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目錄
緒論 1
1.1 液壓傳動與控制概述 1
1.2 液壓機的發(fā)展及工藝特點 2
2.1 工況分析 3
2.2負載圖和速度圖的繪制： 4
3．1 自動補油的保壓回路設計 5
3．2 釋壓回路設計 5
3．3液壓機液壓系統(tǒng)原理圖擬定 6
4．1 確定液壓缸主要參數(shù) 8
4．2液壓元件的選擇 9
5.1 液壓缸主要尺寸的確定 16
5.2 液壓缸的結構設計 18
7．1 液壓站的結構型式 22
7．2 液壓泵的安裝方式 22
7.3液壓油箱的設計 22
7.4液壓站的結構設計 25
一 緒論
1.1 液壓傳動與控制概述
液壓傳動與控制是以液體（油、高水基液壓油、合成液體）作為介質來實現(xiàn)各種機械量的輸出（力、位移或速度等）的。它與單純的機械傳動、電氣傳動和氣壓傳動相比，具有傳遞功率大，結構小、響應快等特點，因而被廣泛的應用于各種機械設備及精密的自動控制系統(tǒng)。液壓傳動技術是一門新的學科技術，它的發(fā)展歷史雖然較短，但是發(fā)展的速度卻非常之快。自從1795年制成了第一臺壓力機起，液壓技術進入了工程領域；1906年開始應用于國防戰(zhàn)備武器。
第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要反應快、精度高的自動控制系統(tǒng)，因而出現(xiàn)了液壓伺服控制系統(tǒng)。從60年代起，由于原子能、空間技術、大型船艦及電子技術的發(fā)展，不斷地對液壓技術提出新的要求，從民用到國防，由一般的傳動到精確度很高的控制系統(tǒng)，這種技術得到更加廣泛的發(fā)展和應用。
在國防工業(yè)中：海、陸、空各種戰(zhàn)備武器均采用液壓傳動與控制。如飛機、坦克、艦艇、雷達、火炮、導彈及火箭等。
在民用工業(yè)中：有機床工業(yè)、冶金工業(yè)、工程機械、農業(yè)方面，汽車工業(yè)、輕紡工業(yè)、船舶工業(yè)。
另外，近幾年又出現(xiàn)了太陽跟蹤系統(tǒng)、海浪模擬裝置、飛機駕駛模擬、船舶駕駛模擬器、地震再現(xiàn)、火箭助飛發(fā)射裝置、宇航環(huán)境模擬、高層建筑防震系統(tǒng)及緊急剎車裝置等，均采用了液壓技術。
總之，一切工程領域，凡是有機械設備的場合，均可采用液壓技術。它的發(fā)展如此之快，應用如此之廣，其原因就是液壓技術有著優(yōu)異的特點，歸納起來液壓動力傳動方式具有顯著的優(yōu)點：其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出功率大；液壓傳動裝置體積小、結構緊湊、布局靈活，易實現(xiàn)無級調速，調速范圍寬，便于與電氣控制相配合實現(xiàn)自動化；易實現(xiàn)過載保護與保壓，安全可靠；元件易于實現(xiàn)系列化、標準化、通用化；液壓易與微機控制等新技術相結合，構成“機-電-液-光”一體化便于實現(xiàn)數(shù)字化。
1.2 液壓機的發(fā)展及工藝特點
液壓機是制品成型生產中應用最廣的設備之一，自19世紀問世以來發(fā)展很快，液壓機在工作中的廣泛適應性，使其在國民經濟各部門獲得了廣泛的應用。由于液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結構方面，已經比較成熟，目前國內外液壓機的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機電液一體化，以充分合理利用機械和電子的先進技術促進整個液壓系統(tǒng)的完善；自動化、智能化，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調整，具有故障預處理功能；液壓元件集成化、標準化，以有效防止泄露和污染等四個方面。
作為液壓機兩大組成部分的主機和液壓系統(tǒng)，由于技術發(fā)展趨于成熟，國內外機型無較大差距，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，其質量好、性能可靠而且設計的周期也比較短。
近年來在集成塊基礎上發(fā)展起來的新型液壓元件組成的回路也有其獨特的優(yōu)點，它不需要另外的連接件其結構更為緊湊，體積也相對更小，重量也更輕無需管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動和噪聲。邏輯插裝閥具有體積小、重量輕、密封性能好、功率損失小、動作速度快、易于集成的特點，從70年代初期開始出現(xiàn)，至今已得到了很快的發(fā)展。我國從1970年開始對這種閥進行研究和生產，并已將其廣泛的應用于冶金、鍛壓等設備上，顯示了很大的優(yōu)越性。
液壓機工藝用途廣泛，適用于彎曲、翻邊、拉伸、成型和冷擠壓等沖壓工藝，壓力機是一種用靜壓來加工產品。適用于金屬粉末制品的壓制成型工藝和非金屬材料，如塑料、玻璃鋼、絕緣材料和磨料制品的壓制成型工藝，也可適用于校正和壓裝等工藝。
由于需要進行多種工藝，液壓機具有如下的特點：
（1） 工作臺較大，滑塊行程較長，以滿足多種工藝的要求；
（2） 有頂出裝置，以便于頂出工件；
（3） 液壓機具有點動、手動和半自動等工作方式，操作方便；
（4） 液壓機具有保壓、延時和自動回程的功能，并能進行定壓成型和定程成型的操作，特別適合于金屬粉末和非金屬粉末的壓制；
（5） 液壓機的工作壓力、壓制速度和行程范圍可隨意調節(jié)，靈活性大。
二 150t液壓機液壓系統(tǒng)工況分析
本機器(見圖1.1)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。本機器具有獨立的動力機構和電氣系統(tǒng)。采用按鈕集中控制，可實現(xiàn)調整、手動及半自動三種操作方式。本機器的工作壓力、壓制速度、空載快速下行和減速的行程范圍均可根據(jù)工藝需要進行調整，并能完成一般壓制工藝。此工藝又分定壓、定程兩種工藝動作供選擇。定壓成型之工藝動作在壓制后具有保壓、延時、自動回程、延時自動退回等動作。 本機器主機呈長方形，外形新穎美觀，動力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結構簡單、緊湊、動作靈敏可靠。該機并設有腳踏開關，可實現(xiàn)半自動工藝動作的循環(huán)。
2.1 工況分析
本次設計在畢業(yè)實習調查的基礎上，用類比的方法初步確定了立式安裝的主液壓缸活塞桿帶動滑塊及動橫梁在立柱上滑動下行時，運動部件的質量為500Kg。
1．工作負載 工件的壓制抗力即為工作負載：
2. 摩擦負載 靜摩擦阻力：
動摩擦阻力：
3. 慣性負載
自重：
4. 液壓缸在各工作階段的負載值：
其中： ——液壓缸的機械效率，一般取=0.9-0.97。
工況
負載組成
推力 F/
2.2負載圖和速度圖的繪制：
負載圖按上面的數(shù)值繪制，速度圖按給定條件繪制，如圖：
三 液壓機液壓系統(tǒng)原理圖設計
3．1 自動補油的保壓回路設計
考慮到設計要求，保壓時間要達到5s，壓力穩(wěn)定性好。若采用液壓單向閥回路保壓時間長，壓力穩(wěn)定性高，設計中利用換向閥中位機能保壓，設計了自動補油回路，且保壓時間由電氣元件時間繼電器控制，在0-20min內可調整。此回路完全適合于保壓性能較高的高壓系統(tǒng)，如液壓機等。
自動補油的保壓回路系統(tǒng)圖的工作原理：
按下起動按紐，電磁鐵1YA通電，換向閥6接入回路時，液壓缸上腔成為壓力腔，在壓力到達預定上限值時壓力繼電器11發(fā)出信號，使換向閥切換成中位；這時液壓泵卸荷，液壓缸由換向閥M型中位機能保壓。當液壓缸上腔壓力下降到預定下限值時，壓力繼電器又發(fā)出信號，使換向閥右位接人回路，這時液壓泵給液壓缸上腔補油，使其壓力回升?；爻虝r電磁閥2YA通電，換向閥左位接人回路，活塞快速向上退回。
3．2 釋壓回路設計
釋壓回路的功用在于使高壓大容量液壓缸中儲存的能量緩緩的釋放，以免她突然釋放時產生很大的液壓沖擊。一般液壓缸直徑大于25mm、壓力高于7Mpa時，其油腔在排油前就先須釋壓。
根據(jù)設計很實際的生產需要，選擇用節(jié)流閥的釋壓回路。其工作原理：按下起動按鈕，換向閥6的右位接通，液壓泵輸出的油經過換向閥6的右位流到液壓缸的上腔。同時液壓油的壓力影響壓力繼電器。當壓力達到一定壓力時，壓力繼電器發(fā)出信號，使換向閥5回到中位，電磁換向閥10接通。液壓缸上腔的高壓油在換向閥5處于中位（液壓泵卸荷）時通過節(jié)流閥9、換向閥10回到油箱，釋壓快慢由節(jié)流閥調節(jié)。當此腔壓力降至壓力繼電器的調定壓力時，換向閥6切換至左位，液控單向閥7打開，使液壓缸上腔的油通過該閥排到液壓缸頂部的副油箱13中去。使用這種釋壓回路無法在釋壓前保壓，釋壓前有保壓要求時的換向閥也可用M型，并且配有其它的元件。
機器在工作的時候，如果出現(xiàn)機器被以外的雜物或工件卡死，這是泵工作的時候，輸出的壓力油隨著工作的時間而增大，而無法使液壓油到達液壓缸中，為了保護液壓泵及液壓元件的安全，在泵出油處加一個直動式溢流閥1，起安全閥的作用，當泵的壓力達到溢流閥的導通壓力時，溢流閥打開，液壓油流回油箱。起到保護作用。在液壓系統(tǒng)中，一般都用溢流閥接在液壓泵附近，同時也可以增加液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使零件的加工精度增高。
3．3液壓機液壓系統(tǒng)原理圖擬定
上液壓缸工作循環(huán)
（1） 快速下行。按下起動按鈕，電磁鐵1YA通電，這時的油路為：
液壓缸上腔的供油的油路
變量泵1—換向閥6右位—節(jié)流閥8—壓力繼電器11—液壓缸15
液壓缸下腔的回油路
液壓缸下腔15—液控單向閥7—換向閥6右位—電磁閥5—背壓閥4—油箱
油路分析：變量泵1的液壓油經過換向閥6的右位，液壓油分兩條油路：一條油路通過節(jié)流閥7流經繼電器11，另一條路直接流向液壓缸的上腔和壓力表。使液壓缸的上腔加壓。液壓缸15下腔通過液控單向閥7經過換向閥6的右位流經背壓閥，再流到油箱。因為這是背壓閥產生的背壓使接副油箱旁邊的液控單向閥7打開，使副油箱13的液壓油經過副油箱旁邊的液控單向閥14給液壓缸15上腔補油。使液壓缸快速下行，另外背壓閥接在系統(tǒng)回油路上，造成一定的回油阻力，以改善執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)性。
（2） 保壓時的油路情況：
油路分析：當上腔快速下降到一定的時候，壓力繼電器11發(fā)出信號，使換向閥6的電磁鐵1YA斷電，換向閥回到中位，利用變量泵的柱塞孔從吸油狀態(tài)過渡到排油狀態(tài)，其容積的變化是由大變小，而在由增大到縮小的變化過程中，必有容積變化率為零的一瞬間，這就是柱塞孔運動到自身的中心線與死點所在的面重合的這一瞬間，這時柱塞孔的進出油口在配油盤上所在的位置，稱為死點位置。柱塞在這個位置時，既不吸油，也不排油，而是由吸轉為排的過渡狀態(tài)。液壓系統(tǒng)保壓。而液壓泵1在中位時，直接通過背壓閥直接回到油箱。
（3） 回程時的油路情況：
液壓缸下腔的供油的油路：
變量泵1——換向閥6左位——液控單向閥7——液壓油箱15的下腔
液壓缸上腔的回油油路：
液壓腔的上腔——液控單向閥14——副油箱13
液壓腔的上腔—節(jié)流閥8——換向閥6左位——電磁閥5——背壓閥4——油箱
油路分析： 當保壓到一定時候，時間繼電器發(fā)出信號，使換向閥6的電磁鐵2YA通電，換向閥接到左位，變量泵1的液壓油通過換向閥旁邊的液控單向閥流到液壓缸的下腔，而同時液壓缸上腔的液壓油通過節(jié)流閥9（電磁鐵6YA接通），上腔油通過換向閥10接到油箱，實現(xiàn)釋壓，另外一部分油通過主油路的節(jié)流閥流到換向閥6，再通過電磁閥19，背壓閥11流回油箱。實現(xiàn)釋壓。
下液壓缸的工作循環(huán)：
向上頂出時，電磁鐵4YA通電，5YA失電。
進油路：
液壓泵——換向閥19左位——單向節(jié)流閥18——下液壓缸下腔
回油路：
下液壓缸上腔——換向閥19左位——油箱
當活塞碰到上缸蓋時，便停留在這個位置上。
向下退回是在4YA失電，3YA通電時產生的，
進油路：
液壓泵——換向閥19右位——單向節(jié)流閥17——下液壓缸上腔
回油路：
下液壓缸下腔——換向閥19右位——油箱
原位停止是在電磁鐵3YA，4YA都斷電，換向閥19處于中位時得到的。
四 液壓系統(tǒng)的計算和元件選型
4．1 確定液壓缸主要參數(shù)
按液壓機床類型初選液壓缸的工作壓力為25Mpa,根據(jù)快進和快退速度要求，采用單桿活塞液壓缸?？爝M時采用差動連接，并通過充液補油法來實現(xiàn)，這種情況下液壓缸無桿腔工作面積應為有桿腔工作面積的6倍，即活塞桿直徑與缸筒直徑滿足的關系。
快進時，液壓缸回油路上必須具有背壓,防止上壓板由于自重而自動下滑，根據(jù)《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》表2-2中，可取=1Mpa，快進時，液壓缸是做差動連接，但由于油管中有壓降存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估計時可取,快退時，回油腔是有背壓的，這時亦按2Mpa來估算。
1) 計算液壓缸的面積
可根據(jù)下列圖形來計算
—— 液壓缸工作腔的壓力 Pa
—— 液壓缸回油腔的壓力 Pa
故：
當按GB2348-80將這些直徑圓整成進標準值時得：,
由此求得液壓缸面積的實際有效面積為：
2) 液壓缸實際所需流量計算
① 工作快速空程時所需流量
液壓缸的容積效率，取
② 工作缸壓制時所需流量
③ 工作缸回程時所需流量
4．2液壓元件的選擇
4．2.1確定液壓泵規(guī)格和驅動電機功率
由前面工況分析，由最大壓制力和液壓主機類型，初定上液壓泵的工作壓力取為，考慮到進出油路上閥和管道的壓力損失為（含回油路上的壓力損失折算到進油腔），則液壓泵的最高工作壓力為
上述計算所得的是系統(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，另外考慮到一定壓力貯備量，并確保泵的壽命，其正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右因此選泵的額定壓力應滿足：
液壓泵的最大流量應為：
式中液壓泵的最大流量
同時動作的各執(zhí)行所需流量之和的最大值，如果這時的溢流閥正進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量。
系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取，現(xiàn)取。
1．選擇液壓泵的規(guī)格
由于液壓系統(tǒng)的工作壓力高，負載壓力大，功率大。大流量。所以選軸向柱塞變量泵。柱塞變量泵適用于負載大、功率大的機械設備（如龍門刨床、拉床、液壓機），柱塞式變量泵有以下的特點：
1） 工作壓力高。因為柱塞與缸孔加工容易，尺寸精度及表面質量可以達到很高的要求，油液泄漏小，容積效率高，能達到的工作壓力，一般是（），最高可以達到。
2） 流量范圍較大。因為只要適當加大柱塞直徑或增加柱塞數(shù)目，流量變增大。
3） 改變柱塞的行程就能改變流量，容易制成各種變量型。
4） 柱塞油泵主要零件均受壓，使材料強度得到充分利用，壽命長，單位功率重量小。但柱塞式變量泵的結構復雜。材料及加工精度要求高，加工量大，價格昂貴。
根據(jù)以上算得的和在查閱相關手冊《機械設計手冊》成大先P20-195得：現(xiàn)選用，排量63ml/r，額定壓力32Mpa，額定轉速1500r/min，驅動功率59.2KN，容積效率，重量71kg，容積效率達92%。
2．與液壓泵匹配的電動機的選定
由前面得知，本液壓系統(tǒng)最大功率出現(xiàn)在工作缸壓制階段，這時液壓泵的供油壓力值為26Mpa，流量為已選定泵的流量值。液壓泵的總效率。柱塞泵為，取0.82。
選用1000r/min的電動機，則驅動電機功率為
選擇電動機 ，其額定功率為18.5KW。
4.2.2閥類元件及輔助元件的選擇
1. 對液壓閥的基本要求：
(1). 動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊和振動小。油液流過時壓力損失小。
(2). 密封性能好。結構緊湊，安裝、調整、使用、維護方便，通用性大
2. 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件及輔助元件型號和規(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際流量，其他還需考慮閥的動作方式，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準閥類的規(guī)格：
序號
元件名稱
估計通過流量
型號
規(guī)格
1
斜盤式柱塞泵
156.8
63SCY14－1B
32Mpa，驅動功率59.2KN
2
WU網式濾油器
160
WU-160*180
40通徑，壓力損失0.01MPa
3
直動式溢流閥
120
DBT1/315G24
10通徑，32Mpa，板式聯(lián)接
4
背壓閥
80
YF3-10B
10通徑，21Mpa，板式聯(lián)接
5
二位二通手動電磁閥
80
22EF3-E10B
6
三位四通電磁閥
100
34DO-B10H-T
10通徑，壓力31.5MPa
7
液控單向閥
80
YAF3-E610B
32通徑，32MPa
8
節(jié)流閥
80
QFF3-E10B
10通徑，16MPa
9
節(jié)流閥
80
QFF3-E10B
10通徑，16MPa
10
二位二通電磁閥
30
22EF3B-E10B
6通徑，壓力20 MPa
11
壓力繼電器
－
DP1-63B
8通徑，10.5-35 MPa
12
壓力表開關
－
KFL8－30E
32Mpa，6測點
13
油箱
14
液控單向閥
YAF3-E610B
32通徑，32MPa
15
上液壓缸
16
下液壓缸
17
單向節(jié)流閥
48
ALF3－E10B
10通徑，16MPa
18
單向單向閥
48
ALF3－E10B
10通徑，16MPa
19
三位四通電磁換向閥
25
34DO-B10H-T
20
減壓閥
40
JF3-10B
4.2.3 管道尺寸的確定
油管系統(tǒng)中使用的油管種類很多，有鋼管、銅管、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。本設計中油管采用鋼管，因為本設計中所須的壓力是高壓，P=31.25MPa ， 鋼管能承受高壓，價格低廉，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。本設計在彎曲的地方可以用管接頭來實現(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)接兩個相對運動部件之間的管道。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。由于膠管制造比較困難，成本很高，因此非必要時一般不用。
1. 管接頭的選用：
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際標準米制錐螺紋（ZM）和普通細牙螺紋（M）。錐螺紋依靠自身的錐體旋緊和采用聚四氟乙烯等進行密封，廣泛用于中、低壓液壓系統(tǒng)；細牙螺紋密封性好，常用于高壓系統(tǒng)，但要求采用組合墊圈或O形圈進行端面密封，有時也采用紫銅墊圈。
液壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分都出現(xiàn)在它管系中的接頭上，為此對管材的選用，接頭形式的確定（包括接頭設計、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用等），管系的設計（包括彎管設計、管道支承點和支承形式的選取等）以及管道的安裝（包括正確的運輸、儲存、清洗、組裝等）都要考慮清楚，以免影響整個液壓系統(tǒng)的使用質量。
國外對管子的材質、接頭形式和連接方法上的研究工作從不間斷，最近出現(xiàn)一種用特殊的鎳鈦合金制造的管接頭，它能使低溫下受力后發(fā)生的變形在升溫時消除——即把管接頭放入液氮中用芯棒擴大其內徑，然后取出來迅速套裝在管端上，便可使它在常溫下得到牢固、緊密的結合。這種“熱縮”式的連接已經在航空和其它一些加工行業(yè)中得到了應用，它能保證在40~55Mpa的工作壓力下不出現(xiàn)泄漏。本設計根據(jù)需要，選擇卡套式管接頭。要求采用冷拔無縫鋼管。
2. 管道內徑計算：
（1）
式中 Q——通過管道內的流量
v——管內允許流速 ，見表：
允許流速推薦值
油液流經的管道
推薦流速 m/s
液壓泵吸油管
液壓系統(tǒng)壓油管道
3~6，壓力高，管道短粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5~2.6
(1). 液壓泵壓油管道的內徑：
取v=4m/s
根據(jù)《機械設計手冊》成大先P20-641查得：取d=20mm,鋼管的外徑 D=28mm;
管接頭聯(lián)接螺紋M27×2。
(2). 液壓泵回油管道的內徑：
取v=2.4m/s
根據(jù)《機械設計手冊》成大先P20-641查得：取d=25mm,鋼管的外徑 D=34mm;
管接頭聯(lián)接螺紋M33×2。
3. 管道壁厚的計算
式中： p——管道內最高工作壓力 Pa
d——管道內徑 m
——管道材料的許用應力 Pa，
——管道材料的抗拉強度 Pa
n——安全系數(shù)，對鋼管來說，時，取n=8；時，
取n=6； 時，取n=4。
根據(jù)上述的參數(shù)可以得到：
我們選鋼管的材料為45#鋼，由此可得材料的抗拉強度=600MPa;
(1). 液壓泵壓油管道的壁厚
(2). 液壓泵回油管道的壁厚
所以所選管道適用。
4. 液壓系統(tǒng)的驗算
上面已經計算出該液壓系統(tǒng)中進，回油管的內徑分別為32mm,42mm。
但是由于系統(tǒng)的具體管路布置和長度尚未確定，所以壓力損失無法驗算。
4.2.4系統(tǒng)溫升的驗算
在整個工作循環(huán)中，工進階段所占的時間最長，且發(fā)熱量最大。為了簡化計算，主要考慮工進時的發(fā)熱量。一般情況下，工進時做功的功率損失大引起發(fā)熱量較大，所以只考慮工進時的發(fā)熱量，然后取其值進行分析。
當V=10mm/s時，即v=600mm/min
即
此時泵的效率為0.9，泵的出口壓力為26MP，則有
即
此時的功率損失為：
假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取，
油箱的散熱面積A為
系統(tǒng)的溫升為
根據(jù)《機械設計手冊》成大先P20-767：油箱中溫度一般推薦30-50
所以驗算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內。
五 液壓缸的結構設計
5.1 液壓缸主要尺寸的確定
1) 液壓缸壁厚和外經的計算
液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。
液壓缸的壁厚一般指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規(guī)律應壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
液壓缸的內徑D與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算
設 計 計 算 過 程
式中 ——液壓缸壁厚(m)；
D——液壓缸內徑(m)；
——試驗壓力，一般取最大工作壓力的(1.25~1.5)倍；
——缸筒材料的許用應力。無縫鋼管：。
==22.9
則在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計算所得液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往很不夠，如在切削過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因此一般不作計算，按經驗選取，必要時按上式進行校核。
液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外經為
2) 液壓缸工作行程的確定
液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機構實際工作的最大行程來確定，并參閱<<液壓系統(tǒng)設計簡明手冊>>P12表2-6中的系列尺寸來選取標準值。
液壓缸工作行程選
缸蓋厚度的確定
一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用下面兩式進行近似計算。
無孔時
有孔時
式中 t——缸蓋有效厚度(m)；
——缸蓋止口內徑(m)；
——缸蓋孔的直徑(m)。
液壓缸：
無孔時
取 t=65mm
有孔時
取 t’=50mm
3)最小導向長度的確定
當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離H稱為最小導向長度（如下圖2所示）。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設計時必須保證有一定的最小導向長度。
對一般的液壓缸，最小導向長度H應滿足以下要求：
設 計 計 算 過 程
式中 L——液壓缸的最大行程；
D——液壓缸的內徑。
活塞的寬度B一般取B=(0.6~10)D；缸蓋滑動支承面的長度，根據(jù)液壓缸內徑D而定；
當D<80mm時，?。?
當D>80mm時，取。
為保證最小導向長度H，若過分增大和B都是不適宜的，必要時可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由需要的最小導向長度H決定，即
滑臺液壓缸：
最小導向長度：
取 H=200mm
活塞寬度：B=0.6D=192mm
缸蓋滑動支承面長度：
隔套長度： 所以無隔套。
液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應大于內徑的20~30倍。
液壓缸：
缸體內部長度
當液壓缸支承長度LB(10-15)d時，需考慮活塞桿彎度穩(wěn)定性并進行計算。本設計不需進行穩(wěn)定性驗算。
5.2 液壓缸的結構設計
液壓缸主要尺寸確定以后，就進行各部分的結構設計。主要包括：缸體與缸蓋的連接結構、活塞與活塞桿的連接結構、活塞桿導向部分結構、密封裝置、排氣裝置及液壓缸的安裝連接結構等。由于工作條件不同，結構形式也各不相同。設計時根據(jù)具體情況進行選擇。
設 計 計 算 過 程
1) 缸體與缸蓋的連接形式
缸體與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關。
本次設計中采用外半環(huán)連接，如下圖1所示：
圖1 缸體與缸蓋外半環(huán)連接方式優(yōu)點：
(1) 結構較簡單
(2) 加工裝配方便
缺點：
(1) 外型尺寸大
(2) 缸筒開槽，削弱了強度，需增加缸筒壁厚2)活塞桿與活塞的連接結構
參閱<<液壓系統(tǒng)設計簡明手冊>>P15表2-8，采用組合式結構中的螺紋連接。如下圖2所示：
圖2 活塞桿與活塞螺紋連接方式
特點：
結構簡單，在振動的工作條件下容易松動，
必須用鎖緊裝置。應用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸。
2) 活塞桿導向部分的結構
(1)活塞桿導向部分的結構，包括活塞桿與端蓋、導向套的結構，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導向套的結構可以做成端蓋整體式直接導向，也可做成與端蓋分開的導向套結構。后者導向套磨損后便于更換，所以應用較普遍。導向套的位置可安裝在密封圈的內側，也可以裝在外側。機床和工程機械中一般采用裝在內側的結構，有利于導向套的潤滑；而油壓機常采用裝在外側的結構，在高壓下工作時，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開，以提高密封性能。
參閱<<液壓系統(tǒng)設計簡明手冊>>P16表2-9，在本次設計中，采用導向套導向的結構形式，其特點為：
導向套與活塞桿接觸支承導向，磨損后便于更換，導向套也可用耐磨材料。
蓋與桿的密封常采用Y形、V形密封裝置。密封可靠適用于中高壓液壓缸。
防塵方式常用J形或三角形防塵裝置活塞及活塞桿處密封圈的選用
活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。
參閱<<液壓系統(tǒng)設計簡明手冊>>P17表2-10，在本次設計中采用O形密封圈。
六 液壓集成油路的設計
通常使用的液壓元件有板式和管式兩種結構。管式元件通過油管來實現(xiàn)相互之間的連接，液壓元件的數(shù)量越多，連接的管件越多，結構越復雜，系統(tǒng)壓力損失越大，占用空間也越大，維修、保養(yǎng)和拆裝越困難。因此，管式元件一般用于結構簡單的系統(tǒng)。
板式元件固定在板件上，分為液壓油路板連接、集成塊連接和疊加閥連接。把一個液壓回路中各元件合理地布置在一塊液壓油路板上，這與管式連接比較，除了進出液壓油液通過管道外，各液壓元件用螺釘規(guī)則地固定在一塊液壓閥板上，元件之間由液壓油路板上的孔道勾通。板式元件的液壓系統(tǒng)安裝 、調試和維修方便，壓力損失小，外形美觀。但是，其結構標準化程度差，
互換性不好，結構不夠緊湊，制造加工困難，使用受到限制。此外，還可以把液壓元件分別固定在幾塊集成塊上，再把各集成塊按設計規(guī)律裝配成一個液壓集成回路，這種方式與油路板比較，標準化、系列化程度高，互換性能好，維修、拆裝方便，元件更換容易；集成塊可進行專業(yè)化生產，其質量好、性能可靠而且設計生產周期短。使用近年來在液壓油路板和集成塊基礎上發(fā)展起來的新型液壓元件疊加閥組成回路也有其獨特的優(yōu)點，它不需要另外的連接件，由疊加閥直接疊加而成。其結構更為緊湊，體積更小，重量更輕，無管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動和噪聲。
本次設計采用系統(tǒng)由集成塊組成，由于本液壓系統(tǒng)的壓力比較大，所以調壓閥選擇DB/DBW型直動溢流閥，而換向閥等以及其他的閥采用廣州機床研究所的GE系列閥。
液壓集成塊結構與設計
6．1液壓集成回路設計
1）把液壓回路劃分為若干單元回路，每個單元回路一般由三個液壓元件組成，采用通用的壓力油路P和回油路T，這樣的單元回路稱液壓單元集成回路。設計液壓單元集成回路時，優(yōu)先選用通用液壓單元集成回路，以減少集成塊設計工作量，提高通用性。
2）把各個液壓單元集成回路連接起來，組成液壓集成回路，一個完整的液壓集成回路由底板、供油回路、壓力控制回路、方向回路、調速回路、頂蓋及測壓回路等單元液壓集成回路組成。液壓集成回路設計完成后，要和液壓回路進行比較，分析工作原理是否相同，否則說明液壓集成回路出了差錯。
底板及供油塊設計
上圖為底板塊及供油塊，其作用是連接集成塊組。液壓泵供應的壓力油P由底板引入各集成塊，液壓系統(tǒng)回油路T及泄漏油路L經底板引入液壓油箱冷卻沉淀。
七 液壓站結構設計
液壓站是由液壓油箱，液壓泵裝置及液壓控制裝置三大部分組成。液壓油箱裝有空氣濾清器，濾油器，液面指示器和清洗孔等。液壓站裝置包括不同類型的液壓泵，驅動電機及其它們之間的聯(lián)軸器等，液壓控制裝置是指組成液壓系統(tǒng)的各閥類元件及其聯(lián)接體。
7．1 液壓站的結構型式
機床液壓站的結構型式有分散式和集中式兩種類型。
（1）集中式 這種型式將機床液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調節(jié)裝置獨立于機床之外，單獨設置一個液壓站。這種結構的優(yōu)點是安裝維修方便，液壓裝置的振動、發(fā)熱都與機床隔開；缺點是液壓站增加了占地面積。
（2）分散式 這種型式將機床液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調節(jié)裝置分散在機床的各處。例如，利用機床或底座作為液壓油箱存放液壓油。把控制調節(jié)裝置放在便于操作的地方。這種結構的優(yōu)點是結構緊湊，泄漏油回收，節(jié)省占地面積，但安裝維修方便。同時供油裝置的振動、液壓油的發(fā)熱都將對機床的工作精度產生不良影響，故較少采用，一般非標設備不推薦使用。本次設計采用集中式。
7．2 液壓泵的安裝方式
液壓站裝置包括不同類型的液壓泵、驅動電動機及其聯(lián)軸器等。其安裝方式為立式和臥式兩種。
1. 立式安裝 將液壓泵和與之相聯(lián)接的油管放在液壓油箱內，這種結構型式緊湊、美觀，同時電動機與液壓泵的同軸度能保證，吸油條件好，漏油可直接回液壓油箱，并節(jié)省占地面積。但安裝維修不方便，散熱條件不好。
2. 臥式安裝 液壓泵及管道都安裝在液壓油箱外面，安裝維修方便，散熱條件好，但有時電動機與液壓泵的同軸度不易保證。
考慮到維修，散熱等方面的要求。本設計中采用臥式聯(lián)接。
7.3液壓油箱的設計
液壓油箱的作用是貯存液壓油、充分供給液壓系統(tǒng)一定溫度范圍的清潔油液，并對回油進行冷卻，分離出所含的雜質和氣泡。
7.3.1 液壓油箱有效容積的確定
液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量可概略地確定為：
系統(tǒng)類型
低壓系統(tǒng)（）
中壓系統(tǒng)（）
中高壓或大功率系統(tǒng)（）
2~4
5~7
6~12
根據(jù)實際設計需要，選擇的，所以此系統(tǒng)屬于中高壓系統(tǒng)，所以?。?
式中 －液壓油箱有效容量；
－液壓泵額定流量。
參照《機械設計手冊》成大先P20-767鍛壓機械的油箱容積通常取為每分鐘流量的6-12倍。
即：
取
應當注意：設備停止運轉后，設備中的那部分油液會因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應超過液壓油箱高度的80%。
所以，實際油箱的體積為：
7.3.2 液壓油箱的外形尺寸設計
液壓油箱的有效面積確定后，需設計液壓油箱的外形尺寸，一般設計尺寸比（長：寬：高）為1：1：1~1：2：3。但有時為了提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時，可將液壓油箱的容量予以增大，本設計中的油箱根據(jù)液壓泵與電動機的聯(lián)接方式的需要以及安裝其它液壓元件需要，選擇長為1.5m,寬為1.1m，高為1.0m。
7.3.3 液壓油箱的結構設計
一般的開式油箱是用鋼板焊接而成的，大型的油箱則是用型鋼作為骨架的，再在外表焊接鋼板。油箱的形狀一般是正方形或長方形，為了便于清洗油箱內壁及箱內濾油器，油箱蓋板一般都是可拆裝的。設計油箱時應考慮的幾點要求：
1. 壁板：壁板厚度一般是3~4mm；容量大的油箱一般取4~6mm。本設計中取油箱的壁厚為6mm。對于大容量的油箱，為了清洗方便，也可以在油箱側壁開較大的窗口，并用側蓋板緊密封閉。
2. 底板與底腳：底板應比側板稍厚一些，底板應有適當傾斜以便排凈存油和清洗，液壓油箱底部應做成傾斜式箱底，并將放油塞安放在最低處。油箱的底部應裝設底腳，底腳高度一般為150~200mm，以利于通風散熱及排出箱內油液。一般采用型鋼來加工底腳。本設計中用的是槽鋼加工的。
液壓油底部的構造的幾種情況
這是一般液壓油箱底面的構造的五種情況，我們根據(jù)具體設計和生產的需要來確定液壓油箱底面的構造，根據(jù)本設計的需要，選了（c）型構造。
3. 頂板：頂板一般取得厚一些，為6~10mm，因為本設計把泵、閥和電動機安裝在油箱頂部上時，頂板厚度選最大值10mm。頂板上的元件和部件的安裝面應該經過機械加工，以保證安裝精度，同時為了減少機加工工作量，安裝面應該用形狀和尺寸適當?shù)暮皲摪搴附印?
4. 隔板：油箱內一般設有隔板，隔板的作用是使回油區(qū)與泵的吸油區(qū)隔開，增大油液循環(huán)的路徑，降低油液的循環(huán)速度，有利于降溫散熱、氣泡析出和雜質沉淀。隔板的安裝型式有多種，隔板一般沿油箱的縱向布置，其高度一般為最低液面高度的2/3~3/4。有時隔板可以設計成高出液壓油面，使液壓油從隔板側面流過；在中部開有較大的窗口并配上適當面積的濾網，對油液進行粗濾。
5. 側板：側板厚度一般為3-4mm，側板四周頂部應該加工成高出油箱頂板3~4mm，為了使液壓元件的在工作等的情況下泄漏出來的油不至于灑落在地面上或操作者的身上，同時可以防止液壓油箱的頂板在潮濕的氣候中腐蝕。
回油管及吸油管為了防止出現(xiàn)吸空和回油沖擊油面形成泡沫，油泵的吸油管和回油管應布置在油箱最低液面50~100mm以下，管口與箱底距離不應小于2倍的管徑，防止吸入沉淀物。管口應切成，切口面向箱壁，與箱壁之距離為3倍管徑?；赜凸艿某隹诮^對不允許放在液面以上。本設計的管口與箱底的距離為160mm，切口與箱壁的距離為250mm。
6. 回油集管的考慮：單獨設置回油管當然是理想的，但不得已時則應使用回油集管。對溢流閥、順序閥等，應注意合理設計回油集管，不要人為地施以背壓。
7. 吸油管： 吸油管前一般應該設置濾油器，其精度為100~200目的網式或線式隙式濾油器。濾油器要有足夠大的容量，避免阻力太大。濾油器與箱底間的距離應不小于20mm。吸油管應插入液壓油面以下，防止吸油時卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動油面，致使油中混入氣泡。
8. 泄油油管的配置： 管子直徑和長度要適當，管口應該在液面之上，以避免產生背壓。泄漏油管以單獨配管為最好，盡量避免與回油管集流配管的方法。
9. 過濾網的配置：過濾網可以設計成液壓油箱內部一分為二，使吸油管與回油管隔開，這樣液壓油可以經過一次過濾。過濾網通常使用50~100目左右的金屬網。
10. 濾油器： 濾油器的作用及過濾精度 液壓系統(tǒng)中的液壓油經?；煊须s質，如空氣中的塵埃、氧化皮、鐵屑、金屬粉末。密封材料碎片、油漆皮和 紗纖維。這些雜質是造成液壓元件故障的額重要原因，它們會造成油泵、油馬達及閥類元件內運動件和密封件的磨損和劃傷，閥芯卡死，小孔堵塞等故障，影響液壓系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。近年來對液壓油的污染控制已經開始引起人們的極大重視。
為了便于隨時檢查和觀察箱內液體液位的情況，應該在油箱壁板的側面安裝液面指示器，指示最高、最低油位。液面指示器一般選用帶有溫度計的液面指示器。
油箱頂板需要裝設空氣濾清器，對進入油箱的空氣進行過濾，防止大氣中的雜質污染液壓油。空氣濾清器的過濾能力一般為油泵流量的兩倍，其過濾精度應與液壓系統(tǒng)中最細的濾油器的精度相同。
油箱內部應刷淺色的耐油油漆。以防止銹蝕。
7.4液壓站的結構設計
7.4.1 電動機與液壓泵的聯(lián)接方式
電動機與液壓泵的聯(lián)接方式分為法蘭式、支架式和支架法蘭式。
1. 法蘭式 液壓泵安裝在法蘭上，法蘭再與帶法蘭盤的電動機聯(lián)接，電動機與液壓泵依靠法蘭盤上的止口來保證同軸度。這種結構裝拆很方便。
2. 支架式 液壓泵直接裝在支架的止口里，然后依靠支架的底面與底板相連，再與帶底座的電動機相聯(lián)。這種結構對于保證同軸度比較困難（電動機與液壓泵的同軸度）。為了防止安裝誤差產生的振動，常用帶有彈性的聯(lián)軸器。
3. 法蘭支架式 電動機與液壓泵先以法蘭聯(lián)接，法蘭再與支架聯(lián)接，最后支架再裝在底板上。它的優(yōu)點是大底板不用加工，安裝方便，電動機與液壓泵的同軸度靠法蘭盤上的止口來保證。
本設計采用法蘭支架式聯(lián)接。同時考慮本設計中的電動機與液壓泵的聯(lián)接在安裝時產生同軸度誤差帶來的不良影響，常用帶有彈性的聯(lián)軸器。為了增加電動機與液壓泵的聯(lián)接剛性，避免產生共振，本設計把液壓泵和電動機先裝在剛性較好的底板上使其成為一體，然后底板加墊再裝到液壓油箱蓋上。
7.4.2 液壓泵結構設計的注意事項：
1. 液壓裝置中各部件、元件的布置要均勻、便于裝配、調整、維修和使用，并且要適當?shù)刈⒁馔庥^的整齊和美觀。
2. 考慮液壓油箱的大小與剛度，液壓泵與電動機裝在液壓油箱的蓋子上或裝在液壓油箱之外。
3. 在閥類元件的布置中，行程閥的安放位置必須靠近運動部件。手動換向閥的位置必須靠近操作部位。換向閥之間應留有一定的軸向距離，以便進行手動調整或裝拆電磁鐵。壓力表及其開關應布置在便于觀察和調整的地方。
4. 壓泵與機床相聯(lián)的管道一般都先集中接到機床的中間接頭上，然后再分別通向不同部件
的各個執(zhí)行機構中去，這樣做有利于搬運、裝拆和維修。
5. 硬管應貼地或沿著機床外形壁面敷設。相互平行的管道應保持一定的間隔，并用管夾固定。隨工作部件運動的管道可采用軟管、伸縮管或彈性管。軟管安裝時應避免發(fā)生扭轉，影響使用壽命。
7.4.3 電動機的選擇：
電動機的選擇范圍包括：電動機的種類、類型，容量、額定電壓、額定轉速及其各項經濟指標等。而且對這些參數(shù)要綜合進行考慮。
選擇電動機的容量是電力傳動系統(tǒng)能否經濟和可靠運行的重要問題。如果電動機容量大小，長期處于過載運行。造成電動機絕緣過早地損壞；如果容量過大，不僅造成設備上的浪費，而且運行效率低，對電能的利用不經濟。因此，選擇電動機時，首先應是在各種工作方式下選擇電動機的容量。
根據(jù)前面求出來的電動機的功率可以得出液壓泵需要37.29KW以上功率的電動機。
根據(jù)一般設計的需要，一般采用Y系列小型籠型異步電動機，Y系列電動機是按國際電工委員會（IEC）標準全國統(tǒng)一設計的新系列產品，適用于傳動無特殊性能要求的各種機械設備。
電動機采用B級絕緣。外殼防護等級為。冷卻方式為IC0141即全封閉自扇冷式。
電動機的基本安裝、結構型式：
B3型。 機座帶底腳，端蓋無凸緣；
B5型。 機座不帶底腳，端蓋有絕緣。
B35型。機座帶底腳，端蓋有凸緣。
電動機額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。
根據(jù)查表查出電動機型號為，其額定功率為18.5KW。
參 考 文 獻
1 雷天覺主編 《新編液壓工程手冊》 北京：北京理工大學出版社 1998
2 黃宏甲、黃誼、王積偉主編 《液壓與氣壓傳動》 北京：機械工業(yè)出版社 2001
3 劉連山主編 《流體傳動與控制》 北京：人民交通出版社 1983
4 張利平、鄧鐘明主編 《液壓氣動系統(tǒng)設計手冊》 北京：機械工業(yè)出版社1997
5 成大先主編 《機械設計手冊》 第三版第三卷 化學工業(yè)出版社 2001
6 成大先主編 《機械設計手冊》 第四版第四卷 化學工業(yè)出版社 2002
7 路甬祥主編 《液壓氣動設計手冊》 北京：機械工業(yè)出版社 2003
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