mm，因此不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。負(fù)載流量計算負(fù)載壓力計算液壓缸各工作階段的壓力流量及功率見表1-1。 表1-1 液壓缸各工作階段的壓力流量及功率 工況 壓力流量功率快下0122.50工進(jìn)16.329.82665.6快上27.7360 1.2.3負(fù)載圖與工況圖的繪制 主缸工況圖見圖1-2，主缸負(fù)載圖見圖1-3。V() OX(s) 圖1-2 主缸工況圖負(fù)載圖見圖1-3F(N)X(m)O 圖1-3 主缸負(fù)載圖2.液壓系統(tǒng)的擬定2.1系統(tǒng)功能分析 液壓壓力機是一種用靜壓力來加工金屬，塑料，橡

7、膠，粉末制品的機械，在許多工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用。2.2系統(tǒng)圖的擬定本系統(tǒng)為壓力機液壓系統(tǒng)，以力的變換控制為主，應(yīng)從選擇調(diào)壓回路開始系統(tǒng)的設(shè)計。用行程閥控制主缸快進(jìn)到工進(jìn)的程序換接,用電接點壓力表控制保壓開始和卸壓結(jié)束。液壓系統(tǒng)的功率較大，要求溫升較小，采用容積調(diào)速，開式供油系統(tǒng)。系統(tǒng)在不同工作階段需要兩種以上的工作壓力，通過先導(dǎo)式溢流閥來獲取多級壓力。由于在不同的行程中主缸的流量有明顯的變化，因此選用變量泵為系統(tǒng)供油，采用外界油箱補償快進(jìn)行程中所需流量。頂出缸的流量較小，所選變量泵完全能夠提供頂出缸所需流量，因此采用一個油泵為系統(tǒng)供油。由于本系統(tǒng)的壓力流量較大，采用液控?fù)Q向閥控制系統(tǒng)的行程

8、，為了便于操作，采用電液控制換向閥。下行部件的的質(zhì)量較大，采用液控單向閥來平衡下行部件的重力，防止下滑過快。2.3系統(tǒng)圖的繪制 液壓系統(tǒng)圖見圖2-1 圖2-1 液壓系統(tǒng)圖2.4系統(tǒng)功能說明 該系統(tǒng)有一高壓泵供油，控制油路的壓力油是經(jīng)主油路由減壓閥減壓后所得到，現(xiàn)以一般的定壓成型壓制工藝為例，說明該液壓壓力機液壓系統(tǒng)的工作原理，其中壓力機的滑塊的工作情況為：1）快速下行 電磁鐵1YA通電，做先導(dǎo)閥用的換向閥5和上缸主換向閥（液控6接入系統(tǒng)，液控單向閥11被打開，這時系統(tǒng)中油液進(jìn)入液壓缸上腔，因上滑塊在自重作用下迅速下降。而液壓泵的流量較小，所以液壓機頂部補油油箱中的油液經(jīng)液控單向閥12流入液壓缸

9、上腔。其油液流動情況為：進(jìn)油路：泵1-閥7-上缸換向閥6（左位）-閥10-上液壓缸上腔； 補油油箱-閥12-上液壓缸上腔；回油路：上液壓缸下腔-閥11-上缸換向閥6（左位）-下缸換向閥14（中位）-油箱2）慢速加壓 上滑塊在運行中接觸到工件，這時上液壓缸上腔壓力升高，液控單向閥12關(guān)閉，加壓速度便由液壓泵的流量來決定，主油路的油液流動情況與快速下行時相同。3）保壓延時 保壓延時是系統(tǒng)中的壓力升高到時壓力繼電器9起作用，電磁鐵1YA斷電，先導(dǎo)閥5和上液壓缸換向6都處于中位時出現(xiàn)的，保壓時間由電壓力表控制，可在0-24MIN內(nèi)調(diào)節(jié)。保壓時間除了液壓泵在較低壓力下卸荷外，系統(tǒng)中沒有油液流動。其卸荷油

10、路為： 泵1-閥7-上缸換向閥-上缸換向閥6（中位）-下缸換向閥14（中位）-油箱。4）泄壓快速返回 保壓時間結(jié)束后，電壓力表發(fā)出信號，使電磁鐵2YA通電。但為了防止保壓狀態(tài)向快速返回狀態(tài)轉(zhuǎn)變過快，再系統(tǒng)中引起壓力沖擊并使上滑塊動作不平穩(wěn)而設(shè)置了預(yù)泄換向閥組8，它的功用就是在2YA通電后，其控制壓力油必須在上液壓缸上腔卸壓后，才能進(jìn)入主換向閥右腔，使主換向閥6換向。預(yù)泄換向閥8的工作原理是：在保壓階段，這個閥以上位接入系統(tǒng)，當(dāng)電磁鐵2YA通電，先導(dǎo)閥右位接入系統(tǒng)時，控制液流中的壓力油雖然到達(dá)預(yù)泄換向閥組8閥芯的下端，但由于其上端的高壓未曾卸除，閥芯不動。但是，由于液控單向閥，可以在控制壓力低于

11、其主油路壓力下打開，所以有： 上液壓缸上腔-液控單向閥-預(yù)泄換向閥組8（上位）-油箱。 于是上液壓缸上腔的油液壓力被卸除，預(yù)泄換向閥組8的閥芯在控制壓力油作用下向上移動，以其下位接入通道，它一方面切斷上液壓缸上腔通相油箱的通道，一方面是控制油流中的壓力油疏導(dǎo)上缸換向閥6閥芯的右端，使該閥右位接入系統(tǒng)。這是，液控單向閥11被打開，油液流動情況為 進(jìn)油路：泵1-閥7-上缸換向閥6（右位）-閥11-上液壓缸下腔； 回油路：上液壓缸上腔-閥12-補油油箱。 所以，上滑塊快速返回，從回油路進(jìn)入補油油箱中的油液，若超過預(yù)定位置時，可從補油油箱中的溢流管流回油箱。由圖可見，上缸換向閥在由左位切換到中位時，閥

12、芯右端由油箱經(jīng)單向閥補油，在由右位轉(zhuǎn)換到中位時，閥芯右端的油經(jīng)單向閥流回油箱。5）原位停止 原位停止時上滑塊上升至預(yù)定高度，擋塊壓下行程開關(guān)，電磁鐵2YA失電，先導(dǎo)閥和上缸換向閥均處于中位時得到的，這是上缸停止運動，液壓泵再較低壓力下卸荷，由于閥11和安全法13的支撐作用，上滑塊懸空停止。6）液壓壓力機下滑塊（頂出缸）的頂出和返回 下滑快向上頂出時，電磁鐵4YA通電，這是有；進(jìn)油路：泵1-閥7-閥6（中位）-下缸換向閥14（右位）-下液壓缸下腔；回油路：下液壓缸上腔-下缸換向閥14（右位）-油箱。 下滑塊向上移動至下液壓缸中活塞碰上缸塞時，便停留在這個位置上。向下退回時在電磁鐵4YA斷電，3Y

13、A通電時發(fā)生的，這時有進(jìn)油路：泵1-閥7-閥6（中位）-下缸換向閥14（左位）-下液壓缸上腔；回油路：下液壓缸下腔-下缸換向閥14（右位）-油箱. 原位停止是在電磁鐵3YA，4YA均失電，下缸換向閥14處于中位時得到，系統(tǒng)中閥16為下缸安全閥，閥15為下缸溢流閥，有它可以調(diào)整頂出壓力。 電磁鐵及預(yù)泄閥動作順序表見表2-1。 表2-1 液壓壓力機液壓缸工作循環(huán)電磁鐵預(yù)泄閥信號來源 液壓壓力機液壓缸工作循環(huán) 上滑塊 下滑塊快速下行慢速加壓保壓延時快速返回原 快位 速停 頂止 出停留返回原位停留V主缸頂出缸1YA+-按鈕啟動2YA+-繼電器控制預(yù)泄閥上下3YA+-按鈕控制4YA+-按鈕啟動3液壓元件

14、的計算與選擇3.1確定液壓泵的型號及電動機功率 確定液壓泵的最高工作壓力（為第三部分所計算的液壓系統(tǒng)最大壓力，由于管路比較復(fù)雜系統(tǒng)取1.5Mpa） 確定液壓泵的最大供油量式中：K-考慮系統(tǒng)中有泄漏等因素的修正系數(shù)，本系統(tǒng)中流量較大K取1.1 -為主缸最大流量與頂出缸最大流量之和 選擇液壓泵規(guī)格根據(jù)機械設(shè)計手冊選擇A7V500式斜盤式柱塞泵作為供油方式。A7V500型柱塞泵的性能參數(shù)：壓力：35Mpa 排量：500 轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)矩：2782。 確定液壓泵的驅(qū)動功率P為液壓泵的最大工作壓力；q為液壓泵的輸出流量；為液壓泵的總效率。確定液壓泵的驅(qū)動電動機根據(jù)選擇電動機，查閱機械設(shè)計手冊選擇JS127-

15、4型三相異步電動機作為液壓泵的驅(qū)動電動機。JS127-4型三相異步電動機的性能參數(shù)：功率：260KW 轉(zhuǎn)速：14753.2閥類元件及輔助元件的選擇液壓管道的計算：管道用于輸送有壓工作介質(zhì)，管道內(nèi)徑液壓管道的兩主要參數(shù)q-通過油管的最大流量V-油管中的允許流速高壓管允許流速為2.5-5m/s,由于本系統(tǒng)油液流速較高取油管中油的流速為5m/s根據(jù)計算結(jié)果取油管內(nèi)徑為41mm 根據(jù)油管的內(nèi)徑校核液壓系統(tǒng)性能采用N32液壓油，油液在管中的流速為5m/s沿程壓力損失管中為層流，則阻力損失系數(shù)：取油管長度均為2m，油液密度為890,則進(jìn)油路上的沿程壓力損失為：局部壓力損失：包括管道安裝和管接頭的壓力損失和

16、通過液壓閥的局部壓力損失前者一般取沿程壓力損失的10%，后者在本系統(tǒng)中可以忽略，則總壓力損失為：符合之前的假設(shè)，因此壓力損失符合要求。液壓油箱計算：液壓壓力機屬于鍛壓機械a的范圍為612在本系統(tǒng)中取10根據(jù)JB/T 7983-1999選擇油箱容量為5000L。系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升設(shè)油箱的三個邊長在1:1:1-1:2:3范圍內(nèi)，則散熱面積為：由于本系統(tǒng)流量壓力較大在自然通風(fēng)良好時：所以溫升為136.84度，不符合要求因此需要外加水冷設(shè)施。采用循環(huán)水冷卻時：取符合散熱要求。3.3元件列表根據(jù)管路中的最大壓力與最大流量選取元件如下：元件名稱元件型號1斜盤式軸向柱塞變量泵A7V5002先導(dǎo)式溢流閥DB32

17、BG23溢流閥DBDS30K4.減壓閥RCT10H-225電液三位四通換向閥H-4WEH326液控三位四通換向閥HWH32T7順序閥DZ3218預(yù)泄順序閥(液控單向閥，2單向閥) 9電壓力表YXC-10010單向閥11單向閥 液控單向閥行程閥2CT1022調(diào)速閥F3FG109912液控單向閥13溢流閥DBDS30K14先導(dǎo)式電液三位四通換向閥H-4WEH3215溢流閥DBDS30K16溢流閥DBDS30K4.液壓缸的設(shè)計4.1液壓缸結(jié)構(gòu)的擬定本系統(tǒng)中的壓力較大，采用雙作用單出活塞缸作為執(zhí)行元件。選擇碳鋼作為缸筒材料缸前端與機架，底座與缸體，缸體與缸套，缸體與后蓋均采用法蘭連接。由于系統(tǒng)負(fù)載較大

18、采用后端可調(diào)緩沖。由一個單向閥與一個節(jié)流閥構(gòu)成，端蓋底座和法蘭間采用螺栓連接，共采用12個螺栓。根據(jù)活塞中間支撐環(huán)大約20mm,兩邊各向外擴展10mm，安放一對Y型密封環(huán)，Y型密封環(huán)寬度20mm。再兩邊各向外取10mm，活塞軸向長度為以上長度之和。活塞與缸筒間采用Y型密封圈密封，端蓋與活塞間采用Y型密封圈密封。4.2液壓缸結(jié)構(gòu)的計算液壓缸油口尺寸計算=mm根據(jù)計算結(jié)果取液壓缸油口直徑為d=50mm。筒壁厚計算選材料為碳鋼=150D=250 取 根據(jù)計算結(jié)果取缸筒壁厚為mm。缸筒底部厚度 =0.433 =52mm根據(jù)計算結(jié)果取缸筒底部厚度為h=60mm。4.3液壓缸結(jié)構(gòu)圖 圖4-1為液壓缸結(jié)構(gòu)圖 圖4-1 液壓缸結(jié)構(gòu)圖4.4液壓缸結(jié)構(gòu)校核筒壁厚校核額定工作壓力P，應(yīng)該低于一個極限值=0.35=76Mpa滿足要求螺栓連接的校核螺紋處拉應(yīng)力為：=27.7Mpa=N取K=4=31 螺栓數(shù)為12 滿足強度要求5.設(shè)計小結(jié) 1）本次課程設(shè)計中所設(shè)計的四柱液壓壓力機液壓系統(tǒng)能夠完成：主缸（上液壓缸）驅(qū)動上滑塊實現(xiàn)“快速下行慢速加壓保壓延時快速返回原位停止”的動作循環(huán)。頂出缸（下液壓缸）驅(qū)動下滑塊實現(xiàn)：“向上頂出停留快速返回原位停止”的動作循環(huán)。2. ）液壓系統(tǒng)用行程閥控制主缸快進(jìn)到工進(jìn)的程序換接，用電