单柱液压机液压系统设计.docx
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单柱液压机液压系统设计
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要紧符号表
1概述…………………………………………………………………1
§液压传动进展概况……………………………………………1
§液压传动的工作原理及其组成部份…………………………1
液压传动的工作原理……………………………………………1
液压传动的组成部份……………………………………………2
§液压传动的优缺点……………………………………………3
2液压系统设计………………………………………………………5
§明确设计要求，制定大体方案………………………………5
设计要求………………………………………………………5
制定液压系统大体方案…………………………………………5
§液压系统各液压元件的确信…………………………………6
液压介质的选择…………………………………………………6
拟定液压系统图…………………………………………………7
§液压系统要紧参数计算………………………………………9
选系统工作压力…………………………………………………9
液压缸要紧参数的确信…………………………………………9
液压缸强度校核………………………………………………10
液压缸稳固性校核………………………………………………12
计算液压缸实际所需流量………………………………………15
绘制液压缸工况图………………………………………………15
§液压阀的选择………………………………………………16
液压阀的作用…………………………………………………16
液压阀的大体要求……………………………………………16
液压阀的选择…………………………………………………16
3液压泵站及其辅助装置……………………………………18
§液压泵站………………………………………………………18
液压泵站概述及液压泵站油箱容量系列标准……………………18
各系列液压泵站的简述………………………………………19
§液压泵………………………………………………………20
液压泵的选择…………………………………………………20
液压泵装置……………………………………………………21
§电动机功率的确信…………………………………………22
§液压管件的确信……………………………………………23
油管内径确信…………………………………………………23
管接头………………………………………………………23
§滤油器的选择………………………………………………23
滤油器的作用及过滤精度………………………………………23
选用和安装……………………………………………………24
§油箱及其辅件的确信………………………………………24
油箱…………………………………………………………24
空气滤清器……………………………………………………26
油标…………………………………………………………27
4液压缸的设计计算……………………………………………28
§液压缸的大体参数的确信……………………………………28
§液压缸要紧零件的结构、材料及技术要求…………………28
缸体…………………………………………………………28
§缸盖…………………………………………………………31
缸盖的材料……………………………………………………31
缸盖的技术要求………………………………………………31
§活塞…………………………………………………………31
活塞与活塞杆的联接型式………………………………………31
活塞与缸体的密封……………………………………………32
活塞的材料……………………………………………………32
活塞的技术要求………………………………………………32
§活塞杆………………………………………………………33
端部结构………………………………………………………33
端部尺寸………………………………………………………33
活塞杆结构……………………………………………………34
活塞杆材料………………………………………………………35
活塞杆的技术要求……………………………………………35
§活塞杆的导向、密封和防尘………………………………35
导向套…………………………………………………………35
杆的密封与防尘………………………………………………36
§液压缸的缓冲装置…………………………………………36
§液压缸的排气装置…………………………………………36
§液压缸安装联接部份的型式……………………………37
液压缸进出油口的联接………………………………………37
液压缸的安装方式……………………………………………37
5结论……………………………………………………………………38
致谢………………………………………………………………………39
参考文献………………………………………………………………………40
附录A…………………………………………………………………………41
附录B…………………………………………………………………………53
一、概述
液压传动进展概况
液压传动相关于机械传动来讲是一门新技术，但如从17世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理、18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，也已有二三百年历史了。
近代液压传动在工业上的真正推行利用只是本世纪中叶以后的事，至于它和微电子技术紧密结合，得以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以精准操纵，更是近10年内显现的新事物。
本世纪的60年代后，原子能技术、空间技术、运算机技术（微电子技术）等的进展再次将液压技术推向前进，使它进展成为包括传动、操纵、检测在内的一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各方面都取得了应用。
液压传动在某些领域内乃至已占有压倒性的优势，例如，国外今日生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采纳了液压传动。
因此采纳液压传动的程度此刻已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。
当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例操纵、数字操纵等技术上也有许多新成绩。
另外，在液压元件和液压系统的运算机辅助设计、运算机仿真和优化和微机操纵等开发性工作方面，更日趋显示出显著的成绩。
我国的液压工业开始于本世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖沓机和工程机械上。
自1964年从国外引进一些液压元件生产技术、同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各类机械设备上取得了普遍的利用。
80年代起加倍速了对西方先进液压产品和技术的有打算引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、人材培训、研究开发等方方面面全方位地赶上世界水平。
液压传动的工作原理及组成部份
液压传动的工作原理
驱动机床工作台的液压系统，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸和连接这些元件的油管组成。
它的工作原理：
液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油。
油液经滤油器进入液压泵，当它从泵中输出进入压力管后，将换向阀手柄、开停手柄方向往内的状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右移动。
这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管排回油箱。
若是将换向阀手柄方向转换成往外的状态下，那么压力管中的油将通过开停阀、节流阀和换向阀进入液压缸右腔，推动活塞和工作台向左移动，并使液压缸左腔的油经换向阀和回油管排回油管。
工作台的移动速度是由节流阀来调剂的。
当节流阀开大时，进入液压缸的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。
为了克服移动工作台时所受到的各类阻力，液压缸必需产生一个足够大的推力，那个推力是由液压缸中的油液压力产生的。
要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。
输入液压缸的油液是通过节流阀调剂的，液压泵输出的多余的油液须经溢流阀和回油管排回油箱，这只有在压力支管中的油液压力对溢流阀钢球的作使劲等于或略大于溢流阀中弹簧的预紧力时，油液才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。
因此，在系统中液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的，它和缸中的油液压力不一样大。
若是将开停手柄方向转换成往外的状态下，压力管中的油液将经开停阀和回油管排回油箱，不输到液压缸中去，这时工作台就停止运动。
从上面的例子中能够取得：
1）动是以液体作为工作介质来传递动力的。
2）液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传
动是不相同的。
3）压传动中的工作介质是在受操纵、受调剂的状态下进行工作的，
因此液压传动和液压操纵常常难以截然分开。
液压传动的组成部份
液压传动装置要紧由以下四部份组成：
1）能源装置——把机械能转换成油液液压能的装置。
最多见的形式确实是液压泵，它给液压系统提供压力油。
2）执行装置——把油液的液压能转换成机械能的装置。
它能够是作直线运动的液压缸，也能够是作回转运动的液压马达。
3）制调剂装置——对系统中油液压力、流量或流动方向进行操纵或调剂的装置。
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——上述三部份之外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。
它们对
保证系统正常工作也有重要作用。
液压传动的优缺点
液压传动有以下一些优势：
1）在一样的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力，因为
液压系统中的压力能够比电枢磁场中的磁力大出30~40倍。
在一样的功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。
液压马达的体积和重量只有一样功率电动机的12%左右。
2）液压装置工作比较平稳。
由于重量轻、惯性小、反映快，液压装置
易于实现快速启动、制动和频繁的换向。
液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达500次/min，实现往复直线运动时可达1000次/min。
3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还
能够在运行的进程中进行调速。
4）液压传动易于自动化，这是因为它对液体压力、流量或流动方向易
于进行调剂或操纵的缘故。
当将液压操纵和电气操纵、电子操纵或气动操纵结合起来利历时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，同意远程操纵。
5）液压装置易于实现过载爱惜。
液压缸和液压马达都能长期在失速状
态下工作而可不能过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。
液压件能自行润滑，利用寿命较长。
6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、
制造和利用都比较方便。
液压元件的排列布置也具有较大的机动性。
7）用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。
液压传动的缺点是：
1）液压传动不能保证严格的传动化，这是由液压油液的可紧缩性和泄
漏等缘故造成的。
2）液压传动在工作进程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失
等），长距离传动时更是如此。
3）液压传动对油温转变比较灵敏，它的工作稳固性很易受到温度的影
响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。
4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价
较贵，而且对油液的污染比较灵敏。
5）液压传动要求有单独的能源。
6）液压传动显现故障时不易找出缘故。
总的说来，液压传动的优势是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的进展而进一步取得克服。
二、液压系统设计
明确设计要求，制定大体方案
设计要求
设计要求是进行每项工程设计的依据。
在制定大体方案并进一步着手进行液压系统各部份设计之前，必需把设计要求和与该设计内容有关的其他方面的情形了解清楚。
⑴单柱液压机主机概况：
①液压机公称力25KN
②液压系统最大工作压力8Mpa
③骨块行程125MM
④压头下行速度45mm/s
⑤压头上行速度130mm/s
⑵液压系统要完成以下动作循环：
制定液压系统大体方案
确信液压执行元件的形式
在本设计中,液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。
液压缸结构简单，工作靠得住，在液压系统中取得了普遍的应用。
液压缸按其结构形式，能够分为活塞缸、柱塞缸两类。
活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量，输出为推力和速度。
液压缸除单个地利用外，还能够组合起来或和其它机构相结合，以实现特殊的功能。
依照参考文献[2]表
咱们选择活塞缸类中的单杆活塞液压缸，其特点及适用处合见表2-1。
表2-1
名称
特点
适用场合
单杆活塞液压缸
有效工作面积大，双向不对称
往返不对称的直线运动等
确信液压执行元件运动操纵回路
1）为了实现液压缸的进和退，咱们选择电磁换向阀作为液压系统的方向操纵阀。
电磁换向阀的大体工作原理是通过电磁铁操纵滑阀阀芯的不同位置，以改变油液的流动方向。
当电磁铁断电时，滑阀由弹簧维持在中间位置或初始位置（脉冲式阀除外）。
假设推动故障检查按钮可使滑阀阀芯移动。
电磁换向阀在液压系统中的作用是用来实现液压油路的换向、顺序动作及卸荷等。
由于电磁铁的推力有限，电磁换向阀应用在流量不大的液压系统中。
2）为了实现其工进，能够选择调速阀或节流阀作为速度操纵阀。
节流阀的调剂应该轻便、准确。
在小流量调剂时，如通流截面相关于阀心位移的转变率较小，那么调剂的精准性较高。
调剂节流阀的开口，即可调剂执行元件运动速度的大小。
而调速阀的工作原理：
液压泵出口（即调速阀入口）压力，由溢流阀调整，大体上维持恒定。
调速阀出口处的压力由活塞上的负载决定。
因此当负载增大时，调速阀进出口压差将将减小。
调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿，它适用于执行元件负载转变大而运动速度要求稳固的系统中。
因此，在本设计当选择调速阀作为速度操纵阀。
液压源系统
液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。
在无其它辅助油源的情形下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到操纵并稳固油源压力的作用。
为节省能源提高效率，液压泵的供油量尽可能与系统所需流量相匹配。
油液的净扮装置是液压源中不可缺少的。
在此，咱们在泵的小口装上粗滤油器。
（进入系统的油液依照被爱惜元件的要求，通过相应的精滤油器再次过滤。
为避免系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁过滤器或其他型式的滤油器。
依照液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等方法。
液压系统各液压元件的确信
液压介质的选择
液压介质应具有适宜的粘度和良好的粘温特性；油膜强度要高，具有较好的润滑性能；能抗氧化，稳固性好；侵蚀作用小，对涂料、密封材料等有良好的适应性；同时液压介质还应具有必然的消泡能力。
选择液压介质时，除专用液压油外，第一是介质种类的选择。
依照液压系统对介质是不是有抗燃性的要求，决定选用矿油型液压油或抗燃型液压液。
第二，应依照系统中所用液压泵的类型选用具有适合粘度的介质。
最后，还应考虑利用条件等因素，如环境温度、工作压力、执行机构速度等。
当工作温度在60℃以下，载荷较轻时，可选用机械油；工作温度超过60℃时，应选用汽轮机油或一般液压油。
假设设备在很低温度下启动时须选用低凝液压油。
据参考文献[2]表中各一般液压油质量指标及应用和本设计中单柱液压机液压系统的要求选用N32号一般液压油，其各项质量指标见表2-2。
表2-2
名称
N32号普通液压油
代号/原牌号
YA-N32/20号
运动粘度mm2/s（40℃）
28．8~
运动粘度mm2/s（50℃）
17~23
粘度指数≥
90
抗氧化安定性（酸值达2mgKOH/g）≥h
1000
凝点≤℃
-10
闪点（开口）≥℃
170
防锈性（蒸镏水法）
无锈
临界载荷≥N
600
抗泡沫性（93℃）≤ml
起泡50/消泡0
抗磨性（四球，DB）N
800
应用
适用于环境温度0~40℃的各类中高压系统（适用工作压力为
拟定液压系统图
在这种单柱液压机上，实现了“工进→快退→停止”的动作循环（见图2-1）。
能够进行冲剪、弯曲、翻边、装配、冷挤、成型等多种加工工艺。
表2-3示此单柱液压机的动作循环表，图2-2那么是这种液压机的液压系统图，其滑块的工作情形如下图。
图2-1单柱液压机动作循环图
图2-2单柱液压机液压系统图
进油路液压泵1→电磁换向阀2（左位）→单向调速阀3→液压油缸4上腔
回油路液压油缸4下腔→单向顺序阀5→电磁换向阀2（右位）→油箱7
表2-3单柱液压机液压系统的动作循环表
动作名称
信号来源
电磁换向阀2的工作状态
滑块
工进
1YA通电
左位
快退
2YA通电
右位
液压系统要紧参数计算
选系统工作压力
压力的选择要依照载荷大小和设备类型而定。
还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供给情形等的限制。
在载荷必然的情形下，工作压力低，必将要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来讲，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备本钱。
一样来讲，关于固定的尺寸不太受限的设备，压力能够选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。
公称力为25KN的单柱液压机属小型液压机类型，一样情形下，载荷可不能太高，参考资料[2]表，初步确信系统工作压力为4MPa。
液压缸要紧参数的确信
液压缸设计中应注意的的问题
液压缸的设计和利用正确与否，直接阻碍到它的性能和易否发生故障。
在这方面，常常碰着的是液压缸安装不妥、活塞杆经受偏载、液压缸或活塞下垂和活塞杆的压杆失稳等问题。
因此，在设计液压缸时，必需注意如下几点：
1）尽可能使活塞杆在受拉状态下经受最大负载，或受压状态下具有良好的纵向稳固性。
2）考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。
缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应的方法。
可是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。
3）正确确信液压缸的安装、固定方式。
如经受弯曲的活塞杆不能用螺纹连接，要用止口连接。
液压缸不能在两头用键或销定们，只能在一端定位，为的是不致阻碍它在受热时的膨胀。
如冲击载荷使活塞杆紧缩，定位件须设
置在活塞杆端，如为拉伸那么设置在缸盖端。
4）液压缸各部份的结构需依照推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到
结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。
液压缸要紧参数的确信
鉴于液压系统的最大工作压力P1=8Mpa>7Mpa由参考文献[1]表5-2推荐初定d=
取液压缸
=那么现在活塞所受推力
N
由式
（2-1）
=cm2
（2-2）
=cm
则d=·D=cm
参考文献[2]表及表对这些直径圆整成绩近标准值时
得：
D=100mm
d=70mm
由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：
cm2
cm2
液压缸强度校核
液压缸的缸筒壁厚δ、活塞杆直径d和缸盖处固定螺栓直径在高压系统中必需进行强度校核。
取：
液压缸材料为45#钢，无缝钢管
活塞杆材料45#钢
壁厚强度校核
依照参考文献[2]表及表选择液压缸外径为121mm即液压缸壁厚δ=
关于本系统：
＜10为厚壁
按壁筒计算：
（2-3）
式中，D为缸筒内径；Py为缸筒实验压力,当缸的额定压力
Pn≤16Mpa时，
取Py=Pn；
为缸筒材料的许用应力，
，
为材料抗拉强度，n为平安系数，一样取n=5。
因此:
Py=×4=6Mpa
（2-4）
式中
N/mm2
n=5
那么
N/m2
得
mm
∴
mm＞
故缸体壁厚强度知足。
液压缸内活塞杆直径校核
活塞杆的直径d按下式进行校核
（2-5）
式中，F为活塞杆上的作使劲；
为活塞杆材料的许用应力,
那么：
mm＜d
故活塞杆强度知足。
液压缸盖固定螺栓直径计算
液压缸盖固定螺栓直径按下式计算：
（2-6）
式中，F为液压缸负载；Z为固定螺栓个数；K为螺纹拧紧系数；
K=~，取K=；
MPa
那么：
mm
取ds=10mm
液压缸稳固性校核
活塞杆受轴向紧缩负载时，它所经受的力F不能超过使它维持稳固工作所许诺的临界负载Fk，以避免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。
Fk的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度和液压缸的安装方式等因素有关。
活塞杆稳固性的校核依下式进行：
（2-7）
式中，nk为平安系数，一样取nk=2~4，那个地址取nk=4。
当活塞杆的细长比
＞
时
（2-8）
当活塞杆的细长比
＞
时，且
=20~120时，那么
（2-9）
式中，l为安装长度，其值与安装方式有关，见表2-1，
为活塞杆横截面最小回转半径，
；
为柔性系数，其值见表2-2；
为由液压缸支承方式决定的结尾系数，其值见表2-4；E为活塞杆材料的弹性模量，对钢取E=×1011N/M2；J为活塞杆横截面惯性矩；A为活塞杆横截面积，f为由材料强度决定的实验值，
为系数，具体数值均见表2-5。
表2-4液压缸支承方式和结尾系数ψ2的值
支承方式
支承说明
末端系数ψ2
一端自由一端固定
1/4
两端铰接
1
一端铰接一端固定
2
两端固定
4
表2-5f、a、ψ1的值
材料
f×108N/M2
ψ1
铸铁
80
锻铁
110
软钢
90
硬钢
85
由此，依如实际设计的可得：
N/M2；
（2-10）
而l＞125mm，取l=175mm
＜
那么活塞杆稳固性按式：
进行校核。
代入数据：
N
而
（2-11）
式中，FW为活塞所受最大推力
Pmax为系统最大压力为8Mpa。
A1为液压缸无活塞杆腔的截面积，A1=cm2
FW=8×106××10-3=×104N
显然，FW＜
因此，活塞杆稳固性知足。
计算液压缸实际所需流量
依照最终确信的液压缸的结构尺寸及其运动速度或转速，计算出液压缸实际所需流量，见表2-6。
表2–6液压缸实际所需流量
工况
活塞下行（工进）
活塞上行（快退）
运动速度10-2m/s
=
=13
结构参数10-3m2
A1=
A2=
流量10-4m3/s
Q1=
Q2=
计算公式
Q=A
绘制液压缸工况图
图2-3液压缸工况图
液压阀的选择
液压阀的作用
液压阀是用来操纵液压系统中油液的流动方向或调剂其压力和流量的，因此它能够分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。
一个形状相同的阀，能够因为作用机制的不同，而具有不同的功能。
压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用操纵着系统的压力
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