四柱液压机课程设计

液压与气压传动课程设计

说明书

设计题目： 四拄液压机 专 业： 机械设计制造及自动化 班 级： 14机械卓越 姓 名： xxx 学 号： 140111xx 指导教师： 徐建方

常州工学院机械与车辆工程学院

2016年6月13日

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前言

本设计为四柱式液压机，四柱液压机的主机主要由上梁、导柱、工作台、移动横梁、主缸、顶出缸等组成。其中主缸可完成快速下行、慢速加压、保压延时、释压换向、快速返回、原位停止的动作；顶出缸可实现向上顶出、停留、向下退回、原位停止的动作。本设计主机最大工作负载为7000000N。通过对液压缸工况分析确定液压缸负载的变化，拟定液压系统图和电磁铁动作顺序。并设计主液压缸，计算主液压缸的尺寸和流量，主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制。根据技术要求及设计计算选择液压泵、GE系列电磁阀等液压元件。通过液压系统压力损失和温升的验算，液压系统的设计可以满足液压机顺序循环的动作要求，设计的四柱液压机能够实现塑性材料的锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲等成型加工工艺。本液压系统选用PLC控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。液压机采用集中式布置，液压系统油源与控制调节装置置于主机之外。

该液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定的范围内任意调节，操作简单。

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目录

第一章 概论 ................................................................................................................................................... 1

第一节 液压机的工作原理及其组成 ................................................................................................... 1 第二节 发展趋势 ................................................................................................................................... 3 第三节 液压传动的优缺点及应用 ....................................................................................................... 4 第二章 液压系统的合成 .............................................................................................................................. 6

第一节 液压传动工作原理 ................................................................................................................... 6 第二节 搭建部分回路 ........................................................................................................................... 9 第三节 其他考虑 ................................................................................................................................. 10 第三章 液压缸结构设计及液压系统工况分析 ......................................................................................... 11

第一节 液压缸基本结构设计 ............................................................................................................. 11 第二节 载荷的组成和计算 ................................................................................................................. 11 第三节 确定主液压缸的、顶出液压缸结构尺寸 ............................................................................. 12 第四节 液压缸动作时的流量 ............................................................................................................. 14 第五节 缸的设计计算 ......................................................................................................................... 14 第四章 液压元件的选择及性能验算 ......................................................................................................... 26

第一节 液压元件的选择 ..................................................................................................................... 26 第二节 液压系统性能验算 ................................................................................................................. 31 第五章 立柱结构设计 ................................................................................................................................. 35

第一节 立柱设计计算 ......................................................................................................................... 35 第二节 连结形式 ................................................................................................................................. 36 第三节 立柱的螺母及预紧 ............................................................................................................... 38 第四节 立柱的导向装置 ..................................................................................................................... 39 第五节 限程套 ..................................................................................................................................... 40 第六章 横梁参数的确定 ............................................................................................................................. 41

第一节 上横梁结构设计 ..................................................................................................................... 41 第二节 活动横梁结构设计 ................................................................................................................. 41

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第三节 下横梁结构设计 ..................................................................................................................... 42 第四节 各横梁参数的确定 ................................................................................................................. 42 第七章 液压元件的设计 ............................................................................................................................. 43

第一节 管道及管接头 ......................................................................................................................... 43 第二节 液压控制阀的选择 ................................................................................................................. 44 结论 ............................................................................................................................................................... 46 参考文献 ....................................................................................................................................................... 47

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第一章 概论

第一节 液压机的工作原理及其组成

一．概述

液压机（又名：油压机）利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，种类很多。当然，用途也根据需要是多种多样的。如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。水压机机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具。我国制造的第一台万吨水压机就是自由锻造水压机。

液压机是一种以液体为工作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。液压机被广泛应用于机械工业的许多领域。例如在锻压领域，液压机被广泛应用于自由锻造、模锻、冲压、挤压、剪切、拉拔成型及超塑性等许多工艺中；在机械工业的其他领域，液压机被应用于粉末制品，塑料制品、磨料制品、金刚石成型、校正压桩、压砖、橡胶注塑成型等十分广泛的不同工作领域。

机器具有独立的动力机构和电气系统，采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种工作方式：机器的工作压力、压制速度，空载快下行和减速的行程和范围，均可根据工艺需要进行调整，并能完成顶出工艺，可带顶出工艺、拉伸工艺三种工艺方式，每种工艺又为定压，定程两种工艺动作供选择，定压成型工艺在压制后具有顶出延时及自动回程。

液压机一般是由本体、动力系统、液压控制系统三部分组成。本体一般是由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置以及其他辅助装置组成。工艺要求使影响液压机本体结构形式的最主要因素。由于在不同液压机上完成的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构形式也是不同的。根据机架形式，液压机可以分为立式和卧式；根据机架的组成形式，液压机可分为梁柱式、单柱式、框架式、钢丝缠绕预应力牌坊式等。其中三梁四柱式是最为常见的类型，如图1-1所示。其机身是由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调节螺母等组成。其执行元件的结构简单，结构上易于实现很大的工作压力、较大的工作空间，因此适应性强，便于压制大型工件或较长、较高的工件；由于执行元件结构简单，所以布置灵活，可以根据工艺要求来多方位布置；活动横梁的总行程和速度都可在一定范围内、相当大程度上调节，适应工艺过程对化快速度的不同要求；通过不同阀的组合实现工艺过程的不同顺序；安全性能好，不易超载，有利于保护模具；工作

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平稳。撞击、振动、噪声较小，对工人及厂房有很大好处。

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(1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。

(2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。

(3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。

(4)液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。

二、液压传动的基本原理

液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。

在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。

四柱液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包括液压缸、 横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力 阀、方向阀等组成。

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四柱液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。 动力机构通常采用油泵作为动力机构，一般为积式油泵。为了满足执行机构运动速度的要求， 选用一个油泵或多个油泵。低压（油压小于2.5MP）用齿轮泵；中压（油压小于6.3MP）用叶片泵；高压（油压小于32.0MP)用柱塞泵。各种可塑性材料的压力加工和成形，如不锈钢板钢板的挤压、弯曲、拉伸及金属零件的冷压成形，同时亦可用于粉末制品、砂轮、胶木、树脂热固性制品的压制。

三、液压系统的组成

液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。

(1）、动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。

(2)、执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。

(3)、控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。

(4)、辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。

(5)、工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。

第二节 发展趋势

随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。自19世纪问世以来发展很快，已经广泛应用于国民经济的各个部门，种类繁多，发展迅速，成为机床行业的一个重要组成部分。但由于我国液压起步晚，液压机只有50年的发展历史，80年代以后我国液压机开始进入高速发展阶段。目前我国已建立了自己的液压机设计和制造行业。

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由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展体现在新的方向。随着比例伺服技术的发展，液压机的停位精度、速度控制精度越来越高，液压机趋向高精度发展。高速化、高效化、低能耗提高了液压机的工作效率，降低生产成本；自动化、智能化，微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能；液压元件集成化，标准化，集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。

在国际上来看，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。

第三节 液压传动的优缺点及应用

一、液压传动的优缺点

液压传动所以能得到广泛应用，这是由于它具有以下主要优点：

（1） 液压传动与机械、电力等传动方式比较，在输出同样功率的条件下体积小、 重量轻、结构紧凑。油马达的外形尺寸约为同功率电机的12％，重量约为电机的10～20％，1m3的全液压挖掘机整机重25t、零件总数为750多件，而机械式1m3的挖掘机的机重是41t，零件总数达1500多件。

（2） 传递运动平衡。由于工作液体弹性大，油液本身有吸振能力，不象机械传 动因加工和装配误差会引起过大的振动和撞击。

（3） 易于获得很大的力或力矩。例如一个内径为30cm的油缸，油液压力为 20MPa，活塞上便可产生1.4MN推力。液压传动这个突出的优点，使它广泛应用于工程机械，成为实现省力的最有效的手段。

（4） 液压传动系统的运动零件均在油内工作，可以自行润滑，故零件工作寿命 长。

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（5） 能在很大范围内实现无级调速。如车辆在不同情况下要求不同的行驶速度， 可以通过调节液体的流量达到改变速度的要示。 （6） 与机械传动相比易于布局和操纵。

（7） 液压元件易于实现系列化、标准化、通用化，便于设计、制造和推广。

液压传动也存在以下缺点：

（1） 液压传动采用液体为介质，在相对运动表面有间隙存在，就不可避免的要 有泄漏，影响了工作效率。为了防止漏油，配合件的制造精度要求较高。 （2） 由于油的粘度随温度而变化，因此油温变化时，会影响传动机构的工作性 能。同时在低温或高温条件下采用液压传动有较大的困难。

（3） 空气渗入液压系统后容易引起系统的工作不良，如发生振动、爬动、噪音 等。

（4） 液压系统发生故障不易检查和排除，这给使用和维修带来不便。 （5） 为了防止漏油，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件制造精度要求 较高。

总的来说，液压传动的优点是主要的，就其缺点而言，随着生产和科学技术的发展，正在逐

步加以解决，因此液压传动在现代化的生产中有着广阔的发展前途。

二、液压传动的应用

液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

该液压机适用于可塑性材料的压制工艺。如粉末制品成型、塑料制品成型、冷（热）挤压金属成型、薄板拉伸以及横压、弯压、翻透、校正等工艺。

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四柱液压机具有独立的动力机构和电器系统，采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。

第二章 液压系统的合成 第一节 液压传动工作原理

一、根据绪论所述，拟定四柱液压机液压系统原理图如图2-1所示

1-叶片泵 2-轴向柱塞泵 3-单向阀 4，8-先导式溢流阀 5-高位油箱 10，13，16-二位两通电磁换向阀 6,9-直动式溢流阀 7,17，20-顺序阀

11-不可调节流阀 12,18-可调节流阀 14,25-三位四通电液动换向阀 15,21,23-液控单向阀 19-二位三通电磁换向阀 22-上液压缸 24-下液压缸

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图2-1 四柱液压机液压系统原理图

二、系统工作原理

（1）快速下行。3Y，5Y通电，电液动换向阀14的左位工作，经阀15进入缸22上腔，液控单向阀21打开，接通下腔与油箱的油路，上液压缸活塞依靠重力快速下行。液控单向阀23由于负压被打开，给主缸22上腔充液。

回路：P→13→14左位→15→22上腔→22下腔→21→14左位→25中位→T （2）慢速加压。当主缸活塞下降接触工件后负载压力升高，压力继电器1发讯，使1Y通电，5Y断电，这时液压泵输出的压力油只能经节流阀12进入系统，同时切断主缸下腔经液控单向阀21的快速回油路。压力升高，使顺序阀（卸荷阀）7打开，液压泵1卸荷。液控单向阀23由于上腔压力升高而自动关闭。活塞慢速下行。

回路：P→12→14左位→15→22上腔→22下腔→20→14左位→25中位→T （3）保压延时。主缸22上腔压力达到调定值时，压力继电器2发讯，1Y，3Y断电，同时使时间继电器动作，控制保压时间。利用单向锥形阀座的密封性实现保压。14中位工作，泵卸荷。

（4）快速返回。保压结束，时间继电器动作，2Y，4Y通电，由于上腔没有泄压，上腔油液经两位两通电磁换向阀16将顺序阀17打开，进入下强的油液经顺序阀17和节流阀18回油箱，调节节流阀18使下腔压力能顶开液控单向阀15的卸荷阀芯，但不足以使活塞回程，上腔泄压。当上腔压力降低到低于顺序阀17的调定压力，顺序阀17关闭，切断低压循环。泵压力上升，顶开液控单向阀15，活塞快速返回。液控单向阀23被打开，上腔部分油液回高位油箱。

回路：P→13→14右位→21→22下腔→22上腔→15→14右位→25中位→T （5）原位停止。当主缸活塞上升至挡块撞上行程开关，2Y，4Y断电，这时，主缸停止不动，泵卸荷。

三、 下液压缸的工作情况分析

（1）向上顶出。6Y通电，电液动换向阀25右位工作。

（2）向下退回。6Y断电，7Y通电，电液动换向阀25左位工作。

（3）浮动状态。下液压缸24的无杆腔保持一定的压力，电液动换向阀25中位，

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24活塞能随主缸22一同下行对薄板进行拉伸。8Y通电，溢流阀9调节24无杆腔浮动压力。

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四、四柱液压机液压系统电磁铁动作顺序表

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第二节 搭建部分回路

图2-2 搭建的回路

考虑所有条件，将上缸回路简化，以实现基本功能为前提搭建回路。总回路由基本的调速回路，平衡回路与换向回路组成。另外，结合电路实现机械半自动化控制。

快速下降，遇行程开关一，实现慢速下降，遇行程开关二，原位停止（模仿系统的保压），快速返程时，由电路控制自动切断调速回路，活塞快速回程。

电路图根据所拥有材料搭建，压力继电器控制困难，故改用行程开关控制。时间继电器没有，也没有想到可以替代的，只能手动控制向上回程。

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图2-3 系统电路图

第三节 其他考虑

液压辅助元件有滤油器、蓄能器、管件、密封件、油箱和热交换器等。液压辅助元件和液压元件一样，都是液压系统中不可缺少的组成部分。它们对系统的性能、效率、温升、噪声和寿命的影响不亚于液压元件本身。

由于此次项目没有涉及这方面，但有许多需要我们注意的，例如，液压油中往往含有杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞，在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段；管道应尽量短，最好横平竖直，拐弯少。为避免管道皱折，减少压力损失，管道装配的弯曲半径要足够大，管道悬伸较长时要适当设置管夹；液压系统的工作温度一般希望保持在30~50内，最高不超过65

C，最低不低于15

C等等。

C的范围之

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第三章 液压缸结构设计及液压系统工况分析

第一节 液压缸基本结构设计

液压缸是液压系统的执行元件，它是一种把液体的压力能转换为机械能，以实现直线往复运动的能量转换装置。由于液压缸结构简单，工作可靠，在锻压设备中应用广泛。

一、液压缸的类型

液压缸选用单作用活塞液压缸，单作用活塞缸的活塞、活塞杆和导向套上都装有密封圈，因而液压缸被分隔为两个互不相通的油管，当活塞腔通入高压油而活塞杆腔回油时，可实现工作进程，当从反方向进油和回油是，可实现回程。

二、缸口部分结构

缸口部分采用了Y形密封圈、导向套、O形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引导活塞杆。由于在设计中缸孔和活塞杆直径的差值不同，故缸口部分的结构也有所不同。

三、缸底结构

缸底结构常应用有平底、圆底形式的整体和可拆结构形式。在本设计中采用平底结构。

平底结构具有易加工、轴向长度短、结构简单等优点。所以目前整体结构中大多采用平底结构。

四、缓冲装置

缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向终端时在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫它从小孔或油缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和端盖相撞击的目的。在液压缸中常见的装置是节流口可调式，节流口变化式两种。本设计中所设计的液压缸缓冲装置是节流阀调节。

第二节 载荷的组成和计算

四柱液压机的工作过程如下：实现“快进——减速——加压工作行程——保压延时——卸压回程——回程停止”的工作行程，其参数:压制力为700000N ，行程为350mm，快进速度35mm/s,压制速度6mm/s，回程速度25mm/s

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一.主要参数确定

液压系统最高工作压力p=25Mpa

V快=35mm/s，V工=6mm/s,令启动时间不超过0.2s 选取工作压力F=25000N(按负载20000-30000N计算得) 选取p=20-25Mpa 取p1=25Mpa [70吨液压机设计要求]

（1）液压系统最高压力P=32Mpa 一般选用P=20~25Mpa

（2）主液压缸适用于冲压的压制力与回程力之比值为5-10% 塑料制品的压制力与回程力之比为2%

（3）顶出缸公称顶出力取主缸公称吨位的五分之一 （4）顶出缸回程力为主液压缸公称吨位的十五分之一

1主缸公称压力F1 700kN 2主缸回程力F2 140KN 3顶出缸公称压力F3 97kN 4顶出缸回程力F4 33KN 5滑块距工作台最大距离 1800 mm 6滑块行程 1200 mm 7顶出行程 350mm 8工作压力 25MPa 9滑块速度 空程速度V1 35mm/s 挤压速度V2 6mm/s 回程V3 25mm/s

10顶出速度 顶出V4 40mm/s 回程V5 60mm/s

第三节 确定主液压缸的、顶出液压缸结构尺寸

一、液压缸主要参数的确定 1.主液压缸

（1） 主缸的内径(活塞直径):

公称力F1=700000N=7×105KN，液体最大工作压力P=26MPa=26×106pa。 求得活塞面积：

F171052

S活塞===0.027m

p26106所以

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S活塞=

D1240.02m2

D1=

0.0274=0.18493242m

即主缸内径D1=0.18493242m=184.93242mm。查表取 D1=180mm

(2) 主液压缸活塞杆的直径d1：

d1=D12所以

d1取160mm

（3）主液压缸有效面积：(其中A1是有杆腔面积，A2是无杆腔面积) A1=

4F2=0.15997856m PD1242d10.18240.0254m2254cm2

A3=

40.16240.0201m2201cm2

A2= A1- A3=254-201=53cm

（4）主液压缸实际压制力和回程力：

R压制=PA1=261060.0254=0.6604106N=660KN 主缸实际回程压力：

P2实=（D12d12）P（0.1820.162）25106134KN

44

(5)顶出缸直径： D2=

4F3P40.0970.06892m69mm

26按标准取整得D2=70mm

（6）顶出缸活塞杆直径

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d2=D224F40.0564m=56mm P按标准取整得d2=60

顶出缸面积: A顶1=

D2240.072438cm2

A顶3=

d2240.062428cm2

2

A顶2= A顶1- A顶3=38-28=10cm

（7）顶出缸实际顶出力： P3实=

4D22P192KN

（8）顶出缸实际回程力： P4实=（D2d2）P25.52KN

4

第四节 液压缸动作时的流量

液压缸的流量通过工作速度和液压缸的内径来确定。液压缸的空程速度为V1=35mms/，工作速度为V2=6mm/s，回程速度为V3=25mm/s.

Q=V空程：Q1=V1工作：Q2=V2224D2

4D2=350.0254=0.889m3/s D2=60.0254=0.1524m3/s

4回程：Q3=V3（D2d2）=250.0053=0.1325 m3/s

4针对不同零件的具体加工要求，系统的流量可以通过控制元件调速阀来调节。

第五节 缸的设计计算

一、缸筒的结构和材料

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一般情况下，缸筒和缸盖的结构形式和使用材料有关。在此液压缸筒用45号无缝钢管。可保证结构通用性好，缸体加工容易，装卸方便，能充分满足设计要求。缸筒所选材料性能如表3-2。

表3-1 缸筒所选材料

二、对缸筒的要求

a.内表面与活塞密封件及导向套的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少， 尺寸公差等级和形位公差等级足以活塞密封件的密封性。

b.有足够的强度，能长期承受最高工作压力，而不至产生永久变形以及能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不至产生弯曲。

缸筒内壁厚度:

当3.2≤

DD＜16时，用使用公式:

=

（2.3Py）PyDc1.2525MPa0.22m

2.3120MPa1.2525MPa =0.028m 取 =0.02m

Py--试验压力（MPa），工作压力p≤16MPa时，Py=1.5p;工作压力p≥16MPa时，Py=1.25p;

D --液压缸内径（m）;

--缸体材料的许用应力（MPa）: b

n b--缸体材料的抗拉强度（MPa）

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n--安全系数，n=3.5-5.一般取n=5. --强度系数，一般取1。

c--计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，通常圆整到标准厚度值。

p—缸体内最大工作压力为25 MPa.

当D3.2时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.



（3）缸筒的强度校验

在前一节中已经确定了缸筒的内径，为220mm，根据液压缸标准参数拟选缸 厚度为20mm，则外径：

D1=D+2

D外260mm，现在校验它的强度。

额定压力Pn必须要小于一个值，这样缸筒才是符合强度要求的，即：

Pn ≤0.35×

s(D12D22)D12Mpa

式中： Pn--液压缸额定压力(MPa)

D1--液压缸外径(m)

D2--液压缸内径(m)

s--材料的极限应力(MPa) s355Mpa 所以：

0.1820.162Pn≤0.35××355 20.16≤35.3Mpa

因为给定的Pn为25Mpa，所以缸筒工作安全。

（4）液压缸缸底厚度计算 缸筒底部为平面时:

h0.433DPy

0.4330.16精选doc

25120可编辑修改

0.19760.16

0.19760.160.031616m

取 h0.03m 式中：

h--筒底厚度（m） D--液压缸内径（m）

Py--试验压力（MPa）

--缸底材料的许用应力（MPa）

（5）液压缸固定螺栓直径校核

ds≥

5.2kF (3-10) Z[]式中： Z--固定螺栓数，取Z=8(均布) ；

F--液压缸负载；

k--螺纹拧紧系数k=（1.12-1.5），这里取1.3； []-- S/(1.2—2.5), S为材料的屈服极限

由于Z取得较小的值时，螺栓的直径将会变大，从而加大安装空间，可能会发生安装是干涉的情况；如果Z值取得太大，则势必加大调整时的难度，经过综合考虑，这里取Z=8。 所以：

5.21.321000103=23.1mm ds≥63.14835510/1.2选取标准值为24mm。根据实际情况，选取普通圆柱螺栓。由《机械设计指导》查的该螺栓的规格为M24。

（6）缸筒制造加工要求

a.缸筒端面的垂直度公差值可按照7级精度选取0.06mm。

b.缸筒内径的圆度公差值可按9、10、11级精度选取0.046mm，圆柱度公差值应该按照8级精度选取0.02mm。

c.热处理调质，硬度为HB241—285.缸体内表面镀铬，厚度为30-40微米,镀后研磨或者抛光。

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缸筒的零件图如3-1图所示：

图3-1 缸筒

三、活塞的设计

由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能有间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。 （1）活塞材料

查书《液压工程手册》，可知：

无导向环活塞：用高强度铸铁HT200～300或球墨铸铁。 有导向环活塞：用优质碳素钢20号、35号及45号。 本设计采用有导向环的活塞，因此选用35号钢。

（2）活塞结构型式

根据密封装置型式来选用活塞结构型式。通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞四周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但给活塞的加工带来困难，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封型式决定。组合式活塞大多可以多次拆装，密封件使用寿命长。

依据以上知识,本设计采用组合式活塞。

（3）活塞的尺寸确定

活塞的外径应略小于缸筒的内径，活塞与缸筒之间是用密封圈来连接的。其内孔的

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大小是根据与之相配合的活塞杆的直径来确定的。根据密封圈的大小来确定槽的深度和宽度。根据设计和安装要求，本设计活塞外径取为220mm,宽度B=0.6D取得140mm。

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（4）活塞的密封

密封、形式与活塞的结构有关，可根据液压缸的不同作用和不同工作压力来选择,一般有密封圈密封、活塞环密封、间隙密封。这里采用O形加挡圈密封。密封圈的选定根据《液压工程手册》GB3452.3-88选定。

（5）活塞的技术要求

a.外径的圆柱度公差值，按10级精度选取，公差值为0.04mm

b.端面对内孔轴线的垂直度公差值，应该按照7级精度选取,公差值0.04mm。

图3-2 活塞

四、活塞杆的设计

(1) 活塞杆的材料

活塞杆的材料为45号钢，采用实心结构。其两个端部均采用螺纹连接。活塞杆所选材料如表3-3所示。

表3-3 活塞杆所选材料

型号

b≥／MPa

s≥／MPa

s≥／%

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45MnB

(2) 活塞杆尺寸的确定

1030 835 9

活塞杆的总长要根据油缸的行程来确定，本课题的工作台行程为600㎜，综合其技术要求，选取活塞杆的总长为800mm。

由于L≥A+B+L-1/2B

L≥100+140+30+600-70=800mm A--导向套滑动面长度； B--活塞宽度；

L--液压缸的最大行程；数值在后面3.3.6导向环设计中具体计算。

(3) 活塞杆的技术要求

a 安装活塞的轴肩端面与活塞杆的轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm。 b 活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.1～0.3m。 c 活塞杆在导向套中滑动，采用H8/h7配合。

d 安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.01mm。

e 活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为229-285HB，必要时，再经高频淬火，硬度达到HRC45-55。

f 为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需镀铬处理，并进行抛光或磨削加工。 g 活塞杆内端的卡环槽、螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同心，特别是缓冲柱塞，最好与活塞杆做成一体。

（4）活塞杆直径d的校核：

d4F [] 4110301.4精选doc

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0.041m 取d=0.18m, 满足要求。 式中： F--活塞杆上的作用力；

[]--活塞杆材料的许用应力，[]=/1.4。

b

(5) 活塞与活塞杆的连接

活塞与活塞杆连接有多种型式，所有型式均需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开,它分为卡环型，轴套型，螺母型等几种型式。

本设计采用螺母型连接；如图3-3所示：

图3-3 活塞杆

五、导向环的设计

导向环安装在活塞外圆的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内，以保持活塞与缸筒或活塞杆与其导向套同轴度，并用以承受活塞或活塞杆的侧向力。 (1) 导向环的型式

导向环有嵌入型和浮动型

嵌入型导向环：在活塞外圆加工出燕尾型截面沟槽，用QAL9-4或紫铜制的铜带，表面加工成略带拱形，用木槌铆入沟槽内，最后加工导向环外圆。导向环圆周切出一个45度斜口。

浮动型导向环：用高强度塑料等制的带，装在活塞外圆的矩形截面沟槽内，侧向保持有间隙，导向环可在沟槽内移动，并有一个45度斜开口。也可在沟槽底用粘合剂固

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定导向环。

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本设计采用浮动型导向环。 (2) 导向环的尺寸

采用不同的材料，导向环的尺寸也不同。

聚四氟乙烯（也有掺青铜粉）导向环：根据活塞外圆直径或导向套内圆直径，导向环厚度可为1.5～2.5mm,宽度可为5.6～25mm。

纤维增强酚醛树脂掺石墨导向环，厚度可为3～5mm，宽度可为2.5～25mm。 基于此，本设计采用聚四氟乙烯导向环，其厚度为2.5mm，宽度为10mm。

六、导向套的设计

导向套是用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证密封效果，导向套的典型结构形式是采用了轴套式。 （1）导向套的材料

导向套要求磨损系数小，因此，采用了青铜。

（2）导向套长度的确定

导向套长度过短，将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大。影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足：

H≥

LD 202式中：L--为液压缸的最大行程，L=600mm；

D--为液压缸筒内径，D=160mm； H--为导向套最小导向长度； 所以：

H≥

600160 202 H≥30+80=110mm

根据设计要求的需要，选择导向套的长度为110mm。 活塞宽度B=0.6D=96mm.取B=100mm。

导向套滑动面的长度A,在根据液压缸内径D而定；

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当D<80mm时，取A0.6~1.0D； 当D>80mm时，取A0.6~1.0d。 A=0.6d=108mm.

取100mm。

(3) 导向套的密封

导向套与活塞杆之间的密封采用O形橡胶密封圈，根据GB/T3452.1-1992查阅，选取，密封环内径180mm，线径7mm。选自《机械设计手册》第2卷表10.1-40通用型O型密封圈尺寸系列与公差。

并且采用防尘圈以防止活塞在后退时把杂质、灰尘及水份带到密封装置处.尺寸Φ68×5。

(4) 导向套的加工技术要求

a、导向套外圆与端盖的配合为H8/f7。 b、内孔与活塞杆外圆的配合为H8/h7。 c、外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm。

d、内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。 导向套的零件图如图3-4所示：

图3-4 导向套

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七、缸盖的设计 (1) 缸盖的材料和结构

缸盖分为左缸盖和右缸盖，其中一个油口位于左缸盖之上。缸盖的材料选择45钢。

(2) 缸盖的尺寸的确定

缸盖与缸筒内壁的接触面为其定位基准。为了保证缸盖与缸筒两者轴线的同轴度，其装配面要经过磨削加工。缸盖的尺寸是由导向套、缸筒、活塞杆及固定装置的尺寸来确定。其法兰的尺寸由安装条件确定。其中直径d1与缸径相同220mm,基本尺寸D3取与密封圈外径相同200mm。

(3) 缸盖的技术要求

a、导向孔的表面粗糙度应为Ra=1.25μm。

b、与缸筒内径配合的直径采用h9，与活塞杆上的缓冲柱塞的配合的直径采用H9。偏差值为0.115mm。这三个尺寸的圆度和圆柱度误差不大于各自直径公差的一半，三个直径的同轴度误差按7级选取0.03mm。

c、与缸筒接触的端面和与活塞接触的端面对轴线的垂直度误差在直径100mm上不大于0.04mm，按7级精度选取。 前后端盖如图3-5、图3-6所示：

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图3-5 前端盖

图3-6 后端盖

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第四章 液压元件的选择及性能验算

第一节 液压元件的选择

根据系统要求和设计方案，选择合适的液压元件，对液压系统有很大的决定作用，所以对液压元件一定要有合理的选择。

一、液压泵的选择

液压泵是系统的能源装置，它给系统提供压力油，在液压系统中起心脏作用。由工况分析可清楚的看出：系统工作循环主要由相对于快进、快退行程的低压大流量和相应于工进行程的高压小流量两个阶段所组成，其最大流量和最小流量之比很大，其相应的时间比有很小。这表明，系统在一个工作循环中的绝大多数时间内处于高压小流量工作。

从提高系统效率出发，由于额定压力（25Mpa）较大，所以这里选用柱塞泵供油。它和调速阀组成的容积——节流联合调速回路，一方面可以保证运动的平稳性及速度的稳定，另一方面可实现流量适应，减小系统功率的损失和系统发热。

因此液压泵选用径向柱塞泵。

a、确定液压泵的最大工作压力Pp:

PpP1P

式中： P1--液压缸的最大工作压力25Mpa；

P--从液压泵出口到液压缸的入口之间总的管路损失。可以按实验数据选

取，管路简单，流速不大的取P=（0.2～0.5）Mpa；管路复杂，进口有调速阀的取P=（0.5～1.5）Mpa；

由工况分析一节可知，液压缸的最大工作压力出现在工进阶段，P1=25Mpa。 由于工进阶段液压缸输入流量很小，进油路中元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失选取

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P=0.4Mpa，所以，P≥25+0.4=25.4Mpa；

pb、 确定液压泵的流量:

液压缸的输出流量为：qvpKqVmax 式中： k--系统泄漏系数,一般取k=1.1～1.3；

qVmax--同时动作的液压缸的最大总流量，对于在工作过程用节流调速的系统，还

需加上溢流阀最小溢流量，一般取0.5104m3/s,最大流量出现在快进阶段，所以

qvp=1.2（60L/min+0.5104m3/s）＝75.6L/min c、选择液压泵和电动机的规格:

根据以上求得的PP和qvp值，按系统中拟定的液压泵形式，从手册中查得相应的液压泵，为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%-60%。电动机的选择要与泵相配合，以满足泵的要求， 根据压力和流量的不同选择液压泵和电动机。设计要求该系统工作效率高，发热少，能耗低，结构简单，因此该设计选择JB-※型径向柱塞泵（型号为JB-G73），根据《液压工程手册》查得。同时由产品样本查的此泵驱动功率为10KW，此值完全能满足系统需要。选择驱动电机型号为JB-218-300型，其额定功率为55KW，转速为1500r/min。

二、GE系列阀简介及选择 （1）概述

GE系列液压阀包括压力、流量、方向控制三大类，全系列共计70个品种，近3000种规格某些液压阀是根据液压系统发展的特殊需要而开发的，以满足广大用户的需要。目前GE系列阀已在机床、造纸、注塑、等行业广泛应用，主机单位反应使用情况良好。

（2）GE系列阀的选用

根据液压系统的工作压力和通过阀类元件和辅助元件的实际流量，结合本课题设计要求，选出液压元件的具体型号和规格，如下：

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名称 型号 额定压力 最大流量 1) 三位四通电磁换向阀：3WE6-50/W110R 16MPa 25L/min 2) 溢流阀： YF3-10L 6.3MPa 63L/min 3) 顺序阀： XF3-10B 6.3MPa 63L/min 4) 二位四通电磁换向阀：22B(E)-H6B 16MPa 25L/min 5) 单向阀 AF3-Eb10B 16MPa 40L/min 6) 背压阀 FBF3-6B 6.3MPa 25L/min 7) 液控单向阀 YAF3-Eb10B 16MPa

8) 节流阀 LF3-E6B 16MPa 25L/min

三、辅助元件的选择 （1）滤油器的选择

滤油器在选择中必须要考虑的主要因素：过滤液的性质及与过滤材料的相容性；通过滤油器的流量及流量的变化与波动程度；系统的工作压力以及压力压力是稳态的还是时变的；系统的工作温度，以及系统要求的过滤精度等。

选择滤油器应注意以下几点：

1）安装滤油器时要注意滤油器壳体上标明的液流方向，正确安装在系统中； 2）当滤油器压差指示器显示红色信号时，要及时清洗或更换滤芯； 3）在清洗或更换滤芯时，要防止外界污染侵入工作系统； 4）清洗金属编织方孔网滤芯原件时，可用刷子在汽油等中刷洗；

5）滤芯元件在清洗时，应该堵住滤芯端口，防止清洗下的污物进入滤芯内腔造成内污染；

6）过滤器的工作能力，取决于滤芯的过滤面积，滤芯本身的性能、油的粘度与温度、过滤前后的压力差以及油中固体颗粒的含量。过滤出入口的压差越大，阻力越小时，过滤的出油能力越大。

根据上述要求，本课题选择滤油器型号: XU-50×200

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（2）空气滤清器的选择

QUQ2。一般应在油箱盖上设置空气过滤器，它包括空气过滤器和注油过滤网。选择：

技术参数：空气阻力＜0.02Mpa，加油网孔0.5mm。

（3）选择压力表 选择： Y-150T。

（4）选择液位仪 在油箱侧壁上设置液位计，以指示液面位置。选择： YWZ-125T。

四、管件的选择及计算

（1）确定油管的内径

液压系统中的泄漏问题大部分出现在管系中的接头上，为此对接头形式的确定，管系的设计及管道的安装应具体考虑。

油管的管径不宜选得过大，但也不能选得过小。过大，容易使液压装置的结构庞大；过小，容易使管内液体流速加大，系统压力损失加大或产生振动和噪音，影响正常工作。薄璧易于弯曲，规格较多，装接较易，采用它可减少管系接头数目，有利于解决系统的泄漏问题。因此在强度保证的情况下，管壁可尽量选的薄些。

管道的内径：

d=

式中：qV--通过管道的流量 （m3/s）

4qV vv--管内允许流速 （m/s）

允许流速的推荐值如表4-1 。

表4-1 允许流速推荐值

液体流经的管道 液压泵吸油管道

推荐速度m/s 0.6---1.5，一般常取1 m/s

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液压系统压油管道 液压系统吸油管道

2.5---5，压力高，管道短，粘性小，取最大值

1.5---2

因此管道直径计算如下： 液压泵吸油管道：

46010-3/60d1==0.036m 取d1=40mm

3.141

液压系统压油管道：

46010-3/60d2==0.016m 取d2=20mm

3.145

液压系统回油管道：

46010-3/60d3==0.029m 取d3=30mm

3.141.5

(2) 管路、管接头的选择

管接头是油管与油管，油管与液压元件之间的可拆式连接件，它必须具有装拆方便，连接牢固，密封可靠，外形尺寸小，通流能力大，压降小，工艺性好等各项要求。

管路旋入端用的连接螺纹采用国家标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。细牙螺纹的密封性好，常用于高压系统，但需采用组合垫圈或O型密封圈进行端面密封。

液压系统中的泄漏问题大部分出现在管系中的接头上，为此对接头形式的确定，管系的设计及管道的安装应具体考虑。

这里选用卡套式端直通管接头（GB3733.1-83）,这种管接头具有结构简单，性能良好、重量轻、体积小、使用方便、不用焊接等一系列优点，是液压、气动系统中较为理想的管路连接体。

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五、油箱容量的确定

初始设计时，按经验公式确定油箱的容量。 经验公式为：

VaqV

=10×75.6L/min =756L

式中： qV--液压泵每分钟排出压力油的容积（L/min）

a--经验系数，见表4-2。

表4-2 经验系数a

系统类型

a

行走机械 1-2

低压机械

2-4

中压系统

5-7

锻压系统

6-12

冶金机械

10

因此圆整后油箱的有效容积选取V＝800L，根据《机械设计手册单行本液压传动》中查得油箱的外形尺寸长、宽、高分别为1300mm、1000mm、970mm。分离式油箱一般用2.5～4mm钢板焊成。箱壁愈薄，散热愈快，大尺寸油箱要增加焊角板、筋条，以增加刚性。油箱顶盖要稍微加厚些。因此在这里油箱壁厚选取6mm, 箱底厚度应大于箱壁的厚度，选取 10mm ， 箱盖厚度为10mm。

第二节 液压系统性能验算

液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当回路形式、液压元件及连接管路等完全确定后，针对实际情况对所涉及的系统进行各项性能分析。主要包括计算液压回路各段压力损失、统计损失及系统效率、压力冲击和发热温升等。

一、液压系统压力损失

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压力损失包括管路的沿程损失p1，管路的局部压力损失p2和阀类元件的局部损失p3，总的压力损失为

pp1p2p3

由于供油流量的变化，其快上是液压缸的速度为27mm/s 此时油液在进油管中的流速为：

vqpA75.610340210-6604

m/s1.003m/s

（1） 沿程压力损失

设系统采用N32液压油。室温为20℃时，运动粘度=1.010-4m2/s，所以有：

Revd/1.0034010-31.010-4401.2＜2300。液压油在金属管中为层流流动，则

阻力损失系数75/Re75/401.20.19。若取进，回油管长度均为0.5m,油液的密度为890kg/m3，则其进油路上的沿程压力损失为：

lv2p1

d20.589021.003Pa -340102=1056.875Pa

=0.19=0.00157106 =0.00157MPa

（2）局部压力损失

局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道的具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的10%；而后者则与通过阀流量大小有关。本设计中通过整个阀的压力损失很小，一般忽略不计。

同理：快上时的回油路上的流量

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q2qpvA2A175.612560L/min24.99L/min

37994

则回油路油管中的实际流速

v24.9910-36030106m/s4

317.69m/s3010由此可以计算出Revd/17.69m/s

1.01045307(湍流)

则0.3164/Re

（3）总的压力损失 由上面的计算所得可求得

0.25lv20.31640.517.692890MPa=0.086MPa ，按p10.256d253070.03210pp1A2p2 A1125600.001570.00157）0.0860.086 =（ 37994=0.0599MPa

二、液压系统的发热温升计算

在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。

当V=12mm/s时，即v=720mm/min

q4D2v40.2220.72m/min27.36103m/min27.36L/min

25.427.36KW=14.5KW

600.8此时泵的效率为0.8，泵的出口压力为25.4MP，则有

P口入精选doc

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P输出Fv1098433.312106KW

即P 输出13.2KW此时的功率损失为：

PP口入-P口出14.5-13.2=1.3KW

假定系统的散热状况一般，取K20103KW/cm2C，

油箱的散热面积A为

A0.0653V20.06537502m25.36m2

系统的温升为

tP1.3℃=12.1℃ 3KA20105.36

室温为20℃，热平衡温度为32.1℃，根据《机械设计手册》成大先P20-767：油箱中温度一般推荐30℃-65℃，验算表明没有超出允许范围。

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第五章 立柱结构设计

第一节 立柱设计计算

1. 先按照中心载荷进行初步核算，许用应力[]不应大于55aMP，并参照同 类型液压机的立柱，初步定出立柱直径。

2. 按标准选取立柱螺纹。

3. 立柱螺纹区到光滑区过渡圆角应尽可能取大些，最好在30~50mm之间。 原设计主要参数为：F=8000KN

H=300cm

B=180cm(宽边立柱中心距) d=30cm(立柱光滑部分直径)

e=10cm(允许偏心距)

n=4（立柱的根数）

立柱材料为45#钢，中频淬火（1） 中心载荷时的应力：

=

b

≥620MPa，s

≥375MPa

F822.2Mpa d20.32n（）4（）22（2）偏心载荷静载荷合成应力 由于小型液压机，可将立柱考虑为插入端 的悬臂梁，m=0.25

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1=

mFe0.2580.18+ 3d20.1d30.320.10.3n（）4（）22+

F =22.2+74.1=96.3MPa

1<150aMP,因此是安全的。

对于截面的45#钢，s≥375MPa，尺寸系数已考虑在内，立柱表面为精车，对于正火的45#钢，表面质量系数为0.9，因此[0疲劳强度校核：

]可取为300MPa.过渡圆角半径为30mm.

r300.1d300

d3200.107dmin300

从文献【10】中查出tK=1.58 K=1=0.70（1.58-1）=1.41

t=K=1.41×96.3=104.4aMP<300aMP [0]为200MPa, 因此是安全的。

立柱是四柱液压机重要的支承件和受力件，同时又是活动横梁的导向基准。因此，立柱应有足够的强度与刚度，导向表面应有足够的精度，光洁度和必要的硬度。

第二节 连结形式

立柱式机架是常见的机架形式，一般由4根立柱通过螺母将上、下横梁紧固地连结在一起，组成一个刚性的空间框架。在这个框架中，既安装了液压机本体的主要零部件，又在液压机工作时，承受液压机的全部工作载荷，并作为液压机运动部分的导向。整个机架的刚度与精度，在很大程度上取决于立柱与上、下横梁的连接形式与连接的紧固程度。

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图5-1 中、小型液压机立柱连结形式

在中、小型液压机中，常用的连结形式有以下4种：

1. 立柱用台肩分别支承上、下横梁，然后用外锁紧螺母上、下予以锁紧。这种结构中，上横梁下表面（工作台）上表面间的距离与平行度，全靠4根立柱台肩间尺寸的一致性来保证，因此装配简单，不需调整，装配后机架的精度也无法调整，且对立柱台肩间尺寸精度的加工要求很高。因此，这种结构仅在无精度要求的小型简易液压机中采用。

2. 内外螺母式，即在立柱上分别用内、外两个螺母来固定上、下横梁，用内螺母来起上述台肩的支承作用，用外锁紧螺母上、下予以锁紧。上横梁下表面的水平度以及下横梁（工作台）上表面的水平度，两个表面之间的平行度与间距的保持，全靠安装时内螺母的调整，因此，对立柱的有关轴向尺寸要求不高，但对立柱螺纹精度（与立柱轴线的平行度）及内螺母精度（内螺母的螺纹对于上、下横梁贴合面的垂直度）要求较高，安装时调整比较麻烦。

3. 在与上横梁连结处用台肩代替内螺母，精度调节和加工均不很复杂，但立柱预紧不如第2种方便。

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4. 与第3种形式基本相同，只是在下横梁处用台肩代替内螺母，但精度调节比第3种简便可靠。

在设计中选用的是第四种连结方式。

图5-2 组合式立柱螺母

第三节 立柱的螺母及预紧

立柱螺母一般为圆柱形，小液压机的立柱螺母是整体的，立柱直径在150mm以上时，做成组合式，由两个半螺栓紧固而成，材料用35~45锻钢或铸钢。因为在设计中我选用的立柱为300mm，所以采用此种结构。

立柱螺母的尺寸已有机械行业标准JB/T 2001.73——1999，螺母外径约为螺纹直径的1.5倍，内螺母一般与螺母等高，约为螺纹直径的0.9倍。

25MN以下的液压机，其立柱多做成实心的，实心的立柱的两端要钻出预紧螺母用的加热孔。

立柱的预紧分加热预紧与液压预紧。本次设计选用的是加热预紧方式。

加热预紧 比较常用的方法，为此，立柱端部应钻有加热孔，其深度应大于横梁的高度。在立柱及上横梁安装好后，先将内、外螺母冷态拧紧，然后用电热棒或通入蒸汽等加热方法使立柱端部伸长，达到一定温度后，将外螺母再向下拧过一个角度，一般是用螺母外径上一点转过的弧长来度量。立柱冷却后，就在螺母与横梁之间产生一个很大的预紧力，使螺母不易松动。加热时应注意两对角立柱同时加热。

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第四节 立柱的导向装置

活动横梁运动及工作时，一般以立柱为导向，由于活动横梁往复运动频繁，且在偏心加压时有很大的侧推力，因此，不可能让活动横梁与立柱直接接触，互相磨损，必须选择耐磨损、易更换的材料作为两者之间的导向装置。导向装置的质量直接关系到活动横梁的运动精度及被加工件的尺寸精度，也会影响到工作缸密封件与导向面的磨损情况，对模具寿命及机身的受力情况也均有影响，为此，必须合理选择导向装置的结构及配合要求。

图 5-3

导向装置可分为导套与平面导板两大类。 导套

对于圆截面的立柱，都是在活动横梁的立柱孔中采用导套结构，又可分为圆柱面导套和球面导套。

圆柱面导套 在活动横梁的立柱孔中，各装有上、下两个导套，它们由两半组成，为了拆装方便，两半导套的剖分面最好有005~3的斜度，导套两端装有防尘用的毡垫。这种导套结构简单，制造方便。

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第五节 限程套

为防止运动部分超程，有些液压机在下横梁的4个立柱上安装限程套，一般为对开式，上、下两端应平行，4个限程套高度应一致，内孔比立柱直径大1-2mm，用铸铁制造。

图5-4立柱安装限程套

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第六章 横梁参数的确定

第一节 上横梁结构设计

横梁由铸造制成，目前以铸造为多，一般采用ZG35B铸钢。 横梁的宽边尺寸由立柱的宽边中心距确定，上梁和活动梁的窄边尺寸应尽可能小些，以便锻造天车的吊钩容易接近液压机中心，梁的中间高度则由强度确定。

设计上横梁时，为了减轻重量，根据“ 等强度梁”的概念，设计成图所示的不等高梁，即立柱柱套处的高度h 小于中间截面的高度H。但在过渡区( A处) 会有应力集中

由于上横梁外形尺寸很大，为了节约金属和减轻重量，尽量使各个尺寸在允许的范围内降到最小。梁体做成箱形结构，在安装缸的地方做成圆筒形，安装立柱的地方做成方筒形，中间加设筋板，以提高刚度，降低局部应力。

图6-1梁的不等高结构

第二节 活动横梁结构设计

一、活动横梁的主要作用:

与工作缸柱塞杆连接传递液压机的压力，通过导向套沿立柱导向面上下往复运动;安装固定模具及工具等。因此需要有较好的强度、刚度及导向结构。活动横梁上部与工作缸柱塞相连，下部与上模座相连，梁体结构和受力状态都很复杂。当液压机工作时，高压液体作用于柱塞的力是通过活动横梁及上砧传递到锻件上而做功，活动横梁的上下

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运动则依靠梁与立柱的导向装置。

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二、活塞杆与横梁的连接

刚性连接 柱塞下端插入活动横梁内。 此种连接方式在偏心载时，柱塞跟随活动横梁一起倾斜，将动梁所受偏心力矩的一部分传给工缸导向套，使导向套承受侧向水平推力或一对力偶，从而加剧导向套及封的磨损。单缸液压机或三缸液压机的中间工作缸多采取此种结构。

在活塞杆焊接法兰用螺钉与横梁连接，用12根M30的螺钉，达到预紧的目的。

第三节 下横梁结构设计

下横梁的刚度要求应略严一些，以保证整个压机的刚性。下横梁直接与立柱、拉杆、工作台、回程缸和顶出器相连，梁体结构和受力状态都很复杂。对于下横梁，其设计原则与上横梁相同，是在满足相连部件最小几何尺寸要求和工艺要求的条件下，尽可能缩减其纵向、横向尺寸，这是有效提高梁的刚度、强度和减轻梁的重量应首先把握的主要原则。

第四节 各横梁参数的确定

因为液压缸与横梁间的垫片厚度为25cm，因此可以推算横梁的厚度取大于25cm即满足要求。考虑在垫片与横梁的连接面积比垫片与液压缸的连接面积少一半所以上横的受力部分厚度选用50cm，因为有空心部分，所以整体厚度选用75cm。活动横梁受力部分为35cm，整体厚度选用50cm。因为下缸的公称压力小，但受力打，所以整体厚度选用40cm。

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第七章 液压元件的设计

第一节 管道及管接头

管道及管接头用以把液压元件连接起来，组成一个完整的系统。正确的选择管道和管接头，对液压系统的安装、使用和维修都有着重要的意义。在设计管道时，管径应适应、路线应最短，管道弯头、接头应尽量小，以减小系统的压力损失。同时，管道的连接必须牢固可靠，防止振动松脱，并且要便于调整和维修。

一、管道 1、管子的种类

液压传动系统常用的管子有钢管、橡胶软管、尼龙管和塑料管等。应当根据液压元件的装置条件、部位和压力大小来选用油管的材料。我选用的是钢管。

钢管 分为焊接钢管和无缝钢管。压力小于2.5 Mpa时可选用焊接钢管；压力大于2.5 MPa时，推荐用10号或15号无缝钢管；对于需要防锈防腐蚀的场合，可选用不锈钢管；超高压时可选用合金钢管。本设计主要选用合金钢管。

钢管价格便宜，工作压力较高，但装配时不能任意弯曲，因此多用于装配部位限制较少和产品比较定型以及大功率的液压传动装置中，是液压传动系统主要的油管材料。

2、管子的内径和壁厚的确定

管道尺寸一般由选定的标准元件连接口尺寸确定，也可以按管路允许流速进行计算。

3、管接头

管接头用于油管之间或油管与液压元件之间的连接。对管接头的基本要求是工作可靠、密封性良好、对液流的阻力小、结构简单、安装和制造方便等。常用的管接头可分为金属管固定连接管接头、活动连接管接头和软管管接头等三类。

（1）金属管固定连接管接头

法兰连接 法兰连接的结构形式有焊接式和凸肩式两种。用12个高强度螺栓紧固，并采用O型橡胶密封圈密封。

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法兰连接常用于通径大于32mm的高压管道及超高压管道。这种连接的特点是牢固可靠，但外形尺寸较大，要求较大的空间。目前，法兰连接一般是采用方形的法兰，在直径大于125mm时，也可采用圆形法兰。

在设计中采用法兰式连接。

第二节 液压控制阀的选择

一、先导式溢流阀

DB/DBW型先导式溢流阀具有压力高、调压性能平稳、最低调节压力低和调压范围大等特点。在设计中选用DBW型，可以控制系统的压力并能在任意时刻使之卸荷。

DBW30的通径为20MM，最大流量可达500MinL/，可以满足供油要求。

二、节流阀

Z2FS型节流阀是双单向叠加式节流阀，用来控制两个工作油口的主流量或先导油流量。将本元件装在先导阀和主阀之间，可以控制先导流量。

Z2fs型的通径为22mm，流量可达350MinL/，对于下油缸流量要求较小，所以，可以满足要求。

三、单向阀

S型单向阀 该阀为锥阀式结构，压力损失小。主要用于做背压阀和旁路阀用。 连接方式采用管式连接，通径为30mm，流量可达260L/Min

SV型液控单向阀 该阀为锥阀式结构，只允许油流正向通过，反向则截止。 连接方式采用螺纹连接，型号选SV25。通径为20mm，流量可达300 L/Min

四、电磁换向阀

设计中采用三位四通电磁换向阀。次那个号为DSG系列，该系列电磁换向阀配有强吸力、高性能的湿式电磁铁，具有高压、大流量、压力损失低等特点。

选用S-DSG-03-3C 最大流量120MinL/。

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五、顺序阀

DZ型先导式顺序阀

该阀利用油路本身压力来控制液压缸或马达的先后动作顺序，以实现油路系统的自动控制。改变控制油和泄露油的连接方法，该阀还可以作为卸荷阀和背压阀（平衡阀）使用。

DZ型选通径25mm 流量可达300L/Min。 六、背压阀

该阀可使背压随载荷变化而变化，载荷增大，背压自动降低，载荷减小则背压增加，使运动平稳性好，提高系统效率。

选择FBF3型系列，满足最大32 MPa范围即可。

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结论

1.本课题是对液压系统的一个详细设计。通过这次课程设计，对当前液压技术的发展概况和今后的发展趋势有了仔细的了解。

2.对主液压缸进行工况分析，确定负载图和速度变化图，拟定液压原理图以及电磁铁动作顺序表。

3.根据液压原理图并从系统的技术要求出发，选择液压元件。本设计采用了径向柱塞泵作为供油源以及GE系列液压阀。

4.对主液压缸进行设计，确定各部分参数，绘制液压缸。

5.在查阅大量资料基础上还可对设计进行改进。在支撑部分安装二通插装阀可避免液压机横梁下滑及响声问题。

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参考文献

[1].章宏甲，黄谊.液压传动.北京：机械工业出版社，2000. [2].雷天觉.液压工程手册.北京：机械工业出版社，1990. [3].路甬祥.液压气动技术手册.北京：机械工业出版社，2003. [4].刘德新.袖珍液压气动手册.北京：机械工业出版社，2004. [5].成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2004.

[6].大连第二液压件厂.液压元件叠加阀.大连：第二液压件厂.2000.

[7].廖念钊，古莹罨，莫雨松等， 互换性与技术测量 北京：中国计量出版社，2002. [8].左健民.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，1990. [9].王积伟.液压传动.北京：机械工业出版社，2006.

[10].周士昌.液压系统设计图集.北京：机械工业出版社，2004. [11].官忠范.液压传动系统.北京：机械工业出版社，1997. [12].李寿刚.液压传动.北京：北京理工大学出版社，1994. [13].董林福，赵艳春.液压与气动.北京.化学工业出版社.2005. [14]. 俞新陆.液压机的设计与应用.北京.机械工业出版社.2006.

[15].倪洪启，牛野，王树强.四柱液压机的PLC系统设计.沈阳化工大学学报.2011,3:59-62 [16]. 王晔，杨明堂.150t液压机液压系统设计.液压与气压，2010,7:57-59. [17]. 宋丽华，毛君.四柱式液压机液压系统设计.机床与液压.2009,6:106-108. [18]. 俞新陆.液压机现代设计理论.北京.机械工业出版社.1987. [19]. 李长久.PLC原理及应用.北京.机械工业出版社.2006.

[20].Fitch E C.Hong IT.Contamination for the Fluid power.Industry HIAC/ROYCO 1990 [21]. Ference Furesz etc.Fundamentals of Hydraulic Power Transmission [M].NEW YORK.1998. [22].Z.J. Lansky etc. Industrial Pneumatic Control [M].NEW POWER.1986.

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