四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 1 緒 論 1 1.1液壓機(jī)現(xiàn)狀概要 1 2 四柱液壓機(jī)總體設(shè)計(jì) 2 2.1四柱液壓機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù) 2 2.2 四柱液壓機(jī)工作原理分析 3 2.3 四柱液壓機(jī)工藝方案設(shè)計(jì) 5 2.4 四柱液壓機(jī)總體布局方案設(shè)計(jì) 5 2.5 四柱液壓機(jī)零部件設(shè)計(jì) 6 2.5.1.1 導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 6 2.5.1.2 橫梁設(shè)計(jì) 7 3 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)越性概述 10 3.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 11 3.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 3.4 液壓系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì) 26 3.5 液壓站布局設(shè)計(jì) 35 3.6 液壓系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性驗(yàn)算 36 4 四柱液壓機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40 4.1 電氣控制概述 40 4.2 四柱液壓機(jī)電氣控制方案設(shè)計(jì) 40 4.3 四柱液壓機(jī)電氣控制電路設(shè)計(jì) 41 5 四柱液壓機(jī)安裝調(diào)試和維護(hù) 43 5.1 四柱液壓機(jī)的安裝 43 5.2 四柱液壓機(jī)的調(diào)試 43 5.3 四柱液壓機(jī)的保養(yǎng)維護(hù) 44 結(jié) 論 45 參考文獻(xiàn) 46 致 謝 47 1 緒 論 1.1液壓機(jī)現(xiàn)狀概要 液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)有了較為完善、成熟的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。液壓傳動(dòng)技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)相比,操作方便簡(jiǎn)單,調(diào)速范圍廣,很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)并且還具有自動(dòng)過載保護(hù)功能。液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,采用電液聯(lián)合控制后,可以實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制以及遠(yuǎn)程遙控。由于液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是流體礦物油,有較大的沿程和局部阻力損失。當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力比較高時(shí),還會(huì)產(chǎn)生比較大的泄漏,泄漏的礦物油將直接對(duì)環(huán)境造成污染,有時(shí)候還容易引起安全事故。油液受溫度的影響很大,因此液壓油不能在很高或很低的溫度條件下工作。由于液壓油的可壓縮性和泄漏,液壓傳動(dòng)不能保證恒定的傳動(dòng)比和很高的傳動(dòng)精度,這是液壓傳動(dòng)的最大不足之處。此外,液壓傳動(dòng)的故障排除不如機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)那樣容易,因而對(duì)使用和維護(hù)人員有較高的技術(shù)水平要求。雖然液壓傳動(dòng)存在這些缺陷,但總體上優(yōu)點(diǎn)還是蓋過了缺點(diǎn),因而應(yīng)用還是很廣泛。 液壓機(jī)自19世紀(jì)問世以來(lái)得到了很快的發(fā)展,在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用,成了產(chǎn)品壓力加工成型不可或缺的機(jī)械設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異,電子技術(shù)、液壓技術(shù)的不斷成熟,液壓機(jī)也得到了更進(jìn)一步的發(fā)展。到目前為止,液壓機(jī)的最大公稱壓力已經(jīng)達(dá)到了750MN,控制技術(shù)也由原來(lái)傳統(tǒng)的繼電器控制變?yōu)榭删幊炭刂破骱凸I(yè)計(jì)算機(jī)控制,這使液壓機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性、控制精度、產(chǎn)品質(zhì)量有了保證,同時(shí)生產(chǎn)效率得到了很大的提高。 液壓機(jī)加工與傳統(tǒng)機(jī)械加工相比屬于無(wú)屑加工,應(yīng)用范圍廣泛,一般用于塑性材料的冷擠、校直、彎曲、沖裁、拉伸等。此外液壓機(jī)還用于粉末冶金、翻邊、壓裝等產(chǎn)品的成型加工工藝。液壓機(jī)還能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件和不對(duì)稱工件的加工,產(chǎn)品廢品率較低。液壓機(jī)根據(jù)加工工件的不同性質(zhì),還可進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲毫π谐陶{(diào)整,滿足產(chǎn)品的加工要求。液壓機(jī)主要由主機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)三部分組成。液壓機(jī)的整個(gè)工作過程的實(shí)現(xiàn),首先是由電氣系統(tǒng)來(lái)控制液壓系統(tǒng),然后再由液壓系統(tǒng)控制主機(jī)主缸和頂出缸的順序動(dòng)作。總的來(lái)說,液壓機(jī)操作簡(jiǎn)單,維護(hù)方便。 雖然液壓機(jī)目前應(yīng)用十分廣泛,但是潛在的問題還很多。液壓機(jī)屬于高壓工作設(shè)備,進(jìn)行壓力加工時(shí),隨著壓力的不斷升高泄漏也會(huì)不斷增大,這樣不利于保證零件的加工精度,同時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。除此之外,液壓機(jī)還存在如下缺陷,液壓機(jī)壓力加工完成后,卸壓時(shí)存在很大的液壓沖擊,這樣對(duì)液壓元件及其它設(shè)備損害很大;按下啟動(dòng)按鈕后,動(dòng)作靈敏性不及電氣控制;液壓機(jī)出現(xiàn)故障不能夠正常工作,故障不容易及時(shí)找到并排除,給維護(hù)帶來(lái)了一定的技術(shù)難題和不便;液壓機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊、氣蝕等現(xiàn)象,會(huì)縮短液壓元件的使用壽命。 為了催生更大的生產(chǎn)力,液壓機(jī)的設(shè)計(jì)需要改進(jìn)。液壓油路設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)將是液壓機(jī)今后值得研究的方向。 (1)油路設(shè)計(jì)方面 為了防止泄油和外界的污染,液壓機(jī)油路的設(shè)計(jì)趨于集成化、封閉循環(huán)式,這樣可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。除此之外,液壓元件設(shè)計(jì)盡量標(biāo)準(zhǔn)化,集成化。集成液壓系統(tǒng)減少了管路連接,可以降低泄漏和污染。液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化給維護(hù)帶來(lái)了方便。 (2)控制系統(tǒng)方面 液壓機(jī)屬于高壓設(shè)備,控制系統(tǒng)除控制設(shè)備安全可靠的工作之外,還應(yīng)該讓控制精度變得更高,人機(jī)交互變得更簡(jiǎn)單,操作更方便,自動(dòng)化、高速化、智能化程度更好。 綜上所述,液壓機(jī)的發(fā)展促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。伴隨著電氣控制技術(shù)、液壓傳動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展,液壓機(jī)的自動(dòng)化程度、加工精度將進(jìn)一步得到提高,實(shí)現(xiàn)智能化控制。 2 四柱液壓機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1四柱液壓機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù) (1)擬設(shè)計(jì)的四柱液壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表2.1 表2.1 液壓機(jī)技術(shù)參數(shù) 參 數(shù) 項(xiàng) 參 數(shù) 公稱力(最大負(fù)載) 2000KN 工進(jìn)時(shí)液體最大工作壓力 25MPa 主缸回程力 400KN 頂出缸頂出力 350KN 主缸滑塊行程 700mm 頂出活塞行程 250mm 主缸滑塊距工作臺(tái)最大距離 1100mm 主缸滑塊快進(jìn)速度 0.08m/s 主缸滑塊工進(jìn)最大速度 0.006m/s 主缸快退速度 0.03m/s 頂出活塞頂出速度 0.02m/s 頂出活塞退回速度 0.05m/s (2)四柱液壓機(jī)的主要功能 通過液壓傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞動(dòng)力,完成零件的壓力成型加工。 (3)四柱液壓機(jī)的適用范圍 液壓機(jī)主要用于冷擠、校直、彎曲、沖裁、拉伸、粉末冶金、翻邊、壓裝等成型工藝。 2.2 四柱液壓機(jī)工作原理分析 2.2.1 四柱液壓機(jī)的基本組成 四柱液壓機(jī)主要由主機(jī)、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三部分組成。 其中主機(jī)包括工作臺(tái)、導(dǎo)柱、滑塊、上缸、頂出缸等結(jié)構(gòu);液壓系統(tǒng)由控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件、動(dòng)力裝置、工作介質(zhì)等組成;電氣控制控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)、電器控制柜等組成。 2.2.2 四柱液壓機(jī)的工作原理 (1)四柱液壓機(jī)主機(jī)組成簡(jiǎn)圖2.1 1-滑塊 2-導(dǎo)柱 3-工作臺(tái) 4-安裝地基 5-頂出缸 6-主缸 7-上橫梁 8-輔助油箱 圖2.1 四柱液壓機(jī)主機(jī)組成簡(jiǎn)圖 (2)四柱液壓機(jī)工作原理分析 四柱液壓機(jī)的動(dòng)作順序通過電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)控制,控制順序框圖如圖2.2。 圖2.2 四柱液壓機(jī)控制順序圖 從上面的控制順序框圖可以看出,液壓機(jī)的工作原理由電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng),液壓控制系統(tǒng)再控制主機(jī)工作,主機(jī)動(dòng)作觸及行程開關(guān),將信號(hào)反饋給電氣控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制。 (3)四柱液壓機(jī)工作循環(huán)分析 四柱液壓機(jī)工作循環(huán)如圖2.3所示。 圖2.3 四柱液壓機(jī)工作循環(huán)圖 四柱液壓機(jī)工作循環(huán)如圖2.3(a),滑塊在自重的作用下快速下行,碰到行程開關(guān)后由快進(jìn)變?yōu)楣みM(jìn),隨后進(jìn)行加壓、保壓。保壓時(shí)間完成后,滑塊快速回程,直到回到原來(lái)的位置,停止運(yùn)動(dòng);圖2.3(b)表示頂出缸的工作循環(huán)過程,主缸快進(jìn)、工進(jìn)、保壓、退回停止后,頂出缸才運(yùn)動(dòng),將工件頂出。 2.3 四柱液壓機(jī)工藝方案設(shè)計(jì) (1)控制方式的選擇 采用液壓系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)相結(jié)合的控制方式。具有調(diào)整、手動(dòng)、半自動(dòng)三種工作方式,可實(shí)現(xiàn)定壓、定程兩種加工工藝; (2)液壓系統(tǒng): 液壓油路采用封閉式回路,供油方式選用變量泵供油,液壓控制元件采用插裝閥形式。針對(duì)液壓機(jī)快進(jìn)時(shí)供油不足以及工進(jìn)時(shí)的高壓特性,系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有補(bǔ)油和卸壓裝置; (3)電氣控制: 采用繼電器、行程開關(guān)、接觸器、手動(dòng)按鈕等元件進(jìn)行手動(dòng)、半自動(dòng)控制; (4)主機(jī): 主機(jī)結(jié)構(gòu)形式采用“三梁四柱”的形式,主缸和頂出缸為執(zhí)行元件。 2.4 四柱液壓機(jī)總體布局方案設(shè)計(jì) 總體布局如圖2.4所示 1-主機(jī) 2-液壓油管 3-控制臺(tái) 4-插裝閥 5-液壓泵裝置 6-液壓油箱 7-電氣控制柜 圖2.4 四柱液壓機(jī)總體布局簡(jiǎn)圖 圖2.4為液壓機(jī)整體布局簡(jiǎn)圖,分為三個(gè)部分,即:主機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的所有部件都集中安裝在液壓油箱上,使液壓站布局結(jié)構(gòu)變得緊湊。電氣控制元件集中設(shè)計(jì)在電氣柜中。啟動(dòng)、停止、快進(jìn)、頂出、調(diào)整、等控制按鈕設(shè)置在控制臺(tái)上,方便及時(shí)操作。 2.5 四柱液壓機(jī)零部件設(shè)計(jì) 2.5.1 主機(jī)載荷分析 參考表2.1,四柱液壓機(jī)的最大工作負(fù)載為2000KN,主缸回程力為400KN,頂出缸頂出力為350KN。由于工作時(shí)的負(fù)載遠(yuǎn)大于其它工況時(shí)的負(fù)載,因此在進(jìn)行載荷設(shè)計(jì)時(shí),取負(fù)載2000KN對(duì)液壓機(jī)進(jìn)行受力計(jì)算。 液壓機(jī)結(jié)構(gòu)形式為“三梁四柱”式,工進(jìn)加壓的負(fù)載作用在橫梁和導(dǎo)柱上,受載時(shí)橫梁受壓,導(dǎo)柱受拉,受力如圖2.5所示 F-負(fù)載 T-導(dǎo)柱拉力 圖2.5 橫梁、導(dǎo)柱受力圖 2.5.1.1 導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 材料選擇:導(dǎo)柱在工作過程中主要承受拉力,材料必須具備較高的抗拉強(qiáng)度。導(dǎo)柱材料選擇45圓鋼,也可選用鍛件形式。 熱處理要求:導(dǎo)柱除了承受拉力之外,外圓柱表面與滑塊之間還存在摩擦力。為了減少導(dǎo)柱表面的磨損,通過表面熱處理提高表面硬度增加表面耐摩性。總的熱處理工藝為調(diào)質(zhì)和表面淬火。 理論設(shè)計(jì)計(jì)算: 液壓機(jī)的最大負(fù)載約為2000kN,通過力傳遞后,最后由四根導(dǎo)柱承受2000kN的拉力,作用在每根導(dǎo)柱上的拉力為500kN。由許用拉應(yīng)力公式(2.1),可計(jì)算導(dǎo)柱的安全直徑D。 (2.1) 式中: —許用應(yīng)力;取45鋼=80~100MPa; F—軸向拉力; A—橫截面積。 即: 圓整后取導(dǎo)柱直徑D=90mm,為了防止四根導(dǎo)柱因瞬間的受力不均而被破壞,導(dǎo)柱直徑可適當(dāng)加大,取D=110mm。 2.5.1.2 橫梁設(shè)計(jì) 材料選擇:橫梁工作時(shí)的受力為彎曲力,材料應(yīng)具有一定的抗彎強(qiáng)度。選用45鋼,毛坯采用鍛件。 熱處理要求:橫梁進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 理論計(jì)算校核: 橫梁受力可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)直梁,中間受載的情形,如圖2.6所示。 圖2.6 橫梁滑塊受力簡(jiǎn)圖 初步確定橫梁的長(zhǎng)、寬、高尺寸分別為1310、1045、575mm,截面為矩形。即:在負(fù)載作用下的剪力和彎矩如圖2.7所示。 圖2.7 (a) 剪力圖 (b) 彎矩圖 由彎矩圖2.7(b)可知,橫梁C點(diǎn)1—1截面彎矩最大,該截面是危險(xiǎn)截面。為了保證橫梁能夠正常工作,必須對(duì)該截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。正應(yīng)力計(jì)算公式為: (2.2) 式中: —最大彎曲正應(yīng)力; —最大彎矩; —抗彎截面系數(shù)()。 矩形截面抗彎系數(shù)W計(jì)算公式為: (2.3) 式中: —矩形截面的寬; —矩形截面的高。 即: 45鋼的彎曲許用應(yīng)力[]=100MPa,而橫梁的最大彎曲應(yīng)力=8.1MPa,遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力,經(jīng)過校核,設(shè)計(jì)尺寸滿足要求。 2.5.2 主機(jī)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 液壓機(jī)工作臺(tái)主要受壓,由于工作臺(tái)不是很高,剛度要求可以滿足,因此在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)只要進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的校核即可,校核過程從略。 材料選擇:工作臺(tái)主要受壓,材料選用鑄鋼45。 工藝要求: 機(jī)械加工時(shí),工作臺(tái)表面做成T形槽,如圖2.8所示。 圖2.8 工作臺(tái)T形槽 2.5.3控制臺(tái)設(shè)計(jì) 材料選擇:控制臺(tái)主要用于安裝控制按鈕,不承受動(dòng)載荷,強(qiáng)度要求不是很高,滿足使用要求即可,材料選用Q235A。 加工工藝:控制臺(tái)的制作加工采用焊接方式完成。 外形設(shè)計(jì):控制臺(tái)外形尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮操作方便。外形簡(jiǎn)圖如圖2.9所示。 1-控制按鈕 2-控制面板 3-控制臺(tái)底座 圖2.9 液壓機(jī)控制臺(tái)外形簡(jiǎn)圖 3 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)越性概述 科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天,液壓傳動(dòng)技術(shù)隨之有了比較完善、成熟的理論基礎(chǔ)。目前液壓傳動(dòng)技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪音、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。 (1)液壓傳動(dòng)優(yōu)越性 1)液壓元件布局靈活; 2)液壓傳動(dòng)操作控制方便,可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速; 3)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)直線傳動(dòng),可以進(jìn)行自動(dòng)過載保護(hù); 4)液壓傳動(dòng)采用電液控制相結(jié)合的控制方式,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制; 5)液壓系統(tǒng)中液壓元件的磨損比機(jī)械傳動(dòng)小很多,液壓油除了作為傳動(dòng)介質(zhì)外還起到了潤(rùn)滑的作用,延長(zhǎng)了液壓系統(tǒng)中液壓元件的使用壽命。 (2)液壓傳動(dòng)不足 1)液壓傳動(dòng)沿程、局部阻力損失比較大; 2)液壓傳動(dòng)壓力高時(shí)泄漏較大,效率降低,處理不好油液還會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染; 3)液壓介質(zhì)的泄漏和可壓縮性使系統(tǒng)沒有嚴(yán)格的傳動(dòng)比; 4)液壓傳動(dòng)存在的液壓沖擊、氣蝕、困油現(xiàn)象影響了設(shè)備的安全工作和使用壽命; 5)液壓元件制造精度高,成本貴,系統(tǒng)故障不容易排除,維護(hù)技術(shù)成本高; 6)液壓系統(tǒng)工作環(huán)境受溫度影響較大,不宜在很高和很低的溫度條件下工作。 3.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 3.2.1 液壓機(jī)負(fù)載確定 參考四柱液壓機(jī)技術(shù)參數(shù)表2.1可知,液壓機(jī)的最大工作負(fù)載為2000KN,工進(jìn)時(shí)液體最大壓力為25MPa,由此確定液壓機(jī)設(shè)計(jì)負(fù)載為2000KN型四柱液壓機(jī)。 3.2.2 液壓機(jī)主機(jī)工藝過程分析 壓制工件時(shí)主機(jī)的工藝過程:按下啟動(dòng)按鈕后,主缸上腔進(jìn)油,橫梁滑塊在自重作用下快速下行,此時(shí)會(huì)出現(xiàn)供油不足的情況,補(bǔ)油箱對(duì)上缸進(jìn)行補(bǔ)油。觸擊快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)的行程開關(guān)后,橫梁滑塊工進(jìn),并對(duì)工件逐漸加壓。工件壓制完成后進(jìn)入保壓階段,讓產(chǎn)品穩(wěn)定成型。保壓結(jié)束后,轉(zhuǎn)為主缸下腔進(jìn)油,滑塊快速回程,直到原位后停止。橫梁滑塊停止運(yùn)動(dòng)后,頂出缸下腔進(jìn)油,將工件頂出,工件頂出后,頂出缸上腔進(jìn)油,快速退回。 3.2.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)可參考表2.1 最大負(fù)載:2000KN; 工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)最大壓力:25MPa 主缸回程力:400KN; 頂出缸頂出力:350KN 主缸滑塊快進(jìn)速度:0.08m/s; 主缸最大工進(jìn)速度:0.006m/s 主缸回程速度:0.03m/s; 頂出缸頂出速度:0.02m/s 頂出缸回程速度:0.05m/s 3.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.3.1 液壓機(jī)主缸工況分析 3.3.1.1 主缸速度循環(huán)圖 根據(jù)液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)及表2.1中主缸滑塊行程為700mm,可以得到主缸的速度循環(huán)圖如下: 圖3.1 主缸速度循環(huán)圖 3.3.1.2 主缸負(fù)載分析 液壓機(jī)啟動(dòng)時(shí),主缸上腔充油主缸快速下行,慣性負(fù)載隨之產(chǎn)生。此外,還存在靜摩擦力、動(dòng)摩擦力負(fù)載。由于滑塊不是正壓在導(dǎo)柱上,不會(huì)產(chǎn)生正壓力,因而滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的摩擦力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作負(fù)載,計(jì)算最大負(fù)載時(shí)可以忽略不計(jì)。液壓機(jī)的最大負(fù)載為工進(jìn)時(shí)的工作負(fù)載。通過各工礦的負(fù)載分析,液壓機(jī)主缸所受外負(fù)載包括工作負(fù)載、慣性負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載,即: F = Fw + Ff + Fa ( 3.1 ) 式中: F —液壓缸所受外負(fù)載; Fw —工作負(fù)載; Ff —滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸筒之間的摩擦阻力負(fù)載,啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力負(fù)載,啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦力負(fù)載; Fa —運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載。 (1)慣性負(fù)載Fa計(jì)算 計(jì)算公式: Fa = ( 3.2 ) 式中: G —運(yùn)動(dòng)部件重量; g —重力加速度9.8m/; —時(shí)間內(nèi)的速度變化量; —加速或減速時(shí)間,一般情況取=0.01~0.5s。 查閱相同型號(hào)的四柱液壓機(jī)資料,初步估算橫梁滑塊的重量為30KN。由液壓機(jī)所給設(shè)計(jì)參數(shù)可及:=0.08m/s ,取=0.05s,代入公式3.2中。 即: Fa = = 4898N (2)摩擦負(fù)載Ff計(jì)算 滑塊啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生靜摩擦負(fù)載,啟動(dòng)過后產(chǎn)生動(dòng)摩擦負(fù)載。通過所有作用在主缸上的負(fù)載可以看出,工作負(fù)載遠(yuǎn)大于其它形式的負(fù)載。由于滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸體之間的摩擦力不是很大,因而在計(jì)算主缸最大負(fù)載時(shí)摩擦負(fù)載先忽略不計(jì)。 (3)主缸負(fù)載F計(jì)算 將上述參數(shù)Fa = 4898N 、Fw = 2000000N代入公式3.1中。 即: F = 2000000 + 4898 = 2004898N 3.3.1.3 主缸負(fù)載循環(huán)圖 (1)主缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表3.1 表3.1 主缸工作循環(huán)負(fù)載 工 作 循 環(huán) 外 負(fù) 載 啟 動(dòng) F = f靜 + Fa ≈5 KN 橫梁滑塊快速下行 F = f動(dòng) 忽略不計(jì) 工 進(jìn) F = f動(dòng) + Fw ≈2000 KN 快速回程 F = f 回+ F背 ≈400 KN 注:“f靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力,“f動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。 (2)主缸各階段負(fù)載循環(huán)如圖3.2 圖3.2 主缸負(fù)載循環(huán)圖 3.3.2 液壓機(jī)頂出缸工況分析 3.3.2.1 頂出缸速度循環(huán)圖 根據(jù)液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)和表2.1中頂出缸活塞行程為250mm,得到頂出缸的速度循環(huán)圖如下: 圖3.3 頂出缸速度循環(huán)圖 3.3.2.2 頂出缸負(fù)載分析 主缸回程停止后,頂出缸下腔進(jìn)油,活塞上行,這時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性、靜摩擦力、動(dòng)摩擦力等負(fù)載。由于頂出缸工作時(shí)的壓力遠(yuǎn)小于主缸的工況壓力,而且質(zhì)量也比主缸滑塊小很多,慣性負(fù)載很小,計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì);同理摩擦負(fù)載與頂出力相比也很小,也可不計(jì);工件頂出時(shí)的工作負(fù)載比較大,計(jì)算頂出缸的最大工作負(fù)載時(shí)可以近似等于頂出力。將參數(shù)代入公式3.1計(jì)算頂出缸的最大負(fù)載。 即: F = Fw = 350000N 式中: Fw —頂出力; 3.3.2.3 頂出缸負(fù)載循環(huán)圖 (1)頂出缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表3.2 表3.2 頂出缸工作循環(huán)負(fù)載 工 作 循 環(huán) 外 負(fù) 載 啟 動(dòng) F = F靜 + Fa 忽略不計(jì) 頂出缸頂出 F = = f 動(dòng) + Fw ≈350 KN 快速退回 F = f 動(dòng) + F背 ≈8 KN 注:“f靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力,“f動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。 (2)頂出缸各階段負(fù)載循環(huán)如圖3.4 圖3.4 頂出缸負(fù)載循環(huán)圖 3.3.3 液壓系統(tǒng)原理圖擬定 3.3.3.1 液壓系統(tǒng)供油方式及調(diào)速回路的選擇 液壓機(jī)工進(jìn)時(shí)負(fù)載大,運(yùn)動(dòng)速度慢,快進(jìn)、快退時(shí)的負(fù)載相對(duì)于工進(jìn)時(shí)要小很多,但是速度卻比工進(jìn)時(shí)要快。為了提高液壓機(jī)的工作效率,可以采用雙泵或變量泵供油的方式。綜合考慮,液壓機(jī)采用變量泵供油,基本油路如圖3.5所示。 由于液壓機(jī)工況時(shí)的負(fù)載壓力會(huì)逐步增大,為了使液壓機(jī)處于安全的工作狀態(tài),調(diào)速回路采用恒功率變量泵調(diào)速回路。當(dāng)負(fù)載壓力增大時(shí),泵的排量會(huì)自動(dòng)跟著減小,保持壓力與流量的乘積恒為常數(shù),即:功率恒定,如圖3.6所示。 1-液壓缸 2-油箱 3-過濾器 4-變量泵 5-三位四通電磁換向閥 圖3.5 液壓機(jī)基本回路圖 圖3.6 恒功率曲線圖 3.3.3.2 液壓系統(tǒng)速度換接方式的選擇 液壓機(jī)加工零件的過程包括主缸的快進(jìn)、工進(jìn)、快退和頂出缸的頂出、快速回程。采用什么樣的方式進(jìn)行速度的安全、準(zhǔn)確換接是液壓機(jī)穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。為了達(dá)到控制要求,液壓系統(tǒng)的速度換接通過行程開關(guān)控制。這種速度換接方式具有平穩(wěn)、可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、行程調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn),安裝也很容易。 3.3.3.3 液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)采用插裝集成控制系統(tǒng),該控制系統(tǒng)具有密封性好、流通能力大、壓力損失小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。液壓機(jī)系統(tǒng)控制原理如圖3.7所示。 1、2、6、18、15、10、11-先導(dǎo)溢流閥 1S、2S、3S-行程開關(guān) 3、7-緩沖閥 14單向閥 4、5、8、9、12、13、16、17、19、20-電磁換向閥 21-補(bǔ)油郵箱 22-充液閥 23、24-液壓缸 25壓力表 F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10-插裝閥 26-變量泵 27-過濾器 28、29、30、31梭閥 圖3.7 液壓機(jī)插裝閥控制系統(tǒng)原理圖 3.3.3.4 液壓系統(tǒng)控制過程分析 整個(gè)液壓控制系統(tǒng)包括五個(gè)插裝閥集成塊,插裝閥工作原理分析如下: F1、F2組成進(jìn)油調(diào)壓回路,其中F1為單向閥,用于防止系統(tǒng)中液壓油倒流回泵,F(xiàn)2的先導(dǎo)溢流閥2用于調(diào)整系統(tǒng)的壓力,先導(dǎo)溢流閥1用于限制系統(tǒng)的最高壓力,緩沖閥3與電磁換向4用于液壓泵卸載和升壓緩沖; F3、F4組成主缸23油液三通回路,先導(dǎo)溢流閥6是用于保證主缸的安全閥,緩沖閥7與電磁換向閥8用于主缸上腔卸壓緩沖; F5、F6組成主缸下腔油液三通回路,先導(dǎo)溢流閥11用于調(diào)整主缸下腔的平衡壓力,先導(dǎo)溢流閥10為主缸下腔安全閥; F7、F8組成頂出缸上腔油液三通回路,先導(dǎo)溢流閥15為頂出缸上腔安全閥,單向閥14用于頂出缸作液壓墊,活塞浮動(dòng)時(shí)上腔補(bǔ)油; F9、F10組成頂出缸下腔油液三通回路,先導(dǎo)溢流閥18為頂出缸下腔安全閥。 除此之外,進(jìn)油主閥F3、F5、F7、F9的控制油路上都有一個(gè)壓力選擇梭閥,用于保證錐閥關(guān)閉可靠,防止反壓開啟。 3.3.3.5 液壓機(jī)執(zhí)行部件動(dòng)作過程分析 液壓機(jī)主缸、頂出缸工作循環(huán)過程分析如下: (1)主缸 1)啟動(dòng)——按下啟動(dòng)按鈕,所有電磁鐵處于失電狀態(tài),三位四通電磁閥4閥芯處于中位。插裝閥F2控制腔經(jīng)閥3、閥4與油箱接通,主閥開啟。液壓泵輸出的油液經(jīng)閥F2流回油箱,泵空載啟動(dòng)。 2)主缸滑塊快速下行——電磁鐵1Y、3Y、6Y得電,這時(shí)插裝閥F2關(guān)閉,F(xiàn)3、F6開啟,泵向系統(tǒng)供油,輸出油液經(jīng)閥F1、F3進(jìn)入主缸上腔。主缸下腔油液經(jīng)閥F6快速流回油箱。滑塊在自重作用下快速下行,這時(shí)會(huì)因?yàn)橄滦兴俣忍?,泵的輸出流量?lái)不及填充上腔而在上腔形成負(fù)壓。充液閥21打開,上部油箱對(duì)上腔進(jìn)行補(bǔ)油,滑塊的快速下行。 3)滑塊減速下行——當(dāng)滑塊行至一定位置觸動(dòng)行程開關(guān)2S后,電磁鐵6Y失電,7Y得電,插裝閥F6控制腔先導(dǎo)溢流閥11接通,閥F6在閥11的調(diào)定壓力下溢流,主缸下腔會(huì)產(chǎn)生一定的背壓。主缸上腔的壓力這時(shí)會(huì)相應(yīng)升高,充液閥21關(guān)閉。主缸上腔進(jìn)油僅為泵的輸出流量,滑塊減速下行。 4)工進(jìn)——當(dāng)滑塊減速行進(jìn)一段距離后接近工件,主缸上腔的壓力由壓制負(fù)載決定,主缸上腔的壓力會(huì)不斷升高,變量泵輸出流量會(huì)相應(yīng)自動(dòng)減少。當(dāng)主缸上腔的壓力達(dá)到先導(dǎo)溢流閥2的調(diào)定壓力時(shí),泵的輸出流量全部經(jīng)閥F2溢流,此時(shí)滑塊停止運(yùn)動(dòng)。 5)保壓——當(dāng)主缸上腔的壓力達(dá)到所需要求的工作壓力后,電接點(diǎn)壓力表發(fā)出電信號(hào),電磁鐵1Y 、3Y、7Y全部失電,閥F3、F6關(guān)閉。主缸上腔閉鎖,實(shí)現(xiàn)保壓,同時(shí)閥F2開啟,泵卸載。 6)主缸上腔泄壓——主缸上腔此時(shí)的壓力已經(jīng)很高,保壓一段時(shí)間后,時(shí)間繼電器發(fā)出電信號(hào),電磁鐵4Y得電,閥F4控制腔通過緩沖閥7及電磁換向閥8與油箱接通,由于緩沖閥7的作用,閥F4緩慢開啟,主缸上腔實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊泄壓,保證設(shè)備處于安全工作狀態(tài)。 7)主缸回程——當(dāng)主缸上腔的壓力降到一安全值后,電接點(diǎn)壓力表發(fā)出電信號(hào),電磁鐵2Y、5Y、4Y、12Y得電,插裝閥F2關(guān)閉,閥F4、F5開啟,充液閥21開啟,壓力油經(jīng)閥F1、F5進(jìn)入主缸下腔,主缸上腔油液經(jīng)充液閥21和閥F4分別流回上部油箱和主油箱,主缸完成回程。 8)主缸停止——當(dāng)主缸回程到達(dá)上端點(diǎn),觸擊行程開關(guān)1S,全部電磁鐵失電,閥F2開啟,泵卸載。閥F5將主缸下腔封閉,上滑塊停止運(yùn)動(dòng)。 (2)頂出缸 1)工件頂出——當(dāng)主缸回程停止運(yùn)動(dòng)后,按下頂出按鈕,電磁鐵2Y、9Y、10Y得電,插裝閥F8、F9開啟,液壓油經(jīng)閥F1、F9進(jìn)入頂出缸下腔,上腔油液經(jīng)閥F8流回油箱,工件頂出。 2)頂出缸退回——按下退回按鈕,電磁鐵9Y、10Y失電,電磁鐵2Y、8Y、11Y得電,插裝閥F7、F10開啟,液壓油經(jīng)閥F1、F7進(jìn)入頂出缸上腔,下腔油液經(jīng)閥F10流回油箱,頂出缸回程。 3.3.4 液壓系統(tǒng)基本參數(shù)計(jì)算 3.3.4.1 液壓缸基本尺寸計(jì)算 (1)主缸工作壓力、內(nèi)徑、活塞桿直徑的確定 查表2-1 [1]并參考表2.1中設(shè)計(jì)參數(shù),因液壓機(jī)的工作負(fù)載比較大,取主缸的工作壓力為P=25MPa。 計(jì)算主缸內(nèi)徑和活塞桿直徑。由主缸負(fù)載圖3.2可知最大負(fù)載F=2000KN。查表2-3 [1],由主缸工作壓力為25MPa選取d/D為0.7,取液壓缸的機(jī)械效率 ηcm = 0.95。液壓缸受力如圖3.8所示。 圖3.8 液壓機(jī)主缸受力簡(jiǎn)圖 由圖2.8可知 D= (3.3) 式中: P1—液壓缸工作壓力; P2—液壓缸回路背壓,對(duì)于高壓系統(tǒng)初算時(shí)可以不計(jì); F—工作循環(huán)中最大負(fù)載; ηcm—液壓缸機(jī)械效率,一般ηcm = 0.9~0.95。 將參數(shù)代入公式(3.3),P2忽略不計(jì),可求得液壓缸內(nèi)徑 即: D=mm ≈327mm 查表2-4 [1],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑,取D=320mm;那么由d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。 即: d=0.7D=0.7x327 ≈229mm 同理查表2-5 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑,取d=220mm。 經(jīng)過計(jì)算液壓機(jī)主缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為:D=320mm ;d=220mm。 (2)頂出缸工作壓力、內(nèi)徑、活塞桿直徑的確定 頂出缸工作負(fù)載與主缸相比要小很多,查表2-1 [1],取頂出缸的工作壓力P=12MPa, 計(jì)算頂出缸內(nèi)徑和活塞桿直徑。由頂出缸負(fù)載圖3.4可知最大負(fù)載F=350KN。查表2-3 [1],缸工作壓力為12MPa,選取d/D為0.7,取液壓缸的機(jī)械效率 ηcm = 0.95。液壓缸受力如圖3.9所示。 圖3.9 液壓機(jī)頂出缸缸受力簡(jiǎn)圖 將參數(shù)代入公式(3.3),P2忽略不計(jì),可求得液壓缸內(nèi)徑 即: D=mm ≈198mm 查表2-4 [1],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑,取D=200mm;那么由d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。 即: d=0.7D=0.7x198 ≈138mm 同理查表2-5 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑,取d=140mm。 經(jīng)過計(jì)算液壓機(jī)頂出缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為:D=200mm ;d=140mm。 3.3.4.2 液壓系統(tǒng)流量計(jì)算 (1)主缸所需流量計(jì)算 參考表2.1及主缸的尺寸,對(duì)主缸各個(gè)工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知主缸的快進(jìn)速度為0.08m/s,工進(jìn)速度為0.006m/s,快速回程速度為0.03m/s,主缸內(nèi)徑為320mm,活塞桿直徑為220mm。 由流量計(jì)算公式: (3.4) 快進(jìn)時(shí): = ≈385.8L/min 工進(jìn)時(shí): = ≈28.8L/min 快退時(shí): = ≈76.2L/min (2)頂出缸所需流量計(jì)算 參考表2.1及頂出缸的尺寸,對(duì)頂出缸各工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知頂出缸的頂出速度為0.02m/s,快退速度為0.05m/s,頂出缸內(nèi)徑為200mm,活塞桿直徑為140mm,代入公式(3.4),即: 頂出時(shí): = ≈37.8L/min 快退時(shí): = =48L/min (3)液壓泵額定壓力、流量計(jì)算及泵的規(guī)格選擇 1)泵工作壓力確定 實(shí)際工作過程中,液壓油在進(jìn)油路中有一定的壓力損失,因此在計(jì)算泵的工作時(shí)必須考慮壓力損失。泵的工作壓力計(jì)算公式為: (3.5) 式中: Pp—液壓泵最大工作壓力; P1—執(zhí)行部件的最大工作壓力; —進(jìn)油路中的壓力損失,對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng),取0.2~0.5MPa,對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng),取0.5~1.5MPa。 本液壓機(jī)執(zhí)行部件的最大工作壓力P1=25MPa,進(jìn)油路中的壓力損失,取=0.5MPa。代入公式(3.5)可求得泵的工作壓力。 即: 通過計(jì)算,泵的工作壓力Pp=25.5MPa。該壓力是系統(tǒng)的靜壓力,而系統(tǒng)在各種工礦的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力有時(shí)會(huì)超過靜壓力。此外,為了延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命,設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)必須有一定的壓力儲(chǔ)備量,并確保泵的壽命,因此在選取泵的額定工作壓力Pn時(shí),應(yīng)滿足,取Pp=1.25。 即: Pn = 1.25Pp=1.25x25.5MPa≈31.9MPa 2)液壓泵最大流量計(jì)算 通過對(duì)液壓缸所需流量的計(jì)算,以及各自的運(yùn)動(dòng)循環(huán)原理,泵的最大流量可由公式(3.6)計(jì)算得到。 (3.6) 式中: —液壓泵的最大流量; KL—液壓系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取KL=1.1~1.3,取KL=1.2; —同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正處于溢流狀態(tài),還應(yīng)加上溢流閥的最小溢流量。 將參數(shù)代入公式(3.6)中,即: ≈463L/min 3)液壓泵規(guī)格選擇 查表5-17 [1],根據(jù)泵的額定壓力,選取液壓泵的型號(hào)為:250YCY14-1B。 基本參數(shù)如下: 排量:250mm/r ; 額定壓力:32MPa ; 額定轉(zhuǎn)速:1000r/min ; 容積效率:92% ; 4)泵的流量驗(yàn)算: 由液壓泵的基本參數(shù)可知泵每分鐘排量=160ml/r1000r/min=250L/min,而泵實(shí)際所需的最大流量=463L/min,液壓機(jī)出現(xiàn)供油不足,快進(jìn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為了滿足液壓機(jī)的正??爝M(jìn),必須在液壓系統(tǒng)中設(shè)置補(bǔ)油油箱。 3.3.4.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 液壓機(jī)的執(zhí)行件有兩個(gè),即:主缸和頂出缸。主缸和頂出缸各自工況的快進(jìn)、工進(jìn)、回程速度又不盡相同,這樣對(duì)功率的消耗也不同。電動(dòng)機(jī)額定功率的確定必須根據(jù)消耗功率最大的工況來(lái)確定,因此要分別計(jì)算主缸、頂出缸各工況消耗的功率。功率計(jì)算公式如下: P= (3.7) 式中: P-電動(dòng)機(jī)額定功率; Pp-液壓泵的工作壓力; -液壓泵的流量; η-液壓泵的總效率,取η=0.7。 (1)主缸各工況功率計(jì)算 1)快進(jìn)功率 主缸滑塊快進(jìn)時(shí),在自重作用下速度比較快,而液壓泵此時(shí)的輸出油量不能滿足滑塊的快速下行。快進(jìn)時(shí)的負(fù)載很小,只有活塞與缸筒、導(dǎo)柱與滑塊之間的摩擦負(fù)載,這樣泵的出口壓力也很小,消耗的功率不會(huì)很大。 2)工進(jìn)功率 由主缸負(fù)載循環(huán)圖3.2可及,工進(jìn)時(shí)主缸最大負(fù)載為2000KN,無(wú)桿腔面積A=≈0.08㎡,進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa,則液壓泵的壓力Pp由公式(3.8)計(jì)算。 (3.8) 即: 將、=28.8L/min、η=0.7代入公式(3.7)中,求得工進(jìn)功率為: 3)快退功率 由圖3.2可知,快退負(fù)載為400KN,,取進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa,代入公式(3.8),求得泵的壓力。 即: 將、=76.2L/min、η=0.7代入公式(3.7)中,求得快退功率即為: (2)頂出缸各工況功率計(jì)算 1)頂出功率 由頂出缸負(fù)載循環(huán)圖3.4可及,頂出時(shí)主缸最大負(fù)載為350KN,無(wú)桿腔面積A=≈0.032㎡,進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa,那么液壓泵的壓力Pp可由公式(3.8)計(jì)算。 即: 將、=37.8L/min、η=0.7代入公式(3.7)中,求得工進(jìn)功率即為: 2)回程功率 頂出缸回程時(shí),負(fù)載只有活塞與缸筒間的摩擦負(fù)載。負(fù)載大小應(yīng)該比頂出時(shí)的負(fù)載要小很多,這樣回程消耗的功率也比頂出時(shí)消耗的功率要小,因此,回程功率計(jì)算從略。 (3)電動(dòng)機(jī)額定功率及型號(hào)的確定 電動(dòng)機(jī)額定功率的確定,應(yīng)依據(jù)消耗功率最大的工況。比較主缸、頂出缸各工況所需要的功率,主缸工進(jìn)時(shí)的功率最大,為17.5KW。 查表12-1 [2],選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為:Y180M-4。 其它技術(shù)參數(shù)為:額定功率:18.5KW ; 滿載轉(zhuǎn)速:1470r/min 。 3.3.4.4 液壓元件的選擇 通過液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算查閱液壓手冊(cè),液壓元件選擇如表3.4所示: 表3.4 液壓元件明細(xì)表 序 號(hào) 液 壓 元 件 名 稱 元 件 型 號(hào) 額定流量(L/min) 1 溢 流 閥 YEF3-E25B 120 2 溢 流 閥 YEF3-E20B 120 4 電磁換向閥 34F3P-E16B 80 5 電磁換向閥 24F3-E16B 80 6 溢 流 閥 YEF3-E25B 120 8 電磁換向閥 24F3-E16B 80 9 電磁換向閥 24F3-E16B 80 10 溢 流 閥 YEF3-E25B 120 11 溢 流 閥 YEF3-E20B 120 12 電磁換向閥 34F3O-E16B 80 13 電磁換向閥 24F3-E16B 80 14 單向閥 AF3-Eb20B 100 15 溢 流 閥 YEF3-E25B 120 16 電磁換向閥 24F3-E16B 80 17 電磁換向閥 24F3-E16B 80 18 溢 流 閥 YEF3-E25B 120 19 電磁換向閥 24F3-E16B 80 20 電磁換向閥 24F3-E16B 80 22 充液閥 YAF3-Ea20B 150 25 壓力表 KF3E6L 240 26 變量泵 250YCY14-1B 250 27 過濾器 WU-250X180F 250 3.4 液壓系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì) 3.4.1 液壓機(jī)主缸設(shè)計(jì) 通過3.3.4.1 液壓缸基本尺寸的計(jì)算,可及主缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑等參數(shù)。下面對(duì)主缸的其它參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。 (1)主缸缸體材料選擇及技術(shù)要求 液壓缸的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種形式,即:薄壁圓筒和厚壁圓筒。當(dāng)液壓缸的內(nèi)徑D與壁厚δ的比值滿足D/δ≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。液壓缸的制造材料一般有鍛鋼、鑄鋼(ZG25、ZG35)、高強(qiáng)度鑄鐵、灰鑄鐵(HT200、HT350)、無(wú)縫鋼管(20、30、45)等。對(duì)于負(fù)載大的機(jī)械設(shè)備缸體材料一般選用無(wú)縫鋼管制造,主缸缸體材料選用無(wú)縫鋼管45。 液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為Ra0.4~0.8μm;內(nèi)徑配合采用H8~H9;內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半;缸體內(nèi)表面母線的直線度500mm長(zhǎng)度之內(nèi)不大于0.03mm;缸體端面對(duì)軸線的垂直度在直徑每100mm上不大于0.04mm;如果缸體與端蓋采用螺紋連接,螺紋采用6H級(jí)精度。 (2)主缸壁厚的確定 壁厚計(jì)算公式如下: (3.9) 式中: δ—液壓缸壁厚(m); D—液壓缸內(nèi)徑(m); —實(shí)驗(yàn)壓力,一般取最大工作壓力的(1.25~1.5)倍; [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。鍛鋼:[σ]=110~120MPa ;鑄鋼:[σ]=100~110MPa ;高強(qiáng)度鑄鐵:[σ]=60MPa ;灰鑄鐵:[σ]=25MPa ;無(wú)縫鋼管:[σ]=100~110MPa 。 主缸壁厚δ計(jì)算,將D=0.32m ;[σ]= 110MPa ;=1.425.5MPa=35.7MPa代入公式(2.9)中,即: 液壓缸缸體的外徑D外計(jì)算公式如下: D外≥D+2δ (3.10) 將參數(shù)代入公式(3.10),即: D外≥0.32m+0.104m=0.426m 外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列后,取主缸缸體外徑D外=430mm。 (3)主缸缸蓋材料、厚度的確定 缸蓋常用制造材料有35鋼、45鋼、鑄鋼,做導(dǎo)向作用時(shí)常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。缸蓋材料選用35鋼,缸蓋厚度計(jì)算公式如下: (3.11) 式中: t—缸蓋的有效厚度(m); —缸蓋止口直徑; [σ]—缸蓋材料許用應(yīng)力。 即: 圓整后取缸蓋厚度t=60mm。 (4)主缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí),從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度,用H表示。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度太小,會(huì)因?yàn)殚g隙引起的撓度而使液壓缸的初始撓度增大,影響液壓缸的穩(wěn)定工作。一般而言,液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)該滿足如下要求: (3.12) 導(dǎo)向長(zhǎng)度如圖3.10所示 圖3.10 主缸導(dǎo)向長(zhǎng)度簡(jiǎn)圖 式中: L—液壓缸的最大行程; D—液壓缸的內(nèi)徑。 由表1.1可知主缸的最大行程H=700mm,液壓缸內(nèi)徑D=320mm代入公式(3.12)中,求主缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 即: 為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H,不應(yīng)過分增大和B的大小,必要時(shí)可以在缸蓋和活塞之間增加一個(gè)隔套來(lái)增加最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。隔套的長(zhǎng)度C可有公式(3.13)求得,即: (3.13) 式中: B—活塞的寬度,一般取B=(0.6~1.0)D; —缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度,根據(jù)液壓缸內(nèi)徑的不同有不同的算法,當(dāng)D<80mm時(shí),取=(0.6~1.0)D;當(dāng)D>80mm時(shí),取=(0.6~1.0)d。 (5)主缸活塞材料、技術(shù)要求、外形尺寸及密封方案的確定 活塞制造材料一般選用灰鑄鐵(HT150、HT200)、當(dāng)缸體內(nèi)徑較小時(shí),整體式結(jié)構(gòu)的活塞選用35鋼、45鋼。主缸活塞選用灰鑄鐵HT200。 活塞制造時(shí)外圓柱表面的粗糙度為Ra0.8~1.6μm;外徑圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半;外徑對(duì)內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)不大于外徑公差的一半;端面對(duì)軸線垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm;外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取f7~f9,內(nèi)孔與活塞桿的配合取H8/f7。 活塞寬度系數(shù)取0.8,即活塞的寬度B=0.8D=0.8320mm =256mm。圓整后取活塞寬度B=260mm。 查表2-10[1],液壓機(jī)主缸工況時(shí)的壓力大,泄漏量也會(huì)隨壓力成正比升高,因此密封圈選用Y形密封圈,這種密封圈能承受的大的工作壓力,泄漏量小。 (6)主缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長(zhǎng)度確定 活塞桿有空心和實(shí)心兩種結(jié)構(gòu)形式。空心時(shí)一般選用35鋼、45鋼的無(wú)縫鋼管;實(shí)心結(jié)構(gòu)選用35鋼、45鋼。主缸活塞桿選用45鋼。 活塞桿制造時(shí)外圓柱面粗糙度為Ra0.4~0.8μm;熱處理要求調(diào)質(zhì)20~25HRC;外徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半;外徑表面直線度在500mm上不大于0.03mm;活塞桿與導(dǎo)向套之間的配合公差采用H8/f7,與活塞連接的配合公差采用H7/g6。 由滑塊的行程,確定活塞桿的長(zhǎng)度L桿=1250mm。 (7)主缸長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形尺寸還應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度,總體而言,液壓缸缸體的長(zhǎng)度L不應(yīng)該大于缸體內(nèi)徑D的20~30倍,即:L≤(20~30)D 。 由主缸行程為700mm,活塞寬度為260mm,缸蓋厚度為60mm,通過計(jì)算可知,主缸的長(zhǎng)度取L缸=1080mm。 (8)活塞桿穩(wěn)定性校核 活塞桿工作中主要受壓,當(dāng)液壓缸的支承長(zhǎng)度Lb≥(10~15)d時(shí),必須對(duì)活塞桿的彎曲穩(wěn)定性進(jìn)行校核,d為活塞桿直徑。通過計(jì)算可知,Lb的最大值不可能大于L桿+L缸=2330mm,而(10~15)d=2500~3750mm。 將參數(shù)代入Lb≥(10~15)d中,比較后Lb<(10~15)d,活塞桿滿足使用要求,工作時(shí)不會(huì)失穩(wěn)。 (9)主缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)缸體與端蓋的連接形式 查表2-7 [1],缸體與端蓋的連接形式通常有法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接、內(nèi)半環(huán)連接等形式。由于液壓機(jī)工況時(shí)缸體內(nèi)的壓力很大,所以缸體與端蓋的連接方式選用法蘭形式。 2)活塞桿與活塞的連接形式 查表2-8 [1],活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)有整體式結(jié)構(gòu)、螺紋連接、半環(huán)連接、錐銷連接等連接形式。主缸活塞與活塞桿的連接選用螺紋連接形式。 3)活塞桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)形式 活塞桿的導(dǎo)向部分包括端蓋、導(dǎo)向套、密封、防塵和鎖緊結(jié)構(gòu)。工程機(jī)械中導(dǎo)向套一般安裝在密封圈的內(nèi)側(cè),有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑。 4)緩沖與排氣裝置 液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量大,快進(jìn)時(shí)的速度快,這樣活塞在到達(dá)行程中點(diǎn)時(shí),會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊,甚至活塞與缸筒端蓋會(huì)產(chǎn)生機(jī)械的碰撞。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生,在行程末端要設(shè)置緩沖裝置。一般緩沖裝置有環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置、可調(diào)節(jié)流緩沖裝置、三角槽式節(jié)流緩沖裝置。 大型液壓缸需要有穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)速度,這樣需要設(shè)置排氣裝置,防止空氣在傳動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)傳動(dòng)精度有影響。排氣閥安裝在液壓缸兩端的最高處,雙作用液壓鋼需要設(shè)兩個(gè)排氣閥。 3.4.2 液壓機(jī)頂出缸設(shè)計(jì) (1)頂出缸缸體材料選擇及制造技術(shù)要求 頂出缸工作時(shí)的最大工作壓力為12.5MPa,比主缸的要小,為了保證頂出缸安全工作,缸體材料也選用無(wú)縫鋼管45。 缸體的制造要求應(yīng)該滿足液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為Ra0.4~0.8μm;內(nèi)徑配合采用H8~H9;內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半;缸體內(nèi)表面母線的直線度500mm長(zhǎng)度之內(nèi)不大于0.03mm;缸體端面對(duì)軸線的垂直度在直徑每100mm上不大于0.04mm。 (2)頂出缸壁厚的確定 將D=0.2m ;[σ]= 110MPa ;=1.312.5MPa=16.25MPa代入公式(3.9)中,即: 將D=0.2m ;取δ=0.02m代入公式(3.10),即: D外≥0.2m+0.04m=0.24m 外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列后,取主缸缸體外徑D外=240mm。 (3)頂出缸缸蓋材料、厚度的確定 缸蓋常用制造材料有35鋼、45鋼、鑄鋼,做導(dǎo)向作用時(shí)常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。頂出缸缸蓋材料選用35鋼,缸蓋厚度計(jì)算公式見(3.11): 即: 取缸蓋厚度t=25mm。 (4)頂出缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 由表2.1可知頂出活塞行程L=250mm,頂出缸內(nèi)徑D=200mm,代入公式(3.12), 即: (5)頂出缸活塞材料、技術(shù)要求、外形尺寸及密封方案的確定 頂出缸活塞選用灰鑄鐵HT200。 頂出缸活塞外圓柱表面的粗糙度為Ra0.8~1.6μm;外徑圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半;外徑對(duì)內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)不大于外徑公差的一半;端面對(duì)軸線垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm;外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取f7~f9,內(nèi)孔與活塞桿的配合取H8/f7。 計(jì)算活塞寬度時(shí)區(qū)寬度系數(shù)為0.8,即活塞的寬度B=0.8D=0.8200mm =160mm。取活塞寬度B=160mm。 查表2-10[1],液壓機(jī)頂出缸工況時(shí)的工作壓力比主缸要小很多,密封圈選用O形密封圈。 (6)頂出缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長(zhǎng)度確定 活塞桿有空心和實(shí)心兩種結(jié)構(gòu)形式??招臅r(shí)一般選用35鋼、45鋼的無(wú)縫鋼管;實(shí)心結(jié)構(gòu)選用35鋼、45鋼。頂出缸活塞桿選用35鋼。 活塞桿外圓柱面粗糙度為Ra0.4~0.8μm;熱處理要求調(diào)質(zhì)20~25HRC;外徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半;外徑表面直線度在500mm上不大于0.03mm;活塞桿與導(dǎo)向套之間的配合公差采用H8/f7,與活塞連接的配合公差采用H7/g6。 由頂出活塞的行程,確定活塞桿的長(zhǎng)度L桿=705mm。 (7)頂出缸長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形尺寸應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度,總之,液壓缸缸體的長(zhǎng)度L不應(yīng)該大于缸體內(nèi)徑D的20~30倍,即:L≤(20~30)D 。 由主缸行程為250mm,活塞寬度為160mm,缸蓋厚度為25mm,通過計(jì)算可知,主缸的長(zhǎng)度取L缸=650mm。 (8)活塞桿穩(wěn)定性校核 當(dāng)液壓缸的支承長(zhǎng)度Lb≥(10~15)d時(shí),應(yīng)該對(duì)活塞桿的彎曲穩(wěn)定性進(jìn)行校核,d為活塞桿直徑。通過計(jì)算可知,Lb的最大值不可能大于L桿+L缸=1355mm,而(10~15)d=2000~3000mm。 將參數(shù)代入Lb≥(10~15)d中,比較后Lb<(10~15)d,活塞桿滿足使用要求,工作時(shí)不會(huì)失穩(wěn)。 3.4.3 液壓油管設(shè)計(jì) 液壓傳動(dòng)中裝置中,常用的液壓油管有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。鋼管承受的壓力高,彎曲半徑不能太小,彎制時(shí)比較困難。對(duì)于高壓系統(tǒng)液壓油管一般選用無(wú)縫鋼管;紫銅管承受的工作壓力一般在6.3~10MPa。紫銅管加熱軟化后可進(jìn)行彎曲,比鋼管容易彎制,價(jià)格昂貴,抗振性較弱;尼龍管主要用于低壓系統(tǒng);塑料管承受的工作壓力比較小,一般用于液壓系統(tǒng)的回油路中;膠管有高壓管和低壓管兩種,而者的區(qū)別在于骨架組成不同。高壓膠管是鋼絲編制體或鋼絲纏繞為骨架,可用于較高的油路中。低壓膠管的組成骨架是麻線或棉線編制體,多用于壓力較低的油路中。 通過液壓機(jī)主缸、頂出缸工作壓力的計(jì)算可知,主缸的最大工作壓力約為25.5MPa,頂出缸的工作壓力約為12.5MPa。查表6-1[1] 、6-5[1] ,主缸工作壓力較高,油管選用無(wú)縫鋼管,頂出缸油路油管選用高壓膠管。 油管的內(nèi)徑可由公式(3.14)求得 (3.14) 式中: —油管內(nèi)徑(mm); —油路通過最大流量(L/min); —油管中允許流速m/s。 (1)主缸液壓油管內(nèi)徑計(jì)算 進(jìn)油油管內(nèi)徑確定:主缸快進(jìn)所需流量=385.8L/min,而泵的額定流量q=250L/min,取油管允許流速=4m/s,代入公式(3.14),即: 圓整后,查表6-1[1] ,取,壁厚t=5mm。 回油油管內(nèi)徑確定:主缸快退所需流量=76.2L/min,取油管允許流速=4m/s,代入公式(3.14),即: 圓整后,查表6-1[1],取,壁厚t=4.5mm。 (2)頂出缸液壓油管內(nèi)徑計(jì)算 進(jìn)油油管內(nèi)徑確定:頂出缸頂出所需流量=37.8L/min,取油管允許流速=4m/s,代入公式(3.14),即: 圓整后,查表16.5-1[3] ,取。 回油油管內(nèi)徑確定:頂出缸回程所需流量=48L/min,取油管允許流速=4m/s,代入公式(3.14),即: 圓整后,查表16.5-1[3],取。 3.4.4 液壓油箱設(shè)計(jì) 液壓油箱主要作用是貯存液壓油、分離液壓油中的空氣和雜質(zhì),同時(shí)還起到散熱的作用。 (1)油箱有效容積的確定 液壓油箱根據(jù)系統(tǒng)壓力的不同,有效容積的確定也不一樣。為了防止液壓油從油箱中溢出,油箱中的液壓油位不能太高,一般不應(yīng)該超過液壓油箱高度的80%。低壓、中壓、高壓系統(tǒng)油箱的有效容積V確定算法如下: 低壓系統(tǒng)(P≤2.5MPa):V=(2~4) (3.15) 中壓系統(tǒng)(P≤6.3MPa):V=(5~7) (3.16) 中高壓或高壓系統(tǒng)(P>6.3MPa):V=(6~12) (3.17) 式中: V—液壓油箱有效容積; —液壓泵額定流量。 液壓機(jī)屬于高壓系統(tǒng),油箱的有效容積可由公式(3.17)求出,即: V=9=7250L =1750L (2)油箱外形尺寸確定 油箱的有效容積確定后,液壓油箱外形尺寸長(zhǎng)、寬、高的比值一般為:1:1:1~1:2:3。為了提高冷卻效率,安裝位置不受影響時(shí),可適當(dāng)增大油箱的- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問題本站不予受理。
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