5MN平板矯直機液壓系統(tǒng)的設(shè)計【8個油缸】【說明書+CAD】,8個油缸,說明書+CAD,mn,平板,矯直機,液壓,系統(tǒng),設(shè)計,個油缸,說明書,仿單,cad XX大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5MN平板矯直機液壓系統(tǒng)的設(shè)計 系別： 專業(yè)： 學生姓名： 起迄日期: 設(shè)計(論文)地點: 指導教師: 專業(yè)教研室負責人: 2013年 月 日 29 目 錄 目 錄 II 第1章 緒論 1 1.1液壓概況 1 1.2液壓工作原理 1 1.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求 3 第2章5MN平板矯直機液壓原理設(shè)計 4 2.1 液壓工作原理 4 2.2課題設(shè)計要求 5 第3章 5MN平板矯直機工作機構(gòu)設(shè)計 5 3.1 液壓缸的設(shè)計 5 3.2 活塞桿的設(shè)計 7 3.3 活塞的設(shè)計 9 3.4 導向套的設(shè)計與計算 9 3.5 端蓋和缸底的設(shè)計與計算 11 3.6 缸體長度的確定 12 3.7 緩沖裝置的設(shè)計 13 3.8 排氣裝置 13 3.9 密封件的選用 15 3.10 防塵圈 16 第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 18 4.1系統(tǒng)液壓可以完成的工作循環(huán) 18 4.2液壓執(zhí)行元件的配置 18 4.3負載分析計算 18 4.4液壓泵及其驅(qū)動電動機的選擇 19 4.4.1液壓泵的最大工作壓力 20 4.4.2計算液壓泵的最大流量 20 4.4.3選擇液壓泵的規(guī)格 21 4.4.4計算液壓泵的驅(qū)動功率并選擇原動機 21 4.5其他液壓元件的選擇 22 4.5.1液壓閥及過濾器的選擇 22 4.5.2油管的選擇 23 4.5.3油箱及其輔件的確定 23 4.6液壓系統(tǒng)壓力損失驗算 25 參考文獻 27 總結(jié) 27 致謝 28 第1章 緒論 1.1液壓概況 當前，液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績。從17世紀中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，也已有二三百年歷史了。近代液壓傳動在工業(yè)上的真正推廣使用只是本世紀中葉以后的事，至于它和微電子技術(shù)密切結(jié)合，得以在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并加以精確控制，更是近10年內(nèi)出現(xiàn)的新事物。 我國的液壓工業(yè)開始于本世紀50年代，其產(chǎn)品最初只用于機床和鍛壓設(shè)備，后來才用到拖拉機和工程機械上。自1964年從國外引進一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時進行自行設(shè)計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對西方先進液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計劃引進、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益、人才培訓、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。 1.2液壓工作原理 驅(qū)動的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進入液壓泵，當它從泵中輸出進入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。 液壓傳動有以下一些優(yōu)點： 1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因為 液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達的體積和重量只有同等功率電動機的12%左右。 2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置 易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復回轉(zhuǎn)運動時可達500次/min，實現(xiàn)往復直線運動時可達1000次/min。 3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達2000），它還 可以在運行的過程中進行調(diào)速。 4） 液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易 于進行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復雜的順序動作，接受遠程控制。 5） 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。液壓缸和液壓馬達都能長期在失速狀 態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。 6） 由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、 制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機動性。 7） 用液壓傳動來實現(xiàn)直線運動遠比用機械傳動簡單。 液壓傳動的缺點是： 1） 液壓傳動不能保證嚴格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄 漏等原因造成的。 2） 液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失 等），長距離傳動時更是如此。 3） 液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影 響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價 較貴，而且對油液的污染比較敏感。 5） 液壓傳動要求有單獨的能源。 6） 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。 1.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求 液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 第2章5MN平板矯直機液壓原理設(shè)計 2.1 液壓工作原理 根據(jù)與老師協(xié)商，本課題設(shè)計的矯直機適用于平板的粗矯，采用8個液壓缸進行工作。 液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作。也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。容積節(jié)流調(diào)速采用變量泵供油。節(jié)流閥或調(diào)速閥控制流人(或流出)執(zhí)行元件的流量，使泵的流量與執(zhí)行元件所需的流量相適應(yīng)。優(yōu)點是無溢流損失，速度負載特性好，效率高。在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓．而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中．某段時問不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在本系統(tǒng)中，采用變量泵供油，節(jié)流閥控制元件流量。 5MN平板矯直機快速開啟關(guān)閉是本套矯直機的一大特點，要達到這一特性．泵站的瞬時流量就會很大，故采用蓄能器實現(xiàn)快速動作，蓄能器的設(shè)計既大量 地節(jié)省了能源，又有效地緩解了液壓系統(tǒng)中的沖擊和脈動。另外回油管路設(shè)置了單向閥，增加了回油背壓，使系統(tǒng)運行平穩(wěn)，該原理圖中所有涂黑的截止閥在系 統(tǒng)的初始狀態(tài)都處于截止狀態(tài)。 2.2課題設(shè)計要求 主要技術(shù)參數(shù)：工作載荷5MN。 第3章 5MN平板矯直機工作機構(gòu)設(shè)計 基本技術(shù)數(shù)據(jù)，是根據(jù)用途及結(jié)構(gòu)類型來確定的，它反映了工作能力及特點，也基本上上確定了輪廓尺寸及本體總質(zhì)量等。 3.1 液壓缸的設(shè)計 工作壓力p的確定。工作壓力p可根據(jù)負載大小及機器類型初步確定，先查表取液壓缸工作壓力為16MPa. 設(shè)備類型 機 床 農(nóng)業(yè)機械或中型工程機械 液壓機、重型機械、起重運輸機械 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 工作壓力 P（MPa） 0.8～2.0 3～5 2～8 8～10 10～16 20～32 5MN平板矯直機擬采用8個油缸同時進行工作的，最大負荷為F=5MN=5X106N 并且工作過程為前進→后退過程的工作循環(huán)。液壓缸的機械效率 工進時候的負載是最大的， 每個液壓缸內(nèi)徑的計算 D=×103=228.8mm P=16Mpa 查《液壓傳動與控制手冊》經(jīng)過標準化處理D=250mm。 表1 液壓缸內(nèi)徑系列 mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 1. 液壓缸缸體厚度計算 缸體是液壓缸中最重要的零件，當液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時，必須進行強度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號鋼作為缸體的材料。 式中，——實驗壓力，MPa。當液壓缸額定壓力Pn5.1MPa時，Py=1.5Pn，當Pn16MPa時，Py=1.25Pn。 []——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強度。 注：1.額定壓力Pn 額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=5.1MPa 2.最高允許壓力Pmax Pmax1.5Pn=1.2516=20MPa 液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強度：σb=600MPa 安全系數(shù)n按《液壓傳動與控制手冊》P243表2—10，取n=5。 則許用應(yīng)力[]==120MPa = =20.8mm ,滿足。所以液壓缸厚度取25mm。則液壓缸缸體外徑為300mm。 3.2 活塞桿的設(shè)計 查《液壓傳動與控制手冊》根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當活塞桿受拉時，一般選取d/D=0.3-0.5，當活塞桿受壓時，一般選取d/D=0.5-0.7。本設(shè)計選擇d/D=0.7，即d=0.7D=0.7×250=175mm。 表 2 活塞桿直徑系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 故取d=180mm。 2.活塞桿強度計算： （4-4） 式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強度適中） 3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 活塞桿的外端頭部與負載的拖動電機機構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負載的具體情況，選擇適當?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。 4.活塞桿的密封與防塵 活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計和維護，本方案選擇O型密封圈。 液壓缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標準值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表4中的a、b、c選用。 表4（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6] 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表4（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6] 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 表4（c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80）[6] 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 液壓缸長度L根據(jù)工作部件的行程長度確定。從制造上考慮，一般液壓缸的長度L不會大于液壓缸直徑的20到30倍。 這里取L=1000 3.3 活塞的設(shè)計 由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設(shè)計性能。 活塞與缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封）、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長的活塞密封）、密封圈密封三大類。其中密封圈密封又包括O形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù)小，安裝空間?。?、Y形密封圈（用在20Mpa壓力下、往復運動速度較高的液壓缸密封）、形密封圈（耐高壓，耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代Y形密封圈）、V形密封圈（可用于50Mpa壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大）。綜合以上因素，考慮選用O型密封圈。 3.4 導向套的設(shè)計與計算 1.最小導向長度H的確定 當活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度[1]。如果導向長度過短，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計時必須保證液壓缸有一定的最小導向長度。根據(jù)經(jīng)驗,當液壓缸最大行程為L,缸筒直徑為D時,最小導向長度為: （4-5） 一般導向套滑動面的長度A，在缸徑小于80mm時取A=(0.6~1.0)D，當缸徑大于80mm時取A=(0.6~1.0)d.?；钊麑挾菳取B=(0.6~1.0)D。若導向長度H不夠時,可在活塞桿上增加一個導向套K(見圖4-1)來增加H值。隔套K的寬度。 圖4-1 液壓缸最小導向長度[1] 2.導向套的結(jié)構(gòu) 導向套有普通導向套、易拆導向套、球面導向套和靜壓導向套等，可按工作情況適當選擇。 1）普通導向套 這種導向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤滑作用和張開密封圈唇邊而起密封作用[6]。 2）易拆導向套 這種導向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當導向套和密封圈磨損而需要更換時，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進行，維修十分方便。它適用于工作條件惡劣，需經(jīng)常更換導向套和密封圈而又不允許拆卸液壓缸的情況下。 3）球面導向套 這種導向套的外球面與端蓋接觸，當活塞桿受一偏心負載而引起方向傾斜時，導向套可以自動調(diào)位，使導向套軸線始終與運動方向一致，不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導向套的內(nèi)孔磨損也比較均勻。 4）靜壓導向套 活塞桿往復運動頻率高、速度快、振動大的液壓缸，可以采用靜壓導向套。由于活塞桿與導向套之間有壓力油膜，它們之間不存在直接接觸，而是在壓力油中浮動，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動、同軸度高，但制造復雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。 3.5 端蓋和缸底的設(shè)計與計算 在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強度。端蓋上有活塞桿導向孔（或裝導向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復雜，設(shè)計的不好容易損壞。 1.端蓋的設(shè)計計算 端蓋厚h為： 式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm； P——液壓力，； ——密封環(huán)形端面平均直徑，cm； ——材料的許用應(yīng)力，。 2.缸底的設(shè)計 缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。 3.端蓋的結(jié)構(gòu) 端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導向，密封和防塵等問題[6]。缸體端部的連接形式有以下幾種： A．焊接 特點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)缸不易加工。主要用于柱塞式液壓缸。 B．螺紋連接（外螺紋、內(nèi)螺紋） 特點是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時應(yīng)防止密封圈扭曲。 C．法蘭連接 特點是結(jié)構(gòu)較簡單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸較大，質(zhì)量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應(yīng)燉粗。 D．拉桿連接 特點是結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。外形尺寸大，質(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。 E．半球連接，它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點是質(zhì)量比拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚。內(nèi)半環(huán)連接的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。安裝時端部進入缸體較深，密封圈有可能被進油口邊緣擦傷。 F．鋼絲連接 特點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小。 3.6 缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度[1]。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的20~30倍。 3.7 緩沖裝置的設(shè)計 液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動下運動時具有很大的動量。在它們的行程終端，當桿頭進入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴重影響液壓缸和整個液壓系統(tǒng)的強度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現(xiàn)速度的遞減，直至為零。 當液壓缸中活塞活塞運動速度在6m/min以下時，一般不設(shè)緩沖裝置，而運動速度在12m/min以上時，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機床液壓系統(tǒng)中，動力滑臺的最大速度為4m/min,因此沒有必要設(shè)計緩沖裝置。 3.8 排氣裝置 如果排氣裝置設(shè)置不當或者沒有設(shè)置排氣裝置，壓力油進入液壓缸后，缸內(nèi)仍會存在空氣[6]。由于空氣具有壓縮性和滯后擴張性,會造成液壓缸和整個液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響液壓缸的正常工作。比如液壓導軌磨床在加工過程中，這不僅會影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會損壞砂輪和磨頭等機構(gòu)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓缸上設(shè)置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力油輕，總是向上浮動，因此水平安裝的液壓缸，其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液壓缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方。 一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖4-2（a）所示。 表5 排氣閥（塞）尺寸[6] d 閥座 閥桿 孔 c D M16 6 11 6 19.2 9 3 2 31 17 10 8.5 3 48 4~6 23 M20x2 8 14 7 25.4 11 4 3 39 22 13 11 4 59 4~8 28 圖4-2 (a) 整體排氣孔 圖4-2（b） 組合排氣孔 圖4-2（c） 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸 由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡單、方便，但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，造成外泄漏。組合排氣塞如圖4-2（b）所示，一般由絡(luò)螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動下脫離密封面排出空氣。排氣裝置的零件圖及尺寸圖見4-2（c）以及表4-2（d）。 圖4-2（d） 組合排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸 3.9 密封件的選用 1.對密封件的要求 液壓缸工作中要求達到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設(shè)計時，正確地選擇密封件、導向套（支承環(huán)）和防塵圈的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的。從現(xiàn)在密封技術(shù)來分析，液壓缸的活塞和活塞桿及密封、導向套和防塵等應(yīng)作為一個綜合的密封系統(tǒng)來考慮，具有可靠的密封系統(tǒng)，才能式液壓缸具有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。 在液壓元件中，對液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊材料液壓缸，如擺動液壓缸等。液壓缸中不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當?shù)臋C械強度，摩擦阻力小，容易制造和裝卸，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動補償磨損。 密封件一般以斷面形狀分類。有O形、U形、V形、J形、L形和Y形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。 2.O形密封圈的選用 液壓缸的靜密封部位主要是活塞內(nèi)孔與活塞桿、支承座外圓與缸筒內(nèi)孔、缸蓋與缸體端面等處[6]。這些部位雖然是靜密封，但因工作由液壓力大，稍有意外，就會引起過量的內(nèi)漏和外漏。 靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。O形密封圈雖小，確實一種精密的橡膠制品，在復雜使用條件下，具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性能。在設(shè)計選用時，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維護措施，才能達到較滿意的密封效果。 安裝O形圈的溝槽有多種形式，如矩形、三角形、V形、燕尾形、半圓形、斜底形等，可根據(jù)不同使用條件選擇，不能一概而論。使用最多的溝槽是矩形，其加工簡便，但容易引起密封圈咬邊、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。 3.動密封部位密封圈的選用 液壓缸動密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支承座（導向套）的密封等。 形密封圈是我國液壓缸行業(yè)使用極其廣泛的往復運動密封圈。它是一種軸、孔互不通用的密封圈。一般，使用壓力低于16MPa時，可不用擋圈而單獨使用。當超過16MPa并用于活塞動密封裝置時，應(yīng)使用擋圈，以防止間隙“擠出”。 3.10 防塵圈 防塵圈設(shè)置與活塞桿或柱塞密封外側(cè)，用于防止外界塵埃、沙粒等異物侵入液壓缸，從而可以防止液壓油被污染導致元件磨損。 1.防塵圈 A型防塵圈 是一種單唇無骨架橡膠密封圈，適于在A型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安 裝，起防塵作用。 B型防塵密封圈 是一種單唇帶骨架橡膠密封圈，適于在B型密封結(jié)構(gòu)形式 內(nèi)安裝，起防塵作用。 C型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈，適于在C型結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵 和輔助密封的作用。 2.防塵罩 防塵罩采用橡膠或尼龍、帆布等材料制作。在高溫工作時，可用氯丁橡膠，可在130℃以下工作。如果溫度再高時，可用耐火石棉材料。當選用防塵伸縮套時，要注意在高頻率動作時的耐久性，同時注意在高速運動時伸縮套透氣孔是否能及時導入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給液壓缸的裝配調(diào)整會帶來一些困難。 第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 4.1系統(tǒng)液壓可以完成的工作循環(huán) a.液壓缸下降； b.前進； c.液壓缸上升和后退； d.停止。 4.2液壓執(zhí)行元件的配置 由于矯直機要求立式布置，行程較小，故選用缸筒固定的立式單桿活塞桿（取缸的機械效率）。作為執(zhí)行元件，驅(qū)動機構(gòu)對板料進行矯直。 4.3負載分析計算 a.初選液壓缸的工作壓力為，移動部件總重力，快進快退的速度為1.7m/s，加速、減速時間，靜摩擦因數(shù)，動摩擦因數(shù)。 b.負載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝備產(chǎn)生的摩擦阻力在機械效率中加以考慮。這樣需要考慮的力有：墩粗力、導軌摩擦力和慣性力。導軌的正壓力等于動力部件的重力，設(shè)導軌的靜摩擦力為，動摩擦力為，則 (3.1) 慣性負載是運動部件在啟動和制動過程中的慣性力，其平均值可按下式計算 (3.2) 式中g(shù)—重力加速度， 啟動或制動時間，s；一般機械=0.1~0.5，輕載低速運動部件取小值，重載高速部件取大值，行走機械一般取。 上述三種負載之和即為液壓缸的外負載F。 4.4液壓泵及其驅(qū)動電動機的選擇 確定液壓執(zhí)行元件的形式 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實現(xiàn)直線運動，后者完成回轉(zhuǎn)運動，二者的特點及適用場合見下表4.1 表4.1各執(zhí)行元件的特點 名稱 特點 適用場合 雙活塞桿液壓缸 雙向?qū)ΨQ 雙作用往復運動 柱塞缸 結(jié)構(gòu)簡單 單向工作，靠重力或其他外力返回 齒輪泵 結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜 高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運動 葉片泵 體積小，轉(zhuǎn)動慣量小 高轉(zhuǎn)速低扭矩動作靈敏的回轉(zhuǎn)運動 擺線齒輪泵 體積小，輸出扭矩大 低速，小功率，大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 軸向柱塞泵 運動平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬 大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 徑向柱塞泵 轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復雜，輸出大扭矩 低速大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 注：A1——無桿腔的活塞面積 A2——有桿腔的活塞面積 常用液壓泵主要有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等類型，各種泵間的特性有很大差異。選擇液壓泵的主要依據(jù)是其最大工作壓力和最大流量。同時還要考慮定量或變量、原動機類型、轉(zhuǎn)速、容積效率、總效率、自吸特性、噪聲等因素。這些因素通常在產(chǎn)品樣本中均有反映。葉片泵也就是常說的離心泵，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，流量大，調(diào)節(jié)也很方便。故選擇葉片泵作為系統(tǒng)的油源。 通過查資料，得知葉片泵的額定壓力是16Mpa，中壓，排量1~350mL/r，最高轉(zhuǎn)速500~4000r/min，最大功率320kW，容積效率80~94%，總效率75~90%，適用黏度20~200mm2/s，自吸能力好，功率質(zhì)量比大，輸出壓力脈動小，污染敏感度大，葉片磨損后效率下降較小，黏度對效率的影響較小，噪聲小~中，價格中，適用于機床、液壓機、注塑機、工程機械、飛機及要求噪聲較低的場合。 4.4.1液壓泵的最大工作壓力 液壓泵的最大工作壓力pp取決于執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達）的最大工作壓力，即 ppp1+(4.1) 式中p1——液壓缸或液壓馬達的最大工作壓力，16MPa； ——系統(tǒng)進油路上的總壓力損失[系統(tǒng)管路未曾確定前，可按經(jīng)驗進行估取，簡單系統(tǒng)取=（0.2~0.5）106Pa，復雜系統(tǒng)取=（0.5~1.5）106Pa，該系統(tǒng)中取為0.5106Pa]。 故可知pp16106+0.5106=16.5106Pa，即液壓泵的最大工作壓力為17Mpa。 4.4.2計算液壓泵的最大流量 主液壓缸的最大流量qP（m3/s）取決于系統(tǒng)所需流量qv 對于采用差動缸回路的系統(tǒng)，液壓泵的最大流量為 qPqv=K(A1-A2)vmax(4.2) 式中A1、A2——液壓缸無桿腔與有桿腔的有效面積，m3； vmax——液壓缸的最大移動速度，m/s； K——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.1~1.3（大流量取小值，小流量取大值）。 假設(shè)矯直機每分鐘循環(huán)次數(shù)為86次，液壓缸循環(huán)一次約為0.7s，初選液壓缸前進和后退的時間相同，故每次前進或者后退的時間約為0.175s。故由公式 可知(4.3) = (4.4) 可知=0.175m/s 可知液壓缸的最大移動速度為0.175m/s。 液壓缸的工作行程根據(jù)公式 S===0.15m(4.5) 故液壓泵的最大流量 液壓缸 qv=K(A1-A2)=1.1m3/s 取液壓泵的最大流量為120 4.4.3選擇液壓泵的規(guī)格 按照液壓系統(tǒng)圖中擬訂的液壓泵的型式及上述計算得到的pp和qP值，由產(chǎn)品樣本或手冊選取相應(yīng)的液壓泵規(guī)格。為了保證系統(tǒng)不致因過渡過程中過高的動態(tài)壓力作用被破壞，液壓泵應(yīng)有一定的壓力儲備量，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%~60%（高壓系統(tǒng)取小值，中低壓系統(tǒng)取大值）。 關(guān)于泵的流量，在實際選擇中，由于產(chǎn)品樣本上通常給出泵的排量、轉(zhuǎn)速范圍及典型轉(zhuǎn)速下不同壓力下的輸出流量，故在系統(tǒng)所需流量qv已知的情況下，泵的流量（L/min）、轉(zhuǎn)速n(r/min)與排量V（mL/r）應(yīng)綜合考慮。事實上，由于泵的輸出流量qP為 =10-3v(4.6) 式中v——泵的容積效率，%； 所以，一般首先根據(jù)系統(tǒng)所需流量qv（L/min）和初選的液壓泵轉(zhuǎn)速n1(r/min)及泵的容積效率v（可從產(chǎn)品樣本查得或估取為v=0.9）計算泵排量參考值，即 Vg=(4.7) 然后再倒算（復算）出泵的實際流量即可，對于定量泵，最終選擇的泵流量盡可能與系統(tǒng)所需流量相符合。 根據(jù)上述計算公式，可知 Vg==mL/r 泵的輸出流量 =20m 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選取YB-25型單級葉片泵。 4.4.4計算液壓泵的驅(qū)動功率并選擇原動機 a.驅(qū)動功率的計算 若工作循環(huán)中，泵的壓力和流量比較恒定（即工況圖上p-t曲線和q-t曲線變化較為平穩(wěn)），則液壓泵驅(qū)動功率應(yīng)按下式計算 （W）(4.8) 式中為液壓泵的最大工作壓力（Pa）和最大流量（m/s）；為液壓泵的總效率，取80%。 = b.電動機的選擇 固定設(shè)備的液壓系統(tǒng)，其液壓泵通常用電動機驅(qū)動。 根據(jù)上述計算出的功率和液壓泵的轉(zhuǎn)速及其使用環(huán)境，從產(chǎn)品樣本或手冊中選定其型號規(guī)格[額定功率、轉(zhuǎn)速、電源、結(jié)構(gòu)型式（立式、臥式，開式、封閉式等）]，并對其進行超載能力核算，以保證每個工作階段電動機的峰值超載量都低于25%~50%。 根據(jù)《液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用》的參數(shù)信息，選擇同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y225M-2三相異步電動機。滿載轉(zhuǎn)速為2970r/min，額定功率為45kW，額定轉(zhuǎn)矩為2.2Nm。 4.5其他液壓元件的選擇 4.5.1液壓閥及過濾器的選擇 根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格。矯直機系統(tǒng)中，所有液壓閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，所有元件的規(guī)格型號列于下表中。過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。表中序號與系統(tǒng)原理圖中的序號一致。 表4.2液壓元件明細表 序號 元件名稱 最大通過流量/L· 型號 1 片葉片泵 120 YB25 2 溢流閥 4 Y-10B 3 壓力表 K-6B 4 溢流閥 4 Y-10B 5 溢流閥 4 Y-10B 6 單向閥 20 I-25B 7 三位四通換向閥 32 35-63BY 8 壓力繼電器 9 二位二通換向閥 32 4.5.2油管的選擇 方案一：在液壓、氣壓傳動及潤滑的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管等，鋼管能承受較高的壓力，價廉，但安裝時的彎曲半徑不能太小，多用在裝配位置比較方便的地方。這里作者們采用鋼管連接。 管道內(nèi)徑計算 (5.9) 式中 Q——通過管道內(nèi)的流量 v——管道內(nèi)允許流速 允許流速推薦值 表5.3允許流速推薦值 油液流經(jīng)的管道 推薦流速m/s 液壓泵吸油管道 0.5~1.5，一般取1以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3~6，壓力高，管道粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5~2.6 取=0.8m/s，=4m/s,=2m/s.分別應(yīng)用上述公式得 =20.2mm,=10.7mm,=15.2mm。根據(jù)內(nèi)徑按標準系列選取相應(yīng)的管子。按表37-9-1經(jīng)過圓整后分別選取=20mm，=10.7mm,=15mm。對應(yīng)管子壁厚。 方案二：根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進、出油管按輸入、排出的最大流量來計算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接快進快退時，油管內(nèi)通油量最大，其實際流量為泵的額定流量的兩倍達240L/min。 綜上所述，液壓缸進、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號冷拔鋼管（YB231-70）。 4.5.3油箱及其輔件的確定 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲存油液外，還起著散發(fā)油液中的熱量（在周圍環(huán)境溫度較低的情況下則是保持油液中熱量）、分離油液中的氣泡、沉淀固體雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如空氣濾清器及液位計等。 設(shè)計油箱時應(yīng)考慮如下幾點： a.油箱必須有足夠大的容積。以滿足散熱要求，停車時能容納液壓系統(tǒng)中所有的油；而工作時又保持適當?shù)挠臀灰蟮取? b.吸油管及回油管應(yīng)插入最低油位以下。以防止吸油管吸入空氣；回油管飛濺產(chǎn)生氣泡。管口一般與油箱底、箱壁的距離不小于管徑的3倍。吸油管應(yīng)安裝80或100μm的網(wǎng)式或線隙式濾油器，安裝位置要便于裝卸或清洗濾油器?；赜凸芸谛鼻?5°角并面向箱壁，以防回油沖擊油箱底部的沉積物。 c.吸油管和回油管的距離盡可能遠一點，中間要設(shè)置隔板，使油液在油箱中流動速度緩慢一點，時間長一些，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。 d.為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有密封的頂蓋，頂蓋上應(yīng)沒有帶濾油網(wǎng)的注油口及帶空氣濾清器的通氣孔，注油及通氣一般都由一個空氣濾清器來完成。為了便于放掉油，油箱底應(yīng)有一定傾斜度，最低處設(shè)放油閥。 e.箱壁上應(yīng)考慮安裝液面指示器、冷卻器。加熱器及溫度計等位置。 f.油箱也可以設(shè)計成完全密封的充壓式油箱，用以改善液壓的吸油狀況。一般充氣壓力為0.07~0.1MPa。 初始設(shè)計時，先按經(jīng)驗確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進行校核。 初始設(shè)計時，先按經(jīng)驗公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進行校核。 在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。初設(shè)計時，按經(jīng)驗公式(5.10) 式中——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積 ——經(jīng)驗系數(shù),按下表取=5： 表5.4各系統(tǒng)經(jīng)驗系數(shù) 系統(tǒng)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機械 1～2 2～4 5～7 6～12 10 中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5~7倍，故油箱容積為 =5120=600L 4.6液壓系統(tǒng)壓力損失驗算 驗算的目的在于了解執(zhí)行元件能否得到所需工作壓力。系統(tǒng)進油路上的壓力損失由管道的沿程壓力損失、局部壓力損失兩部分組成，即 =+（Pa）(5.11) a.沿程壓力損失 =（Pa）(5.12)式中—沿程阻力系數(shù)，可按《液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用》表2-34相應(yīng)的公式進行計算，也可以由圖2-14查得； —管道長度，m； —液體密度，； —液流平均速度，。 因此由公式可得沿程壓力損失 =0.1（Pa） b.局部壓力損失 （Pa）(5.13) 式中—局部阻力系數(shù)，其具體數(shù)值與局部阻力裝置的類型和雷諾數(shù)有關(guān)，通常，當Re＞時，； —液體密度，； —液流平均速度，。 因此由公式可得局部壓力損失 （Pa） 參考文獻 [1] 王世明《機床與液壓》[J]上海海洋大學工程學院1996,(08) [2] 楊華勇周華路甬祥《中國機械工程》[M]浙江大學2000,(12) [3] 楊爾莊《液壓氣動與密封》[J]中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會1993,(04) [4] 范士娟楊超《液壓與氣動》[J]華東交通大學,機電工程學院2005,(08) [5] 司癸卯李曉寧《筑路機械與施工機械化》[J]長安大學道路施工技術(shù)與裝備教育部重點實驗室2009,[07] [6] 汪世益方勇滿忠偉《工程機械》[J]安徽工業(yè)學機械工程學院2010,(09) [7] 楊爾莊《國液壓氣動技術(shù)的現(xiàn)狀及展望》[M]液壓與氣動1998，（06） [8] 楊爾莊·液壓技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢-液壓氣動與密封，[J]1998，（01） [9] 李運華，史維祥·流體動力技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展·[J]機械與液壓1994，（04） [10] 曹秉剛，郭卵應(yīng)，中野和夫，史維祥錐閥流場的邊界元[J]1991，（02） [11] 章本照編著·流體力學中的有限元法·[M]機械工業(yè)出版社1986 [12] H.Hanafusa,Designofelectro-hydraulicservosystemforarticulatedrobot,JournaloftheJapanHydraulicsandPneumaticsSociety13719821–8. [13]H.B.Kuntzeetal.,Onthemodel-basedcontrolofahydrauliclargerange-robot,IFACRobotControl1991207–212. 總結(jié) 時間過得真快，轉(zhuǎn)眼間XX個月的畢業(yè)論文設(shè)計就要結(jié)束了。由于基礎(chǔ)薄弱，設(shè)計起來很困難，剛拿到課題時找資料是第一大難關(guān)，那時腦子里一片紊亂，無從下手，記得當時在圖書館呆了幾個下午，挑了好多的書，但總是無法把那些片段串聯(lián)成一個方案，后來通過俞老師和同學們的幫忙，漸漸有了頭緒，確定了方案，正式著手設(shè)計。設(shè)計時只有拿著書本慢慢學，參考書本，經(jīng)過兩個月的摸索和學習，把原本不清楚的東西都學會了，在這期間走過彎路，不知所措，經(jīng)過指導老師俞老師細心的講解加上自己的努力，同學的幫助，終于完成了設(shè)計。 這次畢業(yè)設(shè)計對我以前學過的理論知識起到了很好的回顧作用，以前在校學習時不夠清楚如何應(yīng)用所學知識，對所學的課程不能很好的融會貫通。以前我們每學期都會有一些各個科目的課程設(shè)計，但那樣的設(shè)計都會在老師的不斷提醒下完成，這次的畢業(yè)設(shè)計就有所不同，它需要自己去查找資料，自己拿出方案，找出設(shè)計的突破口，經(jīng)過一個月左右的努力，這次設(shè)計才有了一個明確的思路。 在設(shè)計中遇到很多困難卻令我難忘，特別在用AUTOCAD制圖在繪制液壓原理圖時，由于對AUTOCAD軟件應(yīng)用不熟練，還得邊翻書自學邊畫圖，畫一張簡單的圖往往要花上幾天的時間，還要將畫好的原理圖復制到WORD中，進行排版。雖然麻煩，但這次課程設(shè)計使我對AUTOCAD軟件有了進一步的了解，并能較為熟練的應(yīng)用它。 通過本次設(shè)計，我對液壓方面的知識有了更深一步的了解，也進一步掌握了各類液壓元件的功能以及經(jīng)常會出現(xiàn)的故障。為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 我們即將步入社會，我們面臨的將會是更多的困難和挑戰(zhàn)，只要我們努力學習，勇于實踐，勤學好問，就會懂得以前不明白或不十分明白的道理，就會很快地成長和成熟起來，我也相信，憑著我自強不息，勇于拼搏的精神，定能很快適應(yīng)這個多變的社會，充分發(fā)揮長處，朝我的方向不斷前進，前進，再前進！ 總之，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我的創(chuàng)新思維的能力，自學的能力，學以致用的能力都得到提高為，這為我以后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。 致謝 本論文是在導師XXX的悉心指導下完成的，將近X個月的畢業(yè)論文階段結(jié)束了，這次畢業(yè)課程設(shè)計使我受益匪淺，為以后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。在此，感謝學院為我們精心安排的畢業(yè)課程設(shè)計和良好的學習環(huán)境，使我們能更快更好地完成畢業(yè)設(shè)計。在這段時間里，我得到了許多老師和朋友的關(guān)心和幫助。 首先，我要對我的指導老師XX表示最誠摯的謝意，在整個做畢業(yè)論文期間，XX老師無微不至的關(guān)心我的學習和生活，課題遇到困難時更是關(guān)注著課題的進程。XX老師高深的學術(shù)造詣、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和勤勉的工作精神以及他平易近人的態(tài)度使我受益終身。 同時也要感謝我的班主任XX老師，在課題的進行階段給我提出了許多有創(chuàng)新的觀點。 在我做畢業(yè)論文期間我的同學給予了我很大的幫助，在我遇到困難的時候，總是不斷給我提出許多有價值的意見，并且經(jīng)常鼓勵我。 最后感謝在我的課題進行中給予我?guī)椭乃械呐笥褌儯? 附 錄