液压实训——小型液压压力机的液压系统设计

1、小型液压压力机的液压系统设计班级： 学生姓名： 学号： 指导老师： 职称：摘要：现代机械加工行业发生着深刻的结构性变化，液压系统的设计与改良已成为相关企业生存和发展的必要条件。动力装置行业作为一个传统而富有活力的行业，近十几年取得了突飞猛进的发展。在新经济时代，这一行业呈现了新的发展趋势，由此对其动力装置的质量、性能产生了新的变化。输出轴作为动力装置的主要零件，液压系统的设计与改良直接影响着其质量与性能。本文首先介绍了液压的作用和工况分析，其次确定液压缸尺寸，然后进行了工艺规程设计。关键词：工况分析 液压元件设计 液压缸设计目录摘要：1Abstract2引 言4第一章 工况分析61.1 按上述

2、设计步骤计算如下61.1.1工况分析61.1.2拟定液压系统原理图7 1.1.3 电磁铁动作顺序表.81.2 液压回路组合。.9第二章 液压缸的设计与计算102.1 液压系统的计算102.1.1液压缸主要尺寸的确定102.1.2液压缸的设计11第三章 液压系统计算与选择液压元件163.1 计算在各工作阶段液压缸所需的流量163.2 确定液压泵的流量,压力和选择泵的规格163.2.1泵的压力的确定.163.2.2 泵的流量的确定：163.3 液压阀的选择183.4 确定管道尺寸183.5 液压油箱容积的确定183.6 液压系统的验算19小结23致谢24参考文献25引 言制造业的历史可追溯到几百万

3、年前的旧石器时代。猿进化成人的一个重要的标志就是工具的。社会的制造。可见，工具的制造对人类的影响是极其巨大的。从某种程度上说，工具的先进水平决定着生产力的高低发展与变革，是伴随着劳动工具的发展与变革。制造业是任何一个发达国家的基础工业，是一个国家综合国力的重要体现。而在制造业中，液压系统又是制造业的基础，得到了各个国家的高度重视。尤其在今天以知识为驱动的全球化经济浪潮中，由于激烈的市场竞争，夹具工业的内涵、深度和广度都发生着深刻的变化，各种新的液压系统、制造加工方法不断出现，推动着我们的社会不断的向前发展。液压系统是现代工业的基础。它的技术水平在很大程度上决定了产品的质量和市场的竞争力。随着我

4、国加入“WTO”步伐的日益加快。“入世”将对我国夹具工业产生重大而深远的影响，经济全球化的趋势日益明显，同时世界众多知名公司不断进行结构调整，国内市场的国际性进一步显现，该行业的将经受更大的冲击，竞争也会更加剧烈。在如此严峻的行业背景下，我国的技术人员经过不断的改革和创新使得我国的模具水平有了较大的提高，大型、复杂、精密、高效和长寿命的液压又上了新台阶。液压是每个机制制造方面目前普遍用的，它可以大批量生产，节省人力物资，效率相对高，操作方便，结构合理，它的成本低廉，适合广大人群所承受的能力。毕业设计的意义：毕业设计是学生从学习向工作过度的综合锻炼，也是一次提高和再学习的机会。毕业设计从准备到设

5、计结束几乎要花去一个学期的时间，最后要形成一整套的文档资料。毕业设计也是对学生最后的综合考核，因此，扎实认真高质量的完成毕业设计任务，具有重要意义！1. 通过毕业设计的准备工作，进一步提高我们独立调研能力以及专业业务素质。并通过文献查阅、现场收集资料等工作。锻炼解决液压系统的问题的能力。2. 能巩固深化扩充我们的专业知识，并通过毕业设计中对涉及到的问题的分析研究，提出我们自己的见解和观点。3. 通过毕业设计，树立良好的工作思想和细致、严谨、科学的工作态度，为一个未来的工程师奠定基础！这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，

6、初步具备了设计一个中等复杂程度零件（输出轴）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订液压设计方案，完成液压结构设计的能力，为未来从事的工作打下良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。第一章 工况分析设计的液压系统,完成的工作循环是:快速空程下行减速下行压制保压快速回程停止.运动部件的重力为25000N,快速往返速度为4m/min,加压速度为40250mm/min,压制力为200000N。1.1 按上述设计步骤计算如下1.1.1工况分析首先根据已知条件,绘制运动部件的速度循环图,如图1-1所示.然后计算各阶段的外负载并绘制负载图.液压缸所受外

7、负载F包括三种类型,即 F= Fw + Ff +Fa 式中 Fw-工作负载，对于液压机来说，即为压制力，在本例中Fw为200000N； Fa-运动部件速度变化时的惯性负载; Ff-导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力。启动后为动摩擦阻力，对于平导轨Ff可由下式求得 Ff = f( G + FRn ) ; G-重力 FRn-垂直于导轨的工作负载，事例中为零; f-导轨摩擦系数，静摩擦系数取0.2,动摩擦系数为0.1。初步确定液压缸参数1、 =33978.93N 2、 摩擦力,F动F静忽略不计3、 重力 =25000N4、 密封阻力 =0.1F(F为总的负载)5、背压阻力 处算时不考虑6、压制力=

8、200000N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载，并画出负载循环图. 工况 计算公式 液压缸的负载启动加速阶段:=+=37754.37N快进阶段:=+=0工进阶段: =+=快退阶段:=+=1.1.2拟定液压系统原理图(1) 确定供油方式考虑到该压力机在工作进给时负载较大，速度较底.而在快进,快退时负载较小，速度较慢。从节能，减少发热考虑，泵源系统宜选用轴向柱塞泵。(2) 调速方式的选择在压力机的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或者调速阀.这种调速回路具有效率高，发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。.(3)速度方式的选择本系统采用电磁阀的快

9、慢速换接回路，它的特点是结构简单，调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路（4）液压系统原理图1- 变量泵 2-溢流阀 3-油箱 4-单向阀5-三位四通电磁换向阀 6-单向顺序阀 7-液压缸8-过滤器 9-调速阀 10-二位二通电磁换向阀1.1.3电磁铁动作顺序表1YA2YA3YA快进+-工进+-+快退-+-停止-“+”表示闭合，“-”表示断开1.2 液压回路组合。（一速度循环图b二负载循环图第二章 液压缸的设计与计算2.1 液压系统的计算2.1.1液压缸主要尺寸的确定工作压力p的确定。工作压力p可根据负载大小及机器类

10、型初步确定，先查表取液压缸工作 压力为20MPa.设备类型机 床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械、起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力P（MPa）0.82.0352881010162032计算液压缸内径D和活塞杆直径d。由负载图知最大负载F为222222.22N，按表可取p2为0MPa，cm为0.95，考虑到快进，快退速度相等，取d/D为0.7。将上述数据代入式2-3可得D=12.203cm 由液压缸尺寸系列表2-4查得D=12.5cm活塞直径d，按=0.7,d=87.5由表2-4和2-5液压缸和活塞尺寸系列，取液压缸为D=125mm和活塞为d=90mm按最低工进速度验算液压缸的

11、最小稳定速度，由式 A>=25 式中是由产品样本差得调速阀2FRM6A7-10Bz50QMV的最小稳定流量为0.1 本例中调速阀是安装在进油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应取液压缸无杆腔的实际面积，即 =可见上述不等式能满足，液压缸所达到所需低速。液压缸内径尺寸系列（GB2348-80）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250活塞杆直径系列（GB2348-80）4568101214161820222528323640455056637080901001101251402.1.2液压缸的设计 1 、液压缸工作

12、压力的确定 根据设备的类型有表2-1初选工作压力P=20MPa 2、液压缸内径D和活塞杆d的确定 有前面的计算以得出D=12.5cm,d=9cm 3、液压缸壁厚的确定和外径的确定 （1）起重运输机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算： 式中：液压缸壁厚（m） D液压缸的内径（m） 试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍 （MPa） 缸筒材料的许用应力。其值为锻钢：=110120MPa; 铸钢：=100110MPa；无缝钢管：=100120Mpa 强度铸铁：=60MPa;灰铸铁：=25MPa 现取=100MPa 查无缝钢管标准系列取 （2）缸

13、体的外径为 cm 现取D=16.5cm 选择YB231-64型无缝钢管： 4、液压缸工作行程的确定 由于本执行机构实际工作的最大行程为200mm再结合表2-1中 的系列尺寸确定缸的工作行程为200mm。 5、缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面式 子进行近似的计算： t 式中：t缸盖有效厚度（m） 液压缸缸盖的止口直径（m） 缸盖孔直径 6、最小导向长度的确定 最小导向长度是指从活塞支撑面到缸盖滑动轴承支撑面中点的距离，如果导向长度过小，将使液压缸的初始绕度增大影响液压缸的稳定性。对一般液压缸，要求最小导向长度H应满足以下要求： H 式中：L液压缸的最大行程

14、D液压缸的内径 H cm 活塞的宽度B一般取B=（0.61.0）；缸盖的滑动支撑面的长度，根据液压缸内径D而确定：当D<80mm 时，取=（0.61.0）D;当D>80mm时，取=（0.61.0）d。因为B在（0.61.0）D故： B=（75125）mm现取B=80mm因为D=250mm 故取=（0.61.0）d 现取=75cm 7.计算在各工作阶段液压缸所需的流量快进：Q=25.43L/min工进：Q= =3.07L/min快退：Q= =23.64L/min液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算见表5-1。表5-1 液压缸工作循环各阶段的压力、流量工作阶段负载F工作腔压力MPa

15、输入流量L/min快进启动87910.49加速377542.32快进43960.2725.43工进22222212.400.493.07保压22222212.40快退启动87910.98加速377544.21恒速43960.4923.64根据Ppq可得液压缸在工作循环中各阶段的功率，其结果如表5-2所示。表5-2 液压缸各工作循环中各阶段的功率工作阶段工率W快进85工进135快退165按以上数据可绘制液压缸的工况图如图5-1所示。 图5-1 工况图第三章 液压系统计算与选择液压元件 3.1 计算在各工作阶段液压缸所需的流量=d快进= 3.2 确定液压泵的流量,压力和选择泵的规格3.2.1泵的压

16、力的确定.考虑到正常工作中进油路有一定的压力损失,所以泵的工作压力为 式中: 液压泵最大工作压力; 执行元件最大工作压力; 进油管路 中的压力损失,初算时简单系统可取0.8MPa 是静压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的压力往往超过静压力。另外考虑到低压系统取小值，高压系统取大值。在本系统中=1.453.2.2 泵的流量的确定：液压泵的最大流量为： =1.2×12.40=14.88 式中：液压泵的最大流量 同时作用的各执行元件所需流量之和的最大值 系统泄漏系数,一般 =1.11.3,现取=1.2选择液压泵的规格，根据以上计算得的和再查有关手册，现选择CY14-1B型斜盘式轴向柱

17、塞泵，该泵的参数为：每转的排量，泵的额定压力，电动机转速1470，容积总效率，总效率。与液压泵匹配的电动机的选定。首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，两者较大者作为电动机规格的依据。由于在工进时泵的输出流量减小，泵的功率急剧下降，一般当流量在0.21的范围内时，可取，同时还应该注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线的最大功率点时不至电动机停转需进行验算即： 式中： ； 首先计算快进时的功率，快进时的外负载为0N，此时快进时进油路的压力为0功率为0. 工进时所需电动机功率为： P= 由手册选择Y100L2-4型三相异步电动机，功率3kw,额定转速1470 3.3 液压阀的选择

18、液压元件明细表序号元件名称型号通过的流量工作压力1轴向柱塞泵CY14-1B23L/min20MPa2过滤器3XU-C100×10023L/min3三位四通换向阀34EM-H10B-T-zz20L/min20MPa4溢流阀Yz-HD20L 23L/min20MPa5调速阀2FRM6A7-0B25QMV20L/min20MPa6单向阀DIF-L10H-218L/min23MPa7顺序阀Dz10DP-7-50-751.5L/min4MPa8压力继电器IPD01-HC-6L-20L/min20MPa9蓄能器NXQ-L2.5/31.5H20L/min23MPa10压力表MS2A-2B-315-

19、223L/min11二位二通换向阀22E-B10C-TZ20L/min20MPa3.4 确定管道尺寸 油路内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许的流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量q=36.82L/min,压油管的允许流速取 d=4.6 综合诸因素及系统上面各阀的通径取d=12mm,吸油管的直径参照CY14-1B变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d=42mm.3.5 液压油箱容积的确定 本系统为高压系统液压油箱有效容量按泵流量的57倍来确定（参考表4-1现选用容量为400L.3.6 液压系统的验算 已知液压系统中进回油路的内径为d=12mm，各管道长度分别AB=0

20、.5m,AC=0.7m,AE=BE=1m,EF=0.3m,BD=0.5m, 选用L-HM32液压油。设其工作在，其运动粘度油液的密度 （1）压力损失验算1）、工进时油液的压力损失 运动部件快进时的最大速度为0.25，最大流量为3.07，则液压油在油管内的流速为 管道的雷诺数为 = = <2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数=进油管FC的沿程压力损失为=2.1查的换向阀34EM-H10B-T-zz的压力损失=0.05Mpa，调速阀2FRM6A7-0B25QMV的压力损失=1MPa忽略油液通过管接头，油路板处的局部压力损失，则进油路的总压力损失为 =+=（0.033+0.05

21、+1）=1.083MPa2)工进回油路的压力损失 管道的雷诺数为 = =<2300油液在管道内的流态为层流，其沿程阻力系数回油路管道沿程压力损失为 =4.97查产品样本知换向阀34EM-H10B-T-zz的压力损失=0.025Mpa；顺序阀Dz10DP-7-50-75压力损失=1MPa;。回油路的总压力损失 =+ =0.018MPa+1MPa+0.025MPa =1.043 MPa变量泵出口处的压力 = =19.2Mpa 4)快进时的压力损失 1）进油路的压力损失 快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸进油口C之间的管路AC中，流量为液压缸出口的两倍即40 ,AC段管路的沿程压力损失

22、为 =管道的雷诺数为 =<2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数=进油管AC的沿程压力损失为=0.159同样可求管道AF段及AD段的沿程压力损失和 =管道的雷诺数为 =<2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数=0.32=0.32查的换向阀34EM-H10B-T-zz的压力损失=0.17Mpa 换向阀22E-B10C-TZ的压力损失=0.17Mpa 调速阀2FRM6A7-0B25QMV的压力损失=0.5Mpa 泵的出口压力为 =2+ =快退时压力损失验算从略。2 系统的温升验算 在整个工作循环中工进时所需的功率最大，为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。

23、泵的效率0.1泵的出口压力23.3MPa则有 当时，总效率 可见在工进速度低时，功率损失为1.466kw,发热量最大。假定系统散热一般取K=10油箱的散热面积A为 A=0.065=0.065系统的温升为： 验算表明系统的温升在许可范围内小结奋斗了一个星期，终于有了结果，在这个设计过程中，使我对液压系统有了更加全面的认识和理解。液压作为机械行业一个重要的分支，几乎所有的大型机械都会用到液压系统，所有液压这门课的重要性可想而知。对于我这次拿到的课题，我经过了认真的学习与设计，最后完成了整个小型液压机液压系统的设计的过程，这种有付出就有收获的感觉颇为好。用户和系统的交换性能都需要去不断的完善，只有发

24、现问题，才能解决问题。我在做这个设计中学会了如何发现问题，解决问题，独立完成任务。对以上软件要一一熟悉和练习，从中得到错误问题的解决，同时提高对软件的学习。这个过程是需要我们不断收集资料，从而掌握不同方法解决问题，我们到图书馆找资料，借阅机械设计手册，不仅学会找其中的信息资料，也可以增加自己的知识，运用学到的知识解决问题。另一方面，在这次的设计中，我用到了一些经验公式以及一些在一定范围内取值的数据，以前我习惯了在精确公式及数值下计算，而且在查阅工具书方面的能力还不足，还需要在今后的设计中进一步加强。出现以上的种种缺陷的关键问题在于我们缺乏这方面专业能力的锻炼。但经过这次课程设计之后让我对于液压系统的应用更加了解。还有设计的时候应该具有严紧的态度，因为很多工程问题都是人命关天。所以我们要从现在