毕业论文---液压折弯机PLC控制系统的设计.doc

第54页 1绪论1.1选题背景及目的近几十年来，由于电子技术以及计算机应用技术的日益普及化，使得板材折弯自动控制技术得到较快发展。出现了一大批高精度微机控制的液压板料折弯系统，其中plc控制系统是一种非常典型的系统。传统的液压折弯机折弯时主要靠人为手动操作，这就使得在折弯板料时主要靠工人的经验去把握折弯机滑块的快进、工进的行程，难以准确控制折弯精度，导致误差较大，折弯工件不够精度而不符合产品要求，并且折弯机本身也要求对折弯金属板料具有较高的劳动生产率和一定的精度，这样，传统的人为操作势必不能达到较高的劳动生产率的要求，也难以长久得保持一定的折弯精度，而且人为操作经常易出现操作失误，导致浪费折弯材料，从而加重了生产成本。在这种情况下势必要改变传统靠人工操作的方式，鉴于plc控制技术的日趋成熟，设计一种由plc控制的液压板料折弯系统有着非常现实的意义。这种由plc控制的系统改变了传统的人为操作的不足，不仅提高了精度，节约了材料，省却了很多人为的失误，而且大幅度的提高了生产率，是对传统的折弯机控制系统的重大改进，有着非常现实得意义。选择该题目的目的和意义：经过在四川德阳东方汽轮机厂深入的实习，进行对液压折弯机plc控制系统的设计，实习及设计的整个过程巩固了基本理论和专业知识；培养了生产实际分析、解决实际问题的能力和初步的研究思想及创新能力。同时，提高了设计能力及查阅资料能力，这些能力的提高有助于快速的适应以后的工作。通过这次的毕业设计，认识到动手能力级理论联系实际的重要性。1.2国内外研究现状1.2.1折弯机的发展状况目前，国内外折弯机发展速度较快，折弯机的更新换代速度也较快，折弯机的应用也很广泛，在飞机、造船、汽车、电器业等上面都有应用。就我国生产折弯机的情况来说，已形成各种式样的折弯机的生产类型数种，生产折弯机的厂家也有数百十家，像折弯机的专业生产厂商有：南通江海机床有限公司，无锡市威华机械有限公司，南通双利剪床有限公司，江南机械制造有限公司等，他们在折弯机的生产规模及折弯机的制造技术上都在国内处于领先，包括专业生产折弯机模具的厂家也有数家，比方说马鞍山新兴机械刃模厂，上海苏力机械刀具有限公司等都是多年从事折弯机磨具的生产厂商。目前国内对折弯机的需求量也很大。但国内折弯机的发展水平仍落后于国外。折弯机的类型也多种多样，有液压折弯机、数控折弯机、招标折弯机、冷凝器折弯机、手动折弯机、母线折弯机，剪板折弯机等数十种，用途非常广，配备各种不同的模具就能将金属板料折弯成各种不同形状的工件，当配备相应的装备时，还可作从孔之用。其中液压折弯机又有很多系列型号，常见的有：wc67y 液压板料折弯机、wc67k 液压板料数控折弯机、2-wc67y系列双机联动液压折弯机、2we67k 双机联动数控折弯机、hpb系列液压折弯机等。简单的以数控折弯机发展为例：80年代，折弯机数控技术应用有了很大的发展，我国从国外进口的折弯机，几乎全部配有先进的数控系统。目前，国内折弯机数控系统基本上是引进的，每年要花大量外汇，因外文显示，操作不便，且不易维修。特别是进口数控系统价格昂贵，用户难 接受。据此，我们用了近四年的时间，研制成功了具有汉字提示、图形cadcam 功能、组配灵活的主从分布式多微机折弯机数控系统折弯机对数控系统的要求，有别于一般的切削加工机床。首先，在折弯过程中工件的几何形状随时改变，若用一般的代码形式描述，将给用户造成一定的困难。例如，展开长度、滑块下行量、挡料位置等需要计算，而这些参数与折弯工艺紧密结合。折制一个工件，用户准备这些数据要化费很多时间 其次，折弯机的控制轴数随折弯工件的复杂程度及自动化程度而变，可以从2轴到8轴变化，据报道国外已有22轴的数控折弯机。但各轴之间并无严格的联动及速度要求，精度除滑块外要求也不高。目前，国内只是针对某特定的折弯机开发数控系统，其开发周期长、费用高。困此，开发一种通用的、模块化的、轴数可随意组合的折弯机数控系统是具有现实意义和经济意义的。1.2.2plc的发展历程1968年美国gm(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数宇公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了gm公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代plc产品。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作：另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制；以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的一离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以plc发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。可编程序控制器因早期主要应用于开关量的逻辑控制，因此也称plc。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。在可编程序控制器问世后就改变了传统的由继电器构成的控制系统存在的明显缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高等。plc的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了他们的发展。plc从简单的逻辑运算功能，发展到数据传送、数据比较、数据运算，直到通信功能，功能的不断发展使plc能适应各种工业生产过程控制的要求，从而在工业生产过程控制领域中成为主流产品之一。plc的发展适应工业生产过程控制的要求，适应工业环境的要求。plc能如此迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。其主要特点有：编程方法简单易学；功能强，性能价格比高；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；可靠性高，抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量小，维修方便；体积小，能耗低。在plc的发展初期，由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近几年来，plc的应用面越来越广，使得plc的成本下降，plc的功能大大增强。再短短的二、三十年中，plc得到了如此飞速的发展，并在各行各业得到了广泛的应用，这些事实说明，plc具有强大的生命力。plc将在工业控制领域发挥越来越大的作用，并将成为工业控制领域的主要控制设备。1.2.3plc在折弯机中的应用如今,各国都在研究怎样将plc控制技术应用于折弯机控制系统中,怎样实现折弯机操作的自动化,以便提高折弯机的生产效率等。液压机是常用的锻压机械，生产实际应用已很普遍，机械系统已成为固定模式，要发展变化也仅仅是在控制系统应用方面的改进，随着可编程序控制器在继电器控制和计算机控制的基础上开发，近年来可编程序控制器逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。可编程序控制器强大的抗干扰能力、高质量的可靠性，简单的编程语言以及发达国家使用plc的广泛普及，都使plc生产量大幅度增加。我国可编程序控制器应用也在快速发展，在液压控制系统上的应用有普及的趋势。从国外来看，折弯机的生产较我国生产有相对灵活的机械性能、优秀的耐磨材料和零件设计，有效的折弯效率及先进的折弯控制系统和优化合理的设计。如今技术上的差异使得我们不得不加快研究步伐，争取与国外齐头并进。1.3折弯机的用途及液压传动理论1.3.1折弯机的用途折弯机主要用于加工金属板材，只要配备各种不同的模具就能将金属板料折弯成用户所需形状，当配备相应的装备时，还可作从孔之用。折弯机可供飞机、造船、汽车、电器等工厂使用，生产效率较高。当前国内外折弯机滑块的主流传动方式液压传动，液压传动折弯机的特点：传动力大，在大规格机器上应用，其性价比相对较高。机床的基本技术参数公称力，工作台长度，工作台高度滑块行程，工作台与滑块间最大开启高度，滑块行程速度，空载，工作等。折弯机的性能及特点：液压折弯机，由板料折弯力表或折弯力计算公式得出折弯力，由于采用液压传动，因此在工作时不致因板料厚度变化，或下膜v形槽选择不当而引起严重的超载事故。因此工作平稳，激起噪音小，操作方便，特别是在整个工作行程中均有同等的额定压力。1.3.2液压传动理论液压折弯机采用液压传动的方式，液压传动是以流体为介质，来实现能量的转换、传递及控制。液压传动是利用各种液压元件组成具有不同控制功能的基本回路，再由若干基本回路组成传动系统来进行能量转换、传递和控制。以液体为工作介质的液压传动具有无级调速和传动平稳的优点，故在磨、拉、插、刨、铣等机床上得到广泛应用；因其布置方便并易实现自动化，在组合机床上应用较广；由于执行的输出力（或转矩）较大、操纵方便、布置灵活，液压元件和电器易实现自动化和遥控，在冶金机械、矿山机械、钻探机械、起重运输机械、建筑机械、塑料机械、农业机械、液压机、铸造机以及飞机和军舰上的许多控制机构都普遍采用液压传动。一部完整的液压机一般主要由三部分组成，即原动机、传动机构和工作机。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分。由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力（转矩）和工作速度（转速）变化范围较宽的要求，以及其它操作性能的要求，在原动机和工作机之间设置了传动机构。传动机构通常分为机械传动、电器传动和流体传动机构。流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液体传动和气体传动。液体传动是以液体为工作介质的流体传动。它包括液力传动和液压传动。夜力传动是主要利用液体动能的液体传动。液压传动是主要利用液体压力能的液体传动。1.3.2.1液压传动的优点（1）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活的来布置；（2）重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；（3）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速；（4）可自动实现过载保护；（5）一般采用矿物有位工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；（6） 很容易实现直线运动；1.3.2.2液压传动的主要缺点：（1）由于流体流动的阻力损失和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。（2）工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。（3）液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。（4）由于液体介质的泄漏及可压缩性影响，不能得到严格的定比传动。1.4 液压板料折弯机的结构及工作原理1.4.1液压板料折弯机的结构下图1是折弯机的结构图： 图折弯机整体结构图以下列举一组折弯机膜具图，如图12： 图 12折弯机模具图根据用户采用的不同的膜具，可将金属板料折弯成不同形状的工件。当配备相应的装备时，还可作冲孔之用。 1.4.2液压板料折弯机的工作原理液压折弯机是采用液压传动的方式控制的液压机。这次设计的液压折弯机主要由机械主机、液压系统和plc电气控制3部分组成。液压机有两种工作状态，即自动循环和手动状态。设计的液压折弯机plc控制系统使其能够完成空运转（滑块上限），快进（滑块快速下行）工进（滑块慢速下行）快退（滑块快速上行）的动作。如下工况图所示其动作：图 1工况图1.5现代plc控制技术及其发展在工业控制过程中，继电接触器控制系统因其没有运算、处理、通讯等功能，而不能完成复杂的控制方式，2o世纪6o年代plc控制系统应运而生，它综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技，是当今工业自动控制的标准设备之一；70年代以后，又相继出现了集散控制系统dcs、现场总线控制系统fcs，现在以及今后很长一段时间内三种控制方式并存，在这一背景下该文分析plc控制的现状及发展前景。1.5.1plc控制系统的特点与功能可编程序控制器(programmable logic controller简称plc)是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体，成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备，具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便等诸多优点。随着技术的进步，其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制，成为自动化领域的三大技术支柱(plc、机器人、cadcam)之一。其主要应用的技术领域有：顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术等。plc的主要功能：在线数据采集和输出；控制功能（包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等；数据处理功能）；既能进行基本数学、逻辑运算，还可通过编程实现复杂的控制算法；输人输出信号调制功能；通信、联网功能；可进行1：n的远程控制、多台plc间联网通信、外部器件与plc的信号处理单元之间实现程序和数据交换等；支持人机界面功能；编程、调试等。1.5.2plc的分类及其应用现状自60年代中期以来plc产品在电力、冶金、化工等行业发挥了重大作用，尤其近2o年来计算机和信息技术的飞速发展，不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格，使plc、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足进步，也使plc的广泛应用成为可能。（1）根据plc的io点数分类及其应用领域大型：不少于1024个io点，这一类plc主要用于冶金自动化生产线和电厂。所有的大型plc都是由系统集成商来完成的，这一类系统的附加值比较高。目前有超过8，000个点的巨型plc系统在电厂运用。由于钢铁行业的大幅增长，大型plc在2003年增幅最大。中型：2561，023点，这一类plc主要也是用作控制系统，运用于冶金、电力、造纸、化工、加工组装生产流水线、包装流水线等领域。这一类的系统主要也是由系统集成商来完成，也有个别用户由自己来完成。小型：64255点，主要用于设备控制，也有用作小型系统控制器的。微型：少于64点，这一类plc主要用于单台设备的监控，在纺织机械，数控机床，塑料加工机械，小型包装机械上运用广泛。（2）plc的冶金行业的市场将持续增加2003年中国的工业出现了快速增长，工业产值同比增长在12以上，而且中国的最大钢铁出口对象美国在2003年下半年取消了钢铁附加税，中国钢材对其出口也将迅速回升。这些利好因素刺激了中国冶金行业的投资，据调查，中国冶金行业对设备的投资同比增长接近50。冶金设备的大量增长带动了plc在该行业的增长，2003年plc在冶金行业的市场达到26亿元，2004年有望达到3亿元。（3）plc在纺织行业的应用分析在中国，plc在纺织机械上的运用已经有l7年的历史了，从最早的进口合成纤维生产设备到目前的中小型纺机，plc无处不在。占各类纺织机械 60以上的织机平均每一台带有一个小型的plc，主要用于检测，报警，速度控制和机器起停控制。纺机的比例不到5 ，却用到更多的plc，单台纺纱机最多用到17台plc，主要是60点以下的微型产品。梳棉机也用微d,型plc控制。其他各类纺织机械基本上采用plc控制，只有一些相对简单的设备采用单片机或者其他控制方式。而且其辅助设备也主要由plc控制，如循环水系统，空调系统，蒸气系统，废水处理系统，包装线等。1.5.3 plc控制系统的发展前景现在，虽然出现了性能更加优越的dcs和fcs控制系统，plc控制也终将会被先进的fcs控制所取代，但是，在今后相当长的一段时间内，plc还会与dcs和fcs共存、基于以下原因：（1）现在企业的确正在朝着自动化、信息化、开放化的方向发展，但这是否就意味着要将现有控制系统推到重来呢?答案是否定的。企业投入大量的人力和财力建立起来的plc控制系统已经成型，如果要完全推翻再建立新的dcs或fcs控制系统，需要更大的资金投入，将造成很大的浪费。（2）基于以上市场需求，许多软件厂商(例如：华富惠通软件公司)正在考虑如何利用企业已经成型的控制系统及新建的厂级网络，开发控制系统软件，帮助企业实现工厂自动化、信息化，为企业提供控制系统与管理网络的集成。（3）目前，plc的功能增强、结构优化，io模块趋向分散化、智能化，编辑工具和编程语言更具标准化和高级化。（4）plc的联网通信能力增强，向高速度、多层次、大信息量、高可靠性及开放式的通信发展。（5）现在的plc系统与dcs技术、现场总线io技术相结合，结构开放，扩展方便、技术先进、价格低廉。每种plc都有自己的工作环境要求，在选型时应考虑这一点。在设计、安装时，满足plc的工作环境是最基本的要求，有条件的情况下应尽可能改善现场环境条件，以求延长其使用寿命、提高系统的可靠性。此外还应注意plc的通讯电缆和输入输出信号电缆应远离高压电缆，通讯电缆一般要求穿管。由以上分析可以预见，未来plc将朝着多功能化、集成化、智能化、标准化、开放化的方向发展，故plc虽然面临其它自动化控制系统的挑战，但同时也在吸收它们的优点，互相融合，不断创新，在今后一段时间内将与其它先进控制方式并存，共同发展。1.5.4结束语plc已经走过了近40年的里程，plc以其结构紧凑、可靠性高、功能强、速度快、价格低等优点，迅速获得广泛应用，已经成为工业控制系统的主流。据美国专家调查，2000年plc占控制市场份额超过了50 。目前plc与dcs相结合的控制系统发展很快，plc与dcs相互渗透、相互融合、相互竞争，已成为当前工业控制系统的发展趋势。 液压系统原理的拟定.1系统要求液压板料折弯机plc控制系统设计，最大工作压力：22mpa；要求快速上行速度为44mm/s,快速下行40mm/s，慢速下行8mm/s,快速向下行程为260mm,慢速下行工作行程100mm。往复加减速时间为0.2s。.2液压原理图的设计通过上述毕业设计任务书的要求，并且通过翻阅资料查找可绘制折弯机系统原理图21，如下：图1折弯机系统原理图上述折弯机的原理图清楚的表达了折弯机的工作原理，再根据上述折弯机原理图可以拟定出系统工况及设计出折弯机系统工况图：快进工进快退。下图是绘制的折弯机的工况原理图22。图22折弯机工况原理图通过以上的设计可草拟液压系统原理图，如下所示，共有三种设计方案。方案一：图23液压系统原理图本液压系统可以通过采用流量为25lmin的定量柱塞泵，可实现空程快速下行、滑块慢速接近和加压、保压、卸压、回程和任意停止等动作，具有点动、单次行程和连续行程等工作方式。本系统在长期生产应用中易产生：滑块下压时压紧力不稳，造成各折弯件变形存大较大差异；滑块返程时的速度极其缓慢，远没有达到系统设定的速度等问题，不利于长期应用。因而本次设计也就不采用此方案。方案二：图24液压系统原理图本液压系统控制可实现左、右折弯的平稳性，采用了出口节流调速回路。液压系统采用双联泵供油，以实现左、右折弯液压回路压力和速度的独自调整，互不干涉。为了减小功率损耗，液压系统采用了电磁溢流阀卸载回路。研制的出的折弯机主机结构新颖，工作可靠、效率高。可将不同直径的棒料折成不同形状的产品，并能实现一次三弯折弯成型。但由于该系统的左右端都具备控制折弯的功能，就导致折弯机成本相对的增高，对生产实际不具备普遍性，适用于专用的场合。而且本液压系统相对复杂，要设计出相应的plc控制系统难度就大，从经济上和实用上考虑并且鉴于本次设计时间相对短暂及本人能力也相对有限，本次设计亦不采用此液压系统进行设计方案三：图5液压系统原理图3本液压系统结构清晰，并且可以很好的实现快进工进快退的动作控制，按照设计要求，希望系统结构简单，工作可靠，在这一方面对于方案二的液压系统的有一定的改善。它取消了左右都具备折弯的功能，可以降低生产的成本，因而具有一定的通用性，并且根据此液压系统设计出的plc控制系统可靠性高，性能稳定，操作方便。综合以上三种方案，我这次设计采用方案三进行进一步的设计计算。对于上述方案三，以及工况原理图相结合，我可以设计出液压系统工作期间各个电磁铁的动作表，如下表21所示：表21折弯机电磁铁动作表工况1dt2dt3dt4dt5dt6dt空运转+快进工进快退点动3液压折弯机plc控制系统主要参数的确定3.1基本结构参数原始尺寸：液压板料折弯机系统,最大工作压力：22mpa,工件材料为金属。要求执行元件快速上行速度为44mm/s，快速下行速度为40mm/s，慢速下行工作速度为8mm/s，快速向下行程为260mm，慢速向下工作行程100mm。往复加减速时间0.2s。公称压力为630千牛。3.2主要工作参数的计算3.2.1计算液压缸的参数3.2.1.1工作台液压缸外负载的确定工作负载可用下式公式计算： （3）（32）式中，液压缸轴线方向上的作用力（n）；液压缸轴线方向上的重力（n）；运动部件的摩擦力（n）；运动部件的惯性力（n）；液压缸的工作负载力（n）；由已知条件，其中公称负载力为630千牛，则有效负载力惯性力（n）摩擦力由液压缸的密封阻力与滑台运动时的摩擦力组成。当密封阻力按%5有效作用力估算时，总的摩擦阻力（n）故总负载力 （n）（1）确定系统的工作压力由已知条件，知道系统的最大工作压力为（2）确定液压缸的几何参数因为采用无干腔工作，所以由下式公式计算： （33）式中，液压缸内径（m）；液压缸工作负载（n）；液压缸机械效率，一般取；液压缸工作压力（pa）；液压缸回油腔压力，即背压力（pa）。3.2.1.2活塞杆直径的确定（1）按速比要求确定活塞杆直径（34）式中，液压缸内径（m）；活塞直径（m）；液压缸往返工作速度之比。速比的确定：当往返速度都有一定要求时，速比应按速度的比值来确定，即。一般，液压缸速度在610 m/min左右时，速比和工作压力有如表31所示的关系，可按表31选定速比值。表31速比与工作压力的关系压力（mpa）12.52020速比1.331.46,22确定的速比值要符合jb106867的系列数值。该系列规定的速比为：2，1.46，1.33，1.25，1.15。（2）按工作压力确定活塞杆直径对于有常用速比的液压缸，可根据缸的不同工作压力和已知的缸体内经d值，选定杆径d(表32)。表32按工作压力确定活塞杆直径缸的工作压力(mpa)577活塞直径d（0.50.56）d(0.620.7)0.7d按表31，由最大工作压力（mpa）,所以取速比，则由公式（34）计算：（34）或由表32亦可知。一般取背压，,取3.14，带入公33式得：因而根据上述计算求出了缸体内经d值，由公式（34）可以得出杆径：按表33，34取液压缸系列化的标准尺寸。表33 液压缸内径系列（jb2183-77） (mm)1620253240505563708090100110125140160180200220250320400500630当活塞杆直径求出之后，要按jb2183-77标准系列尺寸圆整。以下是活塞杆的标准直径系列，如表34所示：表34 活塞杆直径系列（jb2183-77） (mm)410121416182022252832354045505563708090100110125140160180200220250280320360400450500所以液压缸系列化的标准尺寸为：，。当速比选定时，活塞杆与液压缸内径有表35所示的关系，可以选用。表35 活塞杆直径液缸体内径的关系缸体内径d(mm)活塞杆直径 d(mm)速比21.461.331.251.154028222018145035282522186345353228228055454035289060504540321007055504535110806055504012590706055451401008070605015010585756555160110908070551801251009080632001401101009070 由上表亦可选出，。（3）液压缸的推力计算当液压缸的基本参数确定之后，即可用下式计算出实际工作推力。(n)（35）式中,a活塞有效工作面积（）；液压缸工作压力（）。其中，,。由公式（35）得：。（4）液压缸的流量计算当液压缸基本尺寸确定之后，即可用下式来计算其所需要的工作流量：（36）式中，液压缸或活塞杆工作速度；液压缸有效工作面积。其中，。由公式（36）得：（5）活塞杆直径的验算：按强度条件验算活塞杆的直径取活塞杆长度，按下式验算：（37）式中，活塞杆推力（n）；活塞杆长度（m）；活塞杆材料的许用应力；材料屈服极限；安全系数，选取活塞杆材料为45号优质碳素结构钢，其取，则计算活塞杆许用应力得：则把前面计算的代入活塞杆直径的验算公式（37），得：由前面算得的经以上验算可知活塞杆直径符合要求。（6）液压缸壁厚的确定液压缸壁厚的计算：对于高、中压系统的液压缸，其壁厚应按厚壁液压缸()计算,即： （38）式中，缸壁厚度（m）；实验应力（pa）；当额定压力时，；当额定压力时，；液压缸内径（m）；缸体材料的许用应力；材料的抗拉强度；安全系数，一般可取。额定压力取将，的值及液压缸直径代入公式（38）可得： 则取壁厚为。（7）液压缸外径的计算液压缸外径的计算用下式公式： （39）式中，液压缸外经；液压缸内径；液压缸壁厚。代入内径及壁厚值，由公式（39）可得：（mm）液压缸的外径按标准jb1068系列或无缝钢管的尺寸选取，参看表36：表36工程机械用标准液压缸外径（jb106867）液压缸内径90100110125液压缸外径20号钢工作压力(mpa)10812113314645号钢1081211331462510812113315231.5114127140152液压缸内径140160180200液压缸外径20号钢工作压力(mpa)16819421925045号钢1681942192502516819421925031.5亦可得液压缸外径为250mm。（8）液压缸的进出口尺寸的确定液压缸的进出口尺寸，是根据油管内的平均流速来确定的。要求压力管路内的最大平均流速控制在45m/s以内，过大会造成压力损失剧增，并会引起气蚀、噪音、振动等，因此油口不易过小。但是，也要注意到结构上的可能。一般按表37选取或按38选取。表37液压缸进出口尺寸 液压缸内径 (mm)进出口尺寸 锥螺纹接头法兰接头(mm)31.54010456315711122012516025170190 32200224 4025050 表3工程机械液压缸基本参数项 目缸筒外径(mm)活塞杆直径(mm)进出口连接20号钢45号钢速比 公称直径压 力12516020025032021.461.331.25缸筒内径(mm)4050505050542822201810506060606063.53528252210637676768383453532281580959595102102554540351590108108108108114605045401510012112112112112770555045201101331331331331408060555020125146146146152152907060552014016816816816816810080706025150180180180180180105857585251601941941941941941109080702518021921921921921912510090803220024524524524524514011010090323.2.2确定液压泵规格和电动机功率及型号3.2.2.1确定液压泵规格：（1）确定理论流量：液压缸最大流量由公式（36）得：m/s=42.3 l/min（2）确定液压泵流量液压缸的最大流量是系统的最大理论供油量。考虑到泄露流量和溢流阀的溢流流量，可取液压泵流量为系统最大理论流量的1.11.3倍。现取1.2倍值计算，则用下述公式计算液压泵流量。（310）式中，液压泵流量（m/s）由（1）计算出的带入（310）式得：由上式的计算值，查找机械设计手册液压传动，选择型号为63mcy14-1b的轴向柱塞泵，其性能参数为下表所示： 表39 液压泵技术性能型号排量ml/r额定压力mpa额定转速 r/min驱动功率 kw容积效率 %重量 kg63mcy14-1b6332150059.256则由上表可计算出泵的理论流量，计算公式如下所示：（311）式中，泵的理论流量；泵的角速度；泵的排量。把，带入公式（311）得： 则泵的理论流量为94.5l/min。3.2.2.2确定电动机功率及型号：电动机功率用下式公式计算： （312）式中，电动机功率；最大工作液压负载；泵额定流量。其中，=22（mpa），则带入公式（312）得：所以取主电动机的型号为,其额定功率为，转速1500r/min。3.2.3确定各类控制阀系统最大工作压力为22mpa,油泵额定最高压力为32mpa，所以可以选取额定压力大于或等于32mpa的各种元件，其流量按实际情况选取。本液压系统可以选取控制阀型号为以下系列：节流阀的型号为：；电磁换向阀的型号为：34ec-h10b-t，34ep-h10b-t；液控操纵单向阀型号为：；电磁溢流阀的型号为：；压力表开关：；压力表：y-100；网式虑油器： ；3.2.3.1通径的选择阀类一经选定，管道的通径基本上已经确定，这是标准化设计的一大方便。只有在有特殊需要时才按管内平均流速的要求计算管道通径。按标准： 25l/min 流量处，选用通径的管道。10l/min 流量处，选用通径的管道。3.2.3.2壁厚计算壁厚按强度公式计算有： （313）式中，壁厚；材料的许用应力。 其中（314）式中，材料的强度极限；材料的安全系数；因为本液压系统属于高压系统，所以安装管道采用的材料为45号优质碳素结构钢。通过查材料力学书，查得45号钢的，；则45号钢：又由前面知道则将以上数据代入公式（313）计算得： 所以可以取、壁厚1mm和、壁厚0.8mm的45号钢管。考虑到扩口处管子的强度，壁厚可以略有增加，一般按常用45号钢管的规格选取即可。3.2.4油箱的设计金属切削机床的液压泵装置，主要有两种结构形式：集中式与分散式。集中式液压装置是在机床之外另设单独的液压站，油箱的结构尺寸不受床身结构尺寸的限制，安装、维修都很方便，并且，油源的振动及发热对机床几乎没有影响，但它增大了机床的占地面积。分散式液压装置，是利用床身的一个或几个空腔作为油箱，它的主要优点是结构紧凑，泄露油易回收，但是油源的振动、发热对机床的工作精度都将产生不利影响。液压站由油箱、液压泵装置和液压连接装置三部分组成。目前，国内机床用液压站，有yz系列、ygf系列及ygc系列等，这部分内容可参阅液压零件设计手册液压传动和气压传动（以下简称零件手册）。目前国内组合机床所用液压站，可参阅大连组合机床研究所的产品系列。在开始传动的油路系统中，油箱是必不可少的。它的作用是：储存油液，净化油液，使油液的温度保存在一定范围内，以及减少吸油区油液中气泡的含量。因此，进行油箱设计时要考虑油箱的容积、油液在油箱中的冷却和加热、油箱内的装置和防噪音等问题。3.2.4.1油箱有效容积的确定：从油箱的散热、沉淀杂质、分离气泡等职能来看，油箱容积越大越好。但容积太大，会导致体积大，重量大，操作不便，特别是在行走机械中矛盾更为突出。对于固定设备的油箱，一般建议其有效容积v为液压泵每分钟流量的三倍以上。通常根据系统的工作压力来概略的确定油箱的有效容积v：压力超过中压，连续工作时，油箱有效容积v应按发热量计算确定。在自然冷却情况下，对长、宽、高之比为1：（12）：（13）的油箱，油面高度为油箱高度的80%时，其最小有效容积可近似按下式确定：（315）（w）（316）式中，油液温升值；系统允许的最高温度；环境温度；系统单位时间的总发热量；液压泵的输入功率。设计时，应使 ，则油箱的散热面积的近似值为（）（317）则油箱的总容积为（）（318）对于本液压系统，油箱的有效容积可以用以下经验公式确定： （319）式中，系数；油箱的有效容积；油泵额定流量。低压系统，；中压系统，；高压系统，。取，由于（l/min）,代入公式（319）得：3.2.4.2油箱的冷却和加热现代机械设备的液压系统，要求结构紧凑，占地面积小，但这又常常使得散热面积不能满足发热验算的要求；另一方面，气候寒冷时又应考虑防止油温过低的面积，因此，必须重视油液的冷却和加热问题。（1）油液的冷却器有风冷式和水冷式两大类。风冷式冷却器不需要水源或循环水源装置，但它的传热系数较小，常见的如汽车散热器。水冷式冷却器又分为蛇形管式（俗称冷却水管），板式，多管式等三种形式，其中第一种结构简单，体积小，应用最为普遍，但冷却效果差。当冷却水管用铜管时，传热系数为110175w/mc，板式冷却器的效果最好，传热系数为465w/mc，多管冷却器的传热系数为116w/mc。（2）油液的加热。为了保证油路系统中油液的温度不低于15，在气温低的季节，启动油泵前往往需要将油液加热，一般在油箱中内安放电加热器。电加热器一般呈水平状态安装于油箱侧壁上，并且使发热部分全部分浸在油里。3.2.4.3油箱的结构设计进行油箱结构设计时，首先要考虑的是油箱的刚度，其次是要考虑便于换油和清洗油箱以及安装和拆卸油泵装置，当然，油箱的结构应尽量简单，以便于密封和降低造价。（1）油箱体。油箱体一般由a3钢板焊接而成，取其钢板厚度为36mm，箱体大者取大值。油箱分为固定式和移动式两种，前者应用较多，油箱侧壁上安装油位指示器，电加热器和冷却器，油箱底面与基础面的距离为150200mm，油箱下部焊接底脚，其厚度为油箱侧壁厚度的23倍。中小型油箱体侧壁为整块钢板，大型油箱在与隔板垂直的一个侧壁上常常开清洗孔，以便于清洗油箱。（2）油箱底部。油箱底部一般为倾斜状，以便于排油，底部最底处有排油口，要注意排油口与基础面的距离一般不小于150mm。焊接结构油箱，箱底用a3钢板，其厚度等于或稍大于箱体侧壁钢板的厚度。（3） 油箱隔板。为了使吸油区和压油区分开，便于回油中杂质的沉淀，油箱中常设置隔板。隔板的安装方式主要有两种。回油区的油液按一定的方向流动，即有利于回油中的杂质，气泡的分离。又有利于散热。回油经隔板上方溢流到吸油区，更有利于杂质及气泡的分离。隔板的位置，一般使吸油区的容积为油箱容积的1/21/3，隔板的高度，约为最低油面的1/2。隔板的厚度等于或稍大于油箱侧壁的厚度。（4）油箱盖。油箱盖多用铸铁或钢板两种材料制造。在油箱盖上应考虑有下列通孔：吸油管孔，回油管孔，通大气孔（孔应有空气过滤器或气体过滤装置），测温孔，带有滤油网的注油口，以及安装液压集成装置的安装孔。目前使用的泵站系统，往往将液压泵，液压泵电动机及集成块装置安装在油箱盖上，这种油箱结构紧凑，但产生的噪音较大，当箱盖上安装油泵和电动机时，箱盖的厚度应是油箱侧壁厚度的34倍。3.2.4.4油箱的防噪音问题防噪音问题是现代化机械装备设计中必须考虑的问题之一。油路系统的噪音源，以及泵站为首，因此进行油箱设计时，应从下列几方面着手减轻噪音：（1）箱体及箱盖的材质，在条件允许的情况下，用铸铁代替钢板，以利于吸振；（2）箱体与箱盖间增加防振橡皮垫；（3）用地脚螺栓将油箱牢固地固定在基础上；（4）吸油区与回油区之间增加一层60100目的金属网，以便于分离回油液中的气泡；（5）油泵排油口用橡胶软管与阀类元件相连接；（6）回油管管接头振动噪音较大时，改变回油管直径或增加一条回油管，使每个回油管接头的通路减少。3.2.4.5其它注意事项（1）吸油管端部的滤油器与油箱底面的距离不小于20mm，在条件允许时，油箱盖的吸油管孔应比滤油器的直径稍大些，以便于对滤油器进行清洗与更换；（2）吸油管，回油管都应插入最低油面以下，管端一般斜切45度，并使斜面向着油箱侧壁，管口与箱底，箱壁的距离均不得小于管径8倍。泄油管一般不插入油中；（3）大型油箱的箱体与箱盖应有加强筋，以保证刚度；（4）油箱内部应涂耐油防锈漆；3.2.5液压泵装置的设计液压泵装置是指将电能转化为液压能所需要的设备，元件及其辅助元件，具体而言，主要是指电动机，联轴器，液压泵，吸油管，排油管以及吸油管口的滤油器。正确地设计尤其是正确地安装液压泵装置，是液压系统正常工作的重要保证，必须给予足够的重视。3.2.5.1液压泵的安装方法金属切削机床的液压站，多用定量或限压式变量叶片泵。变量叶片泵仅能卧式安装，而定量叶片泵，无论上是单泵还是双联泵，都可以有立式和卧式两种安装方法。卧式安装的液压泵，其位置又可分为上置式与非上置式两种。上置式是指液压泵装置安装在油箱上，立式安装在液压泵为上置式。各种安装方式的特点见下表表310 各种安装方式的比较 安装方法和比较项目上置立式上置卧式非上置卧式振动情况较大小占地面积小较大油箱清洗较麻烦容易液压泵工作条件泵浸在油中，工作条件好一般好对液压泵安装的要求泵与电动机同心泵与电动机同心考虑液压泵的自吸高度，吸油管与泵连接处密封要求严格泵与电动机同心，吸油管与泵连接处密封要求严格应用中，小型液压站中，小型液压站较大型液压站安装液压泵应注意的问题：（1）为了防止振动与保证液压泵的使用寿命，液压泵必须牢固地紧固在箱盖或基础上，注意经常检查连接螺钉是否松动。（2）调整好液压泵与电动机的联