25kn单柱液压机液压系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

25kn单柱液压机液压系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

上面的例子中可以得到： 1）动是以液体作为工作介质来传递动力的。 2）液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不相同的。 3）压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下进行工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。 液压传动的组成部分 液压传动装置主要由以下四部分组成： 1）能源装置 —— 把机械能转换成油液液压能的装置。 最 常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油。 2）执行装置 —— 把油液的液压能转换成机械能的装置。 它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。 3) 控制调节装置 —— 对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。 例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。 这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。 4) 辅助装置 —— 上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。 它们对保证系统正常工作也有重要作用。 液压传动的优缺点 液压传动有以下一些优点： 1） 在同等的体积下，液压装置能比电气 装置产生出更多的动力，因为液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出 30~40 倍。 在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。 液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的 12%左右。 2） 液压装置工作比较平稳。 由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。 液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达 500次 /min，实现往复直线运动时可达 1000次 /min。 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 3 3） 液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达 2020），它还可以在运行的过程中进行调速。 4） 液压传动易于自动化，这是因为它对 液体压力、流量或流动方向易 于进行调节或控制的缘故。 当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，接受远程控制。 5） 液压装置易于实现过载保护。 液压缸和液压马达都能长期在失速状 态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。 液压件能自行润滑，使用寿命较长。 6） 由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、 制造和使用都比较方便。 液压元件的排列布置也具有较大的机动性。 7） 用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。 液压传动的缺点是： 1） 液压 传动不能保证严格的传动化，这是由液压油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。 2） 液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如此。 3） 液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。 4） 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。 5） 液压传动要求有单独的能源。 6） 液压传动出现故障时不易找出原因。 总的说来，液压传动的优点是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发 展而进一步得到克服。 白秋实： 25KN 单柱液压机液压系统设计 4 第 2 章 液压系统设计 明确设计要求并制定基本方案 设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。 在制定基本方案并进一步着手进行液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面的情况了解清楚。 单柱液压机主机概况： ① 液压机公称力 25 KN ② 液压系统最大工作压力 8 Mpa ③ 骨块行程 125 MM ④ 压头下行速度 45 mm/s ⑤ 压头上行速度 130 mm/s 制定液压系统基本方案 （ 1）确定液压执行元件的形式 在本设计中 ,液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。 液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中得到了广泛的应用。 液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸两类。 活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量，输出为推力和速度。 液压缸除了单个地使用外，还可以组合起来或和其它机构相结合，以实现特殊的功能。 根据参考文献 [2]表 我们选择活塞缸类中的单杆活塞液压缸，其特点及适用场合见表 21。 表 21 名称 特点 适用场合 单杆活塞液压缸 有效工作面积大，双向不对称 往返不对称的直线运动等 （ 2） 确定液压执行元件运动控制回路 1）为了实现液压缸的进和退，我们选择电磁换向阀作为液压系统的方向控制阀。 电磁换向阀的基本 工作原理是通过电磁铁控制滑阀阀芯的不同位置，以改变油液的流动方向。 当电磁铁断电时，滑阀由弹簧保持在中间位置或初始位置（脉冲式阀除外）。 若推动故障xxxxxxx 本科毕业设计说明书 5 检查按钮可使滑阀阀芯移动。 电磁换向阀在液压系统中的作用是用来实现液压油路的换向、顺序动作及卸荷等。 由于电磁铁的推力有限，电磁换向阀应用在流量不大的液压系统中。 2）为了实现其工进，可以选择调速阀或节流阀作为速度控制阀。 节流阀的调节应该轻便、准确。 在小流量调节时，如通流截面相对于阀心位移的变化率较小，则调节的精确性较高。 调节节流阀的开口，便可调节执行元件运动速度的大 小。 而调速阀的工作原理：液压泵出口（即调速阀进口）压力，由溢流阀调整，基本上保持恒定。 调速阀出口处的压力由活塞上的负载决定。 所以当负载增大时，调速阀进出口压差将将减小。 调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿，它适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。 因此，在本设计中选择调速阀作为速度控制阀。 （ 3） 液压源系统 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。 在无其它辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱， 溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的 作用。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量尽量与系统所需流量相匹配。 油液的净化装置是液压源中不可缺少的。 在此，我们在泵的小口装上粗滤油器。 进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精滤油器再次过滤。 为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁过滤器或其他型式的滤油器。 根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。 液压系统各液压元件的确定 液压介质的选择 液压介质应具有适宜的粘度和良好的粘温特性；油膜强度要高，具有较好的润滑性能；能抗氧化，稳定性好；腐蚀作用小，对 涂料、密封材料等有良好的适应性；同时液压介质还应具有一定的消泡能力。 选择液压介质时，除专用液压油外，首先是介质种类的选择。 根据液压系统对介质是否有抗燃性的要求，决定选用矿油型液压油或抗燃型液压液。 其次，应根据系统中所用液压泵的类型选用具有合适粘度的介质。 最后，还应考虑使用条件等因素，如环境温度、工作压力、执行机构速度等。 当工作温度在 60℃ 以下，载荷较轻时，可选用机械油；工作温度超过 60℃时，应选用汽轮机油或普通液压油。 若设备在很低温度下启动时须选用低凝液压油。 据参考文献 [2]表 中各普 通液压油质量指标及应用以及本设计中单柱液压机液压系统的要求选用 N32 号普通液压油，其各项质量指标见表 22。 白秋实： 25KN 单柱液压机液压系统设计 6 表 22 名称 N32 号普通液压油 代号 / 原牌号 YAN32 / 20 号 运动粘度 mm2/s (40℃ ) 28． 8~ 运动粘度 mm2/s (50℃ ) 17~23 粘度指数≥ 90 抗氧化安定性 (酸值达2mgKOH/g)≥ h 1000 凝点≤ ℃ 10 闪点 (开口 )≥ ℃ 170 防锈性 (蒸镏水法 ) 无锈 临界载荷≥ N 600 抗泡沫性 (93℃ )≤ ml 起泡 50 / 消泡 0 抗磨性（四球， DB） N 800 应用 适用于环境温度 0~40℃的各类中高压系统（适用工作压力为 拟定液压系统图 在这种单柱液压机上，实现了“工进 → 快退 → 停止”的动作循环（见图 21）。 可以进行冲剪、弯曲、翻边、装配、冷挤、成型等多种加工工艺。 表 2 3 示此单柱液压机的动作循环表，图 22 则是这种液压机的液压系统图，其滑块的工作情况如图所示。 换 向 延 时 快 退 停 止进 给停 止 图 21 单 柱液压机动作循环图 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 7 1 Y A 2 Y A7 油 箱1 Y B1 4 0叶 片 泵2 5 K N 单 柱 液 压 机 液 压 系 统 原 理 图6 Y D F 3 E 1 0 B B电 磁 溢 流 阀5 A X F 3 E 1 0 B单 向 顺 序 阀3 A Q F 3 E 1 0 B单 向 调 速 阀4 油 缸2 3 4 D F 3 O E 1 0 B D电 磁 换 向 阀 图 22 单柱液压机液压系统图 进油路 液压泵 1 → 电磁换向阀 2（左位）→ 单向调速阀 3 → 液压油缸 4上腔 回油路 液压油缸 4下腔 → 单向顺序阀 5 → 电磁换向阀 2（右位）→ 油箱 7 表 23 单柱液压机液压系统的动作循环表 动作名称 信号来源 电磁换向阀 2 的工作状态 滑块 工进 1YA通电 左位 快退 2YA通电 右位 液压系统主要参数计算 选系统工作压力 压力的选择要根据载荷大小和设备类 型而定。 还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。 在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。 一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。 公称力为 25KN 的单柱液压机属小型液压机类型，一般情况下，载荷不会太高，参考资料[2]表 ，初步确定系统工作压力为 4MPa。 白秋实： 25KN 单柱液压机液压系统设计 8 液压缸主要参数的确定 （ 1） 液压缸设计中应注意的的问题 液压缸的设计和使用正确与否，直接影响到它的性能和易否发生故障。 在这方面，经常碰到的是液压缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞下垂以及活塞杆的压杆失稳等问题。 所以，在设计液压缸时，必须注意如下几点： 1）尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或受压状态下具有良好的纵向稳定性。 2）考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。 缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应的措施。 但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。 3）正确确定液压缸的 安装、固定方式。 如承受弯曲的活塞杆不能用螺纹连接，要用止口连接。 液压缸不能在两端用键或销定们，只能在一端定位，为的是不致阻碍它在受热时的膨胀。 如冲击载荷使活塞杆压缩，定位件须设 置在活塞杆端，如为拉伸则设置在缸盖端。 4) 液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到 结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。 （ 2） 液压缸主要参数的确定 鉴于液压系统的最大工作压力 P1=8Mpa7Mpa 由参考文献 [1]表 52 推荐初定 d= 取液压缸 m = 则此时活塞所受推力 F N 由式 11 PFA （ 21） 61 10427778 A = cm2 )14( AD （ 22） = cm 则 d= D = cm 参考文献 [2]表 及表 对这些直径圆整成就近标准值时 得： D =100 mm d =70 mm 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为： 21  DA  cm2 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 9 )( 222  dDA  cm2 液压缸强度校核 液压缸的缸筒壁厚 δ 、活塞杆直径 d和缸盖处固定螺栓直径在高压系统中必须进行强度校核。 取：液压缸材料为 45钢，无缝钢管 活塞杆材料 45钢 （ 1）壁厚强度校核 根据参考文献 [2]表 及表 选择液压缸外径为 121mm 即液压缸壁厚 δ= 对于本系统： D ＜ 10 为厚壁 按壁筒计算：。