小型液压机的液压系统课程设计

1、攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目：小型液压机的液压系统学生姓名：vvvvvv学号 :vvvvvvvv所在院（系）：机械工程学院专 业：班 级：指导 教师：vvvvvv职 称：vvvv2014年 06 月15 日攀枝花学院教务处制课程设计（论文）指导教师成绩评定表指导教师评语题目名称专用铣床的液压系统设计（按实际替换）评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学 工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠 道获取与课程设计有关的材料.03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能 力 水 平 35%04综

2、合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题， 能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得 出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并 较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种 信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设 计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、 操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清 晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机 进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等.08对计算或实验结果的分析 能力（综合分析能力、技术 经济分析能力）10具有较强的数据收集、分

3、析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇 幅、设计（论文）规范化 程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本 文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分， 结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩年 月曰指导教师签名:攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目小型液压机的液压系统设计1、课程设计的目的液压系统的设计和计算是机床设计的一部分。设计的任务是根据机床的功用、运动循环 和性能等要求，设计出合理的液压系统图，再经过必要的计算，确定液压系统的主要参数, 然后根据计算所得的参

4、数，来选用液压元件和进行系统的结构设计.使学生在完成液压回路设计的过程中，强化对液压元器件性能的掌握，理解不同回路 在系统中的各自作用。能够对学生起到加深液压传动理论的掌握和强化实际运用能力的锻 炼。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）要求学生在完成液压传动课程学习的基础上，运用所学的液压基本知识，根据液压元件、 各种液压回路的基本原理，独立完成液压回路设计任务。设计一台小型液压机的液压系统，要求实现的工作循环：快速空程下行 慢速加压一一保压一一，快速回程-一停止。快速往返速度为4m/min，加压速度为 40250mm/min，压制力为300000N，运动部件总重量为

5、20000N.设计结束后提交: 5000字的课程设计论文；液缸CAD图纸2号一张；三号系统图纸一张。3、主要参考文献1左健民.液压与气压传动.第2版。北京机械工业出版社2004.章宏甲.液压与气压传动。第2版。北京机械工业出版社2001。许福玲。液压与气压传动.武汉华中科技大学出版社2001。张世伟。液压传动系统的计算与结构设计。宁夏人民出版社。1987.液压传动手册。北京机械工业出版社2004.4、课程设计工作进度计划内容学时明确机床对液压系统的要求，进行工作过程分析2初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制12确定液压系统方案，拟订液压系统图8选择液压元件和确定辅助装置8液压系统

6、的性能验算2液压装置的结构设计，绘制工作图及编制技术文件8合计1周指导教师（签字）|日期 | 2014年05月20日教研室意见：年 月 日学生（签字）：接受任务时间：年 月 日目录前言5一设计题目6二技术参数和设计要求6三工况分析6四拟定液压系统原理71。确定供油方式72。调速方式的选择73。液压系统的计算和选择液压元件84。液压阀的选择105。确定管道尺寸106。液压油箱容积的确定117。液压缸的壁厚和外径的计算118。液压缸工作行程的确定119。缸盖厚度的确定1110。最小寻向长度的确定1111。缸体长度的确定12五液压系统的验算131压力损失的验算132系统温升的验算153螺栓校核16总

7、结17参考文献错误!未定义书签。刖言液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利 用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。相对于电力拖动和机械 传动而言，液压传动具有输出力大，重量轻，惯性小，调速方便以及易于控制等 优点，因而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备上。作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各 领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高、 配置灵活方便、调速范围大、工作平稳且快速性好、易于控制并过载保护、易 于实现自动化和机电液一体化整合、系统设计制造和使用维护方便等多种显著 的技术优势，因而使

8、其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本 技术要素。液压压力机是压缩成型和压注成型的主要设备，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。本文根据小型压力机的用途、 特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要 的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行 系统的结构设计。小型压力机的液压系统呈长方形布置，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.-设计题目小

9、型液压机液压设计二技术参数和设计要求设计一台小型液压压力机的液压系统，要求实现快速空程下行、慢速加压、 保压、快速回程、停止的工作循环，快速往返速度为4m/min，加压速度为40一 250mm/min，压制力为300000N,运动部件总重力为20000N,油缸垂直安装，设计 该压力机的液压传动系统。三工况分析首先根据已知条件绘制运动部件的速度循环图.V(m/min)图31计算各阶段的外负载并绘制负载图1、工件的压制力即为工件的负载力:F=300000N2、摩擦负载静摩擦系数取0。2，动摩擦系数取0.1则静摩擦阻力 Ffs=0.2*20000=4000N动摩擦阻力 Ffd=0。1*20000=2

10、000N3、惯性负载 Fm=m(Av/At)t为加速或减速的时间一般At=0。010.5s，在这里取At=0。2sFm= (20000*4) / (10*0。2*60) =667N自重 G=20000N液压缸在各工作阶段的外负载工作循环外负载F（N）启动F=G+Ffs24000N加速F=G+Fm+Ffd22667N快进F=G+Ffd22000N共进F=G+Ft+Ffd322000N快退F=GFfd18000N负载循环图如下F(N)24000图32四拟定液压系统原理1。确定供油方式考虑到该机床压力要经常变换和调节，并能产生较大的压制力，流量大，功 率大，空行程和加压行程的速度差异大，因此采用一高

11、压泵供油2。调速方式的选择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得液压系统原理图3。液压系统的计算和选择液压元件液压缸主要尺寸的确定工作压力P的确定。工作压力P可根据负载大小及机器的类型，来初 步确定由手册查表取液压缸工作压力为25MPa。计算液压缸内径D和活塞杆直径d。由负载图知最大负载F为320000N， 按表22取p2可不计，考虑到快进，快退速度相等，取d/D=0.7D=4Fw/ nplncm 1/2=0.13 (m)根据手册查表取液压

12、缸内径直径 D=140 (mm)活塞杆直径系列取d=100(mm)取液压缸的D和d分别为140mm和100mm。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度AQmin/Vmin=0.05x1000/3=16.7(cm2 )液压缸节流腔有效工作面积选取液压缸有杆腔的实际面积，即A?= n(D2 d2) /4=3。14X( 14021002) /4 =75.36 cm2满足不等式，所以液压缸能达到所需低速计算在各工作阶段液压缸所需的流量Q （快进）=nd2v （快进）/4=3.14x0.1x0。1x3/4=23。55L/minQ（工进）=nD2v （工进）/4=3。14x0.14x0.14x0.4/4=

13、6.15L/minQ（快退）=n （D2d2）（快退）v /4=22.61 L/min（3）确定液压泵的流量，压力和选择泵的规格泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进油管有一定的压力损失，所以泵的工作压力为P = P +Z Ap式中，Pp 一液压泵最大工作压力；P1-执行元件最大工作压力；z A 进油管路中的压力损失，简单系统可取0.20.5Mpa。故可取压力损失EAP1=0.5Mpa故一七= 二二=25+0。5=25。5MP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度阶段 出现的动态压力往往超出静态压力，另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的 寿命，因此选泵的压力值Pa应为P

14、a 1。25Pb-1.6Pb因此 Pa=1.25Pp=1。25x 25.5=31.875MPa泵的流量确定，液压泵的最大流量应为QKL （E Q） max油液的泄露系数KL=1.2故 Qp=KL （EQ）max=1.2x 23.55=28。26L/min选择液压泵的规格根据以上计算的Pa和Qp查阅相关手册现选用IGP5-032型的内啮合齿轮泵，nmax= 3000 r/minnmin=400r/min额定压力p0=31 5Mpa，每转排量q=33。1L/r，容积效率中=85%,总效率门=0。 7。与液压泵匹配的电动机选定首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电 动机规

15、格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般在 流量在0。2-1L/min范围内时，可取门=0。03 0。14.同时还应该注意到，为了 使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率时不至停转，需进行演算， 即PaXQp/门 Pd ,式中，Pd一所选电动机额定功率；Pb一内啮合齿轮泵的限定 压力；Qp 压力为Pb时，泵的输出流量。首先计算快进时的功率，快进时的外负载为7500N，进油时的压力损失定为0.3MPa。Pb=7500/ (0.1x0。1 ;/4)x10-6+0.3=1.26MPa快进时所需电机功率为：F快进=三二 1.26x28。26/60 x0.7=0.85kw工

16、进时所需电机功率为：P=Ppx6.15/ (60 x0.7) =0。18kw查阅电动机产品样本，选用Y90S 4型电动机，其额定功率为1.1KW ,额定转速为1400r/min液压阀的选择根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格.选定的液压元件如表所示序号元件名称最大流量(L/min最大工作压力(Mpa)型号选择1滤油器72。4XU-D32X100XU-D32X1002液压泵49。634. 5IGP5-323三位四通电磁阀60.32534YF30-E20B4单向调速阀3040ADTL105二位三通电磁阀60.323YF3B-E20B6单向阀18150031。5SA10

17、7压力表开关35KF28确定管道尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可接管路允许流 速进行计算，本系统主要路流量为差动时流量Q=471L / min压油管的允许流速 取 V=3m/s 则内径 d 为 d=4。6 (47。1/3) 1/=18。2mm若系统主油路流量按快退时取Q=2261L/ min,则可算得油管内径d=17.9mm. 综合d=20mm吸油管同样可按上式计算(Q=49.6L/min,V=2m/s)现参照YBX-16变量泵 吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为29mm液压油箱容积的确定根据液压油箱有效容量按泵的流量的57倍来确定则选用容量为400L。液压缸的壁厚和外

18、径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是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，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆 筒，起重运输机械和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ZNPD/2 o=38.25X140/2X100=26。78mm (o=100110MP)故取Z =30mm液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径D1为D1ND+2 Z =140+2X30=200mm液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作烦人最大行程来确定，查表 的系列尺寸选取标准值L=30

19、0mm。缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两个公式进行 近似计算无孔时：tN0.433D (P/。) =23.2mm有孔时：tN0。433 D (P D / (D -d ) 1/2式中，2220t缸盖有效厚度D缸盖止口内直径D2缸盖孔的直径最小寻向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H 称为最小导向长度过小，将使液压缸的初试挠度增大，影响液压缸的稳定性， 因此，设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求H =L/20+D/2=400/20+140/2=90mm取 H=95mm活塞宽度B=

20、 （0.61。0） D=1401缸体长度的确定液压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，一般的液压缸的缸体长度不应大于内径地2030倍 一、液压元件的选择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 = P +AP = （25 + 1）x 106 = 26MPap 11上述计算所得的P是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段 出现的动态压力往往超过静态压力，另外

21、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Pn应满足：P = P /0.8 = 26/0.8 = 31.25Mpa液压泵的最大流量应为：Pq 匕（ q）式中q -液压泵的最大流量3（q）P -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 max进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量23 L min.K广系统泄漏系数，一般取K广1.11.3，现取、=1.1。qp=KL（Eq） +EAq=1.1* （393+2。5）=395.5L/min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

22、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 ） X105Pa，最高可以达到1000X105Pa。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qp和P在查阅相关手册

23、机械设计手册成大先P20-195得：现选用63YCY14- 1B ,排量63ml/r,额定压力32Mpa,额定转速 1500r/min,驱动功率59。2KN，容积效率92%，重量71kg,容积效率达92%.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.门-液压泵的总效率.柱塞泵为 0.80 0.85，取门-0.82。选用1000r/min的电动机，则驱动电机功率为：N广 PP X 步03 气广(183X5%0X0.82) T8.37选择电动机 Y180M-4，其额定功率为18。5KW。五液压系统的验算

24、已知该液压系统中进回油管的内径均为12mm，各段管道的长度分别为： AB=0.3mAC=1。7m AD=1.7m DE=2m .选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温 度为15C查得15C时该液压油曲运动粘度V=150cst=1.5cm/s，油的密度P =920kg / m1压力损失的验算1。工作进给时进油路压力损失，运动部件工作进给时的最大速度为0。25m/min ,进给时的最大流量为23.55L/min，则液压油在管内流速V为： V1=Q/ (ndd/4) = (23。55X 1000) / (3.14X2.9X2。/4)=59。45(cm / s)管道流动雷诺数Rel为Rel=59。4

25、5X3。2/1.5=126.8Rel 2300可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数入l=75Rel=0.59进油管道的沿程压力损失 P为：AP1-1=Xl/(l/d) (P V/2 )=0.59X( 1.7+0。3 )/(0.029X920X0.592/2) =0.2MPa查得换向阀34YF30-E20B的压力损失AP=0。05MPa忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失,则进油路总压力损失A P 为：AP1=AP11+AP1-2= (0。2X1000000+0。05X1000000) =0.25MPa工作进给时间回油路的压力损失，由于选用单活塞杆液压缸且液压缸有 杆腔的工作面积为

26、无杆腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油 管的二分之一，则：V2=V/2=29。7(cm/s)Rel=V2d / r=29.7 X 2 / 1.5=57。5入 2=75/Rel=75 /57。5=1。3回油管道的沿程压力损失 P为：A P21=入 /(I / d) X( P X VXV / 2) =1.3 X 2 / 0。029 X 920 X 0。5952/2=0.56MPa查产品样本知换向阀23YF3B-E20B的压力损失AP=0.025MPa.换向阀34YF30E20B的压力损失A P=0.025MPa ,调速阀ADTL-10的压力损失AP=0.5MPa回油路总压力损失AP为A

27、 P2= A P21+A P2-2+A P2-3+A 2-4=0.55+0.025+0。025+0.5=1。1MPa3。变量泵出口处的压力P:Pp= (F/ncm+A2AP2)/(A1+AP1)=(307500/0。9+0。00785X1。1X100)/0。01539+0。15=22.4MPa4。快进时的压力损失，快进时液压缸为差动连接，自会流点A至液压缸进油 口 C之间的管路AC中，流量为液压泵出口流量的两倍即26L/min,AC段管 路的沿程压力损失为AP11为V1=Q/( n dXd/4) =45.22X1000 / (3.14X2X2/4X 60)=240.02 (cm / s)Rel

28、=vld/r=320.03入 1=75/rel=0.234AP1-1=X(l/d)X(pV2)=0。234. X(1。7 / 0.02) X( 920 X 2.4X2.4X2)=0.2MPa同样可求管道AB段及AD段的沿程压力损失A P1-2 A P1-3为V2=Q /(n dxd / 4)=295cm / s Re2=V/d/r=236V2=75Re2=0。 38P1-2=0.024MPaP1-3=0.15MPa查产品样本知，流经各阀的局部压力损失为：34YF30E20B 的压力损失, P21=0.17MPa23YF3BE20B 的压力损失，AP21=0。17MPa据分析在差动连接中，泵的出口压力为PP=2 A P12+ A P1-2+ A P22+ P2-1+ P22+F / A2 n cm=2X0。2+0.024+0。15+017+0。17+25 / 0.00785X0。9=0.18MPa快退时压力损失验算亦是如此，上述验算表明，无需修改远设计。2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，为了简化计算，主要考 虑工进时的发热量，一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变 量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大、最小时的发热量， 然后加以比较，取数值大