小型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)_百度文庫(kù)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文小型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化年級(jí)班別 09機(jī)制一班學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名 汪 康指導(dǎo)教師 王霞(副教授JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY目錄摘要 .4 Abstract . 5 緒論 .6 1 任務(wù)分析 .9 1.1 技術(shù)要求 .9 1.2 任務(wù)分析 .91.3 運(yùn)動(dòng)情況分析 .102 工況分析 .11 2.1 工作負(fù)載 .11 2.2 摩擦負(fù)載 .11 2.3 慣性負(fù)載 .112.4 液壓缸在各工作階段的負(fù)載 .113 速度循環(huán)圖和負(fù)載循環(huán)圖 .124 液壓系統(tǒng)原理圖 .13 4.1確定供油方式 .13 4

2、.2 調(diào)速方案的選擇 .13 4.3 液壓系統(tǒng)圖圖分析 .134.4 液壓系統(tǒng)原理圖 .145 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 .15 5.1 液壓缸主要尺寸的確定 .15 5.2 各工作階段液壓缸所需的流量 .16 5.3 液壓元件及輔助元件的確定 .17 5.4 確定管道尺寸 .20 5.5液壓油箱容積的確定 .21 5.6液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算 .21 5.7液壓缸工作行程的確定 .22 5.8缸蓋厚度的確定 .22 5.9最小尋向長(zhǎng)度的確定 .22 5.10缸體長(zhǎng)度的確定 .236 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 .23 6.1 壓力損失的驗(yàn)算 .23 6.2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 .26 6.3 螺栓校核

3、 .27 結(jié)論 .28 致謝 .29 參考文獻(xiàn) .30摘 要作為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要技術(shù)手段, 液壓技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng) 用。液壓壓力機(jī)是壓縮成型和壓注成型的主要設(shè)備,適用于可塑性材料的壓制工藝。如沖壓、彎曲、 翻邊、薄板拉伸等。也可以從事校正、壓裝、砂輪成型、冷擠金屬零件成型、塑料制品及粉末制品的 壓制成型。本文根據(jù)小型壓力機(jī)的用途特點(diǎn)和要求,利用液壓傳動(dòng)的基本原理,擬定出合理的液壓 系統(tǒng)圖, 再經(jīng)過必要的計(jì)算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù), 然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。小型壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)呈長(zhǎng)方形布置,外形新穎美觀,動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng),結(jié)

4、構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、動(dòng)作靈敏可靠。該機(jī)并設(shè)有腳踏開關(guān),可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)工藝動(dòng)作的循環(huán)。關(guān)鍵詞:現(xiàn)代機(jī)械、液壓技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、小型液壓機(jī)、液壓傳動(dòng)。AbstractAs one of the modern machinery equipment transmission and control important technical, the hydraulic technology has been widely applied in various fields of the national economy. The hydraulic press is the main equipment of

5、compression molding and injection molding, pressing technology of plasticity in materials. Such as stamping, bending, flanging, such as tensile plate. It can also be engaged in pressing correction, pressing, wheel molding, and cold extrusion molding metal parts, plastic products and powder products.

6、 In this paper, according to the use of small press characteristics and requirements, using the basic principle of hydraulic transmission, draw up reasonable schematic diagram, and then after the necessary calculation to determine the parameters of hydraulic system, structure design and then accordi

7、ng to these parameters to choose the specifications of the hydraulic components and systems. Hydraulic system of the small press has rectangular layout, novel and beautiful appearance, powered by the hydraulic system, simple structure, compact, flexible and reliable action. This machine is equipped

8、with the foot switch, can realize semiautomatic process action cycle.Keywords:modern machinery, hydraulic technology, system design, small hydraulic machines, hydraulic transmission.緒論1 概述隨著近 50年的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展, 液壓技術(shù)已經(jīng)成為了一門影響現(xiàn)代機(jī)械裝備 技術(shù)的重要基礎(chǔ)學(xué)科和基礎(chǔ)技術(shù),液壓機(jī)是一種利用液體壓力來傳遞能量 , 以實(shí)現(xiàn)各種壓 力加工工藝的機(jī)床。隨著新工藝及新技術(shù)的應(yīng)用,液壓機(jī)在金屬加工

9、及非金屬成形方面 的應(yīng)用越來越廣泛,在機(jī)床行業(yè)中的占有份額正在大幅度。由于液壓機(jī)在工作中的廣泛 適應(yīng)性,使其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。如板材成型;管、線、型材擠壓; 粉末冶金、塑料及橡膠制品成型;膠合板壓制、打包;人造金剛石、耐火磚壓制和炭極 壓制成型;輪軸壓裝、校直等等。各種類型液壓機(jī)的迅速發(fā)展,有力地促進(jìn)了各種工業(yè) 的發(fā)展和進(jìn)步。八十年代以來,隨著微電子技術(shù)、液壓技術(shù)等的發(fā)展和普及應(yīng)用,液壓 機(jī)有了更進(jìn)一步的發(fā)展。目前,液壓機(jī)的最大標(biāo)稱壓力已達(dá) 750MN ,用于金屬的模鍛成 型。眾多機(jī)型已采用 CNC 或工業(yè) PC 機(jī)來進(jìn)行控制,使產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率有了極 大的提高。隨著人們

10、生活水平的提高,金屬壓制和拉伸制品的需求逐年提高,同時(shí),對(duì) 產(chǎn)品品種的需求也越來越多,另一方面產(chǎn)品的生產(chǎn)批量日益縮小。為與中、小批量生產(chǎn) 相適應(yīng),需要能夠快速調(diào)整的加工設(shè)備,這使液壓機(jī)成為理想的成型工藝設(shè)備。特別是 當(dāng)液壓機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有對(duì)壓力、行程速度單獨(dú)調(diào)整功能后,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件以 及不對(duì)稱工件的加工,而且,實(shí)現(xiàn)了極低的廢品率。這種加工方式還適合于長(zhǎng)行程、難 成型以及高強(qiáng)度的材料。可變的動(dòng)力組合、短的加工時(shí)間、根據(jù)工件長(zhǎng)度的簡(jiǎn)易的壓力 行程調(diào)整,這與機(jī)械加工系統(tǒng)相比,有其優(yōu)越性。2 液壓機(jī)的工作原理液壓機(jī)是根據(jù)靜態(tài)下密閉容器中液體壓力等值傳遞帕斯卡原理制成的,是一種利用 液體的壓力來

11、傳遞能量以完成各種成形加工工藝的機(jī)器。 液壓機(jī)的工作原理如下圖所示。 兩個(gè)充滿工作液體的具有柱塞或活塞的容腔由管道連接,件 1相當(dāng)于泵的柱塞,件 2則 相當(dāng)于液壓機(jī)的柱塞。小柱塞在外力 F 1的作用下使容腔內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力 p=F1/A1, A 1為小柱塞的面積,該壓力經(jīng)管道傳遞到大柱塞的底面上。根據(jù)帕斯卡原理,在密閉容器 中液體壓力在各個(gè)方向上處處相等,因此,大柱塞 2上將產(chǎn)生向上的力 F2,使毛坯 3產(chǎn) 生變形, 有 F 2=pA2=F1A 2/A1式中, A 2為大柱塞 2的工作面積。 由于 A 2>A1, 顯然, F 2>F1。 這就是說,液壓機(jī)能利用小柱塞上較小的作用力

12、F 1在大柱塞上產(chǎn)生很大的力 F 2,由式中 還可以看出,液壓機(jī)能產(chǎn)生的總壓力取決于工作柱塞的面積和液體壓力的大小。因此要 想獲得較大的總壓力,只需要增大工作柱塞的總面積或提高液體壓力即可。3 液壓機(jī)的特點(diǎn)及分類液壓機(jī)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(diǎn)一是動(dòng)力傳動(dòng)為“柔性”傳動(dòng),不象機(jī)械加工設(shè)備 一樣動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜,這種驅(qū)動(dòng)原理避免了機(jī)器過載的情況,二是液壓機(jī)的拉伸過程 中只有單一的直線驅(qū)動(dòng)力,沒有“成角的”驅(qū)動(dòng)力,這使加工系統(tǒng)有較長(zhǎng)的生命期和高 的工件成品率。液壓機(jī)有單動(dòng)、雙動(dòng)、三動(dòng)三種基本的動(dòng)作方式。在單動(dòng)方式中,壓頭 (

13、或滑板作為移動(dòng)部件單向移動(dòng)完成壓制過程。這種工作方式?jīng)]有壓邊裝置。單動(dòng)壓 力機(jī)主要用于薄型工件成型中, 適用于卷材和帶型材料。 雙動(dòng)型壓力機(jī)有兩個(gè)移動(dòng)部件, 滑板(或沖頭和模板。其工作過程是,沖頭(或滑板自上而下拉伸沖料,模板充作 固定壓板。在壓制成型后,模板能實(shí)現(xiàn)打料頂出功能?？筛鶕?jù)材料和工件的特征參數(shù)來 調(diào)整模板的壓力。三動(dòng)型壓力機(jī)中,深拉伸滑塊和壓邊滑塊自上而下移動(dòng),由模板實(shí)現(xiàn) 打料動(dòng)作。但是,模板也可以充作壓邊塊來實(shí)現(xiàn)專門的成型操作。這種壓力機(jī)也可以做 雙動(dòng)機(jī)用。由于內(nèi)滑板和壓邊塊相關(guān)連,因此,成型壓力和壓邊力合成整個(gè)系統(tǒng)的總負(fù) 載。按照機(jī)架結(jié)構(gòu)形式液壓機(jī)可分為梁柱式、組合框架型、整體

14、框架式、單臂式等。按 照功能用途液壓機(jī)可分為手動(dòng)液壓機(jī)、鍛造液壓機(jī)、沖壓液壓機(jī)、一般用途液壓機(jī)、校 正、壓裝液壓機(jī)、層壓液壓機(jī)、擠壓液壓機(jī)、壓制液壓機(jī)、打包壓塊液壓機(jī)、專用液壓 機(jī)十組類型。4 國(guó)內(nèi)液壓機(jī)研究和發(fā)展現(xiàn)狀4.1 在生產(chǎn)能力及市場(chǎng)方面,國(guó)內(nèi)液壓機(jī)的產(chǎn)量每年都有很大的增長(zhǎng)率, 其中 2004年,國(guó)內(nèi)液壓機(jī)的銷售額大約在 10億元人民幣, 2005年達(dá)到 13億,到 2006年一季度, 各液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的的全年定單已基本飽和。 2006年,在銷售收入上,國(guó)內(nèi)突破億元的 企業(yè)已超過 3家,如合肥鍛壓機(jī)床有限公司、天津市天鍛壓力機(jī)有限公司、徐州壓力機(jī) 械股份有限公司, 其中合肥鍛壓機(jī)床有限

15、公司、 天津市天鍛壓力機(jī)有限公司在 2005年銷 售收入已突破 2億元。國(guó)內(nèi)液壓機(jī)從產(chǎn)值和銷售收入上和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家比較,還不具有 優(yōu)勢(shì),但從生產(chǎn)的臺(tái)數(shù)和總噸位上比較,在國(guó)際上,我國(guó)的液壓機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)量處于領(lǐng)先地 位。國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)占有率超過 90%,出口產(chǎn)品的產(chǎn)值占總產(chǎn)值的比例很少, 不到 5%,只有少數(shù)企業(yè)的產(chǎn)品具備出口條件,大多出口到第三世界國(guó)家。國(guó)內(nèi)進(jìn)口的液 壓機(jī)多為一些專用液壓機(jī),大部分為日本產(chǎn)品,歐美的產(chǎn)品較少。4.2 在產(chǎn)品的技術(shù)水平上,國(guó)內(nèi)液壓機(jī)單機(jī)的技術(shù)水平達(dá)到了國(guó)際中等或較先進(jìn)水 平。一些液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)或與國(guó)內(nèi)外同行業(yè)的合作,技術(shù)發(fā)展很快。但在一些技術(shù)含量較高

16、的液壓機(jī)中,某些關(guān)鍵技術(shù),如液壓和電控部分,還要通過與國(guó)內(nèi)外 的企業(yè)或研究單位合作,高檔的液壓元件和電控元件還主要依靠進(jìn)口。目前,國(guó)內(nèi)液壓 機(jī)產(chǎn)品還是以單機(jī)或單機(jī)組成的無關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)線為主,主要還是靠人工上下料,帶自動(dòng) 上下料的液壓機(jī)臺(tái)數(shù)還不足 3%, 由多臺(tái)機(jī)器組成的自動(dòng)線基本上還處于起步階段。 從產(chǎn) 品分布上看,低檔的液壓機(jī)主要集中在小噸位上,其臺(tái)數(shù)占有量超過總數(shù)的 70%但產(chǎn)值 不超過 30%,一般為小噸位的四柱或單柱液壓機(jī)。具有一定技術(shù)含量的中檔框架液壓機(jī) 的產(chǎn)值超過 50%用于特殊場(chǎng)合的在控制上比較先進(jìn)的高檔產(chǎn)品產(chǎn)值占有率約在 15%左 右,這類液壓機(jī)一般采用先進(jìn)的電液比例技術(shù),來提高

17、和達(dá)到一定的特殊功能。4.3 在質(zhì)量水平上,隨著用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高,國(guó)內(nèi)各液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè) 越來越重視產(chǎn)品的質(zhì)量問題。由于國(guó)內(nèi)液壓機(jī)的技術(shù)最早是從前蘇聯(lián)引進(jìn)和吸收的,國(guó) 內(nèi)生產(chǎn)的液壓機(jī)在剛度和強(qiáng)度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于日本及韓國(guó)的產(chǎn)品,與歐美的產(chǎn)品相當(dāng)。和國(guó) 外產(chǎn)品比較,我國(guó)的產(chǎn)品在質(zhì)量方面還存在以下不足:在可靠性方面,故障率還比較 大,主要集中在液壓系統(tǒng)方面,多是因?yàn)橐簤汉碗娖髟目煽啃缘鸵鸬?漏油問 題在國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)中較為普遍;關(guān)鍵件的加工質(zhì)量還需提高;在外觀和美學(xué)方面和國(guó) 外公司的產(chǎn)品比較還有一定的差距。總體上講,國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)在質(zhì)量上和國(guó)外一些較知名 公司的產(chǎn)品還有一定的差距,但隨著國(guó)內(nèi)制造

18、商對(duì)質(zhì)量的不斷重視和管理水平的提高, 國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)的質(zhì)量會(huì)接近和趕上國(guó)際水平。5 發(fā)展趨勢(shì)(1高速化,高效化,低能耗。提高液壓機(jī)的工作效率,降低生產(chǎn)成本。(2機(jī)電液一體化。充分合理利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的 完善。(3自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充 分的條件。自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)的在加工。應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整,具有故 障預(yù)處理的功能。(4液壓元件集成化,標(biāo)準(zhǔn)化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接,有效地防止泄漏 和污染。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來方便。1 任務(wù)分析1.1 技術(shù)要求設(shè)計(jì)(論文主要內(nèi)容及進(jìn)度設(shè)計(jì)一臺(tái)小型液壓壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)

19、,要求實(shí)現(xiàn):快速空程下行慢速加壓保壓 快速回程停止工作循環(huán)。主要技術(shù)指標(biāo) (或研究目標(biāo) 快速往返速度為 3m/min,加壓速度為 40-250mm/min,壓制力為 300000N ,運(yùn)動(dòng)部件 總重力為 25000N ,工作行程 400mm ,油缸垂直安裝。1.2 任務(wù)分析根據(jù)滑塊重量為 25000N , 為了防止滑塊受重力的影響而下滑, 在此可用液壓方式平 衡滑塊重量。設(shè)計(jì)液壓缸的啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間為 =0.2s 。液壓機(jī)滑塊上下移動(dòng)為直線往復(fù) 運(yùn)動(dòng),且行程比較小 , 只有 400mm ,所以選單桿液壓缸作執(zhí)行器 , 且液壓缸的機(jī)械效率 m =0.9。因?yàn)橐簤簷C(jī)的工作循環(huán)為快速空程下行 -慢速加

20、壓 -保壓 -快速回程 -停止五個(gè)階段。這 幾個(gè)階段的轉(zhuǎn)換由一個(gè)三位四通的電磁換向閥和一個(gè)二位三通的電磁換向閥控制。當(dāng)三 位四通電磁換向閥工作在左位時(shí)來實(shí)現(xiàn)快速回程,工作在中位時(shí)實(shí)現(xiàn)液壓泵的卸荷,即 液壓機(jī)保壓,工作在右位時(shí)實(shí)現(xiàn)液壓泵的快進(jìn)和工進(jìn)。液壓機(jī)的工進(jìn)速度由一個(gè)調(diào)速閥 來控制?？爝M(jìn)和工進(jìn)之間的轉(zhuǎn)換由二位三通電磁換向閥控制。液壓機(jī)快速下降時(shí),液壓 泵采用全壓式供油,且采用差動(dòng)連接,可以滿足其要求的速度快,減少了空程時(shí)間。由 于液壓機(jī)壓力比較大,所以此時(shí)進(jìn)油腔的壓力比較大,所以在由保壓到快速回程階段則 要一個(gè)順序閥,可以防止高壓沖擊液壓元件,并可使油路卸荷過程平穩(wěn)。為了對(duì)油路壓 力進(jìn)行監(jiān)控

21、,在液壓泵出口安裝一個(gè)溢流閥,同時(shí)也可以對(duì)系統(tǒng)起過載保護(hù)作用。因?yàn)?滑塊受自身重力作用,滑塊要產(chǎn)生下滑運(yùn)動(dòng),所以油路要設(shè)計(jì)一個(gè)單向閥,以構(gòu)成一個(gè) 平衡回路,產(chǎn)生一定大小的背壓力,同時(shí)也使工進(jìn)過程平穩(wěn)。在液壓力泵的出油口設(shè)計(jì) 一個(gè)單向閥,可防止油壓對(duì)液壓泵的沖擊,對(duì)泵起到保護(hù)作用。1.3 運(yùn)動(dòng)情況分析由液壓機(jī)的工作情況來看,其外負(fù)載和工作速度隨著時(shí)間是不斷變化的。所以設(shè)計(jì) 液壓回路時(shí)必須滿足隨負(fù)載和執(zhí)行元件的速度不斷變化的要求。因此可以選用變壓式節(jié) 流調(diào)速回路和容積式調(diào)速回路兩種方式。變壓式節(jié)流調(diào)速回路 :節(jié)流調(diào)速的工作原理,是通過改變回路中流量控制元件通流面積的大小來控制流入 執(zhí)行元件或自執(zhí)行

22、元件流出的流量來調(diào)節(jié)其速度。變壓式節(jié)流調(diào)速的工作壓力隨負(fù)載而 變,節(jié)流閥調(diào)節(jié)排回油箱的流量,從而對(duì)流入液壓缸的的流量進(jìn)行控制。其缺點(diǎn):液壓 泵的損失對(duì)液壓缸的工作速度有很大的影響。其機(jī)械特性較軟, 當(dāng)負(fù)載增大到某值時(shí)候, 活塞會(huì)停止運(yùn)動(dòng),低速時(shí)泵承載能力很差,變載下的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性都比較差,可使用比例閥、伺服閥等 來調(diào)節(jié)其性能,但裝置復(fù)雜、價(jià)格較貴。優(yōu)點(diǎn):在主油箱內(nèi),節(jié)流損失和發(fā)熱量都比較 小,且效率較高。宜在速度高、負(fù)載較大,負(fù)載變化不大、對(duì)平穩(wěn)性要求不高的場(chǎng)合。 容積調(diào)速回路 :容積調(diào)速回路的工作原理是通過改變回路中變量泵或馬達(dá)的排量來改變執(zhí)行元件的 運(yùn)動(dòng)速度。優(yōu)點(diǎn):在此回路中,液壓泵輸出的油

23、液直接進(jìn)入執(zhí)行元件中,沒有溢流損失 和節(jié)流損失,而且工作壓力隨負(fù)載的變化而變化,因此效率高、發(fā)熱量小。當(dāng)加大液壓 缸的有效工作面積,減小泵的泄露,都可以提高回路的速度剛性。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較,泵缸開式容積調(diào)速回路和變壓式節(jié)流調(diào)速回路相 比較,其速度剛性和承載能力都好一些,調(diào)速范圍也比較寬工作效率更高,發(fā)熱卻是小 得多?？紤]到最大壓制力為 300000N ,故選泵缸開式容積調(diào)速回路。2 工況分析2.1 工作負(fù)載工件的壓制抗力即為工作負(fù)載:F w =300000N2.2 摩擦負(fù)載 :靜摩擦阻力:F fs =0.2×25000N=5000N動(dòng)摩擦阻力:F fd =0.1×

24、;25000N=2500N2.3 慣性負(fù)載 :F m =ma=25000/1000/(0.02×60 =6250N背壓負(fù)載:F b =30000N自重:G=mg=25000N2.4 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值 :其中:m =0.9 m 一般取 m=0.9-0.97工作循環(huán)各階段的外負(fù)載 3 負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖速度循環(huán)圖 負(fù)載循環(huán)圖 : 4 液壓系統(tǒng)原理圖4.1 確定供油方式考慮到該機(jī)床壓力要經(jīng)常變換和調(diào)節(jié),并能產(chǎn)生較大的壓制力,流量大,功率大, 空行程和加壓行程的速度差異大,因此采用一高壓泵供油。4.2 調(diào)速方式的選擇工作缸采用活塞式雙作用缸,當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸上腔,活塞帶動(dòng)橫梁

25、向下運(yùn)動(dòng), 其速度慢,壓力大,當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸下腔,活塞向上運(yùn)動(dòng),其速度較快,壓力較小, 符合一般的慢速壓制、快速回程的工藝要求。4.3 液壓系統(tǒng)圖分析(1考慮到液壓機(jī)工作時(shí)所需功率較大,所以采用變量泵的容積調(diào)速方式。(2為了滿足速度的有極變化,采用壓力補(bǔ)償變量液壓泵供油,即在快速下降的時(shí)候, 液壓泵以全流量供油。當(dāng)轉(zhuǎn)化成慢速加壓壓制時(shí),泵的流量減小,最后流量為零。 (3當(dāng)液壓缸反向回程時(shí),泵的流量恢復(fù)為全流量供油。液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向采用三位四 通 M 型電磁換向閥和二位三通電磁換向閥控制。停機(jī)時(shí)三位四通換向閥處于中位,使液 壓泵卸荷。(4為了防止壓力頭在工作過程中因自重而出現(xiàn)自動(dòng)下降的現(xiàn)象,

26、 在液壓缸有桿腔回路 上設(shè)置一個(gè)單向閥。(5為了實(shí)現(xiàn)快速空程下行和慢速加壓,此液壓機(jī)液壓系統(tǒng)采用差動(dòng)連接的調(diào)速回路。(6為了使液壓缸下降過程中壓力頭由于自重使下降速度越來越快, 在三位四通換向閥 處于左位時(shí), 回油路口應(yīng)設(shè)置一個(gè)順序閥作背壓閥使回油路有壓力而不至于使速度失控。 (7為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,在液壓缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)方向上安裝了三個(gè)接近開關(guān),使液壓系 統(tǒng)能夠自動(dòng)切換工作狀態(tài)。(8為了使系統(tǒng)工作時(shí)壓力恒定,在泵的出口設(shè)置一個(gè)溢流閥,來調(diào)定系統(tǒng)壓力。4.4 液壓系統(tǒng)原理圖 1-濾油器 2-液壓泵 3-壓力表 4-三位四通電磁換向閥 5-二位三通電磁換向閥 6-單向順序 閥 7-單向閥 8-調(diào)速閥

27、 9-溢流閥5 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件5.1 液壓缸主要尺寸的確定1工作壓力 P 的確定。工作壓力 P 可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型,來初步確定由 手冊(cè)查表取液壓缸工作壓力為 25MPa 。將液壓缸的無桿腔作為主工作腔,考慮到缸下行 時(shí),滑塊自重采用液壓方式平衡,則可計(jì)算出液壓缸無桿腔的有效面積,取液壓缸的機(jī) 械效率 cm=0.9。2計(jì)算液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 。由負(fù)載圖知最大推力 F 為 307500N , p 2 可 不計(jì) , 考慮到快進(jìn),快退速度相等,取 d/D=0.7A 1=F/Pcm =307500/(25×106×0.9=0.0137m2D=(4&

28、#215;A 1/ 1/2=(4×0.015/3.141/2=0.132m根據(jù)手冊(cè)查表取液壓缸內(nèi)徑直徑 D=140(mm 活塞桿直徑系列取 d=100(mm 取兩液壓缸的 D =140mm 和 d =100mm。按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度A Q min /Vmin =0.05×1000/3=16.7(cm2則:無桿腔實(shí)際有效面積:1A =D 2/4=3.14×0.142/4=0.015m2液壓缸節(jié)流腔有效工作面積選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積,即A 2=(D 2-d 2 /4=3.14×(1402-1002 /4 =0.0075 m2滿足不等式,

29、所以液壓缸能達(dá)到所需低速5.2 各工作階段液壓缸所需的流量Q (快進(jìn) = d 2v (快進(jìn) /4×=3.14×0.12×3/4=23.55L/minQ (工進(jìn) = D 2v (工進(jìn) /4=3.14×0.142×0.04/4=0.62L/minQ (快退 = (D 2-d 2 v(快退 /4=3.14×(0.142-0.12 ×3/4=22.61 L/min 液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力和流量計(jì)算 5.3液壓元件及輔助元件的確定泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進(jìn)油管有一定的壓力損失,所以泵的工作壓力為 P p = P1+p

30、式中,P p 為液壓泵最大工作壓力;P 1為執(zhí)行元件最大工作壓力;p 為進(jìn)油管路中的壓力損失,簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取 0.20.5Mpa。故可取壓力損失 P1=0.5Mpa故 P p =P1+p= 25+0.5=25.5MP上述計(jì)算所得的 P p 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力, 考慮到系統(tǒng)在各種工況的過度階段出現(xiàn)的動(dòng) 態(tài)壓力往往超出靜態(tài)壓力,另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量,并確保泵的壽命,因此選泵 的壓力值 P a 應(yīng)為 P a 1.25P b -1.6P b因此 P a =1.25Pp =1.25×25.5=31.88MPa泵的流量確定 , 液壓泵的最大流量應(yīng)為Q KL (Q max油液的泄露系數(shù) KL=1

31、.2故 Q p =KL(Q max =1.2 ×23.55=28.26L/min選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上計(jì)算的 P a 和 Q p 查閱相關(guān)手冊(cè)現(xiàn)選用 IGP5-032壓力補(bǔ)償變量型的斜盤式軸向 柱塞泵n max = 3000 r/minn min =400r/min額定壓力 p 0=31.5Mpa每轉(zhuǎn)排量 q=33.1mL/r,容積效率 v =85%,總效率 =0.7.與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)選定首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率,取兩者較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī) 格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減小,泵的效率急劇降低,一般在流量在 0.2-1L/min 范圍內(nèi)時(shí),可取 =0.0

32、3-0.14. 同時(shí)還應(yīng)該注意到,為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng) 過泵的流量特性曲線最大功率時(shí)不至停轉(zhuǎn),需進(jìn)行演算,即 P a ×Q p / P d ,式中 P d -所選電動(dòng)機(jī)額定功率;P b -內(nèi)嚙合齒輪泵的限定壓力;Q p -壓力為 P b 時(shí),泵的輸出流量。首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率, 快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為 7500N , 進(jìn)油時(shí)的壓力損失定為 0.3MPa 。 P b =7500/(0.1×0.1/4×10-6+0.3=1.26MPaP=Pp ×0.62/(60×0.7=0.38kw查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本,選用 Y90S-4 型電動(dòng)機(jī),其額定功率為 1.

33、1KW ,額定轉(zhuǎn)速為 1400r/min液壓閥的選擇對(duì)液壓閥的基本要求:(1. 動(dòng)作靈敏,使用可靠,工作時(shí)沖擊和振動(dòng)小。油液流過時(shí)壓力損失小。(2. 密封性能好。結(jié)構(gòu)緊湊,安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)方便,通用性大根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件及輔助元件型號(hào)和規(guī)格主要依據(jù)是根 據(jù)該閥在系統(tǒng)工作的最大工作壓力和通過該閥的實(shí)際流量, 其他還需考慮閥的動(dòng)作方式, 安裝固定方式,壓力損失數(shù)值,工作性能參數(shù)和工作壽命等條件來選擇標(biāo)準(zhǔn)閥類的規(guī)格 , 根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖,按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液 壓元件如表所示 5.4 確定管道尺寸油管系統(tǒng)中使用的油管種類很多,有鋼管、銅

34、管、尼龍管、塑料管、橡膠管等,必 須按照安裝位置、工作環(huán)境和工作壓力來正確選用。本設(shè)計(jì)中油管采用鋼管,因?yàn)楸驹O(shè) 計(jì)中所須的壓力是高壓, P=31.88MPa , 鋼管能承受高壓,價(jià)格低廉,耐油,抗腐蝕, 剛性好,但裝配是不能任意彎曲,常在裝拆方便處用作壓力管道一中、高壓用無縫管, 低壓用焊接管。本設(shè)計(jì)在彎曲的地方可以用管接頭來實(shí)現(xiàn)彎曲,尼龍管用在低壓系統(tǒng); 塑料管一般用在回油管用。膠管用做聯(lián)接兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的管道。膠管分高、低壓兩種。高壓膠管是鋼 絲編織體為骨架或鋼絲纏繞體為骨架的膠管,可用于壓力較高的油路中。低壓膠管是麻 絲或棉絲編織體為骨架的膠管,多用于壓力較低的油路中。由于膠管制造

35、比較困難,成 本很高,因此非必要時(shí)一般不用。管接頭是油管與油管、油管與液壓件之間的可拆式聯(lián)接件,它必須具有裝拆方便、 連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、壓降小、工藝性好等各種條件。 管接頭的種類很多,液壓系統(tǒng)中油管與管接頭的常見聯(lián)接方式有:焊接式管接頭、卡套 式管接頭、擴(kuò)口式管接頭、扣壓式管接頭、固定鉸接管接頭。管路旋入端用的連接螺紋 采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)米制錐螺紋(ZM 和普通細(xì)牙螺紋(M 。錐螺紋依靠自身的錐體旋緊和 采用聚四氟乙烯等進(jìn)行密封,廣泛用于中、低壓液壓系統(tǒng);細(xì)牙螺紋密封性好,常用于 高壓系統(tǒng),但要求采用組合墊圈或 O 形圈進(jìn)行端面密封,有時(shí)也采用紫銅墊圈。油管內(nèi)徑尺寸一般可參

36、照選用的液壓元件接口尺寸而定,也可接管路允許流速進(jìn)行 計(jì)算,本系統(tǒng)主要路流量為差動(dòng)時(shí)流量 Q=47.1L/min 壓油管的允許流速取 V=3m/s 則 壓油管的內(nèi)徑 d 為d=4.61(47.1/31/2=18.2mm若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取 Q=22.61L/min ,則可算得油管內(nèi)徑 d=17.9mm. 綜合 壓油管內(nèi)徑 d=20mm吸油管同樣可按上式計(jì)算(Q=49.6L/min , V=2m/s 現(xiàn)參照 YBX-16 變量泵吸 油口連接尺寸,取吸油管內(nèi)徑 d 為 29mm;5. 5 液壓油箱容積的確定根據(jù)液壓油箱有效容量按泵的流量的 5 7 倍來確定則選用容量為 400L 。5.6 液

37、壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處 的厚度,從材料力學(xué)可知,承受內(nèi)壓力的圓筒,其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異, 一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒,起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸一般用無縫鋼管材料, 大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu),其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算 PD/2=38.25×140/2×100=26.78mm(=100110MP故取 =30mm液壓缸壁厚算出后,即可求出缸體的外徑 D 1 為D 1 D+2=140+2×30=200mmD 1=200mm5.7 液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長(zhǎng)度,可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際

38、工作煩人最大行程來確定,查表的系列 尺寸選取標(biāo)準(zhǔn)值 L=400mm。5.8 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋,其有效厚度 t 按強(qiáng)度要求可用下面兩個(gè)公式進(jìn)行近似計(jì) 算無孔時(shí):t 0.433D 2(P / 1/2=23.2mm有孔時(shí):t 0.433 D2(P D2/(D 2-d 0 1/2式中,t-缸蓋有效厚度D-缸蓋止口內(nèi)直徑D 2-缸蓋孔的直徑5.9 最小尋向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí), 從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐面中點(diǎn)的距離 H 稱為最小 導(dǎo)向長(zhǎng)度過小,將使液壓缸的初試撓度增大,影響液壓缸的穩(wěn)定性,因此,設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)一般的液壓缸,最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 應(yīng)滿足

39、以下要求H>=L/20+D/2=400/20+140/2=90mm取 H=95mm活塞寬度 B=(0.61.0 D 1=1105.10 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和,缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到 兩端端蓋的厚度,一般的液壓缸的缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑地 2030 倍6 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)回油管的內(nèi)徑均為 20mm ,各段管道的長(zhǎng)度分別為:AB=0.3m AC=1.7m AD=1.7m。選用 L-HL32 液壓油, 考慮到油的最低溫度為 15查得 15時(shí)該液壓油曲運(yùn)動(dòng)粘度 V=150cst=1.5cm/s ,油的密度 =920kg/m . 工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)

40、油路壓力損失,運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為 0.25m/min ,進(jìn) 給時(shí)的最大流量為 50L/min ,則液壓油在管內(nèi)流速 V 為:V 1=Q/(d 2/4 =(23.55×1000 /(3.14×60×2.92 /4 =59.45(cm/s管道流動(dòng)雷諾數(shù) Rel 為Rel=103.67×3.2/1.5=126.8Rel <2300 可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流,其沿程阻力系數(shù) l =75/Rel=0.59進(jìn)油管道的沿程壓力損失 P 為:P 1-1=l ×(l/d ·(V 2/2 =l ×l ×V 2 /(

41、2d=0.59×(1.7+0.3 ×920×0.59452/(2×0.029=0.2MPa查得換向閥 34YF30-E20B 的壓力損失 P=0.05MPa忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失,則進(jìn)油路總壓力損失 P 為:P 1=P1-1+P1-2=0.2+0.05=0.25MPa工作進(jìn)給時(shí)間回油路的壓力損失,由于選用單活塞桿液壓缸且液壓缸有桿腔的工 作面積為無桿腔的工作面積的二分之一,則回油管道的流量為進(jìn)油管的二分之一,則V 2=V/2=29.7(cm/sRel=V2d/r=29.7×2/1.5=57.52=75/Rel=75/57.

42、5=1.3回油管道的沿程壓力損失 P 為:P 2-1=×(l/d×(×V 2/2=1.3×2×920×0.595×0.595/(2×0.029=0.56MPa查 產(chǎn) 品 樣 本 知 換 向 閥 23YF3B-E20B 的 壓 力 損 失 P=0.025MPa。 換 向 閥 34YF30-E20B 的壓力損失 P=0.025MPa , 調(diào)速閥 ADTL-10 的壓力損失 P=0.5MPa回 油路總壓力損失 P 為P 2=P2-1+P2-2+P2-3+2-4=0.55+0.025+0.025+0.5=1.1MPa .

43、變量泵出口處的壓力 P :P p =(F/cm+A2P 2 /A1 +P 1=(307500/0.9+0.0075×1.1×1000000 / 0.015+0.15=22.4MPa . 快進(jìn)時(shí)的壓力損失, 快進(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接, 自會(huì)流點(diǎn) A 至液壓缸進(jìn)油口 C 之 間的管路 AC 中,流量為液壓泵出口流量的兩倍,即 50L/min,AC 段管路的沿程壓力損 失為 P 1-1 為V 1=Q/(d 2/4 =45.22×1000/(3.14×2 2/4×60=240.02(cm/sRel=vl d/r=320.031=75/rel=0.234P

44、 1-1=(l/d×(V 2=0.234×(1.7/0.02×(920×2.42/2=0.2MPa同樣可求管道 AB 段及 AD 段的沿程壓力損失 P 1-2和 P 1-3為V 2=Q/(d 2/4 =295cm/s Re2=V/d/r=236V 2=75 Re2=0.38P 1-2=0.024MPaP 1-3=0.15MPa查產(chǎn)品樣本知,流經(jīng)各閥的局部壓力損失為:34YF30-E20B 的壓力損失, P 2-1=0.17MPa23YF3B-E20B 的壓力損失, P 2-1=0.17MPa據(jù)分析在差動(dòng)連接中,泵的出口壓力為 PP=2P 1-2+P 1-

45、2+P 2-2+P 2-1+P 2-2+F/A2cm=2×0.2+0.024+0.15+017+0.17+25/0.00785×0.9=0.18MPa快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算亦是如此,上述驗(yàn)算表明,無需修改原設(shè)計(jì)。6.2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中,工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng),為了簡(jiǎn)化計(jì)算,主要考慮工進(jìn)時(shí)的 發(fā)熱量,一般情況下,工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大,由于限壓式變量泵在流量不同時(shí),效 率相差極大,所以分別計(jì)算最大、最小時(shí)的發(fā)熱量,然后加以比較,取數(shù)值大者進(jìn)行分 析當(dāng) V=40mm/min 時(shí)流量 Q=V(D 2/4 =0.04×0.142/4=0.6 L/min此時(shí)泵的

46、效率為 0.1,泵的出口壓力為 22.4MPa則有:P 輸入 =22.4×0.6/(60×0.1 =2.464(KW P 輸出 =FV=(307500×4/60×0.01×0.001=0.21(Kw 此時(shí)的功率損失為P=P 輸入 -P 輸出 =2.464-0.21=2.23 (Kw當(dāng) V=250mm/min 時(shí), Q=3.85L/min 總效率 =0.8則 P 輸入 =25×3.85/(60×0.8 =1.845(Kw P 輸出 =FV=(307500×25/60×0.01×0.001=1.28(Kw P=P 輸入 -P 輸出 =0.565(Kw 可見在工進(jìn)速度低時(shí),功率損失為 2.156Kw ,發(fā)熱最大假定系統(tǒng)的散熱狀況一般,取 K=10×0.001Kw/(cm ·油