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1、蚌埠学院 液压与气压传动课程设计 目 录引 言1第一章 小型液压机液压系统工况分析21.1 技术要求21.2 负载分析21.2.1 工作负载21.2.2 摩擦负载21.2.3 其中液压缸惯性负载21.2.4 自重21.3 液压缸在各工作阶段的负载值21.4 负载图和速度图的绘制3第二章 液压系统的原理图拟定及设计42.1任务分析42.2 运动情况分析42.2.1 变压式节流调速回路42.2.2 容积调速回路52.3 方案对比52.3.1方案一52.3.2 方案二102.4 液压系统的工作原理122.4.1快速下行122.4.2 慢速加压122.4.3 保压122.4.4 快速回程12第三章 液
2、压缸主要参数的确定123.1 液压缸主要尺寸的确定123.1.1 工作压力P的确定123.1.2 计算液压缸内径D和活塞杆直径d133.2 计算在各工作阶段液压缸所需的流量13第四章 液压元件的选择154.1 液压泵的选择154.2 阀类元件及辅助元件154.2.1 阀类元件154.2.2 选择辅助元件16第五章 液压缸的设计计算185.1缸筒和缸盖组件185.1.1 确定液压缸油口尺寸185.1.2 选择缸筒和缸盖材料185.1.3计算缸筒和缸盖的结构参数185.1.4 缸筒和缸盖的连接计算205.1.5 缸筒与缸盖的配合215.2 排气装置215.3 活塞及活塞杆组件215.3.1 确定活
3、塞及活塞杆的连接形式215.3.2 选择活塞及活塞杆的材料215.3.3 活塞及活塞杆的连接计算215.3.4 活塞与缸筒的密封结构225.3.5 活塞杆的结构225.3.6 活塞杆的强度校核225.3.7 活塞杆的导向、密封和防尘235.3.8 活塞235.3.9 缓冲装置245.4 缸体长度的确定24第六章 液压油箱设计256.1 油箱介绍256.2 油箱的类型256.3 油箱的容量25第七章 液压系统性能的运算267.1 压力损失和调定压力的确定267.1.1进油管中的压力损失267.2 油液温升的计算277.2.1 快进时液压系统的发热量287.2.2 快退时液压缸的发热量287.3
4、散热量的计算29总 结30参考文献31引 言作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高配置灵活方便调速范围大工作平稳且快速性好易于控制并过载保护易于实现自动化和机电液一体化整合系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。液压压力机是压缩成型和压注成型的主要设备，适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。本文根据小型压力机的用途特点和要求
5、，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。小型压力机的液压系统呈长方形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。0第一章 小型液压机液压系统工况分析1.1 技术要求设计一台小型液压压力机的液压系统，要求实现快速空程下行慢速加压保压快速回程停止的工作循环，快速往返速度为=4.5m/min，加压速度 =40-250mm/min, 压制力为280KN，运动部件总重为25KN,工作行程300mm, 油缸垂直安装，设计该压力机的液压系统传动。1.2 负载分析1.2.1 工
6、作负载工件的压制抗力即为工作负载：=280000N1.2.2 摩擦负载静摩擦阻力： =0.2x25000=5000N动摩擦阻力： =0.1x25000=2500N1.2.3 其中液压缸惯性负载1.2.4 自重G=mg=25000N1.3 液压缸在各工作阶段的负载值 采用V型密封圈，其机械效率。另外取液压缸的背压负载25000N。则液压系统工作循环各阶段的外负载见表1-1。3表1-1 工作循环各阶段的外负载工况负载值推力启动F=-G+=5000N5495加速F=-G+Fm=11875N13049快进F=-G+=2500N2747工进F=-G+Fw=282500N310439快退F=G+-=250
7、0N27471.4 负载图和速度图的绘制 （a）负载循环图 （b）速度循坏图 图1-1 液压缸负载图与速度图第二章 液压系统的原理图拟定及设计2.1任务分析根据滑块重量为25KN ，为了防止滑块受重力下滑，可用液压方式平衡滑块重量。设计液压缸的启动、制动时间为=0.02s 。液压机滑块上下为直线往复运动，且行程较小,故可选单杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率1。因为液压机的工作循环为快速下降、慢速加压、保压、快速回程四个阶段。各个阶段的转换由一个三位四通的换向阀和一个二位二通的换向阀控制。当三位四通换向阀工作在左位时实现快速回程。中位时实现液压泵的卸荷，亦即液压机保压。工作在右位时实现液压泵
8、的快进和工进。其工进速度由一个调速阀来控制。快进和工进之间的转换由二位二通换向阀控制。液压机快速下降时，要求其速度较快，减少空行程时间，液压泵采用全压式供油，且采用差动连接。由于液压机压力比较大，所以此时进油腔的压力比较大，所以在由保压到快速回程阶段须要一个节流阀，以防在高压冲击液压元件，并可使油路卸荷平稳。为了对油路压力进行监控，在液压泵出口安装一个溢流阀，同时也对系统起过载保护作用。因为滑块受自身重力作用，滑块要产生下滑运动。所以油路要设计一个单向阀，以构成一个平衡回路，产生一定大小的背压力，同时也使工进过程平稳。在液压力泵的出油口设计一个单向阀，可防止油压对液压泵的冲击，对泵起到保护作用
9、。2.2 运动情况分析由液压机的工作情况来看，其外负载和工作速度随着时间是不断变化的。所以设计液压回路时必须满足随负载和执行元件的速度不断变化的要求。因此可以选用变压式节流调速回路和容积式调速回路两种方式。2.2.1 变压式节流调速回路节流调速的工作原理，是通过改变回路中流量控制元件通流面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量来调节其速度。变压式节流调速的工作压力随负载而变，节流阀调节排回油箱的流量，从而对流入液压缸的的流量进行控制。其缺点：液压泵的损失对液压缸的工作速度有很大的影响。其机械特性较软，当负载增大到某值时候，活塞会停止运动，低速时泵承载能力很差，变载下的运动平稳性都比较
10、差，可使用比例阀、伺服阀等来调节其性能，但装置复杂、价格较贵。优点：在主油箱内，节流损失和发热量都比较小，且效率较高。宜在速度高、负载较大，负载变化不大、对平稳性要求不高的场合。2.2.2 容积调速回路容积调速回路的工作原理是通过改变回路中变量泵或马达的排量来改变执行元件的运动速度。优点：在此回路中，液压泵输出的油液直接进入执行元件中，没有溢流损失和节流损失，而且工作压力随负载的变化而变化，因此效率高、发热量小。当加大液压缸的有效工作面积，减小泵的泄露，都可以提高回路的速度刚性。综合以上两种方案的优缺点比较，泵缸开式容积调速回路和变压式节流调回路相比较，其速度刚性和承载能力都比较好，调速范围也
11、比较宽工作效率更高，发热却是最小的。考虑到最大压制力为280KN，故选泵缸开式容积调速回路。2.3 方案对比2.3.1方案一考虑到液压机工作时所需功率较大，故采用容积调速方式。为满足速度的有极变化，采用压力补偿变量液压泵供油。及在快速下降时，液压泵以全流量供油，在慢速加压到保压时，泵的流量逐到零。当液压缸反向回程时，泵的流量恢复到全流量。液压缸的运动方向采用三位四通M型中位机能电液换向阀控制，如图2-1所示，停机时换向阀处于中位，使液压泵卸荷，快速下降时换向阀处于右位，快速上升时换向阀处于左位。在三位四通电磁换向阀与液压缸之间设置一个液控单向阀，其控油口与液压缸的出油口管路相接，进油口与三位四
12、通电磁换向阀相接，出油口与液压缸进油路相接，形成保压回路，见图2-1。图 2-1见图2-1，在液压缸的进油路，液控单向阀出油路上连接一个电接点压力表，设置电接点压力表的上限、下限值，当液压缸的压力达到限值时，利用电接点压力发出的电信号来实现切换四通三位电磁换向阀，以实现自动保压。为实现压头的往返速度相等，需要有差动回路，在液压缸的进、出油口及液压缸出油口与换向阀之间分别连接两一个二位二通电磁阀。液压缸快速下降时差动连接，快速上升时切断差动连接。见图2-2。图 2-2为防止压头在下降过程中由于自重而出现速度失控现象，在液压缸有杆腔回油路上设置一个内控单向顺序阀，形成平衡回路，见图2-3。图 2-
13、3此外在泵的出口并联一个溢流阀，用于系统的安全保护；泵出口并联一个压力表及其开关，以实现测压；在液压泵的出口串联设置一个单向阀，以防止液压油倒灌，见图2-4。图 2-4由于液压缸的直径大于250mm、压力大于7MPa，其油腔在排油前就先泄压，因此必须有泄压回路。本系统采用蓄能器以实现降噪泄压，其回路如图2-5所示。回路首次工作时，利用液控单向阀保压，泄压时电磁铁通电使换向阀切换至上位，液压缸无杆腔与蓄能器突然连接，其保压期间积聚的液体压缩势能大部分被蓄能器吸收，以降低泄压时产生的巨大噪声，液压缸下行时电磁铁通电切换至下位，液压源向无杆腔充液时同时蓄能器向液压缸释放回收的液压能，以实现节能作用。
14、图 2-5综上，将各回路合并整理，检查以后绘制的液压机液压系统原理图如图 2-6所示。 图 2-6 液压机液压系统原理图1-油箱 2-过滤器 3-液压泵 4-单向阀 5-溢流阀 6-压力表及其开关7-三位四通电液换向阀 8-液控单向阀 9-平衡阀 10-二位二通电磁换向阀 11-电接点压力表 12-液压缸13-蓄能器表2-1电磁阀动作顺序表执行其动作电磁铁1YA2YA3YA4YA5YA启动+-+快速下行+-+-慢速加压+-+-保压-_快速回程-+-+停止-_ 2.3.2 方案二 （1）考虑到液压机工作时所需功率较大，固采用变量泵的容积调速方式。 （2）为了满足速度的有极变化，采用压力补偿变量液压泵供油，即在快速下降的时候，液压泵以全流量供油。当转化成慢速加压压制时，泵的流量减小，最后流量为0。 （3）当液压缸反向回程时，泵的流量恢复为全流量供油。液压缸的运动方向采用三位四通M型电磁换向阀和二位二通电磁换向阀控制。停机时三位四通换向阀处于中位，使液压泵卸荷。 （4）为了防止压力头在工作过程中因自重
