畢業(yè)論文定稿-半自動液壓鐓頭器設計

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763廣西工學院本 科 課 程 設 計 （ 論 文 ）半自動液壓鐓頭器設計論文所 在 學 院專 業(yè)班 級姓 名學 號指 導 老 師年 月 日I I摘 要本論文對半自動液壓鐓頭器進行設計計算，系統(tǒng)分別由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。鐓頭器是一種預應力工程專用設備，可用于各預制廠的先張法制品工藝，還可用于各種后張法預應力施工中高強鋼絲束的鐓頭工作。鐓頭器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)合理、操作、維修方便，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，設計合理，應用廣泛，維修方便。將鐓頭器與油泵聯(lián)接，操作油泵，油液進入缸內(nèi)，推動活塞，使夾緊夾片將鋼絲夾緊。當達到一定壓力后，順序閥中單向閥打開，油液進入夾緊活塞的內(nèi)腔，推動鐓頭活塞對鋼絲進行鐓頭；到達額定壓力時卸荷。在回程彈簧作用下各零件自動復位，完成鐓頭工作。關(guān)鍵詞: 半自動液壓鐓頭器，液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，機械系統(tǒng)IIABSTRACTDesign and calculation of the semi - automatic hydraulic head device, system is composed of mechanical system, hydraulic system and electrical control system. Heading machine is a special equipment for a prestressed engineering, can be used for pretensioned product technology of each precast factory, also can be used for a variety of post tensioned steel in beam heading to work. Head device has the advantages of small size, light weight, reasonable structure, convenient operation and repair, stable and reliable quality, reasonable design, wide application, convenient repair. The heading device connected with pump, pumps, oil into the cylinder, push the piston, the clamping piece of the wire clamp. When it reaches a certain pressure, the sequence valve check valve is opened, the cavity oil into the clamping piston, pushing head piston head of wire; reach the rated pressure unloading.On the return spring under the action of parts automatic reset, complete the work head.Key words: semi automatic hydraulic riveting machine, hydraulic system, hydraulic system, mechanical systemIII III目 錄第一章 緒論 51.1 液壓概況 .51.2 液壓工作原理 .51.3 液壓系統(tǒng)的設計步驟與設計要求 8第二章 半自動液壓鐓頭器方案分析 92.1 液壓工作原理 92.2 半自動液壓鐓頭器液壓控制方案 102.3 液壓泵源控制 .142.3.1 液壓泵啟動和停機 142.3.2 泵源系統(tǒng)壓力控制 .14第三章 主要設計計算 .153.1 負載的計算 153.2 活塞的設計 173.3 導向套的設計與計算 173.4 端蓋和缸底的設計與計算 193.5 缸體長度的確定 193.6 緩沖裝置的設計 203.7 排氣裝置 203.8 密封件的選用 213.9 防塵圈 22第四章 液壓泵的參數(shù)計算 .23第五章 電動機的選擇 .23第六章 液壓元件的選擇 .246.1 液壓元件的選擇 246.2 油管的選擇 25第七章 驗算液壓系統(tǒng)性能 .257.1 壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整 25IV7.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗算 27第八章 液壓站的設計 .288.1 液壓站簡介 .288.2 油箱設計 288.2.1 油箱有效容積的確定 288.2.2 油箱容積的驗算 .298.2.3 油箱的結(jié)構(gòu)設計 .308.3 液壓站的結(jié)構(gòu)設計 328.3.1 液壓泵的安裝方式 .328.4 輔助元件 348.4.1 濾油器 .348.4.2 空氣濾清器 .358.4.3 液位計 .358.4.7 液壓油 .37總 結(jié) 38參考文獻 39致 謝 405 5第一章 緒論1.1 液壓概況當前，液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績。從 17 世紀中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18 世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，也已有二三百年歷史了。近代液壓傳動在工業(yè)上的真正推廣使用只是本世紀中葉以后的事，至于它和微電子技術(shù)密切結(jié)合，得以在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并加以精確控制，更是近 10 年內(nèi)出現(xiàn)的新事物。我國的液壓工業(yè)開始于本世紀 50 年代，其產(chǎn)品最初只用于機床和鍛壓設備，后來才用到拖拉機和工程機械上。自 1964 年從國外引進一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時進行自行設計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。80 年代起更加速了對西方先進液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計劃引進、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益、人才培訓、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。1.2 液壓工作原理驅(qū)動的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、體以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進入液壓泵，當它從泵中輸出進入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入體左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，體右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，體必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由體中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入體的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。液壓傳動有以下一些優(yōu)點：1）在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因為液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出 30~40 倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達的體積和重量只有同等功率電動機的 12%左6右。2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復回轉(zhuǎn)運動時可達 500 次/min，實現(xiàn)往復直線運動時可達 1000 次/min。3）液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達 2000） ，它還可以在運行的過程中進行調(diào)速。4）液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易于進行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復雜的順序動作，接受遠程控制。5）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。體和液壓馬達都能長期在失速狀態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。6）由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設計、制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機動性。7）用液壓傳動來實現(xiàn)直線運動遠比用機械傳動簡單。液壓傳動的缺點是：1）液壓傳動不能保證嚴格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄漏等原因造成的。2）液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失等） ，長距離傳動時更是如此。3）液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。4）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價較貴，而且對油液的污染比較敏感。5） 液壓傳動要求有單獨的能源。液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。據(jù)統(tǒng)計，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機械工業(yè)產(chǎn)值的 2%~3.5%，而我國只占 1%左右，這充分說明我國液壓技術(shù)使用率較低，努力擴大其應用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。液壓氣動技術(shù)具有獨特的優(yōu)點，如:液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動力，易實現(xiàn)直線運動等優(yōu)點；氣動傳動具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動控制系統(tǒng)。因此，液壓氣動技術(shù)廣泛用于國民經(jīng)濟各部門。但是近年來，液壓氣動技術(shù)面臨與機械傳動和電氣傳動的競爭，如：數(shù)控機床、中小型塑機已采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代液壓傳動。其主要原因是液壓技術(shù)存7 7在滲漏、維護性差等缺點。為此，必須努力發(fā)揮液壓氣動技術(shù)的優(yōu)點，克服缺點，注意和電子技術(shù)相結(jié)合，不斷擴大應用領(lǐng)域，同時降低能耗，提高效率，適應環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓氣動技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標，也是液壓氣動產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。現(xiàn)如今我國的液壓行業(yè)現(xiàn)已形成一個門類比較齊全、有相當競爭實力、初具生產(chǎn)規(guī)模的工業(yè)體系。改革開放以來，液壓行業(yè)迅速發(fā)展，先后引進了 40 余項國外先進技術(shù)，經(jīng)消化吸收和技術(shù)改造，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)，并成為行業(yè)的主導產(chǎn)品。近年來，行業(yè)加大了技術(shù)改造力度，1991~1998 年，國家、地方和企業(yè)自籌資金總投入共約 16 多億元。經(jīng)過技術(shù)改造和技術(shù)攻關(guān)，一批主要企業(yè)技術(shù)水平進一步提高，工藝裝備得到很大改善，為形成高起點、專業(yè)化、批量生產(chǎn)打下良好基礎。近幾年，在國家多種所有制共同發(fā)展的方針指引下，不同所有制的中小企業(yè)迅猛崛起，呈現(xiàn)著勃勃生機。隨著國家的進一步擴大開放，三資企業(yè)迅速發(fā)展，為行業(yè)提高水平，并擴大出口起著重要作用。目前我國已和美國、日本、德國等國家的著名廠商建立了柱塞泵/馬達、行星減速機、轉(zhuǎn)向器、液壓控制閥、液壓系統(tǒng)、靜液壓傳動裝置、液壓件鑄造、氣動控制閥、氣缸、等類產(chǎn)品生產(chǎn)的合資企業(yè)或獨資企業(yè) 50 多家，引進外資 5 億多美元。進入 21 世紀后液壓產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)與計算機技術(shù)相結(jié)合的趨勢?，F(xiàn)有的液壓伺服和液壓比例技術(shù)在與計算機結(jié)合上不是十分方便，數(shù)字液壓技術(shù)克服了這個缺點，它把整個液壓和控制技術(shù)都簡化了，促進了整個液壓技術(shù)的進步。如今國內(nèi)外液壓發(fā)展情況簡要概括如下表 1：表 1 國內(nèi)外液壓發(fā)展情況國內(nèi) 國外小型化，集成化，多樣化 機電一體化集成元件和系統(tǒng)高壓，高速，高精度，高可靠性智能化自動控制元件和系統(tǒng)高效，節(jié)能，環(huán)保 高精度數(shù)字控制元件和系統(tǒng)機電一體化 水介質(zhì)液壓元件和系統(tǒng)畢業(yè)設計是對大學生活中從事機械及液壓知識學習的一個總結(jié)，也是提高我們大學生綜合運用所學知識和技能解決問題能力的一個重要環(huán)節(jié)，更是對大8學階段所學關(guān)于機械及液壓知識和實際動手能力的一個考察。通過這次考察，不但可以提高我們的綜合訓練設計能力、科研能力，其中包括實際動手能力、查閱文獻能力，撰寫論文能力，還是一次十分難得的提高創(chuàng)新能力的機會，并且使我在以下幾個方面得到訓練：1、了解液壓傳動系統(tǒng)設計的基本方法和設計要求，培養(yǎng)學生運用所學理論知識解決具體工程技術(shù)問題的能力。2、掌握液壓傳動系統(tǒng)的設計步驟，熟悉設計的有關(guān)技術(shù)文件，規(guī)范設計手冊及相關(guān)元件的國家標準。3、根據(jù)設計任務要求，進行工況分析和確定液壓系統(tǒng)的液壓元件擬定出液壓系統(tǒng)，并對液壓系統(tǒng)主要性能作必要的設計計算。針對大學中所學的機械及液壓方面的知識，我選擇這個課題來完成我的畢業(yè)設計，并進行了大量的實地調(diào)研考察，嘗試和論證。本次設計中主要以課本和搜集來的各種資料作為依據(jù)，基于所學的知識，從簡單入手，循序漸進，逐步掌握設計的一般方法和步驟，此次設計為本人初次設計作品，由于所學知識不可避免的存在局限性，并且實際的設計經(jīng)驗不足，因此設計內(nèi)容可能存在著某些缺陷和錯誤，對此懇請老師批評并指正。這樣也能讓我把知識掌握的更加牢固，并把所學的知識融成一個體系，以適應將來實際工作的需要。1.3 液壓系統(tǒng)的設計步驟與設計要求液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。9 9第二章 半自動液壓鐓頭器方案分析2.1 液壓工作原理壓力油進入缸內(nèi)，推動活塞，使夾緊夾片將鋼絲夾緊。當達到一定壓力后，順序閥中單向閥打開，油液進入夾緊活塞的內(nèi)腔，推動鐓頭活塞對鋼絲進行鐓頭；到達額定壓力時保壓一定時間后卸荷。在回程彈簧作用下各零件自動復位，完成鐓頭工作。102.2 半自動液壓鐓頭器液壓控制方案液壓系統(tǒng)方案制定的背景和特點近年來，由于液壓技術(shù)廣泛應用了高技術(shù)成果，如自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、磨擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。液壓傳動技術(shù)在數(shù)控自動化機床上的應用也越來越廣泛，而且也為機床工業(yè)的自動化程度的提高上起到了重要的力量。盡管如此，走向二十一世紀的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應當主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進和擴展，不斷擴大其應用領(lǐng)域以滿足未來的要求。多方案的比較和論證根據(jù)對液壓傳動系統(tǒng)有關(guān)知識的學習、調(diào)查和了解，并且借鑒前人經(jīng)驗，擬設計如下二個方案以供選擇:（1）系統(tǒng)全部采用常規(guī)閥控制，液壓缸動作順序由手動換向閥來控制。其優(yōu)點是性能可靠，安全性高?？梢圆捎脟鴥?nèi)均可生產(chǎn)的常規(guī)閥，價格較便宜，較易購買。缺點是自動化程度低、不能適應數(shù)控程度高自動化程度的機床，而且移動速度較慢。（2）系統(tǒng)全部采用電磁鐵驅(qū)動的電磁控制閥來控制，其優(yōu)點是移動速度快，系統(tǒng)安全可靠，可連續(xù)長時間工作，是近年高自動化液壓傳動系統(tǒng)控制的發(fā)展趨勢。但目前國內(nèi)生產(chǎn)的電磁換向閥的安全性能還達到使用要求的還不多，因此需要進口或采用臺灣產(chǎn)品，并且臺灣產(chǎn)品價格不是很高，而且基本可以達到國際先進水平，完全可以滿足使用要求。從自動化的使用要求和安全方面考慮，第二種方案更適合本次設計。因此本次設計的液壓系統(tǒng)采用了電磁鐵驅(qū)動的電磁控制閥。在液壓泵站的設計中，采用了獨立的液壓泵和供油集成塊，用一個單向閥保證系統(tǒng)安全性。另外，在各個液壓站集成塊上，有三個壓力繼電器，可使系統(tǒng)更加安全可靠的工作。最終方案的制定和說明1.確定液壓泵類型及調(diào)速方式11 11參考同類機床，選用單向定量液壓泵供油、調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥作定壓閥。回油路上設置背壓閥，初定背壓值為 0.8MPa。2.選用執(zhí)行原件因系統(tǒng)要求變擋，且液壓缸有正向和反向運動，因此選用單活塞桿的二位液壓缸變擋。3.換向回路的選擇本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回4.組成液壓系統(tǒng)繪原理圖原先的設計方案，液壓系統(tǒng)同時控制兩個液壓鐓頭器，液壓原理圖如下：液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作。也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。容積節(jié)流調(diào)速采用變量泵供油。節(jié)流閥或調(diào)速12閥控制流人(或流出)執(zhí)行元件的流量，使泵的流量與執(zhí)行元件所需的流量相適應。優(yōu)點是無溢流損失，速度負載特性好，效率高。在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓．而不用單設高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中．某段時問不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在本系統(tǒng)中，采用泵供油，節(jié)流閥控制元件流量。根據(jù)任務書要求，現(xiàn)在改成液壓系控制一個液壓鐓頭器即可。改造后的液壓原理圖：方案一：方案二：13 13方案三方案 優(yōu)點 缺點14方案一 1、先導式溢流閥適用于超高壓場合。2、控制簡單，只需控制二位二通換向閥即可完成鐓頭作業(yè)。1、油路復雜2、保壓不穩(wěn)定設計二 1、保壓穩(wěn)定2、結(jié)構(gòu)經(jīng)典，不易出現(xiàn)故障1、油路復雜2、換向閥過多，操作不便設計三 1、油路最簡單2、操作簡單3、供油穩(wěn)定1、電控系統(tǒng)復雜2、成本高根據(jù)上述情況，綜合考慮選擇方案三。綜合下來液壓系統(tǒng)設計圖如下圖：15 152.3 液壓泵源控制2.3.1 液壓泵啟動和停機a、液壓主泵的啟動和停止b、半自動液壓鐓頭器油箱半自動液壓鐓頭器油箱大小為長*寬*高=1300*1000*600mm油箱內(nèi)需加入 3.4 桶 46 號抗磨液壓油。為了確保節(jié)能和合理使用功率以免電動機超負荷，當半自動液壓鐓頭器液壓站泵工作。2.3.2 泵源系統(tǒng)壓力控制1 系統(tǒng)壓力手動調(diào)節(jié)手動壓力安全閥調(diào)節(jié)到適當位置，待上述泵源電機開啟后，順時針旋轉(zhuǎn)泵站上的溢流閥，將壓力調(diào)到 10MPa。壓力變送器發(fā)出 4-20ma—對應滿量程為 0-16MPa2 液壓系統(tǒng)油溫控制液壓系統(tǒng)裝有溫度變送器（輸出信號 4-20ma） ，水冷卻交換器，進水自立閥。自立閥的感溫包安裝在油箱內(nèi)感應油溫，當油溫超過 50 C°自立閥開度自動開至最大。冷卻水進水量變大。當溫度下降到低于 50 C°時，自立閥開度自動變小，進水量減小以便自動穩(wěn)定油溫。溫度變送器（輸出信號 4-20ma）的輸出信號進 PLC 對油溫進行監(jiān)測同時在顯示屏上顯示，以便觀察。注；自立閥后并聯(lián)一個三通出口，以便應急備用。3 液壓油液位報警液壓系統(tǒng)裝有 2 檔液位發(fā)訊器，2 付干觸點，當?shù)谝桓陡捎|點合上時提醒液位偏低，需要補油，當?shù)诙陡捎|點合上時提醒已無油，需要停機檢修。4 液壓泵站過濾器堵塞報警液壓泵站上裝有過濾器，都是干觸點形式回油過濾器，堵塞后在屏幕上顯示報警出油過濾器，堵塞后在屏幕上顯示報警16第三章 主要設計計算基本技術(shù)數(shù)據(jù)，是根據(jù)用途及結(jié)構(gòu)類型來確定的，它反映了工作能力及特點，也基本上上確定了輪廓尺寸及本體總質(zhì)量等。3.1 負載的計算已知條件當做只有鐓頭模最大壓力 1870MPA（鋼絲屈服強度） ，鋼絲直徑 7mm（確定鐓頭模尺寸） 。71929.55N???????4)107(.3108742362DPAF?主體采用單作用柱塞式套缸，缸徑較大，能提供很大載荷作用下的舉升力，同時能夠滿足靠重力回落和撤收的要求。并且工作過程為快進→工進→快退三個過程的工作循環(huán)。設機械效率 95.0m?表 4.1 液壓缸內(nèi)徑系列 mm8 10 12 16 20 25 32 40 50 6380 100 125 160 200 250 320 400 500假定系統(tǒng)壓力選用的是 30MPa參照液壓缸的標準工進時候的負載是最大的，內(nèi)徑的計算：D= ×10-3=55.26mm （3-1）ηπ PF4查《液壓傳動與控制手冊》經(jīng)過標準化處理 D=63mm。1.體缸體厚度計算缸體是體中最重要的零件，當體的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時，必須進行強度校核。缸體的常用材料為 20、25、35、45 號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中 45 號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用 45 號鋼作為缸體的材料。（3-2）][2??DPy?式中， ——實驗壓力，MPa。當體額定壓力 Pn 5.1MPa 時，Py=1.5Pn，當Py ?Pn 16MPa 時，Py=1.25Pn。?[ ]——缸筒材料許用應力，N/mm 。[ ]= ， 為材料的抗拉強度。?2nb?注：1.額定壓力 Pn額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=30MPa2.最高允許壓力 PmaxPmax 1.5Pn=1.25 30=37.5MPa??17 17體缸筒材料采用 45 鋼，則抗拉強度： σb=600MPa安全系數(shù) n 按《液壓傳動與控制手冊》P243 表 2—10，取 n=5。則許用應力[ ]= =120MPa?bσ（3-3）][2??DPy?= 10635.7?=2.66mm,滿足 。所以體厚度取 5mm。10??D10??則體缸體外徑為 90mm。4.體長度的確定L=500選擇油缸型號為 HSGK01-80/45E-3111-5005. 活塞桿直徑的設計查《液壓傳動與控制手冊》根據(jù)桿徑比 d/D，一般的選取原則是：當活塞桿受拉時，一般選取 d/D=0.3-0.5，當活塞桿受壓時，一般選取 d/D=0.5-0.7。本設計我選擇d/D=0.55，即 d=0.55D=0.55×63=34.65mm。表 4.2 活塞桿直徑系列4 5 6 8 10 12 14 16 18 2022 25 28 32 36 40 45 50 56 6370 80 90 100 110 125 140 160 180 200220 250 280 320 360 400故取 d=45mm。2.活塞桿強度計算：56mm （3-4）mF][4d???式中 ————許用應力； （Q235 鋼的抗拉強度為 375-][ MPa8054n][b??500MPa，取 400MPa，為位安全系數(shù)取 5，即活塞桿的強度適中）3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設計活塞桿的外端頭部與負載的拖動電機機構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負載力，適應體的安裝要求，提高其作用效率，應根據(jù)負載的具體情況，選擇適當?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。4.活塞桿的密封與防塵18活塞桿的密封形式有 Y 形密封圈、U 形夾織物密封圈、O 形密封圈、V 形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時，防塵圈與活塞桿的配合可按 H9/f9 選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設計和維護，本方案選擇 O 型密封圈。體工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程確定，并參照表 4-4 選取標準值。體活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表 4-4 中的 a、b、c 選用。表 4-4（a）體行程系列（GB 2349-80） [6]25 50 80 100 125 160 200 250 320 400500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000表 4-4（b） 體行程系列（GB 2349-80） [6]40 63 90 110 140 180220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 18002200 2800 3600表 4-4（c） 體形成系列（GB 2349-80） [6]240 260 300 340 380 420 480 530 600 650750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 21002400 2600 3000 3400 38003.2 活塞的設計由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復滑動，因此，它與缸筒的配合應適當，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起體內(nèi)部泄露，降低容積效率，使體達不到要求的設計性能?；钊c缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的體活塞的密封） 、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長的活塞密封） 、密封圈密封三大類。其中密封圈密封又包括 O 形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù)小，安裝空間?。?、Y 形密封圈（用在 20Mpa 壓力下、往復運動速度較高的體密封） 、 形密封圈（耐高壓，xY耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代 Y 形密封圈） 、V 形密封圈（可用于 50Mpa 壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大） 。綜合以上因素，考慮選用 O 型密封圈。3.3 導向套的設計與計算1.最小導向長度 H 的確定當活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度 [1]。如果導向長度過短，將使體因間隙引起的初始撓度增大，影響體工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設計時必須保證體有一定的最小導向長度。根據(jù)經(jīng)驗,當體最大行程為 L,缸筒直徑為 D 時,最小導向長度為:19 19（4-20DLH??5）一般導向套滑動面的長度 A，在缸徑小于 80mm 時取 A=(0.6~1.0)D，當缸徑大于80mm 時取 A=(0.6~1.0)d.。活塞寬度 B 取 B=(0.6~1.0)D。若導向長度 H 不夠時,可在活塞桿上增加一個導向套 K(見圖 4-1)來增加 H 值。隔套 K 的寬度 。)21BAC???（圖 4-1 體最小導向長度 [1]因此:最小導向長度 ，取 H=9cm；7cm2104(20????DLH）導向套滑動面長度 A= c8.6.58?活塞寬度 B= 7m9.隔套 K 的寬度 3c.1)]2.74(19[)21???????BAC（2.導向套的結(jié)構(gòu)導向套有普通導向套、易拆導向套、球面導向套和靜壓導向套等，可按工作情況適當選擇。1）普通導向套 這種導向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤滑作用和張開密封圈唇邊而起密封作用 [6]。2）易拆導向套 這種導向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當導向套和密封圈磨損而需要更換時，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進行，維修十分方便。它適用于工作條件惡劣，需經(jīng)常更換導向套和密封圈而又不允許拆卸體的情況下。3）球面導向套 這種導向套的外球面與端蓋接觸，當活塞桿受一偏心負載而引起方向傾斜時，導向套可以自動調(diào)位，使導向套軸線始終與運動方向一致，不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導向套的內(nèi)孔磨損也比較均勻。4）靜壓導向套 活塞桿往復運動頻率高、速度快、振動大的體，可以采用靜壓導20向套。由于活塞桿與導向套之間有壓力油膜，它們之間不存在直接接觸，而是在壓力油中浮動，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動、同軸度高，但制造復雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。3.4 端蓋和缸底的設計與計算在單活塞體中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強度。端蓋上有活塞桿導向孔（或裝導向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復雜，設計的不好容易損壞。1.端蓋的設計計算端蓋厚 h 為： ][)-3p(1??cpdD?式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm；P——液壓力， ；2kgf/m——密封環(huán)形端面平均直徑，cm；cpd——材料的許用應力， 。][?2f/c2.缸底的設計缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。3.端蓋的結(jié)構(gòu)端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導向，密封和防塵等問題 [6]。缸體端部的連接形式有以下幾種：A．焊接 特點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)缸不易加工。主要用于柱塞式體。B．螺紋連接（外螺紋、內(nèi)螺紋） 特點是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。缸體外徑需加工，且應與內(nèi)徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時應防止密封圈扭曲。C．法蘭連接 特點是結(jié)構(gòu)較簡單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸較大，質(zhì)量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應燉粗。D．拉桿連接 特點是結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。外形尺寸大，質(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。E．半球連接，它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點是質(zhì)量比拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應加厚。內(nèi)半環(huán)連接的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。安裝時端部進入缸體較深，密封圈有可能被進油口邊緣擦傷。F．鋼絲連接 特點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小。21 213.5 缸體長度的確定體缸體內(nèi)部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度 [1]。一般體缸體長度不應大于缸體內(nèi)經(jīng)的 20~30 倍。取系數(shù)為 5,則體缸體長度：L=5*10cm=50cm。3.6 緩沖裝置的設計體的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動下運動時具有很大的動量。在它們的行程終端，當桿頭進入體的端蓋和缸底部分時，會引起機械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴重影響體和整個液壓系統(tǒng)的強度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少體活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現(xiàn)速度的遞減，直至為零。當體中活塞活塞運動速度在 6m/min 以下時，一般不設緩沖裝置，而運動速度在12m/min 以上時，不需設置緩沖裝置。在該組合機床液壓系統(tǒng)中，動力滑臺的最大速度為 4m/min,因此沒有必要設計緩沖裝置。3.7 排氣裝置如果排氣裝置設置不當或者沒有設置排氣裝置，壓力油進入體后，缸內(nèi)仍會存在空氣 [6]。由于空氣具有壓縮性和滯后擴張性,會造成體和整個液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響體的正常工作。比如液壓導軌磨床在加工過程中，這不僅會影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會損壞砂輪和磨頭等機構(gòu)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進入液壓系統(tǒng)外，還必須在體上設置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力油輕，總是向上浮動，因此水平安裝的體，其位置應設在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的體，應設在端蓋的上方。一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖 4-2（a）所示。表 4-5 排氣閥（塞）尺寸 [6]閥座 閥桿 孔d c 12dD 1l23l1Ls4dl52L3d4M16 6 11 6 19.2 9 3 2 31 17 10 8.5 3 48 4~6 23M20x2 8 14 7 25.4 11 4 3 39 22 13 11 4 59 4~8 2822圖 4-2 (a) 整體排氣孔 圖 4-2（b） 組合排氣孔圖 4-2（c） 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡單、方便，但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，造成外泄漏。組合排氣塞如圖 4-2（b）所示，一般由絡螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動下脫離密封面排出空氣。排氣裝置的零件圖及尺寸圖見 4-2（c）以及表 4-2（d） 。圖 4-2（d） 組合排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸23 233.8 密封件的選用1.對密封件的要求體工作中要求達到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設計時，正確地選擇密封件、導向套（支承環(huán)）和防塵圈的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的。從現(xiàn)在密封技術(shù)來分析，體的活塞和活塞桿及密封、導向套和防塵等應作為一個綜合的密封系統(tǒng)來考慮，具有可靠的密封系統(tǒng)，才能式體具有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。在液壓元件中，對體的密封要求是比較高的，特別是一些特殊材料體，如擺動體等。體中不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度適應范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當?shù)臋C械強度，摩擦阻力小，容易制造和裝卸，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動補償磨損。密封件一般以斷面形狀分類。有 O 形、U 形、V 形、J 形、L 形和 Y 形等。除 O 形外，其他都屬于唇形密封件。2.O 形密封圈的選用體的靜密封部位主要是活塞內(nèi)孔與活塞桿、支承座外圓與缸筒內(nèi)孔、缸蓋與缸體端面等處 [6]。這些部位雖然是靜密封，但因工作由液壓力大，稍有意外，就會引起過量的內(nèi)漏和外漏。靜密封部位使用的密封件基本上都是 O 形密封圈。O 形密封圈雖小，確實一種精密的橡膠制品，在復雜使用條件下，具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性能。在設計選用時，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維護措施，才能達到較滿意的密封效果。安裝 O 形圈的溝槽有多種形式，如矩形、三角形、V 形、燕尾形、半圓形、斜底形等，可根據(jù)不同使用條件選擇，不能一概而論。使用最多的溝槽是矩形，其加工簡便，但容易引起密封圈咬邊、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。3.動密封部位密封圈的選用體動密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支承座（導向套）的密封等。形密封圈是我國體行業(yè)使用極其廣泛的往復運動密封圈。它是一種軸、孔互不xY通用的密封圈。一般，使用壓力低于 16MPa 時，可不用擋圈而單獨使用。當超過 16MPa并用于活塞動密封裝置時，應使用擋圈，以防止間隙“擠出” 。3.9 防塵圈防塵圈設置與活塞桿或柱塞密封外側(cè)，用于防止外界塵埃、沙粒等異物侵入體，從而可以防止液壓油被污染導致元件磨損。1.防塵圈24A 型防塵圈 是一種單唇無骨架橡膠密封圈，適于在 A 型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵作用。B 型防塵密封圈 是一種單唇帶骨架橡膠密封圈，適于在 B 型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵作用。C 型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈，適于在 C 型結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵和輔助密封的作用。2.防塵罩防塵罩采用橡膠或尼龍、帆布等材料制作。在高溫工作時，可用氯丁橡膠，可在130℃以下工作。如果溫度再高時，可用耐火石棉材料。當選用防塵伸縮套時，要注意在高頻率動作時的耐久性，同時注意在高速運動時伸縮套透氣孔是否能及時導入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給體的裝配調(diào)整會帶來一些困難。第四章 液壓泵的參數(shù)計算可知工進階段體壓力最大，若取進油路總壓力損失 ，壓力 繼510pPa????jp電器可靠動作需要壓力差為 ，則液壓泵 最高工作壓力可按式算出：5301Pa?aapP 4.610)4.6(51 ???????因此泵的額定壓力可取 1.25 46.3 Pa=58 Pa。rp?根據(jù)上面計算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用申液 SV2010-4P9P1020（29L+13.1/r)泵，額定轉(zhuǎn)速 1500r/min。25 25第五章 電動機的選擇下面分別計算所需要的電動機功率 P。考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差 。壓力繼電器可靠動作需要壓力差510pa???。5210pPa???因此工進時小泵的出口壓力為：。而大泵的卸載壓力取 。 （小泵Ppp 5211 4.6?? 5210pPa??的總效率 =0.565，大泵的總效率 =0.3） 。?2?電動機功率為：WqPpp130212 ????綜合所需功率據(jù)此查樣本選用 Y160ML-4-B5 15KW 異步電動機,電動機功率為15KW（躍進廠） 。26第六章 液壓元件的選擇6.1 液壓元件的選擇根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格 [1]。本例所有閥的額定壓力都為 ，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，56310Pa?確定為 10L/min，25L/min 和 63L/min 三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號列于表 5-1 中，過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。表 7-1 液壓元件明細表電動機 1 Y160ML-4-B5 15KW 臺 2 躍進廠液壓泵 1 SV2010-4P9P1020（29L+13.1/r) 臺 2 申液聯(lián)軸器 1 臺 2鐘形罩 1 160ML-B5-SV2010-P4P9P020 定制 2鐘形罩 2 Y100L-4-CBE 1壓力表 YN-60 I 1.6MPa 徑向普通耐振 2 上海宜川吸油過濾器 WU160-100J 1 溫州黎明回油過濾器 RFA-160*20LY 濾芯 FAX-160*20# 1 溫州黎明濾芯 FAX-160*20# 1 溫州黎明濾芯 HDX-160*10Q2 2 溫州黎明空氣濾清器 EF5-65 EF4-50 是 94.5 元 1 溫州黎明27 27液位計 YWZ-400T 2 溫州黎明清洗蓋 YG-400F 含法蘭 2 溫州黎明換向閥 4WE10E3X/AG24NZ5L 1 立新力士樂溢流閥 1 DBW10B-5X/20G24Z5L 1 立新力士樂單向節(jié)流閥 DRVP-10-10 5 立新力士樂單向閥 RVP12-10/ 5 立新力士樂6.2 油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。體的進、出油管按輸入、排出的最大流量來計算。管接頭 1 變徑三通 2-∮25/1-∮16 三通 20 余姚通用管件廠管接頭 2 端直通 G1/2-∮16 端直通 JB966-77 160 余姚通用管件廠管接頭 3 端直通 G1-∮25 端直通 JB966-77 12 余姚通用管件廠管接頭 5 光桿端直通 G1/2-∮16 端直通 JB988-77 4 余姚通用管件廠管接頭 6 中間接頭 ∮16-∮16 JB977-77 10 余姚通用管件廠管接頭 8 三通 ∮14 卡套式三通 JB1948-77 8 余姚通用管件廠管接頭 9 中間直角 ∮14 中間直角 JB1946-77 2 余姚通用管件廠第七章 驗算液壓系統(tǒng)性能7.1 壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整1.工進時的壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整工進時管路中的流量僅為 0.24L/min，因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部損失都非常小，可以忽略不計 [1]。這時進油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失 ，510pPa???回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應等于工進時體的工作壓力加上進油路壓差 ，并考慮壓力繼電器動作需要，則：1p1p?aaa PP5551 104.610)4.36(0????????即小流量泵的溢流閥應按此壓力調(diào)整。2．快退時的壓力損失驗算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整因快退時，體無桿腔的回游量是進油量的兩倍，其壓力損失比快進時要大，因此必須計算快退時的進油路與回油路的壓力損失，以便于確定大流量泵的卸載壓力。已知：快退時進油管和回油管長度均為 l=1.8m，油管直徑 d=25 m，通過的流310??量為進油路 =22.5L/min= ，1q/sm10375.3-?回油路 =45L/min= 。液壓系統(tǒng)選用 N32 號液壓油，考慮最低工作2溫度為 15 攝氏度，由手冊查出此時油的運動粘度 v=1.5st=1.5 ，油的密度2/cs28，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。390/kgm??（1）確定油流的流動狀態(tài) 按式 經(jīng)單位換算為：?vdRe?（6-1）4410273.10????qvdRe式中 v————平均流速（m/s）d————油管內(nèi)徑（m）————油的運動粘度（ ）?2/cmsq————通過的流量（ ）3則進油路中液流的雷諾數(shù)為：2301905.1072.1043--34 ??????vdRe回油路中液流的雷諾數(shù)為： 8 43--34?e由上可知，進回油路中的流動都是層流。（2）沿程壓力損失的計算： （6-2）26???????dlRpe在進油路上，流速 則壓力損失為：sms/1./0154.37dq6-2321 ?????PaalRpe 53-21 04.9.8641 ???????在回油路上，流速為進油路流速的兩倍即 v=4.24m/s，則壓力損失為：dle 53-222 18.1058.4.42 ??????（3）局部壓力損失 由于采用了集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部損失按式 計算，結(jié)果列于下表：2q)(ps???部分閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量 1/minnqL??實際通過流量 1/inqL??額定壓力損失 5/(0)npPa??實際壓力損失 5/(10)pPa???單向閥 25 16 2 0.82溢流閥 63 16/32 4 0.26/1.03二位二通電磁閥 63 32 4 1.03若取集成塊進油路的壓力損失 ，回油路壓力損失為510.3jpPa???