剪板机液压系统设计说明书.doc

毕 业 论 文（设 计）论文（设计）题目：落料剪切装置液压剪的液压系统设计目 录摘 要1abstract2第1章 绪 论31.1冷弯成型31.2剪板机的简介31.3液压传动技术的发展概况3第2章 剪板机液压系统的工作原理及机构组成52.1 液压系统基本工作原理52.2 主要机构组成62.3 流量控制阀简介9第3章 液压传动系统的参数设计与工作原理123.1 液压剪板机参数设计123.2 主要参数设计153.3 液压缸的结构设计203.4 缸筒结构的设计23第4章 设计选取液压系统图254.1液压系统图254.2计算和选取液压元件26第5章 液压系统性能演算295.1系统压力损失计算295.2计算液压系统发热及温升31结 论34参 考 文 献35致 谢36清华大学本科毕业设计摘 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。为适合这种行势，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剪板机液压系统。液压技术已被世界各国列为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。这是机械类液压设计说明书，是根据液压设计手册上的设计程序及步骤编写的。本设计的主要内容包括：剪板机液压系统的设计课题及有关参数；液压缸工作压力和流量的确定；液压系统图的拟定；驱动电机及液压元件的选择；液压系统主要性能的验算。关键词 ： 剪板机；液压缸；液压泵；系统压力abstract hydraulic technology is the foundation of modern manufacturing, and its wider application, to a large extent replaced the ordinary forming, the global manufacturing sector has undergone fundamental changes. therefore, the hydraulic technology standards, possession and penetration, has become of a countrys comprehensive national strength and an important indicator of the level of modernization. this trip is suitable for potential, a lot needs to design some hydraulic system of work.the design for hydraulic machinery design specification is based on hydraulic design manual on the design of the procedures and steps to prepare. the main content of this book include: cutting plate machine hydraulic system design issues and related parameters; hydraulic cylinder pressure and flow of work to be confirmed; hydraulic system of the plan drawn up; drive motor and hydraulic components of choice; hydraulic system checking performance of the major design experience. key words: cutting plate machine; hydraulic cylinder; hydraulic pump; pressur 第1章 绪 论1.1 冷弯成型冷弯成型是通过顺序配置的多道次成型轧辊，把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲，以制成特定断面型材的塑性加工工艺。冷弯成型是一种节材、节能、高效的金属板料成型新工艺、新技术。利用这一工艺，不但可以生产出高质量的型钢产品，而且能够缩短产品开发的周期、提高生产效率，从而提高企业的市场竞争力。 1.2 剪板机的简介随着现代科学的发展剪板机工艺也发生了很大变化，已由传统的手工操作发展到今天的全自动机械化。剪板机是一种用于剪切金属板料的机床。大中型剪板机的主运动（剪刀上、下）多数采用液压传动，即采用液压缸带动剪刀（架）上下。为了防止板料翘起或移动，剪切时必须用压料脚将板材压紧。而为了减少送料时摩擦力，送料时采用拖料球支承板料。这些辅助动作用若干个小辅助缸完成。剪切时主缸的典型动作循环为：空程下行剪切缓冲快速回程。在下行过程中主缸可随时停止运动并退回（点动）。为了对刀，剪板机中有一个轻压对线状态，此时剪刀下行的力很小，不会损害板料。1.3 液压传动技术的发展概况液压传相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术只有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。20世纪60年代以来，液压技随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展，并渗透到各个工业领域中。液压技术开始向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(cad)、计算机辅助测试(cat)、计算机直接控制(cdc)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压工业开始于20世纪50年代，最初只应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机、剪板机和工程机械。现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。尽管如此，我国的液压元件与国外先进的同类产品相比，在性能上，在种类上、在规格上仍存在着较大的差距。我国已瞄准世界发展主流的液压元件系列型谱，有计划地引进、消化、吸收国外最先进的液压技术和产品，大力开展产品国产化工作。我国的液压技术在21世纪必将获得更快的发展。第2章 剪板机液压系统的工作原理及机构组成2.1 液压系统基本工作原理由于剪刀有一定宽度，剪切刀架用两个主缸驱动。一般将两个活塞杆直接和剪切刀架固定连接，液压系统中不再采用保证两缸运动保持同步的回。液压系统中有三个压料缸和三个托料缸，这些缸都是单作用缸，即都利用弹簧实现回程。1.空载启动泵启动时电磁阀10处于中位，插装阀主阀1的弹簧腔直接通回油，泵出口通过主阀1和油箱连通，泵卸荷。2.空程下行按下循环开始按钮时，电磁铁2dt，3dt通电。2dt通电时阀1的弹簧腔和回油路断开，阀1的开启压力亦即系统的最高压力由阀8调定。3dt通电使阀2关闭，阀3开启，泵输出的压力油经阀3进入压料缸和托料缸，使板材压紧和托料球缩回。当泵的供油压力升至由主阀6和先导阀16组成的顺序阀的调定压力时，油液进入主缸上腔，这保证了只有在具有足够的压紧力时，剪刀刀架才能开始下行。同时主缸下腔的压力必须到由主阀5和先导阀15组成的压力阀的调定压力时油液才能排出。主缸下腔形成背压，此背压起平衡剪切刀架自重的作用，使主缸空程下行的速度仅与泵的供油量有关。3.剪切当空程下行至剪刀与被剪板料接触时，主缸上腔压力进一步升高，压力继电器18发出信号，使4dt通电。此时主阀5的弹簧腔通过单向阀19和电磁阀12的左位和回油连接，主缸下腔不再存在背压。主缸的最大有效作用力即剪刀上的剪切力增加，对板料进行剪切。4.缓冲板料剪断后主缸上负载突然消失，主缸上腔压力降低，压力继电器18复位，4dt断电。主缸下腔又恢复背压，以避免剪切刀架的运动速度失控。5.刀架回程刀架下行到终点时行程开关使3dt断电，2dt，5dt通电。此时阀3关闭，阀2，阀4开启。压力油经阀4进入主缸下腔，而上腔则经单向阀7，主阀2回油，刀架回程运动。同时压料缸和托料缸（阀17右侧门打开）进油腔也经阀2通回油，在弹簧作用下退回。当主缸退到原位时，原位行程开关使全部电磁铁断电，油路恢复启动前的状态，油泵卸荷。 6.轻压对线按下对刀按钮，电磁铁1dt，3dt通电。此时除主阀1的开启压力（亦即系统的最高压力）由先导阀11调定外，其他情况和下行相同。由于将先导阀11的压力调整得较低，当剪刀接触工件，压力上升后，其剪切力不足以将板料剪断，故可以用来观察并调整板料的位置。2.2 主要机构组成 剪板机液压系统主要由插装阀主阀、单向阀、电磁阀、梭阀、压力继电器等组成。它的工作流程：空载启动空程下行剪切缓冲快速回程。液压剪板机由主机及动力机构两大部分组成。主机部分包括机身、主缸、顶出缸及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、低压控制系统、电动机及各种压力阀和方向阀等组成。电气装置按照液压系统规定的动作程序，选择规定的工作方式，在发出讯号的指令下，完成规定的工艺动作循环。 动力机构在电气装置的控制下，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。液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制如图2.1液压传动原理图。 图2.1液压传动原理图从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原（图2.2），就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。 图2.2 帕斯卡原理图液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。 液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。 液压控制元用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。 除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。 根据液压传动的结构及其特，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。 液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。 液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。该系列液压机适用于可塑性材料的压制工艺。如粉末制品成型、塑料制品成型、冷（热）挤压金属成型、薄板拉伸以及横压、弯压、翻透、校正等工艺。 2.3 流量控制阀简介对流量控制阀的主要性能要求是：l）当阀前后的压力差发生变化时，通过阀的流量变化要小；2）当油温发生变化时，通过节流阀的流量变化要小；3）要有较大的流量调节范围，在小流量时不易堵塞，这样使节流阀能得到很小的稳定流量，不会在连续工作一段时阀后因节流口堵塞而使流量减小，甚至断流；4）当阀全开时，液流通过节流阀的压力损失要小；5）阀的泄漏量要小。对于高压阀来说，还希望其调节力矩要小。插装阀基本组件：组件由阀芯、阀套、弹簧和密封圈组成。根据用途不同分为方向阀组件、压力阀组件和流量阀组件。同一通径的三种组件安装尺寸相同，但阀芯的结构形式和阀套座直径不同。插装阀（逻辑阀）如图2.3，是一种较新型的液压元件，它的特点是通流能力大，密封性能好，动作灵敏、结构简单，因而主要用于流量较大系统或对密封性能要求较高的系统。 (a)结构原理图； (b)图形符号图2.3 插装阀逻辑单元1先导控制阀； 2-控制盖板； 3-逻辑单元（主阀）、 4-阀块体图2.4 插装阀的组成（1）插装阀的工作原理 插装阀的结构及图形符号如图2.4所示。它由控制盖板、插装单元（由阀套、弹簧、阀芯及密封件组成）、插装块体和先导控制阀（如先导阀为二位三通电磁换向阀）组成。由于这种阀的插装单元在回路中主要起通、断作用，故又称二通插装阀。二通插装阀的工作原理相当于一个液控单向阀。图中a和b为主油路仅有的两个工作油口，k为控制油口（与先导阀相接）。当k口无液压力作用时，阀芯受到的向上的液压力大于弹簧力，阀芯开启，a与b相通，至于液流的方向，视a、b口的压力大小而定。反之，当k口有液压力作用时，且k口的油液压力大于a和b口的油液压力，才能保证a与b之间关闭。 插装阀与各种先导阀组合，便可组成方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀插装阀在流体控制功能的领域的使用种类比较广泛，已应用的元件有是电磁换向阀，单向阀，溢流阀，减压阀，流量控制阀和顺序阀。通用性在流体动力回路设计和机械实用性的延伸，充分展示了插装阀对系统设计者和应用者的重要性。由于其装配过程的通用性、阀孔规格的通用性、互换性的特点，使用插装阀完全可以实现完善的设计配置，也使插装阀广泛地应用于各种液压机械。（2）方向控制插装阀（a）单向阀；(b)二位二通阀；(c)二位三通阀;(d)二位四通阀图2.5 插装阀用作方向控制阀第3章 液压传动系统的参数设计与工作原理3.1 液压剪板机参数设计3.1.1 设计要求设计ya32-315型剪板机液压系统。要求主机中能完成空载启动，空程下行、剪切、缓冲和快速回程动作。辅助动作包括：轻压对线、剪切中途回程、点动向上、点动向下等四个动作。设计过程中液压元件所选用型号正确、有理有据；整个液压系统设计科学、规范、合理。3.1.2 设计参数表3.1 设计参数项目单位ya32-315公称力kn3150回程力kn600最高工作压力mpa32选用压力mpa16主液压缸快 下mm/s120慢下工作mm/s1012回 程mm/s60顶出液压缸顶出行程mm/s60回程mm/s1403.1.3 液压系统的设计步骤与设计要求液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系。（1）设计步骤：液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。1）确定液压执行元件的形式；2）进行工况分析，确定系统的主要参数；3）制定基本方案，拟定液压系统原理图；4）选择液压元件；5）液压系统的性能验算；6）绘制工作图，编制技术文件。（2）明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质； 5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； 6）自动化程序、操作控制方式的要求； 7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；8）对效率、成本等方面的要求。3.1.4 定基本方案和绘制液压系统图（1）制定调速方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。 容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。（2）制定压力控制方案 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。 在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。（3）制定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。（4）选择液压动力源 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。 一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。（5）绘制液压系统图整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。 为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。3.2 主要参数设计3.2.1 设计计算主液压缸、顶出液压缸结构尺寸图3.1 液压缸1 主液压缸参数设计（1）主液压缸内径d:=500.7mm （3.1） 根据gb/t23461993，取标准值d主=500mm（2） 主液压缸活塞杆径d：0.4497m=449.7mm （3.2）根据gb/t23461993，取标准值 450mm（3） 主液压缸有效面积：1.96mm3.73mm 1.59mm（4） 主液压缸实际压制力和回程力：161.96=3136kn （3.3）（5） 主液压缸的工作力：1）主液压缸的平衡压力 0.26mpa （3.4） 2）主液压缸工进作压力16.05 mpa （3.5） 3）主液压缸回程压力 16.09mpa （3.6）2. 顶出液压缸参数设计（1）顶出液压缸内径：0.21851m=218.51mm （3.7）根据gb/t23461993，取标准值220mm（2）顶出液压缸活塞杆径d顶：0.02554m=25.54mm （3.8）根据gb/t23461993，取标准值25mm（3）顶出液压缸有效面积：3.810mm （3.9） 3.7510mm （3.10） 4.9110mm （3.11）（4）顶出液压缸实际顶出力和回程力： 16mpa3.810mm=608kn （3.12）（5） 主液压缸的工作力： （3.13） 16.21mpa （3.14）3. 主液压缸运动中的供油量（1）主液压缸的进出油量1）主液压缸空程快速下行的进出油量：1.96120=2.3510mm/s3.73120=4.7810mm/s2) 主液压缸工作行程的进出油量：1.9612=2.35210mm/s3.7312=4.47610mm/s3) 主液压缸回程进出油量：3.7360=2.23810mm/s1.9660=1.17610mm/s（2）顶出液压缸的进出油量1) 顶出液压缸顶出行程的进出油量：1.9660=1.17610mm/s3.7360=2.23810mm/s2) 顶出液压缸退回行程的进出油量：3.73140=5.22210mm/s1.96140=2.74410mm/s4. 确定快速空程供油方式，液压泵的规格，驱动电机功率（1）液压系统快速空程供油方式：2.3510mm/s由于供油量大，不宜采用由液压泵供油方式，利用主液压缸活塞等自重快速下行，形成负压空腔，通过吸入阀从油箱吸油，同时使液压系统规格降低档次。(2) 选定液压泵的流量及规格：设计的液压系统最高工作压力主液压缸工作行程，主液压缸的无杆腔进油量为：2.35210mm/s主液压缸的有杆腔进油量为：2.23810mm/s顶出液压缸顶出行程的无杆腔进油量为：1.17610mm/s设选主液压缸工作行程和顶出液压缸顶出行程工作压力最高（）工件顶出后不需要高。主液压缸工作行程（即压制）流量为85.5 l/min, 选用1zxb732型斜盘式轴向变量柱塞泵。虽然在只有257l/min，主液压缸活塞返回速度有所降低，在工作压力为时，流量降低40%,仍可获104.4l/min的流量，基本满足主液压缸工作回程85.5l/min、满足工进流量174l/min的进给设计要求。由于选用电液比例控制，获节能高效效益。(3) 液压泵的驱动功率及电动机的选择：主液压缸的压制与顶出液压缸的顶出工作压力均为p=32106；主液压缸回程工作压力为p=16.0910pa.顶出液压缸退回行程工作压力16.2110pa，液压系统允许短期过载，因此，快速进退选p=1610pa, 2.3510mm/s,工进选p=32106pa, 2.35210mm/s,液压泵的容积效率v=0.92，机械效率m=0.95，两种工况电机驱动功率为：7.17kw1.435kwp快p工电动机不允许短期过载。3.3 液压缸的结构设计3.3.1 缸体与缸盖的连接形式一般来说，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。工作压力p10mpa时，使用铸铁；p20mpa时，使用无缝钢管；p20mpa时，使用铸钢或锻钢。如图所示为缸筒和缸盖的常见结构形。图3.2(a)所示为法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。图3.2(b)所示为半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。图3.2(c)所示为螺纹连接式，它的缸筒端部结构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。图3.2(d)所示为拉杆连接式，结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。图3.2(e)所示为焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。 (a)法兰连接式(b)半环连接式(c)螺纹连接式(d)拉杆连接式(e)焊接连接式1缸盖2缸筒3压板4半环5防松螺帽6拉杆图3.2 缸筒和缸盖结构由于缸体与缸盖之间的连接结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，在此使用铸铁，所以选用法兰连接。3.3.2 活塞杆与活塞的连接结构可以把短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成一体，这是最简单的形式。但当行程较长时，这种整体式活塞组件的加工较费，所以常把活塞与活塞杆分开制造，然后再连接成一体。图六所示为几种常见的活塞与活塞杆的连接形式。图3.3(a)所示为活塞与活塞杆之间采用螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。螺纹连接虽然结构简单，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。图3.3(b)和(c)所示为卡环式连接方式。图3.3(b)中活塞杆5上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环3以夹紧活塞4，半环3由轴套2套住，而轴套2的轴向位置用弹簧卡圈1来固定。图3.3(c)中的活塞杆，使用了两个半圆环4，它们分别由两个密封圈座2套住，半圆形的活塞3安放在密封圈座的中间。图3.3(d)所示是一种径向销式连接结构，用锥销1把活塞2固连在活塞杆3上。这种连接方式特别适用于双出杆式活塞。图3.3 常见的活塞组件结构形式3.3.3 活塞及活塞杆处密封圈的选用图3.4(a)所示为间隙密封，它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻。它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。图3.4(b)所示为摩擦环密封，它依靠套在活塞上的摩擦环(尼龙或其他高分子材料制成)在o形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。这种材料效果较好，摩擦阻力较小且稳定，可耐高温，磨损后有自动补偿能力，但加工要求高，装拆较不便，适用于缸筒和活塞之间的密封。图3.4(c)、图3.4(d)所示为密封圈(o形圈、v形圈等)密封，它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。 (a)间隙密封 (b)摩擦环密封 (c)o形圈密封 (d)v形圈密封图3.4 密封装置对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，使油液受污染，使密封件磨损，因此常需在活塞杆密封处增添防尘圈，并放在向着活塞杆外伸的一端。在此选o形圈加挡圈密封。3.3.4 液压缸的缓冲装置缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。活塞5的两端开有三角槽，前后缸盖3、8上的钢球7起单向阀的作用。当活塞接近缸的端部时，回油路被活塞逐渐封闭，使液压缸油只能通过活塞上轴向的三角槽缓慢排出，形成缓冲液压阻力。节流口的通流面积随活塞的移动而逐渐减小，活塞运动速度逐渐减慢，实现制动缓冲。3.3.5 液压缸的排气装置液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为了防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排。一般可在液压缸的最高处设置进出油口把气带走，也可在最高处设置如图3.5(a)所示的放气孔或专门的放气阀见图3.5(b)、(c)。1缸盖 2放气小孔 3缸体 4活塞杆图3.5 放气装置3.4 缸筒结构的设计3.4.1 缸筒的结构常用的缸筒结构有八类，通常根据缸筒和端盖的连接型式选用，而连接型式又取决于额定工作压力、用途和使用环境等因素。根据可选用拉杆连接方式。3.4.2 缸筒材料 一般要求有足够的强度和冲击任性，根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源等可选45钢。缸筒毛坯可采用退火的冷拔或热轧无逢钢管。3.4.3 对缸筒的要求 有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。 有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。 内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足够保证活塞密封的密封性。总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油液，同时它还是活塞的运动“轨迹”。设计液压缸缸筒时，应该正确确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。3.4.4 对缸筒制造加工的要求 缸筒内径d采用h7或h8级配合，表面粗糙度值一般为0.160.32um，都需要进行研磨。 热处理：调质，硬度hb241285。 缸筒内径d的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半。 缸筒直线度公差在500 mm长度上不大于0.03 mm。 缸筒端面t对内径的垂直度在直径100 mm 当缸筒为尾部和中部耳轴型时此外，还有通往油口、排气阀孔的内径口必须倒角，不允许有毛边、毛刺、以免划伤密封件。为便于装配和不损坏密封件，缸筒内孔口应倒角。需要在缸筒上焊接法兰、油口、排气阀座时，都必须在半精加工以前进行，以免精加工后焊接而引起内孔变形。如欲防止腐蚀生锈和提高使用寿命，在缸筒表面可以镀铬，再进行研磨抛光，在缸筒外表面涂耐油漆。第4章 设计选取液压系统图4.1液压系统图1.2.3.4.5.6-插装阀主阀 7.9.17.19-单向阀8.11.15.16-先导压力阀 10.12.13-电磁阀14-梭阀 18-压力继电器图4.1 液压系统图如图所示液压原理图的工作流程：泵启动时电磁阀10处于中位，插装阀主阀1的弹簧腔直接通回油，泵出口通过主阀1和油箱连通，泵卸荷。按下循环开始按钮时，电磁铁2dt，3dt通电。2dt通电时阀1的弹簧腔和回油路断开，阀1的开启压力亦即系统的最高压力由阀8调定。3dt通电使阀2关闭，阀3开启，泵输出的压力油经阀3进入压料缸和托料缸，使板材压紧和托料球缩回。当泵的供油压力升至由主阀6和先导阀16组成的顺序阀的调定压力时，油液进入主缸上腔，这保证了只有在具有足够的压紧力时，剪刀刀架才能开始下行。同时主缸下腔的压力必须到由主阀5和先导阀15组成的压力阀的调定压力时油液才能排出。主缸下腔形成背压，此背压起平衡剪切刀架自重的作用，使主缸空程下行的速度仅与泵的供油量有关。当空程下行至剪刀与被剪板料接触时，主缸上腔压力进一步升高，压力继电器18发出信号，使4dt通电。此时主阀5的弹簧腔通过单向阀19和电磁阀12的左位和回油连接，主缸下腔不再存在背压。主缸的最大有效作用力即剪刀上的剪切力增加，对板料进行剪切。板料剪断后主缸上负载突然消失，主缸上腔压力降低，压力继电器18复位，4dt断电。主缸下腔又恢复背压，以避免剪切刀架的运动速度失控。刀架下行到终点时行程开关使3dt断电，2dt，5dt通电。此时阀3关闭，阀2，阀4开启。压力油经阀4进入主缸下腔，而上腔则经单向阀7，主阀2回油，刀架回程运动。同时压料缸和托料缸（阀17右侧门打开）进油腔也经阀2通回油，在弹簧作用下退回。当主缸退到原位时，原位行程开关使全部电磁铁断电，油路恢复启动前的状态，油泵卸荷。 按下对刀按钮，电磁铁1dt，3dt通电。此时除主阀1的开启压力（亦即系统的最高压力）由先导阀11调定外，其他情况和下行相同。由于将先导阀11的压力调整得较低，当剪刀接触工件，压力上升后，其剪切力不足以将板料剪断，故可以用来观察并调整板料的位置。4.1.1 电磁铁动作表表4.1 电磁铁动作 电磁铁动作 1dt2dt3dt4dt5dt启 动空载启动下 行空 程+剪切+缓 冲+回 程快速回程+辅助动作轻压对线+剪切中途回程+点动上+点动下+4.2计算和选取液压元件 表 4.2液压元件表动作顺序流进mm/s流出mm/s主液压缸快速下行2.35104.7810工作行程2.352104.47610回程2.238101.17610顶 出液压缸顶出行程1.176102.23810退回行程5.222102.74410表 4.3液压元件的选择序号元件名称实际流量规格备注1插装阀主阀1600l/minz2b-hc50z-42插装阀主阀1000l/minz2b-hc40z-43插装阀主阀630l/minz2a-hc32z-44插装阀主阀1000l/minz2a-hc40z-45插装阀主阀1000l/minz2b-hc40z-46插装阀主阀400l/minz2b-hc25z-47单向阀70l/minka-l328先导压力阀120l/minyf3-e20b9单向阀70l/minka-l4010电磁阀60l/min4we10c6/dag24z411先导压力阀63l/minyf3-10l12电磁阀60l/min4we10c6/dag24z413电磁阀60l/min4we10c6/dag24z414梭阀50l/minks-l2015先导压力阀63l/minyf3-c10b16先导压力阀63l/minyf3-c10b17单向阀50l/minka-l2518压力继电器hed4oa1050z14l24s19单向阀70l/minka-l4020斜盘式轴向液压泵250l/mincy14-1b21电动机y315m-622滤油器23主液压缸 第5章 液压系统性能演算5.1系统压力损失计算管路系统上的压力损失的沿程损失，管件局部损失，和控制阀的压力损失，三部分组成：由于液体在同一管路中，液体的平均流速越大，它的沿程压力损失就越大，因此我们所需剪切工作进行时进油路的压力损失。此管长，管内径，快速退回时，通过流量。选用l-hm46 号矿物油，正常运转后油的运动黏度取，油的密度为。油液在管路中的实际流速为：雷诺数: 因为：圆形光滑管道，其临界雷诺数 所以为层流。沿程压力损失： 式中： 沿程阻力系数， l管道长度， l=12m d管道內径，d=0.03m v液体流速，v=2.22m/s 液体的密度，=850kg/则： 局部压力损失： 式中： 局部阻力系数，=1.12 v液体流速，v=2.22m/s 液体的密度，=850kg/ 则：mpa控制阀的压力损失：式中： 阀的额定压力损失，mpa通过阀的实际流量，l/min 阀的额定流量，l/min则： =0.2 +0.3 +0.2 =0.535mpa压力总损失： 0.535+0.0093+0.36=0.904 mpa由于上述方法计算出压块油路：0.024+0.002+0.56=0.586 mpa5.2计算液压系统发热及温升5.2.1系统的发热功率液压系统工作时，除了执行元件驱动外负载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高：由于系统较复杂，故用下式计算发热功