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沈陽化工大學科亞學院 本科畢業(yè)論文 題 目： 100T液壓機液壓執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)設計 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 級： 1103 學生姓名： 楊鵬 指導教師： 于玲 論文提交日期： 2015 年 6 月 1 日 論文答辯日期： 2015 年 6 月 5 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 機械設計制造及其自動化專業(yè) 1103班 學生：楊 鵬 畢業(yè)設計（論文）題目：100T液壓機液壓執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)設計 畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容： 1、文獻綜述一份（A4紙、小四字，3000字以上） 2、圖紙折合成A1號2.5張（液壓原理圖、裝配圖、零件圖） 3、計算說明書一份（A4紙、小四字20頁以上） 畢業(yè)設計（論文）專題部分： 液壓系統(tǒng)設計，液壓缸設計，活塞桿設計 起止時間： 2015年3月16日-------2015年6月4日 指導教師： 簽字 2015 年3 月16 日 摘要 對四柱型液壓機的設計，四柱液壓機主機由梁，柱，表，動梁，主缸，頂出缸，如主機設計最大工作負荷為1000000牛。通過液壓缸的負載變化情況分析，制定液壓系統(tǒng)原理圖，對電磁鐵的工作。主液壓缸的設計，主要的尺寸和流量計算，主缸的交換控制行程開關(guān)、安全極限速度的旅行。根據(jù)技術(shù)要求和液壓泵的設計計算選擇液壓元件，如GE系列電磁閥。通過液壓系統(tǒng)壓力損失和溫升計算，液壓系統(tǒng)的設計可以滿足液壓順序循環(huán)的要求，四柱液壓機的設計可以實現(xiàn)塑性材料的鍛造，沖壓，冷擠壓，矯直，彎曲成形工藝。用于液壓系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，通過泵和油缸及各種液壓閥實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動作的循環(huán)。 水工結(jié)構(gòu)緊湊，可靠的靈敏度和動作速度，能耗小，噪音低，壓力和行程可在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)整，操作簡單。 關(guān)鍵詞：四柱液壓機；液壓系統(tǒng)；PLC Abstract To the design of the four-column hydraulic press, four-column hydraulic press is mainly composed of host, beam, column, table, moving beam, master cylinder, from the top of the cylinder. The mainframe design maximum working load of the 1000 kn. Conditions of the hydraulic cylinder hydraulic cylinder load analysis to determine the change of the hydraulic system development plan of action and the electromagnet work in order. And the size of the main hydraulic cylinder design and calculation of main cylinder and the access and security the flow rate of the master cylinder stroke limit switch through the stroke control. Calculated according to the technical requirement and the choice of the design of the hydraulic pump electromagnetic valve other gm series hydraulic components. Hydraulic system pressure loss and temperature rise, the design of the hydraulic system can satisfy the demands of action sequence cycle hydraulic, four-column hydraulic press is developed plastic material, forging, stamping, cold room ion, straightening, bending and forming process. PLC control system, through a variety of hydraulic pump, hydraulic cylinder and valve to realize the energy conversion, the hydraulic system, regulating and allocation, finish all kinds of craft operating cycle. A sensitive and reliable hydraulic machine structure is compact, the movement speed, energy consumption, low noise, pressure and stroke can be adjusted within the prescribed scope, the operation is simple. Keywords: Four-column hydraulic press; hydraulic system; PLC 目錄 第一章 緒論 1 1.1 概述 1 1.2 發(fā)展概況 2 第二章 液壓系統(tǒng)工況分析 3 2.1 載荷的組成和計算 3 2.1.1 主液壓缸載荷的組成與計算 3 2.1.2 繪制負載圖和速度圖 4 2.1.3 初選系統(tǒng)工作壓力 5 2.2 液壓系統(tǒng)及元件的設計 5 2.2.1 擬定液壓系統(tǒng)圖 5 2.2.2 電磁鐵動作順序 7 第三章 液壓缸的設計 9 3.1 液壓缸基本結(jié)構(gòu)設計 9 3.1.1 液壓缸的類型 9 3.1.2 缸口部分結(jié)構(gòu) 9 3.1.3 缸底結(jié)構(gòu) 9 3.2 缸體結(jié)構(gòu)設計 9 3.2.1 液壓缸主要參數(shù)的確定 9 3.2.2 液壓缸動作時的流量 11 3.2.3 缸的設計計算 11 3.2.4 活塞的設計 14 3.2.5 活塞桿的設計 16 3.2.6 導向環(huán)的設計 18 3.2.7 導向套的設計 18 3.2.8 缸蓋的設計 20 第四章 液壓元件的選擇及性能驗算 22 4.1 液壓元件的選擇 22 4.1.1 液壓泵的選擇 22 4.1.2 GE系列閥簡介及選擇 23 4.1.3 輔助元件的選擇 24 4.1.4 管件的選擇及計算 25 4.1.5 油箱容量的確定 26 4.2液壓系統(tǒng)性能驗算 26 4.2.1 液壓系統(tǒng)壓力損失 27 4.2.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 28 第五章 液壓系統(tǒng)的PLC控制設計 30 5.1 PLC概述 30 5.2 控制部分設計 30 結(jié)論 35 參考文獻 致謝 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論 第一章 緒論 1.1 概述 液壓機是一種以液體為工作介質(zhì)，用于運輸?shù)哪茉磥韺崿F(xiàn)各種技術(shù)的機械。液壓機廣泛應用于各種領域的機械行業(yè)。在工業(yè)機械等領域，液壓機適用于粉末產(chǎn)品，鉆石的形狀，磚成型，塑料制品，磨料產(chǎn)品，修訂打樁，橡膠注射成型等工作非常不同的領域。 液壓機主要由本體，電力系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)三部分組成。三梁四柱型是最常見的類型，如圖1-1所示。簡單的結(jié)構(gòu)組成，結(jié)構(gòu)簡單，對很多工作壓力實現(xiàn)，更大的工作空間，適應性強，因此，有利于大型工件或更長的抑制，高；由于零件結(jié)構(gòu)簡單，所以布置靈活，可與工藝要求的定向排列；活性橫梁總行程和速度可以在一定范圍內(nèi)，相當程度上的調(diào)整，以適應不同的要求，速度快的過程；通過閥門的不同組合實現(xiàn)不同的工藝流程；安全性能高，不易過載保護模具；工作順利。沖擊，振動，噪音小，有很多工人和車間的好處。 圖1-1四柱液壓機 1.2發(fā)展趨勢 隨著電子技術(shù)，計算機技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)的應用，自動控制技術(shù)和新技術(shù)，新材料的發(fā)展，液壓傳動技術(shù)的應用也在不斷的創(chuàng)新。19發(fā)展迅速，已廣泛應用于國民經(jīng)濟各個部門，是一個廣泛和快速的發(fā)展，成為機床行業(yè)的一個重要組成部分。我們的液壓機只有50年的發(fā)展歷史，在80年代，我國液壓機開始進入發(fā)展階段。目前，我國已經(jīng)建立了自己的設計和制造液壓。 由于液壓系統(tǒng)和液壓機的結(jié)構(gòu)，它是完美的，而液壓機是一種體現(xiàn)在國內(nèi)外的發(fā)展新目標不僅體現(xiàn)在自動化過程可以實現(xiàn)自動診斷和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具有故障預處理；液壓元件集成化，標準化，減少液壓系統(tǒng)管道的連接和集成，泄漏損失和污染預防和控制。標準化和機械維修配件方便。 從國際上來看，由于技術(shù)的發(fā)展，模型沒有太大的差異，在國內(nèi)和國外，大部分的區(qū)別在于加工和裝配。 1 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 液壓系統(tǒng)工況分析 第二章 液壓系統(tǒng)工況分析 四柱液壓機的工作過程如下：在液壓缸開始滑動，“快速向下緩慢的壓力繼續(xù)對泄壓換向快速返回原位停止運動循環(huán)；液壓缸啟動滑塊下，實現(xiàn)“背上呆下來原位停止”的動作循環(huán)。如2-1圖所示。 圖2-1液壓機工作循環(huán)圖 2.1 載荷的組成和計算 2.1.1主液壓缸載荷的組成和計算 作用在活塞桿的外荷載有工作載荷，摩擦的慣性力的引導和速度變化的結(jié)果。 （1）工作載荷 工件的壓制抗力即為工作負載： （2）導軌摩擦載荷 摩擦阻力是指運動部件和軸承面之間的摩擦。 (2-1) --外載荷作用于導軌上的正壓力（N）； ---摩擦系數(shù)，分為靜摩擦系數(shù)（）和動摩擦系數(shù)（） 靜摩擦阻力： 動摩擦阻力： （3）慣性載荷 (2-2) 式中g(shù)—重力加速度；g=9.80; -速度變化量（m/s）； -起動或制動時間（s）。一般機械= 0.1—0.5，輕載低速運動部件和重大價值加載組件。行走機械一般取=0.5-1.5。 以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷。工作載荷并非每個階段都在，如該階段沒有工作，則= 0。由于液壓缸參數(shù)未定，估算背壓力FB = 12000 N。 自重： -液壓缸的機械效率，一般取0.90-0.95. (2-3) 液壓缸負載如表2-1所示。 表2-1 液壓缸各階段中的負載 工作狀態(tài) 負載組成 負載值F/N 推力F//N 啟動 8080N 8977.8N 加速 8390N 9322.2N 快速下行 7590N 8433.3N 慢速加壓 988590N 1098433.3N 快速返回 5390N 5988.9N 2.1.2繪制負載圖和速度圖 由以上分析計算繪制主液壓缸負載圖和速度圖，如圖2-2。 圖2-2 壓力機液壓缸的負載和速度圖 2.1.3初選系統(tǒng)工作壓力 在重量輕，符合成本低，效率高，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使系統(tǒng)的設計工作壓力。表2-2，如表2-3所示。本設計工作壓力為25 MPa。 表2-2 按載荷選擇工作壓力 載荷/KN <5 5-10 10-20 20-30 30-50 >50 工作壓力/MPa <0.8-1 1.5-2 2.5-3 3-4 4-5 ≥5 表2-3 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力 機 床 機械類型 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 農(nóng)業(yè)機械 小型工程建筑 建筑機械 液壓鑿巖機 液壓機 大中型挖掘機 重型機械 起重運輸機械 工作壓力/MPa 0.8-2 3-5 2-8 8-10 10-18 20-32 2.2 液壓系統(tǒng)及元件的設計 2.2.1擬定液壓系統(tǒng)圖 根據(jù)系統(tǒng)的設計要求和工況圖，確定基本回路，擬定油路控制原理圖，如圖2-3。 圖2-3 油路控制原理圖 1.主油箱 2.徑向柱塞泵 3.順序閥 4.先導式溢流閥 5.三位四通電磁換向閥 6. 二位四通電磁換向閥 7.壓力繼電器 8.單向閥 9.壓力表 10.補油箱 11.液控單向閥 12.上缸 13.背壓閥 14.液控單向閥 15.行程開關(guān) 16.下缸 17.節(jié)流閥 18.三位四通電液換向閥 圖2-3是液壓控制系統(tǒng)原理圖，在工作中，五電液換向閥，壓力油從泵型，2為電液換向閥5，右為12腔，氣缸，電磁閥上腔充入氣缸油6?；赜屯ㄟ^下腔油缸（單向順序閥）14，13回壓閥和液壓通過電液換向閥6控制止回閥流回油箱。 同時，在重力的作用下，氣缸，加速的快速運動下，在短暫時間缸腔使形成的真空帶，通過液控單向閥11補油箱的油，10被吸入缸腔，消除真空，保持在氣缸快速下降。 當氣缸帶動上模和下模，模腔壓力油不斷進入油缸，氣缸內(nèi)壓力開始上升，由于油壓力上升，填充液控單向閥的燃料罐關(guān)閉，切斷填充油箱供油，使氣缸12的下降速度開始慢。油缸腔壓力繼續(xù)上升，當壓力超過壓力繼電器設定值9，壓力繼電器信號控制轉(zhuǎn)換到5電液換向閥，切斷油缸12腔，在停止運動的氣缸壓力，系統(tǒng)開始。 保壓后，電液換向閥5左連接，2型高壓油泵，通過順序閥3，通過電液換向閥5左，13后，液控單向閥（單向閥）為12回壓閥，進入油缸12的下腔，推動油缸上升運動，電磁閥6切換同時對左，填補油箱加速回程。通過液控單向閥11上的12腔回油缸，流回到油箱10。使氣缸可以快速返回原位。 在中電液換向閥5電液換向閥，通過對18，2型高壓油泵，通過電液換向閥18左，16下腔下進入氣缸，氣缸16腔的油通過對左第十八電液換向閥，回在油箱上，工件在缸。 電液換向閥工件的18工作權(quán)后，在壓力油進入油缸15腔，下腔油缸回油通過咬閥后，罐筒下向下運動，回原位。 12當壓力閥可防止油缸12腔油回流，行程開關(guān)15是用來控制氣缸的上、下極限位置時，壓力表顯示上、下油缸和整個系統(tǒng)的壓力。 2.2.2電磁鐵動作順序 圖2-3油路控制原理圖中電磁鐵動作順序見表2-4。 表2-4 電磁鐵動作順序表 動作名稱 電磁換向閥 電動機 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 1D 電機啟動 + 快速下行 + + + 減速及壓制 + + + 保壓 + + + 卸壓 + + + 回程停止 + 頂出缸頂出 + + 退回 + + 靜止 7 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 液壓缸的設計 第三章 液壓缸的設計 3.1 液壓缸基本結(jié)構(gòu)設計 對液壓缸液壓系統(tǒng)元件，它是一種液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，形成直線往復運動的能量轉(zhuǎn)換機。 3.1.1 液壓缸的類型 單作用活塞式液壓缸是液壓缸使用，單作用活塞缸的活塞，活塞桿與導向套設有密封，活塞桿，當活塞室通風與油回油腔壓力高，可實現(xiàn)工作流程，從相反的方向，當油和回油，還可以實現(xiàn)。 3.1.2缸口部分結(jié)構(gòu) 壺嘴部分采用Y形密封圈，導向套，O型防塵圈和鎖緊裝置，等，用于密封活塞桿與導向。 3.1.3缸底結(jié)構(gòu) 常用的有平的，全面的和可拆卸的結(jié)構(gòu)形式圓筒的底部結(jié)構(gòu)形式。大多采用平面結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)。 3.1.4 緩沖裝置 緩沖裝置的工作原理是利用活塞和氣缸活塞和氣缸蓋的密封油的端部，迫使它從油孔或縫，產(chǎn)生很大的阻力，在制動使工作部件，逐漸緩慢的移動速度，避免端蓋和活塞的目的的影響。 3.2缸體結(jié)構(gòu)設計 3.2.1液壓缸主要參數(shù)的確定 （1）主缸的內(nèi)徑: 公稱力F=1000KN=1×106KN，液體最大工作壓力P=25MPa=25×106。 求得活塞面積： ==0.04 (3-1) 所以 ==0.04 即主缸內(nèi)徑D=0.2257m=225.7mm。查表取 D=220mm 根據(jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑： = 得d=179.07 按標準取活塞桿直徑 d= 往復運動的液壓缸的速度比，一般來說，有2，1.46，1.33，1.25，1.15，等不同的速度比在表3-1給出了活塞桿直徑d和液壓缸直徑D。 通過上面的數(shù)據(jù)和實際的液壓缸的有效面積為： 無桿腔： = =3799 (3-2) 有桿腔： ==12560 (3-3) 活塞桿面積： A=-=25434 (3-4) 表3-1 d 和D的關(guān)系 φ 1.15 1.25 1.33 1.46 2 d 0.36D 0.45D 0.5D 0.56D 0.71D (2) 確定液壓缸的運動速度 本課題給定了液壓缸的工作速度為： 空程速度：27 工作速度：12 回程速度：80 (3) 確定活塞桿的最大行程 本設計課題給定了活塞桿最大行程為600mm。 3.2.2液壓缸動作時的流量 液壓缸的流量通過工作速度和液壓缸的內(nèi)徑的確定。液壓缸的V1 = 27怠速，V2 = 12的工作速度，V3＝80的回報率。 （3-5） 空閑：Q1 = V1×D2 = 0.027米/秒××2＝0.001026立方米/秒（0.22）= 61.56升/分鐘。 工作：Q2 = V2×D2 = 0.012米/秒××2＝0.000456立方米/秒（0.22）= 27.36升/分鐘。 返回：Q3 = V3 X（D2 D2）= 0.08米/秒（0.222×0.182）= 0.222立方米/秒= 60升/分鐘。 根據(jù)特定的處理要求不同的部件，系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥來控制組件的CAN高速調(diào)整。 3.2.3缸的設計計算 （1）缸筒的結(jié)構(gòu)和材料 在一般情況下，氣缸和氣缸蓋的結(jié)構(gòu)和材料的使用。在液壓缸45 #無縫鋼管。缸筒所選材料性能如表3-2。 表3-2 缸筒所選材料 型號 ≥／MPa ≥／MPa ≥／% 45 600 355 16 （2）對缸筒的要求 a.內(nèi)表面與活塞密封件和導向套的摩擦作用下，能長時間和減少磨損，尺寸公差等級，形式和水平位置公差來密封活塞密封。 b.有足夠的強度，能長期承受工作壓力，并不會產(chǎn)生永久變形，并能承受活塞側(cè)向力和反應的安裝沒有彎曲。 缸筒內(nèi)壁厚度： 當3.2≤＜16時，用使用公式: = （3-6） =0.028m 取 =0.02m --試驗壓力（MPa），工作壓力p≤16MPa時，=1.5p;工作壓力p≥16MPa時，=1.25p; D --液壓缸內(nèi)徑（m）; --缸體材料的許用應力（MPa）: --缸體材料的抗拉強度（MPa） --安全系數(shù)，n=3.5-5.一般取n=5. --強度系數(shù)，一般取1。 --包括在壁厚公差及腐蝕的附加厚度，通常一輪標準厚度值。 —在筒體的最大工作壓力為25 MPa。 當時,材料使用不夠經(jīng)濟,應改用高屈服強度的材料. （3）缸筒的強度校驗 在前一節(jié)中已經(jīng)確定了缸筒的內(nèi)徑，為220mm，根據(jù)液壓缸標準參數(shù)擬選缸 厚度為20mm，則外徑： =D+2 (3-7) =260mm，現(xiàn)在校驗它的強度。 額定壓力必須要小于一個值，這樣缸筒才是符合強度要求的，即： ≤0.35× (3-8) 式中： --液壓缸額定壓力(MPa) --液壓缸外徑(m) --液壓缸內(nèi)徑(m) --材料的極限應力(MPa) 所以： ≤0.35××355 ≤35.3 本設計的任務給25，所以氣缸工作安全。 （4）液壓缸缸底厚度計算 缸筒底部為平面時: （3-9） 取 式中： --筒底厚度（m） --液壓缸內(nèi)徑（m） --試驗壓力（MPa） --缸底材料的許用應力（MPa） （5）液壓缸固定螺栓直徑校核 ≥ (3-10) 式中： Z--固定螺栓數(shù)，取Z=8(均布) ； F--液壓缸負載； k--螺紋擰緊系數(shù)k=（1.12-1.5），這里取1.3； []-- /(1.2—2.5), 為材料的屈服極限 因為Z有一個較小的值，螺栓的直徑會更大，從而增加了安裝空間，安裝可能會產(chǎn)生干擾；如果Z值太大，必然會加大調(diào)整的困難時，經(jīng)過綜合考慮，這里以Z = 8。所以： ≥=23.1mm 選擇24毫米的標準。根據(jù)實際情況，選擇普通的圓柱螺栓。通過對螺栓的檢查規(guī)格機械設計指南”是24。 （6）缸筒制造加工要求 a.端筒垂直度公差值可以根據(jù)7級0.06毫米的精度選擇。 b.缸孔直徑圓度公差值按等級9，10和11選擇精度0.046毫米，圓柱度公差值應按8級精度0.02毫米的選擇。 c.回火熱處理，硬度hb241-285。氣缸內(nèi)表面鍍鉻，30到40微米的厚度，研磨或拋光后鍍。 缸筒的零件圖如3-1圖所示： 圖3-1 缸筒 3.2.4活塞的設計 由于活塞液體壓力沿缸往復滑動作用下，因此，它與氣缸的配合要適當，不能太松或太緊，也不能有間隙太大。 （1）活塞材料 查書《液壓工程手冊》，可知： 無導向環(huán)活塞：采用高強度鑄鐵或球墨鑄鐵HT200 ~ 300。 導向環(huán)活塞：采用優(yōu)質(zhì)碳鋼20，35號，45。 本設計采用導向環(huán)活塞，所以選擇35 #鋼。 （2）活塞結(jié)構(gòu)型式 選擇取決于活塞密封結(jié)構(gòu)的類型。分為兩類，整體和復合活塞。完全開放的槽中，活塞，活塞環(huán)，其結(jié)構(gòu)簡單，但活塞加工困難，密封安裝容易拉傷?；钊慕Y(jié)構(gòu)變化，主要取決于密封。 依據(jù)以上知識,本設計采用組合式活塞。 （3）活塞的尺寸確定 活塞的直徑應比缸內(nèi)徑略小，和連接之間的活塞和氣缸密封。根據(jù)密封圈的大小來確定深度和寬度的槽。根據(jù)設計及安裝要求，設計出超越活塞直徑為220毫米，140毫米的寬度= 0.6 d。 （4）活塞的密封 密封、形式與活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般有密封圈密封、活塞環(huán)密封、間隙密封。這里的O型環(huán)密封。密封圈的選定根據(jù)《液壓工程手冊》GB3452.3-88選定。 （5）活塞的技術(shù)要求 a.圓柱度公差值的外徑，根據(jù)選定的10的精度，0.04毫米的公差值。 b.橫向軸內(nèi)孔垂直公差應選擇耐熱性價值，而到7級精度（0.04毫米），耐熱性低。 圖3-2 活塞 3.2.5活塞桿的設計 (1) 活塞桿的材料 在活塞桿的材料是45#鋼，使用固體結(jié)構(gòu)。它采用雙端螺紋連接?；钊麠U所選材料如表3-3所示。 表3-3 活塞桿所選材料 型號 ≥／MPa ≥／MPa ≥／% 45MnB 1030 835 9 (2) 活塞桿尺寸的確定 根據(jù)確定的氣缸活塞桿的行程長度，這個話題表旅行600㎜，綜合技術(shù)要求，活塞桿的長度選擇為800毫米。 由于L≥A+B+L-1/2B L≥100+140+30+600-70=800mm A— 導向套滑動面長度； B— 活塞寬度； L— 液壓缸的最大行程；數(shù)值在后面3.3.6導向環(huán)設計中具體計算。 (3) 活塞桿的技術(shù)要求 a 安裝活塞的軸肩端面與活塞桿的軸線直線度公差不大于0.04毫米/ 100毫米。 b 活塞桿的外圓粗糙度Ra值一般為0.1～0.3。 c 在導套滑動活塞桿，用H8、H7配合。 d 安裝活塞軸頸圓柱對準誤差不超過0.01毫米。 e 活塞桿的熱處理，粗加工后調(diào)質(zhì)對229-285乙肝，必要時的硬度，再經(jīng)高頻淬火，硬度為HRC45 - 55。 f 為了提高耐磨性和防銹性，是鍍鉻活塞桿表面處理，拋光或研磨。 g 活塞桿上的環(huán)槽，該線程和緩沖柱塞內(nèi)部也應以同心軸的保證，尤其是緩沖活塞和活塞桿，最好形成一個有機的整體。 （4）活塞桿直徑d的校核： （3-11） 取d=0.18m, 滿足要求。 式中： F--活塞桿上的作用力； --活塞桿材料的許用應力，=/1.4。 (5) 活塞與活塞桿的連接 活塞與活塞桿連接有多種類型，它分為卡環(huán)，軸套螺母類型，類型的幾種類型。 本設計采用螺母型連接；如圖3-3所示： 圖3-3 活塞桿 3.2.6 導向環(huán)的設計 生活導向環(huán)安裝在凹槽內(nèi)或在活塞桿導套的槽輪的大圓，為了使活塞和氣缸和活塞桿和導套定位，并承受側(cè)力活塞與活塞桿。 (1) 導向環(huán)的型式 導向環(huán)有嵌入型和浮動型 嵌入式導環(huán)：生活在這個偉大的循環(huán)加工燕尾槽型截面，與銅或銅QAl9-4帶，表面加工成略呈拱形，錘釘成槽，最后加工圓柱導向環(huán)。 浮動式導向環(huán)：采用高強度塑料帶，生活在巨大的矩形截面的凹槽內(nèi)，圈間隙，側(cè)導環(huán)可以移動的凹槽內(nèi)，并有一個45度的傾斜說。 本設計采用浮動型導向環(huán)。 (2) 導向環(huán)的尺寸 用不同的材料，在導向環(huán)的大小也不同。 聚四氟乙烯（也有一個混合青銅粉）：導向環(huán)導向環(huán)厚度可以達到1.5 ~ 2.5毫米，寬25毫米，可5.6 ~。 摻雜石墨纖維增強酚醛樹脂導環(huán)，可用3 ~厚度5毫米，寬度可2.5 ~ 25毫米。 基于此，本設計采用聚四氟乙烯導向環(huán)，其厚度為2.5毫米，10毫米寬。 3.2.7導向套的設計 導套是指南的活塞桿導套的典型結(jié)構(gòu)，在形式的軸是通過印刷滾筒式。 （1）導向套的材料 導套磨損系數(shù)小，因此，采用青銅。 （2）導向套長度的確定 導套短花長，影響液壓缸的穩(wěn)定性和工作性能，因此，設計必須保證氣缸具有一定的最小長度，一般缸，最小長度方向應滿足： H≥ （3-12） 式中：L--為液壓缸的最大行程，L=600mm； D--為液壓缸筒內(nèi)徑，D=220mm； H--為導向套最小導向長度； 所以： H≥ H≥30+110=140mm 根據(jù)設計需求，選擇導套的長度是150毫米。 活塞寬度b = 0.6 D = 132毫米。以B = 140毫米。 根據(jù)液壓缸直徑D導套長度的滑動面； 當D<80mm時，??； 當D>80mm時，取。 A=0.6d=108mm. 取100mm。 (3) 導向套的密封 導向套與活塞桿之間的密封采用O形橡膠密封圈，根據(jù)GB/T3452.1-1992查閱，選取，密封環(huán)內(nèi)徑180mm，線徑7mm。 (4) 導向套的加工技術(shù)要求 a.與圓柱導向套和H8 / F7端蓋。 b.與H8、H7的內(nèi)孔和圓柱活塞桿。 c.外圓與內(nèi)孔對準誤差不超過0.03毫米。 d.內(nèi)孔環(huán)槽和淺而寬的直槽，以保證良好的潤滑。 導套零件圖如圖3和4所示： 圖3-4 導向套 3.2.8缸蓋的設計 (1) 缸蓋的材料和結(jié)構(gòu) 缸蓋分為左缸蓋和右缸蓋，其中一個油口位于左缸蓋之上。缸蓋的材料選擇45鋼。 (2) 缸蓋的尺寸的確定 為定位基準，氣缸蓋與氣缸壁接觸面。氣缸頭的大小是由導向套，氣缸，活塞桿和夾具的尺寸確定。通過安裝條件確定法蘭尺寸。D1為220毫米的內(nèi)徑相同，基本尺寸D3采取相同的環(huán)直徑200毫米。 (3) 缸蓋的技術(shù)要求 a、導向孔的表面粗糙度Ra＝1.25微米的應。 b、與氣缸直徑孔采用H9，隨著活塞桿的活塞對H9直徑緩沖合作。0.115毫米的偏差。 c、與氣缸端面與活塞端面對軸線的垂直度誤差接觸不超過0.04毫米，直徑100毫米，按7級精度的選擇。 前后端蓋如圖3-5、圖3-6所示： 圖3-5 前端蓋 圖3-6 后端蓋 第四章 液壓元件的選擇及性能驗算 4.1 液壓元件的選擇 根據(jù)系統(tǒng)的需求和設計，選擇合適的液壓元件，液壓系統(tǒng)中有一個重大的決定，所以液壓元件的選擇要適當。 4.1.1 液壓泵的選擇 液壓泵系統(tǒng)裝置的能量，它為系統(tǒng)提供壓力油，在液壓系統(tǒng)中起著心臟的作用。系統(tǒng)工作周期主要是由相對低壓力大流量快速前進，快速返回行程是在高壓力、小流量的兩階段相應的工作流程進行，最大流量和最小流量的比例是非常大的，其相應的時間比小。這表明該系統(tǒng)工作在一個工作循環(huán)中的高壓小流量的時間。 從提高系統(tǒng)的效率，由于大的額定壓力（25 MPa），它的體積和速度調(diào)節(jié)閥，節(jié)流閥聯(lián)合調(diào)速電路，一方面可以穩(wěn)定運行的穩(wěn)定性和速度，另一方面，能適應交通，降低系統(tǒng)的功率損耗和發(fā)熱。 因此液壓泵選用徑向柱塞泵。 a、確定液壓泵的最大工作壓力: （4-1） 式中： P1--液壓缸的最大工作壓力25Mpa； --從液壓泵出口液壓缸的輸入之間的總線路損耗。能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇，線路簡單，流速不大的取=（0.2～0.5）Mpa；管路復雜，進口有調(diào)速閥的取=（0.5～1.5）Mpa； 從對部分工況分析，最大工作壓力的液壓缸在工作階段，=25Mpa。 由于工作進入液壓缸的輸入流量的舞臺很小，進油成分較少，所以選擇泵缸進油壓力損失=0.4Mpa，所以，≥25+0.4=25.4Mpa； b、 確定液壓泵的流量: 液壓缸的輸出流量為： 式中： k--系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取k=1.1～1.3； --最大的交通運動的液壓缸在同一時間，在工作過程中與節(jié)氣門控制系統(tǒng)，還必須結(jié)合溢流閥的最小流量，一般取,最大流量出現(xiàn)在快進階段，所以 =1.2（60L/min+）＝75.6L/min c、選擇液壓泵和電動機的規(guī)格: 根據(jù)以上的和值，根據(jù)提出的液壓泵系統(tǒng)中的形式，從人工檢查相應的液壓泵，將有一定的壓力，使液壓泵，泵的額定壓力一般選擇25%至60%大于最大工作壓力。同時，通過產(chǎn)品樣本驅(qū)動檢查泵的功率是10千瓦，這個值完全可以滿足系統(tǒng)的需求。選擇JB - 218-300驅(qū)動電機型號，其額定功率為55千瓦，1500轉(zhuǎn)/分的速度。 4.1.2 GE系列閥簡介及選擇 （1）概述 GE系列液壓閥，包括壓力，流量，方向控制三大類，70多個品種的系列，近3000種規(guī)格的液壓閥是根據(jù)液壓系統(tǒng)的研制和開發(fā)的特殊需要，滿足用戶的需求。 （2）GE系列閥的選用 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過閥的實際流量元件和輔助元件，結(jié)合設計要求，選題的具體型號和規(guī)格的液壓元件，如下： 名稱 型號 額定壓力 最大流量 1) 三位四通電磁換向閥：3WE6-50/W110R 16MPa 25L/min 2) 溢流閥： YF3-10L 6.3MPa 63L/min 3) 順序閥： XF3-10B 6.3MPa 63L/min 4) 二位四通電磁換向閥：22B(E)-H6B 16MPa 25L/min 5) 單向閥 AF3-Eb10B 16MPa 40L/min 6) 背壓閥 FBF3-6B 6.3MPa 25L/min 7) 液控單向閥 YAF3-Eb10B 16MPa 8) 節(jié)流閥 LF3-E6B 16MPa 25L/min 4.1.3輔助元件的選擇 （1）濾油器的選擇 油過濾器：主要因素必須在過濾性能和過濾材料相容性的選擇考慮；通過與流量和流量的波動程度，更換油濾器；工作壓力與系統(tǒng)壓力穩(wěn)定和隨時間變化的；系統(tǒng)的工作溫度，以及系統(tǒng)要求的過濾精度，等等。 選擇濾油器應注意以下幾點： 1）過濾器安裝注意機油濾清器殼標記并正確安裝在系統(tǒng)中的流動方向的時候； 2）當過濾器壓差指示器顯示紅色信號，在清洗或更換過濾器及時； 3）清洗或更換過濾器，防止外界污染入侵系統(tǒng)； 4）原有的金屬編織方孔篩網(wǎng)過濾器清洗，可用刷子刷洗汽油，等； 5）濾芯清洗時，應封鎖端口過濾，防止清潔污物進入過濾器內(nèi)造成污染的腔； 6）過濾器的工作能力，取決于濾筒的過濾面積，本身的性能，潤滑油的粘度和溫度，前后的壓差和過濾，油中的固體顆粒含量。的壓差過濾網(wǎng)關(guān)，更大的阻力較小，油的過濾能力大。 根據(jù)上述要求，本課題選擇濾油器型號: XU-50×200 （1） 空氣濾清器的選擇 一般應蓋上空氣過濾器的設置，包括空氣濾清器、機油濾清器。 選擇：。技術(shù)參數(shù)：空氣阻力＜0.02Mpa，加油網(wǎng)孔0.5mm。 （2） 選擇壓力表 選擇： Y-150T。 （3） 選擇液位儀 在池壁水平儀上設置的水平，表明水平位置。選擇： YWZ-125T。 4.1.4管件的選擇及計算 （1） 確定油管的內(nèi)徑 在大多數(shù)液壓系統(tǒng)泄漏的問題出現(xiàn)在管道接頭，因此對接頭形式的確定，管道和管道的安裝應考慮設計。 油管直徑不宜選擇太大，不太小。對大型結(jié)構(gòu)過大，容易使液壓設備。過小，容易使液體流量的增大，系統(tǒng)壓力損失增加或產(chǎn)生振動和噪聲，影響正常工作。 管道的內(nèi)徑： d= （4-2） 式中：--通過管道的流量 （） --管內(nèi)允許流速 （） 允許流速的推薦值如表4-1 。 表4-1 允許流速推薦值 液體流經(jīng)的管道 推薦速度 液壓泵吸油管道 0.6---1.5，一般常取1 液壓系統(tǒng)壓油管道 2.5---5，壓力高，管道短，粘性小，取最大值 液壓系統(tǒng)吸油管道 1.5---2 因此管道直徑計算如下： 液壓泵吸油管道： ==0.036m 取=40mm 液壓系統(tǒng)壓油管道： ==0.016m 取=20mm 液壓系統(tǒng)回油管道： ==0.029m 取=30mm （1） 管路、管接頭的選擇 管接頭油管和油管，它必須具有安裝方便、連接牢固，密封可靠，外形尺寸小，流通能力大，壓力損失小，工藝性好的要求。 管螺紋端連接線采用國家標準米制錐螺紋（ZM）和普通細牙螺紋（M）。細牙螺紋密封性好，常用于高壓系統(tǒng)，但應結(jié)合或O型密封環(huán)端面密封墊片。 在大多數(shù)液壓系統(tǒng)泄漏的問題出現(xiàn)在管道接頭，因此對接頭形式的確定，管道和管道的安裝應考慮設計。 在這里選擇端直管接頭卡套式管接頭（gb3733.1-83），具有結(jié)構(gòu)簡單，性能好，重量輕，體積小，使用方便，無需焊接等一系列優(yōu)點。 4.1.5油箱容量的確定 當最初的設計，根據(jù)經(jīng)驗公式確定油箱的容量。 經(jīng)驗公式為 （4-3） =10×75.6L/min =756L 式中： --液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（L/min） --經(jīng)驗系數(shù)，見表4-2。 表4-2 經(jīng)驗系數(shù)a 系統(tǒng)類型 行走機械 低壓機械 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機械 a 1-2 2-4 5-7 6-12 10 所以圓罐后選擇有效容積V = 800 L，根據(jù)《機械設計手冊單打液壓傳動，”乍得槽的長度，寬度和高度的整體尺寸為1300毫米，分別為1000毫米和1300毫米。分離罐一般有2.5 ~ 4毫米鋼板焊接。在這里選擇6毫米的罐壁厚度，底板厚度應大于墻的厚度，選擇10毫米，10毫米厚的蓋子。 4.2液壓系統(tǒng)性能驗算 液壓系統(tǒng)初步設計中的一些參數(shù)進行了估計，在系統(tǒng)的實際情況來看，涉及到各種各樣的性能分析。主要包括液壓回路各段壓力損失的計算，統(tǒng)計損失和系統(tǒng)效率，沖擊壓力和加熱溫度，等。 4.2.1液壓系統(tǒng)壓力損失 壓力損失包括管路的沿程損失，管路的局部壓力損失和閥類元件的局部損失，總的壓力損失為 （4-4） 由于供油流量的變化，其快上是液壓缸的速度為27mm/s 此時油液在進油管中的流速為： （1） 沿程壓力損失 設系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為20℃時，運動粘度=1.0， 所以有：＜2300。液壓油在金屬管中為層流流動，則阻力損失系數(shù)。若取進，回油管長度均為0.5m,油液的密度為，則其進油路上的沿程壓力損失為： （4-5） = =1056.875Pa =0.00157 =0.00157MPa （2） 局部壓力損失 局部壓力損失包括管道安裝和管接頭和液壓閥的局部壓力損失壓力損失，一般以摩擦壓力損失的10%；而通過閥的流量大小，后者。 同理：快上時的回油路上的流量 則回油路油管中的實際流速 由此可以計算出5307(湍流) 則，按=0.086MPa （3） 總的壓力損失 由上面的計算所得可求得 （4-6） = =0.0599MPa 4.2.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 在整個工作周期，工作時間最長的階段，最大的和熱值。正常情況下，工人進入大功率損耗引起的發(fā)熱值越大，所以只考慮工人的熱值，然后把它的價值分析。 當V=12mm/s時，即v=720mm/min 此時泵的效率為0.8，泵的出口壓力為25.4MP，則有 =14.5KW 即 此時的功率損失為： 14.5-13.2=1.3KW （4-7） 假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取， 油箱的散熱面積A為 （4-8） 系統(tǒng)的溫升為 ℃=12.1℃ （4-9） 房間的溫度是20℃，和熱平衡溫度為32.1℃，根據(jù)《機械設計手冊》成大先P20-767：在油箱溫度一般推薦30℃65℃，計算表明，沒有超出允許范圍。 28 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 液壓系統(tǒng)的PLC控制設計 第5章 液壓系統(tǒng)的PLC控制設計 5.1 PLC概述 隨著可編程控制器PLC控制部分的設計。PLC是一種計算機具有通用計算機，這是類似的結(jié)構(gòu)，由中央處理單元（CPU），存儲器（RAM），輸入/輸出（I/O接口和電源。但它比一般的電腦連接到接口的工業(yè)過程和更多的直接自適應控制的編程語言。 5.2控制部分設計 以歐姆龍CPM1A PLC控制，選擇40 CDT D芯片，該芯片的輸出形式為T / O循環(huán)掃描并立即刷新，可實現(xiàn)40點晶體管項目。編程語言是一種梯形圖。輸入12，輸出00000 -00011，01000-01007 8點。 采用梯形圖編程方法，工藝流程一步步進行，所以根據(jù)流程圖編寫要求。 因為它是循環(huán)的過程，所以幾個參加了編程時間延遲。 圖5-1利用中間繼電器控制交流接觸器線圈電流和損耗，從而控制大負載，完成從低電壓直流交流控制過渡。 圖5-1繼電器-接觸器接口電路 表5-1表5-2表示10輸入地址和7個輸出，電路中的接線圖和梯形圖程序所指出的，很容易在口譯過程中的內(nèi)容的理解。 表5-1輸入元件地址分配表 控制元件 符號 編號地址 電機開關(guān) SA1 00000 快速下行按鈕 SB2 00001 慢速下壓行程開關(guān) SQ1 00002 保壓壓力繼電器 SP1 00003 卸壓回程開關(guān) SQ2 00004 頂出缸停止按鈕 SB5 00005 頂出缸頂出按鈕 SB4 00006 頂出壓力停止壓力繼電器 SP2 00007 返回按鈕 SB6 00008 總停止按鈕 SB1 00009 表5-2輸出元件地址分配表 控制元件 符號 編程地址 電動機 KM 01100 電磁閥接觸器 1YA 01000 電磁閥接觸器 2YA 01001 電磁閥接觸器 3YA 01002 電磁閥接觸器 4YA 01003 電磁閥接觸器 5YA 01004 電磁閥接觸器 6YA 01005 圖5-2工藝流程體現(xiàn)了整個系統(tǒng)的工作過程，清晰的表達系統(tǒng)的運行狀況。 圖5-2主要工藝流程 壓機工藝動作： 調(diào)整：按下相應的按鈕來獲得相應的處理動作，松開停止。 半自動過程的動作：按下雙手按鈕，你可以得到滑塊的快與慢下壓制（壓力），卸壓回程-排磚。 繪制過程：按下雙手按鈕，你可以滾出去在滑塊快，慢下來壓制（壓力），卸壓回程-排磚。 程序梯形圖5-3如下: 圖5-3程序梯形圖 36 結(jié)論 1. 本課題是對液壓系統(tǒng)的一個詳細設計。通過這次畢業(yè)設計，對當前液壓技術(shù)的發(fā)展概況和今后的發(fā)展趨勢有了仔細的了解。 2. 對主液壓缸進行工況分析，確定負載圖和速度變化圖，擬定液壓原理圖以及電磁鐵動作順序表。 3. 根據(jù)液壓原理圖并從系統(tǒng)的技術(shù)要求出發(fā)，選擇液壓元件。本設計采用了徑向柱塞泵作為供油源以及GE系列液壓閥。 4. 對主液壓缸進行設計，確定各部分參數(shù)，繪制液壓缸。 5. 本設計采用PLC控制系統(tǒng)。操作清晰。維修方便。 6. 在查閱大量資料基礎上還可對設計進行改進。在支撐部分安裝二通插裝閥可避免液壓機橫梁下滑及響聲問題。限于時間緊迫還未能設計。 參考文獻 [1].章宏甲，黃誼.液壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，2000. 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