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1、 梧州學(xué)院 《液壓與氣動》課 程 設(shè) 計 題 目：四柱萬能液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 系、班級：電子信息工程系09機械5班 姓 名： 寧文杰 指導(dǎo)教師： 劉兆紅 二零一二年六月十九日 前 言 液壓系統(tǒng)是以電機提供動力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出不同行程、不同方向的動作，完成各種設(shè)備不同的動作需要。液壓傳動和機械傳動相比，具有許多優(yōu)點，因此在

2、機械工程中液壓傳動被廣泛采用。目前。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，而且愈先進的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就愈多。所以我們作為當(dāng)代大學(xué)生，學(xué)習(xí)和親手設(shè)計一個簡單的液壓系統(tǒng)是非常有意義的。 目錄 一、設(shè)計課題3 二、主要參數(shù)確定4 三、確定主液壓缸、頂出液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸4 四、液壓缸運動中的供油量計算6 五、確定快速空程供油方式，液壓泵規(guī)格，驅(qū)動電機功率7 六、選取液壓系統(tǒng)圖8 七、液壓系統(tǒng)工作油路分析9 八、計算和選取液壓元件11 九、液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性

3、論證12 十、設(shè)計總結(jié)16 十一、參考文獻16 一、設(shè)計課題 1．設(shè)計內(nèi)容： 設(shè)計一臺四柱萬能液壓機，設(shè)該四柱萬能液壓機下行部件G=1.6噸，下行行程1.2m-1.5m。 2. 設(shè)計要求： 2.1 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸D，d； 2.2 繪制正式液壓系統(tǒng)圖（1號圖紙），動作表、明細表； 2.3 確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； 2.4 進行必要的性能驗算（壓力損失、熱平衡）； 二、主要參數(shù)確定 液壓系統(tǒng)最高工作壓力P=32

4、MPa，在本系統(tǒng)中選用P=25MPa； 主液壓缸公稱噸位3150KN； 主液壓缸用于沖壓的壓制力與回程力之比為8%，塑料制品的壓制力與回程力之比為2%，取800KN； 頂出缸公稱頂出力取主缸公稱噸位的五分之一，取650KN； 頂出缸回程力為主液壓缸公稱噸位的十五分之一，210KN 行程速度 主液壓缸： 快速空行程 : 工 作 行 程: 回 程: 頂出液壓缸： 頂 出 行 程: 回 程: 三、確定主液壓缸、頂出液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸 1、主液壓缸

5、 1.1 主液壓缸內(nèi)徑D： 根據(jù)GB/T2346-1993，取標準值：； 1.2 主液壓缸活塞桿徑d： 根據(jù)GB/T2346-1993，取標準值：； 1.3 主液壓缸有效面積：（其中A1為無桿腔面積，A2為有桿腔面積） 1.4 主液壓缸實際壓制力和回程力： 1.5 主液壓缸的工作力: 1.5.1 主液壓缸的平衡壓力： 1.5.2 主液壓缸工進工作壓力： 1.5.3 液壓缸回程壓力： 2、頂出液壓缸 2.1頂出液壓缸內(nèi)徑：

6、根據(jù)GB/T2346-1993，取標準值； 2.2 頂出液壓缸活塞桿徑 根據(jù)GB/T2346-1993，取標準； 2.3 頂出液壓缸有效面積：（其中A3為無桿腔面積，A4為有桿腔面積） 2.4 頂出液壓缸的實際頂出力和回程力： 2.5 頂出壓缸的工作力： 四、液壓缸運動中的供油量計算 1、主液壓缸的進出油量 1.1主液壓缸空程快速下行的進出油量： 1.2 主液壓缸工作行程的進出油量：

7、 1.3 主液壓缸回程進出油量： 2、頂出液壓缸退回行程的進出油量 2.1 頂出液壓缸頂出行程的進出油量： 2.2 頂出液壓缸退回行程的進出油量： 五、確定快速空程供油方式，液壓泵規(guī)格，驅(qū)動電機功率 1、液壓系統(tǒng)快速空程供油方式 由于供油量大，不宜采用由液壓泵供油方式，利用主液壓缸活塞等自重快速下行，形成負壓空腔，通過吸入閥從油箱吸油，同時使液壓系統(tǒng)規(guī)格降低檔次。 2、選定液壓泵的流量及規(guī)格 設(shè)計的液壓

8、系統(tǒng)最高工作壓力P=25MPa，主液壓缸工作行程，主液壓缸的無桿腔進油量為： 主液壓缸的有桿腔進油量為: 頂出液壓缸頂出行程的無桿腔進油量為： 設(shè)選主液壓缸工作行程和頂出液壓缸頂出行程工作壓力最高（P=25MPa）工件頂出后不需要高壓。主液壓缸工作行程（即壓制）流量為75.36L/min，主液壓缸工作回程流量為183.69L/min，選用5ZKB732型斜軸式軸向柱塞變量泵，該泵主要技術(shù)性能參數(shù)如下：排量 234.3ml/r， 額定壓力 16MPa， 最大壓力 25MPa， 轉(zhuǎn)速 970r/min， 容積效率96%。該液壓泵基本能滿足本液壓系統(tǒng)的

9、要求。 3、液壓泵的驅(qū)動功率及電動機的選擇 P=25MPa，主液壓缸回程工作壓力為10.45MPa，頂出液壓缸退回行程工作壓力為18.58MPa，液壓系統(tǒng)允許短期過載，回此快速進退選10.45MPa，q=200L/min，工進選P=25MPa，q=75.36L/min，液壓泵的容積效率ηv=0.96，機械效率ηm=0.95，兩種工況電機驅(qū)動功率為： 由以上數(shù)據(jù)，查機械設(shè)計手冊，選取Y280S-6三相異步電動機驅(qū)動液壓泵，該電動機主要性能參數(shù)如下：額定功率 45KW， 滿載轉(zhuǎn)速 980r/min。 六、選取液壓系統(tǒng)圖 1、液壓系統(tǒng)圖 2、電磁鐵動

10、作表 動 作 順 序 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 主液壓缸 快速下行 + + 慢速加壓 + 保 壓 卸壓回程 + 停 止 頂出缸 頂 出 + 退 回 + 壓 邊 + 浮動拉伸 + 3、油箱容積： 上油箱容積： 根據(jù)GB2876-81標準，取其標準值630L。 下油箱容

11、積： 根據(jù)GB2876-81標準，取其標準值1600L。 七、液壓系統(tǒng)工作油路分析 1、啟動：電磁鐵全斷電，主泵卸荷 主泵（恒功率輸出）-- 電液換向閥7的M型中位-- 電液換向閥17的K型中位-- 油箱 2、液壓缸15活塞快速下行 1YA，5YA通電，電液換向閥7右位工作，控制油路經(jīng)電磁換向閥12打開液控單向閥13，接通液壓缸15下腔與液控單向閥13的通道。 進油路：主泵（恒功率輸出）-- 電液換向閥7--單向閥8-- 液壓缸15上腔 回油路：液壓缸15下腔-- 單向閥13-- 電液換向閥7-- 電液換向閥17的K型中位

12、--油箱 液壓缸活塞依靠重力快速下行形成負壓空腔：大氣壓油-- 吸入閥11-- 液壓缸15上腔 3、液壓缸15活塞接觸工件，慢速下行（增壓行程）： 液壓缸活塞碰行程開關(guān)2XK使5YA斷電，切斷液壓缸15下腔經(jīng)液控單向閥13快速回油通路，上腔壓力升高，同時切斷（大氣壓油-- 吸入閥11-- 上液壓缸15上腔）吸油路。 進油路：主泵（恒功率輸出）-- 電液換向閥7-- 單向閥8-- 液壓缸15上腔 回油路：液壓缸15下腔-- 順序閥14-- 電液換向閥7-- 電液換向閥17的K型中位-- 油箱 4、保壓 液壓缸15上腔壓力升高達到預(yù)調(diào)壓力，電接觸壓力表9

13、發(fā)出信息，1YA斷電，液壓缸15進口油路切斷，（單向閥8和吸入閥11的高密封性能確保液壓缸15活塞對工件保壓，利用液壓缸15上腔壓力很高，打開外控順序閥10的目的是防止控制油路使吸入閥11誤動而造成液壓缸15上腔卸荷）當(dāng)液壓缸15上腔壓力降低到低于電接觸壓力表9調(diào)定壓力，電接觸壓力表9又會使1YA通電，動力系統(tǒng)又會再次向液壓缸15上腔供應(yīng)壓力油……。 主泵（恒功率輸出）-- 電液換向閥7的M型中位-- 電液換向閥17的K型中位-- 油箱，主泵卸荷 5、保壓結(jié)束，液壓缸15上腔卸荷后 保壓時間到位，時間繼電器電出信息，2YA通電（1YA斷電），液壓缸15上腔壓力很高，打開外控順

14、序閥10，大部分油液經(jīng)外控順序閥10流回油箱，壓力不足以立即打開吸入閥11通油箱的通道，只能先打開吸入11的卸荷閥，實現(xiàn)液壓缸15上腔先卸荷，后通油箱的順序動作，此時： 主泵1大部分油液-- 電液換向閥7-- 外控順序閥10-- 油箱 6、液壓缸15活塞快速上行 液壓缸15上腔卸壓達到吸入閥11開啟的壓力值時，外控順序閥10關(guān)閉。 進油路：主泵1-- 電液換向閥7-- 液控單向閥13-- 液壓缸15下腔 回油路：液壓缸15上腔-- 吸入閥11-- 油箱 7、頂出工件 液壓缸15活塞快速上行到位，碰行程開關(guān)1XK，2YA斷電，電液換向閥7復(fù)位，3YA通

15、電，電液換向閥17右位工作。 進油路：主泵1-- 電液換向閥7的M型中位-- 電液換向閥17-- 液壓缸16下腔 回油路：液壓缸16上腔-- 電液換向閥17-- 油箱 8、頂出活塞退回：4YA通電，3YA斷電，電液換向閥17左位工作 進油路：主泵1-- 電液換向閥7的M型中位-- 電液換向閥17-- 液壓缸16有桿腔 回油路：液壓缸16無桿腔-- 電液換向閥17-- 油箱 9、壓邊浮動拉伸 薄板拉伸時，要求頂出液壓缸16無桿腔保持一定的壓力，以便液壓缸16活塞能隨液壓缸15活塞驅(qū)動一同下行對薄板進行拉伸，3YA通電，電液換向閥17右位工作，6YA通電

16、，電磁閥19工作，溢流閥21調(diào)節(jié)液壓缸16無桿腔油墊工作壓力。 進油路：主泵1-- 電液換向閥7的M型中位-- 電液換向閥17-- 液壓缸16無桿腔 吸油路: 大氣壓油-- 電液換向閥17-- 填補液壓缸16有桿腔的負壓空腔 10、液壓缸速度循環(huán)圖、負載圖 八、計算和選取液壓元件 根據(jù)上面計算數(shù)據(jù)，查液壓設(shè)計手冊選取液壓元件如下： 序 號 元 件 名 稱 實際流量 規(guī) 格 1 斜軸式軸向柱塞變量泵 227L/min 5ZKB732 2 齒輪泵 18L/min BBXQ 3 電動機 Y802-4三相異步電機

17、 4 濾油器 245L/min WU-250F 5 先導(dǎo)式溢流閥 227L/min CG2V-8FW 6 溢流閥 18L/min YF-L10B 7 電液換向閥 227L/min 24DY-B32H-Z 8 單向閥 227L/min DF-L32H2 9 壓力繼電器 IPD01-H6L-Y 10 外控內(nèi)泄型順序閥 227L/min XD4F-L32H 11 液控單向閥 376L/min DFY-F50H2 12 兩位四通電磁換向閥 18L/min 24D-10H-TZ 13 液控單向閥 227L/min DFY-

18、F32H2 14 順序閥 227L/min XD2F-L32H 15 主液壓缸 16 頂出液壓缸 17 電液換向閥 227L/min 24DY-B32H-Z 18 節(jié)流閥 227L/min LDF-L32C 19 兩位兩通電磁換向閥 227L/min 22D-32B 20 先導(dǎo)式溢流閥 227L/min CG2V-8FW 21 溢流閥 227L/min YF-L32B 九、液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證 1、主液壓缸壓力損失的驗算 1.1快速空行程時

19、的壓力損失 快速空行程時，由于液壓缸進油從吸入閥11吸油，油路很短，因此不考慮進油路上的壓力損失，在回油路上，已知油管長度l=2m，油管直徑d=3210-3m，通過的流量q=3.8310-3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號液壓油，考慮最低工作溫度15℃，由手冊查出此時油的運動粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 1.1.1確定油流的流動狀態(tài)，回油路中液流的雷諾數(shù)為 由上可知，回油路中的流動是層流。 1.1.2 沿程壓力損失λ 在回油路上，流

20、速 則壓力損失為 1.1.3 局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失列于下表中: 元 件 名 稱 額定流量 實際流量 額定損失 實際損失 液控單向閥 250 229.8 2 168986 電液換向閥*2 250 229.8 4 675943 若取集成塊進油路壓力損失為30000Pa，回油路壓力損失為50000Pa，則回油路總的壓力損失為： 1.2. 慢速加壓行程的壓力損失 在慢速加壓行程中，已知油管長度l=2m，油管直徑d=3

21、210-3m，通過的流量進油路q1=1.2610-3m3/s，回油路q2=0.7710-3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號液壓油，考慮最低工作溫度15℃，由手冊查出此時油的運動粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 1.2.1 確定油流的流動狀態(tài) 進油路中液流的雷諾數(shù)為 回油路中液流的雷諾數(shù)為 由上可知，進回油路中的流動是層流。 1.2.2 沿程壓力損失λ 在進油路上，流速 則壓力損失為 在回油路上，流速

22、 則壓力損失為 1.2.3 局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失列于下表中: 元 件 名 稱 額定流量 實際流量 額定損失 實際損失 單向閥 80 75.6 2 182883 電液換向閥 250 229.8 4 337973 順序閥 50 46.2 3 256133 若取集成塊進油路壓力損失為30000Pa，回油路壓力損失為50000Pa，則進油路總的壓力損失為 回油路總的壓力損失為 1．3 快速退回行程的壓力損失 在快速退回

23、行程中，主液壓缸從順序閥10卸荷，油路很短，壓力損失忽略不計，已知油管長度l=2m，油管直徑d=3210-3m，通過的流量進油路q1=3.8310-3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號液壓油，考慮最低工作溫度15℃，由手冊查出此時油的運動粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 1.3.1 確定油流的流動狀態(tài) 進油路中液流的雷諾數(shù)為 由上可知，進油路中的流動是層流。 1.3.2 沿程壓力損失ΕΔpλ 在進油路上，流速 則壓力損失為 1.3.3局部壓力損失 由于

24、采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失列于下表中: 元 件 名 稱 額定流量 實際流量 額定損失 實際損失 單向閥 250 229.8 2 168986 電液換向閥 250 229.8 4 337973 若取集成塊進油路壓力損失為30000Pa，回油路壓力損失為50000Pa，則進油路總的壓力損失為 2、頂出液壓缸壓力損失驗算 2.1 頂出行程的壓力損失 在頂出液壓缸頂出行程中，已知油管長度l=2m，油管直徑d=3210-3m，通過的流量進油路q1=1.5710-3m3/s

25、，回油路q2=0.5710-3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號液壓油，考慮最低工作溫度15℃，由手冊查出此時油的運動粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 2.1.1 確定油流的流動狀態(tài) 進油路中液流的雷諾數(shù)為 回油路中液流的雷諾數(shù)為 由上可知，進回油路中的流動是層流。 2.1.2 沿程壓力損失ΕΔpλ 在進油路上，流速 則壓力損失為 在回油路上，流速 則壓力損失為 2.1.3 局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所

26、以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失列于下表中: 元 件 名 稱 額定流量 實際流量 額定損失 實際損失 電液換向閥 250 94.2/34.2 4 56791/7486 若取集成塊進油路壓力損失為30000Pa，回油路壓力損失為50000Pa，則進油路總的壓力損失為 回油路總的壓力損失為 2.2 頂出液壓缸退回行程的壓力損失 在慢速加壓行程中，已知油管長度l=2m，油管直徑d=3210-3m，通過的流量進油路q1=0.910-3m3/s，回油路q2=2.5110-3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號液

27、壓油，考慮最低工作溫度15℃，由手冊查出此時油的運動粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 2.2.1 確定油流的流動狀態(tài) 進油路中液流的雷諾數(shù)為 回油路中液流的雷諾數(shù)為 由上可知，進回油路中的流動是層流。 2.2.2 沿程壓力損失ΕΔpλ 在進油路上，流速 則壓力損失為 在回油路上，流速 則壓力損失為 2.2.3局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損

28、失列于下表中: 元 件 名 稱 額定流量 實際流量 額定損失 實際損失 電液換向閥 250 54/150.6 4 18662/145154 若取集成塊進油路壓力損失為30000Pa，回油路壓力損失為50000Pa，則進油路總的壓力損失為 回油路總的壓力損失為 從以上驗算結(jié)果可以看出，各種工況下的實際壓力損失都能滿足要求，說明液壓系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)、元件的參數(shù)是合理的，滿足要求。 3、液壓系統(tǒng)發(fā)熱和溫升驗算 在整個工作循環(huán)中，工進階段所占用的時間最長，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進階段造成的，幫按工進工況驗算系統(tǒng)溫升。 系統(tǒng)總的發(fā)熱功

29、率Φ為 Φ=38.65-34.5=4.15KW=4150W 已知油箱容積V=1600L=1.6m3，則油箱的近似散熱面積A為 假定通風(fēng)條件良好，取油箱散熱系數(shù)Cr=1510-3KW/(m2℃)，則可得油液溫升為 ℃ 設(shè)環(huán)境溫度T=25℃，則熱平均溫度為56.14℃，油箱散熱基本可達到要求。 十、設(shè)計總結(jié) 這次液壓系統(tǒng)課程設(shè)計，是我們第一次較全面的液壓知識的綜合運用，通過這次練習(xí)，使得我們對液壓基礎(chǔ)知識有了一個較為系統(tǒng)全面的認識，加深了對所學(xué)知識的理解和運用，將原來看來

30、比較抽象的內(nèi)容實現(xiàn)了具體化，初步掊養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想，訓(xùn)練了綜合運用相關(guān)課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、加深和擴展了有關(guān)液壓系統(tǒng)設(shè)計方面的知識。 通過制訂設(shè)計方案，合理選擇各液壓零件類型，正確計算零件的工作能力，以及針對課程設(shè)計中出現(xiàn)的問題查閱資料，大大擴展了我們的知識面，培養(yǎng)了我們在本學(xué)科方面的興趣及實際動手能力，對將來我們在此方面的發(fā)展起了一個重要的作用。本次課程設(shè)計是我們對所學(xué)知識運用的一次嘗試，是我們在液壓知識學(xué)習(xí)方面的一次有意義的實踐。 在本次課程設(shè)計中，我獨立完成了自己的設(shè)計任務(wù)，通過這次設(shè)計，弄懂了一些以前書本中難以理解的內(nèi)容，加深了對以前所學(xué)知識的鞏固。在設(shè)計中，通過老師的指導(dǎo)，使自己在設(shè)計思想、設(shè)計方法和設(shè)計技能等方面都得到了一次良好的訓(xùn)練。 十一、參考文獻 [1]劉維信 《機械最優(yōu)化設(shè)計》[M]北京 清華大學(xué)出版社 [2]楊培元 《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》[M] 北京 機械工業(yè)出版社 [3]劉延俊 《液壓傳動與氣壓傳動》[M]北京 第二版 機械工業(yè)出版社 [3]沈鴻 《機械設(shè)計手冊》 [M]北京 機械工業(yè)出版社 [5]楊寶光 《液壓機》[M].北京 機械工業(yè)出版社 [6]俞新陸 《鍛壓機械液壓傳動》[M] 北京 機械工業(yè)出版社 19