液壓四柱萬能機(jī)設(shè)計(jì).doc

梧州學(xué)院液壓與氣動(dòng)課 程 設(shè) 計(jì)題 目：四柱萬能液壓機(jī)的設(shè)計(jì)系、班級(jí)：電子信息工程系、09機(jī)械5班（專升本）姓 名： 韋 靖指導(dǎo)老師： 劉兆紅二零一二年六月二十日目 錄一、設(shè)計(jì)目的3二、設(shè)計(jì)課題內(nèi)容、要求3三、明確四柱萬能液壓機(jī)的主要參數(shù)4四、確定主液壓缸、頂出液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸4五、計(jì)算液壓缸運(yùn)動(dòng)供油量6六、液壓系統(tǒng)元件、輔助元件的選擇7七、液壓系統(tǒng)原理圖9八、液壓系統(tǒng)工作分析10九、液壓系統(tǒng)主要性能驗(yàn)算（壓力損失、熱平衡）11十、液壓設(shè)計(jì)體會(huì)17十一、參考文獻(xiàn)17一、設(shè)計(jì)目的液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是讓學(xué)生更好地理解液壓傳動(dòng)的基本理論,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。了解各種元件的性能和特點(diǎn)，掌握液壓系統(tǒng)的組成，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理；掌握液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及其在工程實(shí)際中的應(yīng)用；通過設(shè)計(jì)課程使學(xué)生對液壓元件結(jié)構(gòu)及液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有更深刻的認(rèn)識(shí),并掌握必要的設(shè)計(jì)方法和一定的分析和解決問題的實(shí)際能力，為以后從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造、自動(dòng)化及使用維修方面的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)課題內(nèi)容、要求.1.設(shè)計(jì)課題內(nèi)容設(shè)計(jì)一臺(tái)四柱萬能液壓機(jī)，設(shè)該四柱萬能液壓機(jī)下行部件G=1.6噸，下行行程1.2m 1.5m。2.設(shè)計(jì)課題要求（1）確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸D，d（2） 繪制正式液壓系統(tǒng)圖，動(dòng)作表、明細(xì)表（3） 確定系統(tǒng)的主要參數(shù)（4） 進(jìn)行必要的性能驗(yàn)算（壓力損失、熱平衡）三、明確四柱萬能液壓機(jī)的主要參數(shù)液壓系統(tǒng)最高工作壓力P=30MPa，在本系統(tǒng)中選用P=25MPa；主液壓缸公稱噸位3150KN；主液壓缸用于沖壓的壓制力與回程力之比為8%，塑料制品的壓制力與回程力之比為2%，取800KN；頂出缸公稱頂出力取主缸公稱噸位的五分之一，取650KN；頂出缸回程力為主液壓缸公稱噸位的十五分之一，210KN；行程速度主液壓缸 快速空行程 V=40mm/s 工作行程 V=10mm/s 回程 V=40mm/s頂出液壓缸 頂出行程 V=50mm/s 回程 V=80mm/s四、確定主液壓缸、頂出液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸1.主液壓缸（1）主液壓缸內(nèi)徑D： 根據(jù)GB/T2346-1993，取標(biāo)準(zhǔn)值 D主=400mm（2）主液壓缸活塞桿徑d: 根據(jù)GB/T2346-1993，取標(biāo)準(zhǔn)值d主=250mm（3）主液壓缸有效面積：（其中A1為無桿腔面積，A2為有桿腔面積） （4）主液壓缸實(shí)際壓制力和回程力: （5）主液壓缸的工作力: A.主液壓缸的平衡壓力 B.主液壓缸工進(jìn)工作壓力 C.液壓缸回程壓力 2.頂出液壓缸(1) 頂出液壓缸內(nèi)徑: 根據(jù)GB/T2346-1993，取標(biāo)準(zhǔn)值D頂=200mm(2) 頂出液壓缸活塞桿徑: 根據(jù)GB/T2346-1993，取標(biāo)準(zhǔn)d頂=160mm(3) 頂出液壓缸有效面積（其中A3為無桿腔面積，A4為有桿腔面積）: (4) 頂出液壓缸的實(shí)際頂出力和回程力: (5) 頂出壓缸的工作力: 五、計(jì)算液壓缸運(yùn)動(dòng)供油量1主液壓缸的進(jìn)出油量 （1）主液壓缸空程快速下行的進(jìn)出油量： （2）主液壓缸工作行程的進(jìn)出油量： （3）主液壓缸回程進(jìn)出油量： 2. 頂出液壓缸退回行程的進(jìn)出油量（1）頂出液壓缸頂出行程的進(jìn)出油量： （2）頂出液壓缸退回行程的進(jìn)出油量： 六、液壓系統(tǒng)元件、輔助元件的選擇1.液壓系統(tǒng)元件的選擇（1）液壓系統(tǒng)快速空程供油方式： 由于供油量大，不宜采用由液壓泵供油方式，利用主液壓缸活塞等自重快速下行，形成負(fù)壓空腔，通過吸入閥從油箱吸油，同時(shí)使液壓系統(tǒng)規(guī)格降低檔次。（2）選定液壓泵的流量及規(guī)格：設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)最高工作壓力P=25MPa，主液壓缸工作行程，主液壓缸的無桿腔進(jìn)油量為： 主液壓缸的有桿腔進(jìn)油量為: 頂出液壓缸頂出行程的無桿腔進(jìn)油量為： 設(shè)選主液壓缸工作行程和頂出液壓缸頂出行程工作壓力最高（P=25MPa）工件頂出后不需要高壓。主液壓缸工作行程（即壓制）流量為75.36L/min，主液壓缸工作回程流量為229.6L/min，選用5ZKB732型斜軸式軸向柱塞變量泵，該泵主要技術(shù)性能參數(shù)如下：排量 234.3ml/r， 額定壓力 16MPa， 最大壓力 25MPa， 轉(zhuǎn)速 970r/min， 容積效率 96%。該液壓泵基本能滿足本液壓系統(tǒng)的要求。（3）液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率及電動(dòng)機(jī)的選擇：主液壓缸的壓制力與頂出液壓缸的頂出工作壓力均為P=25MPa，主液壓缸回程工作壓力為10.45MPa，頂出液壓缸退回行程工作壓力為18.58MPa，液壓系統(tǒng)允許短期過載，回此快速進(jìn)退選10.45MPa，q=200L/min，工進(jìn)選P=25MPa，q=75.36L/min，液壓泵的容積效率v=0.96，機(jī)械效率m=0.95，兩種工況電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為：由以上數(shù)據(jù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選取Y280S-6三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，該電動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)如下：額定功率 45KW， 滿載轉(zhuǎn)速 980r/min。2.液壓輔助元件的選擇（1）油箱容積： 上油箱容積： 根據(jù)GB2876-81標(biāo)準(zhǔn)，取其標(biāo)準(zhǔn)值630L。 下油箱容積： 根據(jù)GB2876-81標(biāo)準(zhǔn)，取其標(biāo)準(zhǔn)值1600L。（2）根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各元、輔件的實(shí)際流量，選擇的元、輔件的規(guī)格如下表所示。序 號(hào)元 件 名 稱實(shí)際流量規(guī) 格1斜軸式軸向柱塞變量泵227L/min5ZKB7322齒輪泵18L/minBBXQ3電動(dòng)機(jī)Y802-4三相異步電機(jī)4濾油器245L/minWU-250F5先導(dǎo)式溢流閥227L/minCG2V-8FW6溢流閥18L/minYF-L10B7電液換向閥227L/min24DY-B32H-Z8單向閥227L/minDF-L32H29壓力繼電器IPD01-H6L-Y10外控內(nèi)泄型順序閥227L/minXD4F-L32H11液控單向閥376L/minDFY-F50H212兩位四通電磁換向閥18L/min24D-10H-TZ13液控單向閥227L/minDFY-F32H214順序閥227L/minXD2F-L32H15主液壓缸16頂出液壓缸17電液換向閥227L/min24DY-B32H-Z18節(jié)流閥227L/minLDF-L32C19兩位兩通電磁換向閥227L/min22D-32B20先導(dǎo)式溢流閥227L/minCG2V-8FW21溢流閥227L/minYF-L32B七、液壓系統(tǒng)原理圖八、液壓系統(tǒng)工作分析A啟動(dòng)：電磁鐵全斷電，主泵卸荷。 主泵（恒功率輸出） 電液換向閥7的M型中位 電液換向閥17的K型中位 油箱B液壓缸15活塞快速下行： 1YA，5YA通電，電液換向閥7右位工作，控制油路經(jīng)電磁換向閥12打開液控單向閥13，接通液壓缸15下腔與液控單向閥13的通道。 進(jìn)油路：主泵（恒功率輸出） 電液換向閥7單向閥8 液壓缸15上腔 回油路：液壓缸15下腔 單向閥13 電液換向閥7 電液換向閥17的K型中位油箱 液壓缸活塞依靠重力快速下行形成負(fù)壓空腔：大氣壓油 吸入閥11 液壓缸15上腔C液壓缸15活塞接觸工件，慢速下行（增壓行程）： 液壓缸活塞碰行程開關(guān)2XK使5YA斷電，切斷液壓缸15下腔經(jīng)液控單向閥13快速回油通路，上腔壓力升高，同時(shí)切斷（大氣壓油 吸入閥11 上液壓缸15上腔）吸油路。 進(jìn)油路：主泵（恒功率輸出） 電液換向閥7 單向閥8 液壓缸15上腔 回油路：液壓缸15下腔 順序閥14 電液換向閥7 電液換向閥17的K型中位 油箱D. 保壓： 液壓缸15上腔壓力升高達(dá)到預(yù)調(diào)壓力，電接觸壓力表9發(fā)出信息，1YA斷電，液壓缸15進(jìn)口油路切斷，（單向閥8和吸入閥11的高密封性能確保液壓缸15活塞對工件保壓，利用液壓缸15上腔壓力很高，打開外控順序閥10的目的是防止控制油路使吸入閥11誤動(dòng)而造成液壓缸15上腔卸荷）當(dāng)液壓缸15上腔壓力降低到低于電接觸壓力表9調(diào)定壓力，電接觸壓力表9又會(huì)使1YA通電，動(dòng)力系統(tǒng)又會(huì)再次向液壓缸15上腔供應(yīng)壓力油。 主泵（恒功率輸出） 電液換向閥7的M型中位 電液換向閥17的K型中位 油箱，主泵卸荷。E保壓結(jié)束，液壓缸15上腔卸荷后： 保壓時(shí)間到位，時(shí)間繼電器電出信息，2YA通電（1YA斷電），液壓缸15上腔壓力很高，打開外控順序閥10，大部分油液經(jīng)外控順序閥10流回油箱，壓力不足以立即打開吸入閥11通油箱的通道，只能先打開吸入11的卸荷閥，實(shí)現(xiàn)液壓缸15上腔先卸荷，后通油箱的順序動(dòng)作，此時(shí)： 主泵1大部分油液 電液換向閥7 外控順序閥10 油箱F液壓缸15活塞快速上行： 液壓缸15上腔卸壓達(dá)到吸入閥11開啟的壓力值時(shí)，外控順序閥10關(guān)閉。 進(jìn)油路：主泵1 電液換向閥7 液控單向閥13 液壓缸15下腔 回油路：液壓缸15上腔 吸入閥11 油箱G頂出工件 液壓缸15活塞快速上行到位，碰行程開關(guān)1XK，2YA斷電，電液換向閥7復(fù)位，3YA通電，電液換向閥17右位工作。 進(jìn)油路：主泵1 電液換向閥7的M型中位 電液換向閥17 液壓缸16下腔 回油路：液壓缸16上腔 電液換向閥17 油箱H. 頂出活塞退回：4YA通電，3YA斷電，電液換向閥17左位工作 進(jìn)油路：主泵1 電液換向閥7的M型中位 電液換向閥17 液壓缸16有桿腔 回油路：液壓缸16無桿腔 電液換向閥17 油箱I. 壓邊浮動(dòng)拉伸： 薄板拉伸時(shí)，要求頂出液壓缸16無桿腔保持一定的壓力，以便液壓缸16活塞能隨液壓缸15活塞驅(qū)動(dòng)一同下行對薄板進(jìn)行拉伸，3YA通電，電液換向閥17右位工作，6YA通電，電磁閥19工作，溢流閥21調(diào)節(jié)液壓缸16無桿腔油墊工作壓力。 進(jìn)油路：主泵1 電液換向閥7的M型中位 電液換向閥17 液壓缸16無桿腔 吸油路: 大氣壓油 電液換向閥17 填補(bǔ)液壓缸16有桿腔的負(fù)壓空腔 九、液壓系統(tǒng)主要性能驗(yàn)算（壓力損失、熱平衡）（一）主液壓缸壓力損失的驗(yàn)算1、快速空行程時(shí)的壓力損失 快速空行程時(shí)，由于液壓缸進(jìn)油從吸入閥11吸油，油路很短，因此不考慮進(jìn)油路上的壓力損失，在回油路上，已知油管長度l=2m，油管直徑d=3210-3m，通過的流量q=3.8310-3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度15，由手冊查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 (1) 確定油流的流動(dòng)狀態(tài)，回油路中液流的雷諾數(shù)為 由上可知，回油路中的流動(dòng)是層流。 （2）沿程壓力損失p 在回油路上，流速 則壓力損失為 （3）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失列于下表中:元 件 名 稱額定流量實(shí)際流量額定損失實(shí)際損失液控單向閥250229.82168986電液換向閥*2250229.84675943若取集成塊進(jìn)油路壓力損失為30000Pa，回油路壓力損失為50000Pa，則回油路總的壓力損失為 2. 慢速加壓行程的壓力損失 在慢速加壓行程中，已知油管長度l=2m，油管直徑d=3210-3m，通過的流量進(jìn)油路q1=1.2610-3m3/s，回油路q2=0.7710-3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度15，由手冊查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 （1）確定油流的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)：油路中液流的雷諾數(shù)： 由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)是層流。（2）沿程壓力損失p 在進(jìn)油路上，流速 則壓力損失為 在回油路上，流速 則壓力損失為 （3）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失列于下表中:元 件 名 稱額定流量實(shí)際流量額定損失實(shí)際損失單向閥8075.62182883電液換向閥250229.84337973順序閥5046.23256133若取集成塊進(jìn)油路壓力損失為30000Pa，回油路壓力損失為50000Pa，則進(jìn)油路總的壓力損失為 回油路總的壓力損失為 3. 快速退回行程的壓力損失 在快速退回行程中，主液壓缸從順序閥10卸荷，油路很短，壓力損失忽略不計(jì)，已知油管長度l=2m，油管直徑d=3210-3m，通過的流量進(jìn)油路q1=3.8310-3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度15，由手冊查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 （1）確定油流的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為 由上可知，進(jìn)油路中的流動(dòng)是層流。 （2）沿程壓力損失p 在進(jìn)油路上，流速 則壓力損失為 （3）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失列于下表中:元 件 名 稱額定流量實(shí)際流量額定損失實(shí)際損失單向閥250229.82168986電液換向閥250229.84337973若取集成塊進(jìn)油路壓力損失為30000Pa，回油路壓力損失為50000Pa，則進(jìn)油路總的壓力損失為 （二）頂出液壓缸壓力損失驗(yàn)算1. 頂出行程的壓力損失 在頂出液壓缸頂出行程中，已知油管長度l=2m，油管直徑d=3210-3m，通過的流量進(jìn)油路q1=1.5710-3m3/s，回油路q2=0.5710-3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度15，由手冊查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 （1）確定油流的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為 ：回油路中液流的雷諾數(shù)為 ： 由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)是層流。 （2）沿程壓力損失p 在進(jìn)油路上，流速 則壓力損失為 在回油路上，流速 則壓力損失為 （3）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失列于下表中:元 件 名 稱額定流量實(shí)際流量額定損失實(shí)際損失電液換向閥25094.2/34.2456791/7486若取集成塊進(jìn)油路壓力損失為30000Pa，回油路壓力損失為50000Pa，則進(jìn)油路總的壓力損失為 回油路總的壓力損失為 2. 頂出液壓缸退回行程的壓力損失 在慢速加壓行程中，已知油管長度l=2m，油管直徑d=3210-3m，通過的流量進(jìn)油路q1=0.910-3m3/s，回油路q2=2.5110-3m3/s。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度15，由手冊查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度v=1.5cm2/s，油的密度=900kg/m3，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 （1）確定油流的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為 ：回油路中液流的雷諾數(shù)為 ： 由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)是層流。 （2）沿程壓力損失p 在進(jìn)油路上，流速 則壓力損失為 在回油路上，流速 則壓力損失為 （3）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失列于下表中:元 件 名 稱額定流量實(shí)際流量額定損失實(shí)際損失電液換向閥25054/150.6418662/145154若取集成塊進(jìn)油路壓力損失為30000Pa，回油路壓力損失為50000Pa，則進(jìn)油路總的壓力損失為 回油路總的壓力損失為 從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各種工況