（資料）擴(kuò)管機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書

工藝動作的循環(huán)。該系列液壓機(jī)具有獨立的動力機(jī)構(gòu)和電氣1 1設(shè)計題目 31.1設(shè)計課目 31.2主要性能參數(shù)如下 31.3設(shè)計任務(wù) 32液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 42.1進(jìn)行工況分析 42.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖 5 52.3確定液壓缸的主要尺寸 62.3.1計算液壓缸壓力 62.3.2計算液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑 6 62.3.3計算液壓缸各運動階段的壓力、流量和功率 73確定液壓泵的流量和壓力以及泵的規(guī)格的選定 93.1泵的工作壓力的確定 3.2泵的流量的確定 93.3選擇液壓泵的規(guī)格 3.4與液壓泵匹配電動機(jī)的選定 3.5選擇控制元件及輔助元件 3.6油管的計算與選擇 4液壓系統(tǒng)的驗算 4.1回路壓力損失驗算 4.2液壓回路的效率 4.3液壓系統(tǒng)的溫升驗算 液壓機(jī)是一種以液體為工作介質(zhì)，用來傳遞能量以實現(xiàn)各種工藝的機(jī)器。液體在密閉的容器中傳遞壓力時是遵循帕斯卡定律。液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)由動力機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)2構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)和工作介質(zhì)組成。本次設(shè)計主要介紹小型四柱式結(jié)構(gòu)液壓機(jī)。四柱式結(jié)構(gòu)為液壓機(jī)最常見的結(jié)構(gòu)形式之一。四柱式結(jié)構(gòu)最顯著的特點是工作空間寬敞、便于四面觀察和接近模具。整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工藝性較好，但立柱需要大型圓鋼或鍛件。液壓機(jī)在一定的機(jī)械、電子系統(tǒng)內(nèi)，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓、傳遞、放大。實現(xiàn)機(jī)械功能的點，速度、扭矩、功率均可做無級調(diào)節(jié)，能迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬，快速性能好，材料等壓制成型，以及有關(guān)壓制方面的新工藝、新技術(shù)的試驗研究等。已經(jīng)廣泛應(yīng)用到醫(yī)療、科技、軍事、工業(yè)、自動化生產(chǎn)、運輸、礦山、建筑、航空等領(lǐng)域。液壓機(jī)有多種型號規(guī)格，其壓制力從幾十噸到上萬噸。用乳化液做介質(zhì)的液壓機(jī)，被成為水壓機(jī)，產(chǎn)生的壓制力很大，多用于重型機(jī)械廠和制造廠等。用礦物型液壓油做工作介質(zhì)的液壓機(jī)，被稱做油壓機(jī)，產(chǎn)生的壓制力很小，在許多工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。液壓機(jī)的發(fā)展趨勢：(1)高速化，高效化，低能化。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)整個液壓系統(tǒng)的完善。(3)自動化，智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動化和智能化提供了充分的條件。自動化不僅僅體現(xiàn)在加工上，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障與處理的功能。(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，有效地防止泄露和污染。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來方便。31設(shè)計題目1.1設(shè)計課目擴(kuò)管機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計1.2主要性能參數(shù)如下(1)工作壓力：0~16Mpa。(2)工進(jìn)缸負(fù)載2.5噸，運動速度0~85m/s。(3)夾緊缸負(fù)載1噸，運動速度0~40mm/s。(4)要求工作循環(huán)為：夾緊→快進(jìn)→工進(jìn)→快退→松開。(5)自動油溫控制，油溫為25~50℃。1.3設(shè)計任務(wù)(1)擬定液壓系統(tǒng)圖，完成整個液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算，合理選擇元件。(2)完成泵站與閥站的結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫出閥塊、油箱零件圖及裝配圖，泵站及閥站的(3)總制圖量折合為2.5張1號圖，設(shè)計計算說明書為0.5萬字以上。 武漢科技大學(xué)高職高專畢業(yè)論文42液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算2.1進(jìn)行工況分析液壓缸的外負(fù)載主要包括：工作負(fù)載，慣性負(fù)載，導(dǎo)軌摩擦阻力，即式中：Fw:工作負(fù)載。對于擴(kuò)管機(jī)而言，工作負(fù)載與擴(kuò)口力在大小上相等，本題中Fw=2.5×103kg×9.8nds2=24500NFa:運動部件速度變化時的慣性負(fù)載Fr:導(dǎo)軌摩擦阻力。為了使活塞運動平穩(wěn)及減少摩擦，在活塞與錐形凸模之間設(shè)計一連桿滑塊機(jī)構(gòu)，并置于平導(dǎo)軌之上。表2-1:工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載F(N)啟動，加速=F。+Fa=108.快進(jìn)工進(jìn)快退52.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖(1)確定供油方式考慮到該機(jī)器在工作進(jìn)給時負(fù)載較大，速度較低；而在快進(jìn)、快退時負(fù)載較小，速度較大。從節(jié)省能量，減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油。本題采用齒(2)調(diào)速方式選擇進(jìn)給速度控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥，現(xiàn)采用節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高，發(fā)熱小和速度剛性好的特點，具有承載負(fù)擴(kuò)口力的能力。本系統(tǒng)采用電磁換向閥的快慢換接回路，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速行程比較方便，發(fā)的安裝也較容易。(3)夾緊回路的選擇采用三位四通換向閥，在回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。最后把所選擇的液壓回路組合起來如圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖，如圖2-1圖2-1系統(tǒng)原理圖1.油箱2.濾油器3.液壓泵4.三位四通電磁換向閥5.單向順序閥6.(工作)液壓缸7.錐形凸模8.工件9.夾頭10.(夾緊)液壓缸11.連桿12.單向順序閥13.溢流閥【工作原理】開始工作時，把要擴(kuò)管徑的鋼管置于夾頭之間，按下按鈕使1YA通電，則電磁換向閥4的左位接入回路，當(dāng)單向順序閥5的調(diào)定壓力大于液壓缸10的最大前進(jìn)工作壓力時，壓力油先經(jīng)過單向減壓閥12,再進(jìn)入液壓缸11的下腔，實現(xiàn)夾緊工件動作；當(dāng)鋼管夾緊后壓力上升，壓力油打開單向順序閥5進(jìn)入液壓缸6的左腔，實現(xiàn)擠壓擴(kuò)管動作；按下另一按鈕2YA通電則電磁換向閥右位接入回路，也因另一單向順序閥的調(diào)定壓力大于液壓缸6的最大返回工作壓力時，液壓6實現(xiàn)拔出返回動作；當(dāng)液壓缸活塞返回至終點后，壓力上升，壓力油打開順序閥進(jìn)入液壓缸10的上腔，實現(xiàn)松開動作，取出被擴(kuò)展的鋼管，這樣就實現(xiàn)了一個工作循環(huán)。2.3確定液壓缸的主要尺寸2.3.1計算液壓缸壓力考慮到工作的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的緊湊性，工作壓力初定為13MPa2.3.2計算液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑圖2.2:單活塞桿液壓缸計算示意圖 武漢科技大學(xué)高職高專畢業(yè)論文7一般=0.90-0.97,這里取=0.97P?--系統(tǒng)工作壓力，13MPaP?--回油背壓，0.3MPa【參考文獻(xiàn)[1]中表2-2】活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，這里取=0.7【參考文獻(xiàn)[1]中表2-3】計算得：D-49.03mmd=34.321mm確定夾緊液壓缸的活塞及活塞桿直徑夾緊缸的工作壓力P?=5Ma,回油背壓力P?=0.3Ma,∩cm=0.95同理計算得：D=51.78mmd=36.25mm按最低工進(jìn)速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度：液壓缸有桿腔的有效面積可見上述不等式正確，所以液壓缸滿足最小穩(wěn)定速度要求，式中q是流量閥最小穩(wěn)定流量，在此取流量閥最小穩(wěn)定流量為0.5L/min,Vn是活塞最低進(jìn)給速度，是已知條件。2.3.3計算液壓缸各運動階段的壓力、流量和功率 武漢科技大學(xué)高職高專畢業(yè)論文893確定液壓泵的流量和壓力以及泵的規(guī)格的選定3.1泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為式中：P,——液壓泵的最大工作壓力P——液壓缸的最高有效工作壓力ZR——管路系統(tǒng)的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取0.2~0.5MPa,本題取0.5MPa上述計算所得到的Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pn應(yīng)滿足Pn≥(1.25~1.6)β,中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。本題中Pn=1.25p,=16.2MPa。3.2泵的流量的確定液壓泵最大流量應(yīng)為： 武漢科技大學(xué)高職高專畢業(yè)論文同時動作各液缸所需流量之和的最大值，如果這時溢流閥正常進(jìn)行尚須加溢流閥的最小盜流量2~3L/min,kL系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取kL=1.1~1.3,現(xiàn)取k,=1.3。3.3選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上算得Pp和q,查閱文獻(xiàn)[3],可用T6型定量葉片泵，該泵的基本參數(shù)：排量容積效率為0.8,總效率為0.7(從文獻(xiàn)[3]表1-2得)。3.4與液壓泵匹配電動機(jī)的選定因該系統(tǒng)選用的是定量泵，驅(qū)動液壓泵的電動機(jī)根據(jù)驅(qū)動功率和泵的轉(zhuǎn)速來選擇。在整個工作循環(huán)中，泵的壓力和流量在較多時間內(nèi)皆達(dá)到最大工作值時，則電動機(jī)功率為：根據(jù)查閱文獻(xiàn)[5]表16-1,Y系列三相異步電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)，選用同步轉(zhuǎn)速1000r/min的Y160L-6型的電動機(jī)，其額定功率為11kW,額定轉(zhuǎn)速為970r/min。3.5選擇控制元件及輔助元件表3-1:液壓元件型號名稱選用型號單向順序閥A×F3-E10B單向減壓閥AJF3-E10B溢流閥電磁換向閥液壓泵過濾器 武漢科技大學(xué)高職高專畢業(yè)論文3.6油管的計算與選擇首先根據(jù)流速進(jìn)行計算有：取主油路流量的差動時流量q=40L/min,再根據(jù)文獻(xiàn)<四>章節(jié)4.4管件中介紹，本系統(tǒng)設(shè)計又是壓力機(jī)，可取壓力油管2.5～5m/s,現(xiàn)取較大的值5m/s,則可算出管道內(nèi)徑為：若系統(tǒng)主油路流量按快退時取q=20Lmin,則可算出d=9.2mm又因為選用的元件接口大部分通徑為10mm,所以綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑為10mm。4液壓系統(tǒng)的驗算4.1回路壓力損失驗算行修改。壓力算出后，可以確定液壓泵各運動階段的輸出壓力機(jī)某些具體計算可將液壓系統(tǒng)按工作階段進(jìn)行，例如快進(jìn)，工進(jìn)，快退等，按這些階段，將管路劃分成各條油流進(jìn)液壓缸，而后液壓油從液壓缸流回油箱的路線的管路，則每條管路的壓力損失可由下式計算：CE乙 某工作階段總的壓力損失。 液壓油沿等徑直管進(jìn)入液壓缸沿程壓力損失值之和。 進(jìn)液壓油進(jìn)入液壓缸所經(jīng)過液壓閥以外的各局部的壓力損失值之總和。(例如液壓油流進(jìn)彎頭，變徑等) 武漢科技大學(xué)高職高專畢業(yè)論文二——液壓油從液壓缸流回油箱所經(jīng)過的除液壓閥之外的各個局部壓力損失之2進(jìn)液壓油進(jìn)入液壓缸時所經(jīng)過各閥類元件的局部壓力損失總和。C液壓油從液壓缸流回油箱所經(jīng)過各閥類元件局部壓力損失總和。A——液壓油進(jìn)入液壓缸時液壓缸的面積。A?——液壓油流回油箱時液壓缸的面積。二進(jìn)和二的計算方法是先用雷諾數(shù)判別流態(tài)，然后用相應(yīng)的壓力損失公式來計算，計算時必須事先知道管長L及管內(nèi)徑d,由于管長要在液壓配管設(shè)計好后才能確定。所以下面只能假設(shè)一個數(shù)值進(jìn)行計算。工進(jìn)和二是指管路彎管、變徑接頭等，局部壓力損失△高可按下式：式中：局部阻力系數(shù)(可由有關(guān)液壓傳動設(shè)計手冊查得)D.液壓油的密度V液壓油的平均速度此項計算也要在配管裝置設(shè)計好后才能進(jìn)行。二進(jìn)及二是各閥的局部壓力損失△高，可按下列公式：式中：△高——液壓閥產(chǎn)品樣本上列出的額定流量時局部壓力損失。g通過液壓閥的實際流量。G國通過液壓閥的額定流量。另外若用差動連接快進(jìn)時，管路總的壓力損失二應(yīng)按下式計算：式中：△P—AB段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失?！鱌c——BC段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失。 武漢科技大學(xué)高職高專畢業(yè)論文△PanBD段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失。A大腔液壓缸面積。A?——小腔液壓缸面積。現(xiàn)已知該液壓系統(tǒng)的進(jìn)、回油管長度均為2m,油管內(nèi)徑為φ=17m:,局部壓力損按△高=Q.15√名進(jìn)行估算，選用L-HL32液壓油，其油溫為159C時的運動粘度1>.工進(jìn)時進(jìn)油管道壓力損失已知vmx=0.5m/min,qπ進(jìn)=3.925L/min則：管道流動雷諾數(shù)Re為：,可以判斷油液流動為層流。進(jìn)油管道AD的沿程壓力損失為：忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部損失，則總壓力損失為2>.工進(jìn)時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是無桿腔的二分之一，則回油管道的流量也為進(jìn)油管的二分之一，所以管道流動雷諾數(shù)Re,為：沿層阻力系數(shù)λ為： 武漢科技大學(xué)高職高專畢業(yè)論文回油管道EF的沿程壓力損失為：3>.快退時進(jìn)油管道的壓力損失管道流動雷諾數(shù)Re?為：沿程壓力損失為：同樣回油管道的壓力損失為：管道流動雷諾數(shù)Re4為：沿程壓力損失為： 武漢科技大學(xué)高職高專畢業(yè)論文液壓泵在各階段的輸出壓力，是雙作用定量葉片泵和順序閥調(diào)壓時的參考數(shù)據(jù)，在調(diào)壓時應(yīng)當(dāng)符合下面要求：式中：——限定壓力Z最快快進(jìn)時泵的壓力I景工進(jìn)工進(jìn)時泵的壓力從上述驗算表明，無須修改原設(shè)計。4.2液壓回路的效率在各工作階段中，工進(jìn)所占的時間較長。所以液壓回路的效率按工進(jìn)時為計算。4.3液壓系統(tǒng)的溫升驗算在整個工作循環(huán)中，由于工進(jìn)階段所占時間最長，為簡化計算，主要考慮工進(jìn)時的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時發(fā)熱量較大，所以此時的溫升如下：工進(jìn)時最大的速度為：v=0.5m/min,流量q=3.925L/min而泵的總效率為65%,泵的出口壓力為：那么,輸入功率和輸出功率為：此時的功率損失為：則系統(tǒng)的溫升為：通常機(jī)床取△T=25～50℃,所以系統(tǒng)溫升27.8℃合格。歷時近兩個月的畢業(yè)設(shè)計在緊張有序中即將結(jié)束，回憶這個過程這段經(jīng)歷，感覺收益頗多。作為一名即將走向社會的畢業(yè)生，這次畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)歷將會給我以后的工作留下寶貴的實踐經(jīng)驗。當(dāng)然，在設(shè)計過程中我也曾遇到過一些困難和不懂的地方，可是經(jīng)過繆老師的悉心指點和自己認(rèn)真查閱相關(guān)資料使得這些問題都能得到很好的解決。這次畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)歷也使我明白了遇到問題并不可怕，只要你認(rèn)真的對待它，仔細(xì)的思考，最終問題是可以得到很好的解決的。通過這次畢業(yè)設(shè)計，不但使我對以前所學(xué)的知識有了更深刻的了解和掌握，也使我的繪圖能力得到了提升。另外一方面，我