压力机液压系统设计.doc

肇庆工商职业技术学院2011届毕业设计（论文）毕业设计（论 文）题目压力机液压系统设计系 (部)工程技术系专业模具设计与制造班级08模具一班姓名沈立鑫学号200811052117指导老师刘坤系主任龚庆寿2011年 06 月01日摘 要本设计的液压压力机主要用来零部件的拆卸与装配，提高工作效率，实现生活生产的机械化、自动化。压力机系统最高工作压力是16MPa,最大的工作负载是32吨，活塞杆的最大行程是500mm，时速为3m/min，工作情况是启动、快进、工进、快退四个工作行程。压力机的液压系统呈长方形布置，四柱立式、外形新颖美观，动力系统采用电机带动液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠，适用于中小型工程机械修理厂的零部件拆装。根据课题任务拟定液压系统原理结构图后，进行计算，之后对阀类元件及辅助元件进行元件选择。最后对本设计进行了必要的验算；即液压系统的压力损失及温升验算，以保证液压系统能正常运行。 关键词： 压力机；液压系统；元件选择；压力损失；温升验算目 录第一章 前言 .1 1.1 液压压力机设计的目的 1 1.2 液压机的发展及工艺特点 1 1.3 液压系统的原理 2第二章 32吨压力机的液压系统结构设计 32.1 32吨压力机结构分析 32.2 32吨压力机工作状况分析 42.2.1 受力分析和载荷图 4 2.2.2 具体参数 6第三章 压力机液压系统原理结构图及工作原理分析 73.1 拟定液压系统结构图 73.2 作原理分析 7第四章 32吨压力机液压系统原理设计 94.1 液压系统工作油缸及流量计算 94.1.1 液压缸计算 9 4.1.2 液压缸实际所需的流量计算 104.2 阀类元件及辅助元件的选择 104.3 管道尺寸的确定 124.3.1 管接头的选用 124.3.2 管道内径计算 13第五章 32吨压力机液压系统温升及系统验算 145.1 液压系统的验算 145.1.1 系统温升的验算 14致 谢 15参考文献 16第一章 前 言1.1液压压力机设计的目的随着社会的发展，在实际工作中需要高效率，尤其在工业方面液压技术的迅猛发展，研发出大量的液压产品，由于他的灵活性极高、力度极大得到人们的认可，应用到各领域。我设计的液压压力机使用在各种机械部件的拆与装，现在各种零件的加工与装配的精度越来越高，使用传统的拆装方法已经满足不了现在的工艺要求。传统的零部件拆装方法一是速度慢、效率不高造成与现状的生活节奏不吻合，二是容易损坏零件，使其配合的精度下降。有了问题就要想办法解决它。液压技术的优越性逐渐显露出来。液压力度大、传递平稳、可以实现无级调速，使到液压技术的广泛的应用。液压压力机可以为机械零部件拆装方便、高效、快捷。实现机械化、自动化作业，更好的推动社会的发展，为实现中华民族伟大复兴奠定坚实的机械化基础。1.2液压机的发展及工艺特点 液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从70年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。我国从1970年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工艺。 由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点：（1） 工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求；（2） 有顶出装置，以便于顶出工件；（3） 液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便；（4） 液压机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操作，特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制；（5） 液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。1.3液压系统的原理 它是由两个大小不同的液缸组成的，在液缸里充满水或油。充水的叫“水压机”；充油的称“油压机”。两个液缸里各有一个可以滑动的活塞，如果在小活塞上加一定值的压力，根据帕斯卡定律，小活塞将这一压力通过液体的压强传递给大活塞，将大活塞顶上去。设小活塞的横截面积是S1，加在小活塞上的向下的压力是F1。于是，小活塞对液体的压强为P=F1/SI,能够大小不变地被液体向各个方向传递”。大活塞所受到的压强必然也等于P。若大活塞的横截面积是S2，压强P在大活塞上所产生的向上的压力F2=PxS2截面积是小活塞横截面积的倍数。从上式知，在小活塞上加一较小的力，则在大活塞上会得到很大的力，为此用液压机来压制胶合板、榨油、提取重物、锻压钢材等。第二章 32吨压力机的液压系统结构设计2.1 32吨压力机结构分析1压力机是一种结构精巧的通用性压力机。具有用途广泛，生产效率高等特点，压力机可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件。2压力机机身属于四立柱机身。机身由上横梁、下横梁和四根立柱组成。液压机的各个部件都安装在机身上，其中上横梁的中间孔安装工作缸，下横梁的中间孔安装顶出缸，工作台面上开有开有T型槽，用来安装模具。活动横梁的四个角上的孔套装在四立柱上，上方和工作缸活塞相连接，由其带动横梁上下运动。机身在液压机工作中承受全部的工作载荷。 工作缸采用活塞式双作用缸，当压力油进入工作缸上腔，活塞带动横梁向下运动，其速度慢，压力大，当压力油进入工作缸下腔，活塞向上运动，其速度较快，压力较小，符合一般的慢速压制、快速回程的工艺要求。活动横梁是立柱式液压机的运动部件，位于液压机机身的中间，中间圆孔和上横梁的工作活塞杆连接，四角孔在工作活塞的带动下，靠立柱导向作上下运动，活动横梁的底面也开有T型槽，用来安装模具。 在机身下部设有顶出缸，通过顶杆可以将成型后的塑件顶出。 压力机的动力部分是高压泵，将机械能转变为液压能，向压力机的工作缸和顶出缸提供高压液体。图2-1 32吨压力机效果图2.2 32吨压力机工作状况分析压力机机身属于四立柱机身工作缸采用活塞式双作用缸，当压力油进入工作缸上腔，活塞带动横梁向下运动，其速度慢，压力大，当压力油进入工作缸下腔，活塞向上运动，其速度较快，符合一般的慢速压制、快速回程的工艺要求。 32吨的压力机是利用液压油推动活塞运动来压物件，在液压系统里用到的液压元件有：油箱、油管、滤清器、液压泵、溢流阀、调速阀、平衡阀、液控单向阀、液压缸和控制装置。由于施压力所以压力机的速度是比较慢的，只有接触到被压物件压力机的压力才会慢慢把压力升高到达被压的目的。2.2.1受力分析和载荷图 压力机的额定压力为32吨，最大行程为500mm，1、负载图分析：压力机克服静摩擦阻力后启动，压力机在接触到物件时才施加力，压力是慢慢建立起来的，顺序是：压力起来 接触物件压力升高，把物件压到位置后保持一定时间后，压力解除。2、速度图分析：压力机的速度下降时速度快但比回程慢，当启动时速度瞬间建立起来，当接触到物件时速度慢慢下降，上升时有一个快退过程。顺序是：启动速度快，接触到物件速度慢下来并在某一个值时保持一段时间，当工作完成时速度升高，回程时速度快，回到顶点时减速。3、压力机是通过自身不断变化来实现不同的工况。从而实现机械化、自动化。 V(m/s)H/m图2-2 32吨压力机速度图 F/NH/m图2-3 32吨压力机负载图2.2.2具体参数立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及横梁在立柱上滑行时运动部件的质量为80kg.1、 工作负载：工件的压制抗力即为工作负载， Ft =320*103*10=320000N2、 惯性负载： 静摩擦阻力：Ffs =0.2*80*10=160N 动摩擦阻力：Ffd=0.1*80*10=80N3、 回油阻力：Fb=0.08*106*0.024=1920N4、 自重：G=mg=80*10=800N5、 液压缸在各工作阶段的负载值液压缸的机械效率，取=0.9表2-1 32吨压力机四个工作循环工况负载组成推力/启动F= Ffs+ Fb-G=160+1920-800=12801422快进F= Ffd+ Fb-G=80+1920-800=12001333工进F= Ffd+ Fb+ Ft -G=80+1920+320000=322000357777快退F= Ffd+ Fb+G=80+1920+800=28003111第三章 压力机液压系统原理结构图及工作原理分析3.1拟定液压系统结构图图3-1 液压系统总体设计图1.油箱 2.安全阀 3.外控平衡阀 4.三位四通电磁阀 5.液压泵 6.滤清器 7.调速阀 8.两位两通电磁阀 9.工作油缸3.2 工作原理分析如图2所示，该系统的工作原理是：液压泵5把液压油供到系统中，在油缸9不工作时，即电磁液压阀4阀芯处于中位，这时液压油沿着油管直接回到油箱1。当工作油缸9向下运动时，电磁阀4左边的线圈得电阀芯向左边移动，液压油沿着油管进入工作油缸的无杆腔,液压油推动活塞及活塞杆的压块快速向下移动,当压块下移到一定的行程后电磁阀8的线圈通电换向切断油路,液压油通过节流阀缓慢的进入工作油缸,控制活塞匀速下移。而工作油缸的有杆腔液压油，由于在进油时有杆腔油路中的液压控单向阀被开启，液压油通过克服溢流阀的压力回到油箱。当压块把工件压完，三位四通电磁阀4的阀芯换向往右移动，液压油由油管打开平衡阀3里的单向阀进入工作油缸的有杆腔，这时活塞杆带动压块回程，而无杆腔的液压油通过油管回到油箱。其中油箱1的主要作用是贮存油和对液压油进行散热。液压油在油箱通滤油器6过滤掉液油中的杂质减少杂质颗粒对管道的磨损和防止系统的堵塞。液压油泵5把液压油供到系统中让系统工作，是液压系统中的主要动力元件。溢流阀2控制系统的最高压力和保护液压系统起到安全溢流作用，在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的平稳性，提高加工零件的精度。 油管把液压油输送到各个部件，而在通过电磁换向阀4、8改变油液的流动方向。调速阀7在该系统中主要是调节液压油的流量，使工作油缸下降速度增快或者是减速。 从而防止滑块下滑到工作台，让活塞处于浮动状态，。平衡阀3用于在液压缸的回油侧建立背压，使立式液压缸在负载变动时仍能平稳运动：为使液压能反向通过，平衡阀中设有单向阀。最后液压油缸则是系统中的执行元件。 第四章 32吨压力机液压系统原理设计4.1液压系统工作油缸及流量计算4.1.1液压缸计算压力机可以压32吨，最大行程为H=500mm,液压缸的大径选择液压泵的额定压力为21MPa,查课本工程机械液压与夜力技术P84表（4-2）得外径D=194mm，内径=160mm，A型系列；由于该液压用来压工件的，主要靠活塞杆与滑块结合来实现工作的，因此，该活塞杆的直径d=D/2=80mm，查课本工程机械液压与夜力技术P85表（4-3）得，取圆整到标准值80mm。A2 图4-1 工作油缸则A1=*（D/2）2 =3.14*0.0802=0.020096m2A杆=*（d/2）2=3.14*(0.040)2=0.005024 m2A2= A1 -A杆=0.020096-0.005024=0.015072 m2P1=F/ A1=320000/0.020096=15.9MPa=16 MPa4.1.2液压缸实际所需的流量计算1、工作启动及快进空程时所需流量， Q1= A1*V1 =0.020096*0.05=0.00101（ m3/s） =60L/min2、工作缸压制时所需的流量Q2= A1*V2 =0.020096*0.02=0.0004019（ m3/s） =24 L/min3、工作回程所需的流量Q3= A2*V3 =0.015072*0.04=0.0006028（ m3/s） =36 L/min4.2 阀类元件及辅助元件的选择1、对液压阀的基本要求： (1)、 动作灵敏，操作灵活，使用可靠，工作时冲击和振动小，油液流过时压力损失小，系统温升慢。(2)、 密封性能良好。结构紧凑，易安装、调整，维护方便，通用性大。(3)、要符合技术要求，压力要在21MPa以上。2、根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格： 表4-1 压力机液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格序号元件名称通流能力型号规格1油箱容积为160L2溢流阀63YF3-E20B卸荷压力0。45MPa，调压范围0.5-16MPa3外控平衡阀63AXF3-E1010mm通径，压力16MPa4三位四通电磁换向阀4034D*-B10H-T*10mm通径，31.5MPa5叶片泵66YB-F6321MPa，驱动功率35KW 、容积效率0.90,总效率0.816滤油器63ZU-H63x10S工作压力32MPa、过滤精度20m7液控单向阀80YAF3-Eb10B10mm通径，额定压力16MPa、最高压力20MPa，开启压力0.4MPa8调速阀602FRM16-30/60B16mm通径，31.5MPa9二位二通电磁阀8022*-H16-*16mm通径，31.5MPa10工作油缸自制详见液压缸设计书11油管A134S-27内径为13mm工作压力为27MPa12电机Y225M-2额定功率45.0KW 转速2970r/min 电流83.9 A4.3管道尺寸的确定油管系统中使用的油管大体分为硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力应尽量缩短管路避免急转弯和截面突变。具体油管有钢管、铜管、软管等。（1）钢管:中高压系统选用无缝钢管,低压系统选用焊接钢管,钢管价格低,性能好,使用广泛。（2）铜管:紫铜管工作压力在6.510MPa以下,易变曲,便于装配;黄铜管承受压力较高，达25 MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。（3）软管用做联接两个相对运动部件之间的管道。软管分高、低压两种。高压软管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，低压软管是麻丝或棉丝编织体为骨架的软管。尼龙管是乳白色的半透明管承压能力为2.58 MPa，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设计中所须的压力是高压，p=16MPa ， d=1.13(Q/v)1/2 =1.13*(0.001/0.05) 1/2 =0.018 m =18 mm4.3.1管接头的选用：管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有：焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或O形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。而在本设计中采用的是卡套式管接头，卡套式管接头主要包括三部分：具有24。锥形孔的接头体，带有尖锐刃的卡套，起压紧作用的螺母和组合密封圈。拧紧螺母时，卡套被推进24。锥孔中并随之变形，使卡套与接头体内锥面形成球面接触密封；同时卡套的内刃口嵌入接管的外壁，在外壁上压出一环形凹槽，从而起到可靠的密封作用并可防止螺母松动。这种管接头结构简单、工作可靠、不用焊接、拆装方便，同时其工作压力为16-40MPa。4.3.2 管道内径计算：A=（1/6）*（30/4）=1.25cm2d=2*(1.25/3.14)(1/2)=1.3cm=13mm该液压系统选用钢丝编绕液压胶管,其型号为A134S-27,内径为13mm,钢丝外径为25mm,胶管外径28mm,工作压力为27MPa。第五章 32吨压力机液压系统温升及系统验算5.1液压系统的验算上面已经计算出该液压系统中进，回油管的内径分别为18mm。但是由于系统的具体管路布置和长度尚未确定，所以压力损失无法验算。5.1.1系统温升的验算当v=50mm/s时，即v=3000mm/minQ=/4D2v=0.020.05=0.001(L/min)即Q =60L/min此时泵的效率为0.9，泵的出口压力为21MPa，则有Pn入=（2160）/（600.9）KW=23.3KWPn出=Fv=320000(3000/60)10-310-3KW=16KW此时的功率损失为P= Pn入- Pn出=(23.3-16)KW=7.3KW假定系统的散热状况良好,取K=110.510-3KW/(cm2 。C)；（根据工程机械液压与液力技术）。油箱的散热面积