金属屑压块液压机液压系统与主缸的设计论文

1、. . . . 目目 录录第 1 章绪论 11.1 课题背景 11.2 液压机的发展趋势 11.3 液压机的简介 21.4 金属屑压块机的简述 3小结 5第 2 章金属屑压块液压机液压缸主要参数的选定 62.1 主缸主要参数的计算 62.2 水平缸主要参数的计算 7小结 7第 3 章金属屑压块液压机主缸与水平液压缸的压力计算 83.1 主液压缸的压力计算 83.2 水平液压缸的压力计算 8小结 9第 4 章金属屑压块液压机液压系统图的确定 104.1 工况分析 114.2 方案确定 114.3 液压系统循环动作说明 124.4 液压系统保护装置的设计 154.5 流量与一次工作循环时间的计算

2、164.6 电动机的选择 18小结 19第 5 章金属屑压块液压机主缸的设计 205.1 液压缸的说明 205.2 缸筒的设计计算 205.3 活塞的设计计算 255.4 拉杆强度校核 335.5 压头强度的校核 33小结 34结论 35致语 36参考文献 37金属屑压块液压机液压系统与主缸的设计金属屑压块液压机液压系统与主缸的设计. . . . 1 / 41 摘要摘要介绍了液压机的发展趋势，对液压机进行简介，根据任务书所给的液压机的设计技术参数，对 4000KN 金属屑压块液压机液压系统进行了设计，也介绍了该液压系统的工作原理和元件的选择，并设计计算出主油缸的结构尺寸，再对计算结果进行核对分

3、析。关键词关键词 金属屑压块液压机 液压系统 液压缸Metal Chip Briquetting Hydraulic Machine DesignAbstractAbstract Describes the development trend of hydraulic machine, hydraulic machine profile, according to the book given the task of hydraulic machine design parameters, 4000KN metal filings Briquetting hydraulic press hyd

4、raulic system has been designed, but also introduces the working principle of the hydraulic system and component selection and designed to calculate the structure of the main fuel tank size, and then check the results of analysis of the calculation.KeyKey wordswordsMetal Chip Briquetting Hydraulic M

5、achineHydraulic Systemhydraulic cylinder. . . . 1 / 41第第 1 1 章章 绪论绪论1.11.1 课题背景课题背景液压传动开始应用于十八世纪末，但在工业上被广泛应用的时间比较短。有大幅度的发展也就在近 50 年。因此，与其它传动方式比还是一项年轻的技术。当今液压技术广泛应用于工程机械、起重运输、冶金工业、农用机械、轻工业和机床工业。随着液压技术的不断发展，液压技术也广泛应用在高科技高精度的行业，如机床行业。它能代替人们一部分频繁而笨重的劳动，能在条件恶劣的环境中工作。特别在数控机床这类要求精度较高的领域有着不可代替的作用，出现了液压传动的自动

6、化机床，组合机床和自动生产线等。在国防工业中，如飞机、坦克、火炮等都普遍采用了液压传动装置和液压控制装置。1.21.2 液压机的发展趋势液压机的发展趋势1.2.1 高精度随着比例伺服技术的发展，液压机的停位精度、速度控制精度越来越高，在要求精度高的液压机中，大多采用位移光栅检测加比例伺服控制的闭环 PLC 控制（变量泵或阀） 。例如滑块的停位精度可达 0.05mm；压力控制精度可达 0.5%；有的停位精度可达到。在要求滑块速度极低且0.01mm稳定性的等温锻造液压机中，当滑块的工作速度为时，速度稳定性误差可控制在0.050.30mm s:。0.03mm s位移传感器与比例伺服阀的组合闭环控制，

7、也大大提高了活动横梁（滑块）在偏载时的纠偏调平性能和同步性，将偏载时滑块的水平精度保持在的水平。0.040.05mm m:2005 年，在中国国际机床展览会（CIMT2005）上。日本天田（Amada）公司展出的 ASTPO 100 （公称力 1000KN）自动折弯机滑块定位精度 0.001mm，后挡料前后位置重复定位精度为 0.002mm。1.2.2 液压系统的集成化与精密化现在锥阀已经很少使用，一般滑阀的采用液相应减少，插装阀得到广泛应用。将插装阀按不同回路的要求，集成在一个或几个阀块上，大大减少了各阀之间的连接管道，从而减少液体压力在管道中的损失，减少了冲击振动。插装阀中控制盖板的多种多

8、样，又极丰富了各种插装阀的控制性能、控制精度和其变换的柔性。比例和伺服技术在控制阀和变量泵中的大量应用，也极使液压控制技术精密化。1.2.3 数控化、自动化与网络化在液压机的数字控制中，已普遍采用工业控制机作为上位机，可编程控制器（PLC）对各部分设备的直接控制与操作的双机系统。华中科技大学在研究快锻液压机组的控制系统中，把工业控制机与 PLC 组成现场控制网络体系，实现集中监控、分散管理、分散控制。天田公司在液压折弯机中，提出 FBD-NT 系列的网络联结对应型高精度折弯机，用 ASIS 100 PLC 网络服务系统来统一管理. . . . CAD/CAM。在自动化数控技术中。多轴控制已相当

9、普遍。在液压折弯机中，很多设备采用 8 个控制轴，有的甚至到 10 个。1.2.4 柔性化为了适应越来越多的多品种、小批量的生产趋势，液压机的柔性要求也越来越突出，主要体现在各式各样的快速换模技术上，包括模具的快速装卸，模具库的建立与管理，模具的快速运送等。1.2.5 高生产率与高效率高生产率不仅体现在设备本身的高速化，更主要体现在辅助工序的自动化与高效率，把辅助工序占用主机的机动时间减到最少。诸如采用上、下料机械手、模具（工具）磨损的自动检测、自动润滑系统、自动分拣系统、自动码垛、移动工作台的告诉开进与开出与其准确定位于锁紧等。1.2.6 环境保护与人身安全保护除了防止滑块自行下滑的安全锁紧

10、装置外，红外线光幕保护系统也在许多场合得到采用。在液压系统中，油液泄漏的污染，促进对各种密封系统做了许多改进。在挤压生产线中，锯切噪声对环境影响很大，因此把锯切工序密封于箱行装置中，并配以锯屑自动收集与运输装置，极改善了挤压生产环境。1.2.7 成线化与成套化现代化的生产要求设备供应商不只是单台设备供货，而要求供应整个生产线的全套设备，做到交钥匙工程。例如汽车覆盖件生产线，就不能只供应几台大型冲压液压机，而各台液压机之间的传送机械手或传送装置，也是供货的重要容。又如铝材挤压生产线上，除了挤压液压机主机外，还有锭坯加热、拉扭矫直、在线淬火、冷床、中断锯切、定尺锯切、时效处理等几十台挤压前后的辅助

11、设备。因此，成套化与成线化的供货方式已成为当前供货的主流。1.31.3 液压机的简介液压机的简介液压机是一种利用液体压力能来传递能量的，来实现各种压力加工工艺的机器，油泵传动高压液体直接供给液压机其工作液体是抗腐蚀液压油，防腐蚀，防锈润滑性能好，油的粘度比较大，易于密封。液压机是锻压机械的一大类，它是飞机、汽车和拖拉机等工业部门不可缺少的加工设备，因此，它在机器制造业中占有重要地位。液压机同所有的液压系统一样是根据帕斯卡原理制成，是一种利用液体压力能来传递能量的机器。自 19 世纪问世以来发展很快，已成为工业生产中必不可少的设备之一。由于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

12、泛的应用。如板材成型；管、线、型材挤压；粉末冶金、塑料与橡胶制品成型；胶合板压制、打包；人造金刚石、耐火砖压制和碳极压制成型；轮轴压装、校直等等。各种类型液压机的迅速发展，有力地促进了各种工业的发展和进步。八十年代以来，随着微电子技术、液压技术等的发展和普与应用，液压机有了更进一步的发展。目前，液压机的最大标称压力已达 750MN，用于金属的模锻成型。众多机型已采用CNC 或工业 PC 机来进行控制，使产品的加工质量和生产率有了极大的提高。随着人们生活水平的. . . . 3 / 41提高，金属压制和拉伸制品的需求逐年提高，同时，对产品品种的需求也越来越多，另一方面产品的生产批量日益缩小。为与

13、中、小批量生产相适应，需要能够快速调整的加工设备，这使液压机成为理想的成型工艺设备。特别是当液压机系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后，不仅能够实现对复杂工件以与不对称工件的加工，而且，实现了极低的废品率。这种加工方式还适合于长行程、难成型以与高强度的材料。可变的动力组合、短的加工时间、根据工件长度的简易的压力行程调整，这与机械加工系统相比，有其优越性。液压机一般由本体（主机）与液压系统两部分组成。它由上横梁、下横梁、四个立柱和十六个外螺母组成一个封闭框架，框架承受全部工作载荷。工作缸固定在上横梁上，工作缸装有工作柱塞，它与活动横梁相连接。活动横梁以四根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运

14、动。在活动横梁的下表面上，一般固定有上模（上砧）而下模（下砧） ，则固定于下横梁上的工作台上。当高压液体进入工作缸后，在工作柱塞上产生很大的压力，并推动柱塞、活动横梁与上模向下运动，使工件在上、下模之间产生塑性变形。回程缸固定在下横梁上，其中有回程柱塞，它与活动横梁相连接。回程时，工作缸通低压，高压液体进入回程缸，推动回程柱塞 , 向上运动，带动活动横梁回到原始位置，完成一个工作循环。液压机的基本参数：公称压力（公称吨位）与其分级、最大净空距（开口高度）H、最大行程s、工作台尺寸（长宽） 、回程力、活动横梁运动速度（滑块速度） 、允许最大偏心距、顶出器公称压力（公称吨位）与行程。液压机本体一般

15、由机架、液压缸部件、运动部分与其导向装置组成。液压机本体结构的设计应考虑以下三个基本原则：（1）尽可能地满足工艺要求，便于操作；（2）具有合理的强度、刚度与运动部分的导向精度，使用可靠，不易损坏；（3）具有很好的经济性，重量轻，制造维修方便。一个正常工作的液压系统，一般都应具有下列五个主要部分：（1）动力源液压泵站 它将电动机（或其他原动机）输出的机械能转变为工作液体的压力能，一般为液压泵；（2）执行元件 包括液压缸和液压马达，它把工作液体的压力能重新转变为往复直线运动或回转运动的机械能，推动负载运动；（3）控制元件 包括对液压系统中液体压力、流量（速度）和方向进行控制和调节的压力阀、流量阀和

16、方向阀，实现液压系统的工作循环；（4）辅助元件 为保证液压系统正常工作所需的上述三类元件以外的装置，在系统中起到输送、贮存、加热、冷却、过滤和测量等作用。包括管路、管接头、油箱、过滤器、蓄能器以与各种指示和控制仪表等；（5）工作介质利用它进行能量和信号传递。 液压系统已经在各个工业部门与农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。世界工业发达都将液压工业列为竞相发展的产业，其发展速度也远远高于机械工业的发展速度。现代液压都将液压工业列为竞相发展的产业，元件、系统与其控制已发展成为综合的液压技术，其应用和发展被普遍认为是衡量一个国家的工业水平和现代工业发

17、展水平的重要标志。. . . . 1.41.4 金属屑压块机的简述金属屑压块机的简述金属屑压块机主要是用于将铸铁屑、钢屑、铜屑、铝屑、优质矿粉等金属原料通过高压直接冷压成 36 公斤的圆柱饼块，整个过程不需加温、添加剂，或其他工艺，以便于储运与减少回收再利用过程中的损耗。适用于铝合金型材厂、铸钢厂、铸铝厂、铸铜厂、汽配、五金等铸造相关企业。机型分类与构成：设备在机型上分为立式机型和卧式机型两种形式，主要由以下部件构成：主机：由机架、主液压缸、推料液压缸、底板液压缸、配套模框与模具、压头等构成；液压站：由电机，液压泵，泵保护装置，控制阀块和连接压块机用的管道系统构成；控制台：由电气系统和 plc

18、 控制系统构成。金属屑压块液压机见图 1、2：图图 1 1 金属屑压块机（立式机型）金属屑压块机（立式机型） 图图 2 2 金属屑压块机（卧式机型）金属屑压块机（卧式机型）金属屑压块液压机产品特点：1.本机采用液压传动,HDYJ 捷龙高度专业集成阀块,超大流量通径,使系统压力损失少,密封性能好；2.插装阀、电液比例阀的使用和独特的油路设计使液压系统完美无缺,即使在长期大负荷的情况下工作,系统也不会出现力不从心的现象；3.系统设计预泄荷装置,彻底消除了液压冲击；4.先进的快速装置,确保您的班产量；5.电器部分采用进口 PLC 全自动控制系统,抗干扰能力强、故障率低；6.机体采用卧式整体钢结构,强

19、度高,稳定性好,不需要安装地脚螺钉。金属屑压块液压机技术特点：1.电气部分采用 PC 控制，抗干扰性强，自动程度高，操作简单；. . . . 5 / 412.液压站采用整体式 HDYJ 捷龙专业阀块与大通经装阀，杜绝了油的渗漏，降低了系统的油温，提高了系统的稳定性；3.机架部分采用整体铸钢件，提高了设备的可靠稳定性和使用的寿命；4.油缸采用串联式油缸，提高了运动速度和生产效率；5.根据用户工况另带螺旋自动送料器、链条式自动出料器，降低了工人的劳动强度。金属屑压块液压机适用性：1.在不加任何添加剂的情况下，可将各种颗粒、粉末状的铸铁、铝、铜、镁、钛、钼等压制成高密度压块，直接投炉冶炼，大大降低了

20、成本费用。2.卧式机型由于设备卧放，油封受重力作用的影响较大，原则上只配备小吨位机型。小结小结本章主要讲述了选题的背景，液压在各个领域都得到广泛的应用，特别是在国防工业中；液压机的发展趋势，液压机正朝着高精度、集成化、精密化、数控化、自动化、网络化、柔性化、高生产率、高效率、成线化、成套化、环境保护与人身安全保护；概述了液压机的分类、基本参数和机体设计的原则，最后对金属屑压块机的用途、产品特点、技术特点和适应性进行说明。. . . . 第第 2 2 章章 金属屑压块液压机液压缸主要参数的选定金属屑压块液压机液压缸主要参数的选定液压缸的主要参数就是缸筒径 D 和活塞杆直径 d。根据设计要求，本液

21、压机使用三个液压缸，竖直缸为主缸，其余两缸为水平缸。2.12.1 主缸主要参数的计算主缸主要参数的计算2.1.1 缸筒径计算当液压缸的理论作用力 F 与供油压力 P 为已知时，则缸筒径 D： （2-4FDP1）式中F-液压缸作用力（N） ；P-预先选定的作用力（Pa） 。根据已知值代入式（2-1）得：31644 4000 100.4514513.14 25 10FDmmmP查表 4-52（GB/T2348-1993） ，取。1500Dmm2.1.2 活塞杆直径1d 查公式 （4-5）2得：活塞杆直径 （2- 4Fd 2）式中F液压缸作用力（N） ；活塞杆材料许用应力，为材料抗拉强度，n 为安全

22、系数，查表 7.3- bnb98 ，得 ，其，。#45 钢600bMpa 6001504bMpan把已知值代入式（2-2）可得：. . . . 7 / 41。 6644 4 100.1843.14 150 10Fdm 对于双作用单活塞杆的液压缸，取活塞杆直径 d，可根据往复运动的速度比（即面积比）的要求，查公式 23.3-279 （2-1dD3）查表 4-112，取=2，代入公式（2-3）得：2 1500353.62dmm查表 4-62（GB/T2348-1993）取。360dmm2.22.2 水平缸主要参数的计算水平缸主要参数的计算2.2.1 确定水平缸的径根据本金属屑压块液压机技术参数要求

23、，确定竖直缸为主缸，高压压制。其它缸为水平缸，采取水平方向垂直布置，要求其两缸径一样，活塞直径一样。根据水平压制最大工作压力为 ；。61 10 Nmax12PMpa623644 1 100.3212 10FDDmP 查表 4-52（GB/T2348-1993） ，取。23320DDmm2.2.2 确定水平缸活塞杆的直径活塞杆直径，查表 4-112，取速度比=2，再根据公式（2-3） ，得：23dd2 1320226.32dmm查表 4-62（GB/T2348-1993） ，取。23250ddmm小结小结本章主要是根据任务书的技术参数要求，经过查经验公式与设计计算，初步确定主缸和两个水平缸的缸筒

24、的径、活塞（活塞杆）的直径等主要结构参数，结构参数为后面章节的压力计算、循环时间计算和设计计算做准备。. . . . 第第 3 3 章章 金属屑压块液压机主缸与水平液压缸的压力计算金属屑压块液压机主缸与水平液压缸的压力计算3.13.1 主液压缸的压力计算主液压缸的压力计算3.1.1 主缸实际压制力查公式 3-11 （3-1）FPA式中P为压强（Pa） ；A为活塞的有效面积（） 。2mm取， 其中 0.85 为缸的效率 ，即131.5 0.8526.775PMpa0.85。取；0.85mv 125PMpa代入公式（3-1）得：（满足要求） 。226111125255004.91 1044FPAD

25、N64.0 10 N3.1.2 主缸回程力回程时，较小，为了计算方便；1P18.5PMpa代入公式（3-1）得：。22622611118.5100.50.360.804 1044FPDdN3.23.2 水平液压缸的压力计算水平液压缸的压力计算3.2.1 水平缸 实际压制力，取值取，水平缸 为送料压制缸，其最大调定值为压制到底；222FP A2P8.5Mpa8.5Mpa代入公式（3-1）得：。26252228.5 100.326.84 1044FPDN3.2.2 水平缸 回程力 ，取；2222224FPDd28.5PMpa. . . . 9 / 41代入公式（3-1）得：。622528.5 10

26、0.320.252.26 104FN3.2.3 水平缸实际压制力,取。3334FPD312PMpa代入公式（3-1）得：。262533312 100.329.65 1044FPDN3.2.4 水平缸推料力。26253338.5 100.326.84 1044FPDN3.2.5 水平缸的回程力等于水平缸 回程力。5322.26 10FFN小结本章根据上一章计算所得结构参数，计算系统在工作过程中各阶段的压力，包括主缸和水平液压缸的压制力、推料力、回程力等，为接下来的循环时间、主缸的设计计算与校核做准备。. . . . 第第 4 4 章章 金属屑压块液压机液压系统图的确定金属屑压块液压机液压系统图的

27、确定液压传动系统的设计与主机的设计是紧密联系的，两者往往是同时进行的，互相协调。但是，液压传动系统的设计迄今仍然没有一个公认的统一步骤，常常随着系统的繁简、借鉴的多寡、设计人员经验的不同而具体做法上是有所差异。实际设计工作中，大体上可按图 3 所示的容和流程来进行。这里除了最后一项全部处于性能设计的围。这些步骤是互相关联的。常需穿插进行，并经反复修改才能逐步完成。. . . . 11 / 41图图 3 3 液压传动系统的一般设计流程液压传动系统的一般设计流程4.14.1 工况分析工况分析（1）主机为金属屑压块液压机，具体无速度要求，只要生产率达到；1520h:件（2）周期时间：，即；34T :

28、 分钟180240Tss:（3）工作特点：要求动作平稳，三缸压制时，依次顺序动作，一个缸压制完毕时，另一缸压制时，要求前一缸能自锁；（4）回程时，要求每一个缸要快速归位；（5）性能指标要达到良好；（6）作业环境要达到清洁，无污染环境。4.24.2 方案确定方案确定4.2.1 缸的选择采用三个缸，其具体作用如下：一个水平送料，并起压制作用； 另一个水平缸压制，并起推料作用；主缸为竖直缸，起高压压制作用。根据设计要求，选取单杆活塞杆，其特点是：一般连接、往返速度和出力不同，应用于各类机械，一般自行设计。4.2.2 泵的选择根据设计要求，本液压系统为了满足生产量的需要，选择两个液压泵，满足于活塞缸送

29、料和回程迅速和大流量需求。4.2.3 确定系统的工作压力根据设计要求，高压为，中压为。31.5Mpa8.5Mpa4.2.4 确定执行元件的控制和调速方案根据设计要求，采取两个定量泵供油。高压压制时，为了减缓冲击作用，只用大流量泵，中压泵泄荷，该液压系统无其它任何节流阀，以保证工作循环时间。4.2.5 草拟液压系统原理图. . . . 要求：不要有多余元件，使用元件和电磁阀越少越好；注意各元件的联锁关系，防止相互影响，产生误动作；系统各主要部分的压力要随时检测，压力表数目最少；按国家标准规定，元件符号按常态工况绘出。4.2.6 拟定工艺顺序动作图注意事项：（1） 液压执行元件的每一个动作成份，如

30、启动、换速、运动结束，按一个工艺循环工艺顺序列出；（2） 在每一个动作栏中，写出该动作成份，开始执行元件代号，同时在表上标出发出信号元件所发出信号，是指几号电磁阀处于什么工作状态；（3）液压系统有多种工艺循环时，原则上一个工艺循环一个表，若表达清楚又不会误解，也可适当合并。该液压系统系统图如图 4：图图 4 4 液压系统图液压系统图. . . . 13 / 41该液压系统图中元件名称：（该液压系统图中元件名称：（1 1） 、 （2 2）滤油器；（）滤油器；（3 3）齿轮泵；（）齿轮泵；（4 4）联轴器；（）联轴器；（5 5）电机；）电机；（6 6）联轴器；（）联轴器；（7 7）柱塞泵；（）柱塞

31、泵；（8 8）电磁溢流阀；（）电磁溢流阀；（9 9）电磁溢流阀；（）电磁溢流阀；（1010）单向阀；（）单向阀；（1111）压力表；）压力表；（1212）电液换向阀；（）电液换向阀；（1313）电液换向阀；（）电液换向阀；（1414）电液换向阀；（）电液换向阀；（1515）行程开关；（）行程开关；（1616）溢流阀；）溢流阀；（1717）单向阀；（）单向阀；（1818）卸荷液控单向阀；（）卸荷液控单向阀；（1919）泄式单向阀；（）泄式单向阀；（2020）泄式单向阀；（）泄式单向阀；（2121）主缸；）主缸；（2222）送料压制缸；（）送料压制缸；（2323）行程开关；（）行程开关；（2424

32、）行程开关；（）行程开关；（2525）压制水平垂直向缸。）压制水平垂直向缸。4.3 液压系统循环动作说明循环动作开始前的约束条件：（1）主缸处于上极限位置，水平压制与送料缸 22 处于水平，在极限位置，水平压制与推料缸 25处于垂直向极限位置；（2）电液换向阀（弹簧对中式）处于中间位置；（3）推料装置处于退回位置。4.3.1 启动电动机 5 启动，通过联轴器 6、4，分别带动齿轮泵 3 和柱塞泵 7 旋转，它们分别通过自身的滤油器 1、2 吸油液，其中齿轮泵 3 吸油液，通过单向阀 10 与柱塞泵 7 吸油液汇合成，向水平送料与压制缸供送液压油，此时，通电。5YA4.3.2 水平送料与压制进油

33、路：回油路：当缸 22 送料压制时，由行程开关 23，左端压制到另一端时，断电，电液换向阀 13 由于5YA在弹簧作用下处于中间位置，水平缸 22 处于自锁状态中。同时，开始通电，电液换向阀 14 位于左端位置，另外由于电磁溢流阀 8，调定压力7YA，当水平缸 22 压制时，达到时。齿轮泵 3 就通过电磁溢流阀 8，直接把吸油液留8.5Mpa8.5Mpa回油箱。此时，通电。2YA. . . . 4.3.3 垂直向的水平缸压制进油路：回油路：当水平缸 25 压制时，垂直向，通过行程开关 24，由初始位置压制到终止位置时，行程开关 24发出信号，断电，电液换向阀 14 处于中间位置，水平缸 25

34、处于自锁状态之中。7YA4.3.4 主缸的压制 当行程开关 24 发出信号，使断电时，开始通电。电液换向阀 12 处于左端位置。7YA3YA进油路：回油路：当主缸 21 压制时，由上端压制到下端时，由行程开关 15 来控制。当主缸压制完毕时，断3YA电，和同时通电，电液换向阀 12、13，同时处于右端位置。此时，压力降低，齿轮泵 34YA6YA又开始送油，此时开始断电。2YA4.3.5 水平缸 22 回程由于水平缸 22 回程压力小，所以水平缸 22 先开始运动。进油路：回油路：正是由于大流量供油系统，促使送料缸回程、装料，提供宝贵时间。. . . . 15 / 414.3.6 主缸的回程当水

35、平缸 22 由行程开关 23 右端退回左端，水平缸 22 停止运动，且断电，电液换向阀 136YA处于中间位置。进油路：回油路：当主缸由下底端运动到上端，由行程开关 15 发出信号，使断电，电液换向阀 12 处于中间4YA位置，同时，通电。7YA4.3.7 水平缸 25 推料过程由于的通电，电液换向阀 14 处于左端位置。7YA进油路：回油路：推料过程由行程开关 24 组系列控制。当行程开关由压制室终点推到推料道终点时，行程开关24 发出信号，断电，通电，电液换向阀 14 处于右端位置。7YA8YA4.3.8 水平缸 25 回程进油路：回油路：. . . . 当水平缸 25 由推料尽头回到压制

36、前始位置时，行程开关 24 发出信号，断电，电液换向阀8YA14 处于中间位置，同时，开始通电。5YA 新的一个工作循环开始。4.44.4 液压系统保护装置液压系统保护装置的设计的设计（1）压力表 当主缸压力超过正常调定值时，由压力表发出信号，使通电，柱塞泵油液由电1YA磁溢流阀 9 回油箱。（2）当调节压高为，通电，电磁溢流阀 8 与油箱直接相通，齿轮泵 3 空转，以降低8.5Mpa2YA电机给齿轮泵 3 输出功率，保护电机。（3）液控单向阀 18、19、20 的作用在于调定三个缸的背压，防止活塞杆冲击缸体。4.54.5 流量与一次工作循环时间的计算流量与一次工作循环时间的计算4.5.1 选

37、泵根据设计要求每一个工作循环时间为之间。根据表 6.1-148，高压使用柱塞泵，180240ss:中压使用齿轮泵。齿轮泵：查表 3-112，选取 CB-100 型，该齿轮泵采用铝合金壳体和浮动轴套等结构，具有结构简单、重量轻、能长期保持较高容积效率等特点。其技术规格见表 1：表表 1 1 CB-100CB-100 型技术规格型技术规格压力 （Mpa）转速 （ ）minr型号排量 （）ml r额定最高额定最高容积效率(%)CB-1001001012.51450165090生产厂：长江液压件生产厂：长江液压件 XXXX 公司（原长江液压件厂）公司（原长江液压件厂） 、液压件厂、栖霞液压件厂、液压件

38、厂。、液压件厂、栖霞液压件厂、液压件厂。柱塞泵：查表 3-212，选取 CY14-B，具体为 80MCY14-B。其技术规格见表 2：表表 2 2 CY14-BCY14-B 技术规格技术规格型 号排 量()ml r额定压力( Mpa)额定转速()minr容积效率(%)80CY14-B8031.5150092生产厂：启东高压油泵厂、昭阳液压件厂、高压泵阀厂。生产厂：启东高压油泵厂、昭阳液压件厂、高压泵阀厂。4.5.2 根据设计要求确定行程. . . . 17 / 41设计要求：压缩室尺寸：长宽高=150012501100 （）3mm压块尺寸： 长宽高=600500500 （）3mm（1）确定 X

39、 方向压制力与送料长度： 以压缩室宽度和压块宽度之差（1250-500=750）和压缩室宽度（1250）之和mmmm（750+1250=2000）作为 X 方向压制力与送料长度。mm（2）确定 Y 方向压制力与推料长度：以压缩室长度和压块长度之差（1500-600=900）与压块长度（600）之和mmmm（600+900=1500） 。mm（3）确定 Z 方向压制力长度：以压缩室高度和压块高度之差（1100-500=600）作为 Z 方向压制力长度。mm4.5.3 计算一次工作的循环时间（1） 选取电动机的转速为 1480minr为 CB-100 型齿轮泵所提供的流量，为 80MCY14-B

40、型柱塞泵所提供的流量。1q2q= （4-1）qVn式中-为排量（） ；Vml r-为转速（） 。nminr根据已知数据代入（4-1）得：=148= 容积效率为 90%；1qVn3100 1480 10minL1q实1qvv=1480.9=133.2=2.22。1q实minL3103m s根据已知数据代入（4-1）得：=118.4= 容积效率为 92%；2qVn380 1480 10minLq实22qvv=118.40.92=108.928=1.82。q实2minL3103m s（2）水平缸 22 水平送料与压制的时间：1T此时流量为 =+=2.22+1.82=4.04；q1q实q实231031

41、03103m s无杆腔面积=0.0804；2A224D20.3242m流速 =50.25；1v1qA34.04 100.0804310m s时间 =。1T11sv332000 1039.8050.25 10s（3）水平缸 25 压制时间:2T此时由于压力达到 8.5Mpa，CB-100 型齿轮泵卸荷，此时流量=1.82，qq实23103m s. . . . 由于 固=0.0804；32DD32AA2m流速： =22.60；2v3qA31.82 100.0804310m s时间： =39.80。2T22sv33900 1022.60 10s（4）垂直主缸 21 压制时间 :3T无杆腔面积：=；1

42、A214D220.50.1964m此时流量：=1.82；q q实23103m s流速： ；33311.82 109.29 100.196qvm sA时间：。3T3333600 1064.69.29 10ssv（5）水平缸 22 回程时间:4T由于竖直缸压制完毕后，压力降低，齿轮泵重新开始向该液压系统输送油液。此时流量：=+=2.22+1.82=4.04；q1q实q实23103103103m s有杆腔面积：；222222220.320.250.03144ADdm流速：；33424.04 10130.32 100.031qvm sA时间：。344342000 1015.4130.32 10sTsv

43、（6）垂直主缸 21 回程时间 :5T此时流量：=+=2.22+1.82=4.04q1q实q实23103103103m s有杆腔面积：222221110.50.360.09544ADdm流速：33514.04 1042.53 100.095qvm sA时间：。35535600 1014.142.53 10sTsv（7）水平缸 25 推料时间 ：6T此时流量：=+=2.22+1.82=4.04；q1q实q实23103103103m s无杆腔面积：；22330.08044ADm流速：；33634.04 1050.25 100.0804qvm sA时间：。36636600 1011.950.25 1

44、0sTsv. . . . 19 / 41（8）水平缸 25 回程时间 : 7T此时流量：=+=2.22+1.82=4.04；q1q实q实23103103103m s有杆腔面积：；222223330.320.250.03144ADdm流速：；33734.04 10130.32 100.031qvm sA时间：。377371500 1011.5130.32 10sTsv综上所述，循环一次所需时间 :T1234567197.1TTTTTTTTs符合之间，满足设计要求。180240ss:4.6 电动机的选择（1）当系统压力小于 8.5Mpa 时，电动机所提供功率由 CB-100 型齿轮泵和 80MCY

45、14-B 型柱塞泵共同转速，以 8.5Mpa 计算。电机的功率： （4-2）1pqN式中p压力（pa） ；q流量（） ；L s效率，取 0.85。根据已知数据代入（4-2）得：66618.5 1080 101480 100 1480 8.5 1044.40.85 60pqNKW（2）另外系统压力大于 8.5Mpa 时，CB-100 型齿轮泵卸荷空转，此时，电动机对它的输出功率接近于 0。假设系统压力最高压力为 31.5Mpa，此时电动机所提供的功率为 80MCY14-B 型柱塞泵运转，根据已知数据代入（4-2） ，此时功率为：231.5 80 148073.130.85 60pqNKW根据表

46、19-85查得：选用 Y250M-4 其具体参数见表 3：表表 3 3 Y250M-4Y250M-4 的具体参数的具体参数型号额定功率 （KW）转速（）minr效率（%）Y250M-490148092. . . . 小结小结本章首先说明了液压系统的设计步骤，然后对工作情况进行分析，从而确定了液压系统，并对液压系统的循环动作进行详细的说明，对本系统的保护装置进行设计，计算出流量和循环动作的时间，最后对电机进行了选择。第第 5 5 章章 金属屑压块液压机主缸的设计金属屑压块液压机主缸的设计5.15.1 液压缸液压缸的说明的说明液压缸是将液体的压力能转化为机械能的能量转化装置，是机械整机的最终执行机

47、构，将液压能转化为做反复直线运动的机械能，按其作用方式分为单作用缸和双作用缸。本系统是采用双作用活塞液压缸，工作时，油压达，将工作主缸装配在横梁上，上位活动梁，将压力传给压31.5Mpa头，将金属屑压制成块，但由于液体压力较高，活塞在运动与密封两方面要求较高。5.25.2 缸筒缸筒的设计计算的设计计算5.2.1 主要技术要求（1）有足够的强度和冲击韧型，能长期承受最高工作压力与短期动态试验压力而不致产生永久性变形；（2）有足够的刚度，能承受活塞侧向压力和安装的反作用力而不致产生弯曲；（3） 表面与活塞密封件与导向环的摩擦力作用力下，能长期工作而磨损小，有较高的几何精度,足以保证活塞密封件的密封

48、性；（4）有几种结构的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊接法兰或管接头后而不致产生裂纹或过大变形。5.2.2 缸筒结构缸筒与缸底做成一体，缸筒与端盖使用法兰连接。5.2.3 缸筒计算. . . . 21 / 41（1） 缸筒径计算前面计算过，取缸筒的径。500Dmm（2） 缸筒厚度计算查表 4-172得：缸筒厚度：对于中高压系统，缸筒厚度可按厚壁筒计算：m当缸筒采用塑性材料制造时，其计算公式为： （5- 121.73yDP1） 式中试验压力， （）当工作压力时，；当工作压力时yPMpa16Mpa1.5yPP16Mpa；1.25yPPD液压缸径（） ；m缸体材料的许用应力（Mpa） ； 缸体材料

49、的抗拉强度（Mpa） ；b安全系数， （因为工作压力大，n 可选小点）一般取；n3.55n :4n 对与钢一般取。#45 150Mpa根据以上数据代入公式（5-1）得： 0.51501162.60221.732150 1.73 25 1.25yDmmP取。80mm（3）进出油口尺寸液压缸的进出油口，可布置在缸筒或前后端盖上，其连接型式有螺纹、方形法兰和矩形法兰等。本主缸采用的连接型式为螺纹连接，因为该液压缸是 25Mpa 系列单杆液压缸，查表 23.3-139（ISO8137-1986） 得：， 。进油口型式见图 5：60 2ECM(min)38EEmm. . . . 图图 5 5 进油口结构

50、进油口结构（4） 缸底厚度计算查表 4-172，得缸底厚度：hm当缸底有孔时 （5-2） 00.433()PyDhDDd式中缸体材料的许用应力， （Mpa） ； 缸底油孔直径， （） ；0dm其它符号意义同上。根据已知数据代入公式（5-2）得：1.25 25 0.50.433 0.5105.34150 (0.50.06)hmm取。120hmm（5） 缸筒厚度验算计算求得的缸筒厚度值后，应做一下几方面的验算，以保证液压缸安全的工作。（A）液压缸的额定工作压力应低于一定的极限，以保证工作安全。查公式 23.3-79得：nP （5-221210.35snDDPMpaD3）（B）为了避免缸筒在工作时发

51、生塑性变形，液压缸的额定压力值应与塑性变形压力有一定的比nP例围，查公式 23.3-99和公式 23.3-109得：. . . . 23 / 41 （5-(0.350.42)nPLPP:Mpa4） （5-12.3log()PLsDPMpaD5）式中缸筒材料的屈服强度，查表 7.3-98 ，得 ，其=355Mpa,；sMpa#45 钢s缸筒是外径；1Dmm缸筒径。Dmm根据以上数据代入公式（5-3）得：222212213550.70.50.350.3558.290.7snDDPMpaD 故满足要求。31.558.29nPMpaMpa将数据代入公式（5-5）得：12.3log119.31PLsDP

52、MpaD将数据代入公式（5-4）得：，故也满足要求。0.350.4241.7650.1131.5plnPPMpa:（C）为了确保液压缸的安全使用，缸筒的爆裂压力应大于耐压试验压力。查公式 23.3-129EPTP得： （5-6）12.3log()EbDPMpaD式中缸筒材料的抗拉强度，查表 7.3-9 8，得 ，其=600Mpa。bMpa#45 钢b计算的值应远远超过耐压试验压力，才可以保证液压缸的安全使用，即 。EPTPETPP:将已知数据代入公式（5-6）得：10.72.3log2.3 600 log201.66()0.5EbDPMpaD1.51.5 2537.5TnPPMpa所以 ，故满

53、足要求。ETPP:（6） 缸筒端部法兰连接螺栓计算缸筒与端部用法兰连接时，螺栓的强度计算如下：查公式 23.3-209、23.3-219、23.3-229得：螺纹处的拉应力： （5-7）621104KFMpad Z. . . . 螺纹处的剪应力： （5-61031100.2K KFdMpad Z8）合成应力： （5-9）223nMpa 223snsn式中缸筒端部支承的最大推力（Mpa） ；F螺纹外径（m） ；0d螺纹径（m） ；1d拧紧螺纹的系数，不变载荷取,变载荷取；K1.251.5K :2.54K :螺纹连接系数，平均取1K10.070.2K :10.12K ，其中螺栓材料的屈服强度； s

54、sns安全系数，一般取；sn1.22.5sn :本液压缸筒与端盖间用螺栓，数量 18 个，材料为钢，该螺栓，36M#45036dmm，查表 3-85（GBT699-1999）得 ，133.835dmm3K 10.12K 355sMpa 。1.5sn 将以上数据代入公式（5-7）得：螺纹处的拉应力： 5662214 3 8.04 101010149.0333.8351844KFMpad Z 将以上数据代入公式（5-8）得：螺纹处的剪应力：566103310.12 3 8.04 1036101074.720.20.2 33.83518K KFdMpad Z 将以上数据代入公式（5-9）得：合成应力

55、：22223149.033 74.72197.38nMpa ，故满足强度要求。 355197.38236.671.5snsMpan（7） 端盖法兰厚度计算查公式 23.3-1610得，缸筒端部法兰盘厚度 h：. . . . 25 / 41 （m） （5-10） 4aLFbhrd式中法兰在缸筒最大压力，所承受的轴向力（N） ；F法兰外圆半径（m） ；ar端盖外圆与螺孔中心线距离（m） ；b螺孔直径（m） 。Ld具体尺寸看图 6图图 6 6 端盖法兰结构图端盖法兰结构图已知 ，材料64.91 10FN50bmm350armm40Ldmm。 6001504Mpa把已知数据代入公式（5-10）得： 6

56、33644 4.91 1050 100.07373.03506010150 10aLFbhmmrd故取 。80hmm（8） 缸筒材料缸筒材料，一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要求有良好的焊接性能。根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源，可选钢，缸筒毛坯普遍采用冷拔或热轧无缝钢管。#45（9） 缸筒的制造要求缸筒径 D 采用 H7 或 H8 级配合，表面粗糙度值一般取为，都常进行研磨；热aR0.160.23 m处理，调制，硬度；缸筒径 D 的圆度、锥度、圆柱度不大于 0.03mm；缸筒直径公241285HB :差在 500mm 长度上不大于 0.03mm；缸筒端 T 对径的垂直度 10

57、0mm 上不大于 0.04mm；还有通往油口的径口必须倒角，不许有飞边、毛刺，以免划伤密封件。缸筒径口应倒角角。需要在缸筒上焊015. . . . 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径变形。如欲防止腐蚀生锈提高使用寿命，在缸筒表面可以镀铬，在进行抛光，在缸筒外表面涂耐油漆。5.35.3 活塞活塞的设计计算的设计计算5.3.1 活塞结构活塞与活塞杆制成一体。5.3.2 活塞的密封采用 O 型密封圈。因为 O 型密封圈一般用耐油橡胶制成，其横截面呈圈型，具有良好的密封性能，外侧都能密封，结构紧凑，运动件摩擦阻力小，制造容易，拆装方便，成本低，且高低压均可以用。

58、5.3.3 活塞材料该活塞有导向环，可选优质碳素钢钢、钢与钢。选用：因为钢比较常用，#20#35#45#45#45在市场上容易购买，而且抗拉强度较大，适合中高压场合。b5.3.4 活塞杆（1） 结构：杆体分实心杆和空心杆两种，因实心杆制造工艺较简单，故采用实心杆，干外端制成螺孔头，经拉杆跟压头联， 。活塞与活塞杆制成一体。（2） 活塞杆直径计算初步确定活塞杆直径 d由前面计算可知360dmm最小导向长度确定查表 4-29 2得：具体尺寸见图 7图图 7 7 活塞（活塞杆）最小导向长度活塞（活塞杆）最小导向长度. . . . 27 / 41当活塞杆全部外伸时，若导向长度小，将使液压缸因间隙引起初

59、始挠度的变大，从而影响液压缸工作的稳定性，甚至由于导向长度较小，挠度过大，使活塞卡滞在钢管壁，长期工作造成磨损，使其发生泄漏，对于一般液压缸，其最小导向长度 H 应满足下式要求： （5-11） 202LDHm式中液压缸最大工作行程（mm） ；L缸筒径（mm） ；D活塞杆直径（mm） ；d活塞宽度（mm） ，；BB= 0.61.0 D:导向套滑动面的长度（mm） ，在缸径小于 80mm 时，取。在缸径大于AA= 0.61.0 D:80mm 时，取。A= 0.61.0 d:根据前面可知 ，。600Lmm500Dmm代入公式（5-11）得：0.60.50.28280202202LDHmmm取活塞宽度

60、，取端盖高度为,取,故取，300mmB 360mm250mmA 25C ，所以满足要求。300280Hmmmm活塞杆强度计算在活塞杆的强度计算中，通常以活塞缸的活塞杆端部金额缸筒后端盖均为耳环铰接式安装方式作为基本情况来考虑。并令活塞全部伸出时，活塞端部与负载连接点与液压缸支承点间的距离假设为。BL查公式 23.3-289得：主缸时，液压缸为短程型，主要须验算活塞杆压缩或拉伸强度：10BLd （5-12） 6210ssFndm 式中液压缸的最大推力（或拉力） （N） ；F材料的屈服极限，对于钢，表 4-712 得；s#45355sMpa屈服系数，一般取。sn24sn :已知：，。64.91 1