小型液壓機液壓系統(tǒng)

1、液壓課程設(shè)計小型液壓機液壓系統(tǒng)姓名：田瑞學(xué)號：13341231班級：機械1312摘要：作為現(xiàn)代機械設(shè)備實現(xiàn)傳動與控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。液壓壓力機是壓縮成型和壓注成型的主要設(shè)備，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。本文根據(jù)小型壓力機 的用途、特點和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過 必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。小型壓力機的液壓系統(tǒng)呈長方形布置，外形新穎美觀，動力

2、系統(tǒng)采 用液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、動作靈敏可靠。該機并設(shè)有腳踏開關(guān)，可實現(xiàn)半自動 工藝動作的循環(huán)。液壓傳動是以流體作為工作介質(zhì)對能量進(jìn)行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓的 液體經(jīng)由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。相對于電力拖動和機械傳動而言，液 壓傳動具有輸出力大，重量輕，慣性小，調(diào)速方便以及易于控制等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng) 用于工程機械，建筑機械和機床等設(shè)備上。關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機械、液壓技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計、小型液壓機、液壓傳動目錄摘要.1關(guān)鍵詞.1一.工況分析.3二負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制 .4三擬定液壓系統(tǒng)原理圖.5I. 確定供油方式 .52調(diào)速方式的選擇.53. 液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件

3、 .64. 液壓閥的選擇.85. 確定管道尺寸 .86. 液壓油箱容積的確定 .87. 液壓缸的壁厚和外徑的計算 .98. 液壓缸工作行程的確定 .99. 缸蓋厚度的確定.910. 最小尋向長度的確定 .9II.缸體長度的確定.10四液壓系統(tǒng)的驗算.101. 壓力損失的驗算.102. 系統(tǒng)溫升的驗算.123. 螺栓校核.124電磁鐵動作順序表.13五. 參考文獻(xiàn).14六. 總結(jié).15技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求設(shè)計一臺小型液壓壓力機的液壓系統(tǒng)，要求實現(xiàn)快速空程下行一慢速加壓一保 壓一快速回程一停止的工作循環(huán)，快速往返速度為5m/min,加壓速度40-250mr/min,壓制力為300000N運動部件總重

4、為20000N,工作行程400mm油缸垂直安裝，設(shè)計改壓 力機的液壓系統(tǒng)傳動。一工況分析1工作負(fù)載工件的壓制抗力即為工作負(fù)載：Fw=300000N2.摩擦負(fù)載靜摩擦阻力：Ffs=0N動摩擦阻力：Ffd=0N3慣性負(fù)載Fm=maF20000/10X3/(0.02X60)=5000N背壓負(fù)載Fb二30000N(液壓缸參數(shù)未定，估算)自 重：G=mg=20000N4液壓缸在各工作階段的負(fù)載值：其中：m 0.9m液壓缸的機械效率，一般取m=0.9-0.95。表1.1:工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工況負(fù)載組成啟動F= Fb+ Ffs-G=5000N加速F=Fb+Ffd+Fm-G=11250N快進(jìn)F=Fb+Ff

5、d-G=5000N工進(jìn)F=Fb+Ffd+Fw-G=305000N快退F=Fb+Ffd+G=55000N.負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制負(fù)載循環(huán)圖如下1.確定供油方式速度循環(huán)圖0.04心/4-11I302/.擬定液壓系統(tǒng)原理圖L考慮到該機床壓力要經(jīng)常變換和調(diào)節(jié)，并能產(chǎn)生較大的壓制力，流量大，功率大, 空行程和加壓行程的速度差異大，因此采用一高壓泵供油2. 調(diào)速方式的選擇工作缸采用活塞式雙作用缸，當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸上腔，活塞帶動橫梁向下運動, 其速度慢，壓力大，當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸下腔，活塞向上運動，其速度較快，壓力較 小，符合一般的慢速壓制、快速回程的工藝要求得液壓系統(tǒng)原理圖3. 液壓系統(tǒng)的計算和選

6、擇液壓元件(1)液壓缸主要尺寸的確定1)工作壓力P的確定。工作壓力P可根據(jù)負(fù)載大小及機器的類型，來初步確定 由手冊查表取液壓缸工作壓力為20MPa。2)計算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為305000N按表9-2取p2可不計，考慮到快進(jìn)，快退速度相等，取d/D=0.7D=4Fw/ nplncn1/2= 147(mm)根據(jù)手冊查表取液壓缸內(nèi)徑直徑D=160(mm)活塞桿直徑系列取d=110(mm) 取兩液壓缸的D和d分別為160mm和110mm。按最低工進(jìn)速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度A血min/Vmin=0.05X1000/3=16.7(cm2)液壓缸節(jié)流腔有效工作面積選取液壓

7、缸有桿腔的實際面積，即A2=n(D2-d2)/4=3.14X(1602-1102)/4 =105.98 cm2滿足不等式，所以液壓缸能達(dá)到所需低速(2)計算在各工作階段液壓缸所需的流量Q(快進(jìn))=冗d2v (快進(jìn))/4=3.14x0.112x3/4=28.50L/mi nQ(工進(jìn))=冗 D2V(工進(jìn))/4=3.14x0.162x 0.04/4=0.804L/minQ(快退)=n(D2-d2)v (快退)/4=3.14x (0.162-0.112)x3/4=31.79L/min(3)確定液壓泵的流量，壓力和選擇泵的規(guī)格1.泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進(jìn)油管有一定的壓力損失，所以泵的工作壓

8、力為PpP1p式中，Pp液壓泵最大工作壓力；P1-執(zhí)行元件最大工作壓力(Pa)；p進(jìn)油管路中的壓力損失(Pa)，簡單系統(tǒng)可取0.20.5Mpa。故可取壓力損失刀P1=0.5Mpa20+0.5=20.5MPa上述計算所得的Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過度階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超出靜態(tài)壓力，另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的壓力值Pa應(yīng)為Pa 1.25Pp-1.6Pp因此Pa=1.25Pp=(1.251.6)20.5=25.62532.8MPa。2泵的流量確定,液壓泵的最大流量應(yīng)為Qp K(刀Q)maxK為系統(tǒng)泄漏系數(shù)， 一般取K=1.1-1.3， 大流量取小值

9、； 小流量取大值。油液的泄露系數(shù)K=1.2故Qp=K(刀Q)max=1.2 31.76=38.15L/min3.選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上計算的Pa和Qp查閱相關(guān)手冊現(xiàn)選用63YCY14-1B斜盤式軸向柱塞泵,nmax= 3000 r/minnmin=1000r/min額定壓力pO=32Mpa每轉(zhuǎn)排量q=63mL/r，容積效率 v=85%總效率=0.7.4.與液壓泵匹配的電動機選定 首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時的功率，取兩者較大值作為選擇電動機 規(guī)格的依據(jù)。 由于在慢進(jìn)時泵輸出的流量減小， 泵的效率急劇降低， 一般在流量在0.2-1L/min范圍內(nèi)時，可取 =0.030.14.同時還應(yīng)該

10、注意到，為了使所選擇的電動機 在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率時不至停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行演算，即PaxQp/ Pd,式中,Pd所選電動機額定功率；Pb內(nèi)嚙合齒輪泵的限定壓力；Qp-壓力為Pb時，泵的輸 出流量。首先計算快進(jìn)時的功率，快進(jìn)時的外負(fù)載為5000N進(jìn)油時的壓力損失定為0.3MP&-6Pb=5000/(0.11x0.11n/4)x10 +0.3=0.0.826MPa快進(jìn)時所需電機功率為：(0.826x38.15/60)/0.7=0.75kw工進(jìn)時所需電機功率為：P=Ppx0.804/(60 x0.7)=0.39kw查閱電動機產(chǎn)品樣本，選用丫90S-4型電動機，其額定功率為1.1KW,額定

11、轉(zhuǎn)速為1400r/mi n4.液壓閥的選擇根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如表所示序號元件名稱最大流量(L/min最大工作壓力(Mpa型號選擇1濾油器3031ZU-H40X 10S2液壓泵25.0540BFW01A3三位四通電磁閥6031.534WE6G50-50/AW220R4單向調(diào)速閥6531.5S15A020/55二位三通電磁閥6031.523WE6G50-506單向閥6531.5S15A020/57壓力表31.5AF6EA30/Y4008平衡閥5014DZ10-130/2109液控單向閥60約31.5SV15GB230/210溢流閥2.

12、56.3Y-10B5.確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可接管路允許流速進(jìn)行計算，本系統(tǒng)主要路流量為差動時流量Q=57L/min壓油管的允許流速取V=3m/s則內(nèi)徑d為：1/2d=4.6(57/3)=20.05mm若系統(tǒng)主油路流量按快退時取Q=31.79L/min,貝U可算得油管內(nèi)徑d=12.96mm.綜合d=20mm吸油管同樣可按上式計算(Q=42.4L/min , V=1.5m/s)現(xiàn)參照YBX-16變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為29mm6.液壓油箱容積的確定根據(jù)液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來確定則選用容量為400L。7.液壓缸的壁厚和外徑的計算

13、 液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓 力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異，一般計算時可分為薄壁圓筒， 起重運輸機械和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(jié)構(gòu)， 其壁厚按薄壁圓筒公式計算ZPD/2(T=25.625X160/(2X100)=20.5mm(c=100110MP故取Z=20mm液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1為D1D+2Z160+2X20=200mm8.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(gòu)實際工作煩人最大行程來確定，查表的系列尺寸選取標(biāo)準(zhǔn)值L=400mm。9.

14、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個公式進(jìn)行近似計算無孔時：t0.433D(P/c)1/2=0.433X160X(25.625/100)1/2=35.07有孔時：t0.433 D2(P D2/(T (Ddo)1/2式中,t-缸蓋有效厚度D-缸蓋止口內(nèi)直徑D2-缸蓋孔的直徑10.最小尋向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時,從活塞支撐面中點到缸蓋滑動支撐面中點的距離H稱為 最小導(dǎo)向長度過小,將使液壓缸的初試撓度增大,影響液壓缸的穩(wěn)定性,因此,設(shè)計 時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。對一般的液壓缸,最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求H=L/20+D/2=400/20+160/

15、2=100mm取H=100mm活塞寬度B=(0.61.0)D1=10011.缸體長度的確定 液壓缸體內(nèi)部長度應(yīng)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,一般的液壓缸的缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑地2030倍四液壓系統(tǒng)的驗算已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)回油管的內(nèi)徑均為12mm各段管道的長度分別為：AB=0.3mAC=1.7m AD=1.7m DE=2m。選用L-HL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15C查得15C時該液壓油曲運動粘度V=150cst=1.5cm/s，油的密度p=920kg/m1壓力損失的驗算1.工作進(jìn)給時進(jìn)油路壓力損失，運動部件工作進(jìn)給時的最大速度為0.25mmin

16、，進(jìn)給時的最大流量為19.08L/min，則液壓油在管內(nèi)流速V為：V仁Q/(ndd/4)=(19.08X1000)/(3.14X2.9X2/4)=69.74(cm/s)管道流動雷諾數(shù)Rel為Rel=69.74X3.2/1.5=148.8Relv2300可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)入l=75Rel=0.59進(jìn)油管道的沿程壓力損失P為：P1-仁入l/(l/d) (pV/2)=0.59X(1.7+0.3)/(0.029X920X0.592/2)=0.2MPa查得換向閥34WE6G50-50/AW220的壓力損失厶P=0.05MPa忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，貝U進(jìn)油路

17、總壓力損失P為:卩仁厶P1-1 +AP1-2=(0.2X1000000+0.05X1000000)=0.25MPa2.工作進(jìn)給時間回油路的壓力損失，由于選用單活塞桿液壓缸且液壓缸有桿腔 的工作面積為無桿腔的工作面積的二分之一， 貝回油管道的流量為進(jìn)油管的二分之 一，貝V2=V/2=34.87(cm/s)Rel=V2d/r=34.87X2/1.5=46.5入2=75/Rel=75/46.5=1.6回油管道的沿程壓力損失P為:P2-1=X/(l/d) X(PXVXV/2)=1.6X2/0.029X920X0.5952/2=0.68MPa查產(chǎn)品樣本知換向閥23WE6G50-50的壓力損失P=0.02

18、5MPa。換向閥34WE6G50-50/AW220R勺壓力損失厶P=0.025MPa ,調(diào)速閥ADTL-10的壓力損失P=0.5MPa回油路總壓力損失P為P2=AP2-1 +AP2-2+P2-3+A2-4=0.68+0.025+0.025+0.5=1.23MPa3.變量泵出口處的壓力P：Pp=(F/ncm+A2P2)/(A1+P1)=(305000/0.9+0.00591X1.1X100)/0.01539+0.15 =22.4MPa4.快進(jìn)時的壓力損失， 快進(jìn)時液壓缸為差動連接， 自會流點A至液壓缸進(jìn)油口C之 間的管路AC中， 流量為液壓泵出口流量的兩倍即26L/min,AC段管路的沿程壓力

19、損失為P1-1為V1=Q/(ndxd/4)=45.22X1000/(3.14X2X2/4X60)=240.02(cm/s)Rel=V1d/r=320.03入1=75/Rel=0.234P1-仁入(l/d)X(pV2)=0.234X(1.7/0.02)X(920X2.4X2.4X2) =0.2MPa同樣可求管道AB段及AD段的沿程壓力損失P1-2P1-3為V2=Q/(ndxd/4)=295cm/sRe2=V/d/r=236V2=75Re2=0.38P1-2=0.024MPaP1-3=0.15MPa查產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：34WE6G50-50/AW220的壓力損失，P2-仁0.1

20、7MPa23WE6G50-50勺壓力損失，P2-1=0.17MPa據(jù)分析在差動連接中，泵的出口壓力為PP=2AP1-2+AP1-2+AP2-2+AP2-1 +AP2-2+F/A2ncm=2X0.2+0.024+0.15+017+0.17+25/0.00785X0.9=0.18MPa快退時壓力損失驗算亦是如此，上述驗算表明，無需修改原設(shè)計。2.系統(tǒng)溫升的驗算在整個工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時間最長，為了簡化計算，主要考慮工進(jìn) 時的發(fā)熱量，一般情況下，工進(jìn)速度大時發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不 同時，效率相差極大，所以分別計算最大、最小時的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù) 值大者進(jìn)行分析。(1)當(dāng)

21、V=4cm/min時流量Q=V(nDD/4)=nX0.125X0.125/4=0.491(L/min)此時泵的效率為0.1，泵的出口壓力為22.4MPa則有：P輸入=22.4X0.613/(60X0.1)=2.29(KW)P輸出=FV=305000X4/60X0.01X0.00仁0.203(Kw)此時的功率損失為P=P輸入P輸出=2.29-0.203=2.09 (Kw)當(dāng)V=25cm/min時，Q=3.85L/min總效率n=0.8貝UP輸入=25X3.85/(60X0.8)=1.845(Kw)P輸出=FV=307500X25/60X0.01X0.001=1.28(Kw)P=P輸入P輸出=0.

22、565(Kw)可見在工進(jìn)速度低時，功率損失為2.156Kw，發(fā)熱最大假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K=10X0.001Kw/(cmT)油箱的散熱面積A為A=0.065V2/3=6.5m2系統(tǒng)的溫升為：T=P/KA=2.156/(10X0.001X6.6)C=332C驗算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)3 .螺栓校核液壓缸主要承受軸向載荷Fmax=305000取6個普通螺栓，則每個螺栓的工作拉力為Fo=305000/6=51250N螺栓總拉力F=Fa+Cb/(Cb+Cm)Fo Fa為螺栓預(yù)緊力Cb為螺栓剛度Cm為被連接件剛度 又Fa=Fb+【1-Cb/(Cb+Cm)】FFb為殘余預(yù)緊力 則Fb=(1.51.8)F取Fb=1.5FCb/(Cb+Cm)在無墊片是取0.20.3去取值為0.3得Fa=2.2Fo F=2.5 Fo由此求得F=128125N螺栓的中徑d(1.3x4F)/ (T 舟1/2=22.1mm(T =(T s/S=433MP材料選用40Cr所以取標(biāo)準(zhǔn)值d=24mm選用螺栓為M24電磁鐵動作順序表1YA2YA3YA快進(jìn)_+_工進(jìn)+快退+_+停止_五.參考文獻(xiàn)：1成大先主編 機械設(shè)計手冊M第四版第四卷2液壓與氣動傳動.機械工業(yè)出版社3液壓與傳動系統(tǒng)及設(shè)計.化學(xué)