扩管机液压系统设计 毕业设计说明书.doc

武汉科技大学高职高专毕业论文摘 要 液压技术是现代制造的基础，它的广泛应用，很大程度上代替了普通成型加工，全球制造业发生了根本性变化。因此，液压技术的水准、拥有和普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力和现代化水平的重要标志。为适应这种行势，需要大量设计一些液压机的工作系统。本次就是要设计一款四柱液压系统。液压技术已被世界各国优先发展的关键工业技术，成为当代国际间科技竞争的重点。 四柱液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包括液压缸、衡量、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。液压机采用plc控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。该系列液压机具有独立的动力机构和电气系统，并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。 该液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定范围内任意调节，操作简单。本设计中，通过查阅大量文献资料，设计了液压缸的尺寸，拟订哦液压原理图。按压力和流量的大小选择了液压泵，电动机，控制阀，过滤器等液压元件和辅助元件。关键词： 液压机： 液压缸： 四柱： 液压泵目 录绪论11 设计题目2 1.1 设计课目2 1.2 主要性能参数如下2 1.3 设计任务22 液压系统的设计计算3 2.1 进行工况分析3 2.2 拟定液压系系统原理图4 2.3 确定液压缸主要尺寸5 2.3.1 计算液压缸压力5 2.3.2 计算液压缸的内径d和活塞杆直径5 2.3.3 计算液压缸各运动阶段的压力、流量和功率63 确定液压泵的流量和压力以及泵的规格的选定8 3.1 泵的工作压力的确定8 3.2 泵的流量的确定8 3.3 选择液压泵的规格8 3.4 与液压泵匹配电动机的选定9 3.5选择控制元件及辅助元件9 3.6 油管的计算与选择94 液压系统的验算10 4.1 回路压力损失验算10 4.2 液压回路的效率13 4.3液压系统的温升验算14总结15参考文献16致谢17绪 论液压机是一种以液体为工作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。液压机的液压系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。本次设计主要介绍小型四柱式结构液压机。四柱式结构为液压机最常见的结构形式之一。四柱式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。液压机在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大。实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。液压机械具有重量轻、功率大、结构简单、布局灵活、控制方便等特点，速度、扭矩、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好，工作平稳、噪音小，使用于金属材料压制工艺，如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可从事于校正、正装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如塑料、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的新工艺、新技术的试验研究等。已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、运输、矿山、建筑、航空等领域。液压机有多种型号规格，其压制力从几十吨到上万吨。用乳化液做介质的液压机，被成为水压机，产生的压制力很大，多用于重型机械厂和制造厂等。用矿物型液压油做工作介质的液压机，被称做油压机，产生的压制力很小，在许多工业部门得到广泛的应用。液压机的发展趋势： （1）高速化，高效化，低能化。提高液压机的工作效率，降低生产成本。 （2）机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。 （3）自动化，智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现在加工上，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障与处理的功能。 （4）液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄露和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。1 设计题目1.1 设计课目 扩管机液压系统设计1.2 主要性能参数如下 (1) 工作压力：016mpa。 (2) 工进缸负载2.5吨，运动速度085mm/s。 (3) 夹紧缸负载1吨，运动速度040mm/s。 (4) 要求工作循环为：夹紧快进工进快退松开。 (5) 自动油温控制，油温为2550。1.3 设计任务 (1) 拟定液压系统图，完成整个液压系统的设计计算，合理选择元件。 (2) 完成泵站与阀站的结构设计，画出阀块、油箱零件图及装配图，泵站及阀站的配图等。 (3) 总制图量折合为2.5张1号图，设计计算说明书为0.5万字以上。 2 液压系统的设计计算2.1 进行工况分析液压缸的外负载主要包括：工作负载，惯性负载，导轨摩擦阻力，即 （2.1）式中： ：工作负载。对于扩管机而言，工作负载与扩口力在大小上相等，本题中 ：运动部件速度变化时的惯性负载 （2.2） （m：运动部件的质量m=30kg,=5m/s,：加速或减速的时间，一般=0.01-0.05s，这里取0.05s。）即 ：导轨摩擦阻力。为了使活塞运动平稳及减少摩擦，在活塞与锥形凸模之间设计一连杆滑块机构，并置于平导轨之上。 动摩擦： 静摩擦：表2-1：工作循环各阶段的外负载 工作循环 外负载f(n) 启动，加速 快进 工进 快退 2.2 拟定液压系统原理图 (1) 确定供油方式考虑到该机器在工作进给时负载较大，速度较低；而在快进、快退时负载较小，速度较大。从节省能量，减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。本题采用齿轮泵。 (2) 调速方式选择 进给速度控制一般采用节流阀或调速阀，现采用节流调速。这种调速回路具有效率高，发热小和速度刚性好的特点，具有承载负扩口力的能力。本系统采用电磁换向阀的快慢换接回路，它的特点是结构简单，调速行程比较方便，发的安装也较容易。 (3) 夹紧回路的选择 采用三位四通换向阀，在回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。最后把所选择的液压回路组合起来如图所示的液压系统原理图，如图2-1 图2-1 系统原理图 1.油箱 2.滤油器 3.液压泵 4.三位四通电磁换向阀 5.单向顺序阀 6.(工作）液压缸 7.锥形凸模 8.工件 9.夹头 10.(夹紧）液压缸 11.连杆 12.单向顺序阀 13.溢流阀【工作原理】 开始工作时，把要扩管径的钢管置于夹头之间，按下按钮使1ya通电，则电磁换向阀4的左位接入回路，当单向顺序阀5的调定压力大于液压缸10的最大前进工作压力时，压力油先经过单向减压阀12，再进入液压缸11的下腔，实现夹紧工件动作；当钢管夹紧后，压力上升，压力油打开单向顺序阀5进入液压缸6的左腔，实现挤压扩管动作；按下另一按钮2ya通电则电磁换向阀右位接入回路，也因另一单向顺序阀的调定压力大于液压缸6的最大返回工作压力时，液压6实现拔出返回动作；当液压缸活塞返回至终点后，压力上升，压力油打开顺序阀进入液压缸10的上腔，实现松开动作，取出被扩展的钢管，这样就实现了一个工作循环。2.3 确定液压缸的主要尺寸2.3.1 计算液压缸压力 考虑到工作的性质及结构的紧凑性，工作压力初定为13mpa 2.3.2 计算液压缸的内径d和活塞杆直径 图2.2：单活塞杆液压缸计算示意图 计算简图如下: 计算公式如下: （2.3） 式中：-液压缸的机械效率，一般=0.90-0.97，这里取=0.97 -系统工作压力，13mpa -回油背压，0.3mpa 【参考文献1中表2-2】 -活塞杆直径与液压缸内径之比，这里取=0.7 【参考文献1中表2-3】 计算得：d=49.03mm d=34.321mm 圆整得：d=50mm d=36mm 确定夹紧液压缸的活塞及活塞杆直径 夹紧缸的工作压力，回油背压力， 同理计算得：d=51.78mm d=36.25mm 圆整得： d=50mm d=36mm按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度： （2.4）液压缸有杆腔的有效面积 可见上述不等式正确，所以液压缸满足最小稳定速度要求，式中是流量阀最小稳定流量，在此取流量阀最小稳定流量为0.5l/min，是活塞最低进给速度，是已知条件。2.3.3 计算液压缸各运动阶段的压力、流量和功率 3 确定液压泵的流量和压力以及泵的规格的选定3.1 泵的工作压力的确定 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为： （3.1）式中：液压泵的最大工作压力 液压缸的最高有效工作压力 管路系统的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5mpa，本题取0.5mpa 则: 上述计算所得到的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力应满足，中低压系统取小值，高压系统取大值。本题中。3.2 泵的流量的确定液压泵最大流量应为： （3.2）式中：同时动作各液缸所需流量之和的最大值，如果这时溢流阀正常进行尚须 加溢流阀的最小溢流量23l/min， 系统的泄漏系数，一般取，现取。则： 3.3 选择液压泵的规格 根据以上算得查阅文献3，可用t6型定量叶片泵，该泵的基本参数：排量容积效率为0.8，总效率为0.7（从文献3表1-2得）。3.4 与液压泵匹配电动机的选定 因该系统选用的是定量泵，驱动液压泵的电动机根据驱动功率和泵的转速来选择。在整个工作循环中，泵的压力和流量在较多时间内皆达到最大工作值时，则电动机功率为： （3.3）式中根据查阅文献5表16-1，y系列三相异步电动机的技术数据，选用同步转速1000r/min的型的电动机，其额定功率为11kw，额定转速为。3.5 选择控制元件及辅助元件 表3-1：液压元件型号 名称 选用型号 单向顺序阀 单向减压阀 溢流阀 电磁换向阀 液压泵 过滤器 3.6 油管的计算与选择首先根据流速进行计算有：取主油路流量的差动时流量q=40l/min，再根据文献章节4.4 管件中介绍，本系统设计又是压力机，可取压力油管2.55m/s，现取较大的值5m/s，则可算出管道内径为： （3.4）若系统主油路流量按快退时取q=20l/min，则可算出d=9.2mm又因为选用的元件接口大部分通径为10mm，所以综合诸因素，现取油管的内径为10mm。4 液压系统的验算4.1 回路压力损失验算主要验算液压缸在各运动阶段中的压力损失。若验算后与原估算值相差较大，就要进行修改。压力算出后，可以确定液压泵各运动阶段的输出压力机某些元件调整压力的参考值。 具体计算可将液压系统按工作阶段进行，例如快进，工进，快退等，按这些阶段，将管路划分成各条油流进液压缸，而后液压油从液压缸流回油箱的路线的管路，则每条管路的压力损失可由下式计算： （4.1）式中：某工作阶段总的压力损失。 液压油沿等径直管进入液压缸沿程压力损失值之和。 液压油沿等径直管从液压缸流回油箱的沿程压力损失值之和。 液压油进入液压缸所经过液压阀以外的各局部的压力损失值之总和。（例如液压油流进弯头，变径等） 液压油从液压缸流回油箱所经过的除液压阀之外的各个局部压力损失之总和。 液压油进入液压缸时所经过各阀类元件的局部压力损失总和。 液压油从液压缸流回油箱所经过各阀类元件局部压力损失总和。 液压油进入液压缸时液压缸的面积。 液压油流回油箱时液压缸的面积。 和的计算方法是先用雷诺数判别流态，然后用相应的压力损失公式来计算，计算时必须事先知道管长l及管内径d，由于管长要在液压配管设计好后才能确定。所以下面只能假设一个数值进行计算。 和是指管路弯管、变径接头等，局部压力损失可按下式： （4.2） 式中： 局部阻力系数（可由有关液压传动设计手册查得） 液压油的密度 液压油的平均速度此项计算也要在配管装置设计好后才能进行。 及是各阀的局部压力损失，可按下列公式： （4.3） 式中： 液压阀产品样本上列出的额定流量时局部压力损失。 q 通过液压阀的实际流量。 通过液压阀的额定流量。另外若用差动连接快进时，管路总的压力损失应按下式计算： （4.4）式中：ab段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失。 bc段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失。 bd段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失。 大腔液压缸面积。 小腔液压缸面积。 现已知该液压系统的进、回油管长度均为2m，油管内径为，局部压力损按进行估算，选用l-hl32液压油，其油温为时的运动粘度油的密度。按上述计算方法，得出各工作阶段压力损失数值。1.工进时进油管道压力损失 已知则：管道流动雷诺数为：=，可以判断油液流动为层流。沿层阻力系数为：进油管道ad的沿程压力损失为：查得换向阀4we10e30/ofag24的压力损失为：查得单向阀af3-eb10b的压力损失为：忽略油液通过管接头、油路板等处的局部损失，则总压力损失为： 2.工进时回油路的压力损失由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸有杆腔的工作面积是无杆腔的二分之一，则回油管道的流量也为进油管的二分之一，所以 管道流动雷诺数为：=沿层阻力系数为：回油管道ef的沿程压力损失为：查得顺序阀ht-03c1的压力损失为：因此，总压力损失为：泵出口处的压力为:3.快退时进油管道的压力损失 已知，则：管道流动雷诺数为：=沿层阻力系数沿程压力损失为：同样回油管道的压力损失为：管道流动雷诺数为：=沿层阻力系数沿程压力损失为：另外，顺序阀的压力损失为：，则泵的出口压力为：液压泵在各阶段的输出压力，是双作用定量叶片泵和顺序阀调压时的参考数据，在调压时应当符合下面要求： 式中：限定压力 快进时泵的压力 顺序阀调定压力 工进时泵的压力 从上述验算表明，无须修改原设计。4.2 液压回路的效率 在各工作阶段中，工进所占的时间较长。所以液压回路的效率按工进时为计算。 （4.5）4.3 液压系统的温升验算 在整个工作循环中，由于工进阶段所占时间最长，为简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进速度大时发热量较大，所以此时的温升如下：工进时最大的速度为：，流量而泵的总效率为65%，泵的出口压力为：那么，输入功率和输出功率为： 此时的功率损失为：.假定系统的散热状况一般，取，油箱的散热面积a为：则系统的温升为：通常机床取，所以系统温升合格。总 结 历时近两个月的毕业设计在紧张有序中即将结束，回忆这个过程这段经历，感觉收益颇多。作为一名即将走向社会的毕业生，这次毕业设计的经历将会给我以后的工作留下宝贵的实践经验。当然，在设计过程中我也曾遇到过一些困难和不懂的地方，可是经过缪老师的悉心指点和自己认真查阅相关资料使得这些问题都能得到很好的解决。这次毕业设计的经历也使我明白了遇到问题并不可怕，只要你认真的对待它，仔细的思考，最终问题是可以得到很好的解决的。 通过这次毕业设计，不但使我对以前所学的知识有了更深刻的了解和掌握，也使我的绘图能力得到了提升。另外一方面，我也