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2015屆機械工程及自動化專業(yè)學士學位畢業(yè)設計 單位代碼 10642 密 級 公 開 學 號201114014093 學士學位論文 論文題目：YA23-40型四柱液壓機液壓系統(tǒng)的設計 論文作者：范 杰 勇 指導教師：王自啟 學科專業(yè)：機械工程及自動化 提交論文日期：2015年01月25日 論文答辯日期：2015年01月29日 學位授予單位：重慶文理學院 中 國 · 重 慶 2015年01月 共14頁 第15頁 2015屆機械工程及自動化專業(yè)學士學位畢業(yè)設計 目錄 目 錄 摘要 I Abstract II 1 引言 1 1.1選題目的和意義 1 1.2國內外研究現(xiàn)狀綜述 1 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 1 2 鉆床的液壓系統(tǒng)分析 2 2.1 YA23-40型四柱液壓機液壓傳動系統(tǒng)結構原理分析 2 2.2 工況分析 3 2.2.1工作循環(huán)分析 3 2.2.2負載分析 3 3 液壓系統(tǒng)的設計 5 3.1確定液壓系統(tǒng)方案 5 3.1.1快速行程方式 5 3.1.2減速方式 5 3.1.3壓制速度的調整 5 3.1.4壓制壓力及保壓 5 3.1.5泄壓換向方法 5 3.1.6主缸與頂出缸的互鎖控制回路 6 3.2 液壓原理圖的擬定 6 3.2.1 繪圖液壓原理圖 6 3.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設計 7 4 液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇 8 4.1 液壓缸的選擇 8 4.1.1主缸的選擇 8 4.1.2頂出缸的選擇 8 4.2 液壓泵的選擇 10 4.2.1 液壓泵的壓力 10 4.3 電動機的選擇 11 4.4 液壓閥的選擇 11 4.4.1 方向控制閥的選擇 11 4.4.2壓力控制閥的選擇 11 4.4.3流量控制閥的選擇 11 4.5 輔助元件的設計 12 4.5.1 濾油器的選擇 12 4.5.2 油管類型的選擇 12 4.5.3 油管尺寸的確定 12 4.5.4 油箱容量的選擇 13 5 液壓系統(tǒng)性能驗算 13 6 總結： 14 參考文獻： 14 致謝語： 14 2015屆機械工程及自動化專業(yè)學士學位論文（設計） 摘要：YA23-40型四柱液壓機是利用液壓泵將原動機的機械能通過液壓控制系統(tǒng)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經過各種控制閥和液壓控制管路的傳遞進入油缸，推動固定在上橫梁上的主缸帶動上下活動梁來回移動，由四個立柱導向將上下模具閉合，壓制所需要的工件，再用頂出缸把壓制好的工件頂出。 本次畢業(yè)設計是以YA23-40型四柱液壓機應用系統(tǒng)為研究對象，通過本次設計提高液壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性以及液壓沖擊對設備的可靠性。設計中首先調查研究了YA23-40型四柱液壓機液壓系統(tǒng)的組成及工作原理，接著對工作循環(huán)及工況進行了分析，并在這些分析基礎上提出了液壓系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)的方案，然后通過計算選擇了各主要液壓元件，最后通過AutoCAD軟件繪制了液壓系統(tǒng)原理圖和PLC控制的接線圖。 關鍵詞：四柱液壓機 ;液壓系統(tǒng)設計 ;液壓元件 Abstract：YA23-40 type hydraulic machine is to use the original motivation of the mechanical pump through the hydraulic control system can change as the pressure of the liquid, the liquid pressure can be varied by the energy to pass through various control valves and hydraulic control line transmission into the cylinder, pushing fixed to the upper beam master cylinder to drive up and down the beam moves back and forth, up and down by four pillars guiding the mold is closed, pressing the workpiece need, and then the top of the cylinder to suppress a good piece ejection. The graduation project is YA23-40 type hydraulic machine application system stability and hydraulic shock as the research object, the hydraulic system by improving the design of this device reliability. First investigated the design and operating principle YA23-40 type hydraulic machine hydraulic system, then cycle to work and working conditions are analyzed and proposed solutions of the hydraulic system and PLC control system on the basis of these analyzes, then by calculate chose the main hydraulic components, and finally draw a schematic diagram of the hydraulic system and PLC control wiring diagram by AutoCAD software. Key word：Hydraulic machine; Hydraulic system; Hydraulic components 1 引言 1.1選題目的和意義 本課題的主要目的是對YA23-40型四柱液壓機液壓系統(tǒng)的研究設計，通過本次設計可以提高液壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性以及液壓沖擊對設備的可靠性等。另外，通過本次設計可以鞏固和深化所學知識、掌握液壓系統(tǒng)設計的一般方法步驟、培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。所以，本設計對YA23-40型四柱液壓機的應用具有很大的研究意義。 1.2國內外研究現(xiàn)狀綜述 液壓傳動技術的發(fā)展與研究動向隨著科學技術的不斷進步，目前液壓技術正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪音、經久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。由于計算機科學技術的成熟，一些新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的設計都運用了計算機CAD、CAT、CDC、計算機實時控制、計算機仿真與優(yōu)化等計算機輔助技術，很大程度上提高了產品設計的質量。雖然液壓傳動技術方便簡潔，但是液壓傳動中存在著一些亟待解決的問題，如：液壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性、工作介質的泄漏、液壓沖擊對設備可靠性的影響等等，這些問題都是液壓傳動技術需要研究和解決的。任何技術的改革和創(chuàng)新，都必須以穩(wěn)定、可靠的工作為前提，這樣才具有它的實際意義。 其中液壓系統(tǒng)研究成果及實例有： 2007年，重慶大學陳小剛碩士，通過有限元分析軟件ANSYS建立了液壓缸和上橫梁等關鍵部件的有限元分析模型，求解得到了應力應變分布云圖，并根據(jù)有限元分析結果。對液壓機主要零部件進行了結構優(yōu)化設計和改進。最后，詳細分析了關鍵零部件結構優(yōu)化改進后主要參數(shù)的優(yōu)化效果，并將優(yōu)化設計結果應用于企業(yè)實際中，根據(jù)結構優(yōu)化方案，已生產出改型的YJ32-100A四柱型液壓機。取得了較好的應用效果。 2004年03期，YB32-500四柱萬能液壓機液壓系統(tǒng)故障分析與改造，對YB32500四柱萬能液壓機液壓系統(tǒng)進行分析 ,對其液壓故障進行了診斷與排除 ,提出了提高安全性的系統(tǒng)改進方案。 國外研究者采用飛機液壓系統(tǒng)提供動力，以及粉末冶金塑料及橡膠制品成型；膠合板壓制。更在深海工具中以海水為介質的液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)相比有突出的優(yōu)越性。 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 液壓傳動是利用液體作為工作介質來傳遞能量和進行控制的傳動方式，與機械傳動、電氣傳動相比，液壓傳動的主要優(yōu)點： （1）液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置； （2）重量輕、體積小、運動慣性小、反應速度快； （3）操作控制方便，易于實現(xiàn)較大范圍內的無級變速； （4）一般采用礦物油為工作介質，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長； （5）可以實現(xiàn)快速而且無沖擊的變速和換向； （6）與機械傳動相比易于布局和操縱； 液壓傳動的主要缺點： （1）由于流體流動的阻力損失和泄露較大，所以效率較低； （2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作； （3）液壓元件的制造精度要求較高，因而價格較貴； （4）由于液體介質的泄露及可壓縮性影響，不能得到嚴格的定比傳動； （5）液壓傳動出故障時不易找出原因；使用和維修要求有較高的技術水平[2]； 2 鉆床的液壓系統(tǒng)分析 2.1 YA23-40型四柱液壓機液壓傳動系統(tǒng)結構原理分析 圖2-1為YA23-40型四柱液壓機系統(tǒng)原理基本組成。我們可以通過它進一步理解一般液壓機系統(tǒng)應具備的基本性能和組成情況。 圖2-1 四柱液壓機 在圖2-1中，YA23-40型四柱液壓機是利用液壓泵將原動機的機械能通過液壓控制系統(tǒng)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經過各種控制閥和液壓控制管路的傳遞進入油缸，推動固定在上橫梁上的主缸帶動上下活動梁來回移動，由四個立柱導向將上下模具閉合，壓制所需要的工件，再于頂出缸把壓制好的工件頂出。 在液壓傳動中，液壓油缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析它的工作過程，可以清楚的了解液壓傳動的基本原理。 液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質等五部分組成。 （1）動力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動機的機械能轉換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。 （2）執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達） 它是將液體的液壓能轉換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉運動。 （3）控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調節(jié)液動機的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進行調節(jié)控制。 （4）輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭(擴口式、焊接式、卡套式）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。 （5）工作介質 工作介質是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經過油泵和液動機實現(xiàn)能量轉換。 綜上述YA23-40型四柱液壓機液壓系統(tǒng)需要完成的動作循環(huán)為： 主缸活塞滑塊快速下行→主缸活塞滑塊慢速加壓→主缸保壓→主缸卸壓→主缸活塞滑塊回程→頂出缸活塞頂出→頂出缸活塞退回 YA23-40(40噸)型四柱液壓機基本技術參數(shù)： （1）主缸公稱壓力 400KN （2）主缸回程力 80KN （3）頂出缸公稱壓力 50KN （4）頂出缸回程力 30KN （5）滑塊距工作臺最大距離 1800mm （6）滑塊行程 1200mm （7）頂出行程 400mm （8）工作壓力 20MPa （9）滑塊速度 空程速度 100mm/s 擠壓速度 20mm/s 回程 100mm/s （10）頂出速度 頂出 100mm/s 回程 150mm/s 2.2 工況分析 2.2.1工作循環(huán)分析 根據(jù)上述對YA23-40型四柱液壓機液壓系統(tǒng)的分析可知，液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)為： 主缸：快速下行→慢速加壓→保壓→卸壓→快速回程→原位停止 頂出缸：慢速頂出→快速退回 故繪制出YA23-40型四柱液壓機液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)圖，如圖2-2所示： 圖2-2 YA23-40型四柱液壓機工作循環(huán)圖 2.2.2負載分析 根據(jù)提供的工況條件，立式安裝的主液壓缸活塞桿帶動滑塊及動橫梁在立柱上滑行時，運動部件的質量為500Kg。 （1）工作負載 工件的壓制抗力即為工作負載： （2）摩擦負載 由于導柱與滑塊垂直，摩擦負載較小，可忽略不計，故： 靜摩擦阻力： 動摩擦阻力： （3）慣性負載 自重: （4）液壓缸在各工作階段的負載值： ——液壓缸的機械效率，一般取=0.9-0.97。本處取=0.9 表2-1工作循環(huán)各階段的外負載 工況 負載組成 推力 F/ 快速下行 慢速加壓 快速回程 根據(jù)主缸的工藝要求和參數(shù)，將各執(zhí)行元件在各階段的速度用圖2-3所示的速度-位移（v-s）曲線表示。將各執(zhí)行元件在各階段所需克服的負載用圖2-4所示的負載-位移（F-s）曲線表示。 圖2-2 主缸速度循環(huán)圖 圖2-3主缸負載循環(huán)圖 3 液壓系統(tǒng)的設計 3.1確定液壓系統(tǒng)方案 液壓機液壓系統(tǒng)的特點是在行程中壓力變化很大，所以在行程中不同階段保證達到規(guī)定的壓力是系統(tǒng)設計中首先要考慮的。 確定液壓機的液壓系統(tǒng)方案時要重點考慮下列問題： 3.1.1快速行程方式 液壓機液壓缸的尺寸較大，在快速下行時速度也較大，從工況圖看出，此時需要的流量較大（289.4 L/min），這樣大流量的油液如果由液壓泵供給；則泵的容量會很大。液壓機常采用的快速行程方式可以有許多種，本機采用自重快速下行方式。因為壓機的運動部件的運動方向在快速行程中是垂直向下，可以利用運動部件的重量快速下行；在壓力機的最上部設計一個充液筒（高位油箱），當運動部件快速下行時高壓泵的流量來不及補充液壓缸容積的增加，這時會形成負壓，上腔不足之油，可通過充液閥、充液筒吸取。高壓泵的流量供慢速壓制和回程之用。此方法的優(yōu)點為不需要輔助泵和能源，結構簡單；其缺點為下行速度不易控制，吸油不充分將使升壓速度緩慢，改進的方法是使充液閥通油斷面盡量加大，另外可在下腔排油路上串聯(lián)單向節(jié)流閥，利用節(jié)流造成背壓，以限制自重下行速度，提高升壓速度。 3.1.2減速方式 液壓機的運動部件在下行行程中快接近制件時，應該由快速變換為較慢的壓制速度。減速方式主要有壓力順序控制和行程控制兩種方式；壓力順序控制是利用運動部件接觸制件后負荷增加使系統(tǒng)壓力升高到一定值時自動變換速度；某些工藝過程要求在運動部件接觸制件前就必須減速，本例壓制軸瓦工藝就有這個要求，這時適合選用行程減速方式。本系統(tǒng)擬選用機動控制的伺服變量軸向柱塞泵（CCY型）作動力源，液壓泵的輸出流量可由行程擋塊來控制，在快速下行時，液壓泵以全流量供油，當轉換成工作行程（壓制）時，行程擋塊使液壓泵的流量減小，在最后20 mm內擋塊使液壓泵流量減到零；當液壓缸工作行程結束反向時，行程擋塊又使液壓泵的流里恢復到全流量。與液壓泵的流量相配合（協(xié)調），在液壓系統(tǒng)中，當轉換為工作行程時，電氣擋塊碰到行程并關，發(fā)信號使電磁換向閥5的電磁鐵3YA得電，控制油路K不能通至液控單向閥8，閥8關閉，此時單向順序閥2不允許滑塊等以自重下行。只能靠泵向液壓缸上腔供油強制下行，速度因而減慢（見圖1.4）。 3.1.3壓制速度的調整 制件的壓制工藝一般要提出一定壓制速度的要求，解決這一問題的方很多，例如可以用壓力補償變量泵來實現(xiàn)按一定規(guī)律變化的壓制速度的要求。本例中采用機動伺服變量泵，故仍利用行程擋塊（塊擋的形狀）來使液壓泵按一定規(guī)模變化以達到規(guī)定的壓制速度。 3.1.4壓制壓力及保壓 在壓制行程中不同階段的系統(tǒng)壓力決定于負載，為了保證安全，應該限制液壓系統(tǒng)的最高壓力，本系統(tǒng)擬在變量泵的壓油口與主油路間并聯(lián)一只溢流閥作安全閥用。 有時壓制工藝要求液壓缸在壓制行程結束后保壓一定時間，保壓方法有停液壓泵保壓與開液壓泵保壓兩種，本系統(tǒng)根據(jù)壓機的具體情況擬采用開液壓泵保壓；此法的能量消耗較前一種大。但系統(tǒng)較為簡單。 3.1.5泄壓換向方法 液壓機在壓制行程完畢或進入保壓狀態(tài)后，主液壓缸上腔壓力很高，此時由于主機彈性變形和油液受到壓縮，儲存了相當大的能量。工作行程結束后反向行程開始之前液壓缸上腔如何泄壓（控制泄壓速度）是必須考慮的問題，實踐已證明，若泄壓過快，將引起劇烈的沖擊、振動和驚人的聲音，甚至會因液壓沖擊而使元件損壞。此問題在大型液壓機中愈加重要。 各種泄壓方法的原理是在活塞回程之前，當液壓缸下腔油壓尚未升高時，先使上腔的高壓油接通油箱，以一定速度使上腔高壓逐步降低。本例采用帶阻尼狀的電液動換向閥，該閥中位機能是H型，控制換向速度，延長換向時間，就可以使上腔高壓降低到一定值后才將下腔接通壓力油（見圖1.5）。此法最為簡單，適合于小型壓機。 3.1.6主缸與頂出缸的互鎖控制回路 為保障頂出缸的安全，在主缸動作時，必須保證頂出缸的活塞下行到最下位置。本例采用兩個換向閥適當串聯(lián)的方法來實現(xiàn)兩缸的互鎖控制（見圖1.5）。從圖1.5中可見，只有在閥6處于右位工作時，即頂出缸活塞是下行狀態(tài)時壓力油才會通入換向閥4，主缸才能動作。當閥6處于左位工作，頂出缸為上行狀態(tài)時，只有壓力很低的回油通至閥4，主缸才不能動作。 3.2 液壓原理圖的擬定 3.2.1 繪圖液壓原理圖 在以上分析的基礎上，擬定的液壓系統(tǒng)原理圖如圖1.5所示。 圖1.5 液壓機液壓系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)的工作過程如下： 液壓泵起動后，電液換向閥4及6處于中位，液壓泵輸出油液經背壓閥7再經閥6的中位低壓卸荷，此時主缸處于最上端位置而頂出缸在最下端位置，電磁鐵2YA得電，換向閥6在右位工作，此時5YA得電，換向閥4也在右位工作，液壓泵輸出的壓力油進入主缸上腔，此時3YA也得電，控制油路經閥5通至液控單向閥3，使閥3打開，主缸下腔的油能經閥3很快排入油箱，主缸在自重作用下實現(xiàn)快速空程下行，由于活塞快速下行時液壓泵進入主缸上腔的流量不足，上腔形成負壓，充液筒中的油液經充液閥（液控單向閥）1吸入主缸。 當電氣擋塊碰到行程開關時3YA失電，控制油路斷開，閥3關閉，此時單向順序閥（平衡閥）2使主缸下腔形成背壓，與移動件的自重相平衡。自重快速下行結束。與此同時用行程擋塊使液壓泵的流量減小，主缸進入慢速下壓行程，在此行程中可以用行程擋塊控制液壓泵的流量適應壓制速度的要求。由壓力表刻度指示達到壓制行程的終點。 行程過程結束后，可由手動按鈕控制使5YA失電，4YA得電，換向閥4換向，由于閥2帶阻尼器，換向時間可以控制，而閥4的中位機能是H型，閥處于中位時使主缸上腔的高壓油泄壓，然后閥4再換為左位，此時壓力油經閥2的單向閥進入主缸下腔，由于下腔進油路中的油液具有一定壓力；故控制油路可以使閥1打開，主缸上腔的油液大部分回到充液筒，一部分經閥4排回油箱，此時主缸實現(xiàn)快速回程。充液筒油液充滿后，溢出的油液可經油管引至油箱。 回程結束后，閥4換至中位，主缸靜止不動。 1YA得電，2YA失電，閥6換至左位，壓力油進入頂出缸下腔，頂出缸頂出制件，然后1YA失電，2YA得電，閥6換至右位，頂出缸回程；回程結束后，2 YA失電，閥6換至中位，工作循環(huán)完成，系統(tǒng)回到原始狀態(tài)。 3.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設計 如圖3-2所示，在液壓系統(tǒng)的電氣控制原理設計中，通過利用PLC電路來實現(xiàn)該四柱液壓件的自動化控制。 基于YA23-40型四柱液壓機的工作要求，PLC 控制系統(tǒng)的控制方式包括自動連續(xù)運行、單步運行和手動運行3 種工作模式。進行調試或調整設備時可采用手動運行模式或單步運行模式，正常生產時選用自動連續(xù)運行模式。根據(jù)設計要求給出PLC 控制系統(tǒng)的外部接線圖，如圖3-2所示。 圖3-2控制系統(tǒng)的接線圖 根據(jù)圖3-2示，有3個控制按鈕來控制四柱液壓機的液壓系統(tǒng)。其電磁鐵動作順序表如下： 液壓系統(tǒng)電磁鐵動作見表1.2，液壓元件規(guī)格明細表見表1.3。 1.2 電磁鐵動作循環(huán)表 元件 動作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 主缸快速下行 – + + – + 主缸慢速下壓 – + – – – + 主缸泄壓 – + – - – 主缸回程 – + – + – 頂出缸頂出 + – – + – 頂出缸回程 – + – + – 原位卸荷 – – – – – 注：“+”表示得電，“—”表示失電 4 液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇 4.1 液壓缸的選擇 4.1.1主缸的選擇 由表4-2和表4-3可知，四柱液壓機主缸的液壓系統(tǒng)在最大負載約為393100N時宜取p=20MPa。主缸選用單杠式。按表4-5的機床類型來分，缸筒直徑D和活塞桿直徑d的關系為d=0.7D。 由工進時的推力計算主缸面積: (4.1) 故有 ， (4.2) 當按GB/T 2348-1993（按表4-6和4-7），將這些直徑圓整成就近標準值時，得D=180mm，d=125mm.由此求得主缸兩腔的實際有效面積為： , (4.3) 4.1.2頂出缸的選擇 按工作要求頂出力由頂出缸提供，已知頂出缸頂出力為F1=50000N，現(xiàn)取頂出缸的工作壓力p3=8MPa，缸筒直徑D1和活塞直徑d1的關系同樣為d1=0.7D1 設頂出缸無桿腔工作面積為A3，有桿腔工作面積為A4[7][8]。 由頂出時的頂出力計算頂出缸的面積: 故有 ， 當按GB/T 2348-1993（按表4-6和4-7），將這些直徑圓整成就近標準值時，得D1=100m，d1=70m.由此求得頂出缸兩腔的實際有效面積為： ， 表4-1 根據(jù)上述D與d值，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率 工況 負載 回油腔壓力 進油腔壓力 輸入流量 輸入功率 計算式 快 速 下 行 起動 1100 0 0.159×106 — — 加速 1350 1.247×106 0.747×106 — — 恒速 1100 0.683×106 3.078×10-4 2.102×102 慢速加壓 393100 0.8×106 2.397×106 0.0785×10-4 0.188×102 快速回程 10900 0.5×106 1.136×106 4.807×10-4 5.461×102 表4-2 按負載選擇執(zhí)行元件的工作壓力 負載F/N ＜5000 5000～10000 10000～20000 20000～30000 30000～40000 工作壓力 <0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 表4-3 液壓設備常用的工作壓力 設備類型 機床類型 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 農業(yè)機械或中型工程機械 液壓機、重型機械、起重運輸機械 工作壓力 0.8～2.0 3～5 2～8 8～10 10～16 20～32 表4-4 執(zhí)行元件背壓的估計值 系統(tǒng)類型 背壓 中、低壓系統(tǒng) 0～8 簡單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調速系統(tǒng) 0.2～0.5 回油路帶調速閥的調速系統(tǒng) 0.5～0.8 回油路帶背壓閥 0.5～1.0 采用帶補液液壓泵的閉式回路 0.8～1.5 中高壓系統(tǒng)>8～16 采用帶補液液壓泵的閉式回路 比中低壓系統(tǒng)高50～100% 高壓系統(tǒng)>16～32 鍛壓機械等 初算時背壓可忽略不計 表4-5 液壓缸內徑D活塞桿直徑d關系 按機床類型選取 按液壓缸工作壓力選取 機床類型 工作壓力P/PA 磨床、珩磨及研磨機床 0.2～0.3 2 0.2～0.3 插床、拉床、刨床 0.5 >2～5 0.5～0.58 鉆、鏜、車、銑床 0.7 >5～7 0.62～0.70 — — >7 0.70 表4-6 液壓缸內徑寸系列（GB2348-80） 單位：mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220) 250 320 400 500 630 表4-7 活塞桿直徑d（GB2348-80） 單位：mm 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 40 4.2 液壓泵的選擇 4.2.1 液壓泵的壓力 ① 液壓泵的最高工作壓力就是液壓缸慢速下壓行程終了時的最大工作壓力 pp ===19.6MPa 因為行程終了時流量q＝0，管路和閥均不產生壓力損失；而此時液壓缸排油腔的背壓已與運動部件的自重相平衡，所以背壓的影響也可不計。 ② 液壓泵的最大流量 qp≥K（∑q）max 泄漏系數(shù)K = 1.1~1.3，此處取K = 1.1。由工況圖（圖1.3）知快速下降行程中q為最大（q = 289.41 L/min），但此時已采用充液筒充液方法來補充流量，所以不按此數(shù)值計算，而按回程時的流量計算。 qmax=q3=59.9 L/min qp =1.1q3=1.1×59.9=65.9 L/min ③ 根據(jù)已算出的qP和pP，選軸向杜塞泵型號規(guī)格為63CCY14-1B，其額定壓力為32 MPa，滿足25~60％壓力儲備的要求。排量為63m L/r，電動機同步轉速為1500 r/min， 故額定流量為：q=qn==94.5L/min 額定流量比計算出的qP大，能滿足流量要求，此泵的容積效率ηv =0.92。 4.3 電動機的選擇 ④ 電動機功率 驅動泵的電動機的功率可以由工作循環(huán)中的最大功率來確定；由工況分析知，最大功率為5.76 kW，取泵的總效率為η泵=0.85。 則P===6.78 kW 選用功率為7.5 kW，額定轉速為1440r/min的電動機。電動機型號為：Y132m-4（Y系列三相異步電動機）。 4.4 液壓閥的選擇 液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中用來控制液流的壓力、流量和流動方向的控制元件,是影響液壓系統(tǒng)性能，可靠性和經濟性的重要元件。 4.4.1 方向控制閥的選擇 方向控制閥簡稱方向閥，主要用來通斷油路或切換油液流動的方向，以滿足對執(zhí)行元件的啟停和運動方向的要求。其中有單向閥和換向閥兩種。 4.4.2壓力控制閥的選擇 在液壓傳動中，用來控制和調節(jié)液壓系統(tǒng)壓力高低的閥類稱壓力控制閥。按其功能和用途不同可分為溢流閥、減壓閥、順序閥和背壓閥等。 4.4.3流量控制閥的選擇 調速閥是進行了壓力補償?shù)墓?jié)流閥。它由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成，節(jié)流閥用來調節(jié)通過的流量，單向閥則用來控制油液流動方向，防止油液反向流動。 閥2、4、6、7通過的最大流量均等于qP， 而閥1的允許通過流量為q： q =q1–qP=289.4–65.9=223.5 L/min 閥3的允許通過流量為 q =q1=289.4=67.9 L/min 閥8是安全閥，其通過流量也等于qP。 以上各閥的工作壓力均取p＝32 MPa。 本系統(tǒng)所選用的液壓元件見表1.4。 表1.4 液壓機液壓元件型號規(guī)格明細表 表1.4 液壓元件明細表 序 號 名 稱 型 號 1 液控單向閥 SV30P-30B 2 單向順序閥（平衡閥） DZ10DP1-40BY 3 液控單向閥 SV20P-30B 4 電液換向閥 WEH25H20B106AET 5 電磁換向閥 3WE4A10B 6 電液換向閥 WEH25G20B106AET 7 順序閥 DZ10DP140B210M 8 溢流閥（安全閥） DBDH20P10B 9 軸向柱塞泵 63CCY14-1B 10 主液壓缸 自行設計 11 頂出液壓缸 自行設計 12 壓力表 Y-100 13 壓力表開關 KF-L8/20E 4.5 輔助元件的設計 4.5.1 濾油器的選擇 液壓油中往往含有顆粒狀雜質，會造成液壓元件相對運動表面的磨損、滑閥卡滯、節(jié)流孔口堵塞，使系統(tǒng)工作可靠性大為降低。在系統(tǒng)中安裝一定精度的濾油器，是保證液壓系統(tǒng)正常工作的必要手段。 根據(jù)設計規(guī)格和尺寸參數(shù)選擇濾油器型號：XU-22X100[16]。 4.5.2 油管類型的選擇 液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應有足夠的通流截面和承壓能力，同時應盡量縮短管路，避免急轉彎和截面突變。 （1）鋼管 高壓系統(tǒng)選用無縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價格低，性能好，使用廣泛。 （2）銅管 紫銅管工作壓力在6.5～10MPa以下，易變形，便于裝配；黃銅管承受壓力較高，達25MPa，不如紫銅管易彎曲。銅管價格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應盡量少用，只用于液壓裝置配接不方便的部位。 （3）軟管 用于兩個相對運動件之間的連接。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物；低壓橡軟管中夾有棉線或麻線編織物；尼龍管是乳白色半透明管，承壓能力為2.5～8MPa，多用于低壓管道。因軟管彈性變形大，容易引起運動部件爬行，所以軟管不宜裝在液壓缸和調速閥之間。 綜上所述本設計采用的管道是無縫鋼管[17]。 4.5.3 油管尺寸的確定 （1）油管內徑d按下式計算： (4.6) 其中，-油管的最大流量；查文獻資料得工況中系統(tǒng)的最大流量為18.6L/min。 -管道內允許的流速，一般吸油管取0.5～5m/s，壓力油管取 2.5～5 m/s，回油管取1.5～2 m/s。 表4-8 各管路流速選值 管道 流速（m/s） 回油管路 2 吸油管路 1.3 壓力油管路 4 計算出內徑d后，按標準系列選出相應的管子。 （2）油管壁厚δ按下式計算： (4.7) 其中，-管內最大工作壓力，根據(jù)設計手冊查得最大工作壓力為30MPa； —管道內徑； -管道材料的許用應力； =； —管道材料的抗拉強度；根據(jù)設計手冊查得，其抗拉強度取340MPa; -安全系數(shù)，鋼管P＜7 MPa時，取=8；P＜17.5 MPa時，取=6； P＞17.5 MPa時，取=4，所以安全系數(shù)取=4。 根據(jù)計算出的油管內徑和壁厚，查手冊選取標準規(guī)格油管 [18]。 表4-9 標準規(guī)格油管 管路名稱 允許流速/ 管道內徑/ 實際取值/ 壁厚/ 吸油管 1.3 0.0174 0.018 3.5 壓油管 4 0.0099 0.011 2 回油管 2 0.0014 0.015 3 4.5.4 油箱容量的選擇 初步確定油箱的有效容積,跟據(jù)經驗公式來確定油箱的容量： (4.8) 其中，-液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積； -經驗系數(shù)。 已知所選泵的總流量為20L/min,這樣，液壓泵每分鐘排出的壓力油體積為20L，查表4-8選取=4[18][19]，故： (4.9) 表4-10 油箱經驗系數(shù)表 系統(tǒng)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金系統(tǒng) 1～2 2～4 5～7 6～12 10 根據(jù)上述液壓元件的選擇，各個液壓元件型號如下： 表4-11 液壓元件的型號 序號 元件名稱 型號 1 單向閥 I-10B 2 三位四通電磁閥 24D-25B 3 兩位四通電磁閥 4WE6D61B 4 行程閥 XQ250612 5 背壓閥 DB10K2-4X-100YV 6 減壓閥 J-25B 7 調速閥 2FRM-16 8 濾油器 XU-22X100 5 液壓系統(tǒng)性能驗算 因為慢速加壓在工作循環(huán)中所占的時間最長，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油箱升溫可按慢速加壓工況來計算。 通過查得液壓缸卸荷閥的流量，取壓力損失值，。 慢速加壓時的壓力損失： (5.1) 慢速加壓時泵的工作壓力： (取) (5.2) (5.3) 慢速加壓時液壓缸的輸入功率查表4-1可知為18.8W。 系統(tǒng)總發(fā)熱功率： (5.4) 有效散熱面積： (5.5) 取油箱散熱系數(shù)： · 油箱升溫為： (5.6) 設環(huán)境溫度則熱平衡溫度為： (5.7) 此熱平衡溫度小于允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設置冷卻器[20]。 6 總結： 在本次四柱液壓機的液壓系統(tǒng)設計過程中，主要是根據(jù)以下幾個設計思路和要求來完成此液壓系統(tǒng)的設計： （1）對液壓系統(tǒng)進行工況分析，設計出液壓系統(tǒng)的原理圖和接線圖。 （2）通過液壓系統(tǒng)參數(shù)的計算，選擇相應的液壓執(zhí)行元件、閥類元件和輔助原件，滿足四柱液壓機液壓系統(tǒng)的基本要求。 （3）通過本次設計，提高了A23-40型四柱液壓機液液壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性以及液壓沖擊對設備的可靠性等。 此次畢業(yè)設計是對所學液壓課程的理論知識進行一次具體的應用和實踐，增強自己所學的知識以及具體方法的實際應用能力，并且對液壓系統(tǒng)有了一個更加形象和直觀的認識，還掌握了液壓系統(tǒng)設計計算的一般方法和步驟，鍛煉了自己分析解決問題和查閱相關機械資料進行設計的能力。 參考文獻： [1] GB9166-88.四柱液壓機精度.北京:國家標準局 [2] JB3915-85.液壓機安全技術條件.北京:中華人民共和國機械工業(yè)部 [3] 許福玲、陳堯明主編.液壓與氣壓傳動（第二版）.北京：機械工業(yè)出版社 [4] 章宏甲、黃誼、王積偉主編. 液壓與氣壓傳動.機械工業(yè)出版社 [5] 天津市鍛壓機床廠.中小型液壓機設計計算[M].天津：天津人民出版社， [6] 俞新陸.液壓機[M].：機械工業(yè)出版社，1982 [7] 成大先.機械設計手冊（第五版）[M]．：化學工業(yè)出版社，2008 [8] 周世昌.液壓系統(tǒng)設計圖集[M].：機械工業(yè)出版社，2003，8-52 [9] 廖常初.大中型PLC編程及應用[M].：機械工業(yè)出版社，2003 [10] 賈明新主編. 液壓傳動與控制解難和練習. 北京：國防工業(yè)出版社. 2003 [11] 液壓設計手冊（電子版R1.0）. 北京：機械工業(yè)出版社 [12] P. 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J Sound and Vibration, 1993 致謝語： 本設計是在學習之余完成的，剛拿到課題時對四柱液壓機液壓系統(tǒng)不是很了解，很迷茫，但是后來通過查閱資料、請教老師同學終于經過這幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及同學們的幫助與支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的指導導師王自啟老師。王老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從現(xiàn)場實習到查閱資料，設計草案的確定和修改，后期詳細設計，論文寫作等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是他們仍然細心地糾正我論文中的錯誤。除了敬佩老師的專業(yè)水平外，他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我，并將積極影響我今后的學習和工作。最后我還要特別感謝學校，為我提供了一個先進的學習、能讓我順利完成學業(yè)，特別是學院的各位老師，為我們打下了堅實的機械專業(yè)知識。 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得有研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得重慶文理學院或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 論文作者簽名： 范杰勇 日期： 2015年01月25日 版權與使用授權聲明 重慶文理學院有權保留本人所送交學位論文的復印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文。本人電子文檔的內容和紙質論文的內容相一致。除在保密期內的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內容。論文的公布（包括刊登）授權重慶文理學院教務處辦理。 論文作者簽名： 范杰勇 日期： 2015年01月25日 指導教師簽名： 日期：