擠壓機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及液壓缸設(shè)計(jì)

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. 課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 課程名稱(chēng)： 專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì) 題 目： 擠壓機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及液壓缸設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 系： 機(jī)械系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： xxx班 學(xué) 號(hào)： xxxxxxxxxxx 學(xué)生姓名： xxx 起訖日期： 20xx.12.9 — 20xx.12.29 指導(dǎo)教師： xxx 職稱(chēng)： 教授 系分管主任： 審核日期： 20xx.12.6 . 目錄 第一章 總體要求 1 1.1設(shè)計(jì)目的 1 1.2設(shè)計(jì)任務(wù) 1 1.3進(jìn)度安排 1 1.4技術(shù)要求 1 第二章 擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 2 2.1工況分析 2 2.1.1運(yùn)動(dòng)分析 2 2.1.2負(fù)載分析 2 2.1.3負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制 4 2.2 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 4 2.2.1初選液壓缸工作壓力 4 2.2.2計(jì)算液壓缸主要尺寸 5 2.2.3繪制液壓缸工況圖 7 2.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖 8 2.3.1調(diào)速回路的選擇 8 2.3.2選用執(zhí)行元件 9 2.3.3速度換接回路的選擇 9 2.3.4選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 9 2.3.5選擇調(diào)壓和卸荷回路 9 2.3.6平衡及安全保護(hù) 10 2.3.7組成液壓系統(tǒng)原理圖 10 2.3.8系統(tǒng)圖的原理 10 第三章 液壓系統(tǒng)的元件選型 12 3.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 12 3.1.1計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 12 3.1.2計(jì)算總流量 12 3.2確定其它元件及輔件 13 3.2.1確定油管 13 3.2.2油箱的設(shè)計(jì) 14 3.2.3確定閥類(lèi)元件及輔件 15 3.3主要零件強(qiáng)度校核 15 3.3.1桿徑d 15 3.3.2缸蓋和缸筒聯(lián)接螺栓的底徑 15 第四章 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 16 4.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失 16 4.2 油液溫升驗(yàn)算 17 第五章 液壓缸的設(shè)計(jì) 18 5.1液壓缸主要尺寸 18 5.1.1液壓缸工作壓力 18 5.1.2液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿d 18 5.1.3液壓缸壁厚的確定和外徑 18 5.1.4液壓缸工作行程 19 5.1.5液壓缸油口直徑 19 5.1.6缸蓋厚度 20 5.1.7最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 20 5.2液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 5.2.1液壓缸的組成 22 5.2.2液壓缸組件的連接 22 5.2.3活塞及活塞桿處密封 22 5.2.4液壓缸的緩沖裝置 22 5.2.5液壓缸排氣裝置 22 5.2.6密封裝置 22 5.3液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求 22 第六章 總結(jié) 23 參 考 文 獻(xiàn) 25 . 第1章 總體要求 1.1設(shè)計(jì)目的 1、應(yīng)用液壓傳動(dòng)及控制課程及其相關(guān)的理論知識(shí)，進(jìn)行液壓傳動(dòng)及控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐，從而使這些知識(shí)得到進(jìn)一步的鞏固、加深、提高和擴(kuò)展。 2、在設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)習(xí)和掌握通用液壓元件，尤其是各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)元件的選用原則和回路的組合方法，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的初步能力。 3、通過(guò)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)在計(jì)算、繪圖和熟悉設(shè)計(jì)資料（包括設(shè)計(jì)手冊(cè)、產(chǎn)品樣本、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）以及進(jìn)行設(shè)計(jì)估算等方面得到實(shí)際訓(xùn)練。 1.2設(shè)計(jì)任務(wù) 1、進(jìn)行工況分析、計(jì)算，擬定液壓傳動(dòng)系統(tǒng)； 2、主要液壓元件的設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇； 3、液壓輔助裝置（油箱、濾油器、蓄能器、管路等）的計(jì)算、設(shè)計(jì)或選擇； 4、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的驗(yàn)算和校核； 5、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的繪制； 6、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)部件裝配圖、零件圖的繪制； 7、編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 1.3進(jìn)度安排 第一周：設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 第二周：液壓部件或零件裝配圖的設(shè)計(jì)及繪制。 第三周：編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)及答辯。 1.4技術(shù)要求 設(shè)計(jì)擠壓壓力機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，要求：實(shí)現(xiàn)快速下降→壓制→快速退回→原位停止的工作循環(huán)。運(yùn)動(dòng)部件自重G=5000N，快速下降外負(fù)載FR=100N，快速下降速度VR=6m/min，快速下降行程LR=80mm，壓制時(shí)外負(fù)載FP=15000N，壓制時(shí)速度VP=0.2m/min，擠壓行程LP=30mm，快速回退外負(fù)載FR=100N，快速回退速度VR=12m/min。 第2章 擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 2.1 工況分析 工況分析是對(duì)液壓執(zhí)行元件的工作情況進(jìn)行分析，以得到工作過(guò)程中執(zhí)行元件在各個(gè)工作階段中的流量、壓力和功率的變化規(guī)律，并將其用曲線表示出來(lái)，作為確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)、擬定液壓系統(tǒng)方案的依據(jù)。 2.1.1運(yùn)動(dòng)分析 按設(shè)備工作要求和執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，繪制出執(zhí)行元件工作循環(huán)圖，和速度位移圖，即速度循環(huán)圖。如下所示：為擠壓機(jī)運(yùn)動(dòng)分析圖。 2.1.2負(fù)載分析 負(fù)載分析就是研究各執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段的受力情況。 （1）壓制外負(fù)載：； （2）摩擦負(fù)載： 由題目設(shè)計(jì)要求，知該系統(tǒng)摩擦負(fù)載； （3）慣性負(fù)載： 慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件的速度變化時(shí)，由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可用牛頓第二定律求出，即： G---運(yùn)動(dòng)部件的重力（N） g---重力加速度， △v---速度變化值（） △t---起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s） 快進(jìn)： 快退： （4）運(yùn)動(dòng)時(shí)間 快進(jìn)： 工進(jìn)： 快退： 根據(jù)以上的計(jì)算，考慮到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而自行下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路。因此，在負(fù)載分析時(shí)，就不考慮運(yùn)動(dòng)部件的重量，則液壓缸各階段中的負(fù)載，如下表：【?。?0.9）】 表1 液壓缸在各運(yùn)動(dòng)階段的負(fù)載和推力（=0.9） 工況 計(jì)算公式 負(fù)載值F/N 液壓缸推力/N 啟動(dòng)加速 355.1 394.6 快進(jìn) 100 111.1 壓制 15000 16666.7 反向加速 5610.2 6233.6 快退 5100 5666.7 制動(dòng) 4589.8 5099.8 2.1.3負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制 根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和速度，即可繪制出負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖，如圖1所示。 圖1 2.2確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 2.2.1初選液壓缸工作壓力 所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其他工況負(fù)載都不太高，參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力=3MPa，快進(jìn)工進(jìn)時(shí)液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選此背壓為p2=0.6MPa。 表2 按載荷選擇工作壓力 載荷/kN ＜5 5～10 10～20 20～30 30～50 ＞50 工作壓力/MPa ＜0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 ≥5 表3 各類(lèi)設(shè)備常用的工作壓力 設(shè)備類(lèi)型 壓力范圍/MPa 壓力等級(jí) 說(shuō)明 設(shè)備類(lèi)型 壓力范圍/MPa 壓力等級(jí) 說(shuō)明 機(jī)床、壓鑄機(jī)、汽車(chē) ＜7 低壓 低噪聲、高可靠性系統(tǒng) 油壓機(jī)、冶金機(jī)械、挖掘機(jī)、重型機(jī)械 21～31.5 高壓 空間有限、響應(yīng)速度高、大功率下降低成本 農(nóng)業(yè)機(jī)械、工礦車(chē)輛、注塑機(jī)、船用機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械 7～212 中壓 一般系統(tǒng) 金剛石壓機(jī)、耐壓試驗(yàn)饑、飛機(jī)、液壓機(jī)具 ＞31.5 超高壓 追求大作用力、減輕重量 系 統(tǒng) 類(lèi) 型 背壓力/MPa 系 統(tǒng) 類(lèi) 型 背壓力/MPa 簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2～0.5 用補(bǔ)油泵的閉式回路 0.8～1.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4～0.6 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 1.2～3 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5～1.5 回油路較短，且直接回油箱 可忽略不計(jì) 表4 執(zhí)行元件的回油背壓 2.2.2計(jì)算液壓缸主要尺寸 根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知無(wú)桿腔與有桿腔的速比， 又因?yàn)?，所以，根?jù)表5可得 表5 按速比要求確定d/D 2/1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：1—無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度； 2—有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的推力計(jì)算公式為，因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積可計(jì)算為； 液壓缸缸筒直徑為： 由于有前述液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系，d = 0.71D，因此活塞桿直徑為d=0.7188.7=62.97mm，根據(jù)表6、表7對(duì)液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=90mm，活塞桿直徑為d=63mm。 表6 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 表7 活塞桿直徑系列（GB2348-80） 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 此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式 A>==25 式中是由產(chǎn)品樣本差得調(diào)速閥2FRM5-20/6的最小穩(wěn)定流量為0.1 本例中調(diào)速閥是安裝在進(jìn)油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)取液壓缸無(wú)桿腔的實(shí)際面積，即 = 可見(jiàn)上述不等式能滿(mǎn)足，液壓缸所達(dá)到所需低速。 根據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表8所示。 表8 各工況下的主要參數(shù)值 工況 推力F’/N 進(jìn)油腔壓力P1/MPa 輸入流量q/L.min-1 輸入功率P/w 計(jì)算公式 快 進(jìn) 啟動(dòng)加速 394.6 0.368 —— —— 快速 111.1 0.323 38.15 205.4 壓制 16666.7 2.927 1.27 62.0 快退 加速 6233.6 1.922 —— —— 快退 5666.7 1.747 38.92 1133.2 制動(dòng) 5099.8 1.573 —— —— 注：1. ; 2. 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1，無(wú)桿腔回油，壓力為p2。 2.2.3繪制液壓缸工況圖 據(jù)表8可繪制出液壓缸的工況圖，如圖2所示。 圖2擠壓機(jī)液壓缸工況圖 2.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖 根據(jù)擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)速度調(diào)節(jié)、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。 2.3.1調(diào)速回路的選擇 所設(shè)計(jì)擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)的壓制過(guò)程要求有較好的低速穩(wěn)定性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。考慮到在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出，因此考慮采用帶調(diào)速閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路即可。雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低，但適合于小功率場(chǎng)合，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。 由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開(kāi)式循環(huán)回路，以提高散熱效率，防止油液溫升過(guò)高。 從工況圖分析可知，該系統(tǒng)在快上和快下時(shí)所需流量較大，且比較接近。在慢上時(shí)所需流量較小，因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，如果選用單個(gè)定量泵作為整個(gè)系統(tǒng)的油源，液壓系統(tǒng)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于大流量溢流狀態(tài)，從而造成能量的大量損失，這樣的設(shè)計(jì)顯然是不合理的。 如果采用一個(gè)大流量定量泵和一個(gè)小流量定量泵雙泵串聯(lián)的供油方式，由雙聯(lián)泵組成的油源在工進(jìn)和快進(jìn)過(guò)程中所輸出的流量是不同的，此時(shí)液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要消耗的功率不大，除采用雙聯(lián)泵作為油源外，也可選用限壓式變量泵作油源。但限壓式變量泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，最后確定選用雙聯(lián)液壓泵供油方案，有利于降低能耗和生產(chǎn)成本，如圖3所示。 圖3 雙泵供油油源 2.3.2選用執(zhí)行元件 因系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求擠壓機(jī)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，正向快進(jìn)和工進(jìn)，反向快退，總行程只有110mm,上行程負(fù)載較大，速度相對(duì)較快；下行程負(fù)載小，速度相對(duì)較慢，故可選用單杠雙作用液壓缸。 2.3.3速度換接回路的選擇 由前述計(jì)算可知，當(dāng)工作臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，進(jìn)入液壓缸的流量由38.15 L/min降1.27 L/min，可選行程閥來(lái)進(jìn)行速度換接，以減少速度換接過(guò)程中的液壓沖擊（見(jiàn)圖4）。由于工作壓力較低，行程閥用普通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，在回路上并聯(lián)了一個(gè)單向閥以實(shí)現(xiàn)速度換接。 圖4 換向和速度切換回路的選擇 2.3.4選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)選定液壓缸雙泵供油快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊(見(jiàn)圖4）。 2.3.5選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問(wèn)題都已基本解決。即滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無(wú)需另設(shè)調(diào)壓回路，低壓大流量泵通過(guò)卸荷閥卸荷。在滑臺(tái)停止時(shí)，大小流量泵通過(guò)電液換向閥卸荷。 2.3.6平衡及安全保護(hù) 為防止在上端停留時(shí)重物下落和停留期間內(nèi)保持重物的位置，特在液壓缸的下腔（有桿腔）進(jìn)油路上設(shè)置了單向順序閥；在主泵旁并聯(lián)溢流的溢流閥，一方面限制了系統(tǒng)的最高壓力，另一方面在慢速上行時(shí)為節(jié)流調(diào)速起分流作用。 2.3.7組成液壓系統(tǒng)原理圖 將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖5所示。 圖 5 液壓系統(tǒng)圖 1—過(guò)濾器；2—雙聯(lián)葉片液壓泵；3—卸荷閥；4—單向閥；5—溢流閥； 6—三位四通電液換向閥；7—單向順序閥；8—行程閥；9—調(diào)速閥；10—單向閥； 2.3.8系統(tǒng)圖的原理 要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)作，即要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作順序?yàn)椋嚎焖傧陆怠鷫褐啤焖偻嘶亍煌Ｖ?。則可得出液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表9所示。表中“+”號(hào)表示電磁鐵通電或行程閥壓下；“—”號(hào)表示電磁鐵斷電或行程閥復(fù)位。 表9 電磁鐵的動(dòng)作順序表 1． 快進(jìn) 快進(jìn)如圖所示，按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵2YA通電，由大小泵輸出的壓力油經(jīng)三位四通電液換向閥的右側(cè)，這時(shí)的主油路為： 進(jìn)油路：大泵 → 單向閥4→三位四通電液換向閥6（2YA得電）→行程閥8→液壓缸上腔。 小泵 → 三位四通電液換向閥6（2YA得電）→行程閥8→液壓缸上腔。 回油路：液壓缸下腔→單向順序閥→三位四通電液換向閥6（右位）→油箱。 2．工進(jìn) 行程開(kāi)關(guān)使行程閥通路切斷，這時(shí)油必須經(jīng)調(diào)速閥9才能進(jìn)入液壓缸上腔，回油路和快進(jìn)回油完全相同，其主油路為： 進(jìn)油路：大泵 →卸荷閥3→油箱。 小泵 → 三位四通電液換向閥6（2YA得電）→調(diào)速閥9→液壓缸上腔。 回油路：液壓缸下腔→單向順序閥→三位四通電液換向閥6（右位）→油箱。 3.快退 電磁鐵2YA斷電，1YA通電，這時(shí)三位四通電液換向閥6接通左位，此時(shí)大小泵同時(shí)供油，其主油路為： 進(jìn)油路：大泵 → 單向閥4→三位四通電液換向閥6（1YA得電）→單向順序閥→液壓缸下腔。 小泵 → 三位四通電液換向閥6（1YA得電）→單向順序閥→液壓缸下腔。 回油路：液壓缸上腔→單向閥10→三位四通電液換向閥6（左位）→油箱。 4.原位停止 當(dāng)滑臺(tái)退回到原位時(shí)，擋塊壓下原位行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)，使2YA斷電，換向閥處于中位，液壓兩腔油路封閉，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。這時(shí)液壓泵輸出的油液經(jīng)三位四通電液換向閥6直接回油箱。 第三章 液壓系統(tǒng)的元件選型 本設(shè)計(jì)所使用液壓元件均為標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，只需確定各液壓元件的主要參數(shù)和規(guī)格，然后根據(jù)現(xiàn)有的液壓元件產(chǎn)品進(jìn)行選擇即可。 3.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 3.1.1計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由于本設(shè)計(jì)采用雙泵供油方式，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工況圖，大流量液壓泵只需在快進(jìn)和快退階段向液壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運(yùn)動(dòng)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，而液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，因此對(duì)大流量液壓泵和小流量液壓泵的工作壓力分別進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計(jì)算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失之和。 對(duì)于調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，則小流量泵的最高工作壓力可估算為 大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，圖2表明，快退時(shí)液壓缸中的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力為： 3.1.2計(jì)算總流量 表8表明，在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中，液壓油源應(yīng)向液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快退工作階段，為38.92 L/min，若整個(gè)回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的10%計(jì)算，則液壓油源所需提供的總流量為： 工作進(jìn)給時(shí)，液壓缸所需流量約為1.27 L/min，但由于要考慮溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量3 L/min，故小流量泵的供油量最少應(yīng)為4.27L/min。 據(jù)據(jù)以上液壓油源最大工作壓力和總流量的計(jì)算數(shù)值，因此選取PV2R12-6/44型雙聯(lián)葉片泵，其中小泵的排量為6mL/r，大泵的排量為44mL/r，容積效率，總效率，則當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速=960r/min時(shí)，液壓泵的實(shí)際輸出流量為 由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為2.422MPa、流量為43.2r/min。取泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為： 根據(jù)上述功率計(jì)算數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)選取Y132S-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。 3.2確定其它元件及輔件 3.2.1 確定油管 在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計(jì)算的結(jié)果如表10所列。 表10各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量 流量、速度 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流量/(L/min） 排出流量/(L/min） 運(yùn)動(dòng)速度/(L/min） 由表可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)表11中數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時(shí)，可算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑為： 取標(biāo)準(zhǔn)值18mm； 表11 管內(nèi)允許流速推薦值 管 道 液壓泵吸油管道 液壓系統(tǒng)壓油管道 液壓系統(tǒng)回油 推薦流速（m/s） 0.5～1.5，一般取1以下 3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值 1.5～2.6 因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標(biāo)準(zhǔn)選用公稱(chēng)通徑為的無(wú)縫鋼管或高壓軟管。因?yàn)橐簤焊撞捎酶淄补潭ㄊ?，則兩根連接管采用無(wú)縫鋼管連接在液壓缸缸筒上即可。 3.2.2油箱的設(shè)計(jì) 油箱的主要用途是貯存油液，同時(shí)也起到散熱的作用，參考相關(guān)文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)資料，油箱的設(shè)計(jì)可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法計(jì)算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對(duì)油箱的容積進(jìn)行校核。 油箱中能夠容納的油液容積按表12估算，取時(shí)，求得其容積為 按JB/T7938—1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=160L。 表12 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 系統(tǒng)類(lèi)型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機(jī)械 冶金機(jī)械 系數(shù)取值 1～2 2～4 5～7 6～1 10 3.2.3 確定閥類(lèi)元件及輔件 根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過(guò)各閥類(lèi)元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類(lèi)元件和輔件規(guī)格如表13所列。 表13 液壓元件規(guī)格及型號(hào) 序號(hào) 元件名稱(chēng) 通過(guò)的最大流量q/L/min 規(guī)格 型號(hào) 額定流量/L/min 額定壓力/MPa 額定壓降?/MPa 1 過(guò)濾器 43 XU-B50100 50 - <0.06 2 雙聯(lián)葉片泵 - PV2R12-6/44 （5.18+38.02） 14 - 3 卸荷閥 38 XF3-10B 63 6.3 <0.3 4 單向閥 38 AF3-Ea10B 80 16 <0.2 5 溢流閥 3.91 DBP6P 50 31.5 - 6 三位四通電液換向閥 85 34DYF3M-16B 180 6.3 <0.5 7 單向順序閥 43 AXF3-10B 63 6.3 0.5 8 行程閥 43 22C-63B 63 6.3 <0.25 9 調(diào)速閥 1.27 2FRM5-20/6 6 21 0.18 10 單向閥 85 AF3-Ea20B 160 16 <0.2 *注：此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為960r/min時(shí)的流量。 3.3主要零件強(qiáng)度校核 3.3.1桿徑d 由公式： 式中：F是桿承受的負(fù)載（N），F(xiàn)=15000N 是桿材料的許用應(yīng)力，=100 3.3.2缸蓋和缸筒聯(lián)接螺栓的底徑 式中 K--擰緊系數(shù)，一般取K=1.25~1.5； F--缸筒承受的最大負(fù)載（N）； z--螺栓個(gè)數(shù)； --螺栓材料的許用應(yīng)力， ，為螺栓材料的屈服點(diǎn)（MPa），安全系數(shù)n=1.2~2.5 第四章 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 4.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失 系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無(wú)法全面估算，只能先按課本式（3-46）估算閥類(lèi)元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。但對(duì)于中小型液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。 ① 快進(jìn) 快進(jìn)時(shí)，由表10和表13可知，進(jìn)油路上油液通過(guò)單向閥4的流量是38L/min，通過(guò)電液換向閥6的流量是43L/min，然后以流量43L/min通過(guò)行程閥8并進(jìn)入無(wú)桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為 回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過(guò)單向順序閥7的壓降為0.5MPa,通過(guò)電液換向閥的流量是22L/min，然后進(jìn)入油箱。因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力為p2為： 此值與表8的估計(jì)值相近，故不必重算。 ② 工進(jìn) 工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過(guò)電液換向閥6的流量為1.27L/min，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.18MPa；油液在回油路上通過(guò)單向順序閥7的壓降為0.5MPa，通過(guò)電液換向閥的流量是0.65L/min，然后進(jìn)入油箱。因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力為p2為 此值與表8的估計(jì)值相近，故不必重算。 故溢流閥5的調(diào)壓pp1應(yīng)為 ③ 快退 快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過(guò)單向閥4的流量為38L/min，通過(guò)電液換向閥6的流量為43L/min，然后以43L/min的流量通過(guò)單向閥進(jìn)入有桿腔；油液在回油路上通過(guò)單向閥10、電液換向閥6的流量都是84.71L/min。因此進(jìn)油路上總壓降為 此值較小，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的?；赜吐飞峡倝航禐? 故可按表8中公式重新計(jì)算快退時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力p1，即 所以，快退時(shí)液壓泵的最大工作壓力pp應(yīng)為 因此大流量液壓泵卸荷的卸荷閥3的調(diào)壓應(yīng)大于2.369MPa。 4.2油液溫升驗(yàn)算 在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，且發(fā)熱量最大。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)時(shí)做功的功率損失大引起發(fā)熱量較大，所以只考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量，然后取其值進(jìn)行分析。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為： 此時(shí)大流量泵通過(guò)卸荷閥3卸荷，小流量泵在高壓下供油，所以?xún)蓚€(gè)泵的總輸入功率為： 由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為： 求出油液溫升近似值為： 溫升沒(méi)有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)不需設(shè)置冷卻器。 第五章 液壓缸的設(shè)計(jì) 5.1 液壓缸主要尺寸 5.1.1液壓缸工作壓力 根據(jù)設(shè)備的類(lèi)型有初選工作壓力P=3MPa。 5.1.2液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿d 由前面的計(jì)算可得出D=90mm,d=63mm。 5.1.3液壓缸壁厚的確定和外徑 （1）液壓缸的壁厚 液壓缸的壁厚一般指缸筒結(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)律應(yīng)壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值的圓筒稱(chēng)為薄壁圓筒。工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)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(jì)算： 式中 ——液壓缸壁厚(m)； D——液壓缸內(nèi)徑(m)； ——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的(1.25~1.5)倍（MPa）； ——缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為鍛鋼：=110～120MPa;鑄鋼：=100～110MPa;無(wú)縫鋼管：=100～120Mpa;強(qiáng)度鑄鐵：=60MPa;灰鑄鐵：=25MPa 現(xiàn)取 ；=100MPa 得： 查無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)系列?。? （2）缸體的外徑為 現(xiàn)取D=100mm 。 5.1.4液壓缸工作行程 液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定，并參閱《液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的系列尺寸，選取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸工作行程為110mm。 5.1.5液壓缸油口直徑 液壓缸油口的直徑可由公式計(jì)算： 式中： ——液壓缸油口直徑（）； ——液壓缸最大輸出速度（） ——油口液流速度（） 得： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表22.6-58，取。 5.1.6缸蓋厚度 一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算。 無(wú)孔時(shí) 有孔時(shí) 式中 t——缸蓋有效厚度(m)； ——缸蓋止口內(nèi)徑(m)； ——缸蓋孔的直徑(m)。 所以，液壓缸： 無(wú)孔時(shí) 取 ； 有孔時(shí) 取 。 5.1.7最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿(mǎn)足以下要求： 式中 L——液壓缸的最大行程； D——液壓缸的內(nèi)徑。 活塞的寬度B一般??； 缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定： 當(dāng)D<80mm時(shí)，取； 當(dāng)D>80mm時(shí)，取。 為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，若過(guò)分增大和B都是不適宜的，必要時(shí)可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來(lái)增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20~30倍。 所以，液壓缸： 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度： 取 H=55mm 活塞寬度： 缸蓋滑動(dòng)支承面長(zhǎng)度： 取 隔套長(zhǎng)度： ，所以不需要隔套。 缸體內(nèi)部長(zhǎng)度： 5.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為滿(mǎn)足本題目中液壓系統(tǒng)：快速下降→壓制→快速退回→原位停止的使用要求，選用雙作用單桿活塞缸。 5.2.1液壓缸的組成 液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可分成缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置，以及排氣裝置五個(gè)部分。 5.2.2液壓缸組件的連接 缸筒與缸蓋的連接形式，因法蘭連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，也易拆卸，故采用法蘭連接，缸筒與缸底的連接形式也用法蘭連接?；钊麠U與活塞的連接方式選用螺紋連接，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便可靠。 5.2.3活塞及活塞桿處密封 活塞及活塞桿處密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封部位、使用部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇O型的密封圈。 5.2.4液壓缸的緩沖裝置 液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)速度較高，則在達(dá)到行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋產(chǎn)生機(jī)械碰撞。為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設(shè)置緩沖裝置。常見(jiàn)的緩沖裝置有環(huán)狀間隙節(jié)流緩沖裝置，三角槽式節(jié)流緩沖裝置，可調(diào)緩沖裝置。這里選用三角槽式節(jié)流緩沖裝置。 5.2.5 液壓缸排氣裝置 對(duì)于速度穩(wěn)定性要求的機(jī)床液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置。 5.2.6 密封裝置 選0形密封圈，因?yàn)槠渚哂辛己玫拿芊庑阅?，且結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力小，裝卸方便，容易制造，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。 5.3 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求 （1）缸體 材料---45鋼 粗糙度---液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為 技術(shù)要求：a內(nèi)徑用H8-H9的配合 b缸體與端蓋采用螺紋連接，采用6H精度 （2）缸蓋 材料---灰鑄鐵：HT200 粗糙度---導(dǎo)向表面粗糙度為 技術(shù)要求：同軸度不大于0.03 （3）活塞 材料---灰鑄鐵：HT300 粗糙度---活塞外圓柱粗糙度 技術(shù)要求：活塞外徑用橡膠密封即可取f7~f9的配合，內(nèi)孔與活塞桿的配合可取H8。 （4）活塞桿 材料---實(shí)心：45鋼，調(diào)質(zhì)處理 粗糙度---桿外圓柱粗糙度為 技術(shù)要求：a調(diào)質(zhì)20-25HRC b活塞桿與活塞的連接可用 第6章 總結(jié) 轉(zhuǎn)眼間為期三周的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了，算起來(lái)這次液壓課設(shè)已經(jīng)是我大學(xué)里第五次做的課程設(shè)計(jì)了，也是除了畢業(yè)設(shè)計(jì)外的最后一次了。所以，我十分珍惜這次機(jī)會(huì)，每次課設(shè)我都學(xué)到了很多，也學(xué)會(huì)了很多，而且是一次的收獲比一次的大。 這次的課設(shè)與以往的四次有所不同，因?yàn)檫@次是小組模式，一個(gè)老師只帶幾個(gè)學(xué)生，而不是以往的一個(gè)老師帶一個(gè)班的學(xué)生。所以，這次的課設(shè)更具意義，更能學(xué)到東西。 剛開(kāi)始的第一周，我們組九個(gè)人，都是在摸索中前進(jìn)，看例子，找資料，慢慢開(kāi)始著手計(jì)算一些簡(jiǎn)單的尺寸。我和以前一樣，采用的是先整體搞清楚整個(gè)框架，在一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)的攻克的方式。所以，在整個(gè)進(jìn)度上一直是落后與大家的，以至于快的同學(xué)會(huì)比我領(lǐng)先好幾天的工作量，看的同學(xué)一個(gè)個(gè)都開(kāi)始畫(huà)圖了，我還在糾結(jié)計(jì)算，我也開(kāi)始急躁起來(lái)了。所以，導(dǎo)致后來(lái)反工了好幾次，光原理圖就重改了4次，這讓我再一次體會(huì)到心急吃不了熱豆腐這句話的含義。不過(guò)，這樣還是有一定好處的，正因?yàn)殄e(cuò)了，才記得更牢固，才有了不一樣的收獲，我樂(lè)此不疲，所以，我后來(lái)收獲到了4種可行的方案，而不僅僅是照本宣科，真正是舉一反三了。 到第二周大家都已漸入佳境，我也是到了效率最高的時(shí)候，經(jīng)過(guò)前期的充分吸收前人的經(jīng)驗(yàn)，所以，在任務(wù)進(jìn)度上明顯加快了很多，這個(gè)禮拜的一天，可以當(dāng)上個(gè)禮拜的兩天了。在這個(gè)禮拜，我才真正體會(huì)到老師要我們每天按時(shí)到實(shí)驗(yàn)室去做課設(shè)的意圖，因?yàn)橛袎毫Σ庞袆?dòng)力，有時(shí)就是應(yīng)該有這么一個(gè)人來(lái)監(jiān)督自己，才會(huì)更加努力。所以，課設(shè)期間我說(shuō)的最多的一句話就是慢工出細(xì)活，嚴(yán)師出高徒。在這里我真心感謝老師給了我們這么一個(gè)鞭策。 第三周，也是最后一周了。在這個(gè)禮拜，我們的進(jìn)度是到了畫(huà)圖寫(xiě)說(shuō)明書(shū)的時(shí)候，雖然我慢了半拍。在這個(gè)禮拜印象最深的就是一個(gè)字：冷。太冷了。所以，我們經(jīng)常為了一個(gè)暖手袋而“打鬧”。而就在這打鬧中，我們變成了兄弟一般，這就是我們?cè)谡n設(shè)中得到的另一筆寶貴的財(cái)富——友誼。這是我這次最大的收獲了，所以，這次課設(shè)是我五次課設(shè)中收獲最多的一次，也是印象最深的一次。因?yàn)檫@是最后一次，也是周期最長(zhǎng)的一次，還是最冷的一次，更是收獲最豐富的一次。 為期三周的課設(shè)結(jié)束了，在這不長(zhǎng)的十幾天里，我們小組九人（最后就剩6人）在一種輕松而愉快的氛圍中完成了大學(xué)最后一次課設(shè)，雖然天氣很不給力。 總結(jié)，我不知道這樣寫(xiě)合不合適，我也沒(méi)查過(guò)怎么去寫(xiě)總結(jié)，我就是把這三周的所處所想所感寫(xiě)出來(lái)了，表達(dá)內(nèi)心的感受而已。如果不好，還請(qǐng)老師您隨看隨丟。 最后，衷心的感謝劉老師，胡老師能給我們這么愉悅的一次課設(shè)，我們真的學(xué)到了很多，謝謝您！ 參 考 文 獻(xiàn) [1] 王積偉，章宏甲，黃誼.液壓傳動(dòng).第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.12 [2] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[單行本液壓傳動(dòng)]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 [4] 姜繼海.液壓與氣壓傳動(dòng). 北京：高等教育出版社，2009 [5] 劉瑩.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì). 大連：大連理工大學(xué)出版社，2008 [6] 徐祖茂.機(jī)械制圖. 北京：高等教育出版社，2010 .