100T四柱液压机液压系统毕业设计

100T四柱液压机液压系统毕业设计中华人民共和国训练部

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设计题目：100T四柱液压机液压系统设计

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设计题目100T四柱液压机液压系统设计

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100T四柱液压机液压系统设计

100TFour-columnhydraulicpresshydraulicsystemdesign

Abstract

ThedesignfortheFour-columnhydraulicmachine,four-columnhydraulicmachineismainlyposedofthehostbeam,pillar,table,movingbeams,mastercylinders,posedofthetopofthecylinder.Themastercylindercanbepletedquicklydown,slowpression,securitycalendar,thereleasepressurefortherapidreturnofinsitutostoptheaction;thetopofthecylindercanbeachievedoutofthetopup,stay,downtheback,stoppedinsituaction.Thedesignmaximumworkingloadofthehost1000KN.Conditionsonthehydrauliccylinderhydrauliccylinderloadanalysistodeterminechangesinthehydraulicsystemdevelopedactionplansandtheelectromagnetorder.Andthemainhydrauliccylinderdesigntocalculatethesizeofthemaincylinderandtheflowrateofmastercylinderforaccessandsecurity,travellimitswitchestocontrolthroughthestroke.Calculatedaccordingtothetechnicalrequirementsanddesignoptionshydraulicpump,GEseriesofsolenoidvalvesandotherhydraulicponents.Thehydraulicsystempressurelossandtemperatureriseofchecking,hydraulicsystemdesigntomeetthehydraulicrequirementsoftheordercycleofaction,designedtoachievefour-columnhydraulicpressplasticmaterial,forging,stamping,coldextrusion,straightening,bendingandotherformingprocesses.ThePLCcontrolsystem,hydraulicsystemusedbyavarietyofhydraulicpumpsandcylindersandvalvestoachieveenergyconversion,regulationanddistribution,pleteavarietyofprocessactioncycle.Hydraulicpressusingacentralizedarrangement,thehydraulicsystemandcontrolofoilsourcesoutsidetheregulatingdeviceinthehost.

Thehydraulicmachinestructureispact,reliablesensitiveaction,speed,energyconsumption,lownoise,stressandtravelcanbeadjustedwithinthelimitsprescribed,simpleoperation.

Keywords:Four-columnhydraulicpress;hydraulicsystem;PLC

名目

4.2.2液压系统的发热温升计算(24)

5液压系统的PLC掌握设计(25)

5.1PLC概述(25)

5.2掌握部分设计(25)

6结论(29)

四柱液压机液压系统设计

1绪论

1.1概述

液压机是一种以液体为工作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。液压机被广泛应用于机械工业的很多领域。例如在锻压领域，液压机被广泛应用于自由锻造、模锻、冲压、挤压、剪切、拉拔成型及超塑性等很多工艺中；在机械工业的其他领域，液压机被应用于粉末制品，塑料制品、磨料制品、金刚石成型、校正压桩、压砖、橡胶注塑成型等非常广泛的不同工作领域。

液压机一般是由本体、动力系统、液压掌握系统三部分组成。本体一般是由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置以及其他帮助装置组成。工艺要求使影响液压机本体结构形式的最主要因素。由于在不同液压机上完成的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构形式也是不同的。依据机架形式，液压机可以分为立式和卧式；依据机架的组成形式，液压机可分为梁柱式、单柱式、框架式、钢丝缠绕预应力牌坊式等。其中三梁四柱式是最为常见的类型，如图1-1所示。其机身是由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调整螺母等组成。其执行元件的结构简洁，结构上易于实现很大的工作压力、较大的工作空间，因此适应性强，便于压制大型工件或较长、较高的工件；由于执行元件结构简洁，所以布置敏捷，可以依据工艺要求来多方位布置；活动横梁的总行程和速度都可在肯定范围内、相当大程度上调整，适应工艺过程对化快速度的不同要求；通过不同阀的组合实现工艺过程的不同挨次；平安性能好，不易超载，有利于爱护模具；工作平稳。撞击、振动、噪声较小，对工人及厂房有很大好处。

图1-1四柱液压机

1.2进展趋势

随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动掌握技术及新工艺、新材料的进展和应用，液压传动技术也在不断创新。自19世纪问世以来进展很快，已经广泛应用于国民经济的各个部门，种类繁多，进展快速，成为机床行业的一个重要组成部分。但由于我国液压起步晚，液压机只有50年的进展历史，80年月以后我国液压机开头进入高速进展阶段。目前我国已建立了自己的液压机设计和制造行业。

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进展体现在新的方向。随着比例伺服技术的进展，液压机的停位精度、速度掌握精度越来越高，液压机趋向高精度进展。高速化、高效化、低能耗提高了液压机的工作效率，降低生产成本；自动化、智能化，微电子技术的高速进展为液压机的自动化和智能化供应了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能；液压元件集成化，标准化，集成的液压系统削减了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的修理带来便利。

在国际上来看，由于技术进展趋于成熟，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。特殊是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能牢靠而且设计的周期也比较短。

2液压系统工况分析

四柱液压机的工作过程如下：上液压缸驱动上滑块，实现“快速下行-慢速加压-保压延时-释压换向-快速返回-原位停止”的动作循环；下液压缸驱动下滑块，实现“向上顶出-停留-向下退回-原位停止”的动作循环。如2-1图所示。

图2-1液压机工作循环图

2.1载荷的组成和计算

2.1.1主液压缸载荷的组成和计算

作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷gF，导轨的摩擦力fF和由于速度变化而产生的惯

性力aF。

（1）工作载荷gF

工件的压制抗力即为工作负载：NF63g1081.901.8910100?=??=（2）导轨摩擦载荷fF

摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力。

NFFff=(2-1)

NF--外载荷作用于导轨上的正压力（N）；

f---摩擦系数，分为静摩擦系数（3.0~2.0fs≤）和动摩擦系数（1.0~05.0fd≤）

静摩擦阻力：0.25009.8980fsFN=??=

动摩擦阻力：0.15009.849fdFN=??=

（3）惯性载荷aF

t

v

gGF??=

a(2-2)

NtvgGF800.508.0500a=??

?

??=??=

式中g—重力加速度；g=9.812/ms;

v?-速度变化量（m/s）；

t?-起动或制动时间（s）

。一般机械t?=0.1-0.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般取t

v

??=0.5-1.52/ms。

以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷WF。工作载荷并非每个阶段都在，如该阶段没有工作，则gF=0。由于液压缸参数未定，估算背压力Fb=12000N。

自重：4900GmgN==

mη-液压缸的机械效率，一般取0.90-0.95.

m

ηW

FF=

(2-3)

液压缸各阶段负载如表2-1所示。

表2-1液压缸各阶段中的负载

工作状态负载组成

负载值F/N推力F/mη/N启动GFFFfsb-+=W8080N8977.8N加速GFFFFfd-++=abW

8390N9322.2N快速下行GFFFfd-+=bW7590N8433.3N慢速加压GFFFFgfd-++=bW

988590N1098433.3N快速返回

GFFfd+=W

5390N

5988.9N

2.1.2绘制负载图和速度图

由以上分析计算绘制主液压缸负载图和速度图，如图2-2。

图2-2压力机液压缸的负载和速度图

2.1.3初选系统工作压力

依据重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简洁、工作牢靠、使用维护便利的原则，针对设计系统在性能和动作方面的特性，确定了设计系统的工作压力。如表2-2、表2-3所示。本设计工作压力为25MPa。

表2-2按载荷选择工作压力

载荷/KN50工作压力/MPa<0.8-11.5-22.5-33-44-5≥5

表2-3各种机械常用的系统工作压力

机床

机械类型磨床组合机床龙门刨床拉床农业机械

小型工程建筑

建筑机械

液压凿岩机

液压机

大中型挖掘机重型机械起重运输机械

工作压力/MPa0.8-23-52-88-1010-1820-322.2液压系统及元件的设计

2.2.1拟定液压系统图

依据系统的设计要求和工况图，确定基本回路，拟定油路掌握原理图，如图2-3。

图2-3油路掌握原理图

1.主油箱

2.径向柱塞泵

3.挨次阀

4.先导式溢流阀

5.三位四通电磁换向阀

6.二位四通电磁换向阀

7.压力继电器

8.单向阀

9.压力表10.补油箱

11.液控单向阀12.上缸13.背压阀14.液控单向阀15.行程开关16.下缸

17.节流阀18.三位四通电液换向阀

图2-3是油路掌握原理系统图，工作时，电液换向阀5通电，压力油由泵2打出，经挨次阀3，进入电液换向阀5的右位，再通过单向阀8，进入上缸12的上腔。同时，经电磁阀6补油进入油缸上腔。回油从上缸的下腔经过（单向挨次阀）背压阀13和液控单向阀14，通过电液换向阀6，流回到油箱。

与此同时，上缸在自重的作用下，加速了向下的快速运动，使上缸的上腔瞬时间形成了真空带，补油箱10的油会通过液控单向阀11，被吸进上缸的上腔，以消退真空，保持上缸的快速下移。

当上缸带动上模与下模合模后，压力油连续输入上油缸的上腔，油缸上腔的压力开头上升，由于油压的上升，补油箱处的液控单向阀被关闭，切断了补油箱的供油，使上缸12下行速度开头放慢。油缸上腔压力连续上升，当压力超过了压力继电器9的调定值时，压力继电器发出信号，掌握电液换向阀5转换到中位，切断油缸12上腔的供油，上缸停止运动，系统开头保压。

保压完后，电液换向阀5的左位被接通，泵2打出的压力油，经过挨次阀3，通过电液换向阀5的左位，再经过液控单向阀13、（单向挨次阀）背压阀12，进入上油缸12的下腔，推动油缸向上运动，同时电磁阀6切换到左位，油箱补油加速回程。油缸12上腔的回油通过液控单向阀11，流回到补油箱10。使得上缸能快速退回原位。

当将电液换向阀5的中位和电液换向阀18的右位接通时，泵2打出的压力油，经过电液换向阀18的左位，进入下缸16的下腔，回油从下缸16的上腔经过电液换向阀18的左位，流入回油箱，下缸上行顶出工件。

在工件取出后，电液换向阀18的右位开头工作，压力油进入下缸15的上腔，下缸下腔的回油经过阀的右位流入回油箱，下缸向下运动，恢复原位。

阀12在保压时可防止上油缸12上腔的油液倒流，行程开关15用于掌握上、下缸的极限位置，压力表分别显示上、下油缸和整个系统的压力。

2.2.2电磁铁动作挨次

图2-3油路掌握原理图中电磁铁动作挨次见表2-4。

表2-4电磁铁动作挨次表

动作名称

电磁换向阀电动机1YA2YA3YA4YA5YA6YA1D

电机启动+快速下行+++减速及压制+++保压+++卸压+++回程停止+顶出缸顶出++退回++静止

3液压缸的设计

3.1液压缸基本结构设计

液压缸是液压系统的执行元件，它是一种把液体的压力能转换为机械能，以实现直线往复运动的能量转换装置。由于液压缸结构简洁，工作牢靠，在锻压设备中应用广泛。3.1.1液压缸的类型

液压缸选用单作用活塞液压缸，单作用活塞缸的活塞、活塞杆和导向套上都装有密封圈，因而液压缸被分隔为两个互不相通的油管，当活塞腔通入高压油而活塞杆腔回油时，可实现工作进程，当从反方向进油和回油是，可实现回程。

3.1.2缸口部分结构

缸口部分采纳了Y形密封圈、导向套、O形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引

导活塞杆。由于在设计中缸孔和活塞杆直径的差值不同，故缸口部分的结构也有所不同。

3.1.3缸底结构

缸底结构常应用有平底、圆底形式的整体和可拆结构形式。在本设计中采纳平底结构。

平底结构具有易加工、轴向长度短、结构简洁等优点。所以目前整体结构中大多采纳平底结构。

3.1.4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终端时在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫它从小孔或油缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，渐渐减慢运动速度，达到避开活塞和端盖相撞击的目的。在液压缸中常见的装置是节流口可调式，节流口变化式两种。本设计中所设计的液压缸缓冲装置是节流阀调整。

3.2缸体结构设计

3.2.1液压缸主要参数的确定

（1）主缸的内径:

公称力F=1000KN=1×106KN，液体最大工作压力P=25MPa=25×106

a

P。

求得活塞面积：

S

活塞=

F

P

=0.042

m(3-1)

所以

S

活塞=

2

4

D

=0.042

m

即主缸内径D=0.2257m=225.7mm。查表取

D=220mm

依据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：

22d2-DD=27

80得d=179.07mm按标准取活塞杆直径

d=mm180

液压缸的往复运动速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25、1.15等几种。表3-1给出了不同速度比是活塞杆直径d和液压缸内径D的关系。由以上数据求出液压缸实际有效面积如下：

无杆腔：1A=24

Dπ

=37992mm(3-2)

有杆腔：2A=

22()4

Ddπ

-=125602mm(3-3)

活塞杆面积：A=1A-2A=254342mm(3-4)

表3-1d和D的关系

φ

1.15

1.25

1.33

1.46

2

d0.36D0.45D0.5D0.56D0.71D

(2)确定液压缸的运动速度本课题给定了液压缸的工作速度为：

空程速度：27smm/工作速度：12smm/回程速度：80smm/

(3)确定活塞杆的最大行程

本设计课题给定了活塞杆最大行程为600mm。

3.2.2液压缸动作时的流量

液压缸的流量通过工作速度和液压缸的内径来确定。液压缸的空程速度为V1=27smm/，工作速度为V2=12smm/，回程速度为V3=80smm/.

24

DVQπ

?

=（3-5）

空程：Q1=V1×4πD2

=0.027m/s×4

π

×(0.22)2=0.001026m3/s=61.56L/min；

工作：Q2=V2×

4πD2=0.012m/s×4

π

×(0.22)2=0.000456m3/s=27.36L/min；回程：Q3=V3×4π（D2-d2）=0.08m/s×4

π

×(0.222-0.182）=0.001m3/s=60L/min。

针对不同零件的详细加工要求，系统的流量可以通过掌握元件调速阀来调整。

3.2.3缸的设计计算

（1）缸筒的结构和材料

一般状况下，缸筒和缸盖的结构形式和使用材料有关。在此液压缸筒用45号无缝钢管。可保证结构通用性好，缸体加工简单，装卸便利，能充分满意设计要求。缸筒所选材料性能如表3-2。

表3-2缸筒所选材料

型号bσ≥／MPa

sσ≥／MPa

5δ≥／%

45

600

355

16

（2）对缸筒的要求

a.内表面与活塞密封件及导向套的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以活塞密封件的密封性。

b.有足够的强度，能长期承受最高工作压力，而不至产生永久变形以及能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不至产生弯曲。缸筒内壁厚度：

当3.2≤δ

D＜16时，用使用公式:

δ=

(

)MPa

MPaPD

Py2525.11203.20.22m

25MPa1.25c3.2y?-???≥+-?σ（3-6）

=0.028m

取δ=0.02m

yP--试验压力（MPa），工作压力p≤16MPa时，yP=1.5p;工作压力p≥16MPa时，yP=1.25p;

D--液压缸内径（m）;

σ--缸体材料的许用应力（MPa）:n

b

σσ=

bσ--缸体材料的抗拉强度（MPa）

n--平安系数，n=3.5-5.一般取n=5.?--强度系数，一般取1。

c--计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，通常圆整到标准厚度值。

p—缸体内最大工作压力为25MPa.

当2.3<δ

D时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.

（3）缸筒的强度校验

在前一节中已经确定了缸筒的内径，为220mm，依据液压缸标准参数拟选缸厚度为20mm，则外径：

1D=D+2δ(3-7)

260mm=外D，现在校验它的强度。

额定压力nP必需要小于一个值，这样缸筒才是符合强度要求的，即：

nP≤0.35×

MpaDDDs2

1

2221)

(-δ(3-8)

式中：nP--液压缸额定压力(MPa)

1D--液压缸外径(m)

D--液压缸内径(m)

sδ--材料的极限应力(MPa)Mpas355=δ所以：

nP≤0.35×2

2

226.022.026.0-×355

≤35.3Mpa

本设计课题给定的nP为25Mpa，所以缸筒工作平安。（4）液压缸缸底厚度计算缸筒底部为平面时:

σy

433.0PD

h=（3-9）

≥120

25

2.203

3.40??D?≥1976.0

m8443.022.01976.0=?≥取.5m0=h式中：

h--筒底厚度（m）D--液压缸内径（m）

yP--试验压力（MPa）

σ--缸底材料的许用应力（MPa）

（5）液压缸固定螺栓直径校核

sd≥

]

--Sσ/(1.2—2.5),Sσ为材料的屈服极限

由于Z取得较小的值时，螺栓的直径将会变大，从而加大安装空间，可能会发生安装是干涉的状况；假如Z值取得太大，则势必加大调整时的难度，经过综合考虑，这里取Z=8。所以：

sd≥2

.1/10355814.31010003.12.56

3

2??????=23.1mm选取标准值为24mm。依据实际状况，选取一般圆柱螺栓。由《机械设计指导》查的该螺栓的规格为M24。（6）缸筒制造加工要求

a.缸筒端面的垂直度公差值可根据7级精度选取0.06mm。

b.缸筒内径的圆度公差值可按9、10、11级精度选取0.046mm，圆柱度公差值应当根据8级精度选取0.02mm。

c.热处理调质，硬度为HB241—285.缸体内表面镀铬，厚度为30-40微米,镀后研磨或者抛光。

缸筒的零件图如3-1图所示：

图3-1缸筒

3.2.4活塞的设计

由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的协作应适当，既不能过紧，也不能有间隙过大。协作过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且简单损坏缸筒和活塞的滑动协作表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。

（1）活塞材料

查书《液压工程手册》，可知：

无导向环活塞：用高强度铸铁HT200～300或球墨铸铁。

有导向环活塞：用优质碳素钢20号、35号及45号。

本设计采纳有导向环的活塞，因此选用35号钢。

（2）活塞结构型式

依据密封装置型式来选用活塞结构型式。通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞四周上开沟槽，安置密封圈，结构简洁，但给活塞的加工带来困难，密封圈安装时也简单拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封型式打算。组合式活塞大多可以多次拆装，密封件使用寿命长。

依据以上学问,本设计采纳组合式活塞。

（3）活塞的尺寸确定

活塞的外径应略小于缸筒的内径，活塞与缸筒之间是用密封圈来连接的。其内孔的大小是依据与之相协作的活塞杆的直径来确定的。依据密封圈的大小来确定槽的深度和宽度。依据设计和安装要求，本设计活塞外径取为220mm,宽度B=0.6D取得140mm。

（4）活塞的密封

密封、形式与活塞的结构有关，可依据液压缸的不同作用和不同工作压力来选择,一般有密封圈密封、活塞环密封、间隙密封。这里采纳O形加挡圈密封。密封圈的选定依据《液压工程手册》GB3452.3-88选定。

（5）活塞的技术要求

a.外径的圆柱度公差值，按10级精度选取，公差值为0.04mm

b.端面对内孔轴线的垂直度公差值，应当根据7级精度选取,公差值0.04mm。

图3-2活塞

3.2.5活塞杆的设计

(1)活塞杆的材料

活塞杆的材料为45号钢，采纳实心结构。其两个端部均采纳螺纹连接。活塞杆所选材料如表3-3所示。

表3-3活塞杆所选材料

型号bσ≥／MPa

s

σ≥／MPas

δ≥／%45MnB

1030

835

9

(2)活塞杆尺寸的确定

活塞杆的总长要依据油缸的行程来确定，本课题的工作台行程为600㎜，综合其技术要求，选取活塞杆的总长为800mm。由于L≥A+B+L-1/2B

L≥100+140+30+600-70=800mmA—导向套滑动面长度；B—活塞宽度；

L—

液压缸的最大行程；数值在后面3.3.6导向环设计中详细计算。

(3)活塞杆的技术要求

a安装活塞的轴肩端面与活塞杆的轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm。

b活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.1～0.3mμ。

c活塞杆在导向套中滑动，采纳H8/h7协作。

d安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.01mm。

e活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为229-285HB，必要时，再经高频淬火，硬度达到HRC45-55。

f为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需镀铬处理，并进行抛光或磨削加工。

g活塞杆内端的卡环槽、螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同心，特殊是缓冲柱塞，最好与活塞杆做成一体。

（4）活塞杆直径d的校核：

]

[σ=bσ/1.4。

(5)活塞与活塞杆的连接

活塞与活塞杆连接有多种型式，全部型式均需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开,它分为卡环型，轴套型，螺母型等几种型式。

本设计采纳螺母型连接；如图3-3所示：

图3-3活塞杆

3.2.6导向环的设计

导向环安装在活塞外圆的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内，以保持活塞与缸筒或活塞杆与其导向套同轴度，并用以承受活塞或活塞杆的侧向力。(1)导向环的型式

导向环有嵌入型和浮动型

嵌入型导向环：在活塞外圆加工出燕尾型截面沟槽，用QAL9-4或紫铜制的铜带，表面加工成略带拱形，用木槌铆入沟槽内，最终加工导向环外圆。导向环圆周切出一个45度斜口。

浮动型导向环：用高强度塑料等制的带，装在活塞外圆的矩形截面沟槽内，侧向保持有间隙，导向环可在沟槽内移动，并有一个45度斜开口。也可在沟槽底用粘合剂固定导向环。

本设计采纳浮动型导向环。(2)导向环的尺寸

采纳不同的材料，导向环的尺寸也不同。

聚四氟乙烯（也有掺青铜粉）导向环：依据活塞外圆直径或导向套内圆直径，导向环厚度可为1.5～2.5mm,宽度可为5.6～25mm。

纤维增加酚醛树脂掺石墨导向环，厚度可为3～5mm，宽度可为2.5～25mm。基于此，本设计采纳聚四氟乙烯导向环，其厚度为2.5mm，宽度为10mm。

3.2.7导向套的设计

导向套是用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证密封效果，导向套的典型结构形式是采纳了轴套式。（1）导向套的材料

导向套要求磨损系数小，因此，采纳了青铜。（2）导向套长度的确定

导向套长度过短，将使缸因协作间隙引起的初始挠度增大。影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必需保证缸有肯定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满意：

H≥220D

L+（3-12）

式中：L--为液压缸的最大行程，L=600mm；

D--为液压缸筒内径，D=220mm；H--为导向套最小导向长度；所以：

H≥

2

220

20600+H≥30+110=140mm

依据设计要求的需要，选择导向套的长度为150mm。活塞宽度B=0.6D=132mm.取B=140mm。

导向套滑动面的长度A,在依据液压缸内径D而定；

当D80mm时，取()d

=。

6.0

A0.1

~

A=0.6d=108mm.

取100mm。

(3)导向套的密封

导向套与活塞杆之间的密封采纳O形橡胶密封圈，依据GB/T3452.1-1992查阅，选取，密封环内径180mm，线径7mm。选自《机械设计手册》第2卷表10.1-40通用型O型密封圈尺寸系列与公差。

并且采纳防尘圈以防止活塞在后退时把杂质、灰尘及水份带到密封装置处.尺寸Φ68×5。

(4)导向套的加工技术要求

a、导向套外圆与端盖的协作为H8/f7。

b、内孔与活塞杆外圆的协作为H8/h7。

c、外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm。

d、内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。

导向套的零件图如图3-4所示：

图3-4导向套

3.2.8缸盖的设计

(1)缸盖的材料和结构

缸盖分为左缸盖和右缸盖，其中一个油口位于左缸盖之上。缸盖的材料选择45钢。(2)缸盖的尺寸的确定

缸盖与缸筒内壁的接触面为其定位基准。为了保证缸盖与缸筒两者轴线的同轴度，其装配面要经过磨削加工。缸盖的尺寸是由导向套、缸筒、活塞杆及固定装置的尺寸来确定。其法兰的尺寸由安装条件确定。其中直径d1与缸径相同220mm,基本尺寸D3取与密封圈外

径相同200mm。

(3)缸盖的技术要求

=1.25μm。

a、导向孔的表面粗糙度应为R

a

b、与缸筒内径协作的直径采纳h9，与活塞杆上的缓冲柱塞的协作的直径采纳H9。偏差值为0.115mm。这三个尺寸的圆度和圆柱度误差不大于各自直径公差的一半，三个直径的同轴度误差按7级选取0.03mm。

c、与缸筒接触的端面和与活塞接触的端面对轴线的垂直度误差在直径100mm上不大于

0.04mm，按7级精度选取。

前后端盖如图3-5、图3-6所示：

图3-5前端盖

图3-6后端盖

4液压元件的选择及性能验算

4.1液压元件的选择

依据系统要求和设计方案，选择合适的液压元件，对液压系统有很大的打算作用，所以对液压元件肯定要有合理的选择。

4.1.1液压泵的选择

液压泵是系统的能源装置，它给系统供应压力油，在液压系统中起心脏作用。由工况分析可清晰的看出：系统工作循环主要由相对于快进、快退行程的低压大流量和相应于工进行程的高压小流量两个阶段所组成，其最大流量和最小流量之比很大，其相应的时间比有很小。这表明，系统在一个工作循环中的绝大多数时间内处于高压小流量工作。

从提高系统效率动身，由于额定压力（25Mpa）较大，所以这里选用柱塞泵供油。它和调速阀组成的容积——节流联合调速回路，一方面可以保证运动的平稳性及速度的稳定，另一方面可实现流量适应，减小系统功率的损失和系统发热。

因此液压泵选用径向柱塞泵。a、确定液压泵的最大工作压力pP:

≥pPPP∑?+1

（4-1）

式中：P1--液压缸的最大工作压力25Mpa；

P∑?--从液压泵出口到液压缸的入口之间总的管路损失。可以按试验数据选取，管

路简洁，流速不大的取P∑?=（0.2～0.5）Mpa；管路简单，进口有调速阀的取P∑?=（0.5～

1.5）Mpa；

由工况分析一节可知，液压缸的最大工作压力消失在工进阶段，1P=25Mpa。由于工进阶段液压缸输入流量很小，进油路中元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失选取P∑?=0.4Mpa，所以，pP≥25+0.4=25.4Mpa；b、确定液压泵的流量:

液压缸的输出流量为：()∑≥maxqVvpqK

式中：k--系统泄漏系数,一般取k=1.1～1.3；

∑max

Vq

--同时动作的液压缸的最大总流量，对于在工作过程用节流调速的系统，还须

加上溢流阀最小溢流量，一般取sm/105.034-?,最大流量消失在快进阶段，所以vpq=1.2

（60L/min+sm/105.034-?）＝75.6L/min

c、选择液压泵和电动机的规格:

依据以上求得的PP和vpq值，按系统中拟定的液压泵形式，从手册中查得相应的液压泵，为使液压泵有肯定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%-60%。电动机的选择要与泵相协作，以满意泵的要求，依据压力和流量的不同选择液压泵和电动机。设计要求该系统工作效率高，发热少，能耗低，结构简洁，因此该设计选择JB-※型径向柱塞泵（型号为JB-G73），依据《液压工程手册》查得。同时由产品样本查的此泵驱动功率为10KW，此值完全能满意系统需要。选择驱动电机型号为JB-218-300型，其额定功率为55KW，转速为1500r/min。

4.1.2GE系列阀简介及选择

（1）概述

GE系列液压阀包括压力、流量、方向掌握三大类，全系列共计70个品种，近3000种规格某些液压阀是依据液压系统进展的特别需要而开发的，以满意广阔用户的需要。目前GE系列阀已在机床、造纸、注塑、等行业广泛应用，主机单位反应使用状况良好。（2）GE系列阀的选用

依据液压系统的工作压力和通过阀类元件和帮助元件的实际流量，结合本课题设计要求，选出液压元件的详细型号和规格，如下：

名称型号额定压力最大流量1)三位四通电磁换向阀：3WE6-50/W110R16MPa25L/min2)溢流阀：YF3-10L6.3MPa63L/min3)挨次阀：XF3-10B6.3MPa63L/min4)二位四通电磁换向阀：22B(E)-H6B16MPa25L/min5)单向阀AF3-Eb10B16MPa40L/min6)背压阀FBF3-6B6.3MPa25L/min7)液控单向阀YAF3-Eb10B16MPa

8)节流阀LF3-E6B16MPa25L/min

4.1.3帮助元件的选择

（1）滤油器的选择

滤油器在选择中必需要考虑的主要因素：过滤液的性质及与过滤材料的相容性；通过滤油器的流量及流量的变化与波动程度；系统的工作压力以及压力压力是稳态的还是时变的；系统的工作温度，以及系统要求的过滤精度等。

选择滤油器应留意以下几点：

1)安装滤油器时要留意滤油器壳体上标明的液流方向，正确安装在系统中；2)当滤油器压差指示器显示红色信号时，要准时清洗或更换滤芯；3)在清洗或更换滤芯时，要防止外界污染侵入工作系统；4)清洗金属编织方孔网滤芯原件时，可用刷子在汽油等中刷洗；

5)滤芯元件在清洗时，应当堵住滤芯端口，防止清洗下的污物进入滤芯内腔造成内污染；6)过滤器的工作力量，取决于滤芯的过滤面积，滤芯本身的性能、油的粘度与温度、过滤前后的压力差以及油中固体颗粒的含量。过滤出入口的压差越大，阻力越小时，过滤的出油力量越大。

依据上述要求，本课题选择滤油器型号:XU-50×200（2）空气滤清器的选择

一般应在油箱盖上设置空气过滤器，它包括空气过滤器和注油过滤网。选择：2QUQ。技术参数：空气阻力＜0.02Mpa，加油网孔0.5mm。（3）选择压力表选择：Y-150T。

（4）选择液位仪在油箱侧壁上设置液位计，以指示液面位置。选择：YWZ-125T。

4.1.4管件的选择及计算

（1）确定油管的内径

液压系统中的泄漏问题大部分消失在管系中的接头上，为此对接头形式的确定，管系的设计及管道的安装应详细考虑。

油管的管径不宜选得过大，但也不能选得过小。过大，简单使液压装置的结构浩大；过小，简单使管内液体流速加大，系统压力损失加大或产生振动和噪音，影响正常工作。薄璧易于弯曲，规格较多，装接较易，采纳它可削减管系接头数目，有利于解决系统的泄漏问题。因此在强度保证的状况下，管壁可尽量选的薄些。管道的内径：

d=

v

qV

4（4-2）式中：Vq--通过管道的流量（sm/3）

v--管内允许流速（sm/）

允许流速的推举值如表4-1。

表4-1允许流速推举值

液体流经的管道推举速度sm/

液压泵吸油管道0.6---1.5，一般常取1sm/

液压系统压油管道

2.5---5，压力高，管道短，粘性小，取最大值

液压系统吸油管道1.5---2

因此管道直径计算如下：液压泵吸油管道：

1d=1

3.1460/10604-3???=0.036m取1d=40mm

液压系统压油管道：

2d=5

3.1460/10604-3???=0.016m取2d=20mm

液压系统回油管道：

3d=1.53.1460/10604-3???=0.029m取3d=30mm

（2）管路、管接头的选择

管接头是油管与油管，油管与液压元件之间的可拆式连接件，它必需具有装拆便利，连接坚固，密封牢靠，形状尺寸小，通流力量大，压降小，工艺性好等各项要求。

管路旋入端用的连接螺纹采纳国家标准米制锥螺纹（ZM）和一般细牙螺纹（M）。细牙螺纹的密封性好，常用于高压系统，但需采纳组合垫圈或O型密封圈进行端面密封。

液压系统中的泄漏问题大部分消失在管系中的接头上，为此对接头形式的确定，管系的设计及管道的安装应详细考虑。

这里选用卡套式端直通管接头（GB3733.1-83）,这种管接头具有结构简洁，性能良好、重量轻、体积小、使用便利、不用焊接等一系列优点，是液压、气动系统中较为抱负的管路连接体。

4.1.5油箱容量的确定

初始设计时，按阅历公式确定油箱的容量。阅历公式为

VqVa=（4-3）

=10×75.6L/min=756L

式中：Vq--液压泵每分钟排出压力油的容积（L/min）

a--阅历系数，见表4-2。

表4-2阅历系数a

系统类型行走机械

低压机械

中压系统

锻压系统

冶金机械

a1-22-45-76-1210

因此圆整后油箱的有效容积选取V＝800L，依据《机械设计手册单行本液压传动》中查得油箱的形状尺寸长、宽、高分别为1300mm、1000mm、970mm。分别式油箱一般用2.5～4mm钢板焊成。箱壁愈薄，散热愈快，大尺寸油箱要增加焊角板、筋条，以增加刚性。油箱顶盖要略微加厚些。因此在这里油箱壁厚选取6mm,箱底厚度应大于箱壁的厚度，选取10mm，箱盖厚度为10mm。

4.2液压系统性能验算

液压系统初步设计是在某些估量参数状况下进行的，当回路形式、液压元件及连接管路等完全确定后，针对实际状况对所涉及的系统进行各项性能分析。主要包括计算液压回路各段压力损失、统计损失及系统效率、压力冲击和发热温升等。

4.2.1液压系统压力损失

压力损失包括管路的沿程损失1p?，管路的局部压力损失2p?和阀类元件的局部损失3p?，总的压力损失为

3

21pppp?+?+?=?（4-4）

由于供油流量的变化，其快上是液压缸的速度为27mm/s此时油液在进油管中的流速为：

smsmAqp/003.1/60

10404

106.75v6-23=????==-π

(1)沿程压力损失

设系统采纳N32液压油。室温为20℃时，运动粘度υ=1.0sm/102-4?，

所以有：==υd/Rev.240110.0110

4003.014

-3

-=???＜2300。液压油在金属管中为层流流淌，则阻力损失系数19.02.401/75Re/75===λ。若取进，回油管长度均为0.5m,油液的密度为3/kg890m=ρ，则其进油路上的沿程压力损失为：

ρλ2

l2

1vdp=?（4-5）

=Pa23

-03.012

890

1040.509.10????=1056.875Pa=0.00157610?=0.00157MPa

(2)局部压力损失

局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道的详细安装结构而定，一般取沿程压力损失的10%；而后者则与通过阀流量大小有关。本设计中通过整个阀的压力损失很小，一般忽视不计。同理：快上时的回油路上的流量

min/99.24min/37994

125606.75q122LLAAqpv=?=?=

则回油路油管中的实际流速

sms

m/69.17/10304

601024.99v6-3

=????=

-π

由此可以计算出=???==--4

3

100.110

30/m69.17d/Resvυ5307(湍流)

则5

.20Re/3164.0=λ，按a10

23.0053078909.617.50164.302l6

5.20241MPvdp??????==?ρλ=0.086MPa(3)总的压力损失由上面的计算所得可求得

21

2

1

ppAAp?+?=?∑（4-6）=()??

?

???+++86.0086.0037994125600.001570.00157）（=0.0599MPa

4.2.2液压系统的发热温升计算

在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般状况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。

当V=12mm/s时，即v=720mm/min

min/36.27min/1036.2