小型單缸立式液壓機課程設(shè)計

1、Cq 11 effB 好締學(xué)皖 液壓傳動課程設(shè)計 題目名稱 小型單缸立式液壓機 專業(yè)班級 16級機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 如花 學(xué)號 1234567890 指導(dǎo)教師 李培 機械與車輛工程學(xué)院 二O七年五月二十四 日 Cq11effB 目錄 工作原理1 引言2 第1章 根據(jù)設(shè)計要求進行工況分析 3 1.1液壓系統(tǒng)的工作要求3 1.2負(fù)載分析和運動分析 3 1.2.1確定執(zhí)行元件的形式3 1.2.2負(fù)載分析3 1.2.3運動分析4 1.2.4液壓機液壓缸負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖 5 1.3確定系統(tǒng)主要參數(shù)5 1.4制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)圖 7 1.4.1調(diào)速回路的選擇7 1.4.2三位四

2、通電磁換向閥的選擇 8 1.4.3保壓回路的選擇8 1.4.4快速回路的選擇9 1.4.5平衡回路的選擇1.0. 第2章液壓元件參數(shù)計算與選擇 1.2. 2.1確定液壓缸的主要參數(shù) 1.2. 2.1.1初選液壓缸的工作壓力 1.2. 2.1.2確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 12. 2.1.3確定液壓缸的工作壓力、流量和功率 12. 2.2液壓泵及其驅(qū)動電動機的選擇 1.3. 2.3液壓控制閥的選擇 1.4 2.4選擇壓力表1.4 2.5選擇輔助元件1.4 2.6過濾器的選擇1.6 2.7液壓系統(tǒng)驗算1.6 第3章液壓油缸的設(shè)計1.7 3.1引言1.7 3.2液壓缸的設(shè)計計算1.7 Bnglnl C

3、Qllegra 3.2.1缸筒和缸蓋組件 1.7. 322排氣裝置 19 3.3活塞及活塞桿組件 19 3.3.1 確定活塞及活塞桿的連接形式 1.9. 3.3.2 選擇活塞及活塞桿的材料 19 3.3.3 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu) 1.9 3.3.4 活塞桿的結(jié)構(gòu) 1.9. 3.3.5 活塞桿的強度校核 20 3.3.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 20. 3.3.7 活塞 20 3.3.8 緩沖裝置 21 3.4缸體長度的確定 第4章 液壓油箱設(shè)計. 21 22 4.1 引言 22 4.2 油箱的類型 22 4.3 油箱的容量 22 4.4 油箱設(shè)計 2.3 4.4.1 箱頂、通氣器、 注油口

4、23 4.4.2 箱壁、清洗孔、 吊耳（環(huán)）、液位計 23. 4.4.3 箱底、放油塞、 支腳 23 4.4.4 隔板和除氣網(wǎng) 24 4.4.5 管路的配置 24 25 參考文獻 26 Ekingbu Cq 11 eff B 工作原理 根據(jù)滑塊重量為20KN ,為了防止滑塊受重力下滑，可用液壓方式平衡滑塊 重量。設(shè)計液壓缸的啟動、制動時間為t=0.02s。液壓機滑塊上下為直線往復(fù) 運動，且行程較小，故可選單桿液壓缸作執(zhí)行器，且液壓缸的機械效率 cm 0.9 1。 因為液壓機的工作循環(huán)為快速下降、慢速加壓、保壓、快速回程四個階段。各個 階段的轉(zhuǎn)換由一個三位四通的換向閥和一個二位二通的換向閥控制。

5、當(dāng)三位四通 換向閥工作在左位時實現(xiàn)快速回程。中位時實現(xiàn)液壓泵的卸荷，亦即液壓機保壓。 工作在右位時實現(xiàn)液壓泵的快進和工進。其工進速度由一個調(diào)速閥來控制。快進 和工進之間的轉(zhuǎn)換由二位二通換向閥控制。 液壓機快速下降時，要求其速度較快， 減少空行程時間，液壓泵采用全壓式供油，且采用差動連接。由于液壓機壓力比 較大，所以此時進油腔的壓力比較大，所以在由保壓到快速回程階段須要一個節(jié) 流閥，以防在高壓沖擊液壓元件，并可使油路卸荷平穩(wěn)。為了對油路壓力進行監(jiān) 控，在液壓泵出口安裝一個溢流閥，同時也對系統(tǒng)起過載保護作用。因為滑塊受 自身重力作用，滑塊要產(chǎn)生下滑運動。所以油路要設(shè)計一個單向閥，以構(gòu)成一個 平衡回

6、路，產(chǎn)生一定大小的背壓力，同時也使工進過程平穩(wěn)。在液壓力泵的出油 口設(shè)計一個單向閥，可防止油壓對液壓泵的沖擊，對泵起到保護作用。 1 液壓機作為一種通用的無削成型加工設(shè)備， 其工作原理是利用液體的壓力傳 遞能量以完成各種壓力加工的。其工作特點之一是動力傳動為“柔性”傳動，不 象機械加工設(shè)備一樣動力傳動系統(tǒng)復(fù)雜，這種驅(qū)動原理避免了機器過載的情況。 一切工程領(lǐng)域，凡是有機械設(shè)備的場合，均可采用液壓技術(shù)，它的發(fā)展如此 之快，應(yīng)用如此之廣，其原因是液壓技術(shù)有著優(yōu)異的特點，歸納起來液壓機的液 壓系統(tǒng)傳動方式具有顯著的優(yōu)點：液壓機單位重量的輸出的功率和單位尺寸的輸 出功率；液壓傳動裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、布

7、置靈活，易實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范 圍寬，便于與電氣控制相配合實現(xiàn)自動化；易實現(xiàn)過載保護和保壓，安全可靠； 元件易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；液壓易與微機控制等新技術(shù)相結(jié)合，構(gòu) 成“機-電-液-光”一體化便于實現(xiàn)數(shù)字化。 5 第1章根據(jù)設(shè)計要求進行工況分析 1.1液壓系統(tǒng)的工作要求 某小型單杠立式液壓機的工作循環(huán)為快速空程下行一慢速加壓一保壓一快 速回程一停止?；瑝K的快速往返速度為3m/min，加壓速度為40-250mm/min ， 壓制力為200000N，運動部件總重為20000N，要求采用液壓方式實現(xiàn)運動部件 的平衡；不考慮各種損失。下圖為動作循環(huán)圖。 原位 停留 快還 圖1-1工作循環(huán)圖

8、1.2負(fù)載分析和運動分析 1.2.1確定執(zhí)行元件的形式 液壓機為立式布置，滑塊做上下直線往復(fù)運動，往返速度相同，故可以選缸 筒固定的單桿雙作用活塞液壓缸（取缸的機械效率n m=0.9），作為執(zhí)行元件驅(qū)動 滑塊進行壓制作業(yè)。 1.2.2負(fù)載分析 1、快速下降：啟動加速 Fi1= ?嚴(yán)=竺0 ? ? 10 3十60 172.788 ml? 符合系統(tǒng)對流量的要求。 不計任何損失，液壓泵的最大理論功率即為液壓缸工作時所需的最大功率 Pp=1139.02W。查手冊，選用規(guī)格相近的Y100L24型封閉式三相異步電動機電 機，其額定功率為3KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速1420r/min。 按所

9、選電動機轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，液壓泵的最大實際排量為： ?= ? 1420 X20O X0.9= 255.6 L?233.263 L? 滿足使用要求。 2.3液壓控制閥的選擇 根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)原理圖, 計算分析通過各液壓閥的最高壓力和最大流量, 由設(shè)計手冊，選擇液壓閥的規(guī)格，如下表: 2.4選擇壓力表 系列名稱 型號 測量范圍/Mpa Y 系列壓力表 YN型耐振壓力表 060 YX型耐振電接點壓力表 060 表1-3壓力表型號 元件名稱 技術(shù)規(guī)格 公稱壓力/Mpa 通徑/mm 流量 / (L/min ) 單向閥 31.5 32 200 溢流閥 31.5 32 200 三位四通電磁換向閥 31.

10、5 32 200 液控單向閥 31.5 32 200 減壓閥 25 32 200 二位二通電磁換向閥 31.5 32 200 表1-4閥的規(guī)格表 2.5選擇輔助元件 油管內(nèi)徑一般可參照所接元件接口尺寸確定， 也可按管路允許流速進行計算 管道內(nèi)徑及壁厚液壓管道的兩個主要參數(shù)，計算公式如下： (2 1) (2 2) ?=竺 ? ? ? 2? 式中q 通過油管的最大流量，m3; 油管中允許流速，（取值見表1-5 ）, m/s ; d 油管內(nèi)徑，m ； 油管厚度，m ； P管內(nèi)最高工作壓力，MPa； b管材抗拉強度，MPa; 1、高壓油管取內(nèi)徑 d=25mm，則: 符合油管中的允許流速 4 X 0.0

11、03534291 ?= 0.0322 X3.14 =4.4m/s 管材為45鋼，其壁厚為： ? 3.64 X0.032 X8 2 X600 0.7765? 取壁厚 =1mm。 2、對吸油管取內(nèi)徑d=60mm，貝 4 X 0.003534291 ?= 0.062 X3.14 =1.25m/s 符合油管中的允許流速 管材為45鋼，其管內(nèi)壓力幾乎為零，取其壁厚=1mm 3、對回油管取內(nèi)徑d=45mm，貝 n安全系數(shù) 油液流經(jīng)油管 吸油管 高壓管 回油管 短管及局部收縮處 允許流速 0.5 1.5 2.5 5 1.5 2.5 57 表1-5油管流速表 管內(nèi)最高工作壓力/MPa 17.5 7 17.5

12、17.5 安全系數(shù) 8 6 4 表1-6管內(nèi)安全系數(shù)表 ?= 4 X 0.003534291 0.0452 X 3.14 =2.22m/s 符合油管中的允許流速 管材為45鋼，其管內(nèi)壓力最大時為0.41MPa，接近于零，取其壁厚 =1mm 2.6過濾器的選擇 類型 額定壓力/Mpa 流量 /(L/mi n) 過濾精度/微米 NXJ箱內(nèi)吸油過濾器 0.007 （原始壓力損失） 251000 80 180 表1-7過濾器型號表 2.7液壓系統(tǒng)驗算 前述液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計是在某些估計參數(shù)情況下進行的。當(dāng)系統(tǒng)原理圖、 組成原件及連接管路等設(shè)計完成以后，針對實際情況對設(shè)計進行各項性能分析計 算。其目的在

13、于對系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量做出評價和評判，若出現(xiàn)問題，則應(yīng)對液壓系 統(tǒng)某些不合理的設(shè)計進行修正或重新調(diào)整，或重新采取必要的措施。性能驗算內(nèi) 容一般包括壓力損失、效率、發(fā)熱和升溫、液壓沖擊等，對于重要的系統(tǒng)，還應(yīng) 對其動態(tài)性能進行驗算或計算機仿真。計算時只采用一些簡化的公式以求得概略 的結(jié)果。 由于系統(tǒng)不考慮各種損失，且液壓系統(tǒng)比較簡單，因此不必進行液壓系統(tǒng)性 能驗算。 17 第3章液壓油缸的設(shè)計 3.1引言 液壓缸有多種類型。按結(jié)構(gòu)特點可分為活塞式、柱塞式和組合式三大類； 按作用方式又可分為單作用式和雙作用式兩種。在雙作用式液壓缸中，壓力油 可供入液壓缸的兩腔，使缸實現(xiàn)雙向運動。由于該系統(tǒng)自身的特點，

14、液壓缸采 用雙作用式活塞式液壓缸。 3.2液壓缸的設(shè)計計算 3.2.1缸筒和缸蓋組件 1、確定液壓缸油口尺寸 液壓缸的油口包括油口孔及連接螺紋。 油口可布置在缸筒或缸蓋上，油 口直徑d。應(yīng)根據(jù)活塞最大速度 max和油口最高流速0確定，計算公式如下： (3 1) ? ?= 0.13?Z O 式中D液壓缸內(nèi)經(jīng)，m ; max液壓缸最大輸出流速，m/min ； o 油口流動速度，m/min，般不大于5m/s。 對于無桿腔部位油口： ? = 0.13 X0.2V-3- = 0.0215? 4.4 選取M22 1.5的鏈接螺紋尺寸。 對于有桿腔部位油口： ? =0.13 X0.2 5 0.0201? 選

15、取M22 1.5的螺紋連接尺寸。 2、確定缸筒和缸蓋的連接形式 居于本設(shè)計，缸筒和缸蓋的連接形式選用法蘭連接 3、選擇缸筒和缸蓋材料 缸筒選材：鑄鋼45 前缸蓋選材：鑄鋼45 后缸蓋選材：鑄鋼45 4、計算缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)參數(shù) 缸筒壁厚的計算 ?= ? 2.3?- ? 1.5 X3.14 X 0.2 2.3 X120 - 1.5 X3.14 =3.47? 式中p液壓缸工作壓力，MPa; Py 試驗壓力，MPa,工作壓力p + = + = 110? 20 2 20 2 L液壓缸最大行程，mm ; D缸筒內(nèi)經(jīng)，mm ; 導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合采用H7/g6。導(dǎo)向套內(nèi)徑的配合一般多為 H8/f9

16、 （或H9/f9 ），其表面粗糙度為 活塞寬度B= （0.61） D=120200mm，其中D為液壓缸內(nèi)經(jīng)； 導(dǎo)向套滑動面的長度 A= （0.61） D=120200mm ; 取活塞寬度B=120mm導(dǎo)向套滑動面的長度A=120m，液壓缸缸底厚度H=20mm 液壓缸缸蓋厚度H=20mm 液壓缸缸體內(nèi)部長度為液壓缸行程長度、中隔圈寬度與活塞寬度之和，即： 200 + 120 + 25 = 345mm 液壓缸缸體外形長度為液壓缸內(nèi)部長度、導(dǎo)向套寬度與缸蓋厚度之和，即： 345 + 80 + 60 = 485mm 第4章液壓油箱設(shè)計 4.1引言 液壓油箱簡稱油箱，它往往時一個功能組件，在液壓系統(tǒng)中主

17、要用于儲存液 壓油、散發(fā)油液熱量、溢出空氣及消除泡沫和安裝元件等。 按新近的液壓系統(tǒng)污染控制理論的要求，油箱不應(yīng)該時一個容納污垢的場合， 而要求在油箱中油液本身時達到一定清潔度等級的油液，并以這樣清潔的油液提 供給液壓泵及整個液壓系統(tǒng)的工作油路。 4.2油箱的類型 按油箱的結(jié)構(gòu)和用途分，通常分為整體式油箱、兩用油箱和獨立郵箱三種類 型。整體式郵箱是指在液壓系統(tǒng)或機器內(nèi)部的構(gòu)件內(nèi)形成的油箱；兩用油箱是指 液壓油與機器中的其他目的的用油的公用油箱， 獨立油箱是應(yīng)用最應(yīng)用最廣泛的 一類油箱，其熱量主要通過油箱壁靠輻射和對流作用散發(fā)， 因此油箱是盡可能窄 而高的形狀。 根據(jù)油箱液面與大氣是否相通，又可

18、分為開式油箱和閉式油箱。 因此本系統(tǒng)選用開式油箱。 4.3油箱的容量 油箱的容量是油箱的基本參數(shù)。油箱的容量包括油液的容量和空氣的容量。 油箱的容量可用經(jīng)驗法或根據(jù)散熱加以確定，本符合 JB/T 79381999 液壓泵站油箱公稱容量系列的規(guī)定。 用經(jīng)驗法確定油箱的容量注意一下三種情況： 油箱的容量通常為液壓泵每分鐘排出體積額定值的 35倍； 采用定量泵或非壓力補償變量泵的液壓系統(tǒng)，油箱容量的要大于 泵流量的3倍以上； 采用壓力補償壓力油泵時，應(yīng)盡量提供至少為系統(tǒng)每分鐘所需油 液體積的平均值（以升記）3倍的油箱容積。 21 Cq11effo 本系統(tǒng)液壓泵為單聯(lián)葉片泵，其每分鐘輸出油液的流量為3

19、00L/min，根 據(jù)情況，選用公稱油箱容積為1000L的油箱。油箱的外形長、寬、高 分別為2340mm 860mm 815mm此油箱為不帶支腳油箱，取油箱的壁厚 為8mm 4.4油箱設(shè)計 4.4.1箱頂、通氣器、注油口 油箱的頂部結(jié)構(gòu)取決于它上面安裝的元件。當(dāng)箱頂上安裝泵組時，頂板厚度 為側(cè)板的四倍，以免產(chǎn)生振動。 箱頂上一般要設(shè)置通氣器、注油口，通氣器常為附帶注油口的結(jié)構(gòu)。 取下通 氣帽可以注油，放回通氣帽即成通氣過濾器。通氣過濾器的網(wǎng)眼應(yīng)小于250 m， 過流量應(yīng)大于20L/min，過濾精度不小于40 m，其容量應(yīng)為液壓泵容量兩倍。 油箱箱頂上的螺紋孔應(yīng)該用盲孔（不通孔），以防止污染物落

20、入油箱內(nèi)。 4.4.2箱壁、清洗孔、吊耳（環(huán)）、液位計 當(dāng)箱頂與箱壁之間不可拆連接時，應(yīng)在箱壁上至少設(shè)置一個清洗孔。清洗孔 的數(shù)量與位置應(yīng)便于用手清洗油箱所有內(nèi)表面。清洗口蓋板應(yīng)能由一個人拆裝。 清洗孔蓋板應(yīng)配有可重復(fù)使用的彈性密封圈。 為了便于油箱搬運，應(yīng)在油箱四角上方焊接吊耳，對于無支腳油箱應(yīng)設(shè)置起 吊用孔。液位計一般設(shè)置在油箱外壁上，并靠近注油口，以便于注油時觀測液面。 液位計的下刻線至少比吸油過濾器或吸油管上緣高出75mm，以防止吸入空氣。 4.4.3箱底、放油塞、支腳 應(yīng)在箱底設(shè)置放油塞（M18X 1.5 ），以便于油箱清洗和油液更換。為此箱 底應(yīng)朝清洗孔和放油塞傾斜，傾斜坡度通常為1/251/20，這樣就可以使沉積物 （油泥和水）聚集到油箱中的最低點。 為了便于放油和搬運，應(yīng)把油箱架起來，油箱至少離地150mm。但本設(shè)計 選用無支腳油箱，因此不設(shè)置支腳。 444隔板和除氣網(wǎng) 油箱中，尤其是在油液容量超過 100L的油箱中應(yīng)設(shè)置隔板。隔板要把系統(tǒng) 吸油區(qū)和回油區(qū)隔開，并盡可能使油液在油箱內(nèi)沿油箱壁環(huán)流。隔板缺口處要 有足夠大的過流面積，使環(huán)流速度為0.30.6m/s。溢流式隔板的高度不應(yīng)低于 液面高度的2/3 ;隔板下應(yīng)有缺口，使吸油側(cè)的沉淀物經(jīng)此缺口以至回油側(cè)，并 經(jīng)放油口排出。為了有助于油液中的氣泡浮出液面