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湖南工學院 畢業(yè)設計(論文) 課題名稱 四柱萬能液壓機系統(tǒng)設計 專業(yè)名稱 數控技術與應用 所在班級 數控0401（西） 學生姓名 余華 學生學號 2004104130 指導老師 黃開友 完 成 日 期： 2007年5月 摘 要 液壓技術是現(xiàn)代制造的基礎，他的廣泛應用，很大程度上代替了普通成型加工，全球制造業(yè)發(fā)生了根本性變化。因此，液壓技術的水準、擁有和普及程度，已經成為衡量一個國家綜合國力和現(xiàn)代化水平的重要標志。為適合這種行勢，需要大量設計一些液壓機的工作系統(tǒng)。本次就是要設計一款四柱萬能液壓系統(tǒng)。液壓技術已被世界各國列為優(yōu)先發(fā)展的關鍵工業(yè)技術，成為當代國際間科技競爭的重點。 本書為機械類液壓設計說明書，是根據液壓設計手冊上的設計程序及步驟編寫的。本書的主要內容包括：臥式鉆鏜組合機床液壓系統(tǒng)的設計課題及有關參數；工況分析；液壓缸工作壓力和流量的確定；液壓系統(tǒng)圖的擬定；驅動電機及液壓元件的選擇；液壓系統(tǒng)主要性能的驗算；設計體會；參考文獻等。 編寫本說明書時，力求符合設計步驟，詳細說明了液壓系統(tǒng)的設計方法，以及各種參數的具體計算方法，如壓力的計算、各種工況負載的計算、液壓元件的規(guī)格選取等。 本書在編寫過程中，得到黃教授和同學的大力支持和幫助，在此一起表示衷心的感謝。 由于編寫水平有限，書中難免有缺點和錯誤之處，懇請老師批評指正。 謝謝！ 關鍵字 四柱萬能液壓機, 液壓缸, 系統(tǒng)壓力 編 者 2007年 5月 Abstract The liquid presses the technique is the foundation of the modern manufacturing, his extensive application, the very big degree ancestors substitutes the commonness to model to process, the global manufacturing industry took place the basic sex variety.Therefore, the liquid presses the technical level, owns and universal degree, have already become measure a national comprehensive national strength and modernization level of important marking.In order to suit this kind of line of power, need a great deal of work system that designs some liquids to press the machine.This time is to design a style four the all-powerful liquid of pillarses press the system.The liquid presses the key industry technique that the technique has already been list as by the international community to have the initiative the development, becoming the point of a science and technology competition. This book presses to design the manual for the machine liquid, pressing to design the design on the manual procedure and the step plaits to write according to the liquid of.The main contents of this book include:The lie type drills the design topic and relevant parameters that the 鏜 combination tool machine liquid presses the system;The work condition analysis;The liquid presses the assurance of an urn of work pressure and discharges;The liquid presses the draw-up of the system diagram;Drive the choice that the electrical engineering and liquids press the component;The liquid presses the main function of system to check to calculate;The design realize;Reference etc.. When plait write this manual, try hard for to match to design the step, elaborate on the liquid to press the design method of the system, and the concrete calculation method of various parameter, press the specification selection of the component such as the calculation, liquid of calculation, various work condition load of pressure etc.. This book gets the relevant teacher and classmate to support strongly and help in weave write process, meaning the heartfelt with gratitude together here. Because the plait writes the level limited, difficult do not need the place of weakness and mistake in the book, plead the teacher the animadversion correct. Thanks! 【Key word】 four the all-powerful liquid of pillarses press the machine, the liquid presses the urn, system pressure V 目 錄 摘要………………………………………………………….Ⅱ 第一章 設計課題及主要技術參數、工作原理………….3 1.1設計課題………………………………………………..3 1.2設計參數………………………………………………..5 第二章 工況分析…………………………………………..6 2.1繪制液壓缸速度循環(huán)圖、負載圖……………………..6 2.2參數……………………………………………………..6 第三章 確定液壓缸參數……………………………………7 第四章 液壓元、輔件的選擇.........................10 4.1液壓元件的選擇……………………………………….10 4.2液壓輔件的選擇………………………………………..11 第五章 液壓系統(tǒng)主要性能驗算…………………………..14 5.1系統(tǒng)壓力損失計算………………………………..…..14 5.2系統(tǒng)效率計算………………………………………….16 5.3系統(tǒng)發(fā)熱與升溫計算………………………………….17 設計心得……………………………………….…………....18 參考文獻 ……………………………………….…………… 19 第一章 設計課題及主要技術參數、工作原理 1.1設計課題 設計一臺YA32-1000KN型四柱萬能液壓機，設該四柱萬能液壓機下行移動部件重G=1噸，下行行程1.0-1.2m，其液壓系統(tǒng)圖如下 1、 主液壓泵（恒功率輸出液壓泵），2、齒輪泵，3、電機，4、濾油器，5、7、8、22、25、溢流閥，6、18、24、電磁換向閥，9、21、電液壓換向閥，10、壓力繼電器，11、單向閥，12、電接觸壓力表，13、19、液控單向閥，14、液動換向閥，15、順序閥，16上液壓缸，17、順序閥，20、下液壓缸，23節(jié)流器，26、行程開關 A、啟動：電磁鐵全斷電，主泵卸荷。 主泵（恒功率輸出）→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21的K型中位→T B、液壓缸16活塞快速下行： 2YA、5YA通電，電液換向閥9右位工作，道通控制油路經電磁換向閥18，打開液控單向閥19，接通液壓缸16下腔與液控單向閥19的通道。 進油路：主泵（恒功率輸出）→電液換向閥9→單向閥11→液壓缸16上腔 回油路：液壓缸16下腔→電液換向閥9→電液換向閥21的K型中位→T 液壓缸活塞依靠重力快速下行：大氣壓油→吸入閥13→液壓缸16上腔的負壓空腔 C.液壓缸16活塞接觸工件，開始慢速下行（增壓下行）： 液壓缸活塞碰行程開關2XK使5YA斷電，切斷液壓缸16下腔經液控單向閥19快速回油通路，上腔壓力升高，同時切斷（大氣壓油　→吸入閥13　→上液壓缸16上腔）吸油路。 進油路：主泵（恒功率輸出）→電液換向閥9→單向閥11→液壓缸16上腔 回油路：　液壓缸16下腔→順序閥17→電液換向閥9→電液換向閥21的K型中位→T D、保壓： 液壓缸16上腔壓力升高達 4 目 錄 摘要………………………………………………………….Ⅱ 第一章 設計課題及主要技術參數、工作原理………….3 1.1設計課題………………………………………………..3 1.2設計參數………………………………………………..5 第二章 工況分析…………………………………………..6 2.1繪制液壓缸速度循環(huán)圖、負載圖……………………..6 2.2參數……………………………………………………..6 第三章 確定液壓缸參數……………………………………7 第四章 液壓元、輔件的選擇.........................10 4.1液壓元件的選擇……………………………………….10 4.2液壓輔件的選擇………………………………………..11 第五章 液壓系統(tǒng)主要性能驗算…………………………..14 5.1系統(tǒng)壓力損失計算………………………………..…..14 5.2系統(tǒng)效率計算………………………………………….16 5.3系統(tǒng)發(fā)熱與升溫計算………………………………….17 設計心得……………………………………….…………....18 參考文獻 ……………………………………….…………… 19 第一章 設計課題及主要技術參數、工作原理 1.1設計課題 設計一臺YA32-1000KN型四柱萬能液壓機，設該四柱萬能液壓機下行移動部件重G=1噸，下行行程1.0-1.2m，其液壓系統(tǒng)圖如下 1、 主液壓泵（恒功率輸出液壓泵），2、齒輪泵，3、電機，4、濾油器，5、7、8、22、25、溢流閥，6、18、24、電磁換向閥，9、21、電液壓換向閥，10、壓力繼電器，11、單向閥，12、電接觸壓力表，13、19、液控單向閥，14、液動換向閥，15、順序閥，16上液壓缸，17、順序閥，20、下液壓缸，23節(jié)流器，26、行程開關 A、啟動：電磁鐵全斷電，主泵卸荷。 主泵（恒功率輸出）→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21的K型中位→T B、液壓缸16活塞快速下行： 2YA、5YA通電，電液換向閥9右位工作，道通控制油路經電磁換向閥18，打開液控單向閥19，接通液壓缸16下腔與液控單向閥19的通道。 進油路：主泵（恒功率輸出）→電液換向閥9→單向閥11→液壓缸16上腔 回油路：液壓缸16下腔→電液換向閥9→電液換向閥21的K型中位→T 液壓缸活塞依靠重力快速下行：大氣壓油→吸入閥13→液壓缸16上腔的負壓空腔 C.液壓缸16活塞接觸工件，開始慢速下行（增壓下行）： 液壓缸活塞碰行程開關2XK使5YA斷電，切斷液壓缸16下腔經液控單向閥19快速回油通路，上腔壓力升高，同時切斷（大氣壓油　→吸入閥13　→上液壓缸16上腔）吸油路。 進油路：主泵（恒功率輸出）→電液換向閥9→單向閥11→液壓缸16上腔 回油路：　液壓缸16下腔→順序閥17→電液換向閥9→電液換向閥21的K型中位→T D、保壓： 液壓缸16上腔壓力升高達到預調壓力，電接觸壓力表12發(fā)出信息，2YA斷電，液壓缸16進口油路切斷，(單向閥11 和吸入閥13的高密封性能確保液壓缸16活塞對工件保壓，利用液壓缸16上腔壓力很高，推動液動換向閥14下移，打開外控順序閥15，防止控制油路使吸入閥1誤動而造成液壓缸16上腔卸荷) 當液壓缸16上腔壓力降低到低于電接觸壓力表12調定壓力，電接觸壓力表12又會使2YA通電，動力系統(tǒng)又會再次向液壓缸16上腔供應壓力油……。 主泵（恒功率輸出）主泵→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21的K型中位→T，主泵卸荷 。 E、保壓結束、液壓缸16上腔卸荷后： 保壓時間到位，時間繼電器發(fā)出信息， 1YA通電（2TA斷電），液壓缸16上腔壓力很高，推動液動換向閥14下移，打開外控順序閥15，主泵1→電液壓換向閥9的大部分油液經外控順序閥15流回油箱，壓力不足以立即打開吸入閥13通油箱的通道，只能先打開吸入閥13的卸荷閥（或叫卸荷閥的卸荷口），實現(xiàn)液壓缸16上腔（只有極小部分油液經卸荷閥口回油箱）先卸荷，后通油箱的順序動作，此時： 主泵1大部分油液→電液壓換向閥9→外控順序閥15→T F、液壓缸16活塞快速上行： 液壓缸16上腔卸壓達到吸入閥13開啟的壓力值時，液動換向閥14復位，外控制順序閥15關閉，切斷主泵1大部分油液→電液換向閥9→外控順序閥15→T的油路，實現(xiàn)： 進油路：主泵1→電液換向閥9→液控單向閥19→液壓缸16下腔 回油路：液壓缸16上腔→吸入閥13→T G、頂出工件： 液壓缸16活塞快速上行到位，碰行程開關1XK，1YA斷電，電液換向閥9復位，4YA通電，電液換向閥21右位工作 進油路：主泵1→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21→液壓缸20下腔 回油路：液壓缸20上腔→電液換向閥21→T H、頂出活塞退回：3YA通電，4YA斷電，電液換向閥21左位工作 進油路：主泵1→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21→液壓缸20有桿腔 回油路：液壓缸20無桿腔→電液換向閥21→T K、壓邊浮動拉伸： 薄板拉伸時，要求頂出液壓缸20無桿腔保持一定的壓力，以便液壓缸20活塞能隨液壓缸16活塞驅動動模一同下行對薄板進行拉伸，4YA通電，電液壓換向閥21右位工作，6YA通電，電磁閥24工作，溢流閥25調節(jié)液壓缸20無桿腔油墊工作壓力。 進油路：主泵1→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21→液壓缸20無桿腔 吸油路：大氣壓油→電液壓換向閥21→填補液壓缸20有桿腔的負壓空腔 1.2設計參數： 液壓系統(tǒng)最高壓力P=32mPa 一般選用P=20-25mPa 主液壓缸公稱噸位1000KN 主液壓缸用于沖壓的壓制力與回程力之比值為5-10%，塑料制品的壓制力與回程力之比為2%， 頂出缸公稱頂出力取主缸公稱噸位的五分之一 頂出缸回程力為主液壓缸公稱噸位的十五分之一 主液壓缸 快速空行程 V=100mm/s 工作行程 V=10mm/s 回程 V=80mm/s 頂出液壓缸 頂出行程 V=80mm/s 回程 V=120mm/s 設計要求： 設計選擇組成該液壓系統(tǒng)的基本液壓回路并說明液壓系統(tǒng)的工作原理，設計計算選擇液壓元件，進行液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性校核，繪液壓系統(tǒng)圖及液壓集成回路圖，設計液壓裝置和液壓集成塊，編寫液壓系統(tǒng)設計說明書。 第二章 工況分析 2.1繪制液壓缸速度循環(huán)圖、負載圖 2.2參數 1、選取參數 取動摩擦系數fd=0.1 ，靜摩擦系數fj=0.2 ，η缸=0.9 ， V快=100mm/s ， V工=10mm/s，令起動時間不超過0.2秒， 選取工作壓力F=25000N(按負載20000-30000計算得) 選 取P=20-25mPa 取P1=25mPa 2、計算摩擦力 靜摩擦力F2=Gfj=98000.2=1960N 動摩擦力F3=Gfd=98000.1=980N 3、確定液壓缸的推力 啟動推力F啟=F2/η缸=1960÷0.9=2178N,取整為2180N 加速推力F加=（F3+F4）/η缸=1644N，取整為1640N 快進推力F快=F3/η缸=980÷0.9=1089,取整為1090N 工進推力F工=（F1+F3）/η缸=39978N，取整為40000N 第三章 確定液壓缸參數 1、初選液壓缸工作壓力 按照液壓缸工作時的作用力F工參考課本270頁表9～1，初定工作壓力P1=20～25mpa ,取P1=25mpa；選用A1/2=A2差動液壓缸. 2、計算液壓缸結構尺寸 主缸的內徑 根據GB/T2348－1993，取標準值　D主 =250mm 活塞桿直徑 主缸 根據GB/T2348－1993，取標準值　 則有液壓缸各部分面積如下： 3 主缸的壓制力 4 實際回程 R主回==190000N=190KN 5 頂出缸的內徑 根據GB/T2348－1993，取標準值　 m 根據GB/T2348－1993，取標準值　 6 頂出缸的面積 頂出缸的頂出力 7 頂出缸 的回程力 R頂回= 8 .頂出液壓缸的工作壓力和回程工作壓力： Pa 　　 9 液壓缸運動中供油量 （1） 快速空行 （2） 工作進程進出油量 (3) 主缸回程 （4） 頂出缸進排油量 頂出行程 頂出缸退回 第四章 液壓元、輔件的選擇 4.1液壓元件的選擇 1.液壓系統(tǒng)快速空程供油方式： 由于供油量大，不宜采用由液壓泵供油方式，利用主液壓缸活塞等自重快速下行，形成負壓空腔，通過吸入閥從油箱吸油，同時使液壓系統(tǒng)規(guī)格降低檔次。 2.選定液壓泵的流量及規(guī)格： 設計的液壓系統(tǒng)最高工作壓力主液壓缸工作行程，主液壓缸的無桿腔進油量為： 3.主液壓缸的有桿腔進油量為： 4.頂出液壓缸頂出行程的無桿腔進油量為： 設選主液壓缸工作行程和頂出液壓缸頂出行程工作壓力最高（）工件頂出后不需要高壓。主液壓缸工作行程（即壓制）流量為29.46L/min,主液壓缸工作回程流量為4.56L/min,選用160BGY14-1B型電液比例斜盤式軸向變量柱塞泵。雖然在只有156L/min，主液壓缸活塞返回速度有所降低，在工作壓力為時，流量降低40%,仍可獲101L/min的流量，基本滿足主液壓缸工作回程4.56L/min、滿足工進流量29.46L/min的進給設計要求。由于選用電液比例控制，獲節(jié)能高效效益。 5.液壓泵的驅動功率及電動機的選擇： 主液壓缸的壓制與頂出液壓缸的頂出工作壓力均為P=20×106Pa；主液壓缸回程工作壓力為P=6.64×106Pa頂出液壓缸退回行程工作壓力17.1×106Pa，液壓系統(tǒng)允許短期過載，因此，快速進退選P=6.64×106Pa,q=156L/min, 工進選P=25.12×106Pa,q=101L/min,液壓泵的容積效率ηv=0.92，機械效率ηm=0.95，兩種工況電機驅動功率為： P工 > P快　　　電動機允許短期過載，選取37KW的Y250M-6型電機。若設定工作壓力在 （25-32）×106Pa, 選取55KW的Y280M-6型電機。 液壓缸的壓制工作壓力為P=25.8mPa；液壓缸回程工作壓力為P=0.64mPa快速進退選P=2.88×106Pa,q=250L/min, 工進選P=25.8×106Pa,q=157.5L/min,液壓泵的容積效率ηv=0.92，機械效率ηm=0.95，兩種工況電機驅動功率為 （按等值功率計算： 　 　　　 K——電動機過載系數　直流電動機K=1.8－2.5，若考慮到網絡電壓波動，一般取 K=1.5－2.0 取 選取液壓泵的驅動電機，首先應考慮等值功率和運動循環(huán)動作階段的最大功率。本課題運動循環(huán)動最大功率是終壓功率67.73/0.95×0.92=77.5KW，持續(xù)時間只有2秒鐘時間，不在電動機允許的短期過載范圍內，不能按等值功率計值的短期過載處理，也不能按運動循環(huán)選取250BGY14-1B型電液比例斜盤式軸向變量柱塞泵電動機的最大驅動功率，只能按短折算系數為1.7的短期過載設計，選取45KWY280M-2型交流異步電動機驅動液壓泵。） 查手冊選取Y280M-6型電機,其額定功率為37KW。 4.2液壓輔件的選擇 1、根據系統(tǒng)的工作壓力和通過各元、輔件的實際流量，選擇的元、輔件的規(guī)格如下表所示。 序號 元　件　名　稱 實際流量 規(guī)格 備注 1 斜盤式軸向柱塞泵 160L/min 160BGY14-1B 2 齒輪泵 10L/min CB-10 55KW 3 電動機 Y250M-6 4 濾油器 250L/min WU－250×180F 5 電液比例溢流閥 160L/min YF-B20H 6 直動式溢流閥 10L/min Y-Hb6F 7 三位四通電液換向閥 160L/min 34BYM-H20-T 8 單向閥 160L/min DF-B20K3 9 電接觸壓力表 KF-L8/30E 10 外控順序閥 160L/min X4F-B20F-Y 11 液控單向閥 600L/min 自制 12 二位三通電磁換向閥 10L/min 23D-10B 13 液控單向閥 160L/min DFY-B20H2 14 內控外泄式順序閥 160L/min X4F-B20F-Y1 15 主液壓缸 外購 16 頂出液壓缸 外購 17 三位四通電液換向閥 160L/min 34BYK-H20-T 18 阻尼器 25L/min 自制 19 二位二通電磁換向閥 25L/min 22D-10B 20 先導式溢流閥 160L/min YF-B20H 21 直動式溢流閥 25L/min 22 行程開關 Y-Hb6F 外購3個 2、油箱容量：按經驗公式計算油箱容量 上油箱容積： 下油箱容積： 液壓缸流量表 動　作　順　序 流進　　L/min 　流出　L/min 主液 壓缸 快速下行 160+694=754 271.2 工作行程 101 36.4 回　　程 160 444.8 頂出 液壓缸 頂出行程 101 61.8 退回行程 160 261.5 第五章 液壓系統(tǒng)主要性能驗算 5.1系統(tǒng)壓力損失計算 管道直徑按選定元件的接口尺寸確定為d=20mm,進、回油管長度都定為L=2m,油液的運動粘度取,油液的密度取。 1、判斷流動狀態(tài) 進、回油管路中所通過的流量以快退時回油量q=444.8L/min為最大，由雷諾數 可知 因為Re〉2300,故各工況下的進、回油路中油液的流動狀態(tài)為紊流。 2、計算系統(tǒng)壓力損失 由于工進時，油路流量少，可忽略不計；以下只計算快進時的系統(tǒng)壓力損失。 A、進油路中的壓力損失 快進時油液在管道中的流速為 a、計算沿程壓力損失 △P= b、局部壓力損失按經驗公式計算 △P1=0.1△P= c、閥類元件產生的局部壓力損失 根據公式 ，其中為額定壓力損失，由手冊查得電液換向閥9、21單向閥11、行程閥26的額定壓力損失均為，q為實際流量，為標準流量。 △P進=△P+△P1+ B、回油路中的壓力損失 回油路中油液的流速為 回油路的雷諾數為 沿程壓力損失為△P= 局部壓力損失為△P1=0.1△P沿= 閥類元件損失為△P閥= △P回=△P+△P1+△P閥= C、快進的總的壓力損失 △P總=△P進+△P回= △P總小于工進壓力損失設定值△P1，壓力損失校驗合格。 5.2系統(tǒng)效率計算 在一個工作循環(huán)周期中，工進時間最長，因此，用工進時的效率來代表整個循環(huán)的效率。 1、計算回路效率 按公式來計算，其中 和————液壓缸的工作壓力和流量； 、、和——每個液壓泵的工作壓力和流量； 大流量泵的工作壓力就該泵通過順序閥17卸荷時產生的壓力損失，因此它的的值為 工進時，液壓缸回油腔的壓力為P2=1MPa，進油腔的壓力為 P1= 小流量泵在工進時的工作壓力，等于液壓缸工作腔壓力加上進油路上的壓力損失，即 = 則回路效率為 2、計算系統(tǒng)效率 取雙聯(lián)葉片泵的總效率η泵=0.70，液壓缸的總效率η缸=0.90，則系統(tǒng)效率η為 η=η泵η缸 =0.70.90.35=0.22 5.3系統(tǒng)發(fā)熱與升溫計算 系統(tǒng)發(fā)熱計算和系統(tǒng)效率計算同樣原因，也只考慮工進階段。 工進時，液壓泵的輸入功率為 P入W 此時，系統(tǒng)所產生的熱流量為 Q= P入（1-η）=121 （1-0.22）=94.38W 系統(tǒng)中的油液溫升為 ℃ 其中傳熱系數K=15W/（㎡·℃）。本系統(tǒng)溫升很小，符合要求 設計心得 我們的設計課題雖然牽涉的知識面相對較窄，但是我們的設計液壓控制系統(tǒng)還是采用近兩年比較興新液壓閥進行設計，所以設計起來不是很簡單，但在黃教授的指導和同學的幫助下完成了設計。這也是我們在畢業(yè)這一段時間里重新的溫習和鞏固以前所學的東西，其體會有以下幾點： 1） 通過設計使所學的液壓傳動以及相關知識得到了進一步的鞏固，加深和擴展，同時也學會了一些怎樣將理論知識運用于生產實際的方法。 2） 在設計實踐中學習和掌握了通用液壓元件的選用，各類閥體的用途、組合方法和設計技能。 3） 在這次的設計中不僅僅是液壓方面的知識，對計算機會圖等各方面的知識、運用于熟悉設計資料以及進行經驗估算等放面進行一次調練，同時，通過設計培養(yǎng)了分析和解決生產實際問題的能力。 4） 通過這次設計使我感到自己掌握的知識和我在生產實踐中的距離，在今后的工作中依然得繼續(xù)學習。 參考文獻 1、《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》，楊培元、朱福元主編，機械工業(yè)出版社。 2、《液壓傳動系統(tǒng)》第三版，官忠范主編，機械工業(yè)出版社。 3、《液壓傳動設計手冊》，煤炭工業(yè)部、煤炭科學研究院上海研究所主編，上?？茖W技術出版社。 4、《袖珍液壓氣動手冊》第二版，劉新德主編，機械工業(yè)出版社。 5、《液壓傳動課程設計指導書》，高等工程?？茖W校機制及液壓教學研究會液壓組主編。 6、《液壓傳動與氣壓傳動》第二版，何存興、張鐵華主編，華中科技大學出版社。 7、《金屬鉆削機床液壓傳動》，章宏甲主編，江蘇科學技術出版社。 8、《工程機械液壓與液力傳動》，李芳民主編，人民交通出版社。 9、《新編液壓工程手冊》，雷天覺主編，北京理工大學出版社。 10、《液壓系統(tǒng)設計圖集》，周士昌主編，機械工業(yè)出版社。 19