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華北科技學院畢業(yè)設計 板料折彎機液壓系統(tǒng)設計 摘要：折彎機對折彎金屬板料具有較高的勞動生產(chǎn)率和較高的折彎精度。當折彎不同厚度的板料時，應選擇不同開口的V槽，若采用不同形狀的上下模具，可折彎成各種形狀的工件。 本設計主要設計折彎機的液壓系統(tǒng)，在整個設計過程中，不影響設計要求的情況下，本設計能用標準件的在盡量采用標準件，從而提高整個折彎機的性價比。因而本設計主要對液壓系統(tǒng)中的液壓缸和油箱進行了設計。 在設計過程中我參考了很多設計手冊。使我學會了很多知識，讓我了解到作為一個設計工程師所必須作的事。而且我又在不影響液壓缸性能的前提下進行了一些創(chuàng)新，使缸的制造成本有些降低。但對缸的某些復雜結(jié)構進行了簡化，對于油箱的設計，我在遵守設計手冊要求的前提下，增加了一些輔助功能，使油箱更趨于完善、合理。以使我在本次設計中得到更多的鍛煉，更適應將來的工作。 此次設計對于提高工作效率節(jié)約工作時間具有較好的意義，為向數(shù)控和智能化折彎機進行設計打好基礎。 關鍵詞：液壓系統(tǒng)；液壓缸；油箱 Abstract:The machine have high productivity and precision when it working on plank materials. When the machine breaking different thickness plank materials, we should select distinct molds, which have different V-groove. If use different shape up-down molds the break machine could turn plank materials into distinctive components. The design mainly relate to Hydraulic pressure system. Though the whole design, I try my best to use standard-part, if the use not effect the system’s request, so that I could get higher property-price scale. So the design I do is mainly about the Hydraulic pressure vat and . Fuel tank of the Hydraulic pressure system. The design of the integrated use of the mechanical design and other courses of knowledge, analysis and mechanical design to solve the problem, further consolidate, deepen and broaden the knowledge acquired. When I design Hydraulic pressure vat and Fuel tank,I make the structure simpler and more reasonable. Of course, my change not only effect its function but also enhance it. I try my best to carry out best design. The design saves the operating time and improve the efficiency of working .It is have a better sense for us ,and build the foundation for us to design the numeric control and the intellectualized break-machine. Key worlds: Hydraulic pressure system;Hydraulic pressure vat;Fuel tank 目錄 1緒論.......................................................................1 1.1課題背景.................................................................1 1.1.1折彎機簡介.............................................................1 1.1.2設計內(nèi)容簡介...........................................................3 1.2液壓傳動的基本知識.......................................................3 1.2.1液壓系統(tǒng)的概念.........................................................3 1.2.2液壓傳動的組成.........................................................4 1.2.3液壓系統(tǒng)的優(yōu)點.........................................................4 2液壓系統(tǒng)設計...............................................................6 3系統(tǒng)元件設計...............................................................8 3.1液壓缸的設計.............................................................8 3.1.1設計液壓折彎機的技術參數(shù)...............................................8 3.1.2負載分析和運動分析.....................................................8 3.1.3液壓缸主要零部件結(jié)構,材料與技術要求....................................9 3.2液壓泵的選擇............................................................16 3.2.1液壓泵的性能參數(shù)及計算公式............................................16 3.2.2軸向柱塞泵的工作原理..................................................19 3.2.3軸向柱塞泵的工作要求..................................................20 3.2.4油泵的選擇............................................................20 3.3油箱的設計..............................................................20 3.3.1油箱的功能............................................................20 3.3.2油箱的類型............................................................20 3.3.3油箱的設計要求及結(jié)構..................................................21 3.3.4油箱附件..............................................................22 3.4系統(tǒng)其它元件的選用......................................................23 3.4.1蓄能器的選用..........................................................23 3.4.2電機的選擇............................................................23 4結(jié)論......................................................................25 參考文獻...................................................................26 附錄.......................................................................27 致謝.......................................................................36 1緒論 1.1課題背景 1.1.1 折彎機簡介 折彎機對折彎金屬板料具有較高的勞動生產(chǎn)率和較高的折彎精度。該機器是采用鋼板連接機構，具有足夠的強度和剛度，液壓傳動保證工作是不至于因板料厚度變化或下模V形槽選擇不當而引起的嚴重超載事故。此外本機器工作平穩(wěn)可靠，操作方便，具有點動、單次行程，并能保壓，用戶只須配備各種不同的模具，就能將金屬板料折彎成各種不同形狀的工件，當配備相應的裝備后，還能作沖孔用。生產(chǎn)效率高，可廣泛用于飛機、汽車、造船、機械及輕工業(yè)。機器的主要部件均由鋼板焊接或鍛鋼制造而成，強度高，剛性好，性能可靠。 1機架 由左右立柱、內(nèi)撐擋、油箱等組成框形機架，工作臺座于立柱下部并聯(lián)接。 2滑塊 滑塊由整塊鋼板制成，與左右油缸中的活塞桿連接在一起，兩個并聯(lián)油缸分別固定在左右立柱上，通過液壓驅(qū)動使活塞帶動滑塊上下動作，其同步方式為電液伺服同步方式，由數(shù)控系統(tǒng)控制，兩同步的流量可自動調(diào)整，保證了滑塊的同步精度，滑塊位置的檢測由光柵尺實現(xiàn)，滑塊運行時由導軌裝置導向。 3工作臺加凸機構 位于工作臺右側(cè)面，由制動電機、蝸桿減速器、螺桿螺母、斜墊塊、拉桿及圓弧塊組成，墊塊左移40mm工作臺最大加凸量為20mm。 4液壓系統(tǒng) 電動機和油泵安裝在油箱上部和內(nèi)部，泵塊安裝在油箱上，兩同步塊安裝在左右兩個油缸頂面。為保證滑塊快速下降時油缸內(nèi)充滿油液，采用沖油閥結(jié)構，以提高滑塊行程速度，節(jié)約能源。 5前托料架、后擋料 前托料架由手動調(diào)節(jié) 后擋料位置由電機、皮帶、齒輪、擋料架和編碼器完成前后位移，電子計數(shù)器顯示，其最小讀數(shù)為0.1mm。當前有手動微調(diào)。頂桿能繞軸心轉(zhuǎn)動，防止工件在折彎時造成損壞。擋料上網(wǎng)高低由絲桿手動調(diào)節(jié)。 6模具 采用工具鋼經(jīng)鍛造、熱處理、銑削、磨削等加工而成。上模為兩件拼接，下模為整體。借助工作臺前后壓板和螺釘以調(diào)整下?？趯φ夏６瓿砂辶险蹚?。 7電氣系統(tǒng) 由數(shù)控系統(tǒng)和電器箱安裝在右立柱上，電器箱上安裝有各種動作按鈕，并裝有電源開關，打開電箱門時，首先要切斷電源，以保護人身安全。 設計液壓系統(tǒng)如下圖1-1： 圖1-1 液壓板料折彎機液壓系統(tǒng)圖 1.1.2設計內(nèi)容簡介 本次設計主要涉及板料折彎機的液壓系統(tǒng)。因液壓系統(tǒng)中很多零部件已標準化，所以在設計過程中只對標準件進行選型，沒有進行設計。對于非標準件，像油缸、油箱等進行了設計。 在設計油缸的過程中，我參考設計手冊的同時，也有自己的創(chuàng)新。比如。我把活塞的密封件、導向環(huán)、支撐環(huán)放在一起，這樣不但對活塞加工大大簡化，而且可以增加活塞的強度；在油箱的設計中，在不影響油箱的功能的前提下，我把空氣過濾器和注油孔放在一起。同時對電機和油泵的放置進行了設計。 液壓傳動發(fā)展非常迅速，特別是近年來隨著加工技術的提高，更是為液壓技術的發(fā)展鋪平了道路。雖然國內(nèi)液壓傳動發(fā)展很快，但與國外其他國家相比還是比較落后的。具體表現(xiàn)在，液壓系統(tǒng)承受壓力不高，傳遞介質(zhì)泄漏等。整體表現(xiàn)為整個液壓系統(tǒng)的性價比明顯低于國外同行。液壓傳動在實現(xiàn)工業(yè)自動化方面與電配合有了很大發(fā)展，所以液壓傳動的發(fā)展前景還是很廣闊的。 1.2液壓傳動的基本知識 1.2.1 液壓系統(tǒng)的概念 （1）液壓傳動：它是以液壓油為工作介質(zhì)，通過動力元件（油泵）將原動機的機械能變?yōu)橐簤河偷囊簤耗?，在通過控制元件，然后借助執(zhí)行元件（油缸或油馬達）將壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動負載實現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運動，且通過對控制元件遙桿操縱和對流量的調(diào)節(jié)，調(diào)定執(zhí)行元件的力和速度。當外界對上述系統(tǒng)有擾動時，執(zhí)行元件的輸出量一般要偏離原有調(diào)定值，產(chǎn)生一定的誤差。 （2）液壓控制：和液壓傳動一樣，系統(tǒng)中也包括動力元件、控制元件和執(zhí)行元件，也是通過油液的傳遞功率。二者不同之處是液壓控制具有反饋裝置，反饋裝置的作用是執(zhí)行元件的輸出量（位移、速度、力等機械量）反饋回去與輸出量（可以是變化的也可以是恒定的）進行比較，用比較后的差值來控制系統(tǒng)，使執(zhí)行元件的輸出隨輸入量的變化而變化或保持恒定。它是一種構成閉環(huán)回路的液壓傳動系統(tǒng)，也叫液壓隨動系統(tǒng)或液壓伺服系統(tǒng)。 液壓傳動系統(tǒng)中用的是通斷式或邏輯控制元件，就其控制目的，是保持被調(diào)定值的穩(wěn)定或單純變換方向，也叫定值和順序控制元件。 液壓控制系統(tǒng)中用的是伺服控制元件，具有反饋結(jié)構，并用電氣裝置進行控制，有較高的控制精度和響應速度，所控制的壓力和流量連續(xù)變化。輸出功率可放大。 比例控制是介于上述二者之間的一種控制，所用比例控制閥是通斷式控制元件和伺服控制元件的基礎上發(fā)展起來的一種新型的電-液控制元件，兼?zhèn)淞松鲜鰞深愒囊恍┨攸c ，用于用手調(diào)的通斷式控制不能滿足要求，但也不需要伺服閥對液壓系統(tǒng)那樣嚴格的污染控制要求的場合。 1.2.2 液壓傳動的組成 一個完整的液壓傳動系統(tǒng)包括五個基本組成部分，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作液體。 動力元件是將原動機所提供的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饕后w的液壓能的機械裝置，通常稱為液壓泵或油泵。它是液壓系統(tǒng)中的液壓能源，是組成液壓系統(tǒng)的心臟，用它向液壓系統(tǒng)輸送足夠量的壓力油。 按結(jié)構不同液壓泵可以分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵； 按其壓力不同又可分為低壓泵、中壓泵、中高壓泵、高壓泵和超高壓泵； 按其輸出流量能否調(diào)節(jié)又分為定量泵和變量泵。 執(zhí)行元件是將液壓泵所提供的工作液體的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置。做直線往復運動的執(zhí)行元件稱為液壓缸或油缸，做連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件成為液壓馬達或油馬達。 控制元件是對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流動方向進行調(diào)節(jié)控制的機械裝置。根據(jù)不同的功能分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥和分流閥等。根據(jù)控制方式不同可分為開關控制閥、比例控制閥、伺服控制閥和數(shù)字控制閥。 輔助元件包括郵箱、管道、管接頭、密封件、濾油器、蓄能器、冷卻器、加熱器以及各種液體參數(shù)的監(jiān)測儀。 工作液體是液壓傳動中能量傳遞載體。有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。 1.2.3液壓系統(tǒng)的優(yōu)點 在目前四大類傳動方式（電氣、機械、液壓和電氣）中，沒有一種動力傳動是十全十美的，而液壓傳動具有下述極其明顯的優(yōu)點： （1）從結(jié)構上看，其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出的功率在四類傳動方式中力壓群芳的，有很大的力矩慣量比，在傳遞相同的功率的情況下液壓傳動裝置的體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構緊湊、布局靈活。 （2）從工作性能上看，速度、扭矩、功率均可無級調(diào)節(jié)，動作響應快，能夠迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬，調(diào)速范圍可達100：1到2000：1；動作快速性好，控制、調(diào)節(jié)比較簡單省力，便于電氣控制相配合，以及與CPU（計算機）的連接，便于實現(xiàn)自動化。 （3）從使用維護上看，元件的潤滑性好，易實現(xiàn)過載保護與保壓，安全可靠；元件易實現(xiàn)系列化、標準化、通用化。 （4）所有采用液壓技術的設備安全可靠性好。 （5）經(jīng)濟：液壓技術的可塑性和可變性強，，可以增強柔性生產(chǎn)的柔度，和容易對生產(chǎn)程序進行改變和調(diào)整，液壓元件相對來說制造成本也不高，適應性比較強。 （6）液壓易于微機控制等技術相結(jié)合，構成“機-電-液-光”一體化以為成為世界的潮流，便于實現(xiàn)數(shù)字化。 2液壓系統(tǒng)設計 根據(jù)板料折彎機的使用要求及對加工板料的特殊要求，我們考慮采用液壓傳動作為板料折彎機的主要傳動形式。由機器的特性可知，在機器工作時尚模塊必須有以下幾個動作：快速向下、慢速向下、向下點動、保壓、快速向上。機器工作時，為了節(jié)約能源，在滑塊距被加工工件較遠時，滑塊采用快速向下的動作。這樣不僅節(jié)約能源，而且可以提高勞動生產(chǎn)率；當滑塊距被加工工件很近時（通常為20-40mm），滑塊的下移速度會明顯降低。此時，主要是因為上模將要接觸工作，為了避免有較大的剛性沖擊其下降速度減小，即為滑塊的慢速向下階段；當上模塊接觸被加工工件時，考慮到加工板料的特殊要求，上模塊必須向下點動的形式來加工工件，以避免板料應力在短時間內(nèi)迅速增大，損壞被加工工件；保壓過程是板料折彎機工作過程不可缺少的。剛剛壓制好的工件會因為應力的存在而有恢復原來形狀的本性，為了保證加工精度，折彎機在壓制過程結(jié)束后必須進行保壓過程。保壓時間的長短要根據(jù)具體情況具體分析，一般情況下，加工板料越厚保壓時間越長，反之亦然；當壓制工作全部完成以后，為了節(jié)約能源和提高勞動生產(chǎn)效率，上模塊即滑塊采用快速向上動作，以便開始下一個工作過程的開始。 其工作原理為： ⑴ 油泵啟動： 如圖1-1，電動機按泵的標注的箭頭方向旋轉(zhuǎn)，即順時針方向旋轉(zhuǎn)，帶動軸向柱塞泵，漿濾清的油液通過吸油管進入閥板和電磁溢流閥回油箱，19號閥封閉20號油缸下腔油液，使滑塊停在任意位置上。 ⑵ 滑塊快速向下： 當9號YV1、24號YV6、13號YV4、17號YV5電磁鐵工作時，滑塊快速下降，下降速度由18號閥調(diào)整，20號油缸下腔的油通過19號、18號、17號闖入油箱，油缸上腔的油由油箱通過21號閥灌滿。 ⑶ 滑塊慢速向下： 當滑塊下降撞到限位開關時，9號YV1、8號YV2、11號YV3、13號YV4、24號YV6電磁鐵工作，油泵輸入的油經(jīng)過閥門進入油缸，滑塊進入工作速度。如滑塊不同步時，由15號閥自動糾正，滑塊下降位置由油缸中的機械擋塊的螺母限止。 ⑷ 滑塊點動向上或向下： 由腳踏開關或按鈕控制9號YV1、8號YV2、11號YV3、13號YV4、24號YV6電磁鐵工作的時間長短，實現(xiàn)滑塊下降時點動距離，滑塊下降的速度由16號閥調(diào)整，滑塊向上由11號YV3、24號YV6電磁鐵工作，同樣電磁鐵工作時間的長短，實現(xiàn)滑塊向上點動距離。 ⑸ 滑塊回程： 在回程的瞬時要求8號YV電磁鐵先復位2秒鐘實現(xiàn)泄壓，隨后11號YV3、24號YV6電磁鐵工作，滑塊回程，回程速度是恒定的。 ⑹ 機器的壓力調(diào)整： 6號高壓溢流閥、11號電磁溢流閥保證機器的額定力（見技術參數(shù)表）。14號溢流閥使機器的回程力可調(diào)至15Mpa，不至因過載而損害機器，液壓系統(tǒng)中的工作壓力可以從7號壓力表中讀出，使用時不準超過。用戶可通過安裝在立柱側(cè)面的12號遠程調(diào)正閥調(diào)整所需的壓力。10號蓄能器充氮壓力為4MPa,主要是操縱19號、21號閥所需壓力. ⑺ 各個電磁閥動作規(guī)范表2-1 表2-1 電磁閥動作規(guī)范表 啟動位置 快速向下 慢速向下 向下點動 保壓 向上 YV1 － ＋ ＋ ＋ ＋ － YV2 － ＋ ＋ ＋ ＋ － YV3 － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ YV4 － ＋ ＋ ＋ ＋ － YV5 － ＋ － － － － YV6 － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 3系統(tǒng)元件設計 3.1液壓缸的設計 3.1.1設計液壓折彎機的技術參數(shù) 表3-1 折彎機的技術參數(shù) 工作臺長度 立柱間距 喉口深度 主電機功率 最大折彎力 滑塊重力G 4100mm 2650mm 400mm 11KW 1000KN 15000N 快速下降的速度V1 慢速加壓的速度V2 快速上升的速度V3 快速下降的行程L1 慢速加壓的行程L2 快速上升的行程L3 120mm/s 7mm/s 80mm/s 190mm 25mm 215mm 3.1.2負載分析和運動分析 折彎機滑塊做上下直線運動，且行程較小，可選單桿雙作用液壓缸作執(zhí)行器（取液壓缸的執(zhí)行效率為η=0.95） 表3-2 負載分析 工況 計算公式 外負載/N 說明 快速下降 啟動加速 F=G/g×△v/△t 917 （1）F=G/g×△v/△t=15000/9.81×(120×10/0.2)=917N; △v/△t為下行平均加速度，m/s； （2）由于忽略滑塊導軌摩擦力，故快速下降等速時外負載為0； （3）折彎時壓頭上的工作負載可分為兩個階段：初壓階段：負載力緩慢的增加，約達到最大折彎力的5%，其行程為15mm；終壓階段，負載力急劇增加到最大折彎力，上升規(guī)律近似于直線，行程為5mm； （4）F=G/g×△v/△t=15000/9.81×(80×10/0.2)=611.5N; △v/△t為回程平均加速度，m/s 等速 ───── 0 慢速折彎 初壓 F=F×5% 50000 終壓 F=F 1000000 快速回程 啟動 F+G=G/g×+G 15611.5 勻速 F=G 15000 制動 G-F=G-G/g×△v/△t 14388.5 表3-3 運動分析 工況 計算式 時間/s 說明 快速下行 t=L1/V1 1.68 折彎時分為兩個階段，初壓階段L21為20mm終壓階段L22為5mm 慢速折彎 初壓 t=L21/V2 2.857 終壓 t=L22/V2 0.714 快速上升 t=L3/V3 2.888 3.1.3液壓缸主要零部件結(jié)構，材料與技術要求 （1）缸筒與端蓋：缸筒與端蓋連接用法蘭形式連接，前端蓋用螺紋連接，后端蓋用焊接連接。 （2）缸筒的材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)實驗壓力而不致產(chǎn)生永久變形；有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。 根據(jù)缸筒內(nèi)徑，選用45號鋼，抗拉強度σb=700MPa、屈服強度σs=600～650MPa，伸長率為4%、硬度HV為210～220。 技術要求： （1）①缸筒內(nèi)徑選用H8、H9或H10配合。內(nèi)徑的表面粗糙度，當活塞密封采用橡膠密封件時，取Ra0.4～0.1μm，當采用活塞環(huán)密封時，則取Ra為0.4～0.2μm而且均須研磨。 ②缸筒端面T的垂直度公差可選取7級精度。 ③缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度公差可選取8級或9級精度。 ④缸筒端部用螺紋連接時，螺紋應選用6級精度的細牙螺紋。 ⑤當液壓缸的安裝方式為耳環(huán)型，后端蓋的耳孔D1或缸筒耳軸軸徑d2的中心線，對缸筒內(nèi)孔軸線的垂直度可取9級精度。 ⑥為了防止腐蝕以及其它使用的特殊要求，缸筒內(nèi)表面可鍍鉻，鍍層厚度為30～40μm，并研磨拋光。 （2）①活塞的結(jié)構主要考慮與缸筒內(nèi)壁的滑動和密封，以及與活塞桿之間的連接和密封。活塞的結(jié)構形式取決于密封件的形式米飯見的形式由壓力、速度溫度來決定。 ②活塞的密封：活塞與缸筒常用的密封有間隙密封，活塞環(huán)O型密封圈，采用組合密封裝置。活塞與活塞桿之間為間隙密封、配合之間的密封為固定密封，采用O型密封槽開在活塞桿上。 ③活塞的導向：導向環(huán)（支撐環(huán)）的作用：具有精確的導向作用，并可吸收活塞運動時產(chǎn)生的側(cè)向力。 帶導向的活塞在缸筒內(nèi)為非金屬接觸，摩擦系數(shù)小，無爬行；導向能改善活塞與缸筒的同軸度，使間隙均勻，減少泄漏；導向套用耐磨材料，使用壽命長，且具有良好的承載能力。采用組合型導向環(huán)。 組合型導向是由密封圈、擋圈和導向組成，它們安裝在同一溝槽內(nèi)，具有密封、導向雙重作用。 ④活塞的材料：選用碳素鋼45號。 ⑤技術要求:a.活塞外徑D對內(nèi)徑D1徑向公差值取7級。 b.端面T對內(nèi)徑D1軸線的垂直度公差值按7級精度選取。 c.活塞D的圓柱度公差按9～11級精度選取。 （3）活塞桿： ①活塞桿外端連接形式采用單耳環(huán)形式。 ②活塞桿的導向、密封和防塵：活塞桿的導向、密封和防塵結(jié)構全部在前端蓋內(nèi)，具體結(jié)構見液壓缸圖。 ③活塞桿采用非金屬導向環(huán)，前端蓋用碳素鋼制成，其內(nèi)孔安裝用聚四氟乙烯等非金屬耐磨材料制成的導向環(huán)，為活塞桿導向。活塞桿與前端蓋為非金屬接觸摩擦阻力小，使用壽命長。導向的溝槽加工容易，磨損后更換導向套也很方便，應用比較普遍。 ④活塞的密封，以往多采用O型密封圈和唇形密封圈。這些密封圈形式由于活塞桿與密封圈之間是干摩擦，摩擦阻力大，磨損快。因此，近年來較多選用組合式密封圈，如方形圈（格來圈）、階梯圈（斯特封）。它們具有摩擦阻力小，啟動時無爬行，較低的泄漏量和耐磨等優(yōu)點。 ⑤活塞桿的防塵，以往多采用無骨架防塵圈。目前多采用既可以防塵，又可以密封的雙唇型防塵圈。外唇起防塵作用，保證活塞桿表面清潔，內(nèi)唇起密封作用。當活塞桿外伸時，通過主密封圈留在活塞桿表面的油膜，即被防塵圈的內(nèi)唇刮下，這樣，在主密封圈和防塵圈之間保留一層油膜，起潤滑作用，提高了密封圈的使用壽命。 ⑥活塞桿的材料：由專業(yè)廠生產(chǎn)的高精度冷拔活塞桿，可直接選用。 ⑦活塞桿的技術要求： a.活塞桿表面須鍍鉻，鍍層厚度為15～25微米或30～50微米。防腐要求特別高的則先鍍一層鉻或鎳，然后再鍍鉻并拋光。 b.在惡劣的、腐蝕性極強的工作環(huán)境中，活塞桿噴涂一種名為Ceramax-1000陶瓷涂層，在強度、抗腐蝕性和抗磨損等方面，比硬鉻更優(yōu)。 c活塞桿外徑公差取17～19；直線度≤0.02mm/100mm；表面粗糙度Ra≤0.3～0.4微米，對精確度要求更高者，Ra≤0.1～0.2微米。 d活塞桿外徑d的圓柱度公差值，按8級精度選取。 （4）液壓缸的結(jié)構設計 1.缸筒的計算與驗算 ①液壓缸的設計: 液壓缸是液壓傳動的執(zhí)行元件,它與主機和主機上的工作機構有著直接的聯(lián)系,對于不同機種和機構,液壓缸具有不同的用途和工作要求,因此在液壓缸設計前應做好調(diào)查. 工作負載R: 液壓缸的工作負載R是指工作機構在滿負荷情況下,以一定的加速度啟動時對液壓缸產(chǎn)生的總阻力,即:R=R1+Rm+Rg 式中R1—工作機構的荷重及自重對液壓缸產(chǎn)生的作用力 Rm—工作機構在滿載啟動時的靜摩擦力 Rg—工作機構滿載啟動時慣性力 由設計方案知: 第 41頁共36頁 最大折彎力為1000KN,工作時由兩個相同的液壓缸同時工作,所以R1=500KN. 導軌摩擦載荷:對于平導軌, =（G+） (3.1) 對于V型導軌, = (3.2) （式中G——運動部件所受的重力（N）;——摩擦系數(shù)；——V型導軌的夾角，一般為90o）. 本設計中選擇平導軌: =（G+） (3.3) 查機械設計設計手冊知： 由設計方案知FN=500KN,對于活塞和活塞桿以及滑塊重力進行估算取G值為15KN, 即=2.575KN 慣性載荷=× (3.4) 式中g——重力加速度，g=9.81；——速度變化量（m/s）;——啟動或制動時間（S），一般機械=0.1～0.5S,在此取=0.1S,由設計方案知:取最大時,=0.12 =1.8 所以工作負載R=500+2.575+1.83=504.4 ②缸筒內(nèi)徑D: 在確定D時，必須保證液壓缸在系統(tǒng)所給定的工作壓力下，具有足夠的牽引力來驅(qū)動工作負載。對于雙作用單活塞桿液壓缸，當活塞桿是以推力驅(qū)動工作負載時，即壓力油輸入無桿腔時，工作負載R為： R== D= (3.5) 式中：R—液壓缸的工作負載 F—活塞桿的最大推力 —機械效率，常取=0.95 P—工作壓力 —回油背壓，若回油直接通油箱，可取0， d——活塞桿直徑，當活塞桿是以拉力驅(qū)動工作負載時，則壓力油輸入有桿腔。則R== D= (3.6) 對于雙作用活塞桿，缸筒內(nèi)徑應取按公式1和2計算結(jié)果的較大值，然后進行數(shù)據(jù)圓整。 由于R=504.4，所以F=530.9,缸筒內(nèi)徑D應按3.2式計算，即 D= (3.7) 由活塞桿直徑d的推薦值：當活塞桿受拉時，d=（0.3～0.5）D;當活塞受壓時d=（0.5～0.7）D.在本次設計中取d=125,所以其工作壓力P為： P==11.497 (3.8) 在此計算功率 W====4.96 ③最小導向長度H的確定: 當活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到導向套滑動面中點的距離成為最小導向長度H，對單活塞液壓缸，一般H 式中L—活塞最大工作行程 D—缸筒內(nèi)徑 由設計方案知：L=215，所以H，即H150.75 2.缸筒壁厚的計算和校核 ①a．當D/δ>10時，為薄壁，則 b.當D/δ<10時，為厚壁，則 (3.9) 本設計中缸筒材料選用號鋼，其抗拉強度=700，屈服強度=600～650，伸長率為40‰，硬度～220。 為試驗壓力（），當工作壓力時，；當工作壓力時， ，——鋼體材料的許用應力（），——缸體材料的抗拉強度（），——安全系數(shù)，n=3.5～5,一般取n=5，按薄壁計算，即 (3.10) 所以δ>17.2455，圓整數(shù)據(jù)得δ=18 ②缸筒壁厚的驗算： a.液壓缸的額定壓力值應低于一定的極限值，保證工作安全。 (3.11) 將缸筒內(nèi)徑，缸筒外徑D1=D+2δ=0.316m，Pn=11.497MPa代入上式 Pn<45.12MPa,所以安全。 b．為確保液壓缸安全使用，缸筒的爆裂壓力 應遠遠大于耐壓實驗壓力，Pt=1.5Pn即Pt=17.25MPa，由公式 45.12MPa，比較可知安全。 式中D—缸筒內(nèi)徑 D1—缸筒外徑 Pn—液壓缸額定壓力 Pt—液壓缸耐壓實驗壓力 PE—缸筒發(fā)生爆炸時的壓力 σb—缸筒材料的抗拉強度 σs—缸筒材料的屈服點 ③.缸底厚度計算: 選用法蘭液壓缸，則缸筒底部為平面時，其厚度可以按照四周嵌位的圓盤強度公式近似計算，即： 式中δ—缸筒底部厚度 D0—缸底內(nèi)徑 Pn—液壓缸額定壓力 σp—缸筒底部材料的許用應力 將σp=120MPa，Pn=11.497MPa，D0=0.28m代入可得δ>0.038m，圓整數(shù)據(jù)得δ=0.040m ④.液壓缸進出口尺寸 液壓缸進出口布置前后端蓋上,采用螺紋連接。 根據(jù)國標GB/T2878-1993規(guī)定的液壓缸進出口螺紋尺寸。選用螺紋為M50*2，即EC為M50*2，EF=32。螺紋精度為6H。 ⑤.活塞桿直徑計算及穩(wěn)定性驗算 a．由公式 (3.12) 式中D—缸筒內(nèi)徑 d—活塞桿直徑 φ—速度比。（速度比為活塞兩側(cè)有效面積A1與A2之比。即：） 本設計中取1.25代入式中可得 0.125m ⑥活塞桿強度計算 一般以液壓缸活塞桿端部和缸筒端蓋均為耳環(huán)鉸接安裝方式情況來考慮，而且當活塞桿全部伸出時，活塞桿端和負載的連接點到液壓缸支撐點間的距離假定為，由液壓缸實際情況及活塞桿直徑可知，故主要驗算活塞桿壓縮和抗拉強度。即 式中d——活塞桿直徑 F——液壓缸的最大推（拉）力 σs——材料的屈服強度 ns——安全系數(shù)，一般取2～4 將，F(xiàn)=504.4KN，n=4代入可得； 0.065m比較可知符合要求 ⑦密封件的選擇 活塞與缸筒的密封選用組合密封件，詳見圖紙，活塞與活塞桿的密封選用0型密封圈，密封圈內(nèi)徑為136mm,槽開在活塞桿上，活塞桿密封件選用：Y型橡膠密封圈，由活塞桿直徑為140mm。選用尺寸詳見《中國機械設計大典》第五分冊《機械控制系統(tǒng)設計》的538頁。防塵圈根據(jù)國標GB/T10708.3-1989選擇，由活塞桿直徑為140mm，選用A型，具體尺寸見表3-4 表3-4防塵圈尺寸（mm） d D s l 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 147.5 ±0.45 175 ±0.145 6.5 ±0.15 9.5 －0.300 3.2液壓泵的選擇 3.2.1液壓泵的性能參數(shù)及計算公式 ⑴①額定壓力Ps 在正常工作條件下，根據(jù)實驗結(jié)果推薦的允許連續(xù)運行的最高壓力。額定壓力值與液壓泵的結(jié)構形式及其零部件的強度、工作壽命和容積效率有關。 ②最高壓力Pmax 按實驗標準規(guī)定超過額定壓力而允許短暫運行的最高壓力，其值主要取決于零件及其相對摩擦副的極限強度。 ③工作壓力P 液壓泵進口處的壓力，自吸泵的吸入壓力低于大氣壓力，一般用吸入高度衡量。當液壓泵的安裝高度或吸油阻力過大時，液壓泵的進口壓力將因低于極限吸入壓力而導致吸油不充分，而在吸油區(qū)產(chǎn)生氣穴或氣蝕。吸入壓力的大小與泵的結(jié)構型式有關。 ⑵液壓泵的轉(zhuǎn)速 ①額定轉(zhuǎn)速n 在額定壓力下，根據(jù)實驗結(jié)果，推薦能長時間連續(xù)運行并保持較高運行效率的轉(zhuǎn)速。 ②最高轉(zhuǎn)速nmax 在額定壓力下，為保證使用壽命和性能所允許的短暫運行的最高轉(zhuǎn)速。其值主要與液壓泵的結(jié)構形式及自吸能力有關。 ③最低轉(zhuǎn)速nmin 為保證液壓泵可靠工作或運行效率不至過低所允許的最低轉(zhuǎn)速。 ⑶液壓泵的排量及流量 ①排量V 液壓泵主軸轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積，排量的大小取決于液壓泵的結(jié)構和幾何尺寸，有時又稱為理論排量。 ②理論流量qt 不考慮泄露，液壓泵單位時間內(nèi)所排出的液體體積（m3/s） (3.13) 式中：n—液壓泵的轉(zhuǎn)度（r/min） V—液壓泵排量（cm3/r） ③實際流量q 在實際運行時在不同壓力下液壓泵所排出的流量。實際流量低于理論流量，其差值Δq=qt-q液壓泵的泄露流量。 ④額定流量qs 在額定壓力、額定轉(zhuǎn)速下，液壓泵所排出的實際流量。 ⑤瞬時理論流量qtsh 由于運動學機理，液壓泵的流量往往具有脈動性，液壓泵某一瞬間所排的理論流量稱為瞬時理論流量。 ⑥流量不均勻系數(shù)δq 在液壓泵的轉(zhuǎn)速一定時，因流量脈動造成的流量不均勻速度。 (3.14) ⑷液壓泵的功率P ①液壓泵的輸出功率（KW）用其流量q和出口壓力p或進口壓力差表示 (3.15) 式中：q—液壓泵實際流量 p—液壓泵進出口壓力差，通常液壓泵的進口壓力近似為零，因此液壓泵進出口壓力差可用其出口壓力表示。（Pa） ②輸出功率 液壓泵的輸出功率即原動機的輸出功率。 ③總效率 液壓泵的輸出功率于輸入功率之比。 (3.16) ④容積效率 在轉(zhuǎn)速一定的條件下，液壓泵的實際流量與理論流量之比。 (3.17) 式中：—液壓泵的泄露量，在液壓泵結(jié)構型式、幾何尺寸確定后，泄露量的大小主要取決于泵的出口壓力，與液壓泵的轉(zhuǎn)速（對定量泵）或排量（對變量泵）無多大關系。因此液壓泵在低轉(zhuǎn)速或小排量下工作時，其容積效率將會很低，以致無法正常工作。 ⑤機械效率 對液壓泵，除容積泄露損失都歸于 機械損失，因此 (3.18) ⑸液壓泵的噪聲 液壓泵的噪聲通常用分貝（dB）衡量，液壓泵的噪聲產(chǎn)生的原因包括：流量脈動、流量沖擊、零部件的震動和摩擦以及液壓沖擊等。 液壓泵按照泵的工作形式不同可分為：齒輪泵、葉片泵、和柱塞泵。根據(jù)本設計所需壓力和放置油泵的體積，初步選定軸向柱塞泵 3.2.2軸向柱塞泵的工作原理 軸向柱塞泵是柱塞泵線與缸體軸線平行且在缸體孔內(nèi)作往復運動來改變柱塞底部容積大小實現(xiàn)吸油和壓油的柱塞泵。軸向柱塞泵不僅額定壓力高，而且可以實現(xiàn)多種形式的變量，因此應用極廣在液壓泵中占有及其重要的位置。 軸向柱塞泵柱塞實現(xiàn)往復運動的方式分為斜盤式和斜軸式。斜盤式是利用斜盤對柱塞的約束反力和彈簧力的共同作用使柱塞泵縮回或外伸；斜盤式利用缸體軸線相對泵軸存在一個擺角而被連桿強制的實現(xiàn)柱塞的往復運動。 斜盤式軸向柱賽泵又按以下幾種分類方法分類： (1)按泵軸的支承方式分為通軸式和非通軸式。通軸式的泵軸穿過缸體，兩端有軸承支承，此時斜盤位于泵軸的輸入端，因此又稱前置斜盤式。非通軸式的泵軸的輸入端由軸承支承，另一端為花鍵，與缸體內(nèi)花鍵連接，其軸承位于缸體的外圓，此時斜盤處于泵軸的尾端，因此由稱后置斜盤。 (2)按柱塞球頭與斜盤的接觸方式分為點接觸式和滑稽式。點接觸的接觸式的柱塞球頭直接與斜盤接觸，二者接觸應力大?；皆谥蝾^加滑稽后由滑稽底面與斜盤接觸，使接觸應力大大減小，其額定壓力大大提高。 (3)按配流方式分為配流盤和閥式配流，配流盤上開有兩個腰圓形窗口，當缸體旋軸時，缸體底部窗口交替與配流窗口相通，實現(xiàn)配流（吸油和壓油）。閥式配流的向柱塞泵的缸體不旋轉(zhuǎn)，當泵軸帶動斜盤帶動斜盤旋轉(zhuǎn)時，每個柱塞底部的容腔通過一個進油閥和一個排油閥實現(xiàn)吸油和壓油，因此排油閥或球閥、密封性好、因此閥式配流用于超高壓且多為定量泵。 斜盤式和斜軸式柱塞泵的排量公式為： V= (3.19) 式中：d——柱塞直徑 D——柱塞分布圓直徑 Z——柱塞孔的數(shù)目 a——斜盤傾角 顯然，改變斜盤傾角大小可以改變排量，若斜盤傾角固定不能改變則為定量泵。 3.2.3 軸向柱塞泵的工作要求 （1）軸向柱塞泵與原動機之間要求用彈性連軸器連接，兩軸的同軸要求在mm以內(nèi)。 （2）軸向柱塞泵在最高處設計有外進油口，泵在起動前應由油口向殼體內(nèi)灌滿清潔的工作介質(zhì)，排凈殼體的空氣，泵工作時泄露油由此油口單獨引回油箱。為避免空氣侵入，泄露管應插入液面以下，軸向柱塞泵的殼體最低處開有一放油口，泵工作時此口螺柱堵上，維修泵時先由此油口將殼體內(nèi)的油液放光，然后再拆卸零部件。 （3）配流盤配流的柱塞泵的自吸高度應小于0.5mm，最好是液面高度高于泵的吸油口，以改善吸油性能。 （4）軸向柱塞泵若配流盤采用非對稱性結(jié)構，則必須按指定的方向旋轉(zhuǎn)。 （5）軸向柱塞泵對工作介質(zhì)的過濾精度要求較高，為10m，對于回油系統(tǒng)采用全部回油過濾。吸油口不宜裝過濾器；對閉式系統(tǒng)進排油都要進行過濾。 （6）軸向柱塞泵的傳動軸的徑向載荷和軸向載荷不得超過說明書或工廠的有關規(guī)定。 （7）軸向柱塞泵的工作介質(zhì)必須具有相容性，若系統(tǒng)所用工作介質(zhì)為非礦物質(zhì)油，應特別予以說明。 3.2.4 油泵的選擇 根據(jù)所設計液壓缸所須額定壓力為11.497MPa，但考慮到液壓管路損失和壓力儲備。故選擇額定壓力為31.5MPa的軸向柱塞泵。其型號為10CCY14-1B，技術參數(shù)；額定壓力為31.5MPa，公稱排量為10ml／r；額定轉(zhuǎn)速為1500r/min；驅(qū)動功率10kw；容積效率0.92；重量20Kg。 3.3油箱的設計 3.3.1油箱的功能 (1)存儲供油系統(tǒng)工作循環(huán)所需的油量。 (2)散發(fā)系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的一部分熱量。 (3)促使油液中的空氣分離及消除泡沫。 (4)為系統(tǒng)提供元件的安裝位置。 3.3.2 油箱的類型 液壓系統(tǒng)中的油箱有整體式和分離式兩種，整體式油箱利用主機內(nèi)腔作為油箱，這種油箱結(jié)構緊湊，各處漏油易于回收，但增加了設計和制造的復雜性，維修不便。散熱條件不好，且會使主體產(chǎn)生熱變形。 分離式油箱單獨放置，與主機分開，減少了油箱發(fā)熱和液壓原震動對主機工作精度的影響；綜合以上兩種形式的油箱的優(yōu)缺點，及考慮設計液壓系統(tǒng)的應用環(huán)境，故在此設計中選用分離式油箱。 根據(jù)液壓泵與油箱相對安裝位置不同，又可分為上置式、下置式和旁置式。上置式油箱將液壓泵等裝置安裝在油箱的上蓋板上，結(jié)構緊湊，應用最普遍；下置式油箱是將液壓泵置于油箱底下，這種安裝方式，常將油箱架高到使人能夠在油箱底下自由通過，既減少安裝的設備面積，有可使液壓泵的吸入性大為改善；旁置式油箱將液壓泵等裝置安裝在油箱旁邊，系統(tǒng)的流量和油箱的容量較大時常采用這種形式，尤其是用一個油箱給多臺液壓泵供油時。旁置式油箱內(nèi)液面也高于泵的吸油口，使液壓泵具有較好的吸油效果。 3.3.3油箱的設計要求及結(jié)構 (1)油箱必須有足夠的容量，以保證系統(tǒng)工作時保持一定液位高度，為滿足散熱要求，由于管路比較長的系統(tǒng)，還應考慮停機維修時能容納油液自由流回油箱時的容量，當油箱容積不能增大，又不能滿足散熱要求時，須設冷卻裝置。 (2)油箱容量的確定 油箱有效容積（即液面高度只占油箱高度80%時的油箱容積）一般為液壓泵每分種輸出流量的3～7倍。對于行走機械和設備冷卻裝置的設備，油箱的容量可選擇小些；對于固定設置的設備，空間、面積不受限制的設備，則應采取較大的容量。 由于所選泵的公稱流量為15L/min，所設計油箱的使用是固定機械且空間、面積不受太大的限制，因此設計油箱的容積要大些。初步定為400L，具體尺寸為800×650×800。 (3)油箱的結(jié)構 油箱內(nèi)應該設置擋板，把油箱分成吸油區(qū)和回油區(qū)兩部分，隔板的高度一般為油面高度的四分之三，吸油區(qū)和回油區(qū)的大小相等。也可以把回油區(qū)做的大些，以利于雜質(zhì)的沉淀。 1）吸油管和回油管應盡量遠離，吸油口離箱底距離H2d（管徑）距離邊也不小于3d，回油管管口應斜砌成45度斜角，斜口面向箱壁以利于散熱。 2）為了使油箱的散熱良好，便利放油和清除污垢，箱底應距離底面150mm以上，而且最好具有適當?shù)男倍龋钩恋砦锖托枰懦龅挠图性谝黄?，在油箱最低位置處設置放油口，在本設計中，因考慮特殊情況，油箱放在主機上故油箱無需離主機頂面150mm以上，而且與頂面接觸，油箱的斜度為3度。 3）在油箱的加油附近設置油面計以便在油箱之外直接看到最高和最低油面，油面計選擇直接觀察式的本設計中選用YWZ-200T型液面計。 4）加油口放在油箱頂面，油口具有段時間的能力。由于本設計油箱選用開式油箱。故在油箱的結(jié)構中必須有空氣過濾器，綜合現(xiàn)有條件及考慮到簡化油箱結(jié)構，所以在設計中選用了，加油口和空氣過濾器二者功能集一體的EF4-50型空氣過濾器，該過濾器主要的尺寸見圖紙。 為了防銹、放凝水，油箱焊接后內(nèi)壁應作噴丸處理，并涂耐油材料，以提高油箱使用壽命。 6）本設計中油箱采用鋼板焊接而成，箱壁厚度取6mm；箱底厚度取10mm。因有液壓元件要裝在油箱蓋板上，故該板厚度應選為15mm，均采用普通碳素結(jié)構鋼。 7）在本設計的液壓系統(tǒng)中，泵工作時的流量為15L／min，因考慮到機械工作時壓力較高，易產(chǎn)生大量的熱，故油箱選用大一些的。造400L，油箱的外形幾何尺寸大小為長×寬×高為800×650×800。 8）在油箱上蓋和下部設置油盤。油盤須有排油口，便于清洗。油箱內(nèi)壁應進行拋丸和噴沙處理。對于礦物油，常采用磷化處理；對于高水基或水乙二醇等介質(zhì)，則應采用與介質(zhì)相容的涂料進行涂刷，以防漆脫落而污染介質(zhì)。 3.3.4油箱附件 （1）液壓空氣過濾器（簡稱空氣過濾器） 液壓系統(tǒng)工作時，液面上升由內(nèi)向外排出空氣。在油箱蓋板上垂直安裝空氣過濾器，可以過濾吸入的空氣，同時使用油箱內(nèi)的壓力和大氣壓力平衡，避免液壓泵出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。 本設計選用EF系列液壓 空氣過濾器，具體尺寸見表3-5： 表3-5過濾器技術參數(shù) 過濾注油口徑/mm 注油流量L·min-1 空氣流量L·min-1 油過濾面積/cm2 A/mm B/mm EF-50 50 32 260 270 150 59 注：1.表中所列空氣流量是流速15m/s時的值； 2.一般空氣的流量為液壓泵流量的1.5倍； 選用空氣過濾器的安裝尺寸見表3-6； 表3-6過濾器的安裝尺寸 a/mm b/mm c/mm 四支螺釘均布/mm 空氣過濾精度/mm 油過濾精度/mm EF-50 81 102 120 M6×14 0.105 125 (2)所選液位液溫計的型號YWZ-300T,具體尺寸見表3-7： 表3-7所選液位液溫計的尺寸（mm） L E B YWZ-200T 227 200 150 3.4系統(tǒng)其它元件的選用 3.4.1 蓄能器的選用 本設計所選蓄能器的類型為氣囊式蓄能器。 （1）蓄能器型號說明 ①氣囊式蓄能器；②結(jié)構形式；1（小口結(jié)構）2（大口結(jié)構）（僅用于奉化奧萊爾液壓有限公司）；③連接方式；（螺紋連接）（法蘭連接）④公稱容積（L）；⑤公稱壓力（）；⑥工作介質(zhì)；（石油基液壓油）。 （2）所選蓄能器的技術參數(shù)見表3-8： 表3-8蓄能器的技術參數(shù) 公稱壓力/MPa 公稱容積/L 基本尺寸 M d d1 d2 d3 d4 d5 L D NXQ1-L2.5/10-H 10 2．5 M42×2 50 42 50 97 137 17 430 152 3.4.2電機的選擇 Y系列電機是按照國際電工委員會（IEC）標準設計的，具體國際互換性的特點。其中Y（IP44）小型三相異步電動機為一般用途籠型封閉自扇冷式電動機，具有防止灰塵或其它雜物侵入之特點，B級絕緣。可采用全壓或降壓啟動。該電動機的工作條件為：環(huán)境溫度-15～+40 ，相對濕度不超過90%，海拔高度不能超過1000米，電源額定電壓380V,頻率50Hz。 (1)三相異步電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子構成，定子是靜止不動的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。 1)定子 定子有鐵心、繞組與機座三部分組成。定子鐵心是電動機磁路的一部分，它由0.5mm的硅鋼片疊壓而成，片與片之間是絕緣的，以減少渦流損耗，定子鐵心的硅鋼片的內(nèi)圓沖有定子槽。定子繞組是電動機的電路部分，由許多線圈連接而成，每個線圈由兩個有效邊，分別放在兩個槽里。三相對稱繞組AX,BY,CZ可連接成星形或三角形。機座主要用于固定與支承定子鐵心。中小型異步電動機一般采用鑄鐵機座。根據(jù)不同的冷卻方式采用不同的機座形式。 2)轉(zhuǎn)子 有鐵心與繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵心壓裝在轉(zhuǎn)軸上，由硅鋼片疊壓