5000KN单臂液压机的液压系统设计Word文件下载.docx
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2000（一般为1：
100），它还可在运行过程中进行调速；
（3）换向容易，当电机旋转方向不改变的情况下，可以比较方便地实现直线往复运动的转换和工作机械旋转；
（4）液压马达和液压泵之间需用油管连接，在空间上应不受严格限制，需减少成本；
（5）当采用油液为工作介质的情况下，相对运动表面之间，元件润滑效果佳，磨损较小，使用寿命比较长；
（6）自动化程度较高，操纵控制简便，能够方便实现了远程控制和自动化；
（7）液压装置很容易实现过载保护；
（8）液压元件实现了通用化、系列化、标准化、便于设计、制造和使用都比较方便。
2、液压传动的缺点：
（1）液压传动对维护和修理的要求高，工作油无污染，必须要保持清洁，；
（2）为了减少泄露，液压元件制造成本和精度要求高，工艺复杂，成本高，油液的污染比较敏感；
（3）液压元件不易找出原因，维修较困难；
（4）液压传动中油温变化比较敏感，直接影响传动的工作稳定性，所以液压传动不宜在变化范围大的温度下工作（工作温度一般在-15℃~60℃范围内）；
（5）液压传动在能量转化的过程中，尤其是在调速系统中，其压力大，流量大（摩擦损失、泄露损失），导致系统效率较低。
总的来说，液压传动的优点是突出的，它的缺点可以通过技术进步不断克服或改善。
1.3.2液压系统的组成
液压系统主要由：
动力装置（液压泵）、执行装置（油缸或液压马达）、控制装置（各种阀）、辅助装置和工作介质等五部分组成：
1、动力装置（液压泵）：
它的作用是利用液体把原动机的机械能转换成液压力能；
是液压传动中的动力部分。
2、执行装置（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。
其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。
3、控制装置：
包括压力阀、流量阀和方向阀等。
它们的作用是对系统中油液压力和流量或者流动的方向进行控制或者调节的装置。
例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。
4、辅助装置：
除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、过滤器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头（扩口式、、卡套式等）、液位仪、高压球阀、管夹、测压接头及油箱等，它们对保证系统的正常工作起到了重要的作用。
5、工作介质：
工作介质是指各种液压传动中传递能量的液压油，它经过液压泵和电动机实现了能量转换，在受调节的状态下进行的工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。
1.3.3液压系统的维护
一个液压系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的的优劣，优质的液压系统是针对无故障使用寿命长而设计的，它需要很少的维护。
但是，这些少量的维护对于主机来讲是非常重要的，可以使得设备的运行受控，避免很多故障；
实践证明，液压系统的故障大多数的失效和损坏事由于液压油的污染维护不足和液压油的选用不当造成的，所以，每年对系统元件的维护和保养是必要的。
可以保证每年设备出厂和进厂的时候，其完好是受控的。
油液污染对系统的危害主要如下：
1）.元件的污染磨损
油液中各种形式污染物引起元件的各种磨损，固体小颗粒进入运动机构间隙中，对零件表面产生疲劳磨损或是切削磨损。
液流中的固体小颗粒高速运动对元件的表面冲击引起摩擦磨损。
在油液中，水和油液氧化变质的生成物会对元件产生腐蚀作用。
除此之外，系统的油箱中的空气能够引起气体腐蚀，导致元件表面和内部的破坏。
2）.元件堵塞与卡紧故障
固体小颗粒堵塞各种阀的间隙和小孔，导致阀芯阻塞和卡紧，影响工作性能的稳定性，甚至导致严重的安全事故。
3）.加速油液性能的氧化
水和空气会在油液中会使油液氧化产生残留物和废物，油液中的金属颗粒在油液的氧化会加速，此外，油液中的水和悬浮在油液里的气泡降低了运动机构间油膜的粘度，使润滑性能降低。
系统的维护：
一个系统在正式投入之前一般都要经过冲洗，冲洗的目的就是要清除残留在系统内的污染物、金属屑、纤维化合物、铁芯等，在最初两小时工作中，即使没有完全损坏系统，也会引起一系列故障。
所以应该按下列步骤来清洗系统油路：
1）严格清洗元件和系统部件；
2）防止污染物从外界侵入；
3）采用高性能的过滤器；
4）保持系统所有部位良好的密封性；
5）控制液压液的温度。
6）定期检查和更换液压液并形成制度。
1.4本课题的研究内容和意义
液压机设计是集液压机总体结构设计、挤压结构设计及计算，绘制主要零部件图机架结构设计及计算，绘制液压机装配图液压机液压系统设计，绘制液压系统原理图液压机控制系统设计，编写,绘制非标准件油箱等过程的全面系统设计。
通过对本课题进行设计，进一步理解和掌握液压系统、液压机、机械加工工艺等的理论知识，了解先进液压技术、工艺技术，提高液压系统分析能力、结构设计能力，加强分析和解决现场机械和结构设计问题的能力，为以后工作时的产品开发、技术改进打下坚实基础，并在实际的生产中灵活处理质量、生产率和成本之间的关系，获得良好的经济效益。
1.5国内外的发展概况
随着科学技术发展取得了很大成就，液压机的诞生给很多企业带来了不少利益，更加随着广泛的使用，其生产技术的发展也是日渐成熟。
不过对于国外的生产技术来说，我国不管是在生产的工艺上，还是在售后安装维护的方面，都是相对来说有点欠缺，但是和以前的相比，对其液压机的制作工艺也是慢慢有所提高，并且不管是在制作液压机的哪一个环节上，对其液压机的制作都是日渐成熟，其质量也是有所提高。
尤其是在制作液压机的时候，在其油路环节上，不管是国内，还是国外，对其液压机的设计，都是封闭式设计。
还有对于液压机的液压系统，不管是采用复合原件，还是别种样式，在制作液压机的时候，得到了广泛的应用。
不过现如今国外最为普遍的使用封闭式，据行业人士介绍，因为这中方法不但具有能够预防泄油现象，还避免对液压机带来更多的污染。
不过据研究液压机的专家说，因为这种设计，是完全可以延长液压机的使用寿命，因为这种设计不但可以预防漏油，所带来的存储环境污染，还有可以使其空气进行对其隔离，避免有化学物质的对其具有腐蚀作用。
不过在我国的制作液压机各个厂家中，这种模式比较少见。
不过随着经济发展加快，对其液压机的使用越是广泛，为了能够提高其性能，液压机的设计成为了至关重要的关键之处。
1.6本课题应达到的要求
设计的液压传动系统，具备以下特点：
1.性能可靠
该装置需满足液压机工艺的需要。
保证系统的正常运行，减少生产事故的发生。
2.成本经济
保证系统性能可靠的同时，选用较为经济的液压元件，降低成本，提高效益。
同时设备使用时应节能。
3.体积小，安装维修方便，安全
该装置体积紧凑，辅助设备少，整个系统占地面积小，新建或改建作业线均可使用。
该装置安装调试容易，维护检修方便，分析处理故障迅速。
操作方便、安全，实现了自动化控制。
今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断的提高和改进元件和系统的性能，以满足日夜变化的市场需求。
液压技术的持续发展体现在微型化、集成化、模块化、智能化和多元化。
液压技术实现高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高级度成化、微型化、智能化等各方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。
此外，在液压元件和液压系统的计算辅助设计、计算机仿真和优化以及计算机控制等开发性研究方面，更日益显示出显著的成绩。
25000KN液压系统参数及略见图
2.1表2-1各型号单臂液压机参数（500T）
表2-1液压系统参数
型号
单位
45T
63T
100T
160T
200T
315T
400T
500T
630T
公称力
KN
400
630
1000
1600
2000
3150
4000
5000
6300
顶出力
63
100
200
250
1250
液体最大工作压力
MPa
25
26.5
26
滑块行程
mm
500
700
800
900
最大开口高度
600
1120
1400
1500
工作台尺寸
前后
580
1200
左右
710
1260
顶出行程
120
160
300
滑块速度
空程下行
mm/s
40
76
>
工作
10
8-15
12
回程
60
70
80
65
机床外形尺寸
110
2120
2220
2420
2520
650
380
680
地面上高度
2406
243
3300
3350
3690
3900
4050
5348
电机功率
KW
5.5
7.5
15
18.5
22
37
总重量
T
1.95
2.5
4
7
20
30
2.25000kN单臂液压机（略见图纸）
图2.25000KN单臂液压机装配图
3单臂液压机液压系统设计
3.1液压系统零部件的参数计算与选择
3.1.1电机的选用[4]
工作压力一般为25mpa
功P=q.p（3.1）
=A×
v（速度）×
p（工作压力）
=（500×
1000÷
250）×
6.79×
10-3m/s×
25mpa
=13.58×
10-2㎡/s
电机功率=功率×
效率η（取90%）
式中q————实际流量
p————工作压力
A————活塞面积
根据电机功率选用电动机:
表3-1Y250M-6电动机参数
电机型号
额定功率（kw）
额定转速nN（rpm）
额定电流IN（A）
效率η（%）
功率因数（cos
）
转动惯量（㎏㎡）
净重（㎏）
Y250M-6
980
74
90.8%
0.86
0.834
408
图3.1Y250M-6电动机
3.1.2液压缸的载荷组成与计算
3.1.2.1液压缸的主要结构尺寸
液压机的液压系统执行元件为---液压缸，系统工作压力的选用20～32mpa；
假设运动部件所受的重力为5000kN，静压导轨，材料为铸铁，摩擦系数为0.004；
图3.2液压缸简图
工作载荷F
并非每阶段都存在，在该阶段没有工作，则：
F
=0
导轨摩擦载荷：
F
=0.004×
5000×
10=20KN
惯性载荷：
=G/g×
△v/△t（3.2）
=5000×
103/10×
（△v/△t=0.6～1.4）
=500KN×
=（300～700）KN
式中g——重力加速度：
；
△v————速度变化量（
）；
△t————启动或制动时间（
）。
一般机械=0.2～0.4s，对轻载低速运动部件区小值，对重载高速部件取大值，△v/△t=0.6～1.4。
以上三种载荷之和称为液压缸外载荷F
即：
起动加速度时：
=F
+F
稳态运动时：
=F
=20KN
查表得：
表3-2液压缸部分参数
液压缸的公称压力
40MPa
液压缸内径D
80mm
活塞杆的直径d
35～100mm
活塞行程
520mm
通过计算各执行流程所需最大流量得知系统最大流量，从而帮助选择液压元件,当活塞杆伸出时Q1：
Q1=π/4ηνD2×
103（3.3）
=3.14/4×
0.95×
10-3×
0.062×
103
=20.20×
10-3L/min
当活塞杆缩回时Q2：
Q2=π/4ην（D2-d2）×
103（3.4）
=3.14/4×
（0.062-0.042）×
6.8×
=10.15×
10-2L/min
当活塞杆差动伸出时Q：
Q=π/4ηνD2×
103（3.5）
0.042×
6..8×
=8.11×
查表按速比、工作压力选取
1/
2：
表3-3工作压力
工作压力/MPa
5.0
5.0～7.0
7.0
d/D
0.5～0.55
0.62～0.70
0.7
表3-6速比表
2
1.15
1.25
1.33
1.46
1.61
0.3
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：
1：
无杆腔进油时活塞运动速度
有杆腔进油时活塞运动速度
差表得：
1/
2=2.0
3.1.2.2液压缸的主要部件设计
1.液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸和柱塞缸，本次采取柱塞缸；
2.缸筒内径D配合方式为H7或H8级，表面粗糙度一般为0.16～0.32μm，用材料S45C，D型系列，额定压力40mpa，内径80mm，外径95mm；
3.热处理：
调质+回火处理，布氏硬度（HB）在241～285；
4.对于缸筒的形位公差如下：
1）内径D的圆度，锥度，圆柱度不大于内径公差之半；
2）缸筒直线度公差在500mm长度上不大于0.03mm；
缸筒端面T对内径的垂直在直径100mm上不大于0.04mm；
3）当缸筒为尾部和中部耳轴型时：
孔d1的轴线对缸径D的偏移不大于0.03mm；
4）孔d1的轴线对缸径D的垂直度在100mm长度上不大于0.1mm；
5）轴径d2的轴线对缸径D的垂直度不大于0.1mm；
6）轴径d2对缸径D的垂直度在100mm长度上不大0.1mm；
7）活塞密封材料POM；
根据设计要求：
活塞杆直径查表得：
d=55mm。
综合以上得液压缸型号：
Y-HG1-G80/55×
500FJ-HL1OT1
液压油选用：
抗耐磨液压油
3.1.2.3液压马达载荷力矩的计算
1.液压马达是液压能转换为机械能元件，分为高速小转矩和低速小转矩。
2.估算后查表得：
柱塞式液压马达驱动功率为20kw；
3.液压马达载荷力矩：
T
=Pc/2πn（3.6）
=20×
103/2×
3.14×
1
=3140N
m
4.液压马达载荷转矩：
T=T
/ηm（3.7）
=3140÷
0.95
=3305N
5.液压马达的排量：
q=2πT
/P
ηm（3.8）
=2×
3140/100×
110×
=0.00021M3/S
综上所述：
柱塞马达选用JMD-40：
转速
压力
额定转矩
额定功率
最大功率
机械效率
偏心距
重量
10～400r/min
16~22
470n.m
19.2kw
26.4
≥91.5%
16
44.5
表3-4柱塞马达JMD-40参数[5]
图3.3柱塞马达JMD-40
3.1.2.4液压泵的选择[6]
1.压泵最大工作压力P
：
P
≥P
+∑△
（3.9）
≥100MP+2.0MP=102.0MP
2.液压泵的流量Q
Q
≥k（∑Qmax）m3/S（3.10）
≥1.3×
20.20×
10-2㎡/s=26.26×
10-3m3/S
3.查表得选用柱塞泵A2F型：
表3-5柱塞泵A2F型参数
排量
9.4~500mm/r
110Mpa
1500r/min
4.变量泵选用A2F55：
表3-6变量泵A2F55参数
恒功率压力范围
转动惯量
驱动功率
总效率
16~40Mpa
1450r/min
305N.m
80～110Mpa
0.0052
46Km
≥90
23kg
图3.4变量泵A2F55
5.活塞结构形式：
O型圈密封；
6.活塞与活塞杆的连接：
轴套型同轴密封；
7.液压泵的噪声：
液压泵的噪声在液压系统的噪声中占了很大比重，减小液压泵的噪声是液压系统降噪吃力的重要组成部分，因此，应了解液压泵产生噪声的原因，以便采取相应的措施来降低泵的噪音。
泵产生原因：
1）泵的流量脉动引起压力脉动，这是造成泵振动和噪声的动力源。
2）气穴现象。
3）管道和支架等机械连接部分因谐振而产生的噪声。
4）液压泵在其工作工程中，但吸油容积突然和压油腔接通，或压油容积突然和吸油腔接通时，会产生流量和压力的突然产生噪声。
5）泵内流道具有突然扩大或收缩，急拐弯，通道面积过小等而导致油液湍流，漩涡而产生噪声。
6）泵转动部分不平衡，轴承振动等引起的噪声。
降低噪声的措施：
1）吸收泵的流量和压力脉动
2）消除泵内液压急剧变化
3）装在油箱上的电动机和泵使用橡胶垫减振
4）压油管的某一段采用橡胶软管，对泵和管路的连接进行隔震
5）防止气穴现象和油中掺混空气现象。
3.2液压元件的选用：
[7]
表3-9工况分析表
图3.5液压原理图
表3-7工作分析表
调整
空运转
滑块向上
＋
上限位
滑块向下
下限位
单次
空运装
滑块快降
变速限位
滑块慢降
保压
压力表
卸压
延时
系统中使用的液压元件有：
（1）充液阀：
工作缸活塞快速下行时，用以向工作缸上腔大量充液。
在保压期间，充液阀经受极高的压力，防止工作缸内油液向流向油箱。
在工作缸活塞回程时，工作缸上腔的油液通过充液阀向充液油箱大量排油。
（2）液控单向阀：
工作缸进行保压压制时，防止液压缸
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