擴(kuò)管機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、摘 要 液壓技術(shù)是現(xiàn)代制造的基礎(chǔ)，它的廣泛應(yīng)用，很大程度上代替了普通成型加工，全球制造業(yè)發(fā)生了根本性變化。因此，液壓技術(shù)的水準(zhǔn)、擁有和普及程度，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家綜合國力和現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。為適應(yīng)這種行勢(shì)，需要大量設(shè)計(jì)一些液壓機(jī)的工作系統(tǒng)。本次就是要設(shè)計(jì)一款四柱液壓系統(tǒng)。液壓技術(shù)已被世界各國優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵工業(yè)技術(shù)，成為當(dāng)代國際間科技競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)。 四柱液壓機(jī)由主機(jī)及控制機(jī)構(gòu)兩大部分組成。液壓機(jī)主機(jī)部分包括液壓缸、衡量、立柱及充液裝置等。動(dòng)力機(jī)構(gòu)由油箱、高壓泵、控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、壓力閥、方向閥等組成。液壓機(jī)采用plc控制系統(tǒng)，通過泵和油缸及各種液壓閥實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動(dòng)

2、作的循環(huán)。該系列液壓機(jī)具有獨(dú)立的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)，并采用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式。 該液壓機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作靈敏可靠，能耗小，噪音低，壓力和行程可在規(guī)定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)中，通過查閱大量文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)了液壓缸的尺寸，擬訂哦液壓原理圖。按壓力和流量的大小選擇了液壓泵，電動(dòng)機(jī)，控制閥，過濾器等液壓元件和輔助元件。關(guān)鍵詞： 液壓機(jī)： 液壓缸： 四柱： 液壓泵目 錄緒論11 設(shè)計(jì)題目2 1.1 設(shè)計(jì)課目2 1.2 主要性能參數(shù)如下2 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)22 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3 2.1 進(jìn)行工況分析3 2.2 擬定液壓系系統(tǒng)原理圖4 2.3 確定液壓缸主要尺寸5 2.3.

3、1 計(jì)算液壓缸壓力5 2.3.2 計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑d和活塞桿直徑5 2.3.3 計(jì)算液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段的壓力、流量和功率63 確定液壓泵的流量和壓力以及泵的規(guī)格的選定8 3.1 泵的工作壓力的確定8 3.2 泵的流量的確定8 3.3 選擇液壓泵的規(guī)格8 3.4 與液壓泵匹配電動(dòng)機(jī)的選定9 3.5選擇控制元件及輔助元件9 3.6 油管的計(jì)算與選擇94 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算10 4.1 回路壓力損失驗(yàn)算10 4.2 液壓回路的效率13 4.3液壓系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算14總結(jié)15參考文獻(xiàn)16致謝17緒 論液壓機(jī)是一種以液體為工作介質(zhì)，用來傳遞能量以實(shí)現(xiàn)各種工藝的機(jī)器。液體在密閉的容器中傳遞壓力時(shí)是遵循帕斯卡定律。

4、液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)和工作介質(zhì)組成。本次設(shè)計(jì)主要介紹小型四柱式結(jié)構(gòu)液壓機(jī)。四柱式結(jié)構(gòu)為液壓機(jī)最常見的結(jié)構(gòu)形式之一。四柱式結(jié)構(gòu)最顯著的特點(diǎn)是工作空間寬敞、便于四面觀察和接近模具。整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性較好，但立柱需要大型圓鋼或鍛件。液壓機(jī)在一定的機(jī)械、電子系統(tǒng)內(nèi)，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓、傳遞、放大。實(shí)現(xiàn)機(jī)械功能的輕巧化、科學(xué)化、最大化。液壓機(jī)械具有重量輕、功率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局靈活、控制方便等特點(diǎn)，速度、扭矩、功率均可做無級(jí)調(diào)節(jié)，能迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬，快速性能好，工作平穩(wěn)、噪音小，使用于金屬材料壓制工藝，如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等。也可

5、從事于校正、正裝、砂輪成型、冷熱擠壓金屬等同樣適應(yīng)于非金屬材料，如塑料、粉末冶金、絕緣材料等壓制成型，以及有關(guān)壓制方面的新工藝、新技術(shù)的試驗(yàn)研究等。已經(jīng)廣泛應(yīng)用到醫(yī)療、科技、軍事、工業(yè)、自動(dòng)化生產(chǎn)、運(yùn)輸、礦山、建筑、航空等領(lǐng)域。液壓機(jī)有多種型號(hào)規(guī)格，其壓制力從幾十噸到上萬噸。用乳化液做介質(zhì)的液壓機(jī)，被成為水壓機(jī)，產(chǎn)生的壓制力很大，多用于重型機(jī)械廠和制造廠等。用礦物型液壓油做工作介質(zhì)的液壓機(jī)，被稱做油壓機(jī)，產(chǎn)生的壓制力很小，在許多工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。液壓機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)： （1）高速化，高效化，低能化。提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 （2）機(jī)電液一體化。充分合理利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)

6、促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。 （3）自動(dòng)化，智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件。自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)在加工上，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障與處理的功能。 （4）液壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄露和污染。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來方便。1 設(shè)計(jì)題目1.1 設(shè)計(jì)課目 擴(kuò)管機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2 主要性能參數(shù)如下 (1) 工作壓力：016mpa。 (2) 工進(jìn)缸負(fù)載2.5噸，運(yùn)動(dòng)速度085mm/s。 (3) 夾緊缸負(fù)載1噸，運(yùn)動(dòng)速度040mm/s。 (4) 要求工作循環(huán)為：夾緊快進(jìn)工進(jìn)快退松開。 (5) 自動(dòng)油溫控制，油溫為2

7、550。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù) (1) 擬定液壓系統(tǒng)圖，完成整個(gè)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，合理選擇元件。 (2) 完成泵站與閥站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫出閥塊、油箱零件圖及裝配圖，泵站及閥站的配圖等。 (3) 總制圖量折合為2.5張1號(hào)圖，設(shè)計(jì)計(jì)算說明書為0.5萬字以上。 2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 進(jìn)行工況分析液壓缸的外負(fù)載主要包括：工作負(fù)載，慣性負(fù)載，導(dǎo)軌摩擦阻力，即 （2.1）式中： ：工作負(fù)載。對(duì)于擴(kuò)管機(jī)而言，工作負(fù)載與擴(kuò)口力在大小上相等，本題中 ：運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載 （2.2） （m：運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量m=30kg,=5m/s,：加速或減速的時(shí)間，一般=0.01-0.05s，這里取0.05s。）即

8、 ：導(dǎo)軌摩擦阻力。為了使活塞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)及減少摩擦，在活塞與錐形凸模之間設(shè)計(jì)一連桿滑塊機(jī)構(gòu)，并置于平導(dǎo)軌之上。 動(dòng)摩擦： 靜摩擦：表2-1：工作循環(huán)各階段的外負(fù)載 工作循環(huán) 外負(fù)載f(n) 啟動(dòng)，加速 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 2.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 (1) 確定供油方式考慮到該機(jī)器在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低；而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較大。從節(jié)省能量，減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油。本題采用齒輪泵。 (2) 調(diào)速方式選擇 進(jìn)給速度控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥，現(xiàn)采用節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高，發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，具有承載負(fù)擴(kuò)口力的能力。本系統(tǒng)采用電磁換向閥的快慢換

9、接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)速行程比較方便，發(fā)的安裝也較容易。 (3) 夾緊回路的選擇 采用三位四通換向閥，在回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。最后把所選擇的液壓回路組合起來如圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖，如圖2-1 圖2-1 系統(tǒng)原理圖 1.油箱 2.濾油器 3.液壓泵 4.三位四通電磁換向閥 5.單向順序閥 6.(工作）液壓缸 7.錐形凸模 8.工件 9.夾頭 10.(夾緊）液壓缸 11.連桿 12.單向順序閥 13.溢流閥【工作原理】 開始工作時(shí)，把要擴(kuò)管徑的鋼管置于夾頭之間，按下按鈕使1ya通電，則電磁換向閥4的左位接入回路，當(dāng)單向順序閥5的調(diào)定壓力大于液壓缸10

10、的最大前進(jìn)工作壓力時(shí)，壓力油先經(jīng)過單向減壓閥12，再進(jìn)入液壓缸11的下腔，實(shí)現(xiàn)夾緊工件動(dòng)作；當(dāng)鋼管夾緊后，壓力上升，壓力油打開單向順序閥5進(jìn)入液壓缸6的左腔，實(shí)現(xiàn)擠壓擴(kuò)管動(dòng)作；按下另一按鈕2ya通電則電磁換向閥右位接入回路，也因另一單向順序閥的調(diào)定壓力大于液壓缸6的最大返回工作壓力時(shí)，液壓6實(shí)現(xiàn)拔出返回動(dòng)作；當(dāng)液壓缸活塞返回至終點(diǎn)后，壓力上升，壓力油打開順序閥進(jìn)入液壓缸10的上腔，實(shí)現(xiàn)松開動(dòng)作，取出被擴(kuò)展的鋼管，這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)工作循環(huán)。2.3 確定液壓缸的主要尺寸2.3.1 計(jì)算液壓缸壓力 考慮到工作的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的緊湊性，工作壓力初定為13mpa 2.3.2 計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑d和活塞桿直徑

11、圖2.2：?jiǎn)位钊麠U液壓缸計(jì)算示意圖 計(jì)算簡(jiǎn)圖如下: 計(jì)算公式如下: （2.3） 式中：-液壓缸的機(jī)械效率，一般=0.90-0.97，這里取=0.97 -系統(tǒng)工作壓力，13mpa -回油背壓，0.3mpa 【參考文獻(xiàn)1中表2-2】 -活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，這里取=0.7 【參考文獻(xiàn)1中表2-3】 計(jì)算得：d=49.03mm d=34.321mm 圓整得：d=50mm d=36mm 確定夾緊液壓缸的活塞及活塞桿直徑 夾緊缸的工作壓力，回油背壓力， 同理計(jì)算得：d=51.78mm d=36.25mm 圓整得： d=50mm d=36mm按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度： （2.4）液壓缸

12、有桿腔的有效面積 可見上述不等式正確，所以液壓缸滿足最小穩(wěn)定速度要求，式中是流量閥最小穩(wěn)定流量，在此取流量閥最小穩(wěn)定流量為0.5l/min，是活塞最低進(jìn)給速度，是已知條件。2.3.3 計(jì)算液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段的壓力、流量和功率 3 確定液壓泵的流量和壓力以及泵的規(guī)格的選定3.1 泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為： （3.1）式中：液壓泵的最大工作壓力 液壓缸的最高有效工作壓力 管路系統(tǒng)的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.20.5mpa，本題取0.5mpa 則: 上述計(jì)算所得到的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓

13、力，另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足，中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。本題中。3.2 泵的流量的確定液壓泵最大流量應(yīng)為： （3.2）式中：同時(shí)動(dòng)作各液缸所需流量之和的最大值，如果這時(shí)溢流閥正常進(jìn)行尚須 加溢流閥的最小溢流量23l/min， 系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取，現(xiàn)取。則： 3.3 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上算得查閱文獻(xiàn)3，可用t6型定量葉片泵，該泵的基本參數(shù)：排量容積效率為0.8，總效率為0.7（從文獻(xiàn)3表1-2得）。3.4 與液壓泵匹配電動(dòng)機(jī)的選定 因該系統(tǒng)選用的是定量泵，驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率和泵的轉(zhuǎn)速來選擇。在整個(gè)工作循環(huán)中，泵的壓力和流量

14、在較多時(shí)間內(nèi)皆達(dá)到最大工作值時(shí)，則電動(dòng)機(jī)功率為： （3.3）式中根據(jù)查閱文獻(xiàn)5表16-1，y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)，選用同步轉(zhuǎn)速1000r/min的型的電動(dòng)機(jī)，其額定功率為11kw，額定轉(zhuǎn)速為。3.5 選擇控制元件及輔助元件 表3-1：液壓元件型號(hào) 名稱 選用型號(hào) 單向順序閥 單向減壓閥 溢流閥 電磁換向閥 液壓泵 過濾器 3.6 油管的計(jì)算與選擇首先根據(jù)流速進(jìn)行計(jì)算有：取主油路流量的差動(dòng)時(shí)流量q=40l/min，再根據(jù)文獻(xiàn)章節(jié)4.4 管件中介紹，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)又是壓力機(jī)，可取壓力油管2.55m/s，現(xiàn)取較大的值5m/s，則可算出管道內(nèi)徑為： （3.4）若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取q=20l/

15、min，則可算出d=9.2mm又因?yàn)檫x用的元件接口大部分通徑為10mm，所以綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑為10mm。4 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算4.1 回路壓力損失驗(yàn)算主要驗(yàn)算液壓缸在各運(yùn)動(dòng)階段中的壓力損失。若驗(yàn)算后與原估算值相差較大，就要進(jìn)行修改。壓力算出后，可以確定液壓泵各運(yùn)動(dòng)階段的輸出壓力機(jī)某些元件調(diào)整壓力的參考值。 具體計(jì)算可將液壓系統(tǒng)按工作階段進(jìn)行，例如快進(jìn)，工進(jìn)，快退等，按這些階段，將管路劃分成各條油流進(jìn)液壓缸，而后液壓油從液壓缸流回油箱的路線的管路，則每條管路的壓力損失可由下式計(jì)算： （4.1）式中：某工作階段總的壓力損失。 液壓油沿等徑直管進(jìn)入液壓缸沿程壓力損失值之和。 液壓油沿等徑直管從

16、液壓缸流回油箱的沿程壓力損失值之和。 液壓油進(jìn)入液壓缸所經(jīng)過液壓閥以外的各局部的壓力損失值之總和。（例如液壓油流進(jìn)彎頭，變徑等） 液壓油從液壓缸流回油箱所經(jīng)過的除液壓閥之外的各個(gè)局部壓力損失之總和。 液壓油進(jìn)入液壓缸時(shí)所經(jīng)過各閥類元件的局部壓力損失總和。 液壓油從液壓缸流回油箱所經(jīng)過各閥類元件局部壓力損失總和。 液壓油進(jìn)入液壓缸時(shí)液壓缸的面積。 液壓油流回油箱時(shí)液壓缸的面積。 和的計(jì)算方法是先用雷諾數(shù)判別流態(tài)，然后用相應(yīng)的壓力損失公式來計(jì)算，計(jì)算時(shí)必須事先知道管長l及管內(nèi)徑d，由于管長要在液壓配管設(shè)計(jì)好后才能確定。所以下面只能假設(shè)一個(gè)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。 和是指管路彎管、變徑接頭等，局部壓力損失可按

17、下式： （4.2） 式中： 局部阻力系數(shù)（可由有關(guān)液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得） 液壓油的密度 液壓油的平均速度此項(xiàng)計(jì)算也要在配管裝置設(shè)計(jì)好后才能進(jìn)行。 及是各閥的局部壓力損失，可按下列公式： （4.3） 式中： 液壓閥產(chǎn)品樣本上列出的額定流量時(shí)局部壓力損失。 q 通過液壓閥的實(shí)際流量。 通過液壓閥的額定流量。另外若用差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，管路總的壓力損失應(yīng)按下式計(jì)算： （4.4）式中：ab段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失。 bc段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失。 bd段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失。 大腔液壓缸面積。 小腔液壓缸面積。 現(xiàn)已知該液壓系

18、統(tǒng)的進(jìn)、回油管長度均為2m，油管內(nèi)徑為，局部壓力損按進(jìn)行估算，選用l-hl32液壓油，其油溫為時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度油的密度。按上述計(jì)算方法，得出各工作階段壓力損失數(shù)值。1.工進(jìn)時(shí)進(jìn)油管道壓力損失 已知?jiǎng)t：管道流動(dòng)雷諾數(shù)為：=，可以判斷油液流動(dòng)為層流。沿層阻力系數(shù)為：進(jìn)油管道ad的沿程壓力損失為：查得換向閥4we10e30/ofag24的壓力損失為：查得單向閥af3-eb10b的壓力損失為：忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部損失，則總壓力損失為： 2.工進(jìn)時(shí)回油路的壓力損失由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積是無桿腔的二分之一，則回油管道的流量也為進(jìn)油管的二分之一，所以 管道流動(dòng)雷諾數(shù)為：

19、=沿層阻力系數(shù)為：回油管道ef的沿程壓力損失為：查得順序閥ht-03c1的壓力損失為：因此，總壓力損失為：泵出口處的壓力為:3.快退時(shí)進(jìn)油管道的壓力損失 已知，則：管道流動(dòng)雷諾數(shù)為：=沿層阻力系數(shù)沿程壓力損失為：同樣回油管道的壓力損失為：管道流動(dòng)雷諾數(shù)為：=沿層阻力系數(shù)沿程壓力損失為：另外，順序閥的壓力損失為：，則泵的出口壓力為：液壓泵在各階段的輸出壓力，是雙作用定量葉片泵和順序閥調(diào)壓時(shí)的參考數(shù)據(jù)，在調(diào)壓時(shí)應(yīng)當(dāng)符合下面要求： 式中：限定壓力 快進(jìn)時(shí)泵的壓力 順序閥調(diào)定壓力 工進(jìn)時(shí)泵的壓力 從上述驗(yàn)算表明，無須修改原設(shè)計(jì)。4.2 液壓回路的效率 在各工作階段中，工進(jìn)所占的時(shí)間較長。所以液壓回路的

20、效率按工進(jìn)時(shí)為計(jì)算。 （4.5）4.3 液壓系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算 在整個(gè)工作循環(huán)中，由于工進(jìn)階段所占時(shí)間最長，為簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大，所以此時(shí)的溫升如下：工進(jìn)時(shí)最大的速度為：，流量而泵的總效率為65%，泵的出口壓力為：那么，輸入功率和輸出功率為： 此時(shí)的功率損失為：.假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取，油箱的散熱面積a為：則系統(tǒng)的溫升為：通常機(jī)床取，所以系統(tǒng)溫升合格?？?結(jié) 歷時(shí)近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)在緊張有序中即將結(jié)束，回憶這個(gè)過程這段經(jīng)歷，感覺收益頗多。作為一名即將走向社會(huì)的畢業(yè)生，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷將會(huì)給我以后的工作留下寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)過程中我也曾遇到過一些困難和不懂的地方，可是經(jīng)過繆老師的悉心指點(diǎn)和自己認(rèn)真查閱相關(guān)資料使得這些問題都能得到很好的解決。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷也使我明白了遇到問題并不可怕，只要你認(rèn)真的對(duì)待它，仔細(xì)的思考，最終問題是可以得到很好的解決的。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但使我對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)有了更深刻的了解和掌握，也使我的繪圖能力得到了提升。另外一方面，我