1、 兰州交通大学博文学院 毕业设计说明书 题 目： 小型液压机 液压系统设计 学 号 : 20121651 系 别： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 12 级机机制（ 6）班 指导教师： 惠振亮 年 月 日 兰州交通大学 博文学院 毕业设计设计任务书 题 目 小型液压机液压系统设计 1、课程设计的目的 学生在完成液压传动与控制课程学习的基础上，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；从而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
2、应用能力的锻炼。 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） 设计一台小型液压机的液压系统，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 3m/min，加压速度为40 250mm min，压制力为 200kN，运动部件总重量为 20kN。 3、主要参考文献 1 成大先 . 机械设计手册 M。北京：化学工业出版社， 2004. 2 李壮云 . 中国机械设计大典 M。南昌 :：江西科学技术出版社， 2002.1 3 王文斌 . 机械设计手册 M 。北京：机械工业出版社， 2004.8 4 雷天觉 . 液压工程手册。北京。机械工业出版社。 19
3、90 I 摘 要 液压机是一种用 静压来加工金属、塑料、橡胶、粉末制品的机械，在许多工业部门得到了广泛的应用。 液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。 液体传动是以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动系统。本文利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压传动系统图，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。确保其实 现快速下行、慢速加压、保压、快速回程、停止的工作循环。 关键词： 液压机、课程设计、液压传动系统设计 II 目录 摘 要 . I 1 任务分析 . 1 1.1 技术要求 . 1 1.2 任务分析 . 1 2 方案的确定 . 2
4、2.1 运动情况分析 . 2 3 工况分析 . 3 3.1 工作负载 . 3 3.2 摩擦 负载 . 3 其中液压缸 3.3 惯性负载 . 3 3.4 自重 . 3 3.5 液压缸在各工作阶段的负载值 . 3 4 负载图和速度图 . 4 5 液压缸主要参数的确定 . 5 5.1 液压缸主要尺寸的确定 . 5 5.2 计算在各工作阶段液压缸所需的流量 . 6 6 液压系统图 . 7 6.1 液压系统图分析 . 7 6.2 液压系统原理图 . 8 7 液压元件的选择 . 10 7.1 液压泵的选择 . 10 7.2 阀类元件及辅助元件 . 10 7.3 油箱的容积计算 . 11 8 液压系统性能的
5、运算 . 11 8.1 压力损失和调定压力的确定 . 11 8.2 油液温升的计算 . 13 8.3 散热量的计算 . 14 结论 . 15 参考文献 . 错误 !未定义书签。 1 1 任务分析 1.1 技术要求 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 1V =3 m/min，加压速度 2V =40-250mm/min, 其往复运动和加速（减速）时间 t=0.02s，压制力为 200KN，运动部件总重为 20KN,工作行程 400mm, 静摩擦系数 fs=0.2，动摩擦系数 fd=0.1油缸垂直安装，设计该压力机的液压系
6、统传 动。 1.2 任务分析 根据滑块重量为 20KN ，为了防止滑块受重力下滑，可用液压方式平衡滑块重量。设计液压缸的启动、制动时间为 t =0.02s 。液压机滑块上下为直线往复运动，且行程较小 ,故可选单杆液压缸作执行器 ,且液压缸的机械效率9.0cm 。因为液压机的工作循环为快速下降、慢速加压、保压、快速回程四个阶段。各个阶段的转换由一个三位四通的换向阀和一个二位二通的换向阀控制。当三位四通 换向阀工作在左位时实现快速回程。中位时实现液压泵的卸荷，亦即液压机保压。工作在右位时实现液压泵的快进和工进。其工进速度由一个调速阀来控制。快进和工进之间的转换由二位二通换向阀控制。液压机快速下降时
7、，要求其速度较快，减少空行程时间，液压泵采用全压式供油，且采用差动连接。由于液压机压力比较大，所以此时进油腔的压力比较大，所以在由保压到快速回程阶段须要一个节流阀，以防在高压冲击液压元件，并可使油路卸荷平稳。为了对油路压力进行监控，在液压泵出口安装一个溢流阀，同时也对系统起过载保护作用。因为滑块受自身重力作用，滑块 要产生下滑运动。所以油路要设计一个单向阀，以构成一个平衡回路，产生一定大小的背压力，同时也使工进过程平稳。在液压力泵的出油口设计一个单向阀，可防止油压对液压泵的冲击，对泵起到保护作用。2 2 方案的确定 2.1 运动情况分析 由液压机的工作情况来看，其外负载和工作速度随着时间是不断
8、变化的。所以设计液压回路时必须满足随负载和执行元件的速度不断变化的要求。因此可以选用变压式节流调速回路和容积式调速回路两种方式。 2.1.1变压式节流调速回路 节流调速的工作原理，是通过改变回路中流量控制元件通流面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量来调节其速度。变压式节流调速的工作压力随负载而变，节流阀调节排回油箱的流量，从而对流入液压缸的的流量进行控制。其缺点：液压泵的损失对液压缸的工作速度有很大的影响。其机械特性较软，当负载增大到某值时候，活塞会停止运动， 低速时泵承载能力很差，变载下的运动平稳性都比较差，可使用比例阀、伺服阀等来调节其性能，但装置复杂、价格较贵。优点：在主油
9、箱内，节流损失和发热量都比较小，且效率较高。宜在速度高、负载较大，负载变化不大、对平稳性要求不高的场合。 2.1.2容积调速回路 容积调速 回路的工作原理是通过改变回路中变量泵或马达的排量来改变执行元件的运动速度。优点：在此回路中，液压泵输出的油液直接进入执行元件中，没有溢流损失和节流损失，而且工作压力随负载的变化而变化，因此效率高、发热量小。当加大液压缸的有效工作面积，减小泵的泄露，都可以提高回路的速度刚性。 3 综合以上两种方案的优缺点比较，泵缸开式容积调速回路和变压式节流调回路相比较，其速度刚性和承载能力都比较好，调速范围也比较宽工作效率更高，发热却是最小的。考虑到最大压制力为 200K
10、N，故选泵缸开式容积调速回路。 3 工况分析 3.1 工作负载 工件的压制抗力即为工作负载： Fw=200000N 3.2 摩擦负载 静摩擦阻力： fsF=0.2x20000=4000N 动摩擦阻力： fdF =0.1X20000=2000N 其中液压缸 3.3 惯性负载 Fm=ma=20000/10X3/(0.02X60)=5000N 3.4 自重 G=mg=20000N 3.5 液压缸在各工作阶段的负载值 采用 V 型密封圈，其机 械效率 9.0cm 。另外取液压缸的背压负载 bF 20000N。则液压系统工作循环各阶段的外负载见表 3-1。 表 3-1 工作循环各阶段的外负载 4 工况
11、负载值 推力 启动 F= bF -G+ fsF =4000N 4444 加速 F= bF -G+ fdF +Fm=7000N 7778 快进 F= bF -G+ fdF =2000N 2222 工进 F= bF -G+ fdF +Fw=202000N 224444 快退 F=G+ fdF - bF =2000N 2222 4 负载图和速度图 负载图和速度图绘制如图 4-1 与 4-2所示 F / Ns/ m m44 4 477782222224444-2222图一 负 载图5 v/ (m /m in )5000. 67 -4 .1 7s/m m图二 速度图5 液压缸主要参数的确定 5.1 液压
12、缸主要尺寸的确定 （ 1）确定液压泵的最大工作压力pP： PSPPp 1 上式中 pP 液压泵最大工作压力； 1P 执行元件最大工作压力。将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到缸下行时，滑块自重采用液压方式平衡，则可计算出液压缸无杆腔的有效面积，取液压缸的机械效率 cm=0.9。 （ 2）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 224444N，取 d/D=0.7 0 0 8 3.09.01030 2 2 4 4 4 461 A D= 01057.0 =0.103m 按 GB/T2348-1993，取标准值 D=110mm d=0.7D=77mm 6 由此求得液压缸的实际
13、有效工作面积 则：无杆腔实际有效面积： 1A = 24D =9498 2mm 有杆腔实际有效面积： 2A = 224 dD =4844 2mm 5.2 计算在各工作阶段液压缸所需的流量 快进： Q= 11VA =28.5L/min 工进： Q= 21VA =0.382.37L/min 快退： Q= 12VA =14.5L/min 液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算见表 5-1。 表 5-1 液压缸工作循环各阶段的压力 、流量 工作阶段 负载 F 工作腔压力 MPa 输入流量 L/min 快进 启动 4444 0.468 加速 10222 1.076 快进 2222 0.234 28.5 工进 224444 23.63 一 保压 224444 23.63 快退 启动 4444 0.917 加速 10222 2.11 恒速 2222 0.459 14.52
