液压与气压传动课程设计小型液压机.docx
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液压与气压传动课程设计小型液压机
液压与气压传动课程设计
计算说明书
设计题目
专业
班级
姓名
学号
指导教师
＿＿＿＿年＿＿月＿＿日
机械电子工程系
第一章绪论
液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。
由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。
由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点：
（1）工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求；
（2）有顶出装置，以便于顶出工件；
（3）液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便；
（4）液压机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操作，特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制；
（5）液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。
因此，对液压系统的研究存在重要的意义。
第二章工作状况分析
2.1绘制并分析运动部件的速度循环图。
图2-1：
速度循环图
由图1可知：
主液压缸克服静摩擦力启动后，当速度达到快进速度6.5m/min时保持匀速到250mm处，由此转工进速度0.45m/min至380mm处。
然后以10m/min的速度快退至原来位置并停止。
2.2分析并绘制部件负载图
a.工作负载
=50000N
b.运动部件由于速度变化引起的惯性负载
N（加减速时间取0.05s）
c.摩擦负载
静摩擦阻力：
=0.2×1000=200N
动摩擦阻力：
=0.1×1000=100N
d.背压负载
为平衡移动部件的自重，取液压缸的背压负载
＝1000N。
表2-1工作循环各阶段的外负载
工况
负载值
下降启动
加速
压制
保压
返回启动
快退
根据受力分析做出负载图
图2-2受力负载图
第三章液压系统原理图的拟定
3.1液压缸主要参数的确定
3.1.1工作压力P的确定
工作压力P可根据负载大小及机器的类型，来初步确定由手册查表取液压缸工作压力为5MPa。
将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到缸下行时，滑块自重采用液压方式平衡，则可计算出液压缸无杆腔的有效面积，取液压缸的机械效率为
。
3.1.2计算液压缸内径D和活塞杆直径d
由负载图知最大负载F为50100N，取d/D=0.7
按GB/T2348-1993，取标准值D=140mm
d=0.7D=98mm
由此求得液压缸的实际有效工作面积
无杆腔实际有效面积：
有杆腔实际有效面积：
3.1.3计算在各工作阶段液压缸所需的流量
快进：
压制：
快退：
液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算见表3-1。
表3-1液压缸工作循环各阶段的压力、流量
工作阶段
负载N
工作腔压力MPa
输入流量L/min
快进
启动
421
0.027
—
快进
100
0.0064
100
压制
50100
3.26
6.9
快退
启动
421
0.0536
—
恒速
100
0.0127
78.5
根据
可得液压缸在工作循环中各阶段的功率，其结果如表3-2所示。
表3-2液压缸各工作循环中各阶段的功率
工作阶段
工率W
快进
10.67
工进
374.9
快退
8.37
3.2液压系统图分析
1.考虑到液压机工作时所需功率较大，固采用变量泵的容积调速方式。
2.为了满足速度的有极变化，采用压力补偿变量液压泵供油，即在快速下降的时候，液压泵以全流量供油。
当转化成慢速加压压制时，泵的流量减小，最后流量为0。
3.当液压缸反向回程时，泵的流量恢复为全流量供油。
液压缸的运动方向采用三位四通M型电磁换向阀和二位二通电磁换向阀控制。
停机时三位四通换向阀处于中位，使液压泵卸荷。
4.为了防止压力头在工作过程中因自重而出现自动下降的现象，在液压缸有杆腔回路上设置一个单向阀。
5.为了实现快速空程下行和慢速加压，此液压机液压系统采用差动连接的调速回路。
6.为了使液压缸下降过程中压力头由于自重使下降速度越来越快，在三位四通换向阀处于左位时，回油路口应设置一个顺序阀作背压阀使回油路有压力而不至于使速度失控。
7.为了实现自动控制，在液压缸的活塞杆运动方向上安装了三个接近开关，使液压系统能够自动切换工作状态。
8.为了使系统工作时压力恒定，在泵的出口设置一个溢流阀，来调定系统压力。
3.3液压系统原理图
综上分析可得小型液压机液压系统原理如图3-1所示。
图3-1液压机液压系统原理图
1-变量泵2-溢流阀3-油箱4-单向阀5-三位四通电磁换向阀6-单向顺3序阀7-液压缸8-过滤器9-调速阀10-二位二通电磁换向阀
第四章液压元件的计算与选择
4.1液压泵的选择
由液压缸的工况图，可以看出液压缸的最高工作压力出现在加压压制阶段时P＝3.26MPa，此时液压缸的输入流量极小，且进油路元件较少故泵到液压缸的进油压力损失估计取为
=0.2MPa。
所以泵的最高工作压力
=19.78+0.2=3.46MPa。
液压泵的最大供油量
按液压缸最大输入流量（100L/min）计算，取泄漏系数K=1.1,则
=110L/min。
根据以上计算结果查阅《机械设计手册》，选用YB-C129BYB型叶片泵，其额定压力P=7MPa，排量为V=133.9mL/r,当转速为1000r/min。
由于液压缸在工进时输入功率最大，这时液压缸的工作压力为3.46MPa，流量为6.9L/min,取泵的总效率
=0.85，则液压泵的驱动电机所要的功率
=468W，
根据此数据按JB/T8680.1-1998，选取Y802-4型Y系列小型三相异步电动机，其额定功率P=750W，额定转速n=1450r/min,按所选电动机的转速和液压泵的排量，液压泵最大理论流量
，大于计算所需的流量110L/min，满足使用要求。
4.2阀类元件及辅助元件
根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量可选出这些液压元件的型号及规格，结果见表7-1。
表4-1液压元件的型号及规格
序号
元件名称
额定压力/Pa
排量ml/r
型号及规格
说明
1
变量泵
7
133.9
YB-C129B
额定转速1000r/min驱动电机功率为750W
2
溢流阀
调压7
12
C175
通径20mm
3
三位四通换向阀
28
160
WEH10G
通径20mm
4
顺序阀
最大工作压力32MPa
160
HCT06L1
（单向行程调速阀）
5
调速阀
28
160
FBG-3-125-10
6
单向阀
开启0.15MPa
最大200
S20A220
通径20mm
7
二位二通换向阀
28
160
2WE10D10
通径20mm
4.2.1油箱的容积计算
容量V（单位为L）计算按教材式（7-8）:
，由于液压机是高压系统，
。
所以油箱的容量：
。
取V＝700L
第五章液压系统性能的运算
5.1压力损失和调定压力的确定
5.1.1进油管中的压力损失
由上述计算可知，工进时油液流动速度较小，通过的流量为6.9L/min,主要压力损失为阀件两端的压降可以省略不计。
快进时液压杆的速度
，此时油液在进油管的速度。
5.1.2沿程压力损失
沿程压力损失首先要判断管中的流动状态，此系统采用N32号液压油，室温为20度时
，所以有
油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数
=0.113，若取进油和回油的管路长均为4m，油液的密度为
=900
，则进油路上的沿程压力损失为
5.1.3局部压力损失
局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，由于管道安装和管接头的压力损失一般取沿程压力损失的10%，而通过液压阀的局部压力损失则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失分别为
，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失
，由
算得
小于原估算值0.5MPa,所以是安全的。
则进油路上的压力总损失为：
＝0.195+0.000849＝0.196MPa
回油管路上的压力损失
快进时回油路上的流量
＝78.5L/min，则回油管路中的速度：
由此可以计算出
油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数
＝0.135
所以回油路上的沿程压力损失为
而通过液压阀的局部压力损失：
则回油路上的压力总损失为：
＝0.0278+0.12=0.1478MPa
由上面的计算所得求出总的压力损失：
=0.268MPa
这与估算值相符。
5.2油液温升的计算
在整个工作循环中，工进和快进快退所占的时间相差不大，所以，系统的发热和油液温升可用一个循环的情况来计算。
5.2.1快进时液压系统的发热量
快进时液压缸的有效功率为：
＝10.8W
泵的输出功率为：
=
因此快进液压系统的发热量为:
=1.75W
5.2.2快退时液压缸的发热量
快退时液压缸的有效功率为：
=16.6W
泵的输出功率为：
=
快退时液压系统的发热量为：
=2.95W
5.2.3压制时液压缸的发热量
压制时液压缸的有效功率为：
=375.75W
泵的输出功率：
=
=441W
因此压制时2.95液压系统的发热量为：
=65.25W
总的发热量为:
H=1.75+2.95+65.25=69.95W
则求出油液温升近似值为：
温升没有超出允许范围，液压系统中不需要设置冷却器。
5.3散热量的计算
当忽略系统中其他地方的散热，只考虑油箱散热时，显然系统的总发热功率H全部由油箱来考虑。
这时油箱散热面积A的计算公式为
式中A—油箱的散热面积（
）
H—油箱需要的散热功率（W）
—油温（一般以
考虑）与周围环境温度的温差
K—散热系数。
与油箱周围通风条件的好坏而不同，通风很差时K=8～9，良好时K=15～17.5；风扇强行冷却时K=20～23；强迫水冷时K=110～175。
这里取自然良好的通风散热，所以油箱散热面积A为：
m2
第六章结论
在设计过程中主要针对油压机设计了其快进、工进、保压、快退动作过程的原理图，根据原理图及其相关数据设计选择了主缸辅助缸辅助元件。
由于油压机动作过程中压力控制是个难点问题，在压头回程的过程中如何解决压力的突然释放将是下一步主要开展的工作。
另外控制系统可能的不完善及管路布置、密封件老化、油温变化引起泄漏问题也是工作的重点。
作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。
良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。
在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。
特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。
近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。
逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从70年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。
液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品。
适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工艺。
参考文献
1.张立平.液压站设计与使用北京：
海洋出版社，2004
2.成大先.机械设计手册：
液压传动.北京：
化学工业出版社.2004
3.苏尔黄.液压流体力学.北京：
国防工业大学出版社.1979
4.刘延俊.液压与气压传动.北京：
高等教育出版社.2007
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