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1、蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設計（論文)蘭州交通大學博文學院2013屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計） 題目：上料機液壓系統的設計 專 業(yè): 機械設計制造及其自動化 班 級: 機制（6）班 學 號: 20090760 姓 名: 任 靜 指導老師: 劉曉琴 2013年6月4日45摘 要壓力機是一種利用液體壓力能來傳遞能量，以實現各種壓力加工工藝的機器。而上料機只是壓力機中的一種類型，它是主要的功能就是實現工件的輸送。例如：當鑄件、鍛件、沖壓件或經預加工材料作為毛坯時，需要在機床上設置的上料機構。而此次所設計的上料機液壓系統要求所完成的是：快速上升慢速上升（可調速）快速下降下位停止的半自動循環(huán)，即就是在一個豎直

2、空間內進行上下循環(huán)運動。為了實現此項要求，首先，對上料機進行運動分析和負載分析，了解并計算出上料機在各個階段的受力情況，繪制出負載和速度圖；其次，確定出此液壓系統需要的基本回路，根據其基本回路來擬定液壓系統原理圖；接下來設計液壓缸的結構即確定液壓缸各組成的基本尺寸、材料、加工要求等；然后對液壓系統中所確定的液壓閥進行型號的確定，確定電動機及液壓泵的型號；最后進行輔助元件的選擇及液壓系統技術性能的驗算。關鍵詞：上料機 液壓系統 液壓缸 AbstractThe press is a kind of liquid pressure energy to transmit energy, to achi

3、eve a variety of processing machine. While the machine is in press of a type, it is the main function is the realization of the work piece .For example: when casting, forging, stamping or by pre-processing material as blank, need feeding mechanism is arranged on the machine. Feeding machine hydrauli

4、c system and the design requirement is the completion of the rapid rise, slow rise: (adjustable)-rapid decline-semi-automatic cycle net stop, which is circular motion in a vertical space.In order to achieve this requirement, first of all, motion analysis and load analysis of the feeding machine, und

5、erstanding and calculate the feeding machine in the stress of each phase, draw the load and velocity map; secondly, the basic circuit to the hydraulic system, to draw up the schematic diagram of hydraulic system on the basis of the basic circuit; the design of hydraulic cylinder structure is to dete

6、rmine the basic size, each hydraulic cylinder composed of materials, processing requirements; the hydraulic valve in the hydraulic system are determined by the models to determine, determine the motor and hydraulic pump and hydraulic calculation model; at last, the system performance of auxiliary co

7、mponents.Keywords: Machine hydraulic Cylinder Hydraulic system目錄摘 要I1.緒論11.1 背景介紹11.2液壓技術現狀和發(fā)展趨勢21.2.1液壓技術現狀21.2.2液壓業(yè)發(fā)展趨勢32.上料機液壓系統設計42.1設計基本數據42.2工況分析42.2.1運動分析52.2.2負載分析52.2.3繪制負載和速度圖72.3液壓系統原理圖的擬定82.3.1液壓回路的基本選擇92.3.2繪制液壓系統的原理圖及工作過程分析93.液壓缸的設計113.1液壓缸基本參數的確定113.1.1初選液壓缸的工作壓力113.1.2液壓缸基本尺寸的計算113.1

8、.3活塞桿穩(wěn)定性校核123.1.4計算液壓缸的最大流量133.1.5繪制工況圖133.2液壓缸的結構設計153.2.1液壓缸的結構153.2.2液壓缸設計需要注意的事項163.2.3.液壓缸主要組成的材料和技術要求（液壓元件手冊）174.液壓元件的選擇234.1電動機的選擇234.2選擇液壓泵234.3選擇閥類元件244.3.1單向閥的選擇254.3.2液控單向閥的選擇254.3.3調速閥的選擇264.3.4順序閥的選擇274.3.5壓力繼電器284.3.6行程閥的選擇294.3.7背壓閥的選擇294.3.8電磁換向閥的選擇294.4液壓輔助元件的選擇304.4.1管道304.4.2油箱的選擇

9、314.4.3濾油器的選擇334.4.4液壓油的選擇355.液壓系統技術性能的驗算375.1壓力損失及調定壓力的確定375.2驗算系統的發(fā)熱與溫升39結論42致 謝43參考文獻44附圖：451.緒論1.1 背景介紹液壓傳動是用液體作為工作介質來傳遞能量和進行控制的傳動方式。液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，是工農業(yè)生產中廣為應用的一門技術。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。液壓傳動和控制由于應用了電子技術、計算機技術、信息技術、自動控制技術及新工藝、新材料等后取得了新的發(fā)展,使液壓系統和元件在技

10、術水平上有很大提高.液壓傳動將向自動化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、輕量化方向發(fā)展. 液壓技術滲透到很多領域，不斷在民用工業(yè)、在機床、工程機械、冶金機械、塑料機械、農林機械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應用和發(fā)展。液壓傳動控制是工業(yè)中經常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因為液壓傳動控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質，來實現各種機械和自動控制的學科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機組合成為完成一定控制功能的傳動系統來完成能量的傳遞、轉換和控制。從原理上來說，液壓傳動所基于的最基

11、本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強是一致的，這樣，在平衡的系統中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞。液壓傳動中所需要的元件主要有動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。其中液壓動力元件是為液壓系統產生動力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個嚙合的齒輪的轉動使得液體進行運動。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，

12、在選擇液壓泵的時候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。液壓執(zhí)行元件是用來執(zhí)行將液壓泵提供的液壓能轉變成機械能的裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達。液壓馬達是與液壓泵做相反的工作的裝置，也就是把液壓的能量轉換稱為機械能，從而對外做功。液壓控制元件用來控制液體流動的方向、壓力的高低以及對流量的大小進行預期的控制，以滿足特定的工作要求。正是因為液壓控制元器件的靈活性，使得液壓控制系統能夠完成不同的活動。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機械操縱法、電動操縱閥等。除了上述的元件以外，液壓控制系統還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路

13、和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個器件，我們就能夠建設出一個液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構成的相應的控制回路。根據不同的控制目標，我們能夠設計不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。根據液壓傳動的結構及其特點，在液壓系統的設計中，首先要進行系統分析，然后擬定系統的原理圖，其中這個原理圖是用液壓機械符號來表示的。之后通過計算選擇液壓器件，進而再完成系統的設計和調試。這個過程中，原理圖的繪制是最關鍵的。它決定了一個設計系統的優(yōu)劣。液壓傳動的應用性是很強的，比如裝卸堆碼機液壓系統，它作為一種倉儲機械，在現代化的倉庫里利用它實現紡織品包、油桶

14、、木桶等貨物的裝卸機械化工作。也可以應用在萬能外圓磨床液壓系統等生產實踐中。這些系統的特點是功率比較大，生產的效率比較高，平穩(wěn)性比較好。1.2液壓技術現狀和發(fā)展趨勢1.2.1液壓技術現狀我國液壓行業(yè)是從當年的小作坊、主機廠的車間或分廠發(fā)展壯大起來的。 經 過改革開放三十的發(fā)展，已經成為品種規(guī)格齊全、基本可以滿足我國各種裝備要求、具有一定國際競爭力的產業(yè)，成為我國機械工業(yè)的重要基礎行業(yè)。改革開放30年來，我國液壓行業(yè)企業(yè)從30年前的小作坊，主機廠的車間走出來，經過技術引進及消化吸收再創(chuàng)造，多次技術改造及工藝流程再造，已經成為裝備制造業(yè)的重要基石和機械工業(yè)的基礎產業(yè)，為國家大工程和重點項目配套 取

15、得顯著成就。近年來，我國液壓行業(yè)企業(yè)為國家重點工程和重大技術裝備，提供了大量的液壓系統，如三峽工程二、三期工程的升船機、啟閉機液壓系統秦皇島碼頭二三期工程、寶鋼、鞍鋼等。1.2.2液壓業(yè)發(fā)展趨勢（1）節(jié)省能耗，充分利用能量,提高效率,如果全部壓力能都能得到充分利用，則將使能量轉換過程的效率得到顯著提高。（2）發(fā)展機電一體化元件和系統。電子技術和液壓傳動技術相結合，使傳統的液壓傳動與控制技術增加了活力，擴大了應用領域。（3）發(fā)展具有比例閥的耐污染和伺服閥高精度、高頻響的直動型電液控制閥。（4）重視環(huán)保，發(fā)展零泄漏液壓系統和低噪聲元件環(huán)保型產品將具競爭優(yōu)勢。隨著人們環(huán)境意識的加強，開發(fā)保護型液壓產

16、品，將成為今后液壓技術的主流。（5）應用現代控制技術，提高電液壓自動控制系統的性能。2.上料機液壓系統設計2.1設計基本數據設計一臺上料機液壓系統，要求該系統完成：快速上升慢速上升（可調速）快速下降下位停止的半自動循環(huán)。采用900V型導軌，垂直于導軌的壓緊力為60N，啟動、制動時間均為0.5s，液壓缸的機械效率為0.9。設計數據如下表2.1所示：表2.1 設計參數表參數數據滑臺自重（）1400工件自重（）5800快速上升速度（）55快速上升行程（）420慢速上升速度(）18慢速上升行程（）100快速下降速度（）60快速下降行程（）550 圖2.1上料機示意圖2.2工況分析對液壓缸的執(zhí)行元件進行

17、工況分析，就是查明液壓缸的每個執(zhí)行元件在各自的工作過程中的速度和負載的變化規(guī)律，通常是求出一個工作循環(huán)內各階段的速度和負載值。必要時還應該作出速度、負載隨時間或位移變化的曲線圖。2.2.1運動分析根據各執(zhí)行元件在完成一個工作循環(huán)內各階段的速度，繪制以速度為縱坐標，時間或位移為橫坐標的速度循環(huán)圖，如2.2圖所示： 圖2.2 工作循環(huán)中速度的變化情況圖2.2.2負載分析負載分析就是研究各執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)內各階段的受力情況。工作機構作直線運動時，液壓缸必須克服的 （式2.1）式中工作負載； 導向摩擦負載； 慣性負載。（1）工作負載此系統的工作阻力即為工件的自重與滑臺的自重。=滑臺自重+工件自重

18、=1400+5800=7200 （式2.2）（2）導向摩擦負載導向摩擦負載是指液壓缸驅動運動部件時所受的導軌摩擦阻力，其值與運動部件的導軌形式、放置情況及運動狀態(tài)有關，各種形式導軌的摩擦負載計算公式可查閱有關手冊。V形導軌： （式2.3）式中運動部件的重力（）；垂直于導軌的工作負載（）；V形導軌的夾角，一般=90；摩擦系數，其值可查機床設計手冊。 而摩擦系數有靜摩擦系數和動摩擦系數； 靜摩擦系數s=0.2,動摩擦系數d=0.1。 所以可得到： =0.2=16.9706 =0.1=8.4853（3）慣性負載 慣性負載是運動部件在啟動加速或制動減速時的慣性力，其值可按牛頓第二定律求出，即 （式2.

19、4） 式中重力加速度（）； 時間內的速度變化值（）； 啟動、制動或速度轉換時間（）。 所以 快速上升：=80.8163 慢速上升：=54.3673 制動：=26.4490 快速下降：=88.1633 制動：=88.1633由于液壓缸垂直安放，其重量較大，為了防止因重量而自行下滑，所以系統中應該設置平橫回路。而機械效率為0.9。則系統中液壓缸在各階段的負載如下表2.2：表2.2 各階段負載表工況計算公式總負載（）液壓缸推力（）啟動=7216.97068018.8562加速=+7289.30168099.224快上=7208.48538009.4281減速=-7154.11807949.02工進=

20、7208.48538009.4281制動=-7182.03637980.0403反向加速=96.6486107.3873快退=8.48539.4281制動=-80.1633-89.07032.2.3繪制負載和速度圖按照前面的負載分析結果及已知的速度要求行程限制等，繪制出負載圖及速度圖如圖2.3所示。圖2.3負載圖圖2.4 速度圖2.3液壓系統原理圖的擬定在擬定液壓統時，應根據各類主機的工作特點和性能要求，先確定對主機主要性能起決定性影響的主要回路，然后再考慮其他輔助回路。液壓系統圖的擬定，主要是考慮以下幾個方面的問題：由工況圖（見圖3.1，圖3.2，圖3.3）分析可知，系統在快速上升和快速下降

21、時所需的流量較大，慢速上升時所需的流量較小，且為了實現快速運動用液壓缸的差動聯接。2.3.1液壓回路的基本選擇（1）由于系統在慢速上升時速度要求可調節(jié)，且流量小，速度低且負載變化不是很大故采用調速回路。（2）由于快速上升和慢速上升之間需要速度換接故需要速度換接回路。（3）為了防止上端停留時滑臺下落和保持重物在一定時間內平衡，故應有平衡及鎖緊回路。2.3.2繪制液壓系統的原理圖及工作過程分析（液壓系統原理見間附圖）系統工作過程如下：（1）快速上升按下啟動按鈕，三位四通電磁閥5的1YA得電，使閥的左位進入工作狀態(tài)，這時的主油路是：進油路：濾油器2泵3單向閥4電磁閥5的P口到A口油路10、11行程閥

22、17油路18液壓缸19的無桿腔（左腔）?；赜吐罚阂簤焊?9的有桿腔（右腔）油路20電磁閥5的B口到T口油路液控單向閥9油路11行程閥17油路18液壓缸19的無桿腔（左腔）。（2）慢速上升在快速上升行程結束時，行程閥17的擋鐵壓下，是其上位進行工作，使油路11、18斷開。電磁閥5的電磁鐵1YA繼續(xù)通電，使電磁閥5的左位繼續(xù)工作。電磁閥14處于斷電狀態(tài)則右位工作，進油路經過調速閥12，與此同時順序閥7打開，并關閉液控單向閥9，使差動聯接的油路切斷。進油路：濾油器2泵3單向閥4電磁閥5的P口到A口油路10調速閥12兩位兩通電磁閥14線路18液壓缸19的無桿腔（左腔）?；赜吐罚阂簤焊?9的有桿腔（右腔

23、）油路20電磁閥的B口到T口油路順序閥7背壓閥6油箱。（3）保壓（停留）當動力滑臺進給終了時，液壓缸停止不動。當系統壓力達到壓力繼電器所給定的值是，經過時間繼電器的延時，使滑臺有向下運動的趨勢。（4）快速下降時間繼電器在發(fā)出信號后，電磁閥5的2YA得電，1YA失電，3YA斷電，電磁閥5的右位進行工作，這時主油路是：進油路：濾油器2泵3單向閥4電磁閥5的P口到B口油路20液壓缸19的有桿腔（右腔）。回油路：液壓缸19的無桿腔（左腔）油路18單向閥15油路11電磁閥5的A口到T口油箱。（5）原位停止當滑臺回到原始位置時，電磁鐵1YA、2YA、3YA都失電，電磁鐵5處于中位，滑臺停止運動。液壓系統的

24、電磁鐵和行程閥的動作表2.3如下：表2.3動作表1YA2YA3YA行程閥17快速上升+-慢速上升+-+保壓（停留）-快速下降-+-原位停止-通過以上分析對系統中的基本回路進行分析：（1）調速回路：采用了由限壓式變量泵和調速閥組成的容積節(jié)流調速回路。它既滿足了系統調速范圍，而且低速穩(wěn)定性好的要求，又提高了系統的效率。進給時，在回油路上增加了一個背壓閥，這樣做一方面是為了改善速度的穩(wěn)定性，另一方面是為了使滑臺能承受一定的與運動方向一致的力。（2）快速運動回路：采用限壓式變量泵和差動連接兩個措施實現快進，這樣既能得到較高的快進速度，又不致使系統效率過低。動力滑臺快速上升和快速下降時速度大一些，泵的流

25、量自動變化，系統無溢流損失，效率較高。（3）換接回路：采用行程換向閥實現速度的換接，換接的性能較好。（4）平衡及鎖緊回路：采用液控單向閥來實現鎖緊及平衡，使滑臺達到預期的效果。3.液壓缸的設計3.1液壓缸基本參數的確定液壓缸工作壓力主要根據運動循環(huán)各階段的最大總負載來確定，此外，還需要考慮一下因素：（1）各類設備的不同特點和使用場合。（2）考慮經濟和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重，壓力選得高一些，則元件尺寸小，重量輕，但對元件的制造精度，密封性能要求高。3.1.1初選液壓缸的工作壓力根據分析此設備的負載不大，按類型屬機床類，所以初選此設備的工作壓力為2Mpa。3.1.2液壓缸基本尺

26、寸的計算 （式3.1） 式中液壓缸上的外負載力；工作壓力； 液壓缸的有效工作面積； 機械效率。則有: =44.995而: =得=7.5按標準圓整取得=80(液壓缸內徑)由公式得0.02585=25.85即活塞桿直徑為26,按標準圓整取得25。 則無桿腔面積：=5.024 有桿腔面積：=4.533從機械設計中查得： （式3.2）式中液壓缸內徑； 液壓缸的壁厚； 缸筒材料的許用應力 ， ； 缸筒材料的屈服極限 ，=600； 安全系數 ，=3。 則得到； 且； 則利用公式（液壓與氣壓傳動中）得到4即液壓缸的壁厚為4。由+來計算液壓缸的外徑，即：80+2=88活塞長度為（0.6-1.0）則活塞長度=0

27、.864。3.1.3活塞桿穩(wěn)定性校核因為活塞桿總行程為550而活塞桿直徑為25mm，L/d=550/25=2210,故需要對其進行穩(wěn)定性校核。材料力學中的有關公式，根據液壓缸的一端支撐，另一端鉸鏈，取末端系數=2?；钊麠U材料用普通碳鋼則：材料強度試驗值，系數=1/5000，柔性系數=85，；因為=88=85=120，所以其臨界載荷為： （式3.3） 取安全系數時， 由上式可知：在當n=4時，活塞桿的穩(wěn)定性滿足，此時可以安全使用。3.1.4計算液壓缸的最大流量=5.0245.0244.5333.1.5繪制工況圖按照所確定的液壓執(zhí)行元件的工作面積和工作循環(huán)中各個階段的負載（由）繪制出壓力圖。則 根

28、據上面計算繪制出壓力圖，再根據已繪制的壓力圖和流量圖，繪制出功率（）圖。 表3.1 工況數據表工況壓力流量功率快速上升1.616.5826.528慢速上升1.65.438.688快速下降0.00216.8433.68工況圖如下：圖3.1壓力圖圖3.2 流量圖圖3.3 功率圖3.2液壓缸的結構設計3.2.1液壓缸的結構液壓缸按其結構形式，可以分為活塞缸、柱塞缸、和擺動缸三類。活塞缸和柱塞剛實現往復運動，輸出推力和速度。擺動缸則能實現小于的往復擺動，輸出轉矩和角速度。液壓缸除單個使用外，還可以幾個組合起來和其他機構組合起來，在特殊場合使用，已實現特殊的功能。液壓缸通常由后端蓋，缸筒，活塞桿，活塞組

29、件，前端蓋等主要部分組成；為防止油液向液壓缸外泄或高壓腔向低壓腔泄露，在缸筒與端蓋，活塞與活塞桿，活塞與缸筒，活塞桿與前端蓋之間均設置有密封裝置，在前端蓋外側，還裝有防塵裝置；為防止活塞快速退回到行程終端時撞擊缸蓋，液壓缸端部還設置緩沖裝置；有時還需設置排氣裝置。 （1）缸筒與端蓋的連接形式 常見的連接形式有法蘭式連接，結構簡單，加工方便，連接可靠；半環(huán)式連接，分為外半環(huán)連接和內半環(huán)連接兩種連接形式，半環(huán)連接工藝性好，連接可靠，結構緊湊，但削弱了缸筒的強度；螺紋連接，有外螺紋連接和內螺紋連接兩種，體積小，重量輕，結構緊湊；拉桿式連接，結構簡單，工藝性好，通用性強但端蓋的體積和重量較大；焊接式連

30、接，強度高，制造簡單，但焊接時易引起缸筒變形。（2）活塞與活塞桿的連接最常用的有螺紋連接和半環(huán)連接形式，除此之外還有整體式結構，焊接式結構等。（3）活塞組件的密封活塞裝置主要用來防止液壓油的泄漏，良好的密封是液壓缸傳遞動力，正常工作的保證，根據兩個需要密封的耦合面間有無相對運動，可把密封分為動密封和靜密封兩大類。設計或選用密封裝置的基本要求是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動提高密封性，除此之外，摩擦阻力要小，耐油，抗腐蝕，耐磨，壽命長，制造簡單，拆裝方便。常見的密封方法有間隙密封，活塞環(huán)密封，密封圈密封；而密封圈密封是液壓系統中應用最為廣泛的一種密封，密封圈有O形，V形，Y形及組合式等

31、數種，其材料為耐油橡膠，尼龍等。（4）緩沖裝置當液壓缸拖動負載的質量較大，速度較高時，一般應在液壓缸中設緩沖裝置，必要時還需在液壓傳動系統中設緩沖回路，以免在行程終端發(fā)生過大的機械碰撞，導致液壓缸的損壞。緩沖原理是當活塞或缸筒接近行程終端時，在排油腔內增大回油阻力，從而降低液壓缸的運動速度，避免活塞與缸蓋相撞。液壓缸中常用的緩沖裝置有：圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置；圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置；可變節(jié)流槽式緩沖裝置；可調節(jié)流孔式緩沖裝置。（5）排氣裝置液壓傳動系統往往會混入空氣，使系統工作不穩(wěn)定，產生振動，爬行或前沖等現象，嚴重時會使系統不能正常工作。因此，設計液壓缸時，必須考慮空氣的排除。對于要求不高的液壓

32、缸，往往不設計專門的排氣裝置，而是將油口布置在缸筒兩端的最高處，這樣也能使空氣隨油液排往油箱，再從油箱溢出；對于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸，常在液壓缸的最高處設置專門的排氣裝置，如排氣塞，排氣閥等。當松開排氣塞或閥的鎖緊螺釘后，低壓往復運動幾次，帶有氣泡的油液就會排出，空氣排完后擰緊螺釘，液壓缸便可正常工作。3.2.2液壓缸設計需要注意的事項（1）盡量使液壓缸有不同情況下有不同情況，活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負載。（2）考慮到液壓缸有不同行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題，缸內如無緩沖裝置和排氣裝置，系統中需有相應措施。（3）根據主機的工作要求和結構設計要求，正確確定液壓缸的安

33、裝、固定方式，但液壓缸只能一端定位。（4）液壓缸各部分的結構需根據推薦結構形式和設計標準比較，盡可能做到簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。3.2.3.液壓缸主要組成的材料和技術要求（液壓元件手冊）（1）缸筒主要技術要求有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力機短期動態(tài)試驗壓力而不會產生永久性變形。有足夠的剛度，能承受活塞側向力和裝置的反向作用力，而不至于產生彎曲。內表面在活塞密封件及導向環(huán)的摩擦力作用下，能長期工作，且磨損極少，幾何精度高，確?；钊芊狻Ｄ承┖附邮浇Y構的缸筒，焊接上法蘭或管接頭后，不應產生裂紋或有過大的變形。在采用鑄鐵缸筒時，其組織應緊密無滲漏現象。材料缸筒材料一般要求有足夠的強度

34、和沖擊韌性，對焊接的缸筒，還要求有良好的焊接性能。根據液壓缸的參數，用途和毛坯的來源，可選用以下材料。碳素鋼：20、30、35、45號等；合金結構鋼：30、35、38等；鑄鋼：、500等；鑄鐵：350等或球墨鑄鐵；不銹鋼：；鋁合金：、3、6等；青銅：9-4、10-3-1.5等。一般情況下，常采用碳素鋼，其中，因20號鋼的力學性能較低，且不能調制處理，應用較少；當缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時，應采用焊接性能較好的35號鋼，粗加工后經調制處理；一般均采用45號鋼，并應調質到241285。缸筒加工工藝要求缸筒內徑采用、配合。表面粗糙度：當活塞采用橡膠密封圈密封，取0.10.4，當活塞

35、采用活塞環(huán)密封時，取0.20.4。且均需珩磨。缸筒內徑的圓度公差值可按9、10或11級精度選取，圓柱度公差值可按8級精度選取。圖3.4 缸筒加工圖缸筒端面的垂直度公差可按7級精度選?。▓D3.4）。當缸筒與缸頭采用螺紋聯接時，螺紋應取6級精度的普通螺紋。當缸筒帶有耳環(huán)或銷軸時，孔徑或軸徑的中心線對缸筒內孔軸線的垂直度公差值應按9級精度選?。▓D3.5、圖3.6）。圖3.5耳環(huán)型缸筒加工圖圖3.6 銷軸型缸筒加工圖為了防止腐蝕和提高壽命，缸筒內表面應鍍以厚度為30到40的鉻層，鍍后進行珩磨或拋光。由于缸體內徑為80，利用液壓工程手冊表23.3-3選取45號鋼，內徑精度配合，表面粗糙度。（2）缸蓋缸蓋

36、的材料液壓缸的缸蓋可選用35、45鋼或、鑄鐵或、鑄鐵等材料。當缸蓋本省又是活塞桿的導向套時，缸蓋最好選用鑄鐵。同時，應在導向表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料。也可以在缸蓋中壓入導向套。缸蓋的加工要求（圖3.7）圖3.7 缸蓋加工圖直徑（基本尺寸同缸筒內徑）、（活塞桿的緩沖孔）、（基本尺寸同活塞桿密封圈的外徑）的圓柱度公差值，應按9、10、11級精度選取。、與的同軸度公差值為0.03。端面、與直徑軸線的垂直度公差值，應按7級精度選取。導向孔的表面粗糙度為。（3）活塞活塞的材料活塞的材料一般不同于缸筒的材料，尤其是無導向環(huán)的活塞。無導向環(huán)的活塞：可用耐磨鑄鐵，灰鑄鐵（），球墨鑄鐵等。有導向環(huán)的活

37、塞：可用碳素鋼20、35、45鋼，特殊場合還可用鋁合金等。加工要求（圖3.8）圖3.8 活塞加工圖活塞的寬度尺寸，可根據密封結構形式來確定?；钊鈴綄瓤椎膹较驁A跳動公差值，按7、8級精度選取。端面對內孔軸線的垂直度公差值，按1級精度選取。外徑的圓柱度公差值，按9、10、11級精度選取。（4）活塞桿材料實心活塞桿的材料采用35、45鋼；空心活塞桿的材料采用35、45無縫鋼管。加工要求熱處理：粗加工后，調質到硬度為229285，必要時，再經高頻淬火，硬度達4555。表面處理：活塞桿表面須鍍鉻，厚1525，也有的要求達3050，防腐要求特別高的則要求先鍍一層軟鉻或鎳，鍍后拋光。用于低負載（低活塞速

38、度，低工作壓力）和良好環(huán)境條件的液壓缸，活塞桿可不作表面處理?；钊麠U的圓度公差值，按9、10、11級精度選取?；钊麠U的圓柱度公差，按8級精度選取。活塞桿的徑向圓跳動公差值為0.01。端面的垂直度公差值，應按7級精度選取?；钊麠U上的螺紋，一般應按6級精度加工；如果負載較小，機械振動較小時，允許按7、8級精度加工。活塞桿上有聯接銷孔時，該孔徑應按11級精度加工。銷孔軸線與活塞桿軸線的垂直度公差值，按6級精度選取?；钊麠U工作表面的粗糙度一般為，要求高時；活塞桿的直線度公差值為。（5）導向套材料導向套常用材料為耐磨鑄鐵，鑄造青銅，聚四氯乙烯，加布酚醛樹脂等。導向套的長度導向套的長度通常要考慮活塞直徑，

39、導向套的結構形式，導向套材料的承壓能力，最大側向負載等因素，總長度不宜太長，以減少摩擦力。一般，當缸筒內徑80時，導向套滑動面的長度?。?.6-1.0）。當缸筒內徑80時，導向套滑動面的長度取（0.6-1.0），其中為活塞桿的直徑。則導向套滑動面的長度L=0.6。加工要求導向套內圓的配合，一般取或；表面粗糙度為0.63-1.25。4.液壓元件的選擇4.1電動機的選擇液壓系統所需的功率： （式4.1）式中液壓系統的最大功率； 液壓泵的工作效率，取=0.75。所以通過機械設計課程設計手冊表12-1Y系列電動機的技術數據，可選用的電動機型號為，其額定功率37，額定轉速1480。4.2選擇液壓泵液壓泵

40、由原動機驅動，把輸入的機械能轉換成為油液的壓力能，再以壓力，流量的形式輸到系統中去，它是液壓傳動系統的心臟，也是液壓系統的動力源。液壓泵按其在單位時間內輸出油液體積能否調節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類；按結構形式可以分為齒輪式，葉片式和柱塞式三大類。首先根據設計要求和系統工況確定泵的類型，然后根據液壓泵的最大供油量和系統工作壓力來選擇液壓泵的規(guī)格。（1）液壓泵的最高供油壓力 （式4.2）式中液壓泵的最高供油壓力（）； 執(zhí)行元件的最高工作壓力（）； 進油路上總的壓力損失（）。 （式4.3）式中系統的最大負載； 液壓缸無桿腔的有效工作面積； 機械效率。則因為行程終了時流量，管路和閥均不產生壓力損失；而

41、此時液壓缸排油腔的背壓已與運動部件的自重相平衡，所以背壓的影響也可不計。對于簡單系統取=0.20.5，對于復雜系統取=0.51.5。則（2）確定泵的最大供油量液壓泵的最大供油量為: （式4.4）式中：液壓泵的最大供油量（）； ：系統的泄漏修正系數，一般取，大流量取小值，小流量取大值則該系統取=1.3； ：同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值（）。所以。為了使液壓泵工作安全可靠，液壓泵應有一定的壓力儲備量，通常額定壓力可比工作壓力高25%60%。泵的額定流量則已相當，不要超過太多，以免造成過大的功率損失。所以系統額定壓力應為3.187.64；液壓系統所需的排量:。式中:表示電動機同步轉速；因

42、此。 根據液壓元件產品樣本選擇限壓式變量葉片泵，其特點：它可根據系統的負載變化自動調節(jié)輸出流量；具有降低能源消耗，限制油液升溫的特點，多用于液壓滑臺，組合機床，半自動線或自動線的液壓系統中。具體型號YBX-25額定壓力為6.3，排量為額定轉速為。4.3選擇閥類元件各種閥類元件的規(guī)格型號，按液壓系統原理圖和系統工況提供的情況從產品樣本中選取，各種閥的額定壓力和額定流量，一般應與其工作壓力和最大通過流量相接近，必要時，可允許其最大通過流量超過額定流量的20%。具體選擇時，應注意溢流閥按液壓泵的最大流量來選??；流量閥還需考慮最小穩(wěn)定流量，以滿足低速穩(wěn)定性要求；單桿液壓缸系統若無桿腔有效作用面積為有桿

43、腔有效作用的面積的幾倍，當有桿腔進油時，則回油流量是進油流量的幾倍，應以幾倍的流量來進行選擇通過的閥類元件。4.3.1單向閥的選擇單向閥是只允許油液向一個方向，而不允許反向流動的閥。它可用于液壓泵的出口，防止系統油液倒流；用于隔開油路之間的聯系，防止油路相互干擾；也可用作旁通閥，與順序閥減壓閥節(jié)流閥和調速閥并聯，從而組合成單向順序閥單向減壓閥單向節(jié)流閥和單向調速閥等。（1）單向閥的主要性能開啟壓力：閥芯剛開啟時A腔的壓力。內泄漏量：當油液由B腔反向流入時，通過閥芯與閥座之間的密封面泄漏到A腔的泄漏量。壓力損失：通過額定量時A腔與B腔之間的壓差。（2）單向閥的主要性能要求內泄漏量??；對單向閥而言

44、，內泄漏量越小越好，最好是無泄漏。壓力損失??；壓力損失有兩部分構成，一部分是由彈簧力和閥芯與閥體之間的摩擦力以及閥芯的重力造成的壓力損失；另一部分是由油液流過閥座孔處所產生的壓力損失。為了減少壓力損失，可以選用開啟壓力低和閥座孔處過流斷面大的單向閥。（3）單向閥的類型按進出口流道的布置形式，單向閥可分為直通式和直角式兩種。直通式單向閥進口和出口流道在同一軸線；直角式單向閥進出口流道則成直角布置。按閥芯的結構形式，單向閥又可分為鋼球式和錐閥式兩種。通過綜合考慮，在液壓元件產品樣本選取型號為S10A1A，開啟壓力為0.05，通徑為10，流量為18。4.3.2液控單向閥的選擇液控單向閥有帶卸荷閥芯的

45、和不帶卸荷閥芯兩種結構形式，這兩種結構形式按其控制活塞處的泄油方式，又均有內泄式和外泄式。（1）主要性能要求最小正向開啟壓力要小。最小正向開啟壓力與單向閥相同，為0.030.05。反向密封性好。壓力損失小。反向開啟最小控制壓力一般為：不帶卸荷閥；帶卸荷閥。（2）主要使用要點：利用控制油壓開啟單向閥，使油液反向自由通過。利用液控單向閥將液壓缸活塞固定在任何位置，起到閉鎖作用。在使用中，應注意外協式液控單向閥的泄油口壓力為零，直接回油箱。按照液壓單向閥所示方向正確連接 ，不能裝反。質量大的液控單向閥，應支持牢固穩(wěn)定，不允許用管道支持。綜合考慮選取其型號為IY-25B，其流量為11.57（液壓元件產

46、品樣本）。4.3.3調速閥的選擇根據“流量負反饋”原理設計而成的單路流量閥統稱為調速閥。根據“串聯減壓式”和“并聯溢流式”之差別，又分為調速閥和溢流調速閥兩種主要類型，調速閥中又有普通調速閥和溫度補償型調速閥兩種結構。調速閥和節(jié)流閥在液壓系統中的應用基本相同，主要用于與定量泵溢流閥組成節(jié)流調速系統。調節(jié)節(jié)流閥的開口面積，便可調節(jié)執(zhí)行元件的運動速度。節(jié)流閥適用于一般的節(jié)流調速系統，而調速閥適用于執(zhí)行元件負載變化而運動速度要求穩(wěn)定的系統中，也可用于容積節(jié)流調速回路中。（1）一般性能要求：工作壓力范圍：調速閥能可靠工作時所允許的壓力范圍，指最低工作壓力到額定工作壓力。流量調速范圍：指自最小穩(wěn)定流量到

47、額定流量的范圍，越大越好。最小穩(wěn)定流量：進出口壓差為最低工作壓力值，流量變化率不超過限定值（一般不大于10%）不出現斷流時的最小流量。QF或QDF型的最小穩(wěn)定流量一般為公稱流量的10%左右。內泄漏量：關閉調速閥，給其進油口加以額定工作壓力，在其出油口測得的泄漏量。流量變化率：進口或出口壓力由最低到最高變化時，單位壓力變化量下流量變化量相對調定流量的百分比率，即流量變化量除以調定流量值，再除以引起流量變化的壓力變化值，乘以100%，單位是%。一般為0.2%以下。外泄漏量：進口壓力為額定壓力，出口壓力為90%的額定壓力時測得的外泄漏口泄漏量。從液壓閥使用手冊選取調速閥型號為QF3-10aB，其額定

48、壓力為6.3，最大流量為6.3，最小穩(wěn)定流量。4.3.4順序閥的選擇順序閥的作用是利用油液壓力作為控制信號控制油路通斷。順序閥也有直動型和先導型之分，根據控制壓力來源不同，它還有內控式和外控式之分。通過改變控制方式泄油方式以及二次油路的連接方式，順序閥還可用作背壓閥卸荷閥和平衡閥等。（1）性能要求和溢流閥一樣，壓力振擺壓力偏移內泄漏量外泄漏量正向壓力損失反向壓力損失要求越小越好；穩(wěn)態(tài)壓力-流量特性佳；動作可靠；瞬態(tài)響應快，壓力超調量?。幻芊庑院?；耐壓。最重要的是啟閉特性。通常直動式順序閥的開啟壓力比為75%80%，閉合壓力比為70%75%；先導式順序閥的開啟壓力比為90%95%，閉合壓力比為7

49、0%75%。（2）應用要求用以實現多個執(zhí)行元件的順序動作；用于保壓回路，使系統保持某一壓力；作平衡閥用，保持垂直液壓缸不因自重而下落；用外控順序閥作卸荷閥，使系統某部分卸荷；用內控順序閥作背壓閥，改變系統性能。從液壓閥使用手冊選取順序閥型號為X-D10B，其最高使用壓力為10，推薦的流量為20。4.3.5壓力繼電器（1）作用和種類壓力繼電器是一種將油液的壓力信號轉換成電信號的電液控制元件。當油液壓力達到壓力繼電器的調定壓力時，即發(fā)出電信號，以控制電磁鐵電磁離合器繼電器等電器元件動作，使油路卸壓換向，執(zhí)行機構實現順序動作，或關閉電動機，使系統停止工作，起到安全保護的作用。壓力繼電器由壓力-位移轉

50、換部件和微動開關兩部分組成。按結構類型和工作原理分類，壓力繼電器可分為柱塞式彈簧管式膜片式和波紋管式四種。其中柱塞式壓力繼電器最常用，按其結構有單柱塞式和雙柱塞式之分，而單柱塞式又有柱塞差動柱塞和柱塞-杠桿三種形式。按所發(fā)出電信號的功能分類，壓力繼電器有單觸點和雙觸點之分。（2）壓力繼電器的主要性能：調壓范圍：壓力繼電器能夠發(fā)出電信號的最低工作壓力和最高工作壓力的范圍稱為調壓范圍。靈敏度與通斷調節(jié)區(qū)間：系統壓力升高到壓力繼電器的調定值時，壓力繼電器動作接通電信號的壓力稱為開啟壓力；系統壓力降低，壓力繼電器復位切斷電信號的壓力稱為閉合壓力。開啟壓力與閉合壓力的差值稱為壓力繼電器的靈敏度，差值小則

51、靈敏度高。為了避免系統壓力波動時壓力繼電器時通時斷，要求開啟壓力與閉合壓力有一定的差值。此差值若可調。則稱為通斷調節(jié)區(qū)間。升壓或降壓動作時間：壓力繼電器入口側壓力由卸荷壓力升至調定壓力時，微動開關觸點接通發(fā)出電信號的時間稱為升壓動作時間，反之，壓力下降，觸點斷開發(fā)出斷電信號的時間稱為降壓動作時間。重復精度：在一定的調定壓力下，多次升壓（或降壓）過程中，開啟壓力或閉合壓力本身的差值稱為重復精度，差值小則重復精度高。從液壓元件產品樣本中選取壓力繼電器的型號為EYX25-4，其最高使用壓力為10，壓力調整范圍為0.52.5。4.3.6行程閥的選擇從液壓元件產品樣本中選取其型號為1QCA1-1-D10

52、，其通徑為10，推薦流量為10，最高使用壓力6.3。4.3.7背壓閥的選擇從液壓元件產品樣本中選取其型號BXY-Fg10，其通徑為10，最高壓力為10，背壓閥推薦流量為10，背壓閥壓力調節(jié)范圍0.41。4.3.8電磁換向閥的選擇換向閥是利用閥芯和閥體間相對位置的不同來變換不同管路間得通斷關系，實現接通、切斷、或改變液流方向的閥類。（1）換向閥的分類按閥的結構形式有：滑閥式、轉閥式、球閥式、錐閥式。按閥的操縱方式有：手動式、機動式、電磁式、液動式、電液動式、氣動式。按閥的工作位置數和控制的通道數有：二位二通閥、二位三通閥、二位四通閥、三位四通閥、三位五通閥等。（2）電磁換向閥電磁換向閥是用電磁鐵

53、推動閥芯，從而變換流體流動方向的控制閥。電磁換向閥有滑閥和球閥兩種結構，通常所說的電磁換向閥為滑閥結構，而稱球閥結構的電磁換向閥為電磁球閥。電磁換向閥可直接用在液壓系統中，控制油路的通斷和切換；也可作先導閥，用來操縱其他閥，如溢流閥、調速閥、液控閥等。（3）電磁換向閥的類型電磁換向閥的品種繁多，按其工作位置數和控制的通道數有：二位二通閥、二位三通閥、二位四通閥、三位四通閥、三位五通閥等；按其復位和定位形式可分為彈簧復位式、鋼球定位式、無復位彈簧式等；按其閥芯切換油路的臺肩數可分為兩臺肩式和三臺肩式；按其閥體內的沉割槽數可分為三槽式和五槽式；按其閥體與電磁鐵的連接形式可分為法蘭連接和螺紋連接；按

54、其所配電磁鐵的結構形式可分為干式和濕式兩類。每一類又有交流、直流等形式。（4）電磁閥的工藝要求電磁換向閥是典型的滑閥類元件，其主要零件是閥體和閥芯。電磁換向閥的閥體有機加工流道和鑄造流道兩種形式。由于電磁換向閥的內部流道較復雜，機加工流道的壓力損失較大，故目前大多數采用鑄造流道。對電磁換向閥閥體鑄件的要求與對溢流閥的基本相同，可參見溢流閥的相應部分。電磁換向閥的配合偶件是閥體和閥芯，為了同時保證其動作可靠性和具有較小的內泄漏量，從設計角度，對電磁閥配合間隙的變化范圍都有嚴格的要求。一般來說，公稱通徑6電磁閥的配合間隙為610；公稱通徑為10電磁閥的配合間隙為812。從液壓閥使用手冊選取二位四通

55、電磁換向閥的型號為24EF3O-E10B去，其額定壓力為16；P、A、B口的最高使用壓力10，O口的最高使用壓力為6.3；通過流量為25 。二位二通電磁換向閥的型號為22EO-H-10B，其壓力為10，流量為10，允許背壓1.1。4.4液壓輔助元件的選擇4.4.1管道在液壓傳動中常用的管子有鋼管、銅管、高壓軟管、膠管、尼龍管和塑料管等。液壓系統用的鋼管，通常為無縫鋼管。有精密無縫鋼管（GB3639-83）和普通無縫鋼管（YB231-70）?？ㄌ资焦芙宇^須采用精密無縫鋼管。材料用10號或15號鋼，中高壓或大通徑（80）采用15號鋼。這些鋼管均要求在退火狀態(tài)下使用。銅管有紫銅管和黃銅管。紫銅管用于

56、壓力較低（）的管路，裝配時可按需要來彎曲，但抗振能力較低，且宜使油氧化，價格昂貴；黃銅管可承受較高壓力（），但不如紫銅管宜彎曲。在液壓系統中，管路連接螺紋有1米制細牙螺紋、非密封管螺紋、密封管螺紋、圓錐管螺紋，以及米制圓錐管螺紋。螺紋的形式均據回路公稱壓力確定。公稱壓力的中、高壓系統，采用非密封管螺紋或米制細牙螺紋。（1）管道參數計算管內油液的推薦流速，對吸油管，可?。ㄒ话闳?以下）。對壓油管道，可?。▔毫Ω邥r取大值，壓力低時取小值；管路較長時取小值；管路較短時取大值；油液粘度大時去小值）。對短管道及局部收縮處，可取。對回油管道，可取。（2）管子內徑的計算 （式4.5）式中管子內徑（）； 油液

57、的流量（）； 管內油液的流速，按規(guī)定的推薦流速選?。ǎ０礃藴嗜∮凸艿膬葟綖?。（3）管子壁厚的計算 （式4.6）式中金屬管壁厚度（）； 管子內徑（）； 工作壓力（）； 許用應力（），對于鋼管，=，為抗拉強度（），為安全系數，當在717.5之間時，取；當時，取；對于銅管，取25。即管子壁厚為1。則管子的外徑經過查液壓元件手冊表6-4-1選取通徑為10，推薦管路通過流量為63。4.4.2油箱的選擇（1）油箱的用途與分類油箱在系統中的功能，主要是儲油和散熱，也起著分離油液中的氣體及沉淀污物的作用。根據系統的具體條件，合理選用油箱的容積、形式和附件，以使油箱充分發(fā)揮作用。油箱有開式和閉式兩種：開式油箱開式油箱應用廣泛；箱內液面與大氣相通。為防止油液被大氣污染，在油箱頂部設置空氣濾清器，并兼做注油口用。閉式油箱閉式油箱一般指箱內液面不直接與大氣連通，而將通氣孔與具有一定壓力的惰性氣體相接，充氣壓力可達0.05。油箱的形狀一般采用矩形，而容量大于2的油箱采用圓筒形結構比較合理，設備重量輕，油箱內部壓力可達0.05。（2）油箱的構造與設計要點油箱必須有足夠大的容量，以保證系統工作時能夠保持一定的液位高度；為滿足散熱要求，對于管路較長的系統，還應考慮停車維修時能容納油液自由流回油箱時