小型油压机的液压系统设计

小型油压机的液压系统设计内容摘要：

算示意图 1( 4 ) 0 .2 9 0 4ADm 55 0 . 2 9 0 4 0 . 2 6 566d D m     当按 GB234880 将这些直径圆整成进标准值时得： 320D mm , 280d mm 由此求得液压缸面积的实际有效面积为： 22 21 0 . 3 2 0 . 0 8 0 344DAm    2 2 2 2 22 ( ) ( 0 . 3 2 0 . 2 8 ) 0 . 0 1 8 8 444Dd      液压缸实际所需流量计算 ① 工作快速空程时所需流量 111cvAVQ  cv 液压缸的容积效率，取   31 30 .0 8 0 3 0 .3 1 0 6 0 1 5 0 6 ( )m in0 .9 6 1 0 LQ    ② 工作缸压制时所需流量 3122 30 . 0 8 0 3 0 . 0 1 1 0 6 0 5 0 . 1 8 7 5 ( )m in0 . 9 6 1 0cvAV LQ       ③ 工作缸回程时所需流量 3232 30 . 0 1 8 8 4 0 . 0 6 1 0 6 0 7 0 . 6 5 ( )m in0 . 9 6 1 0cvAV LQ       3． 2 液压元件的选择 3． 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 611 ( 2 5 1 ) 1 0 2 6pP P P M P a       上述计算所得的 pP 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 nP 应满足： / 26 / 31 .25npP P M pa   液压泵的最大流量应为： max()pLq K q  式中 pq 液压泵的最大流量 max()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 2~3 minL。 LK 系统泄漏系数，一般取 ~  ，现取 。 m a x( ) 1 . 1 ( 7 0 . 6 5 2 . 5 ) 8 0 . 4 6 5 m inpL Lq K q q       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 ） 510Pa ，最高可以达到 51000 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 pq 和 pP 在查阅相关手册《机械设计手册》成大先 P20195 得：现选用 63 14 1YCY B ，排量 63ml/r，额定压力 32Mpa，额定转速 1500r/min，驱动功率，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。 p 液压泵的总效率。 柱塞泵为 ~ ，取 p。 选用 1000r/min 的电动机 ，则驱动电机功率为：3 ( 1 8 . 3 5 0 ) 1 8 . 3 7( 6 0 0 . 8 2 )( 1 0 )ppp pPqN K W    选择电动机 180 4YM ，其额定功率为。 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 ：小型压力机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 63SCY14－ 1B 32Mpa，驱动功率 2 WU 网式滤油器 160 WU160*180 40 通径，压力损失 3 直动式溢流阀 120 DBT1/315G24 10 通径， 32Mpa，板式联接 4 背压阀 80 YF310B 10 通径， 21Mpa，板式联接 5 二位二通手动电磁阀 80 22EF3E10B 6 三位四通电磁阀 100 34DOB10HT 10 通径，压力 7 液控单向阀 80 YAF3E610B 32通径， 32MPa 8 节流阀 80 QFF3E10B 10通径， 16MPa 9 节流阀 80 QFF3E10B 10通径， 16MPa 10 二位二通电磁阀 30 22EF3BE10B 6 通径，压力 20 MPa 11 压力继电器 － DP163B 8 通径， MPa 12 压力表开关 － KFL8－ 30E 32Mpa， 6测点 13 油箱 14 液控单向阀 YAF3E610B 32通径， 32MPa 15 上液压缸 16 下液压缸 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 34DOB10HT 20 减压阀 40 JF310B 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=( )P MPa ， 钢管能承受高压，价格低廉，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。 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 ：液压系统各管道流速推荐值 油液流经的管道 推荐流速 m/s 液压泵吸油管 ～ 液压系统压油管道 3～ 6，压力高，管道短粘度小取大值 液压系统回油管道 ～ (1). 液压泵压油管道的内径： 取 v=4m/s 4Qdmv 34 4 5 0 1 0 1 6 . 36 0 3 . 1 4 4Qd m m mv   根据《机械设计手册》成大先 P20641 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= 4Qdmv 34 4 7 0 . 6 5 1 0 256 0 3 . 1 4 2 . 4Qd m m mv   根据《机械设计手册》成大先 P20641 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[ ]pd m  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， []bn  b —— 管道材料的抗拉强度 Pa n—— 安全系数，对钢管来说， 7p MPa 时，取 n=8； MPa 时， 取 n=6； MPa 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。 6 0 0 M Pa[ ] 1 5 0 M Pa4  (1). 液压泵压油管道的壁厚 633 1 . 2 5 1 0 2 0 1 0 2 . 12 [ ] 2 1 5 0pd m m mM P a      (2). 液压泵回油管道的壁厚 633 1 . 2 5 1 0 2 5 1 0 2 . 62 [ ] 2 1 5 0pd m m mM P a      所以所选管道适用。 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。 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 2 2 30 . 3 2 0 . 6 / m in 4 8 1 0 / m in44q D v m m       即 min/48Lq 此时泵的效率为 ，泵的出口压力为 26MP，则有 2 6 4 8 236 0 0 .9P K W K W入 KWFvP 33 1010606001470000  输出 即 KWP 输出 此时的功率损失为：  2 3 1 4 .7 8 .3P P P KW KW     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 332 2 2 20 .0 6 5 0 .0 6 5 1 6 5 0 9 .0 8A V m m     系统 的温升为 38 . 3 3 5 . 72 0 1 0 9 . 0 8Pt C CKA     根据《机械设计手册》成大先 P20767：油箱中温度一般推荐 3050C 所以验算表明系统的温升在许可范围内。 第四章 液压缸的结构设计 液压缸主要尺寸的确定 1) 液压缸壁厚和外经的计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 液压缸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。 液压缸的内径 D与其壁厚  的比值 10/ D 的圆筒称为薄壁圆筒。 工程机械的液压缸，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   2 Dpy 设 计 计 算 过 程 式中  —— 液压缸壁厚 (m)； D—— 液压缸内径 (m)； yp —— 试验。