單柱液壓機液壓系統設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 狀態下，壓力管中的油液將經開停閥和回油管排回油箱，不輸到液壓缸中去，這時工作臺就停止運動。 從上面的例子中可以得到： 1） 動是以液體作為工作介質來傳遞動力的。 2） 液壓傳動用液體的壓力能來傳遞動力，它與利用液體動能的液力傳動是不相同的。 3）壓傳動中的工作介質是在受控制、受調節的狀態下進行工作的，因此液壓傳動和液壓控制常常難以截然分開。 液壓傳動的組成部分 液壓傳 動裝置主要由以下四部分組成： 1）能源裝置 —— 把機械能轉換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統提供壓力油。 2）執行裝置 —— 把油液的液壓能轉換成機械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉運動的液壓馬達。 3) 控制 調節裝置 —— 對系統中油液壓力、流量或流動方向進行控制或調節的裝置。例如溢流閥、節流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統。 4) 輔助裝置 —— 上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統正常工作也有重要作用。 液壓傳動的優缺點 液壓傳動有以下一些優點： 1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產生出更多的動力，因為液壓系統中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出 30~40 倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結構緊湊。液壓馬達的體積和重量只有同等功率電動機的 12%左右。 2） 液壓裝置工作比較平穩。由于重量輕、慣性小、反應快，液壓裝置易于實現快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現往復回轉運動時可達 500次 /min，實現往復直線運動時可達 1000次 /min。 XXXXXX 本科畢業設計 說明書 3 3） 液壓裝置能在大范圍內實現無級調速（調速范圍可 達 2021），它還可以在運行的過程中進行調速。 4） 液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易 于進行調節或控制的緣故。當將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結合起來使用時，整個傳動裝置能實現很復雜的順序動作，接受遠程控制。 5） 液壓裝置易于實現過載保護。液壓缸和液壓馬達都能長期在失速狀 態下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。 6） 由于液壓元件已實現了標準化、系列化和通用化，液壓系統的設計、 制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的 機動性。 7） 用液壓傳動來實現直線運動遠比用機械傳動簡單。 液壓傳動的缺點是： 1） 液壓傳動不能保證嚴格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄漏等原因造成的。 2） 液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失等），長距離傳動時更是如此。 3） 液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩定性很易受到溫度的影響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價較貴，而且對油液的污染比較敏感。 5） 液壓傳動要求有單獨的能源。 6） 液壓傳動出現故障時不易找出原因。 總的說 來，液壓傳動的優點是突出的，它的一些缺點有的現已大為改善，有的將隨著科學技術的發展而進一步得到克服。 白秋實： 25KN 單柱液壓機液壓系統設計 4 第 2 章 液壓系統設計 明確設計要求 并 制定基本方案 設計要求 設計要求是進行每項工程設計的依據。在制定基本方案并進一步著手進行液壓系統各部分設計之前，必須把設計要求以及與該設計內容有關的其他方面的情況了解清楚。 單柱液壓機主機概況： ① 液壓機公稱力 25 KN ② 液壓系 統最大工作壓力 8 Mpa ③ 骨塊行程 125 MM ④ 壓頭下行速度 45 mm/s ⑤ 壓頭上行速度 130 mm/s 制定液壓系統基本方案 （ 1） 確定液壓執行元件的形式 在本設計中 ,液壓缸是液壓系統中的執行元件，它是一種把液體的壓力能轉換成機械能以實現直線往 復運動的能量轉換裝置。液壓缸結構簡單，工作可靠，在液壓系統中得到了廣泛的應用。 液壓缸按其結構形式，可以分為活塞缸、柱塞缸兩類。活塞缸和柱塞缸的輸入為壓力和流量，輸出為推力和速度。 液壓缸除了單個地使用外，還可以組合起來或和其它機構相結合，以實現特殊的功能。 根據參考文獻 [2]表 我們選擇活塞缸類中的單桿活塞液壓缸，其特點及適用場合見表 21。 表 21 名稱 特點 適用場合 單桿活塞液壓缸 有效工作面積大，雙向不對稱 往返不對稱的直線運動等 （ 2） 確定液壓執行元件運動控制回路 1）為了實 現液壓缸的進和退，我們選擇電磁換向閥作為液壓系統的方向控制閥。 電磁換向閥的基本工作原理是通過電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位置，以改變油液的流動方向。當電磁鐵斷電時，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置（脈沖式閥除外）。若推動故障XXXXXX 本科畢業設計 說明書 5 檢查按鈕可使滑閥閥芯移動。電磁換向閥在液壓系統中的作用是用來實現液壓油路的換向、順序動作及卸荷等。由于電磁鐵的推力有限，電磁換向閥應用在流量不大的液壓系統中。 2）為了實現其工進，可以選擇調速閥或節流閥作為速度控制閥。 節流閥的調節應該輕便、準確。在小流量調節時，如通流截面相對于閥心位移 的變化率較小，則調節的精確性較高。調節節流閥的開口，便可調節執行元件運動速度的大小。 而調速閥的工作原理：液壓泵出口（即調速閥進口）壓力，由溢流閥調整，基本上保持恒定。調速閥出口處的壓力由活塞上的負載決定。所以當負載增大時，調速閥進出口壓差將將減小。 調速閥在液壓系統中的應用和節流閥相仿，它適用于執行元件負載變化大而運動速度要求穩定的系統中。 因此，在本設計中選擇調速閥作為速度控制閥。 （ 3） 液壓源系統 液壓系統的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其它輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要 大于系統的需油量，多余的油經溢流閥流回油箱， 溢流閥同時起到控制并穩定油源壓力的作用。 為節省能源提高效率，液壓泵的供油量盡量與系統所需流量相匹配。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在此，我們在泵的小口裝上粗濾油器。進入系統的油液根據被保護元件的要求，通過相應的精濾油器再次過濾。為防止系統中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁過濾器或其他型式的濾油器。根據液壓設備所處環境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 液壓系統各液壓元件的確定 液壓介質的選擇 液壓介質應具有適宜的粘度和良好 的粘溫特性；油膜強度要高，具有較好的潤滑性能；能抗氧化，穩定性好；腐蝕作用小，對涂料、密封材料等有良好的適應性；同時液壓介質還應具有一定的消泡能力。 選擇液壓介質時，除專用液壓油外，首先是介質種類的選擇。根據液壓系統對介質是否有抗燃性的要求，決定選用礦油型液壓油或抗燃型液壓液。 其次，應根據系統中所用液壓泵的類型選用具有合適粘度的介質。 最后，還應考慮使用條件等因素，如環境溫度、工作壓力、執行機構速度等。當工作溫度在 60℃ 以下，載荷較輕時，可選用機械油；工作溫度超過 60℃時，應選用汽輪機油或普通液壓油。若設 備在很低溫度下啟動時須選用低凝液壓油。 據參考文獻 [2]表 中各普通液壓油質量指標及應用以及本設計中單柱液壓機液壓系統的要求選用 N32 號普通液壓油，其各項質量指標見表 22。 白秋實： 25KN 單柱液壓機液壓系統設計 6 表 22 名稱 N32 號普通液壓油 代號 / 原牌號 YAN32 / 20 號 運動粘度 mm2/s (40℃ ) 28． 8~ 運動粘度 mm2/s (50℃ ) 17~23 粘度指數≥ 90 抗氧化安定性 (酸值達2mgKOH/g)≥ h 1000 凝點≤ ℃ 10 閃點 (開口 )≥ ℃ 170 防銹性 (蒸鎦水法 ) 無銹 臨界載荷≥ N 600 抗泡沫性 (93℃ )≤ ml 起泡 50 / 消泡 0 抗磨性（四球， DB） N 800 應用 適用于環境溫度 0~40℃的各類中高壓系統（適用工作壓力為 擬定液壓系統圖 在這種單柱液壓機上，實現了“工進 → 快退 → 停止”的動作循環（見圖 21）。可以進行沖剪、彎曲、翻邊、裝配、冷擠、成型等多種加工工藝。表 2 3 示此單柱液壓機的動作循環表，圖 22則是這種液壓機的液壓系統圖，其滑塊的工作情 況如圖所示。 換 向 延 時 快 退 停 止進 給停 止 圖 21 單柱液壓機動作循環圖 XXXXXX 本科畢業設計 說明書 7 1 Y A 2 Y A7 油 箱1 Y B1 4 0葉 片 泵2 5 K N 單 柱 液 壓 機 液 壓 系 統 原 理 圖6 Y D F 3 E 1 0 B B電 磁 溢 流 閥5 A X F 3 E 1 0 B單 向 順 序 閥3 A Q F 3 E 1 0 B單 向 調 速 閥4 油 缸2 3 4 D F 3 O E 1 0 B D電 磁 換 向 閥 圖 22 單柱液壓機液壓系統圖 進油路 液壓泵 1 → 電磁換向閥 2（左位）→ 單向調速閥 3 → 液壓油缸 4上腔 回油路 液壓油缸 4下腔 → 單向順序閥 5 → 電磁換向閥 2（右位）→ 油箱 7 表 23 單柱液壓機液壓系統的動作循環表 動作名稱 信號來源 電磁換向閥 2 的工作狀態 滑塊 工進 1YA通電 左位 快退 2YA通電 右位 液 壓系統主要參數計算 選系統工作壓力 壓力的選擇要根據載荷大小和設備類型而定。還要考慮執行元件的裝配空間、經濟條件及元件供應情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執行元件的結構尺寸，對某些設備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經濟；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設備成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限的設備，壓力可以選低一些，行走機械重載設備壓力要選得高一些。 公稱力為 25KN 的單柱液壓機屬小型液壓機類型，一般情況下， 載荷不會太高，參考資料[2]表 ，初步確定系統工作壓力為 4MPa。 白秋實： 25KN 單柱液壓機液壓系統設計 8 液壓缸主要參數的確定 （ 1） 液壓缸設計中應注意的的問題 液壓缸的設計和使用正確與否，直接影響到它的性能和易否發生故障。在這方面，經常碰到的是液壓缸安裝不當、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞下垂以及活塞桿的壓桿失穩等問題。所以，在設計液壓缸時，必須注意如下幾點： 1）盡量使活塞桿在受拉狀態下承受最大負載，或受壓狀態下具有良好的縱向穩定性。 2）考慮液壓缸行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題。缸內如無緩沖裝置和排氣裝置，系 統中需有相應的措施。但是并非所有的液壓缸都要考慮這些問題。 3）正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活塞桿不能用螺紋連接，要用止口連接。液壓缸不能在兩端用鍵或銷定們，只能在一端定位，為的是不致阻礙它在受熱時的膨脹。如沖擊載荷使活塞桿壓縮，定位件須設 置在活塞桿端，如為拉伸則設置在缸蓋端。 4) 液壓缸各部分的結構需根據推薦的結構形式和設計標準進行設計，盡可能做到 結構簡單、緊湊，加工、裝配和維修方便。 （ 2） 液壓缸主要參數的確定 鑒于液壓系統的最大工作壓力 P1=8Mpa7Mpa 由參考文獻 [1]表 52 推薦初定 d= 取液壓缸 m? = 則此時活塞所受推力 ??F N 由式 11 PFA? （ 21） 61 10427778??? A = cm2 ?)14( AD? （ 22） = cm 則 d= D = cm 參 考文獻 [2]表 及表 對這些直徑圓整成就近標準值時 得： D =100 mm d =70 mm 由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為： 21 ?? DA ? cm2 XXXXXX 本科畢業設計 說明書 9 )( 222 ??? dDA ? cm2 液壓缸強度校核 液壓缸的缸筒壁厚 δ 、活塞桿直徑 d和缸蓋處固 定螺栓直徑在高壓系統中必須進行強度校核。 取：液壓缸材料為 45鋼，無縫鋼管 活塞桿材料 45鋼 （ 1） 壁厚強度校核 根據參考文獻 [2]表 及表 選擇液壓缸外徑為 1