油压机液压系统设计本科论文.docx
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油压机液压系统设计本科论文
河北农业大学
本科毕业设计说明书
题目：
《油压机液压系统设计》
学院：
机电工程学院
专业班级：
机械设计制造及其自动化1401班
学号：
学生姓名：
指导教师姓名：
指导教师职称：
副教授
2016年5月30日
《油压机液压系统设计》
机械设计制造及其自动化1401班：
指导教师：
摘要:
本设计任务为四柱式油压机，主机最大工作负载设计为1960KN。
主机主要由上梁、导柱、工作台、移动横梁、主缸、顶出缸等组成。
本文介绍了液压系统的设计方法。
通过具体的参数计算及工作情况况分析，制定出总体的设计方案。
然后，拟定液压系统原理图。
为了解决主缸快进时供油不足的问题，主机顶部设置补油油箱进行补油。
主缸的速度换接与安全行程限制通过压力继电器来控制；为了防止产生液压冲击，系统中设有泄压回路，确保设备安全稳定的工作为了保证工件的加工质量，液压系统中设置了保压回路，通过保压使工件稳定的成型。
最后，本文对液压站进行了总体布局设计，对重要液压元件进行了外形、结构、工艺设计，进行了比较简要设计。
通过液压系统的压力损失和油温温升的验算，液压系统的设计可以满足油压机顺序循环的工作要求，能够实现塑性材料冲压、冷挤、弯曲等成型加工工艺。
关键词：
液压系统；油压机；毕业设计
Hydraulicsystemdesignofhydraulicpress
ABSTRACT:
ThisPaperdesignforthemediumframeofhydraulicmachines,themainframe’slargestworkloaddesignfor1960KN.Mainframemainlybythebeam、guided、Worktable、Mobilebeams、Mastercylinder、Cylinderheadoutofcomponents.ThisPaperfocusesonthehydraulicsystemdesign.Throughspecificparametersandhydraulicmechanicsituationanalyzes,formulationofamastercontrolprogram.Bycontrast,developedhydrauliccontrolsystemdiagram.Hydraulicsystemsusecartridgevalveintegratedcontrolsystem,integratedcartridgevalvecontrolsystemhasgoodsealing,flowcapacity,smallpressurecharacteristicsetc.Tosolvethemastercylinderexpressenteredtheshortageofoilsupplyinthetopofthemainframeinstalledoiltank.Mastercylinderforthespeedofaccessrestrictionsandsecuritythroughthetripexchangingtocontrolswitches.ToPreventhydraulicshocks,pressurereliefsystemwithalooptoensurethatthisequipmentcanbeasafeandstablework.Inaddition,thepaperhydraulicstationontheoveralllayoutofthekeycomponentsofthehydraulicstructure、shape、Techniqueforaspecificdesign.Bythelossofhydraulicsystempressureandtemperaturechecked.Hydraulicsystemisdesignedtomeetthehydraulicactionsequenceandcyclerequirementscanbeachievedbyforgingplasticmaterials,stamping,coldextrusion,straightening,bending,andothermoldingprocesses.
Keywords:
HydraulicSystem；HydraulicPressuremachine；Graduationdesign
目录
1概论………………………………………………………………………………………………………….1
1.1液压传动的发展概况………………………………………………………….………….………..1
1.2液压传动在机械行业的应用……………….……………………………………………………..1
1.3液压系统的基本组成……………………………………………….…………….………………..2
2油压机概论……………………………………………………………………………………………….2
2.1油压机的简介……………………………………………………………………………...………..2
2.2小型油压机的基本结构……………………………………………….…………………………..2
2.3工作原理及基本组成……………………………….……………………………………………..3
2.4特点…………………………………………………………………………….……………………..4
3工况分析…………………………………………………………………………………….………….....4
4液压系统的设计计算…………………………………………………….……….………………….4
4.1明确液压系统的设计要求……………..…………………………………………………………..4
4.2进行主液压缸工况分析…………………………………………………………………………..4
4.3绘制液压系统负载图和速度图……………………………………………………………….….5
4.4液压缸主要参数的确定…………………………………………………………………………..6
4.5进行顶出缸工况分析………………………………………………………….…………………..7
5液压系统图……………………………………………………………………………………………….8
5.1液压系统原理图……………………………….…………………………………………….….….9
5.2工作原理图的简要分析…………………………………………………………………………..9
6液压元件的选择……………………………………………………………………………………….10
6.1液压泵的选择…………………..…………………………………………………………………..11
6.2液压泵规格的选择………………………………………….……………………………………..11
6.3阀类元件及辅助元件……….……………………………………………………………………..11
6.4油管…………………………………………………………………………………………………..12
7油压机系统的性能的运算…………..…………………………………………………………….12
7.1进油压力损失验算…………………………….…………………………….……………………..12
7.2回油压力损失验算………………….……………………………….……………………………..13
7.3快进快退时压力损失………………………………………………………….…………………..13
7.4液压系统的温升计算……………………………………………………….……………………..14
8液压油箱的设计……………………………………..…………………………..…………………….14
8.1油箱有效容积的确定……………………………………………..………..……………………..14
8.2液压油箱的外形尺寸设计………………………………………….……..…………………......14
8.3液压油箱的结构设计………………………….…………….……………..……………………..16
9液压站布局设计………………………………..………………………………..…………………….16
9.1液压站设计需要考虑的问题……………………….……………………..……………………..16
9.2液压站的结构设计……………………………………………………………………………......17
10结论…………………………………………………………….……………………………………...…17
参考文献………………………………………………………………………………………………...….18
致谢………………………………………………………………………………...…………………………19
1概论
1.1液压传动的发展概况
液压技术在工业中推广应用应该说是20世纪中叶以后的事，时间还不很长。
因为要使用原油练制品来作为传动工作介质，近代液压传动是由19世纪崛起并繁荣发展的石油工业来推动起来的。
最早实践成功的液压传动装置是舰艇上的炮塔转位器。
二战期间，在一些功率较大，反应快速，动作准确的液压传动与控制装置应用在兵器上，极大的提高了兵器的性能，极大的促进了当代的液压技术的快速发展。
二战结束后，液压技术很快转向民用领域，并且由于液压行业各种标准的不断制定和完善，各种元件的标准化，集约化，系列化在机械制造，机械工程，机械电子，农业机械工程，仿真加工，汽车制造等等行业中推广开来。
20世纪60年代后，随着核子能技术，空间应用技术，计算机技术的发展再一次将液压技术向前推进，这样使它在国民经济的各个方面都得到了应用。
中国的液压工业于20世纪50年代开始，液压元件最早开始应用于机床和锻压设备中。
在20世纪60年代起，从国外引进一些液压元件的技术，开始自行设计液压产品以来，液压技术已渗透到各个工业部门，成为促进国民经济增长的中坚力量。
在机床制造、农业工程机械、机械冶金、汽车和船舶制造、航空以及军工等工业中广泛使用。
当前的液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。
进入21世纪以来，新型高科技元件的应用、计算机辅助设计CAD、计算机仿真优化设计、微型计算机控制等技术的发展，为液压技术发展提供了广泛舞台。
现在，为了保证和最新技术的发展保持一致，液压技术必须不断创新，不断地提高，不断发展，通过改进元件和系统的性能，满足日益变化的市场需求，才能在未来占有一席之地。
液压技术的持续发展体现在下面的特征：
1）提高元件性能，创制新型元件，不断小型化和微型化
2）高度的组合化，集成化和模块化
3）和微电子技术现结合，走向智能化
4）研发特殊传动介质，推动工作介质多元化
1.2液压传动在机械行业中的应用
机床工业——磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等
工程机械——挖掘机、装载机、推土机等
汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等
农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等
轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等
冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等
起重运输机械——起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等
矿山机械——开采机、提升机、液压支架等
建筑机械——打桩机、平地机等
船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等
铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等
1.3液压系统的基本组成
1）能源装置——液压泵把机械能转换成液压能的装置。
它给液压系统提供压力油。
2）执行元件——液压缸和液压马达大油液的液压能转换成机械能的元件。
液压缸作直线运动，液压马达作旋转运动。
3）控制元件——各种液压阀。
对系统中油液压力，流量或者油液流动方向进行控制和调节的元件。
根据控制和调节功能的不同，液压阀可分为流量控制阀、压力控制阀和方向控制阀。
4）辅助元件——上述三部分以外的元件。
包括油箱、油管、蓄能器、过滤器、管接头、压力开关等等。
通过把这些元件跟系统联接在一起，用来实现各种工作的循环。
5）工作介质——液压油。
绝大多数液压油采用矿物油，成本较低，系统用它来传递能量。
2油压机概论
2.1油压机简介
油压机是一种通过液压泵作为动力源，用液压油做为工作介质，依靠于液压泵的作用推力将液压油通过液压油管进入油缸和活塞，然后油缸和活塞通过互相配合的密封件，由于工作位置的密封都是不同的，但都起到密封的作用，以至于液压油不能泄露出去。
最后通过单向阀使液压油在油箱循环使油缸和活塞循环做功进而完成一定的机械动作来作为生产力的一种机械。
油压机由机械主机及控制机构两大部分组成。
油压机主机部分包括机身、主缸、顶出缸等。
动力机构通常由油箱、液压泵、电动机及各种阀类组成。
动力机构通过在电气装置的集中控制下，由液压泵和液压缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和传输，用以完成各种各样的工艺动作循环。
2.2小型油压机的基本结构
小型油压机机身属于四立柱机身。
机身由上横梁、下横梁和四根立柱组成。
油压机的各个部件都统一安装在机身上，在下横梁的中间孔安装顶出缸，在上横梁的中间孔安装工作缸，并且在工作台台面上开有T型槽，用它来安装压制模具。
活动横梁的四个角上的孔套装在四立柱上方和工作缸活塞相连接，由于其带动横梁上下运动。
机身在油压机工作中承受全部的工作载荷。
工作缸采用活塞式单出杆双作用缸，当液压油进入工作缸上腔且活塞带动横梁向下运动时，其速度较慢，压力较大，当压力油进入工作缸下腔且活塞向上运动，其运动速度较快，压力较小，一般情况下符合慢速压制、快速回程的液压工艺要求。
活动横梁是立柱式液压机的运动部件，位于油压机机身的中间，中间圆孔和上横梁的工作活塞杆连接，四角孔在工作活塞的带动下，靠立柱导向作上下的运动，活动横梁的底面也开有T型槽，用来安装模具。
在机身下部设有顶出缸，通过顶杆可以将成型后的塑件顶出。
油压机的动力部分是高压泵，将机械能转变为液压能，向液压机的工作缸和顶出缸提供高压液体。
如下图所示
图1油压机简图
2.3工作原理及基本组成
液压传动是利用流体作为工作介质对能量进行传递动力和进行控制的一种传动形式。
液压泵：
将机械能转换成液压能的转化装置。
液压缸：
将液压能转化为机械能。
控制阀：
控制液压油的流量，方向，压力，液压执行机构的工作顺序等及保护液压回路。
对系统中油液压力，流量或者油液流动方向进行控制和调节的元件。
根据控制和调节功能的不同，液压阀可分为流量控制阀、压力控制阀和方向控制阀。
例如单向阀，换向阀，溢流阀，开停阀，顺序阀，节流阀，调速阀等等
辅助元件：
1、油箱2、油管和油管接头3、压力表4、滤油器5、密封元件等
2.4特点
1、油压机活动横梁的下行程速度主要取决于液压泵的供液油量，而与制造过程中的锻件变形阻力无密切关系。
如果泵的供液量为常量，则油压机的工作速度为定值。
2、泵的供油压力与所消耗的功率，被加工工件的变形阻力都有着密切关系，工作过程中工作变形阻力大，那么液压泵的供液压力和所消耗的功率也大，反之亦然。
3、能够利用活动横梁行程速度的恒定性和液压泵供液压力不断变化的一些特点，作为操纵分配器的信号，进一步来实现油压机的自动工作。
3 进行工况分析
液压缸的负载主要包括：
工作负载、惯性负载、重力负载、摩擦负载、密封负载和背压负载等。
本次设计题目是小型油压机液压系统设计，在这次液压系统中液压缸的主要负载有：
1.移动部件的自重，2.压制时的负载，3.快速回程时的负载。
一般情况下的油压机多采用四立柱式结构。
4 液压系统的设计计算
按要求设计一小型油压机液压系统，其主要工作循环为：
快速下降——压制——保压——快速退回——原位停止。
题目主要性能参数为：
1）最大压制力：
200×9.8KN，最大行程：
800mm，压制速度：
6.8mm/s。
2）油液最大压力：
21MPa
3）最大回程力：
40×9.8KN，回程速度：
52mm/s。
4）最大顶出力：
30×9.8KN，行程：
250mm，速度：
65mm/s。
5）退回力：
15×9.8KN，退回速度：
138mm/s。
6）工作台面距地面高度：
650mm。
7）活动横梁下平面距工作台面最大距离：
1250mm。
8）顶出活塞上平面距工作台面最大距离：
445mm。
9）工作台有效面积：
（前后×左右）：
1160×1260mm。
10）活动横梁空载下行最大速度：
80mm/s。
4.1明确液压系统的设计要求
对油压机液压系统的基本要求是：
1）为完成一般的压制成型，要求主缸驱动滑块实现“快速下降——压制——保压——快速回退——原位停止”的工作循环，顶出缸完快速顶出——快速退回的工作要求。
2）液压系统功率大，空行程和加压行程的速度差异大，因此要求功率设计合理。
3）油压机为高压大流量系统，对工作平稳性和安全性要求高。
4.2进行主液压缸工况分析
4.2.1工作负载
工件的压制抗力即为工作负载：
Fw=1960KN
4.2.2摩擦负载
静摩擦阻力：
=0.2x40=8kN
动摩擦阻力：
=0.1X40=4kN[3]
4.2.3惯性负载
[3]
4.3绘制液压系统负载图和速度图
负载图和速度图绘制如图4-1与4-2所示
图2负载图图3速度图
4.4液压缸主要参数的确定
4.4.1确定液压泵的最大工作压力
由已知条件，取液压系统压力为21Mpa。
4.4.2计算液压缸内径和活塞杆直径
预选液压缸的设计压力P1=21Mpa。
将液压缸主工作腔为无杆腔，考虑到液压缸在下行时，滑块自重所采用得液压平衡方式，继而可计算出液压缸无杆腔的有效面积：
液压缸内径
D=
=0.353=353mm
按照GB/T2348-1993，将液压缸内径圆整为标准值D=360mm=36cm
根据快速下行和快速上升速度比来确定活塞杆的直径d:
由于
[1]
故活塞杆直径d=0.58D=0.58*450=208取标准值d=200mm=20cm
由此求得液压缸的实际有效工作面积
则：
无杆腔实际有效面积：
A1=1017cm2
有杆腔实际有效面积：
A2=703cm2
4.4.3计算在各工作阶段液压缸所需的流量
快进：
Q=
=8
1017=8136cm3/s=488L/min
工进：
Q=
=0.68
1017=692cm3/s=41.5L/min
快退：
Q=
=5.2
703=3655cm3/s=219L/min
液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算：
表2液压缸在不同阶段的压力流量
工作阶段
负载F
工作腔压力MPa
输入流量L/min
启动
8000
0.079
--
加速
4133
0.041
--
快进
4000
0.039
488
工进
1964000
19.3
41.5
保压
快退
1964000
396000
19.3
5.6
41.5
219
按以上数据可绘制液压缸的工况图如图4所示。
图4液压缸工况图
4.5进行顶出缸工况分析
4.5.1顶出缸速度循环图
按所给题目，油压机液压系统设计中顶出缸活塞的行程时250mm，进而得到顶出缸的速度循环图如下
图5速度图
4.5.2顶出缸负载分析
主缸回程停止后，顶出缸的下腔进油，活塞上行，这时会产生惯性负载、静摩擦力负载、动摩擦力负载等。
因为顶出缸工作时的压力远远小于主缸的工况压力，且质量也比主缸滑块小很多，惯性负载也很小，故计算可以忽略；同样摩擦负载与顶出力相比较也很小，也可忽略不计；工件顶出时的工作负载比较大，计算顶出缸的最大工作负载时也可近似等于顶出力。
所以顶出缸各阶段负载循环
图6顶出缸负载图
5液压系统图
5.1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5-1所示。
图7液压系统原理图
1-油箱2-过滤器3-变量泵4-节流阀5-溢流阀6—三位四通电磁换向阀7--二位三通电磁换向阀8-液控单向阀9-调速阀10-继电器11-三位四通电磁换向阀12-液压缸13-液压缸14-二位二通电磁换向阀
5．2工作原理图的简要分析
对工作原理图的简要分析如下：
1）快速下行
当电磁铁1YA通电后，上缸换向阀6左位接入系统，二位二通右位接入系统，同时3YA通电，液控单向阀8被打开。
系统主油路为：
进油路：
液压泵—上缸换向阀6左位—上液压缸12上腔
液压泵—二位二通换向阀—补油箱—上液压缸12上腔
回油路：
上液压缸12下腔—液控单向阀8—上缸换向阀6左位—油箱
2）压制
当上滑块下行到接触工件后，因受阻力而减速，液控单向阀8关闭，回油路经调速阀9回油箱，实现压制过程。
3）保压
当上液压缸上腔压力升高，液压泵卸荷，实现保压。
4）释压
当液压系统在保压过程中，因为机械部分的弹性变形和油液的压缩性，进而储存了相当多的能量，如果立即换向，一定会产生液压冲击。
因而对容量大的液压缸和高压系统，应在保压与换向之间采取释压措施。
5）快速退回
在保压延时结束以后，电磁铁2YA通电，上缸换向阀右的位接入系统，其主油路为:
进油路：
液压泵———上缸换向阀6右位——液控单向阀8——上液压缸12下腔
回油路：
上液压缸12上腔——上缸换向阀6右位——油箱
6）原位停止
电磁铁2YA断电，上缸换向阀位于中位，同时压力继电器动作。
7）顶出缸快进
下缸换向阀14左位接入系统，5YA通电，液压缸下缸系统主油路为：
进油路：
液压泵—下缸换向阀14右位—下液压缸13下腔
回油路：
下液压缸13上腔—下缸换向阀14右位—油箱
8）顶出缸快退
电磁铁4YA通电，下缸换向阀左位接入，实现顶出缸退回动作。
9）卸荷
表2液压缸工作循环图
符号
工作循环
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
继电器
快进
+
-
+
-
-
-
-
工进
+
-
-
-
-
-
-
保压
-
-
-
-
-
-
-
释压
-
-
-
-
-
+
-
快退
-
+
-
-
-
-
-
停止
-
-
-
-
-
-
+
顶出缸快进
-
-
-
-
+
-
-
顶出缸快退
-
-
-
+
-
-
-
卸荷
-
-
-
-
-
-
-
6液压元件的选择
6.1液压泵的选择
6.1.1泵工作压力确定
由题目可知，本油压机执行部件的最大工作压力P1=21MPa，这时液压缸的输入流量极小，并且进油路元件也比较少，所以液压泵到液压缸的进油压力损失取为
=0.5MPa。
所以泵的最高工作压力
=21.5MPa。
该压力系统属于静压力系统，故液压系统在各种工况的过渡阶段出现的动压力可能会超过静压力。
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