小型液压机课程设计

机电工程学院

《液压与气压传动课程设计》

说明书

课题名称： 专用铣床液压系统设计 学生姓名： 学号：

专 业： 机械设计 班级： 10机设2班 成 绩： 指导教师签字：

2013年

6月

21日

目 录

前言………………………………………………………………………………… 1 第一章 设计任务书…………………………………………………………… 3

1.1设计目的…………………………………………………………………… 3 1.2设计题目…………………………………………………………………… 3 1.3设计要求…………………………………………………………………… 4 第二章 工况分析……………………………………………………………… 5 第三章 负载图和速度循环图的绘制……………………………………… 6

3.1负载循环图………………………………………………………………… 6 3.2速度循环图………………………………………………………………… 6

第四章 液压系统图…………………………………………………………… 7

4.1 液压系统图分析……………………………………………………………7 4.2 液压系统原理图……………………………………………………………8

第五章 液压缸主要参数确定……………………………………………… 9

5.1 液压缸主要尺寸的确定………………………………………………… 9 5.2 各工作阶段液压缸所需的流量………………………………………… 9 第六章 液压元件的选择…………………………………………………… 12

6.1液压泵的选择…………………………………………………………… 12 6.1.1泵的工作压力的确定………………………………………………12 6.1.2泵的流量确定………………………………………………………12

6.1.3选择液压泵的规格…………………………………………………13 6.1.4 与液压泵匹配的电动机选定………………………………………… 13 6.2 阀类元件及辅助元件…………………………………………………… 13 6.3油箱的容积计算……………………………………………………………14 6.4确定管道尺寸………………………………………………………………15 6.5液压缸的壁厚和外径的计算………………………………………………15 6.6液压缸工作行程的确定……………………………………………………15 6.7缸盖厚度的确定……………………………………………………………16 6.8最小寻向长度的确定………………………………………………………16 6.9缸体长度的确定……………………………………………………………17

第七章 液压系统的验算…………………………………………………… 18

7.1 压力损失和调定压力的确定………………………………………………18 7.2 系统温升的计算……………………………………………………………20 总结………………………………………………………………………………… 23 参考文献………………………………………………………………………… 25

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设计内容 计算说明 结论 前 言 液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。相对于电力拖动和机械传动而言，液压传动具有输出力大，重量轻，惯性小，调速方便以及易于控制等优点，因而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备上。 作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高﹑配置灵活方便﹑调速范围大﹑工作平稳且快速性好﹑易于控制并过载保护﹑易于实现自动化和机电液一体化整合﹑系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。 液压压力机是压缩成型和压注成型的主要设备，适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。本文根据小型压力机的用途﹑特点和要1

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求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。小型压力机的液压系统呈长方形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。 2

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第一章 设 计 任 务 书 1.1设计目的 液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的： (1) 巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力； (2 ) 正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统； （3）熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。 1.2设计题目 设计一台小型液压机的液压系统，要求实现快速空程下行—慢速加压—保压—快速回程—停止的工作循环。快速往返速度为V1＝3m/min,加压速度为V2=40mm/min,压制力为F＝200KN，运动部件总重量为G＝18KN。快速行程380mm: ；慢事行程：20mm ，起动时间为0.2s。 3

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则图中电磁铁的动作顺序如表4-1所示 表4-1 电磁铁动作顺序表 快进 工进 快退 停止 1YA － － ＋ － 2YA ＋ ＋ － － 3YA － ＋ ＋ － 9

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第五章 液 压 缸 主 要 参 数 确 定 5.1 液压缸主要尺寸的确定 （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25MPa。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?m=0.9。 （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237556N，取d/D=0.7 A1?FP?cm4A1?237556=0.0105 25?106?0.9D=?=0.115 按GB/T2348-1993，取标准值D=110mm d=0.7D=77mm 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=D2＝9503mm2 4?有杆腔实际有效面积：A2=??D42?d2=4847mm2 ?5.2 各工作阶段液压缸所需的流量 快进：Q=A1V1=28.51L/min 工进：Q= A1V2=0.38L/min 10

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快退：Q= A2V1=14.54L/min 液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算见表5-1。 表5-1 液压缸工作循环各阶段的压力、流量 工作阶段 启动 快进 负载F 17333 工作腔压力MPa 1.82 2.14 1.61 25.00 25.00 3.58 4.19 13.71 输入流量L/min — — 28.51 0.38 — — — 14.54 加速 20333 快进 15333 工进 保压 237556 237556 启动 17333 加速 20333 恒速 66444 快退 根据P＝pq可得液压缸在工作循环中各阶段的功率，其结果如表5-2所示。 表5-2 液压缸各工作循环中各阶段的功率 工作阶段 快进 工进 快退 功率W 765 158 3322 11

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按以上数据可绘制液压缸的工况图如图5-1所示。 图5-1 工况图 12

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第六章 液 压 元 件 的 选 择 6.1液压泵的选择 6.1.1泵的工作压力的确定 考虑到正常工作中进油管有一定的压力损失，所以泵的工作压力为 Pp?P1???p 式中，Pp－液压泵最大工作压力； P1－执行元件最大工作压力； ??p－进油管路中的压力损失，简单系统可取0.2~~0.5Mpa。故可取压力损失??p=0.5Mpa 由液压缸的工况图（图5-1），可以看出液压缸的最高工作压力出现在加压压制阶段时P1＝25.00MPa，25+0.5=25.5MP 上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过度阶段出现的 动态压力往往超出静态压力，另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的压力值Pa应为Pa ?1.25Pb-1.6Pb 因此Pa=1.25Pp=1.25?25.5=31.875MPa 6.1.2泵的流量确定 液压泵的最大流量应为： Qp?K（∑Q）max 13

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式中,K为系统泄漏系数，一般取K=1.1-1.3，大流量取小值；小流量取大值。此处取油液的泄露系数K=1.2 故Qp=K（∑Q）max=1.2?28.51=34.21L/min 6.1.3选择液压泵的规格 根据以上计算的Pa和Qp查阅相关手册，选用40YCY14—1B压力补偿变量型轴向柱塞泵，其额定压力P=32MPa，排量为V=40mL/r,当转速为1000r/min。 6.1.4 与液压泵匹配的电动机选定 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25.50MPa，流量为0.38L/min ,取泵的总效率?=0.85，则液压泵的驱动电机所要的功率P?P?q? =190W。 根据此数据按JB/T8680.1-1998，选取Y2-711-4型电动机，其额定功率P=250W ，额定转速n=1000r/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qt?nV=40L/min ，大于计算所需的流量34.21L/min，满足使用要求。 6.2 阀类元件及辅助元件 14

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7 4 3 序 号 1 2 根据所拟定的液压系统图，按照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6-1。 表6-1 液压元件的型号及规格 元件 名称 变量泵 溢流阀 三位四通换向阀 最大工作 压力32MPa 28 开启0.15MPa 额定压 排量 力/MPa ml/r 32 调压25 型号及 规格 40YCY14 —1B 说明 额定转速1000 r/min驱动电动机功率为250W 通径20mm 40 12 C175 28 60 WEH10G 通径20mm 顺序阀 60 HCT06L1 qmax?160L/min FBG-3- 125-10 (单向行程调速阀) 5 6 调速阀 单向阀 二位二通换向阀 60 最大 S20A220 100 通径20mm 28 60 2WE10D10 通径20mm 6.3油箱的容积计算 油箱的容量V (单位为L)计算按式: V??qp，由于液压机是高压系统，??7。 所以油箱的容量：15

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V?7?34.21=239.40L ，取V＝250L 6.4确定管道尺寸 油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可接管路允许流速进行计算。本系统主要路流量为差动时流量Q=57.02L／min，压油管的允许流速取V=3m/s则内径d为d=4.6(57.02/3)1/2=20.05mm。 吸油管同样可按上式计算，现参照40YCY14—1B压力补偿变量型轴向柱塞泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为20mm 6.5液压缸的壁厚和外径的计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算 液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度，从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒，起重运输机械和工程机械的液压缸一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 ζ≥PD/（2[σ]）=31.875×110/（2×100）=21.00mm（[σ]=100~110MP） 故取ζ=25mm 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径D1为 D1≥D+2ζ=110+2×25=160mm 6.6液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作烦人最大行程来确定，查表的系列尺寸选取标准16

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值L=400mm。 6.7缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两个公式进行 近似计算 无孔时：t≥0.433D（P／[σ]）1/2=0.433x110x（31.875/100）1/2=26.89mm 有孔时：t≥0.433 D2（P D2／[σ]（D2－d0）}1/2 式中， t----------缸盖有效厚度 D---------缸盖止口内直径 D2----------缸盖孔的直径 6.8最小寻向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称为最小导向长度。最小导向长度过小，将使液压缸的初试挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此，设计时必须保证有一定的最小导向长度。 对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求：H>=L/20+D/2=400/20+110/2=75mm，取H=80mm 17

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6.9缸体长度的确定 液压缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和，缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度，一般的液压缸的缸体长度不应大于内径地20~30倍 18

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