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I 摘要 國產(chǎn)壓磚機(jī)的技術(shù)參數(shù) 技術(shù)性能等己達(dá)到或部分超過國外先進(jìn)壓磚機(jī)的水平 但 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要借助于經(jīng)驗(yàn) 而理論上的研究工作較少 因此 對(duì)自動(dòng)壓磚機(jī)的液 壓系統(tǒng)理論基礎(chǔ)僅進(jìn)行研究 為改進(jìn) 優(yōu)化液壓系統(tǒng) 提高壓制次數(shù) 縮短循環(huán)時(shí)間 提升壓磚機(jī)的產(chǎn)能提供理論支持有一定的積極意義 本文主要任務(wù)就是了解液壓壓磚機(jī) 的整體結(jié)構(gòu) 對(duì)液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)的主要部件進(jìn)行強(qiáng)度核算 保證機(jī)器的運(yùn)行安全 同時(shí) 根據(jù)壓力和流量這兩個(gè)液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)來選擇液壓元件 輔件和原動(dòng)機(jī)的規(guī)格 最 后對(duì)液壓機(jī)的技術(shù)性能進(jìn)行估算 以便從幾種設(shè)計(jì)方案中比較出最佳方案 或判斷其設(shè) 計(jì)質(zhì)量 本文中進(jìn)行了 系統(tǒng)壓力損失計(jì)算 系統(tǒng)效率計(jì)算 系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算 液 壓沖擊計(jì)算等 關(guān)鍵詞 壓磚機(jī) 本體結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計(jì) II Abstract The design and manufacturing level of hydraulic automation tile press has taken remarkable achievement not only by introduction duplication and digestion of oversea advanced equipment but also by independent manufacturing of hydraulic automation tile press with knowledge authorization Although the technological parameters and functions of domestic hydraulic automation tile press has been gained or exceeded partly oversea advanced technological level of hydraulic automation tile press design on the hydraulic system is based on working experience with less theoretic research Therefore it is positive to do theoretic base research on hydraulic system to improve optimize hydraulic system shorten cycle time and increase production Learn the whole construction of the hydraulic jewel press machine and figure up the strength of the main components to ensure its safe running Pressure and flow capacity are the main parameter of hydraulic system according to which we can calculate and choose the specifications of elements auxiliaries and the prime motor And last estimate the technical data of hydraulic press to cull a best one from the several designed plans or to judge its quality This paper contains calculations of system pressure system efficiency system heat emitting and temperature raising hydraulic shock and so on key words brick press noumenon configuration optimum design I 目錄 1 緒論 1 1 1 液壓壓磚機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 1 1 1 國內(nèi)液壓壓磚機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 1 1 2 國外液壓壓磚機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 2 2 設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容和步驟 4 3 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算 5 3 1 液壓壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)的組成及功能 5 3 2 液壓壓磚機(jī)的液壓回路 5 3 3 本體結(jié)構(gòu)的選擇 5 3 4 立柱的強(qiáng)度計(jì)算 6 3 5 橫粱的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 7 4 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 11 4 1 初選系統(tǒng)壓力 11 4 2 計(jì)算液壓缸主要尺寸及其選擇 11 4 3 計(jì)算液壓馬達(dá)排量 15 4 4 計(jì)算液壓缸或液壓馬達(dá)流量 16 4 4 1 液壓缸的最大流量 16 4 4 2 液壓馬達(dá)的最大流量 16 4 5 液壓馬達(dá)的選用 17 5 擬訂液壓系統(tǒng)圖 18 5 1 確定和選擇基本回路 18 5 2 調(diào)速方式的選擇 18 5 3 油路循環(huán)形式的選擇 19 5 4 需要綜合考慮的其他問題 19 6 液壓元件的選用 21 6 1 液壓泵的選擇 21 6 1 1 確定液壓泵的工作壓力 23 6 1 2 確定液壓泵的流量 23 II 6 1 3 選擇液壓泵的規(guī)格 24 6 1 4 確定驅(qū)動(dòng)液壓泵的功率 24 6 2 控制閥的選擇 26 6 2 1 壓力控制閥的選擇原則 26 6 2 2 流量控制閥的選擇 26 6 2 3 方向控制閥的選擇 26 6 3 蓄能器的選擇 28 6 4 管道種類的選擇 28 6 4 1 管道內(nèi)徑的確定 29 6 4 2 管道壁厚的確定 30 6 4 3 管接頭的選擇 31 6 5 確定油箱容量 31 6 6 過濾器的選用 32 6 7 液壓油的選用 33 7 液壓系統(tǒng)性能估算 35 7 1 系統(tǒng)壓力損失計(jì)算 35 7 2 系統(tǒng)效率估算 36 7 3 液壓沖擊估算 37 8 壓制油缸優(yōu)化設(shè)計(jì) 39 8 1 前言 39 8 2 單層厚壁油缸的應(yīng)力和應(yīng)變分析 39 8 3 薄壁油缸的應(yīng)力和應(yīng)變分析 41 8 3 1 油缸壓力為零時(shí) 薄壁油缸的應(yīng)力和應(yīng)變 42 8 3 2 油缸應(yīng)力為 P 時(shí) 薄壁油缸的應(yīng)力和應(yīng)變 43 8 4 薄壁油缸的優(yōu)化設(shè)計(jì) 44 8 4 1 優(yōu)化目標(biāo)的提出 44 8 5 總結(jié) 45 結(jié)論 46 致謝 47 參考文獻(xiàn) 48 附錄 49 III 附錄 1 49 附錄 2 58 1 1 緒 論 全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)是集機(jī) 電 液 氣 計(jì)算機(jī)技術(shù)和陶瓷工藝技術(shù)高度一體化的 高科技專用設(shè)備 也是當(dāng)代世界墻地磚生產(chǎn)線上最關(guān)鍵的裝備 說它專用 主要是出于 它的加工原料為含少量水的噴霧干燥顆粒狀泥粉料 成形工藝技術(shù)是按照特定的升壓線 實(shí)施多次加壓及排氣 有別于一般的液壓力機(jī) 說它關(guān)鍵 主要是在流水線上作業(yè) 前 面連接著原料加工 后面連接著干燥燒成 壓磚機(jī)能否正常應(yīng)對(duì)前后的環(huán)節(jié)的生產(chǎn) 甚 至對(duì)整條流水線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都有著重大的意義 1 1 液壓壓磚機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 1 1 國內(nèi)液壓壓磚機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 中國現(xiàn)已是世界公認(rèn)的墻地磚生產(chǎn)大國 有著世界最大的壓磚機(jī)市場(chǎng) 但在壓磚機(jī) 上 卻一直依賴于進(jìn)口 其中主要來年自意大利和德國 自國家 七五 計(jì)劃以來 由 國家建材局組織實(shí)施的墻地磚技術(shù)裝備現(xiàn)代化和國產(chǎn)化項(xiàng)目不斷取得進(jìn)步 在自主開發(fā) 與國外先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合 引進(jìn)技術(shù)與消化吸收相結(jié)合的方針指導(dǎo)下 國產(chǎn)液壓壓磚機(jī)取 得了從無到有 從小到大的重大發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步 填補(bǔ)了國內(nèi)空白 并且產(chǎn)品還開始出 口到東南亞等國 目前國內(nèi)己生產(chǎn)出從百噸到萬噸等多種規(guī)格的液壓壓磚機(jī) 累計(jì)達(dá)近 萬臺(tái) 國產(chǎn)液壓壓磚機(jī)在主要技術(shù)參數(shù) 主要技術(shù)性能 主機(jī)結(jié)構(gòu) 液壓系統(tǒng) 電路系 統(tǒng)等方面己達(dá)到國外先進(jìn)水平 能在上線生產(chǎn)可靠運(yùn)行 完全可替代進(jìn)口相同噸位壓磚 機(jī) 國內(nèi)已掌握液壓壓磚機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù) 具有設(shè)計(jì) 制造各種結(jié)構(gòu)和各種噸位壓 磚機(jī)的能力和經(jīng)驗(yàn) 隨著壓磚機(jī)的種類越來越齊全 噸位越來越大 技術(shù)越來越成熟 一批批擁有豐富理論知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)科研隊(duì)伍逐步形成 相信在不久以后 在世 界的舞臺(tái)上 中國將會(huì)成為壓磚機(jī)強(qiáng)國 國產(chǎn)壓磚機(jī)將會(huì)起著舉足輕重的作用 也必將 為社會(huì)發(fā)展作出重大貢獻(xiàn) 與國外的液壓壓磚機(jī)相比 雖說國產(chǎn)壓磚機(jī)在主要技術(shù)參數(shù) 主機(jī)結(jié)構(gòu)型式以及液 壓元件 密封件 電氣元件的選用上 它們已無多大區(qū)別 但在壓磚機(jī)的性能 質(zhì)量 可靠性 工藝水平 外觀等方面尚有一定的差距 要盡快趕上或超過國外液壓壓磚機(jī)的 水平 還應(yīng)該做好幾點(diǎn)工作 1 繼續(xù)研究和完善液壓壓磚機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu) 液壓系統(tǒng) 電控部分 使之特點(diǎn)化 國 外產(chǎn)品的共同點(diǎn)都是以液壓機(jī)構(gòu)為工作機(jī)構(gòu) 引入當(dāng)代的科技成果 逐步完善 最終走 向機(jī)電液一體化的高技術(shù)裝備 但他們又都保持著企業(yè)的特點(diǎn) 如在液壓油路的設(shè)計(jì) 控制顯示手段 機(jī)架結(jié)構(gòu) 布料系統(tǒng)設(shè)計(jì)等 因此 行業(yè)人士看壓磚機(jī) 一看就知道是 什么壓磚機(jī) 又都知道是哪個(gè)公司生產(chǎn)的壓磚機(jī) 也能評(píng)論這些壓磚機(jī)的優(yōu)點(diǎn)與劣勢(shì) 2 時(shí)刻關(guān)注國外液壓壓磚機(jī)的最新技術(shù) 及時(shí)消化吸收并創(chuàng)新體現(xiàn)在國內(nèi)的液壓壓 2 磚機(jī)上 使國產(chǎn)液壓壓磚機(jī)能跟隨科技進(jìn)步和市場(chǎng)需求的變化不斷改進(jìn)產(chǎn)品 開發(fā)新產(chǎn) 品 國外的壓磚機(jī)企業(yè)緊跟行業(yè)終端產(chǎn)品而開發(fā) 緊跟社會(huì)的新科技不斷提高 在這一 點(diǎn)上值得國內(nèi)同行借鑒 3 成本意識(shí)有待提高 在保證液壓壓磚機(jī)的可靠性 先進(jìn)性和精品的前提下 應(yīng)注 意降低制造成本 使國產(chǎn)液壓壓磚機(jī)價(jià)格低于國外液壓壓磚機(jī) 增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 1 1 2 國外液壓壓磚機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 從 20 世紀(jì) 70 年代至今 國內(nèi)外墻地磚壓制成形機(jī)械設(shè)備有了很大的發(fā)展 取得了 長足的進(jìn)步 意大利 德國 日本 中國等國家的一些陶瓷機(jī)械制造公司不斷推出了一 大批結(jié)構(gòu)日益完善 生產(chǎn)效率高 自動(dòng)化程度高的全自動(dòng)液壓壓磚機(jī) 這些全自動(dòng)液壓 壓磚機(jī)總的特點(diǎn)是壓制力大 主機(jī)結(jié)構(gòu)剛度大 壓制制度 壓力 壓制速度 壓制時(shí)間 靈 活可調(diào) 各種參數(shù)數(shù)字顯示 壓制過程監(jiān)控 故障跟蹤顯示 程序存儲(chǔ)方便 自動(dòng)化程 度高 高效節(jié)能 性能可靠 操作維護(hù)簡單 并且可以滿足不同墻地磚壓制成形工藝的 要求 意大利是墻地磚壓制成形機(jī)械設(shè)備主要生產(chǎn)國 有薩克米 Sacmi 西蒂 SiTi 娜塞提 Nassetti 唯高 Welko 四家公司 德國生產(chǎn)全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)的公司有萊斯 布赫 LAEIS BUCHER 公司 道爾斯特 DORST 公司 內(nèi)奇 Netzsch 公司 但目前國內(nèi)使用的 德國墻地磚成形液壓壓磚機(jī)主要是萊斯 布赫公司制造 綜觀國外全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)近幾年的發(fā)展 結(jié)合國內(nèi)外等多家液壓壓磚機(jī)產(chǎn)商的產(chǎn) 品特點(diǎn) 不難概括出今后全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 1 朝大噸位發(fā)展 3000 4000 5000 7200 噸等系列大噸位液壓壓磚機(jī)已于數(shù)年前進(jìn)入市場(chǎng) 有消息稱 10000 噸以上液壓壓磚機(jī)也己投入生產(chǎn) 2 推出寬臺(tái)面的液壓壓磚機(jī) 不少公司推出了一些寬臺(tái)面的液壓壓磚機(jī) 增加磚坯的壓制塊數(shù) 以提高生產(chǎn)率 3 液壓系統(tǒng)趨于簡化 注重系統(tǒng)的節(jié)能 最典型的是國外液壓壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)動(dòng)力源己從傳統(tǒng)的定量泵驅(qū)動(dòng)發(fā)展為新型的高效 變量泵驅(qū)動(dòng) 增加了一些壓力能回收油路 盡量減少能量消耗 4 注重液壓系統(tǒng)的清潔和過濾 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)的故障 75 均由于是液壓油的不潔而造成的 故各公司都十分注重液 壓系統(tǒng)的清潔和液壓油的過濾 普遍采用全過濾方式 即在主泵的進(jìn) 出口均設(shè)置過濾器 提高過濾精度 5 增加機(jī)架的整體剛性 減少壓制時(shí)機(jī)架的彈性變形 6 大量采用電液比例控制技術(shù) 電液比例技術(shù)是作為連接現(xiàn)代電子技術(shù)和大功率液壓設(shè)備之間的橋梁 已經(jīng)成為現(xiàn)代 3 控制工程技術(shù)的基本構(gòu)成之一 在近 15 年中得到了廣泛應(yīng)用 它具有節(jié)能 可靠 簡化 系統(tǒng) 調(diào)節(jié)方便和價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn) 國外液壓壓磚機(jī)首先在料車的速度控制上應(yīng)用了電 液比例控制技術(shù) 其后應(yīng)用到活動(dòng)橫梁的速度控制上 近年來又有應(yīng)用到頂模裝置的速 度控制上 采用電液比例控制技術(shù)和先進(jìn)的檢測(cè)元件 可使料車速度 活動(dòng)橫梁速度 頂模裝置的速度在任意行程任意位置實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換 且轉(zhuǎn)換位置準(zhǔn)確 重復(fù)精度 高 調(diào)節(jié)方便 易實(shí)現(xiàn) 7 采用先進(jìn)的 PLC 控制系統(tǒng) 可實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的自動(dòng)顯示 壓制程序的修改 過程的監(jiān)控 故障診斷的實(shí)時(shí)幫助 和隨機(jī)教學(xué)等功能 8 全新概念的布料系統(tǒng) 為滿足人們對(duì)磚坯裝飾的要求越來越高 使生產(chǎn)的磚達(dá)到天然石材的效果 因此近 兩年來在布料系統(tǒng)上做了許多的研究和改進(jìn) 如二次布料裝置 自由布料技術(shù)等 4 2 設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容和步驟 液壓系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)之分 前者以傳遞動(dòng)力為主 追求傳動(dòng)特 性的完善 后者以實(shí)施控制為主 追求控制特性的完善 但從結(jié)構(gòu)和組成原理看 二者 無本質(zhì)的差別 本次設(shè)計(jì) 是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一臺(tái)機(jī)器究竟采用什么樣的傳動(dòng)方 式 必須根據(jù)機(jī)器的工作要求 對(duì)機(jī)械 電力 液壓 和氣壓等各種傳動(dòng)方案進(jìn)行全面 的方案論證 正確估計(jì)液壓傳動(dòng)的必要性 可行性和經(jīng)濟(jì)性 當(dāng)確定采用液壓傳動(dòng) 設(shè) 計(jì)內(nèi)容和步驟如圖 2 1 所示 明確設(shè)計(jì)依據(jù)進(jìn)行工況分析 對(duì)立柱和三梁進(jìn)行強(qiáng)度核算 液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓元件選擇和專用件設(shè)計(jì) 圖 2 1 設(shè)計(jì)流程圖 液壓系統(tǒng)性能估算 是否符合要求 全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)壓制油缸優(yōu)化設(shè)計(jì) 5 3 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算 3 1 液壓壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)的組成及功能 所有的液壓壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)都是由動(dòng)力部分 控制部分 執(zhí)行部分及輔助部分四大 部分組成 1 動(dòng)力部分 動(dòng)力部分主要由電動(dòng)機(jī)和柱塞泵 或葉片泵 組成 向液壓系統(tǒng)提供壓力 油 2 控制部分 控制部分一般由壓力控制閥 方向控制閥 流量控制閥三大類的閥件 組成 液壓壓磚機(jī)的液壓系統(tǒng)一般將這些閥件組成三大集成塊 即頂模 布料集成塊 系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)集成塊和壓制循環(huán)集成塊 控制部分的作用是在限位開關(guān) 包括行程開關(guān)和 接近開關(guān) 和延時(shí)器的配合下 按照壓制成形的工藝要求 控制液壓壓磚機(jī)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 動(dòng)作的先后次序 以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的同步化 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 主要包括油缸和液壓馬達(dá) 油缸的作用是實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng) 將壓力直接傳遞給坯體 液壓馬達(dá)是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 一般 是液壓馬達(dá)通過一個(gè)帶移動(dòng)導(dǎo)桿的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲拐 將液壓馬達(dá)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為料車 的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng) 4 輔助部分 輔助部分主要由油箱 冷卻器 加熱器 管路與接頭 濾油器 蓄能器 等組成 它們的功能是貯存油液 控制油溫 輸送油液 對(duì)油液進(jìn)行過濾 清除油液中 的雜質(zhì) 儲(chǔ)存能量等 3 2 液壓壓磚機(jī)的液壓回路 液壓壓磚機(jī)的工作原理一般是用一張液壓原理圖 或稱為液壓系統(tǒng)圖 來表示的 它表 示液壓壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)各執(zhí)行元件能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作循環(huán)及控制方式 一般還配有一張壓制 曲線圖 即表示電磁鐵得失電的工作循環(huán)圖 通過液壓原理圖可以分析構(gòu)成液壓壓磚機(jī) 的液壓回路由哪些基本回路構(gòu)成 回路的特點(diǎn)和基本性能等 可以分析各執(zhí)行機(jī)構(gòu)每一個(gè) 動(dòng)作時(shí)的液壓油走向 從中找出各液壓元件的作用 各液壓元件的相互影響 因此熟悉 掌握液壓壓磚機(jī)的液壓原理圖是從事液壓壓磚機(jī)設(shè)計(jì) 使用 調(diào)整 維修及排除設(shè)備液 壓故障等方面工作的工程技術(shù)人員和技術(shù)工人的基本功 也是排除液壓壓磚機(jī)液壓故障 的基礎(chǔ) 是查找液壓故障的一種最基本的方法 3 3 本體結(jié)構(gòu)的選擇 6 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下三個(gè)基本原則 1 盡可能好地滿足工藝要求 便于操作 2 具有合理的強(qiáng)度與剛度 使用可靠 不易損壞 3 具有很好的經(jīng)濟(jì)性 重量輕 制造維修方便 其中 工藝要求是最主要的影響因素 由于在液壓機(jī)上進(jìn)行的工藝是多種多樣的 因此液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)型式也必然是多種多樣的 從機(jī)架型式看 有立式與臥式 從機(jī) 架組成方式民有立拄式 單臂式和框架式 立往式中又分四柱 雙注 三住及多住等 從工作缸的數(shù)量看 有單缸 三缸或多缸 雙柱下拉式 在過去傳統(tǒng)的三梁四柱式結(jié)構(gòu)中 液壓機(jī)本體的重心高出地面很多 穩(wěn)定性控差 60 年代開始 出現(xiàn)下拉式 下傳動(dòng) 結(jié)構(gòu) 如圖所示 它由兩根立柱及上 下橫梁組成 一個(gè)可動(dòng)的封閉式框架 工作缸安裝在下橫梁上 也隨框架一起運(yùn)動(dòng) 而工作柱塞則固 定在不動(dòng)的固定梁上 固定梁上還裝有立校的導(dǎo)套和回程缸 立柱按對(duì)角線布置 下拉式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為 1 壓機(jī)重心低幾乎與地面處于同一水噸因此穩(wěn)定性好 在偏心載荷作用 T 當(dāng)下拉式 結(jié)構(gòu)機(jī)架變形很大冰重心 S 仍在原位 而在上傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中 在偏線作用下 重心 S 偏移 很多 從而引起機(jī)架的嚴(yán)重晃動(dòng) 2 工作缸在地面以下 地面上幾乎沒有什么管道 當(dāng)用油為工作介質(zhì)時(shí) 不易著火 比較安全 管道連接處不受壓機(jī)晃動(dòng)或機(jī)架變形的影響 不易損壞 3 上橫梁寬度不決定于工作缸外徑 因此上橫梁可設(shè)計(jì)得較窄 便于操作 4 立柱按對(duì)角線布置 立縱橫兩個(gè)方向上可布置活動(dòng)工作臺(tái)及橫向移砧裝置 操作 工人右較寬廣的工作視野 壓機(jī)輔助工具也有較大的工作空間 5 壓機(jī)地面上高度小 可安裝在高度較低的車間里 但其缺點(diǎn)為 1 地坑深度大大加深 地下工程量較大 2 運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量較大 慣性大 由于下拉式結(jié)構(gòu)具有較多的優(yōu)點(diǎn) 因此得到迅速推廣 中小型鍛造液壓機(jī)中近年逐 漸采用此種結(jié)構(gòu) 由以上優(yōu)缺點(diǎn)比較 故 HF1100 全自動(dòng)液壓機(jī)采用本機(jī)架結(jié)構(gòu) 3 4 立柱的強(qiáng)度計(jì)算 本液壓機(jī)立柱的初步設(shè)計(jì)尺寸為 d 23 4cm 立柱光滑部分直徑 退刀槽處過渡圓角半徑 r 為 3 cm 立柱材料為 45 鋼正火處理 則立柱下端上螺紋到 光滑部分過渡區(qū)局部結(jié)溝尺寸的最小直徑為 20 4cm 由于是小型液壓機(jī) 應(yīng)將立柱考慮為插入端的懸臂梁 m 0 25 7 e 為載荷作用點(diǎn)相對(duì)液壓機(jī)中心線的偏心距 此處取 e 2 式 3 1 340 1pmPeFd 合 4F 1 31 式 3 2 223102cm 0 1 0 1 8 49 3 43 式 3 3 40 1kped 66 432 0 510849Pa 2000 417 Pa 0 4 疲勞強(qiáng)度核算 由于已設(shè)計(jì)退刀槽處過渡圓角半徑 r 為 30mm 式 3 4 30 142rd 式 3 5 min 70 從有關(guān)資料 14 中查出理論應(yīng)力集中系數(shù)值為 1 46 對(duì)于 45 鋼 正火狀態(tài) q 值可 取 為 0 70 則有效應(yīng)力集中系數(shù)為 1 q 1 1 0 7 1 46 1 1 32 式 3 6 Kt 則 1 32 1487 1962 t 4104Pa 而 為 2000 因此該機(jī)架結(jié)構(gòu)是安全的 0 3 5 橫粱的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 1 概述 三個(gè)橫梁 上橫梁 活動(dòng)橫梁及下橫梁 外形輪廓尺寸很大 為了節(jié)約金屬和減輕重量 一般做成箱形 在安裝各種缸 柱塞及立柱的地方做成圓筒形 中間加設(shè)筋板 承載大 的地方筋板較密 以提高剛度 降低局部應(yīng)力 合理地布置筋板 可以使橫梁重量輕 又有足夠的強(qiáng)度和均勻的剛度 筋板一般按方格形或輻射形布置 橫梁由鑄造或焊接制成 目前以鑄造為多 一般采用 ZG35B 鑄鋼 2000KN 以小液 壓機(jī)也有用鑄鐵的 在設(shè)計(jì)鑄造橫梁時(shí) 應(yīng)注意使各部分厚度沒有突然的變化 以避免 不均勻冷卻而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 在各處連接過渡區(qū)應(yīng)有較大的圓角 8 隨著軋制板材和焊接技術(shù)的發(fā)展 鋼板焊接橫梁也日益增多 其特點(diǎn)為加工周期短 結(jié)構(gòu)重量輕 強(qiáng)度高及外形美觀 一般采用 A3 或 16Mn 板材 但大型焊接橫梁要求焊接 技術(shù)較高 焊后整體退火往往要求大型熱處理設(shè)備 特別是由于焊接應(yīng)力及變形規(guī)律不 易掌握 使用時(shí)易產(chǎn)生裂紋 因此受到一定限制 2 上橫梁的強(qiáng)度及剛度計(jì)算方法 由于上橫梁的剛度遠(yuǎn)大于立拄的剛度 因此可以將上橫梁簡化為簡支梁 支點(diǎn)間距 離為寬邊立柱中心距 工作缸壓力簡化為作用于法藍(lán)半圓環(huán)重心上的兩個(gè)集中力 圖 3 1 為經(jīng)過以上簡化的單缸液壓柱上橫粱受力圖 最大彎矩在梁的中點(diǎn) max2PlDM 圖 3 1 單缸液壓機(jī)上梁受力簡圖 式中 P 液壓機(jī)公稱壓力 N D 缸法藍(lán)的環(huán)形接觸面平均直徑 cm 立柱寬邊中心距 cm l 最大剪力為 2PQ 最大撓度在梁的中點(diǎn) 由于梁的跨度與高度相比不是很大 因此應(yīng)考慮剪力對(duì) 撓度的影響 梁中點(diǎn)的撓度為 式 3 7 234124824DPllDKPlDfEJGFl 式中 E 梁的彈性模量 Ncm J 梁的截面慣性矩 4 G 梁的剪切彈性模量 2 c 9 F 梁的截面積 2cm K 僅與截面形狀及尺寸有關(guān) 矩形截面 K 1 2 本液壓機(jī)的設(shè)計(jì)中 P 1 1 N 610 D 17 83cm5 t 166cm Q 5 5 N2P 510 將以上數(shù)據(jù)代入最大撓度計(jì)算公式得 0 336mmDf 相對(duì)撓度 mm M 0 15mm M 式 3 8 l0 36 201mM 比允許值大 所以剛度適中 強(qiáng)度方面是安全的 3 活動(dòng)梁的強(qiáng)度 對(duì)單缸液壓機(jī) 一般只校核活動(dòng)橫梁承壓面上的擠壓應(yīng)力 如材料為 ZG35 則許用 擠壓應(yīng)力為 800 1200 對(duì)三缸液壓機(jī) 在兩側(cè)缸加壓時(shí) 活動(dòng)橫梁承受彎矩 510Pa 對(duì)于大型液壓機(jī) 尚需考慮活動(dòng)橫梁的自重 G 活動(dòng)橫梁很少因?yàn)閺?qiáng)度不夠而損壞 但生產(chǎn)中曾出現(xiàn)過違章操作將活動(dòng)橫梁壓在限 程套上加壓而引起破壞 再此 關(guān)于活動(dòng)橫梁的強(qiáng)度校核就不做過多闡述 4 下橫梁的強(qiáng)度及剛度計(jì)算 本設(shè)計(jì)中液壓機(jī)下橫梁的載荷為均布載荷分布 受力簡圖如圖 3 2 圖 3 2 最大彎矩為 21max48qlPM 10 式中 q 為均布力 q 式 3 9 1 PNcml 6 032 8333 33 2 c 為均布力分布寬度 若設(shè) 1l 1l3 最大彎矩為 2max14PlMq 62 083 16 式 3 10 49 1 2 Ncm 最大撓度為 式 3 11 3max648PllfKEJGF 本設(shè)計(jì)中 166cml K 1 2 由上已知條件得 mmmax0 31f 0 15mm M 式 3 12 Dl 87 6mM 比允許值大 所以剛度適中 強(qiáng)度方面是安全的 11 4 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 壓力和流量是液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)來計(jì)算和選擇液壓元 輔件和 原動(dòng)機(jī)的規(guī)格 當(dāng)系統(tǒng)壓力選定后 液壓缸的主要尺寸或馬達(dá)排量即可確定 接著就可 根據(jù)液壓缸的速度或液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速確定其流量 4 1 初選系統(tǒng)壓力 以下表 4 1 是目前我國幾類機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 他反映了這些系統(tǒng)繁榮特點(diǎn)和 選用工作壓力的經(jīng)驗(yàn) 表 4 1 機(jī)械常用的系統(tǒng)壓力 機(jī)床 設(shè)備類型 磨床 組合 機(jī)床 龍門 刨床 拉床 農(nóng)用機(jī)械 小型工程 機(jī)械及輔 助機(jī)構(gòu) 液壓機(jī) 中 大型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 系統(tǒng)壓力 MPA 0 8 2 3 5 2 8 8 1 0 10 16 20 32 系統(tǒng)壓力選定得是否合理 直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理程度 在液壓系統(tǒng)功率 一定的情況下 若系統(tǒng)壓力選得過低 則液壓元 輔件的尺寸和重量就增加 系統(tǒng)造價(jià) 也相應(yīng)增加 若系統(tǒng)壓力選得過高 則液壓設(shè)備的重量 尺寸和造價(jià)會(huì)相應(yīng)降低 例如 飛機(jī)液壓系統(tǒng)的壓力從 21MPa 到 28MPa 則其重量下降約 5 所以以及減小 13 然 而 若系統(tǒng)壓力選得過高 由于對(duì)制造液壓元 輔件的材質(zhì) 密封 制造精度等要求的 提高 反而會(huì)增大液壓設(shè)備的尺寸 重量和造價(jià) 其系統(tǒng)效率和使用壽命也會(huì)相應(yīng)下降 因此不能一味追求高壓 就目前的技術(shù)和材質(zhì)情況 一般認(rèn)為選取壓力為 35MPa 左右為 最經(jīng)濟(jì) 根據(jù)此表 本次設(shè)計(jì)選系統(tǒng)壓力為 32MPa 4 2 計(jì)算液壓缸主要尺寸及其選擇 如何從現(xiàn)有國產(chǎn)液壓缸四大系列若干種規(guī)格中 選用所需要的液壓缸 應(yīng)綜合考慮 12 以下兩個(gè)方面 1 應(yīng)從占用空間的大小 重量 剛度 成本和密封性等方面 比較各種液壓缸的缸 筒 缸蓋 缸底 活塞 活塞桿等零部件的結(jié)構(gòu)形式 各零部件的連接方式 已經(jīng)油口 連接方式 密封結(jié)構(gòu) 排氣和緩沖裝置等 2 應(yīng)根據(jù)負(fù)載特性和運(yùn)動(dòng)方式綜合考慮液壓缸的安裝方式 使液壓缸只受運(yùn)動(dòng)方向 的負(fù)載而不受徑向負(fù)載 液壓缸的安裝方式有法蘭型 銷軸型 耳環(huán)型 拉桿型等安裝 方式 在選定時(shí) 應(yīng)使液壓缸不受復(fù)合力的作用并應(yīng)考慮易找正性 剛度 成本和可維 護(hù)性等 綜合考慮液壓缸的結(jié)構(gòu)和安裝方式后 即可確定所需液壓竿的規(guī)格 液壓缸由缸筒 活塞 活塞桿 端蓋和密封件等主要部件構(gòu)成 液壓缸可作成缸筒 固定活塞桿運(yùn)動(dòng)形式和活塞桿固定缸筒運(yùn)動(dòng)形式 本設(shè)計(jì)所采用的是缸筒固定活塞桿運(yùn) 動(dòng)形式 為滿足各種機(jī)械的不同用途 液壓缸種類繁多 其分類根據(jù)結(jié)構(gòu)作用特點(diǎn) 活 塞桿形式 用途和安裝支撐形式來確定 按供油方式可分為單作用缸和雙作用缸 單作 用缸只往缸的一側(cè)輸入壓力油 活塞僅作單向出力運(yùn)動(dòng) 靠外力使活塞桿返回 雙作用 缸則分別向缸的兩側(cè)輸入壓力油 活塞的正反向運(yùn)動(dòng)均靠液壓力來完成 由 液壓氣動(dòng) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè) 得知 工程液壓缸為雙作用單活塞桿液壓缸 安裝方式多采用耳環(huán)型 所以本液壓系統(tǒng)選用雙作用單活塞桿液壓缸 如圖 4 1 液壓執(zhí)行元件實(shí)質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置 液壓缸把輸入液體的液壓能轉(zhuǎn)換成活塞 直線移動(dòng)或葉片回轉(zhuǎn)擺動(dòng)的機(jī)械能予以輸出 所謂輸入的液壓能是指輸入工作液體所具 有的流量 Q 和液力 P 輸出的機(jī)械能對(duì)活塞桿缸是指葉片軸擺動(dòng)時(shí)所具有的速度 V 和扭 矩 M 這些所有參數(shù)都是靠工作容積的變化來實(shí)現(xiàn)的 所以說 液壓缸也是一種容積式 的執(zhí)行元件 它具有容積液壓元件的共性 圖 4 1 液壓缸計(jì)算簡圖 本設(shè)計(jì)采用雙作用單活塞桿油缸 當(dāng)無桿腔為工作腔時(shí) 13 式 4 13 cmFAp 21 有桿腔為工作腔時(shí) 式 4 14 cmp21 式中 97 0 412221 般 取液 壓 缸 的 機(jī) 械 效 率 一液 壓 缸 的 最 大 外 負(fù) 載液 壓 缸 的 最 大 工 作 壓 力活 塞 桿 直 徑液 壓 缸 內(nèi) 徑 或 活 塞 直 徑 積液 壓 缸 有 桿 腔 的 有 效 面積液 壓 缸 無 桿 腔 的 有 效 面力液 壓 缸 的 回 油 腔 工 作 壓液 壓 缸 的 工 作 腔 壓 力 CMFdDdAp 當(dāng)用以上公式確定液壓缸尺寸時(shí) 需要先選取回油腔壓力 即背壓 P2 和桿徑比 d D 表 4 2 所列為根據(jù)回路特點(diǎn)選取背壓的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 表 4 2 背壓經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 回路特點(diǎn) 背壓 MPA 回路特點(diǎn) 背壓 MPA 回油路上設(shè)有節(jié) 流閥 0 2 0 5 回油路上有背壓 閥或調(diào)速閥 0 5 1 5 采用補(bǔ)油泵的 閉式回路 1 1 5 根據(jù)上表選 P2 為 0 5 桿徑比 d D 一般下述原則選取 當(dāng)活塞桿受拉時(shí) 一般取 d D 0 3 0 5 當(dāng)活塞桿受壓時(shí) 為保證活塞桿的穩(wěn)定性 一 般取 d D 0 5 0 7 桿徑比 d D 還常常用液壓缸的往返速比 i v2 v1 其中 v1 v2 分別為液 壓缸的正反行程速度 的要求來選取 其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 4 3 所列 14 表 4 3 液壓缸常用往返速比 i 1 1 1 2 1 33 1 46 1 61 2 d D 0 3 0 4 0 5 0 55 0 62 0 7 一般工作機(jī)械返回行程不工作 其速度可以大一些 但也不宜過大 以免產(chǎn)生沖擊 一般認(rèn)為 i 1 61 較為合適 如采用差動(dòng)連接 并要求往返速度一致時(shí) 應(yīng)取 2A1 即 d 0 7D 即 d D 0 7 即 i 2 由此可求出液壓缸的內(nèi)徑為 D 138 表 4 4 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 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 根據(jù)上表 將所得液壓缸尺寸圓整到標(biāo)準(zhǔn)值為 D 140 計(jì)算得活塞桿直徑 d 80 表 4 5 活塞桿直徑系列 4 5 6 7 8 10 12 14 16 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 以上兩表分別選自 GB2348 80 圓整到此標(biāo)準(zhǔn)值 是為制造時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)的密封件 此外 也可已確定的 D 值在下表中直接查出 d 值 15 表 4 6 不同缸內(nèi)徑和往返速比的活塞桿直徑 往返速比 缸內(nèi)徑 D 2 1 46 1 33 1 25 1 15 40 28 22 20 18 14 50 35 28 25 22 18 63 45 35 32 28 22 80 55 45 40 35 28 90 60 50 45 40 32 100 70 55 50 45 35 110 80 60 55 50 40 125 90 70 60 55 45 140 100 80 70 60 50 160 110 90 80 70 55 180 125 100 90 80 63 200 140 110 100 90 70 由此 液壓缸內(nèi)徑與活塞桿直徑變?yōu)橐阎?所以又可求出液壓缸無桿有效面積 分別為 32400 23300 21 AA積和 液 壓 缸 有 桿 腔 工 作 面 根據(jù)以上分析及 液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè) 本設(shè)計(jì)選取的液壓缸的型號(hào)為 其缸徑為 140mm 活塞桿直徑為 80mm 速比為 1 46 推力為04 HSGdE 246 3KN 拉力為 165 88KN 最大行程為 4000mm 4 3 計(jì)算液壓馬達(dá)排量 16 液壓馬達(dá)是用來拖動(dòng)外負(fù)載做功的 它將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)形式的機(jī)械能 按照其工作職能 屬于執(zhí)行元件 液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)包括排量 流量和容積效率 排量是指在沒有泄露的情況 下 馬達(dá)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所需要的液壓油的體積 排量恒定不變的馬達(dá)叫做定量馬達(dá) 排量可 以調(diào)節(jié)的馬達(dá)叫變量馬達(dá) 流量是指馬達(dá)在單位時(shí)間內(nèi)所需要的液壓油的體積 與液壓泵一樣 液壓馬達(dá)的流 量也有理論流量和實(shí)際流量之分 如果液壓馬達(dá)的排量為 Q 欲使馬達(dá)以轉(zhuǎn)速 q 旋轉(zhuǎn) 則 所需要的理論流量 Q nq 但泄漏不可避免 液壓馬達(dá)的排量 式 4 15 mpMq 28 6 式中 90 8 95 0 213葉 片 馬 達(dá) 取 一 般 齒 輪 和 柱 塞 馬 達(dá) 取液 壓 馬 達(dá) 的 機(jī) 械 效 率 液 壓 馬 達(dá) 進(jìn) 出 口 壓 力 差液 壓 馬 達(dá) 的 負(fù) 載 力 矩液 壓 馬 達(dá) 的 排 量mm papNMrq 根據(jù)上式可求得液壓馬達(dá)排量為 450m r 4 4 計(jì)算液壓缸或液壓馬達(dá)流量 4 4 1 液壓缸的最大流量 式 4 16 maxaxAvQ 式中 A 液壓缸的有效面積 21或液 壓 缸 的 最 大 速 度 maxv 則 4 Q 4 4 2 液壓馬達(dá)的最大流量 17 式 4 17 maxaxnqQ 式中 液 壓 馬 達(dá) 的 最 高 轉(zhuǎn) 速液 壓 馬 達(dá) 排 量 maxnq 則 456L min Q 4 5 液壓馬達(dá)的選用 以已確定的液壓馬達(dá)的基本參數(shù) 排量 轉(zhuǎn)拒 轉(zhuǎn)速 工作壓力 作為依據(jù) 再從 滿足基本參數(shù)的若干中液壓馬達(dá)中挑選轉(zhuǎn)速范圍 滑差特性 總效率 容積效率等符合 系統(tǒng)要求 并從占用空間 安裝條件以及在工作機(jī)構(gòu)上的布置等方面綜合考慮后 擇優(yōu) 選定 由于本設(shè)計(jì)為小型液壓機(jī) 所以選用柱塞馬達(dá) 其技術(shù)參數(shù)為 型號(hào)為 A6V 最大排 量為 28 1 500mL r 最高壓力為 40Mpa 最大理論轉(zhuǎn)矩為 143 2543N m 18 5 擬訂液壓系統(tǒng)圖 擬訂液壓系統(tǒng)圖是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要步驟 這一步要做的工作 一是選擇 基本回路 二是把選出的回路組成液壓系統(tǒng) 下面概要的介紹一下 5 1 確定和選擇基本回路 表 5 1 液壓馬達(dá)的應(yīng)用范圍 馬達(dá)類型 適用工況 應(yīng)用實(shí)例 馬達(dá)類型 適用工況 應(yīng)用實(shí)例 齒輪馬達(dá) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 不大 速 度平穩(wěn)性 要求不高 鉆床 風(fēng) 扇 軸向柱塞 馬達(dá) 負(fù)載速度 大 有變 速要求 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 較小 低 速平穩(wěn)性 要求高 起重機(jī) 鏟車 鉸 車 內(nèi)然 機(jī)車 數(shù) 控機(jī)床 葉片馬達(dá) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 不大 要 求燥聲較 小 磨床回轉(zhuǎn) 工作臺(tái) 機(jī)床操縱 系統(tǒng) 球塞馬達(dá) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 較大 速 度中等 塑料機(jī)械 行走機(jī)械 等 擺線馬達(dá) 負(fù)載速度 中等 要 求體積較 小 塑料機(jī)械 煤礦機(jī)械 挖掘機(jī) 行走機(jī)械 內(nèi)曲線徑 向馬達(dá) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 很大 轉(zhuǎn) 速低 平 穩(wěn)性要求 高 挖掘機(jī) 拖拉機(jī) 起重機(jī) 采煤機(jī)牽 引部件 它是決定主機(jī)動(dòng)作和性能的基礎(chǔ) 是構(gòu)成系統(tǒng)的骨架 這就要抓住各類機(jī)器液壓系 統(tǒng)的主要矛盾 如對(duì)速度的調(diào)節(jié) 變換和穩(wěn)定要求較高的機(jī)器 則調(diào)速換接回路往往是 組成這類機(jī)器液壓系統(tǒng)的基本回路 對(duì)輸出力 力矩或功率調(diào)節(jié)有主要要求而對(duì)速度要 求無嚴(yán)格要求的機(jī)器 如本挖掘機(jī) 其功率的調(diào)節(jié)和分配是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心 其系統(tǒng)特 點(diǎn)是采用復(fù)合油路 功能調(diào)節(jié)回路等 為了說明本設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的動(dòng)作過程 以后將介 19 紹動(dòng)臂提升回路和行走回路 5 2 調(diào)速方式的選擇 由于驅(qū)動(dòng)液壓泵的原動(dòng)機(jī)有電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩種 所以液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式也相應(yīng) 有減壓調(diào)速和油門調(diào)速兩種方式 如液壓機(jī)等 一般用電動(dòng)機(jī)做原動(dòng)機(jī) 其液壓系統(tǒng)一 般只能用液壓調(diào)速 而象本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的工程機(jī)械等多用內(nèi)燃機(jī)做原動(dòng)機(jī) 其液壓系統(tǒng) 既可采用油門調(diào)速又可采用液壓調(diào)速 經(jīng)比較 選用液壓調(diào)速 油門調(diào)速 就是通過調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)油門的大小來改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 即改變液 壓泵的轉(zhuǎn)速 從而改變液壓泵的流量 以達(dá)到對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速要求 實(shí)質(zhì)上是一種容 積調(diào)速 油門調(diào)速無溢流損失 可減少系統(tǒng)發(fā)熱 但調(diào)速范圍受到發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速的限 制 因此還往往配以液壓調(diào)速 液壓調(diào)速分為節(jié)流調(diào)速 容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速三大類 主要根據(jù)工況圖上壓力 流量和功率的大小 以及系統(tǒng)對(duì)溫升 工作平穩(wěn)性的要求來選擇調(diào)速回路 例如 壓力 較低 功率較小 負(fù)載變化不大 工作平穩(wěn)性要求不高的場(chǎng)合 宜選用節(jié)流閥調(diào)速回路 功率較小 負(fù)載變化較大 速度平穩(wěn)性要求較高的場(chǎng)合 宜采用調(diào)速閥調(diào)速回路 功率 中等 要求溫升小時(shí) 可采用容積調(diào)速 即要溫升小又要工作平穩(wěn)性較好時(shí) 宜采用容 積節(jié)流調(diào)速 功率較大 25KW 以上 要求溫升小而穩(wěn)定性 要求不高的情況 宜采用 容積調(diào)速回路 如本設(shè)計(jì) 5 3 油路循環(huán)形式的選擇 液壓系統(tǒng)的油路循環(huán)形式有開式和閉式兩種 這主要取決于系統(tǒng)的調(diào)速方式 節(jié)流 調(diào)速 容積節(jié)流只能采用開式系統(tǒng) 而容積調(diào)速多 采用閉式系統(tǒng) 開式與閉式系統(tǒng)的比 較下表 5 2 根據(jù)分析 本系統(tǒng)采用開式油路循環(huán)形式 即執(zhí)行元件的排油回油箱 油液 經(jīng)過沉淀 冷卻后再進(jìn)入液壓泵的進(jìn)口 5 4 需要綜合考慮的其他問題 1 要注意防止回路間可能存在的相互干擾 2 提高系統(tǒng)效率 防止系統(tǒng)過熱 這就要求在選擇回路以及整個(gè)設(shè)計(jì)過程中 力求減少系統(tǒng)的壓力和容積損失 3 防止液壓沖擊 由于工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度的變換 啟動(dòng) 變速 制動(dòng) 工作負(fù)載突然消失以及沖擊性 負(fù)載等原因 往往會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊 影響系統(tǒng)的正常工作 這需要采取相應(yīng)的防止措施 對(duì)液壓缸到達(dá)行程終點(diǎn)因慣性引起的沖擊 可在液壓缸端部設(shè)緩沖裝置或采用行程節(jié)流 閥回路 對(duì)負(fù)載突然變化時(shí)產(chǎn)生的沖擊 可在回路上加背壓閥 如為沖擊性負(fù)載 可在 執(zhí)行元件的進(jìn)出口處設(shè)置動(dòng)作敏捷的超載安全閥 為防止由于換向閥換向過快而引起的 沖擊 可采用換向速度可調(diào)的電液換向閥等 對(duì)于大型液壓機(jī) 由于困在液壓缸內(nèi)的大 20 量高壓油突然釋壓而引起的沖擊 可采用節(jié)流閥以及帶卸壓閥的液控單向閥等元件控制 高壓油逐漸卸壓的方法 來防止沖擊 表 5 2 開式與閉式系統(tǒng)的比較 循環(huán)形式 開式 閉式 適應(yīng)工況 一般均能適應(yīng) 一臺(tái) 液壓泵可向多個(gè)執(zhí)行 元件供油 限于要求換向平穩(wěn) 換向速度高的一部分 容積調(diào)速系統(tǒng) 一般 一臺(tái)液壓泵只能向一 個(gè)執(zhí)行元件供油 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和造價(jià) 結(jié)構(gòu)簡單 造價(jià)低 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 造價(jià)高 散熱 散熱好 但油箱大 散熱差 常用輔助液 壓系統(tǒng)泵換向冷卻 抗污染能力 較差 可采用壓力油 箱來改善 較好 但油液過濾要 求較高 管路損失及功率 管路損失大 用節(jié)流 調(diào)速時(shí) 效率低 管路損失較小 用容 積調(diào)速時(shí) 效率較高 4 確保系統(tǒng)安全可靠 液壓系統(tǒng)運(yùn)行中的不穩(wěn)定因素是多樣的 例如異常的負(fù)載 停電 外部環(huán)境條件的 急劇變化 操作人員的誤操作等 都必須有相應(yīng)的安全回路或措施 確保人身和設(shè)備安 全 例如 為了防止工作部件的漂移 下滑 超速等 應(yīng)有鎖緊 平衡 限速等回路 為了防止操作者的誤操作 或由于液壓元件失靈而產(chǎn)生誤操作 應(yīng)有誤動(dòng)作防止回路等 5 應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化 通用化元件 這可縮短制造周期便于互換和維修 21 6 液壓元件的選用 6 1 液壓泵的選擇 參照下表 6 1 選擇 表 6 1 液壓泵的性能和應(yīng)用范圍 齒輪泵 葉片泵 柱塞泵 軸向 內(nèi)嚙合 類 型 性 能 參 數(shù) 楔 塊 式 擺 線 轉(zhuǎn) 子 外 嚙 合 單 作 用 雙 作 用 螺 桿 泵 直 軸 端 面 配 流 斜 軸 端 面 配 流 閥 配 流 徑 向 軸 配 流 壓 力 范 圍 小 于 30 1 6 16 小 于 25 小 于 6 3 6 3 32 2 5 10 小 于 40 小 于 40 小 于 70 10 20 排 量 范 圍 0 8 300 2 5 150 0 3 650 1 320 0 5 480 1 9200 0 2 560 0 2 3600 小 于 420 20 720 22 續(xù)表 6 1 齒輪泵 葉片泵 柱塞泵 內(nèi)嚙合 軸向類型 性 能 參 數(shù) 楔 塊 式 擺 線 轉(zhuǎn) 子 外 嚙 合 單 作 用 雙 作 用 螺 桿 泵 直 軸 端 面 配 流 斜 軸 端 面 配 流 閥 配 流 徑 向 軸 配 流 流 量 脈 動(dòng) 1 3 小 于 等 于 3 11 27 小 于 1 1 5 1 5 小 于 等 于 14 小 于 2 小 于 等 于 14 應(yīng) 用 范 圍 機(jī)床 工程機(jī)械 農(nóng)業(yè)機(jī)械 航空 船舶 一般機(jī)械 機(jī)床 注塑 機(jī) 液壓機(jī) 起重機(jī) 工 程機(jī)械 飛 機(jī) 精密 機(jī)床 食品 化工 工程機(jī)械 鍛壓機(jī)械 運(yùn) 輸機(jī)械 礦山機(jī)械 冶金 機(jī)械 船舶 飛機(jī)等 根據(jù)此表 可選擇單作用葉片泵 又經(jīng)查表得 型號(hào) CY14 1B 排量為 2 5 25 mL r 轉(zhuǎn) 23 數(shù)為 1000 1500r min 工作壓力為 32MPa 6 1 1 確定液壓泵的工作壓力 液壓泵的最大工作壓力為 式 6 1 pp 1 執(zhí)行元件的最大工作壓力1p 液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間的壓力損失 初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取 管路簡單 流速不大的取 管路復(fù)雜 流速較大的取 而 見下MPA5 0 2 MPAp5 1 0 p 表 表 6 2 泵工作時(shí)的最高壓力 工況 缸工作 壓力 1p 進(jìn)油管 道損失 泵最高 壓力 p 說明 快進(jìn) 9 7 5 4 15 1 4 53 029 pp 工進(jìn) 36 5 7 0 43 5 719 快退 16 3 5 19 5 5 329 p 有計(jì)算查表已知 執(zhí)行元件的最大工作壓力為 40 壓力損失選取 1 0 則液壓泵的最 大工作壓力為 2 36 5 1 0 37 5MPa 式 6 2 pp 1 6 1 2 確定液壓泵的流量 pQ 多液壓缸同時(shí)動(dòng)作時(shí) 液壓泵的流量要大于同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè)液壓缸所需的最大流量 并要考慮系統(tǒng)的漏損和液壓泵磨損后容積效率的下降 由于本設(shè)計(jì) 采用差動(dòng)液壓缸回路 時(shí) 液壓泵所需流量為 式 6 3 max21vAKp 24 式中 分別為液壓缸有桿腔 無桿腔的有效面積 21 A 活塞的最大移動(dòng)速度 maxv K 系統(tǒng)泄漏系數(shù) 一般取 1 1 1 3 大流量取小值 小流量取大值 在確定流量時(shí) 尚需加上溢流閥的最小溢流量 一般取 2 3L min 經(jīng)計(jì)算為 由表 6 1 可知小于等于 14L min 選用 12L min in 5 12LQp 6 1 3 選擇液壓泵的規(guī)格 按照系統(tǒng)中擬訂的液壓泵的形式 根據(jù)其最大工作壓力和流量 參照產(chǎn)品樣本就可 選擇液壓泵的規(guī)格 CY14 1B 需要指出的是 按上式確定的 僅是系統(tǒng)靜態(tài)時(shí) 液壓泵的最大工作壓力 系統(tǒng)工p 作過程中存在過渡過程的動(dòng)態(tài)壓力 其數(shù)值往往要比靜態(tài)壓力大得多 液壓泵也不例外 故所選液壓泵的最大工作壓力不但不得超過該泵的額定壓力 從安全性 可靠性考慮 還應(yīng)留有較大余地 一般推薦 所選定的液壓泵的額定壓力應(yīng)比該泵最大工作壓力大 25 60 使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備 高壓系統(tǒng)的壓力儲(chǔ)備宜取小值 中 低壓系統(tǒng) 的壓力儲(chǔ)備宜取大值 最高壓力出現(xiàn)時(shí)間較短的 其壓力儲(chǔ)備可取小些 反之 應(yīng)取大 些 另外 液壓泵的轉(zhuǎn)速與他的壽命 燥聲 氣穴等緊密相關(guān) 產(chǎn)品樣本上給出了容許 轉(zhuǎn)速范圍 但一般不使泵在最低 最高轉(zhuǎn)速下長期運(yùn)行 特別是用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵 當(dāng)油溫低時(shí) 在低速運(yùn)行 則吸油困難 且因潤滑不良 造成卡咬失效故障 高轉(zhuǎn)速運(yùn) 行 則易產(chǎn)生氣蝕 震動(dòng) 異常磨損等有害現(xiàn)象 6 1 4 確定驅(qū)動(dòng)液壓泵的功率 對(duì)于雙連泵 實(shí)現(xiàn)快進(jìn) 工作循環(huán)的回路 所以在計(jì)算雙聯(lián)泵所需功率時(shí) 根據(jù)快 進(jìn) 工進(jìn)兩個(gè)階段的工作壓力 流量分別計(jì)算其所需驅(qū)動(dòng)功率 然后取較大者 計(jì)算過 程如下 當(dāng)工進(jìn)時(shí) 液壓泵的最大工作壓力為 37 5 液壓泵的壓力和流量比較定 則液壓泵 的驅(qū)動(dòng)功率 式 6 4 PpQN 式中 液壓泵的最大工作壓力 p 液壓泵的流量 PQ 25 液壓泵的總效率 p 液壓泵的總效率既是液壓泵的容積效率與其機(jī)械效率之乘積 各類液壓泵的總效率 可參考上表數(shù)值估取 液壓泵規(guī)格大取大值 規(guī)格小取小值 變量泵一般取小值 表 6 3 液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0 6 0 8 0 65 0 85 0 7 0 85 0 8 0 9 所以 K W 式 6 5 5 628 0143 pQN 當(dāng)快進(jìn)時(shí)液壓泵的最大工作壓力為 15 1 則 KW 式 6 6 5 268 015 p 顯然 652 5 大于 226 5 則取驅(qū)動(dòng)液壓泵的功率為 652 5 另外提一點(diǎn) 如果求的的是 限壓式變量葉片泵的驅(qū)動(dòng)功率 可按流量特性曲線拐點(diǎn)處的流量 壓力值計(jì)算 一般 拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力為液壓泵最大壓力的 80 故其驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算公式為 式 6 7 pnQN max8 0 式中 液壓泵的流量 nQ 液壓泵的最大工作壓力maxp 則 式 6 8 KWNpn4928 018 0ax 工作循環(huán)中 液壓泵的壓力和流量變化比較大 則需分別算出循環(huán)中各階段所需功 率 然后按下式計(jì)算平均功率 26 式 6 9 nCPttNN 212 式中 一個(gè)工作循環(huán)中 各階段所需時(shí)間 1tn 一個(gè)工作循環(huán)中各階段所需的功率 N 若液壓泵是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的 則可按上述計(jì)算公式算得的功率和液壓泵的轉(zhuǎn)速 從 產(chǎn)品樣本中選定標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)機(jī) 但是 必須進(jìn)行核算 使每個(gè)階段電動(dòng)機(jī)的超載量都在 允許范圍內(nèi) 一般電動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)可允許超載 25 6 2 控制閥的選擇 在液壓系統(tǒng)中 液壓控制閥用來控制液壓系統(tǒng)中的壓力 流量及油液的流動(dòng)方向 從而控制液壓執(zhí)行元件的啟動(dòng) 停止 改變運(yùn)動(dòng)的速度 方向 力以及動(dòng)作順序等 以 滿足各類液壓設(shè)備對(duì)運(yùn)動(dòng) 速度 力或轉(zhuǎn)矩的要求 因此 液壓閥的性能直接影響到液 壓系統(tǒng)的靜特性 動(dòng)特性及工作可靠性 根據(jù)用途與工作特點(diǎn) 分為 壓力控制閥 如 溢流閥 減壓閥等 流量控制閥 如節(jié)流閥 調(diào)速閥等 方向控制閥 如單向閥 換 向閥等 6 2 1 壓力控制閥的選擇原則 壓力 壓力控制閥的額定壓力應(yīng)大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力 以保證壓力控 制閥的正常工作 壓力調(diào)節(jié)范圍 系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力應(yīng)在閥的壓力調(diào)節(jié)范圍之內(nèi) 流量 通過壓力控制閥的實(shí)際流量應(yīng)小于壓力閥的額定流量 結(jié)構(gòu)類型 按結(jié)構(gòu)類型及工作原理 壓力控制閥分直動(dòng)型和先導(dǎo)型兩類 直動(dòng)型壓 力控制閥結(jié)構(gòu)簡單 靈敏度高 應(yīng)采用直動(dòng)型溢流閥 先導(dǎo)型壓力控制閥的靈敏度和響 應(yīng)速度比直動(dòng)型閥低一些 而調(diào)壓精度不直動(dòng)型高 廣泛用于高壓及大流量和精度要求 較高的場(chǎng)合 在本次設(shè)計(jì)的兩條主油路中各采用一個(gè)通過全流量的一次過載溢流閥 主安全閥 溢流壓力 25Mpa 每個(gè)油缸和換向閥之間均設(shè)有壓力 31Mpa 的二次過載溢流閥和補(bǔ)油閥 以避免在換向閥回到中位時(shí) 工作裝置由于慣性使各油缸管路產(chǎn)生過大的壓力并受其沖 擊而損壞 當(dāng)油缸出現(xiàn)負(fù)壓時(shí) 補(bǔ)油閥能夠使油缸從回油路進(jìn)行補(bǔ)油 防止元件和管道 內(nèi)產(chǎn)生吸空現(xiàn)象 6 2 2 流量控制閥的選擇 壓力 系統(tǒng)壓力的變化必須在閥的額定壓力之內(nèi) 流量 通過流量控制閥的實(shí)際流量應(yīng)小于該閥的額定流量 27 流量范圍 流量控制閥的流量調(diào)節(jié)范圍應(yīng)大于系統(tǒng)要求的流量范圍 特別注意 在 選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí) 所選閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最低穩(wěn)定速度的要求 在本系統(tǒng)中 在挖掘機(jī)動(dòng)臂油缸的大腔回路裝有了單向節(jié)流閥 防止動(dòng)臂超速下降 6 2 3 方向控制閥的選擇 壓力 液壓系統(tǒng)的最大壓力應(yīng)低于閥的額定壓力 流量 流經(jīng)方向控制閥的最大流量一般不應(yīng)大于閥的額定流量 滑閥機(jī)能 滑閥機(jī)能只換向滑閥處于中位時(shí)的通路形式 不同滑閥機(jī)能的閥在換向 時(shí)沖擊的大小不同 能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也不同 操縱方式 應(yīng)根據(jù)需要 選擇合適的操縱方式如手動(dòng) 機(jī)動(dòng) 電動(dòng) 液動(dòng)等 此外 還應(yīng)考慮安裝及聯(lián)結(jié)方式 尺寸 價(jià)格 使用壽命及維修方便性 貨源情況 等 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中 多路換向閥起到了至關(guān)重要的作用 一個(gè)泵輸出的油 經(jīng)過多路 換向閥分別驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)斗桿油缸和行走馬達(dá) 因?yàn)橐簤洪y的性能直接影響到液壓系統(tǒng)的靜特性 動(dòng)特性等 所以選擇的正確與否 至關(guān)重要 所以在實(shí)際選擇中 還要注意以下幾點(diǎn) 1 確定通過閥的實(shí)際流量 此時(shí) 要注意通過管路的流量與油路串 并聯(lián)的關(guān)系 油路串聯(lián)時(shí)系統(tǒng)的流量即為 油路中所通過的流量 油路并聯(lián)且各油路同時(shí)工作時(shí)系統(tǒng)的流量等于各條油路通過流量 的和 2 注意單活塞桿液壓缸兩腔回油的差異 活塞外伸和內(nèi)縮時(shí)的回油流量是不同的 內(nèi)縮時(shí)無桿腔回油流量與外伸時(shí)有桿腔的 回油流量之比 等于兩腔活塞面積之比 以上 1 2 兩款 強(qiáng)調(diào)的都是通過閥的實(shí)際流量 不是按泵的流量 作為選擇閥的主 要參數(shù)之一 若通過閥的實(shí)際流量確定小了 將導(dǎo)致閥的規(guī)格選得偏小 使閥的局部壓 力損失過大 引起油溫過高等弊端 嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)不能正常工作 3 既要正確選用滑閥中位機(jī)能也要把握滑閥的過度狀態(tài)機(jī)能 滑閥的過度狀態(tài)機(jī)能是指換向過度位置滑閥的油路連通狀況 掌握滑閥的過渡狀態(tài) 機(jī)能 以便檢查滑閥在換向過渡過程中 是否因有油路全被堵死情況 而導(dǎo)致系統(tǒng)瞬時(shí) 壓力無窮大的情況 4 注意卸荷溢流閥與外控順序閥作卸荷閥的區(qū)別 卸荷溢流閥主要用于裝有蓄能器的液壓回路中 當(dāng)蓄能器充液壓力達(dá)到卸荷溢流閥 的設(shè)定壓力時(shí) 它自動(dòng)使液壓泵卸荷 有的卸荷溢流閥 內(nèi)裝單向閥 用來防止蓄能器 28 中的餓壓力油倒流 此時(shí) 由蓄能器向系統(tǒng)供油并保持壓力 當(dāng)蓄能器中油液壓力降到 卸荷溢流閥的設(shè)定壓力的 85 左右時(shí) 卸荷溢流閥關(guān)閉 液壓泵恢復(fù)向蓄能器充液 5 控制閥的使用壓力 流量 不要超過其額定值 如控制閥的使用壓力 流量超過了其額定值 就易引起液壓卡緊和液動(dòng)力 對(duì)控制 閥工作品質(zhì)產(chǎn)生的不良影響 另一方面 也要注意 不要使通過減壓閥 順序閥的流量 遠(yuǎn)小于其額定流量 否則 易產(chǎn)生振動(dòng)或其他不穩(wěn)定現(xiàn)象 這時(shí) 要在回路上采取必要 的措施 6 注意合理選用液控單向閥的卸壓 當(dāng)液控單向閥的出口存在背壓時(shí) 宜選用外泄式 其他情況可選內(nèi)泄式 有的設(shè)備 升降裝置液壓系統(tǒng) 就因設(shè)計(jì)考慮不周 該用外泄式液控單向閥 但選用了內(nèi)泄式 造 成系統(tǒng)有強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲 7 注意電磁換向閥和電液換向閥的應(yīng)用場(chǎng)合 電磁換向閥電磁鐵的類型 直流式 交流式 和閥的結(jié)構(gòu)一經(jīng)確定 閥的換向時(shí)間 就確定了 電液換向閥 可通過調(diào)節(jié)其控制油路上節(jié)流器的開度來調(diào)整其換向時(shí)間 此 外 換向平穩(wěn)性要求較高 宜采用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥 但因采用了電磁換向閥 導(dǎo)致?lián)Q向過程液壓沖擊強(qiáng)烈 伴隨設(shè)備顫振 影響產(chǎn)品質(zhì)量 6 3 蓄能器的選擇 蓄能器是儲(chǔ)存和釋放液體壓力能的裝置 在液壓系統(tǒng)中 蓄能器可作為輔助動(dòng)力源 緊急動(dòng)力源 補(bǔ)充泄露和保壓 液體的補(bǔ)充裝置 壓力和流量補(bǔ)償裝置 吸收液體脈動(dòng) 和壓力沖擊 輸送異性或有毒液體等 蓄能器的種類 特點(diǎn)與應(yīng)用見下表 6 4 以便加以 選擇 通過比較 我覺得氣瓶式蓄能器最適合本系統(tǒng) 所以選擇它 6 4 管道種類的選擇 主要包括 管道種類 管道尺寸的確定和管接頭選擇 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)常用的管道有鋼管 橡膠軟管 尼龍管等 選擇的主要依據(jù)是工作壓 力 工作環(huán)境和液壓裝置的總體布局等 視具體工作條件 參考有關(guān)液壓手冊(cè)以后加以 確定 一般應(yīng)盡量用硬管 因硬管阻力小 安全 成本低 表 6 4 蓄能器的種