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贵州快318吨液压绞车液压系统设计(含全套CAD图

2021-02-12 19:06

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  1 8 吨液压绞车液压系统设计 目 录 第一章 前言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 1 液压传动的发展概况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 2 液压传动在机械行业中的应用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 3 液压机的发展及工艺特点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 . 4 液压系统的基本组成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第二章 液压绞车的液压系统原理设计 2. 1 液压绞车的基本结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. 2 工况分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. 2. 1 负载循环图和速度循环图的绘制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. 3 拟定液压系统原理图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. 3. 1 确定供油方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. 3. 2 自动补油保压回路的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. 3. 3 释压回路的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2. 4 液压系统图的总体设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. 4. 1 主缸运动工作循环. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.4.2 顶出缸运动工作循环 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 第三章 液压系统的计算和元件选型 3. 1 液压元件的选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3. 2. 确定液压泵规格和驱动电机功率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3. 3 阀类元件及辅助元件的选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3. 4 管道尺寸的确定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3. 5 液压系统的验算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3. 6 系统温升的验算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 第四章 液压马达的结构设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4. 1 液压马达主要尺寸的确定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4. 2 液压马达的结构设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 第五章 液压集成油路的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 5. 1 液压油路板的结构设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 5. 2 液压集成块结构与设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 5. 2. 1 液压集成回路设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 5. 2. 2 液压集成块及其设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 第六章 液压站结构设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6. 1 液压站的结构型式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6. 2 液压泵的安装方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6. 3 液压油箱的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 6. 3. 1 液压油箱有效容积的确定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 6. 3. 2 液压油箱的外形尺寸设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 6. 3. 3 液压油箱的结构设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 6. 4 液压站的结构设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6. 4. 1 电动机与液压泵的联接方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6. 4. 2 液压泵结构设计的注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6. 4. 3 电动机的选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 第七章 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错误! 未定义书签。 参 考 文 献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错误! 未定义书签。 第一章 前言 1 . 1 液压传动的发展概况 液压传动和气压传动称为流体传动, 是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术, 是工农业生产中广为应用的一门技术。 如今, 流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 第 一 个 使 用 液 压 原 理 的 是1 795年 英 国 约 瑟 夫 布 拉 曼 (Joseph Braman,1 749-1814), 在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。 1 905 年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。 我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代,液压元件最初应用于机床和锻压设备。 60年代获得较大发展, 已渗透到各个工业部门, 在机床、 工程机械、 冶金、 农业机械、 汽车、 船舶、 航空、 石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。 当前液压技术正向高压、高速、 大功率、 高效率、 低噪声、 低能耗、 长寿命、 高度集成化等方向发展。 同时, 新元件的应用、 系统计算机辅助设计、 计算机仿真和优化、 微机控制等工作, 也取得了显著成果。 目 前, 我国的液压件已从低压到高压形成系列, 并生产出许多新型元件, 如插装式锥阀、 电液比例阀、 电液伺服阀、 电业数字控制阀等。 我国机械工业在认真消化、 推广国外引进的先进液压技术的同时, 大力研制、 开发国产液压件新产品, 加强产品质量可靠性和新技术应用的研究, 积极采用国际标准, 合理调整产品结构, 对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品, 采用逐步淘汰的措施。 由此可见, 随着科学技术的迅速发展, 液压技术将获得进一步发展, 在各种机械设备上的应用将更加广泛。 1 . 2 液压传动在机械行业中的应用 机床工业磨床、 铣床、 刨床、 拉床、 绞车、 自 动机床、 组合机床、 数控机床、加工中心等 工程机械挖掘机、 装载机、 推土机等 汽车工业自 卸式汽车、 平板车、 高空作业车等 农业机械联合收割机的控制系统、 拖拉机的悬挂装置等 轻工机械打包机、 注塑机、 校直机、 橡胶硫化机、 造纸机等 冶金机械电炉控制系统、 轧钢机控制系统等 起重运输机械起重机、 叉车、 装卸机械、 液压千斤顶等 矿山机械开采机、 提升机、 液压支架等 建筑机械打桩机、 平地机等 船舶港口 机械起货机、 锚机、 舵机等 铸造机械砂型压实机、 加料机、 压铸机等 本机器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。 本机器具有独立的动力机构和电气系统。 采用按钮集中控制, 可实现调整、 手动及半自动三种操作方式。 本机器的工作压力、 压制速度、 空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整, 并能完成一般压制工艺。 此工艺又分定压、 定程两种工艺动作供选择。 定压成型之工艺动作在压制后具有保压、 延时、 自动回程、 延时自动退回等动作。 本机器主机呈长方形, 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。 该机并设有脚踏开关, 可实现半自动工艺动作的循环。 1 . 3 液压机的发展及工艺特点 液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一, 自 1 9 世纪问世以来发展很快, 液压机在工作中的广泛适应性, 使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。 由于液压机的液压系统和整机结构方面, 已经比较成熟, 目 前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面, 也主要表现在高速化、 高效化、 低能耗; 机电液一体化, 以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善; 自动化、 智能化, 实现对系统的自动诊断和调整, 具有故障预处理功能; 液压元件集成化、 标准化, 以有效防止泄露和污染等四个方面。 作为液压机两大组成部分的主机和液压系统, 由于技术发展趋于成熟, 国内外机型无较大差距, 主要差别在于加工工艺和安装方面。 良好的工艺使机器在过滤、 冷却及防止冲击和振动方面, 有较明显改善。 在油路结构设计方面, 国内外液压机都趋向于集成化、 封闭式设计, 插装阀、 叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产, 其质量好、 性能可靠而且设计的周期也比较短。 近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点, 它不需要另外的连接件其结构更为紧凑, 体积也相对更小, 重量也更轻无需管件连接, 从而消除了因油管、 接头引起的泄漏、 振动和噪声。 逻辑插装阀具有体积小、 重量轻、 密封性能好、 功率损失小、 动作速度快、 易于集成的特点, 从 70 年代初期开始出现, 至今已得到了很快的发展。 我国从 1970 年开始对这种阀进行研究和生产, 并已将其广泛的应用于冶金、 锻压等设备上, 显示了很大的优越性。 液压机工艺用途广泛, 适用于弯曲、 翻边、 拉伸、 成型和冷挤压等冲压工艺, 绞车是一种用静压来加工产品。 适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料,如塑料、玻璃钢、 绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺, 也可适用于校正和压装等工艺。 由于需要进行多种工艺, 液压机具有如下的特点: ( 1) 工作台较大, 滑块行程较长, 以满足多种工艺的要求; ( 2) 有顶出装置, 以便于顶出工件; ( 3) 液压机具有点动、 手动和半自 动等工作方式, 操作方便; ( 4) 液压机具有保压、 延时和自 动回程的功能,并能进行定压成型和定程成型的操作,特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制; ( 5) 液压机的工作压力、 压制速度和行程范围可随意调节, 灵活性大。 1 . 4 液压系统的基本组成 1) 能源装置液压泵。 它将动力部分( 电动机或其它远动机) 所输出的机械能转换成液压能, 给系统提供压力油液。 2) 执行装置液压机( 液压马达、 液压马达)。 通过它将液压能转换成机械能,推动负载做功。 3) 控制装置液压阀。 通过它们的控制和调节, 使液流的压力、 流速和方向得以改变, 从而改变执行元件的力( 或力矩)、 速度和方向, 根据控制功能的不同, 液压阀可分为村力控制阀、 流量控制阀和方向控制阀。 压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、 顺序阀、 压力继电器等; 流量控制阀包括节流阀、 调整阀、 分流集流阀等; 方向控制阀包括单向阀、 液控单向阀、 梭阀、 换向阀等。 根据控制方式不同, 液压阀可分为开关式控制阀、 定值控制阀和比例控制阀。 4) 辅助装置油箱、 管路、 蓄能器、 滤油器、 管接头、 压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来, 以实现各种工作循环。 5) 工作介质液压油。 绝大多数液压油采用矿物油, 系统用它来传递能量或信息。 第二章 液压绞车的液压系统原理设计 2. 1 液压绞车的基本结构 液压绞车机身属于四立柱机身。 机身由上横梁、 下横梁和四根立柱组成。 液压机的各个部件都安装在机身上, 其中上横梁的中间孔安装工作缸, 下横梁的中间孔安装顶出缸, 工作台面上开有开有 T 型槽, 用来安装模具。 活动横梁的四个角上的孔套装在四立柱上, 上方和工作缸活塞相连接, 由其带动横梁上下运动。 机身在液压机工作中承受全部的工作载荷。 工作缸采用活塞式双作用缸, 当压力油进入工作缸上腔, 活塞带动横梁向下运动,其速度慢, 压力大, 当压力油进入工作缸下腔, 活塞向上运动, 其速度较快, 压力较小,符合一般的慢速压制、 快速回程的工艺要求。 活动横梁是立柱式液压机的运动部件, 位于液压机机身的中间, 中间圆孔和上横梁的工作活塞杆连接, 四角孔在工作活塞的带动下, 靠立柱导向作上下运动, 活动横梁的底面也开有 T 型槽, 用来安装模具。 在机身下部设有顶出缸, 通过顶杆可以将成型后的塑件顶出。 液压机的动力部分是高压泵, 将机械能转变为液压能, 向液压机的工作缸和顶出缸提供高压液体。 2. 2 工况分析 18 吨液压绞车设计用于海洋石油工程中的场地拖拉或码头系泊, 也可用于海上作业船舶的移船或系 泊。 18 吨液压绞车具备两种作业方式, 既可以通过手动操纵绞车实现收缆和放缆目 的, 又可以以恒张力方式自 动放缆。 ①滚筒负 载:滚筒最内层钢丝绳最大拉力 18 吨。 ②滚筒速度: 滚筒最内层钢丝绳最大收、 放线m/min 左右, 该速度可无级变速。 ③滚筒恒张力:绞车具有 1 18 吨的恒张力功能, 可在该范围内任意设定吨位。 ④滚筒直径与形式: 670mm, 光滚筒。 ⑤绞车设计使用 的钢丝绳直径: 36mm。 ⑦滚筒容绳量及容绳层数: 470m/5 层。 ⑧外输入动力电源: 交流 220v, 55Hz, 单相 2. 2. 1 负载循环图和速度循环图的绘制 负载图按上面的数值绘制, 速度图按给定条件绘制, 如图 2 所示: 2. 3 拟定液压系统原理图 2. 3. 1 确定供油方式 考虑到该机床在工作进给时需要承受较大的工作压力, 系统功率也较大, 现采用轴向柱塞泵 63SCY1 4- 1B, 具有将 32MPa 压力的纯净液压油输入到各种油压机、 液动机等液压系统中, 以生产巨大的工作动力, 该柱塞泵结构紧凑, 效率高, 工作压力高, 流量调节方便。 2. 3. 2 自动补油保压回路的设计 保压回路的功用是使系统在液压马达不动或因工件变形而产生微小位移的工况下能保持稳定不变的压力。 考虑到设计要求, 保压时间要达到 5s, 压力稳定性好。 选用液控单向阀保压回路, 则保压时间较长, 压力稳定性高, 选用 M 型三位四通换向阀,利用其中位滑阀机能, 使液压马达两腔封闭, 系统不卸荷。 设计了自 动补油回路, 且保压时间由电气元件时间继电器控制。 此回路完全适合于保压性能较高的高压系统, 如液压机等。 自动补油的保压回路系统图的工作原理: 按下起动按纽, 电磁铁 1YA 通电, 电磁图 2 1: 速度负载循环图 换向阀 6 右位接入系统, 油液一部分压力油通过节流调速阀 8 进入主缸上腔; 另一部分油液将液控单向阀 7 打开, 使主缸下腔回油, 主缸活塞带动上滑块快速下行, 主缸上腔压力降低, 其顶部充液箱的油经液控单向阀 14 向主缸上腔补油。 当主缸活塞带动上滑块接触到被压制工件时, 主缸上腔压力升高, 液控单向阀 14 关闭, 充液箱不再向主缸上腔供油, 且液压泵流量自 动减少, 滑块下移速度降低, 慢速加压工作。 当主缸上腔油压升高到压力继电器 1 1 的动作压力时, 压力继电器发出信号, 使电磁阀 1YA 断电, 换向阀 6 切换成中位; 这时液压泵卸荷, 液压马达由换向阀 M 型中位机能保压。 同时压力继电器还向时间继电器发出信号, 使时间继电器开始延时。 保压时间由时间继电器在0-24min 调节。 2. 3. 3 释压回路的设计 释压回路的功用在于使高压大容量液压马达中储存的能量缓缓的释放, 以免它突然释放时产生很大的液压冲击。 一般液压马达直径大于 25mm、 压力高于 7Mpa 时, 其油腔在排油前就先须释压。 根据生产实际的需要, 选择用节流阀的释压回路。 其工作原理: 当保压延时结束后,时间继电器发出信号, 使电磁阀 6YA 通电, 二位二通电磁换向阀 1 0 处于下位, 从而使主缸上腔压力油液通过节流阀 9, 电磁阀 1 0, 与油箱连通, 从而使主缸上腔油卸压, 释压快慢由节流阀调节。 当此腔压力降至压力继电器的调定压力时, 换向阀 6 切换至左位, 液控单向阀 7 打开, 使液压马达上腔的油通过三位四通电磁阀 6, 二位二通电磁阀 5, 和顺序阀 4 排到液压马达顶部的充液箱 13 中去, 此时主缸快速退回。 使用这种释压回路无法在释压前完全保压, 释压前有保压要求时的换向阀也可用 Y 型, 并且配有其它的元件。 机器在工作的时候, 如果出现机器被以外的杂物或工件卡死, 这是泵工作的时候,输出的压力油随着工作的时间而增大, 而无法使液压油到达液压马达中, 为了保护液压泵及液压元件的安全, 在泵出油处加一个直动式溢流阀 1, 起安全阀的作用, 当泵的压力达到溢流阀的导通压力时, 溢流阀打开, 液压油流回油箱, 起到安全保护作用。 在液压系统中, 一般都用溢流阀接在液压泵附近, 同时也可以增加液压系统的平稳性, 提高加工零件的精度。 2. 4 液压系统图的总体设计 2. 4. 1 主缸运动工作循环 ( 1) 快速下行。 按下起动按钮, 电磁铁 1 YA 通电。 这时的油路进油路为: 变量泵 1换向阀 6 右位节流阀 8压力继电器 1 1 和 液压马达 1 5 上腔 回油路为: 液压马达下腔 15已打开的液控单向阀 7换向阀 6 右位电磁阀 5背压阀 4油箱 油路分析: 变量泵 1 的液压油经过换向阀 6 的右位, 液压油分两条油路: 一条油路通过节流阀 7 流经继电器 11, 另一条路直接流向液压马达的上腔和压力表。 使液压马达的上腔加压。 液压马达 15 下腔通过液控单向阀 7 经过换向阀 6 的右位流经背压阀, 再流到油箱。 因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀 7 打开, 使副油箱13 的液压油经过副油箱旁边的液控单向阀 14 给液压马达 15 上腔补油。 使液压马达快速下行, 另外背压阀接在系统回油路上, 造成一定的回油阻力, 以改善执行元件的运动平稳性。 ( 2) 保压时的油路情况: 油路分析: 当上腔快速下降到一定的时候, 压力继电器 11 发出信号, 使换向阀 6的电磁铁 1YA 断电, 换向阀回到中位, 液压系统保压。 而液压泵 1 在中位时, 直接通过背压阀直接回到油箱。 ( 3) 回程时的油路情况: 液压马达下腔回油路为: 变量泵 1换向阀 6 左位液控单向阀 7液压油箱 15 的下腔 液压马达上腔回油路为: 液压腔的上腔液控单向阀 1 4副油箱 1 3 液压腔的上腔节流阀 8换向阀 6 左位电磁阀 5背压阀 4油箱 油路分析: 当保压到一定时候, 时间继电器发出信号, 使换向阀 6 的电磁铁 2YA通电, 换向阀接到左位, 变量泵 1 的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压马达的下腔, 而同时液压马达上腔的液压油通过节流阀 9( 电磁铁 6YA 接通), 上腔油通过 换向阀 10 接到油箱, 实现释压, 另外一部分油通过主油路的节流阀流到换向阀 6, 再通过电磁阀 19, 背压阀 1 1 流回油箱。 实现释压。 2.4.2 顶出缸运动工作循环 ( 1 ) 向上顶出 当电磁铁 4YA 通电, 5YA 失电, 三位四通换向阀 6 处于中位时, 此时顶出缸的进油路为: 液压泵换向阀 19 左位单向节流阀 1 8下液压马达下腔 顶出缸的回油路为: 下液压马达上腔换向阀 1 9 左位油箱 ( 2) 停留 当下滑块上移动到其活塞碰到顶盖时, 便可停留在这个位置上。 ( 3) 向下退回 当停留结束时, 即操作员取下工件时, 启动开关, 使电磁阀 3YA通电( 4YA 断电 ) , 阀 19 换为右位。 压力油进入顶出缸上腔, 其下腔回油, 下滑块下移。进油路: 液压泵换向阀 19 右位单向节流阀 1 7下液压马达上腔 回油路: 下液压马达下腔换向阀 1 9 右位油箱 (4) 原位停止 当下滑块退到原位时, 是在电磁铁 3YA, 4YA 都断电, 换向阀19 处于中位时得到的。 第三章 液压系统的计算和元件选型 3. 1 确定液压马达主要参数 按液压机床类型初选液压马达的工作压力为 25Mpa,根据快进和快退速度要求, 采用单杆活塞液压马达。 快进时采用差动连接, 并通过充液补油法来实现, 这种情况下液压马达无杆腔工作面积1A应为有杆腔工作面积2 A的 6 倍,即活塞杆直径d与缸筒直径D满足56dD=的关系。 快进时, 液压马达回油路上必须具有背压据《液压系统设计简明手册》 表 2-2 中, 可取接, 但由 于 油 管中 有压降1pMPa∆ ,快退时, 回油腔是有背压的, 这时3. 1 . 1 液压马达内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 以单活塞杆液压马达为例来说明其计算过程。 2 p ,防止上压板由于自 重而自 动下滑, 根2 p =1Mpa, 快进时, 液压马达是做差动连∆ 存在, 有杆腔的 压力 必须大于 无杆腔, 估计时可取p2 p 亦按 2Mpa 来估算。 11 1A P221 1A P2()6mAFA PP== 1P 液压马达工作腔的压力 Pa 2P 液压马达回油腔的压力 Pa 故:3221261()150 102(259.80.0662()) 0.9 10×66mFAmmPP××===× 1(4)0.2904ADm×== 550.29040.26566dDm=×=×= 当按 GB2348-80 将这些直径圆整成进标准值时得:由此求得液压马达面积的实际有效面积为: 320Dmm=,280dmm= 22210.320.080344DAm ×=== 图 3 1: 单活塞杆液压马达计算示意图 222222()(0.320.28 )0.0188444DdAm××=== 3.1 .2 液压马达实际所需流量计算 ① 工作快速空程时所需流量 1 1AV1cvQ= cv液压马达的容积效率, 取0.96cv= 3130.0803 0.3 10×601506()min0.96 10LQ××==× ② 工作缸压制时所需流量 312230.0803 0.01 10×6050.1875()min0.96 10cvAVLQ××===× ③ 工作缸回程时所需流量 323230.01884 0.06 10×6070.65()min0.96 10cvA VLQ××===× 3. 2 液压元件的选择 3. 2. 1 确定液压泵规格和驱动电机功率 由前面工况分析, 由最大压制力和液压主机类型, 初定上液压泵的工作压力取为25MPa , 考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为 1MPa( 含回油路上的压力损失折算到进油腔), 则液压泵的最高工作压力为 P=+ ∆611(25 1) 10+26p PPMPa=×= 上述计算所得的的动态压力往往超过静态压力, 另外考虑到一定压力贮备量, 并确保泵的寿命, 其正常工作压力为泵的额定压力的 80%左右因此选泵的额定压力 p P 是系统的静态压力,考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现nP 应满足: /0.826/0.831.25npPPMpa=== 液压泵的最大流量应为: max()pLqKq 式中(p q 液压泵的最大流量 ) q同时动作的各执行所需流量之和的最大值, 如果这时的溢流阀正进行工作, 尚须加溢流阀的最小溢流量 2 ~ 3minLmax。 LK 系统泄漏系数, 一般取1.1 ~ 1.3LK =, 现取1.1LK =。 max()1.1 (70.65×2.5)80.465minpLLqKqq=+∆ =+= 1. 选择液压泵的规格 由于液压系统的工作压力高, 负载压力大, 功率大。 大流量。 所以选轴向柱塞变量泵。 柱塞变量泵适用于负载大、 功率大的机械设备( 如龙门刨床、 拉床、 液压机), 柱塞式变量泵有以下的特点: 1) 工作压力高。 因为柱塞与缸孔加工容易, 尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求, 油液泄漏小, 容积效率高, 能达到的工作压力, 一般是( 200 ~ 400)最高可以达到1000 10 Pa×。 2) 流量范围较大。 因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目 , 流量变增大。 3) 改变柱塞的行程就能改变流量, 容易制成各种变量型。 4) 柱塞油泵主要零件均受压, 使材料强度得到充分利用, 寿命长, 单位功率重量小。 但柱塞式变量泵的结构复杂。 材料及加工精度要求高, 加工量大, 价格昂贵。 根据以上算得的选用 6314 1YCYB, 排量 63ml/r, 额定压力 32Mpa, 额定转速 1 500r/min, 驱动功率59.2KN, 容积效率92%, 重量 71kg, 容积效率达 92%。 2. 与液压泵匹配的电动机的选定 由前面得知, 本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段, 这时液压泵的供油压 力 值为 26Mpa, 流量为 已选定泵的 流量值。0.80 ~ 0.85, 取p 0.82。 510 Pa×,5p q 和pP 在查阅相关手册《机械设计手册》 成大先 P20-1 95 得: 现p 液压 泵的 总效率。 柱塞泵为 选用 1000r/min 的电动机, 则驱动电机功率为:3(18.3 50)18.37(60 0.82)×(10)ppppPqNKW×××=== 选择电动机 1804YM , 其额定功率为 1 8.5KW。 3. 2. 2 阀类元件及辅助元件的选择 1. 对液压阀的基本要求: (1). 动作灵敏, 使用可靠, 工作时冲击和振动小。 油液流过时压力损失小。 (2). 密封性能好。 结构紧凑, 安装、 调整、 使用、 维护方便, 通用性大 2. 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格 主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量, 其他还需考虑阀的动作方式, 安装固定方式, 压力损失数值, 工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格: 表 3.1: 液压绞车液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格 序号 元件名称 估计通过流量()minL 型号 规格 1 斜盘式柱塞泵 156.8 63SCY14- 1B 32Mpa, 驱动功率59.2KN 2 WU 网式滤油器 160 WU-1 60*180 40 通径, 压力损失0.01MPa 3 直动式溢流阀 120 DBT1/315G24 10 通径, 32Mpa, 板式联接 4 背压阀 80 YF3-10B 10 通径, 21 Mpa, 板式联接 5 二位二通手动电磁阀 80 22EF3-E1 0B 6 三位四通电磁阀 100 34DO-B10H-T 10 通径, 压力31.5MPa 7 液控单向阀 80 YAF3-E610B 32 通径, 32MPa 8 节流阀 80 QFF3-E1 0B 10 通径, 16MPa 9 节流阀 80 QFF3-E1 0B 10 通径, 16MPa 10 二位二通电磁阀 30 22EF3B-E1 0B 6 通径, 压力 20 MPa 11 压力继电器 - DP1-63B 8 通径, 1 0.5-35 MPa 12 压力表开关 - KFL8- 30E 32Mpa, 6 测点 13 油箱 14 液控单向阀 YAF3-E610B 32 通径, 32MPa 15 上液压马达 16 下液压马 达 17 单向节流阀 48 ALF3- E10B 10 通径, 16MPa 18 单向单向阀 48 ALF3- E10B 10 通径, 16MPa 19 三位四通电磁换向阀 25 34DO-B10H-T 20 减压阀 40 JF3-1 0B 3. 2. 3 管道尺寸的确定 油管系统中使用的油管种类很多, 有钢管、 铜管、 尼龙管、 塑料管、 橡胶管等, 必须按照安装位置、 工作环境和工作压力来正确选用。 本设计中油管采用钢管, 因为本设计中所须的压力是高压, P=31 .25MPa (P耐油, 抗腐蚀, 刚性好, 但装配是不能任意弯曲, 常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管, 低压用焊接管。 本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。 尼龙管用在低压系统; 塑料管一般用在回油管用。 胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。 胶管分高、 低压两种。 高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管, 可用于压力较高的油路中。 低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管, 多用于压力较低的油路中。 由于胶管制造比较困难, 成本很高, 因此非必要时一般不用。 1. 管接头的选用: 管接头是油管与油管、 油管与液压件之间的可拆式联接件, 它必须具有装拆方便、连接牢固、 密封可靠、 外形尺寸小、 通流能力大、 压降小、 工艺性好等各种条件。 管接头的种类很多, 液压系统中油管与管接头的常见联接方式有: 焊接式管接头、 卡套式管接头、 扩口 式管接头、 扣压式管接头、 固定铰接管接头。6.3)MPa , 钢管能承受高压, 价格低廉, 管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹( ZM) 和普通细牙螺纹( M)。锥 螺纹依靠自 身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封, 广泛用于中、 低压液压系统; 细牙螺纹密封性好, 常用于高压系统, 但要求采用组合垫圈或 O 形圈进行端面密封, 有时也采用紫铜垫圈。 2. 管道内径计算: 4Qdmv= ( 1) 式中 Q通过管道内的流量 3ms v管内允许流速 ms, 见表: 表 3.2: 液压系统各管道流速推荐值 油液流经的管道 液压泵吸油管 液压系统压油管道 液压系统回油管道 推荐流速 m/s 0.5~ 1.5 3~ 6, 压力高, 管道短粘度小取大值 1.5~ 2.6 (1). 液压泵压油管道的内径: 取 v=4m/s 4Qdmv= 344 50 10××16.360 3.14 4Qdmmmv×===× 根据《机械设计手册》 成大先 P20-641 查得: 取 d=20mm,钢管的外径 D=28mm; 管接头联接螺纹 M27×2。 (2). 液压泵回油管道的内径: 取 v=2.4m/s 4Qdmv= 344 70.65 10××2560 3.14 2.4Qdmmmv××=== 根据《机械设计手册》 成大先 P20-641 查得: 取 d=25mm,钢管的外径 D=34mm; 管接头联接螺纹 M33×2。 3. 管道壁厚 的计算 2[ ]pdm= 式中: p管道内最高工作压力 Pa d管道内径 m [ ] 管道材料的许用应力 Pa, [ ] 管道材料的抗拉强度 Pa n安全系数, 对钢管来说,取 n=6; 17.5pMPabn = b7pMPa时, 取 n=8;17.5pMPa时, 时, 取 n=4。 根据上述的参数可以得到: 我 们 选 钢 管 的 材 料 为 45# 钢 , 由 此 可 得 材 料 的 抗 拉 强 度b=600MPa; 600MPa[ ] =150MPa4= (1). 液压泵压油管道的壁厚 6331.25 1020 10×2.12[ ]2 150×pdmmmMPa××=== (2). 液压泵回油管道的壁厚 6331.25 1025 10×2.62[ ]2 150×pdmmmMPa××=== 所以所选管道适用。 3. 3 液压系统的验算 上面已经计算出该液压系统中进, 回油管的内径分别为 32mm,42mm。 但是由于系统的具体管路布置和长度尚未确定, 所以压力损失无法验算。 3. 3. 1 系统温升的验算 在整个工作循环中, 工进阶段所占的时间最长, 且发热量最大。 为了 简化计算, 主要考虑工进时的发热量。 一般情况下, 工进时做功的功率损失大引起发热量较大, 所以只考虑工进时的发热量, 然后取其值进行分析。 当 V=10mm/s 时, 即 v=600mm/min 20.3244即 min/48Lq = 此时泵的效率为 0.9,贵州快3 泵的出口压力为 26MP, 则有 26 482360 0.9×6001470000××==输出230.6/min48 10×/minqD vmm==××= PKWKW×== 入 KWFvP33101060× 即KWP14.7=输出 此时的功率损失为: ()23 14.78.3PPPKWKW∆ ===入出 假定系统的散热状况一般, 取()CcmKWK×=23/1020, 油箱的散热面积 A 为 3322220.0650.06516509.08AVmm=×=×= 系统的温升为 38.335.720 10×9.08PtCCKA∆∆ ===× 根据《机械设计手册》 成大先 P20-767: 油箱中温度一般推荐 30-50 C所以验算表明系统的温升在许可范围内。  第四章 液压马达的结构设计 4. 1 液压马达主要尺寸的确定 1) 液压马达壁厚和外经的计算 液压马达的壁厚由液压马达的强度条件来计算。 液压马达的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。 从材料力学可知, 承受内压力的圆筒,其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。 一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 液压马达的内径 D 与其壁厚的比值D液压马达, 一般用无缝钢管材料, 大多属于薄壁圆筒结构, 其壁厚按薄壁圆筒公式计算 10/的圆筒称为薄壁圆筒。 工程机械的[ ]2Dpy 设 计 计 算 过 程 式中 液压马达壁厚(m); D液压马达内径(m); y p 试验压力, 一般取最大工作压力的(1.25-1 .5)倍 ()aMP ; [ ] 缸筒材料的许用应力。 无缝钢管: [ ]aMP110~100=。 y p =18.3 1.25×=22.9aMP 则[ ]35=(18.3 1.25) 0.32×0.332220y p Dmmm×==取在中低压液压系统中, 按上式计算所得液压马达的壁厚往往很小, 使缸体的刚度往往很不够, 如在切削过程中的变形、 安装变形等引起液压马达工作过程卡死或漏油。 因此一般不作计算, 按经验选取, 必要时按上式进行校核。 液压马达壁厚算出后, 即可求出缸体的外经1D 为 mmDD39035232021=×+=+ 2) 液压马达工作行程的确定 液压马达工作行程长度, 可根据执行机构实际工作的最大行程来确定, 并参阅液压系统设计简明手册P12表 2-6 中的系列尺寸来选取标准值。 液压马达工作行程选 500lmm= 缸盖厚度的确定 一般液压马达多为平底缸盖,其有效厚度 t 按强度要求可用下面两式进行近似计算。 无孔时 [ ]y pDt2433. 0 有孔时 [ ]()0222433. 0dDDpDty 式中 t缸盖有效厚度(m); 2D 缸盖止口 内径(m); 0 d 缸盖孔的直径(m)。 液压马达: 无孔时 322.90.433 320 10×63110tmmm××= 取 t=65mm 有孔时322.9 310××0.433 0.31 10×49.6100 270tmmm×= 取 t=50mm 3)最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时,从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离 H 称为最小导向长度( 如下图 2 所示)。 如果导向长度过小, 将使液压马达的初始挠度( 间隙引起的挠度) 增大, 影响液压马达的稳定性, 因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。 对一般的液压马达, 最小导向长度 H 应满足以下要求: 设 计 计 算 过 程 DLH+ 220式中 L液压马达的最大行程; D液压马达的内径。 活塞的宽度 B 一般取 B=(0.6-1 0)D; 缸盖滑动支承面的长度1l , 根据液压马达内径 D 而定; 当 D80mm 时, 取当 D80mm 时, 取为保证最小导向长度 H, 若过分增大之间增加一隔套 K 来增加 H 的值。 隔套的长度 C 由需要的最小导向长度 H 决定, 即 1 (6 . 0(6 . 0)D)dl0 . 1~1=; 。 l0 . 1~1=1l 和 B 都是不适宜的, 必要时可在缸盖与活塞()BlHC+=12滑台液压马达: 最小导向长度:2Hmm+= 取 H=200mm 活塞宽度: B=0.6D=192mm 缸盖滑动支承面长度: 10.6168ldmm== 隔套长度:()1240192 168+602Cmm== 所以无隔套。 液压马达缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。 缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。 一般液压马达缸体长度不应大于内径的 20-30 倍。 液压马达: 缸体内部长度192 500692LBlmmmm=+ =+= 当液压马达支承长度 LB (10-1 5)d 时, 需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。 本设计不需进行稳定性验算。 4. 2 液压马达的结构设计 液压马达主要尺寸确定以后, 就进行各部分的结构设计。 主要包括: 缸体与缸盖的连接结构、 活塞与活塞杆的连接结构、 活塞杆导向部分结构、 密封装置、 排气装置及液压马达的安装连接结构等。 由于工作条件不同, 结构形式也各不相同。 设计时根据具体情况进行选择。 设 计 计 算 过 程 1) 缸体与缸盖的连接形式 缸体与缸盖的连接形式与工作压力、 缸体材料以及工作条件有关。 本次设计中采用外半环连接, 如下图 6 所示: 缸体与缸盖外半环连接方式的优点: (1) 结构较简单 (2) 加工装配方便 缺点: (1) 外型尺寸大 (2) 缸筒开槽, 削弱了强度, 需增加缸筒壁厚 2)活塞杆与活塞的连接结构 参阅液压系统设计简明手册P1 5表 2-8, 采用组合式结构中的螺纹连接。 如下图 7 所示: 特点: 结构简单, 在振动的工作条件下容易松动, 必须用锁紧装置。 应用较多, 如组合机床与工程机械上的液压马达。 2) 活塞杆导向部分的结构 (1)活塞杆导向部分的结构, 包括活塞杆与端盖、 导向套的结构, 以及密封、 防尘和锁紧装置等。 导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向, 也可做成与端盖分开的导向套结构。 后者导向套磨损后便于更换, 所以应用较普遍。 导向套的位置可安装在密封圈的内侧, 也可以装在外侧。 机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构, 有利于导向套的润滑; 而油压机常采用装在外侧的结构, 在高压下工作时, 使密封圈有足够的油压将唇边张开, 以提高密封性能。 参阅液压系统设计简明手册P1 6表 2-9, 在本次设计中, 采用导向套导向的结构形式, 其特点为: 图 4.2: 活塞杆与活塞螺纹连接方式 导向套与活塞杆接触支承导向, 磨损后便于更换, 导向套也可用耐磨材料。 盖与杆的密封常采用 Y 形、 V 形密封装置。 密封可靠适用于中高压液压马达。 防尘方式常用 J 形或三角形防尘装置活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处的密封圈的选用, 应根据密封的部位、 使用的压力、 温度、 运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。 参阅液压系统设计简明手册P17表 2-1 0, 在本次设计中采用 O 形密封圈。 第五章 液压集成油路的设计 通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。 管式元件通过油管来实现相互之间的连接, 液压元件的数量越多, 连接的管件越多, 结构越复杂, 系统压力损失越大, 占用空间也越大, 维修、 保养和拆装越困难。 因此, 管式元件一般用于结构简单的系统。 板式元件固定在板件上, 分为液压油路板连接、 集成块连接和叠加阀连接。 把一个液压回路中各元件合理地布置在一块液压油路板上, 这与管式连接比较, 除了进出液压油液通过管道外, 各液压元件用螺钉规则地固定在一块液压阀板上, 元件之间由液压油路板上的孔道勾通。 板式元件的液压系统安装 、 调试和维修方便, 压力损失小, 外形美观。 但是, 其结构标准化程度差, 互换性不好, 结构不够紧凑, 制造加工困难, 使用受到限制。 此外, 还可以把液压元件分别固定在几块集成块上, 再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路, 这种方式与油路板比较, 标准化、 系列化程度高, 互换性能好, 维修、 拆装方便, 元件更换容易; 集成块可进行专业化生产, 其质量好、 性能可靠而且设计生产周期短。 使用近年来在液压油路板和集成块基础上发展起来的新型液压元件叠加阀组成回路也有其独特的优点, 它不需要另外的连接件, 由叠加阀直接叠加而成。 其结构更为紧凑, 体积更小, 重量更轻, 无管件连接, 从而消除了因油管、 接头引起的泄漏、 振动和噪声。 本次设计采用系统由集成块组成, 由于本液压系统的压力比较大, 所以调压阀选择DB/DBW 型直动溢流阀, 而换向阀等以及其他的阀采用广州机床研究所的 GE 系列阀。 5. 1 液压油路板的结构设计 液压油路板一般用灰铸铁来制造, 要求材料致密, 无缩孔疏松等缺陷。 液压油路板的结构如图 8 所示, 液压油路板正面用螺钉固定液压元件, 表面粗糙度值为 Ra0.8um,背面连接压力油管( P) 、 回油管( T) 、 泄露油管( L) 和工作油管( A﹑B) 等。 油管与液压油路板通过管接头用米制细牙螺纹或英制管螺纹连接。 液压元件之间通过液压油路板内部的孔道连接,除正面外,其它加工面和孔道的表面粗糙度值为 Ra6.3~ 12.5um. 此外液压油路板的安装固定也是很重要的。 油路板一般采用框架固定, 要求安装﹑维修和检测方便。 它可安装固定在机床或机床附属设备上, 但比较方便的是安装在液压站上。 5. 2 液压集成块结构与设计 5. 2. 1 液压集成回路设计 1) 把液压回路划分为若干单元回路, 每个单元回路一般由三个液压元件组成, 采用通用的压力油路 P 和回油路 T, 这样的单元回路称液压单元集成回路。 设计液压单元集成回路时, 优先选用通用液压单元集成回路, 以减少集成块设计工作量, 提高通用性。 2) 把各个液压单元集成回路连接起来, 组成液压集成回路, 一个完整的液压集成回路由底板、 供油回路、 压力控制回路、 方向回路、 调速回路、 顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。 液压集成回路设计完成后, 要和液压回路进行比较, 分析工作原理 是否相同, 否则说明液压集成回路出了差错。 5. 2. 2 液压集成块及其设计 液压绞车由底板﹑换向集成块﹑释压集成块﹑顶盖组成, 由紧固螺栓把它们连接起来, 再由四个螺钉将其紧固在液压油箱上,液压泵通过油箱与底板连接,组成液压站 ( 见第六章),液压元件分别固定在各集成块上, 组成一个完整的液压系统。 下面分别介绍其设计。 ( 1) 底板及供油块设计 为底板块及供油块, 其作用是连接集成块组。 液压泵供应的压力油 P 由底板引入各集成块, 液压系统回油路 T 及泄漏...