YT32-315四柱萬能液壓機設計-液壓系統(tǒng)含9張CAD圖
YT32-315四柱萬能液壓機設計-液壓系統(tǒng)含9張CAD圖,yt32,萬能,液壓機,設計,液壓,系統(tǒng),cad
YT32-315四柱萬能液壓機設計
摘 要
通過對分析液壓機的國內(nèi)外生產(chǎn)及研究現(xiàn)狀，確定了本課題的主要設計內(nèi)容。在確定了液壓機初步設計方案后，采用了傳統(tǒng)設計方法對315T液壓機機身結構進行設計計算及強度校核，并采用AutoCAD設計軟件對上橫梁、移動橫梁、液壓缸、立柱和部分零件及總裝圖進行了工程繪圖。本設計為四柱式液壓機，四柱液壓機的主機主要由上梁、導柱、工作臺、移動橫梁、主缸、頂出缸等組成。其中主缸可完成快速下行、慢速加壓、保壓延時、釋壓換向、快速返回、原位停止的動作；頂出缸可實現(xiàn)向上頂出、停留、向下退回、原位停止的動作。本設計主機最大工作負載為3150KN。通過對液壓缸工況分析確定液壓缸負載的變化，擬定液壓系統(tǒng)圖和電磁鐵動作順序。并設計主液壓缸，計算主液壓缸的尺寸和流量。根據(jù)技術要求及設計計算選擇液壓泵、電磁閥、主從電機等元件。通過液壓系統(tǒng)壓力損失和溫升的驗算，液壓系統(tǒng)的設計可以滿足液壓機順序循環(huán)的動作要求，設計的四柱液壓機能夠?qū)崿F(xiàn)塑性材料的鍛壓、沖壓、冷擠壓、矯直、彎曲等成型加工工藝。該液壓機具有結構緊湊，動作靈敏可靠，速度快，能耗低，噪音小，壓力可變，行程可在規(guī)定的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，操作簡單方便等優(yōu)點。
關鍵詞：四柱液壓機；液壓系統(tǒng)；CAD
The design of 315T hydraulic machine
Abstract
By analyzing the production and research status of hydraulic press at home and abroad, the main content of this paper is determined. To determine the hydraulic press preliminary design scheme, the traditional design method of 315T hydraulic press fuselage structure of design calculation and strength check, and the use of AutoCAD design software of the beam, a base, a stretching slide, blankholder slide, drawing cylinder, side cylinder, top of the cylinder, column and assembly drawing of Engineering drawing. This design for the four pillars hydraulic machine, the host of the four column hydraulic machine mainly by the beam, guide column, a work table, a movable beam, master cylinder, top of the cylinder. The master cylinder can be completed quickly down, slow pressure, holding pressure time delay, release pressure reversing, quick returns, in situ to stop the action; the top of the cylinder can be achieved to top out, stay, down the back, in situ to stop the action. The design of the host of the maximum working load of 3150KN. According to the analysis of the hydraulic cylinder, the change of the load of the hydraulic cylinder is determined, the diagram of the hydraulic system and the sequence of the action of the electromagnet are drawn up. And the main hydraulic cylinder is designed to calculate the size and flow of the main hydraulic cylinder. According to the technical requirements and design calculation of the selection of hydraulic pump, solenoid valve, master slave motor and other components. Checking through the loss of hydraulic system pressure and temperature and the design of hydraulic system can meet the requirements of the order cycle of the hydraulic machine action, the design of the four column hydraulic machine can realize the plastic material of forging, stamping, cold extrusion, straightening, bending molding process.
Keywords: hydraulic machine; hydraulic system; CAD
目錄
摘 要 I
Abstract II
緒論 1
第一節(jié) 液壓機的簡述 1
第二節(jié) 發(fā)展趨勢 2
第一章 液壓系統(tǒng)工況分析 4
第一節(jié) 載荷的組成和計算 4
一． 主液壓缸載荷的組成和計算 4
二、 繪制負載圖 6
三、 初選系統(tǒng)工作壓力 6
第二節(jié) 液壓系統(tǒng)及元件的設計 7
一、擬定液壓系統(tǒng)圖 7
二、 液壓機的工作原理分析 8
三、電磁鐵動作順序 11
第二章 液壓缸的設計 12
第一節(jié) 液壓缸基本結構設計 12
一、液壓缸的類型 12
二、缸口部分結構 12
三、缸底結構 12
四、緩沖裝置 12
第二節(jié) 缸體結構設計 13
一、液壓缸主要參數(shù)的確定 13
二、液壓缸動作時的流量 15
三、液壓泵的選擇 16
四、缸的設計計算 17
五、活塞的設計 21
六、 導向環(huán)的設計 22
七、導向套的設計 22
八、活塞桿的設計 24
九、缸蓋的設計 25
十、液壓缸損壞情況及原因分析 26
第三章 電機選型 27
第四章 液壓油的選擇 29
第五章 原件的選擇 30
第一節(jié) GE系列閥的簡介及選擇 30
一、概述 30
二、GE系列閥的選用 30
第二節(jié) 輔助元件的選擇 31
一、濾油器的選擇 31
二、空氣濾清器的選擇 31
三、選擇壓力表 31
四、選擇液位儀 31
第三節(jié) 管件的選擇及計算 32
第四節(jié) 管路、管接頭的選擇 33
第五節(jié) 油箱容量的確定 33
第六章 立柱結構設計 35
第一節(jié) 立柱設計計算 35
第二節(jié) 連結形式 36
第三節(jié) 立柱的螺母及預緊 37
第四節(jié) 立柱的導向裝置 38
第四節(jié) 限程套 39
第五節(jié) 底座 40
第七章 橫梁參數(shù)的確定 41
第一節(jié) 上橫梁結構設計 41
第二節(jié) 活動橫梁結構設計 41
一、活動橫梁的主要作用: 41
二、活塞桿與橫梁的連接 42
第三節(jié) 下橫梁結構設計 42
第八章 液壓系統(tǒng)性能驗算 43
第九章 結論 46
參考文獻 47
致謝 48
V
緒論
第1節(jié) 液壓機的簡述
液壓機是一種以液體為工作介質(zhì)，用來傳遞能量以實現(xiàn)各種工藝的機器。液壓機被廣泛應用于機械工業(yè)的許多領域。例如在鍛壓領域，液壓機被廣泛應用于自由鍛造、模鍛、沖壓、擠壓、剪切、拉拔成型及超塑性等許多工藝中；在機械工業(yè)的其他領域，液壓機被應用于粉末制品，塑料制品、磨料制品、金剛石成型、校正壓樁、壓磚、橡膠注塑成型等十分廣泛的不同工作領域。
液壓機一般是由本體、動力系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)三部分組成。本體一般是由機架、液壓缸部件、運動部分及其導向裝置以及其他輔助裝置組成。工藝要求使影響液壓機本體結構形式的最主要因素。由于在不同液壓機上完成的工藝是多種多樣的，因此液壓機的本體結構形式也是不同的。根據(jù)機架形式，液壓機可以分為立式和臥式；根據(jù)機架的組成形式，液壓機可分為梁柱式、單柱式、框架式、鋼絲纏繞預應力牌坊式等。其中三梁四柱式是最為常見的類型，如圖1所示。四柱式結構最顯著的特點是工作空間寬敞、便于四面觀察和接近模具。整機結構簡單，工藝性較好，但立柱需要大型圓鋼或鍛件。其機身是由工作臺、滑塊、上橫梁、立柱、鎖母和調(diào)節(jié)螺母等組成。其執(zhí)行元件的結構簡單，結構上易于實現(xiàn)很大的工作壓力、較大的工作空間，因此適應性強，便于壓制大型工件或較長、較高的工件；由于執(zhí)行元件結構簡單，所以布置靈活，可以根據(jù)工藝要求來多方位布置；活動橫梁的總行程和速度都可在一定范圍內(nèi)、相當大程度上調(diào)節(jié)，適應工藝過程對化快速度的不同要求；通過不同閥的組合實現(xiàn)工藝過程的不同順序；安全性能好，不易超載，有利于保護模具；工作平穩(wěn)。撞擊、振動、噪聲較小，對工人及廠房有很大好處。
1
圖1 四柱液壓機
第2節(jié) 發(fā)展趨勢
隨著應用電子技術、計算及技術、信息技術、自動控制技術及新工藝、新材料的發(fā)展和 應用，液壓傳動技術也在不斷創(chuàng)新。液壓技術的革新主要體現(xiàn)在液壓現(xiàn)場總線技術、自動化控制軟件技術、隨著原子能技術、空間技術、計算機技術的發(fā)展，液壓技術與液壓機已滲透到各個工業(yè)領域中，并開始向高速、高壓、大功率、高效率、低液壓節(jié)能技術等方面。液壓機被廣泛應用于機械工業(yè)的許多領域，例如在鍛壓領域中，液壓機被廣泛應用于自由鍛造、模鍛、沖壓、擠壓、剪切、拉拔成形及超塑性成形等許多工藝中；而在機械工業(yè)的其他領域，液壓機被應用于粉末制品、塑料制品、磨料制品、金剛石成形、校正壓裝、打包、壓磚、橡膠注塑成形、海綿鈦加工、人造板熱壓，乃至炸藥模壓等十分廣泛的不同工業(yè)領域。由于液壓傳動技術的獨特優(yōu)勢，因而在國民經(jīng)濟各個領域得到廣泛應用。目前，其應用領域仍然在不斷擴展.
由于液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結構方面，已經(jīng)比較成熟，目前國內(nèi)外液壓機的發(fā)展體現(xiàn)在新的方向。隨著比例伺服技術的發(fā)展，液壓機的停位精度、速度控制精度越來越高，液壓機趨向高精度發(fā)展。高速化、高效化、低能耗提高了液壓機的工作效率，降低生產(chǎn)成本；自動化、智能化，微電子技術的高速發(fā)展為液壓機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)的在加工，應能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障預處理的功能；液壓元件集成化，標準化，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。標準化的元件為機器的維修帶來方便。在國際上來看，由于技術發(fā)展趨于成熟，國內(nèi)外機型無較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機器在過濾、冷卻及防止沖擊和振動方面，有較明顯改善。在油路結構設計方面，國內(nèi)外液壓機都趨向于集成化、封閉式設計，插裝閥、疊加閥和復合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應用。特別是集成塊可以進行專業(yè)化的生產(chǎn)，其質(zhì)量好、性能可靠而且設計的周期也比較短。
第一章 液壓系統(tǒng)工況分析
本四柱液壓機的工作過程如下：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-釋壓換向-快速返回-原位停止”的動作循環(huán)；下液壓缸驅(qū)動下滑塊，實現(xiàn)“向上頂出-停留-向下退回-原位停止”的動作循環(huán)。
圖1-1 液壓系統(tǒng)工況分析
第一節(jié) 載荷的組成和計算
1． 主液壓缸載荷的組成和計算
作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷，導軌的摩擦力和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力。
（一）工作載荷
工件的壓制抗力即為工作負載：
（二）導軌摩擦載荷
摩擦阻力是指運動部件與支撐面間的摩擦力。
（1-1）
--外載荷作用于導軌上的正壓力（N）；
---摩擦系數(shù)，分為靜摩擦系數(shù)（）和動摩擦系數(shù)（）
靜摩擦阻力：
動摩擦阻力：
（三）慣性載荷
（1-2）
式中g—重力加速度；g=9.81;
-速度變化量（m/s）；
-起動或制動時間（s）。一般機械=0.1-0.5s，對輕載低速運動部件取小值，對重載高速部件取大值。行走機械一般取=0.5-1.5。
以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷。工作載荷并非每個階段都在，如該階段沒有工作，則=0。由于液壓缸參數(shù)未知，估算得
背壓力：
自重：
（1-3）
-液壓缸的機械效率，一般取0.90-0.95.
取0.90~0.95
液壓缸各階段負載如表1.1所示。
表1.1 液壓缸各階段中的負載
工作狀態(tài)
負載組成
負載值F/N
推力F//N
啟動
22160N
24622.2N
加速
23180N
25755.6N
快速下行
21180N
23533.3N
慢速加壓
3108180N
3453533.3N
快速返回
10780N
11977.8N
二、 繪制負載圖
由以上分析計算繪制主液壓缸負載圖
圖1-2 負載圖
三、 初選系統(tǒng)工作壓力
根據(jù)重量輕、體積小和成本低、效率高以及結構簡單、工作可靠、使用維護方便等方面的原則，針對設計的系統(tǒng)在性能以及動作方面的特性，來確定了設計系統(tǒng)的工作壓力。如表2-2、表2-3所示。本設計的工作壓力為25MPa。
表1.2 按載荷選擇工作壓力
載荷/KN
<5
5-10
10-20
20-30
30-50
>50
工作壓力/MPa
<0.8-1
1.5-2
2.5-3
3-4
4-5
≥5
表1.3 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力
機 床
機械類型
磨床
組合機床
龍門刨床
拉床
農(nóng)業(yè)機械
小型工程建筑
建筑機械
液壓鑿巖機
液壓機
大中型挖掘機
重型機械
起重運輸機械
工作壓力/MPa
0.8-2
3-5
2-8
8-10
10-18
20-32
第二節(jié) 液壓系統(tǒng)及元件的設計
一、擬定液壓系統(tǒng)圖
根據(jù)系統(tǒng)的設計要求和工況圖，確定基本回路，擬定油路控制原理圖，如圖1-3。
圖1-3 油路控制原理圖
1-主泵；2-輔助泵；3，7，18-溢流閥；4，21-電液換向閥；5-壓力繼電器；6-遠程調(diào)壓閥；8-電磁換向閥；9-順序閥；10-液控滑閥；11-單向閥；12-液控單向閥；13，20-背壓閥；14-油箱；15-充液閥；16-主缸；17-頂出缸；19-節(jié)流器；22-壓力表；1S,2S,3S-行程開關
2、 液壓機的工作原理分析
（一）主缸活塞快速下行
按下啟動按鈕，此時電磁鐵全部處于失點狀態(tài)，主泵1輸出的液壓油經(jīng)三位四通電液換向閥4的中位及電液換向閥21的中位流回油箱，液壓機空載啟動。
在按下按鈕使電磁鐵1YA、5YA通電，那么電液換向閥4換至右位，控制油經(jīng)電磁換向閥8的右位打開液控單向閥12。其主油路為：
進油路：液壓泵1→電液換向閥4右位→單向閥11→主缸16上腔；
回油路：主缸16下腔→液控單向閥12→電液換向閥4右位→電液換向閥21中位→油箱。
這時主缸活塞連同上滑塊在自重作用下實現(xiàn)快速下行，此時盡管主泵1已輸出最大流量，但主缸上腔仍因油液不足而形成負壓，從而吸開液控單向閥15（充液閥），充液筒內(nèi)的油便補入主缸上腔。
（二）主缸活塞慢速加壓（功進）
當上滑塊快速下行觸動行程開關2S后，電磁鐵5YA失電，電磁換向閥8處于原位，液控單向閥12關閉。主缸下腔的油液經(jīng)背壓閥13，電液換向閥4的右位、電液換向閥21的中位流回油箱。這時，主缸上腔的壓力升高，充液閥15關閉，主缸在泵1供給的壓力油作用下慢速接近工件。當活動橫梁接觸工件后，阻力急劇增加，主缸上腔壓力進一步提高，變量泵1通過壓力反饋，輸出流量自動減少，此時上滑塊轉(zhuǎn)入慢速加壓。
（三）主缸保壓延時
當系統(tǒng)壓力升高到預訂值（即壓力繼電器的調(diào)定值）時，壓力繼電器5發(fā)出信號使電磁鐵1YA失電，電液換向閥4恢復到中位。此時液壓泵1通過電液換向閥4、電液換向閥21的中位卸載，主缸上腔的高壓油被活塞密封環(huán)和單向閥所封閉，處于保壓狀態(tài)。接受電信號后的時間繼電器開始延時，保壓延時的時間可在0～24min內(nèi)調(diào)整。
（四）快速回程
由于主缸上腔的油壓較高、直徑較大、行程較長，缸內(nèi)的油壓在加壓過程中儲存了很多能量，為此，主缸必須回程前先卸壓。
保壓過程結束后，時間繼電器5發(fā)出信號，使電磁鐵2YA通電，電液換向閥4換至左位接入系統(tǒng)，由于主缸上腔壓力很高，液動滑閥10處于上位，壓力油經(jīng)液動換向閥4左位及閥10上位使外控順序閥9開啟。此時泵1輸出油液經(jīng)順序閥9回油箱。泵1在低壓下工作，此壓力不足以打開充液閥15的主閥芯，而是控制油路中的壓力油先打開充液閥15內(nèi)的卸荷小閥芯，使主缸上腔的油液經(jīng)此卸荷閥閥口卸回上部油箱從而開始卸壓，壓力降低。
當主缸上腔壓力卸至一定值后，液動換向閥10的滑閥閥芯向上移動，以其下位接入系統(tǒng)，控制油路即可使主缸換向閥處于左位工作，外控順序閥9關閉，泵1供油壓力升高，閥15完全打開，從而實現(xiàn)上滑塊的快速返回。其主油路為：
進油路：液壓泵1→電液換向閥4→左位液控單向閥12→主缸下腔。
回油路：主缸上腔→充液閥15→上部郵箱14。
充液筒內(nèi)液面超過預定位置時，多余油液由溢流管流回油箱。
（五）原位停止
當上滑塊回程至擋塊下行程開關1S，使電磁鐵2YA斷電，電液換向閥4處于中位，液控單向閥12將主缸下腔封閉，主缸原位停止不動，這時上滑塊也停止不動，液壓泵1在較低壓力下卸荷，其輸出油液經(jīng)閥4、閥21中位回油箱。
（六）頂出缸活塞向上頂出
電磁鐵3YA通電時，頂出缸換向閥21左位接入系統(tǒng)。其油路為：
進油路：液壓泵1主缸換向閥4中位→頂出缸換向閥21左位→頂出缸17下腔。
回油路：頂出缸17上腔→頂出缸換向閥21左位→油箱。
（七）頂出缸活塞退回和原位停止
當電磁鐵3YA斷電、4YA通電時油路換向，頂出缸活塞向下退回；當擋塊壓下原位開關時，電磁鐵4YA斷電，頂出缸換向閥處于中位，頂出缸活塞原位停止。
（八）浮動壓邊
在薄板拉伸進行壓邊時要求頂出缸上升一定位置后，既保持一定壓力，又能隨著主缸上滑塊的下壓而一起下降。這時，頂出缸換向閥21處于中位，主缸滑塊下壓是頂出缸活塞被迫隨之下行，頂出缸下腔回油經(jīng)節(jié)流器19和背壓閥20流回油箱，從而頂出缸下腔建立起所需的壓力邊。頂出缸上腔則經(jīng)閥21中位從油箱補油。溢流閥18為頂出缸下腔安全閥。
三、電磁鐵動作順序
圖1-3油路控制原理圖中電磁鐵動作順序見表1-5。
表1.4 電磁鐵動作順序表
動作名稱
電磁換向閥
電動機
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
1D
電機啟動
+
快速下行
+
+
+
減速及壓制
+
+
保壓
+
卸壓
+
+
回程停止
+
頂出缸頂出
+
+
退回
+
+
壓邊
+
第2章 液壓缸的設計
第1節(jié) 液壓缸基本結構設計
液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，以實現(xiàn)直線往復運動的能量轉(zhuǎn)換裝置。由于液壓缸結構簡單，工作可靠，在鍛壓設備中應用廣泛。
一、液壓缸的類型
液壓缸選用單作用活塞液壓缸，單作用活塞缸的活塞、活塞桿和導向套上都裝有密封圈，因而液壓缸被分隔為兩個互不相通的油管，當活塞腔通入高壓油而活塞桿腔回油時，可實現(xiàn)工作進程，當從反方向進油和回油是，可實現(xiàn)回程。
二、缸口部分結構
缸口部分采用了Y形密封圈、導向套、O形防塵圈和鎖緊裝置等組成，用來密封和引導活塞桿。由于在設計中缸孔和活塞桿直徑的差值不同，故缸口部分的結構也有所不同。
三、缸底結構
缸底結構常應用有平底、圓底形式的整體和可拆結構形式。在本設計中采用平底結構。
平底結構具有易加工、軸向長度短、結構簡單等優(yōu)點。所以目前整體結構中大多采用平底結構。
四、緩沖裝置
緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向終端時在活塞和缸蓋之間封住一部分油液，強迫它從小孔或油縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度，達到避免活塞和端蓋相撞擊的目的。在液壓缸中常見的裝置是節(jié)流口可調(diào)式，節(jié)流口變化式兩種。本設計中所設計的液壓缸緩沖裝置是節(jié)流閥調(diào)節(jié)。
第2節(jié) 缸體結構設計
一、液壓缸主要參數(shù)的確定
（一） 主缸工作壓力、內(nèi)徑、活塞桿的直徑:
由給初始定參數(shù)及液壓缸負載圖可得：
公稱力F=3150KN=3.15×106KN，液體最大工作壓力P=25MPa=25×106。
根據(jù)液壓缸的基本結構可以繪出液壓缸受力圖，如下：
圖2-1 液壓缸受力圖
由上圖可得如下壓力關系：
（2-1）
由于在實際數(shù)值中遠大于，可認為忽略不計，因此該式可簡化為：
=S （2-2）
求得活塞面積：
==0.126 （2-3）
即主缸內(nèi)徑D=0.40064m=400.64mm。查機械設計手冊缸內(nèi)徑參數(shù)表，將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標準系列的直徑?。?
D=400mm
查表機械設計手冊，由于主缸工作壓力為25MPa，所以選取d/D為0.7，查手冊可以取液壓缸的機械效率ηcm = 0.95。
因此由數(shù)值比取得活塞桿直徑為：
（2-4）
由此可得出：
液壓缸內(nèi)徑應為：D=400mm, 活塞桿直徑應為：d=280mm.
查機械設計手冊可知，液壓缸的往復運動速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25、1.15等幾種。如下圖所示
表2.1 d 和D的關系
φ
1.15
1.25
1.33
1.46
2
d
0.36D
0.45D
0.5D
0.56D
0.71D
由以上數(shù)據(jù)求出液壓缸實際有效面積如下：
無桿腔： = =12600
有桿腔： ==64056
活塞桿面積： A=-=0.061544
(二) 確定液壓缸的運動速度
本課題給定了液壓缸的工作速度為：
空程速度：100
工作速度：12
回程速度：60
(三) 確定活塞桿的最大行程
本設計課題給定了活塞桿最大行程為800mm。
二、液壓缸動作時的流量
液壓缸的流量通過工作速度和液壓缸的內(nèi)徑來確定。液壓缸的空程速度為V1 =100，工作速度為V2 =12，回程速度為V3=60.
（2-5）
注：
V-液壓缸實際需要的液體體積（L）
-液體充滿液壓缸所需要的時間（s）
D-液壓缸內(nèi)徑（m）
-活塞桿的直徑（m）
-活塞桿的運動速度（m/s)
因此得
空程：
Q1=V1×D2=0.1m/s××(0.4)2=0.01256m3/s=753.6L/min；
工作：
Q2 = V2×D2=0.012m/s××(0.4)2=0.0015072m3/s=90.432L/min；
回程：
Q3=V3×（D2-d2）=0.06m/s××(0.42-0.282） =0.00384336m3/s=230.66L/min
根據(jù)不同零件的具體加工要求，系統(tǒng)流量可以通過不同控制元件（調(diào)速閥）來調(diào)節(jié)。
三、液壓泵的選擇
（一）泵的工作壓力的確定
在實際的工作過程中，一般來說液壓油在進油路中肯定有一定的壓力損失，所以在計算泵的工作壓力的時候必須要考慮壓力的損失。計算公式為：
（2-6）
在式中：
Pp—液壓泵中最大的工作壓力；
P1—執(zhí)行部件最大的工作壓力；
—在進油路中的壓力損失，一般對于簡單的系統(tǒng)來說，取0.2～0.5MPa，但是對于復雜的系統(tǒng)來說，取0.5～1.5MPa。
在本液壓機執(zhí)行部件工作壓力中，最大的工作壓力是P1=25MPa，由于進油路中存在壓力損失，取=0.5MPa。并且代入公式2-6后可以求得泵的工作壓力。
即：
通過上面的計算，泵的工作壓力是Pp=25.5MPa。該壓力可以看做是系統(tǒng)的靜壓力，然而，系統(tǒng)會在各種工礦的過渡階段中出現(xiàn)的動態(tài)壓力有時候可能會超過靜壓力。除此之外，人們?yōu)榱搜娱L這種設備的使用壽命，有時候設備在設計的時候必須具備有一定的壓力儲備量，同時還要確保泵的壽命，所以在選取泵的額定的工作壓力Pn的時候，應滿足，并且取Pp=1.25。
即：
Pn = 1.25Pp=1.25x25.5MPa≈31.9MPa
（二）液壓泵的最大流量的計算
本設計通過對液壓缸所需要的流量的計算，還有各自的運動循環(huán)原理，這時候泵的最大流量是可以由公式:
（2-7）
計算得到
在式中：
—液壓泵的最大的流量；
KL—液壓系統(tǒng)中的泄漏系數(shù)，一般來說取KL=1.1～1.3，則取KL=1.2；
—指的是同時動作的各個執(zhí)行元件的所需要的流量之和的最大值。
這樣將參數(shù)代入公式中，即：
≈904.32L/min
所以：查機械設計手冊液壓泵表可得，選擇型號為A7V500的液壓泵
圖2.2 液壓泵基本參數(shù)
型號
排量
功率
轉(zhuǎn)速
A7V500
600L/min
437kw
1500r/min
（三）泵的流量的驗算：
由于在液壓泵的基本參數(shù)中可以知道泵每分鐘有q=600L/min的排量，然而泵在實際中所需要的最大流量為904.32L/min，在這個時候液壓機出現(xiàn)了供油不足的現(xiàn)象，快進無法實現(xiàn)。但是為了使液壓機能夠正?？爝M，液壓系統(tǒng)中必須設置補油油箱。
四、缸的設計計算
（一）缸筒的結構和材料
一般情況下，缸筒和缸蓋的結構形式和使用材料有關。在此液壓缸筒用45號無縫鋼管?？杀ＷC結構通用性好，缸體加工容易，裝卸方便，能充分滿足設計要求。缸筒所選材料性能如表3-2。
表2.3 缸筒所選材料
型號
≥／MPa
≥／MPa
≥／%
45
600
355
16
（二）對缸筒的要求
a.內(nèi)表面與活塞密封件及導向套的摩擦力作用下，能長期工作而磨損少，
尺寸公差等級和形位公差等級足以活塞密封件的密封性。
b.有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力，而不至產(chǎn)生永久變形以及能承受活塞側向力和安裝的反作用力而不至產(chǎn)生彎曲。
缸筒內(nèi)壁厚度：
當3.2≤＜16時，用使用公式:
（2-8）
取 =0.05m
--試驗壓力（MPa），工作壓力p≤16MPa時，=1.5p;工作壓力p≥16MPa時，=1.25p;
D --液壓缸內(nèi)徑（m）;
--缸體材料的許用應力（MPa）:
--缸體材料的抗拉強度（MPa）
--安全系數(shù)，n=3.5-5.一般取n=5.
--強度系數(shù)，一般取1。
--計入壁厚公差及腐蝕的附加厚度，通常圓整到標準厚度值。
—缸體內(nèi)最大工作壓力為25 MPa.
當時,材料使用不夠經(jīng)濟,應改用高屈服強度的材料.
（三）缸筒的強度校驗
在前一節(jié)中已經(jīng)確定了缸筒的內(nèi)徑，為400mm，根據(jù)液壓缸標準參數(shù)擬選缸
厚度為50mm，則外徑：
現(xiàn)在校驗它的強度。
額定壓力必須要小于一個值，這樣缸筒才是符合強度要求的，即：
≤0.35×
式中： --液壓缸額定壓力(MPa)
--液壓缸外徑(m)
--液壓缸內(nèi)徑(m)
--材料的極限應力(MPa)
所以：
≤0.35××355
≤44.73
本設計課題給定的為25，所以缸筒工作安全。
（四）液壓缸缸底厚度計算
缸筒底部為平面時:
（2-9）
取
式中：
--筒底厚度（m）
--液壓缸內(nèi)徑（m）
--試驗壓力（MPa）
--缸底材料的許用應力（MPa）
（五）液壓缸固定螺栓直徑校核
≥ （2-10）
式中： Z--固定螺栓數(shù)，取Z=8(均布) ；
F--液壓缸負載；
k--螺紋擰緊系數(shù)k=（1.12-1.5），這里取1.3；
[]-- /(1.2—2.5), 為材料的屈服極限
由于Z取得較小的值時，螺栓的直徑將會變大，從而加大安裝空間，可能會發(fā)生安裝是干涉的情況；如果Z值取得太大，則勢必加大調(diào)整時的難度，經(jīng)過綜合考慮，這里取Z=8。
所以：
≥=0.06mm
選取標準值為60mm。根據(jù)實際情況，選取普通圓柱螺栓。由《機械設計指導》查的該螺栓的規(guī)格為60。
（六）缸筒制造加工要求
a.缸筒端面的垂直度公差值可按照7級精度選取0.06mm。
b.缸筒內(nèi)徑的圓度公差值可按9、10、11級精度選取0.046mm，圓柱度公差值應該按照8級精度選取0.02mm。
c.熱處理調(diào)質(zhì)，硬度為HB241—285.缸體內(nèi)表面鍍鉻，厚度為30-40微米,鍍后研磨或者拋光。
圖2-2 活塞缸簡圖
五、活塞的設計
由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復滑動，因此，它與缸筒的配合應適當，既不能過緊，也不能有間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設計性能。
（一）活塞材料
查書《液壓工程手冊》，可知：
無導向環(huán)活塞：用高強度鑄鐵HT200～300或球墨鑄鐵。
有導向環(huán)活塞：用優(yōu)質(zhì)碳素鋼20號、35號及45號。
本設計采用有導向環(huán)的活塞，因此選用35號鋼。
（二）活塞結構型式
根據(jù)密封裝置型式來選用活塞結構型式。通常分為整體活塞和組合活塞兩類。整體活塞在活塞四周上開溝槽，安置密封圈，結構簡單，但給活塞的加工帶來困難，密封圈安裝時也容易拉傷和扭曲。組合式活塞結構多樣，主要受密封型式?jīng)Q定。組合式活塞大多可以多次拆裝，密封件使用壽命長。
依據(jù)以上知識,本設計采用組合式活塞。
（三）活塞的尺寸確定
活塞的外徑應略小于缸筒的內(nèi)徑，活塞與缸筒之間是用密封圈來連接的。其內(nèi)孔的大小是根據(jù)與之相配合的活塞桿的直徑來確定的。根據(jù)密封圈的大小來確定槽的深度和寬度。根據(jù)設計和安裝要求，本設計活塞外徑取為400mm,寬度B=0.6d取得240mm。
（四）活塞的密封
密封、形式與活塞的結構有關，可根據(jù)液壓缸的不同作用和不同工作壓力來選擇,一般有密封圈密封、活塞環(huán)密封、間隙密封。這里采用O形加擋圈密封。密封圈的選定根據(jù)《液壓工程手冊》GB3452.3-88選定。
（五）活塞的技術要求
a.外徑的圓柱度公差值，按10級精度選取，公差值為0.04mm
b.端面對內(nèi)孔軸線的垂直度公差值，應該按照7級精度選取,公差值0.04mm。
六、 導向環(huán)的設計
導向環(huán)安裝在活塞外圓的溝槽內(nèi)或活塞桿導向套內(nèi)圓的溝槽內(nèi)，以保持活塞與缸筒或活塞桿與其導向套同軸度，并用以承受活塞或活塞桿的側向力。
(一) 導向環(huán)的型式
導向環(huán)有嵌入型和浮動型
嵌入型導向環(huán)：在活塞外圓加工出燕尾型截面溝槽，用QAL9-4或紫銅制的銅帶，表面加工成略帶拱形，用木槌鉚入溝槽內(nèi)，最后加工導向環(huán)外圓。導向環(huán)圓周切出一個45度斜口。
浮動型導向環(huán)：用高強度塑料等制的帶，裝在活塞外圓的矩形截面溝槽內(nèi)，側向保持有間隙，導向環(huán)可在溝槽內(nèi)移動，并有一個45度斜開口。也可在溝槽底用粘合劑固定導向環(huán)。
本設計采用浮動型導向環(huán)。
(二) 導向環(huán)的尺寸
采用不同的材料，導向環(huán)的尺寸也不同。
聚四氟乙烯（也有摻青銅粉）導向環(huán)：根據(jù)活塞外圓直徑或?qū)蛱變?nèi)圓直徑，導向環(huán)厚度可為1.5～2.5mm,寬度可為5.6～25mm。
纖維增強酚醛樹脂摻石墨導向環(huán)，厚度可為3～5mm，寬度可為2.5～25mm。
基于此，本設計采用聚四氟乙烯導向環(huán)，其厚度為2.5mm，寬度為15mm。
七、導向套的設計
導向套是用以對活塞桿進行導向，內(nèi)裝有密封裝置以保證密封效果，導向套的典型結構形式是采用了軸套式。
（一）導向套的材料
導向套要求磨損系數(shù)小，因此，采用了青銅。
（二）導向套長度的確定
導向套長度過短，將使缸因配合間隙引起的初始撓度增大。影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性，因此，設計必須保證缸有一定的最小導向長度，一般缸的最小導向長度應滿足：
H≥ （2-11）
式中：L--為液壓缸的最大行程，L=800mm；
D--為液壓缸筒內(nèi)徑，D=400mm；
H--為導向套最小導向長度；
所以：
H≥
H≥40+200=240mm
根據(jù)設計要求的需要，選擇導向套的長度為250mm。
活塞寬度B=0.6D=240mm.取B=240mm。
導向套滑動面的長度A,在根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定；
當D<80mm時，取；
當D>80mm時，取。
A=0.6d=168mm.
取170mm。
(三) 導向套的密封
導向套與活塞桿之間的密封采用O形橡膠密封圈，根據(jù)GB/T3452.1-1992查閱，選取，密封環(huán)內(nèi)徑280mm，線徑7mm。選自《機械設計手冊》第2卷表10.1-40通用型O型密封圈尺寸系列與公差。
并且采用防塵圈以防止活塞在后退時把雜質(zhì)、灰塵及水份帶到密封裝置處.尺寸Φ200×5。
(四) 導向套的加工技術要求
a、導向套外圓與端蓋的配合為H8/f7。
b、內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合為H8/h7。
c、外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.03mm。
d、內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的潤滑。
八、活塞桿的設計
(一) 活塞桿的材料
活塞桿的材料為45號鋼，采用實心結構。其兩個端部均采用螺紋連接?；钊麠U所選材料如表3-3所示。
表2.4 活塞桿所選材料
型號
≥／MPa
≥／MPa
≥／%
45MnB
1030
835
9
(二) 活塞桿尺寸的確定
活塞桿的總長要根據(jù)油缸的行程來確定，本課題的工作臺行程為800㎜
由于L≥A+B+L-1/2B
L≥170+240+800-120=1090mm
A— 導向套滑動面長度；
B— 活塞寬度；
L— 液壓缸的最大行程.
(三) 活塞桿的技術要求
a 安裝活塞的軸肩端面與活塞桿的軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm。
b 活塞桿的外圓粗糙度Ra值一般為0.1～0.3。
c 活塞桿在導向套中滑動，采用H8/h7配合。
d 安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于0.01mm。
e 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229-285HB，必要時，再經(jīng)高頻淬火，硬度達到HRC45-55。
f 為了提高耐磨性和防銹性，活塞桿表面需鍍鉻處理，并進行拋光或磨削加工。
g 活塞桿內(nèi)端的卡環(huán)槽、螺紋和緩沖柱塞也要保證與軸線的同心，特別是緩沖柱塞，最好與活塞桿做成一體。
（四）活塞桿直徑d的校核：
（2-12）
取d=0.28m, 滿足要求。
式中： F--活塞桿上的作用力；
--活塞桿材料的許用應力，=/1.4。
(五) 活塞與活塞桿的連接
活塞與活塞桿連接有多種型式，所有型式均需有鎖緊措施，以防止工作時由于往復運動而松開,它分為卡環(huán)型，軸套型，螺母型等幾種型式。
九、缸蓋的設計
(一) 缸蓋的材料和結構
缸蓋分為左缸蓋和右缸蓋，其中一個油口位于左缸蓋之上。缸蓋的材料選擇45鋼。
(二) 缸蓋的尺寸的確定
缸蓋與缸筒內(nèi)壁的接觸面為其定位基準。為了保證缸蓋與缸筒兩者軸線的同軸度，其裝配面要經(jīng)過磨削加工。缸蓋的尺寸是由導向套、缸筒、活塞桿及固定裝置的尺寸來確定。其法蘭的尺寸由安裝條件確定。其中直徑d1與缸徑相同500mm,基本尺寸D3取與密封圈外徑相同400mm。
(三) 缸蓋的技術要求
a、導向孔的表面粗糙度應為Ra=1.25μm。
b、與缸筒內(nèi)徑配合的直徑采用h9，與活塞桿上的緩沖柱塞的配合的直徑采用H9。偏差值為0.115mm。這三個尺寸的圓度和圓柱度誤差不大于各自直徑公差的一半，三個直徑的同軸度誤差按7級選取0.03mm。
c、與缸筒接觸的端面和與活塞接觸的端面對軸線的垂直度誤差在直徑100mm上不大于0.04mm，按7級精度選取。
十、液壓缸損壞情況及原因分析
液壓機中的工作缸往往由于設計、制造或使用不當，過早損壞。如某大型模鍛水壓機，使用十多年來，主工作缸損壞十四次，先后做過四個缸，每造一個缸約耗費數(shù)十萬元。因此對于液壓缸，特別是大型液壓缸，應了解其損壞情況及原因，注意正確進行設計、制造與使用。
損壞的部位及特點
液壓缸損壞的部位多數(shù)在法藍與缸壁連接的圓弧部分，其次在缸壁向缸底過渡的圓弧部分，少數(shù)在圓筒筒壁產(chǎn)生裂紋，也各國氣蝕嚴重而破壞的。從液壓缸使用情況來看，一般在損壞時都已承受了很高的工作加載次數(shù)(20萬—150萬次)，裂紋是逐步形成和擴展的，用于疲勞損壞。
（一）圓筒簡壁 一般裂紋首先出現(xiàn)于內(nèi)壁。逐漸向外發(fā)展，裂紋多為縱向分布，或與缸壁母線成45。角。
（二）缸的法藍部分 首先在缸外部法藍過渡圓弧處出現(xiàn)裂紋，逐漸沿環(huán)向及向內(nèi)壁擴展，最后裂透，或者裂紋擴“展到螺釘孔，使法藍局部脫落，個別嚴重情況，甚至沿過渡圓角處法藍整圖開裂而脫落。
第三章 電機選型
由于主缸的各個工況的快進和工進以及回程速度又是不盡相同的，這樣一來的話對功率的消耗也是不一樣的。由于電動機的額定功率的確定需要依據(jù)消耗功率的工況中最大的那個來確定的，所以需要分別計算主缸各個工況所消耗的功率。以下則是功率計算公式：
P= （3-1）
式中：
P-電動機的額定功率；
Pp-液壓泵工作壓力；
-液壓泵流量；
η-液壓泵總效率，取η=0.7。
液壓缸各階段中的負載值如下表：
表 3.1 液壓缸各階段中的負載
工作狀態(tài)
負載組成
負載值F/N
推力F//N
啟動
22160N
24622.2N
加速
23180N
25755.6N
快速下行
21180N
23533.3.3N
慢速加壓
3108180N
3453533.3N
快速返回
10780N
11977.8N
由此可計算得，在快速下行，慢速加壓，快速返回狀態(tài)下液壓缸的功率為：
快進功率：
P=12.022KW
功進功率：
P=54.19KW
快退功率：
P=3.22KW
由此得在主液壓缸快進時功率最大，則選擇的電機應符合最大功率，查表可得
表3.2 電機基本參數(shù)
電機型號
額定功率
轉(zhuǎn)速
Y250M-4
55KW
1480r/min
第四章 液壓油的選擇
根據(jù)YT32-3150KN四柱萬能液壓機的各項指標，選擇L-HL型液壓油。
表4.1 液壓油的選擇
項 目
質(zhì)量指標
按（GB/T7631.2）
L-HL
質(zhì)量等級
一等品
黏度等級（GB/T 3141）
32
運動黏度/mm·s 0C
40C
420
28.8～35.2
黏度指數(shù)
95
空氣釋放（50C）/min
7
密封適應性能指數(shù)
10
抗乳化性（40-37-3）/ min 54C
30
泡沫化性/
150/10
說明 ：本產(chǎn)品具有良好的防銹及抗氧化安定性，使用壽命比機械油長1倍以上；并具有較好的空氣釋放性.抗泡性.分水性及橡膠密封相容性。主要應用于機床、工程機械、采礦、冶金等中低壓場合。實用環(huán)境溫度為0度以上，最高使用溫度為80度。無本產(chǎn)品時可以用L-HM油。
第五章 原件的選擇
第一節(jié) GE系列閥的簡介及選擇
一、概述
GE系列液壓閥包括壓力、流量、方向控制三大類，全系列共計70個品種，近3000種規(guī)格某些液壓閥是根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)展的特殊需要而開發(fā)的，以滿足廣大用戶的需要。目前GE系列閥已在機床、造紙、注塑、等行業(yè)廣泛應用，主機單位反應使用情況良好。
二、GE系列閥的選用
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過閥類元件和輔助元件的實際流量，結合本課題設計要求，選出液壓元件的具體型號和規(guī)格，如下：
名稱 型號 額定壓力 最大流量
1) 三位四通電磁換向閥：3WE6-50/W110R 16MPa 25L/min
2) 溢流閥： YF3-10L 6.3MPa 63L/min
3) 順序閥： XF3-10B 6.3MPa 63L/min
4) 二位四通電磁換向閥：22B(E)-H6B 16MPa 25L/min
5) 單向閥 AF3-Eb10B 16MPa 40L/min
6) 背壓閥 FBF3-6B 6.3MPa 25L/min
7) 液控單向閥 YAF3-Eb10B 16MPa
8) 節(jié)流閥 LF3-E6B 16MPa 25L/min
表5.1 GE系列閥的型號選擇參數(shù)
第2節(jié) 輔助元件的選擇
一、濾油器的選擇
濾油器在選擇中必須要考慮的主要因素：過濾液的性質(zhì)及與過濾材料的相容性；通過濾油器的流量及流量的變化與波動程度；系統(tǒng)的工作壓力以及壓力壓力是穩(wěn)態(tài)的還是時變的；系統(tǒng)的工作溫度，以及系統(tǒng)要求的過濾精度等。
選擇濾油器應注意以下幾點：
（一）安裝濾油器時要注意濾油器殼體上標明的液流方向，正確安裝在系統(tǒng)中；
（二）當濾油器壓差指示器顯示紅色信號時，要及時清洗或更換濾芯；
（三）在清洗或更換濾芯時，要防止外界污染侵入工作系統(tǒng)；
（四）清洗金屬編織方孔網(wǎng)濾芯原件時，可用刷子在汽油等中刷洗；
（五）濾芯元件在清洗時，應該堵住濾芯端口，防止清洗下的污物進入濾芯內(nèi)腔造成內(nèi)污染；
（六）過濾器的工作能力，取決于濾芯的過濾面積，濾芯本身的性能、油的粘度與溫度、過濾前后的壓力差以及油中固體顆粒的含量。過濾出入口的壓差越大，阻力越小時，過濾的出油能力越大。
根據(jù)上述要求，本課題選擇濾油器型號: XU-50×200
二、空氣濾清器的選擇
一般應在油箱蓋上設置空氣過濾器，它包括空氣過濾器和注油過濾網(wǎng)。
選擇：。技術參數(shù)：空氣阻力＜0.02Mpa，加油網(wǎng)孔0.5mm。
三、選擇壓力表
選擇： Y-150T。
四、選擇液位儀
在油箱側壁上設置液位計，以指示液面位置。選擇： YWZ-125T。
第三節(jié) 管件的選擇及計算
確定油管的內(nèi)徑
液壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分出現(xiàn)在管系中的接頭上，為此對接頭形式的確定，管系的設計及管道的安裝應具體考慮。
油管的管徑不宜選得過大，但也不能選得過小。過大，容易使液壓裝置的結構龐大；過小，容易使管內(nèi)液體流速加大，系統(tǒng)壓力損失加大或產(chǎn)生振動和噪音，影響正常工作。薄璧易于彎曲，規(guī)格較多，裝接較易，采用它可減少管系接頭數(shù)目，有利于解決系統(tǒng)的泄漏問題。因此在強度保證的情況下，管壁可盡量選的薄些。
管道的內(nèi)徑：
d= （5-1）
式中：--通過管道的流量 （）
--管內(nèi)允許流速 （）
允許流速的推薦值如表6-2 。
表5.2 允許流速推薦值
液體流經(jīng)的管道
推薦速度
液壓泵吸油管道
0.6---1.5，一般常取1
液壓系統(tǒng)壓油管道
2.5---5，壓力高，管道短，粘性小，取最大值
液壓系統(tǒng)吸油管道
1.5---2
因此管道直徑計算如下：
（一）進油管內(nèi)徑的確定：主缸快進所需的流量
泵的額定流量為取油管的允許流速為V=4m/s
則
圓整后得，進油管管徑=57mm
（二）回油管內(nèi)徑的確定：主缸快退所需的流量q=230.66L/min
取油管允許流速為v
收藏