5000KN單臂液壓機的液壓系統(tǒng)設(shè)計【含圖紙】

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編號 無錫太湖學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目：5000KN單臂液壓機的液壓系統(tǒng)設(shè)計 信機 系 機械工程及自動化專業(yè) 學 號： 　 0923812　 　 　 學生姓名： 詹 頌 指導教師： 　 薛慶紅 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013年5月25日 III 無錫太湖學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）5000KN單臂液壓機的液壓系統(tǒng)設(shè)計是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 97 學 號： 0923812 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無錫太湖學院 　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目　　 5000KN單臂液壓機的液壓系統(tǒng)設(shè)計 　　 2、專題　 　 二、課題來源及選題依據(jù) 設(shè)計題目為無錫某企業(yè)在建系統(tǒng)，采用典型的插裝閥集成系統(tǒng)，在機床、內(nèi)燃機、汽車電器、軍工企業(yè)等行業(yè)都有應用,面前的液壓控制由于其壓力大、平穩(wěn)等優(yōu)點,在控制系統(tǒng)中占比越來越大,學生通過該系統(tǒng)設(shè)計,能綜合運用所學的機械知識和液壓與氣動控制知識。解決生產(chǎn)中的實際問題。 三、本設(shè)計（論文或其他）應達到的要求： 1. 液壓系統(tǒng)設(shè)計，繪制液壓系統(tǒng)圖，選擇典型的液壓元件 2. 液壓系系統(tǒng)典型回路設(shè)計 3. 液壓元件的選用 4. 編寫設(shè)計說明書（大于30頁）； 5.編專業(yè)外語翻譯（大于8000~10000字符，約合漢子5000字符） 四、接受任務學生： 機械 97 班 　　姓名 詹 頌 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 05 月 25日 六、設(shè)計（論文）指導（或顧問）： 指導教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012年 11 月 12 日 摘 要 液壓傳動相對于機械傳動來說是一門新技術(shù)，液壓機是利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強傳動的機械，廣泛應用于各種工業(yè)中。而在液壓機中液壓傳動系統(tǒng)是其非常重要的組成部分，對液壓機的各種性能起到?jīng)Q定性的作用，至于它與微電子和計算機技術(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，更是近幾十年內(nèi)出現(xiàn)的新事物。 本文為5000KN單臂液壓機設(shè)計了液壓傳動系統(tǒng)，500T單臂校正壓裝液壓機液壓系統(tǒng)采用插裝閥集成系統(tǒng)，動作可靠，使用壽命長，液壓沖擊小，減小了連接管路與泄漏點。獨立的電器控制系統(tǒng)，工作可靠，動作直觀，維修方便。采用按鈕集中控制，設(shè)調(diào)準（點動）,單次（半自動）二種操作方式。大大的提高了傳統(tǒng)液壓機的控制有欠缺自動化、操縱性和安全性差等缺點。 它適用于軸類零件、型材的校正和軸套類零件的壓裝、板材零件的彎曲、壓印、套形、簡單零件的拉伸塑料制品、機床、內(nèi)燃機、輕紡制造機械、軸類、軸承、洗衣機、汽車電機、空調(diào)電機、電器、軍工企業(yè)、三資企業(yè)裝配流水線等行業(yè)使用。 該設(shè)計主要包括在給定參數(shù)情況下液壓系統(tǒng)零部件的參數(shù)計算，從而進行合適的選擇，在根據(jù)實際情況確定液壓元件（輔助元件）以及液壓泵站和油箱，文章也附帶了液壓元件的安裝說明及液壓機的技術(shù)要求和液壓機的驅(qū)動要求。 關(guān)鍵詞：單臂液壓機；液壓系統(tǒng) ；液壓元件 II Abstract Hydraulic transmission is a new technology compared with the mechanical transmission. The hydraulic press is based on the Pascal’s law and designed for producing heavy press. The hydraulic drive system is an important part in the hydraulic press system. And it is the fateful element for the techniques of hydraulic press system. When closely combing with microelectronics and computer technology, it is able to deliver as far as possible big power and precise control within as little space as possible, especially in recent years it is a new thing. This paper is designed for 5000 KN single arm hydraulic press hydraulic transmission system, 500t single arm correction hydraulic press hydraulic system adopts cartridge valve integrated system installation with the advantages to reliable, long service life, small hydraulic impact, reducing the connection pipe and the leak point. The Independent electric control system, has the advantages of the work reliable, intuitive, easy maintenance. With the using of centralized control buttons, alignment (or points) and single (semi-automatic) ,two kinds of operating mode, greatly improve the traditional hydraulic control with lack of automation, poor maneuverability and security flaws. It is suitable for shaft parts, profile correction and sleeve parts, bending, stamping of sheet parts installation, set of form, the simple components of the tensile plastic products, machine tools, internal combustion engines, textile manufacturing machinery, shaft, bearing, washing machine, automobile motor, air conditioner motor, electrical appliance assembly line, military industrial enterprises, joint ventures, etc. This design mainly includes the system preliminary design is in such a case that the estimated parameters is determined and the loop forms of some circumstances, hydraulic components and connecting lines are fully determined. The design of the system has the performance analysis and performance checking to deal with the actual situation. I determine hydraulic components (secondary element), and hydraulic pump stations and tank. The article also comes with the installation instructions of hydraulic components and technical requirements of hydraulic press and hydraulic press driven by demand. Key words: Single arm hydraulic press；Hydraulic system; Hydraulic components IV 目 錄 Abstract IV 目 錄 V 1緒論 1 1.1 液壓機的介紹 1 1.1.1液壓機的工作原理 1 1.1.2液壓機的分類 1 1.2液壓形成的技術(shù)優(yōu)點 2 1.3液壓傳動系統(tǒng)的簡介及發(fā)展趨勢 2 1.3.1 液壓傳動的概念及其優(yōu)缺點 2 1.3.2 液壓系統(tǒng)的組成 3 1.3.3液壓系統(tǒng)的維護 3 1.4本課題的研究內(nèi)容和意義 4 1.5國內(nèi)外的發(fā)展概況 4 1.6本課題應達到的要求 5 2 5000KN液壓系統(tǒng)參數(shù)及略見圖 6 2.1 表2-1各型號單臂液壓機參數(shù)（500T） 6 2.2 5000kN單臂液壓機（略見圖紙） 7 3 單臂液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 8 3.1 液壓系統(tǒng)零部件的參數(shù)計算與選擇 8 3.1.1 電機的選用 8 3.1.2 液壓缸的載荷組成與計算 8 3.2液壓元件的選用 13 3.2.1液壓閥的選定 14 3.2.2單向閥的選擇 15 3.2.3溢流閥的選擇 16 3.2.4電液換向閥的選擇 16 3.2.5 電磁換向閥的選擇 17 3.2.6順序閥的選定 17 3.3過濾器的選定 18 3.3.1回油過濾器的選擇 18 3.3.2空氣過濾器的選擇 19 3.4壓力表及壓力表輔件的選擇 19 3.4.1壓力表的選定 19 3.4.2壓力表開關(guān)的選定 20 3.5液位儀表的選定 20 3.6管件的選定 21 3.6.1管路尺寸參數(shù)的確定 21 3.6.2管接頭的確定 21 3.7油箱的設(shè)計確定 22 3.7.1初選油箱容積 22 3.7.2油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 22 3.8 液壓泵站的選用 24 4 液壓元件的安裝說明和驅(qū)動要求 26 4.1 液壓元件的安裝說明 26 4.2 液壓機的安全使用及液壓驅(qū)動要求 26 4.2.1安全防護 26 4.2.2裝配質(zhì)量 26 4.3 液壓驅(qū)動要求 27 5 結(jié)論與展望 28 5.1 結(jié)論 28 5.2不足之處與展望 28 致 謝 30 參考文獻 31 V v 5000KN單臂液壓機的液壓系統(tǒng)設(shè)計 1緒論 1.1 液壓機的介紹 1.1.1液壓機的工作原理 液壓機是利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強傳動的機械。按傳遞壓強的液體種類來分，有油壓機和水壓機兩大類。油壓機是一種專用液壓油和乳化油做為工作介質(zhì)，用液壓泵作為動力源件，靠液壓泵的壓力使液壓油通過液壓管道進入活塞和油缸，然后油缸和活塞有幾組互相配合的密封件，不同位置的密封件是不同的，但都起到密封的作用，使液壓油不能泄露。最后通過各種閥改變液壓油方向并在油箱循環(huán)使油缸和活塞循環(huán)做功從而完成一定機械動作的機械。[1] 1.1.2液壓機的分類 按用途主要分為金屬成型、折彎、拉伸、沖裁、粉末（金屬，非金屬)成型、壓裝、擠壓等。 按結(jié)構(gòu)形式主要分為：四柱式、單柱式（C型)、臥式、立式框架等。 與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，液壓成形工藝在減輕重量、減少零件數(shù)量和模具數(shù)量、提高剛度與強度、降低生產(chǎn)成本等方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，在工業(yè)領(lǐng)域尤其是汽車工業(yè)中得到了越來越多的應用。 在控制方面主要有電控，機控與手控三大類。電控液壓設(shè)備通過電磁鐵操縱有關(guān)的換向閥，實現(xiàn)其控制的目的，這是主要的液壓設(shè)備。對于它多采用標準液壓元件，所以拆卸比較方便，設(shè)備儲存液方便的，這對于故障分析是很有利的。 機控液壓機的設(shè)備信息取決于機構(gòu)的運動。例如在車床與刨床的液壓系統(tǒng)就是通過行程限位控制運動方向，對于它工作壓力及傳動功率偏低，運行環(huán)境適中，磨損速度相對是比較慢。 手控液壓機設(shè)備的信息是取決于操作者，手控液壓設(shè)備運行環(huán)境比較差，元件磨損速度快。 1.2液壓形成的技術(shù)優(yōu)點 在汽車工業(yè)及航天、航空等領(lǐng)域，縮短工藝時間節(jié)約資源是人們長期追求的目標，也是先進制造技術(shù)發(fā)展的趨勢之一。液壓成形（hydroforming)就是為實現(xiàn)速度快和量化的一種先進制造技術(shù)。與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，液壓成形工藝在重量、數(shù)量和成本有很大的優(yōu)勢，它不僅提高工件的剛度與強度、大大降低生產(chǎn)中成本等方面所具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，在工業(yè)領(lǐng)域尤其是汽車工業(yè)中（主要是汽車的外殼的沖壓）得到了越來越多的實用價值。液壓成形技術(shù)廣泛的應用汽車、航空、航天和管道等行業(yè)，主要適用于：沿構(gòu)件軸線變化的圓形、矩形或異型截面空心結(jié)構(gòu)件，如汽車的排氣系統(tǒng)異型管件；非圓截面空心框架，如發(fā)動機托架、儀表盤支架、車身框架；空心軸類件和復雜管件等。 液壓成形工藝的適用材料包括碳鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合金及鎳合金等，原則上適用于冷成形的材料均適用于液壓成形工藝。與沖壓工藝相比，液壓成形技術(shù)和工藝有以下主要優(yōu)點[2]： 1.減輕質(zhì)量，節(jié)約材料。對于汽車發(fā)動機托架、散熱器支架等典型零件，液壓成形件比沖壓件減輕15%～45%；對于空心階梯軸類零件，可以減輕30%～45%的重量。 2.減少零件和模具數(shù)量，降低模具費用。液壓成形件通常需要1套模具，而沖壓件大多需要多套模具。液壓成形的發(fā)動機托架零件由6個減少到1個，散熱器支架零件由17個減少到7個，大大減少了資源。 3.可減少后續(xù)機械加工和組裝的焊接量。 4.降低生產(chǎn)成本。根據(jù)對已應用液壓成形零件的統(tǒng)計分析，液壓成形件的生產(chǎn)成本比沖壓件平均降低16%～21%,模具費用降低28%～38%。 5.提高強度與剛度，尤其是疲勞強度，如液壓成形的散熱器支架，其剛度在垂直方向可提高40%，水平方向可提高47%。 液壓機技術(shù)特點： （1）本系列液壓機適合于可塑性材料的壓制工藝，如沖壓、彎曲、拉伸等。 （2）也可以從事校正、壓裝、塑料制品及粉末制品的壓制成型。 1.3液壓傳動系統(tǒng)的簡介及發(fā)展趨勢 1.3.1 液壓傳動的概念及其優(yōu)缺點 液壓傳動是用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和控制的傳動方式之一。氣壓傳動和液壓傳動統(tǒng)稱為流體傳動，它根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理，發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的一門新技術(shù)。當今世界，流體傳動技術(shù)水平的高低能夠衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標準。 1、液壓傳動的優(yōu)點：[3] (1)體積較小、重量較輕，結(jié)構(gòu)比較緊湊。液壓馬達的體積和質(zhì)量只有同等功率電動機的百分之12左右，所以慣性力比較小，如果突然過載或停車時，也不會發(fā)生太大的沖擊； (2)它在大范圍內(nèi)自動的平穩(wěn)調(diào)節(jié)速度大小，無級調(diào)速可容易實現(xiàn)，且調(diào)速范圍最大可達1：2000(一般為1：100)，它還可在運行過程中進行調(diào)速； (3)換向容易，當電機旋轉(zhuǎn)方向不改變的情況下，可以比較方便地實現(xiàn)直線往復運動的轉(zhuǎn)換和工作機械旋轉(zhuǎn)； (4) 液壓馬達和液壓泵之間需用油管連接，在空間上應不受嚴格限制，需減少成本； (5)當采用油液為工作介質(zhì)的情況下，相對運動表面之間，元件潤滑效果佳，磨損較小，使用壽命比較長； (6)自動化程度較高，操縱控制簡便，能夠方便實現(xiàn)了遠程控制和自動化； (7)液壓裝置很容易實現(xiàn)過載保護； (8)液壓元件實現(xiàn)了通用化、系列化、標準化、便于設(shè)計、制造和使用都比較方便。 2、液壓傳動的缺點： 　　(1)液壓傳動對維護和修理的要求高，工作油無污染，必須要保持清潔，； 　　(2)為了減少泄露，液壓元件制造成本和精度要求高，工藝復雜，成本高，油液的污染比較敏感； 　　(3)液壓元件不易找出原因，維修較困難； 　　(4)液壓傳動中油溫變化比較敏感，直接影響傳動的工作穩(wěn)定性，所以液壓傳動不宜在變化范圍大的溫度下工作（工作溫度一般在-15℃~60℃范圍內(nèi)）； （5）液壓傳動在能量轉(zhuǎn)化的過程中，尤其是在調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量大（摩擦損失、泄露損失），導致系統(tǒng)效率較低。 總的來說，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，它的缺點可以通過技術(shù)進步不斷克服或改善。 1.3.2 液壓系統(tǒng)的組成 液壓系統(tǒng)主要由：動力裝置（液壓泵)、執(zhí)行裝置（油缸或液壓馬達)、控制裝置（各種閥)、輔助裝置和工作介質(zhì)等五部分組成： 1、動力裝置（液壓泵) ：它的作用是利用液體把原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。 2、執(zhí)行裝置（油缸、液壓馬達) 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉(zhuǎn)運動。 3、控制裝置 ：包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是對系統(tǒng)中油液壓力和流量或者流動的方向進行控制或者調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。 4、輔助裝置 ：除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、過濾器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭(擴口式、、卡套式等)、液位儀、高壓球閥、管夾、測壓接頭及油箱等，它們對保證系統(tǒng)的正常工作起到了重要的作用。 5、工作介質(zhì) ：工作介質(zhì)是指各種液壓傳動中傳遞能量的液壓油，它經(jīng)過液壓泵和電動機實現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換，在受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進行的工作的，因此液壓傳動和液壓控制常常難以截然分開。 1.3.3液壓系統(tǒng)的維護 一個液壓系統(tǒng)的好壞不僅取決于系統(tǒng)設(shè)計的合理性和系統(tǒng)元件性能的的優(yōu)劣，優(yōu)質(zhì)的液壓系統(tǒng)是針對無故障使用壽命長而設(shè)計的，它需要很少的維護。但是，這些少量的維護對于主機來講是非常重要的，可以使得設(shè)備的運行受控，避免很多故障；實踐證明，液壓系統(tǒng)的故障大多數(shù)的失效和損壞事由于液壓油的污染維護不足和液壓油的選用不當造成的，所以，每年對系統(tǒng)元件的維護和保養(yǎng)是必要的。可以保證每年設(shè)備出廠和進廠的時候，其完好是受控的。 油液污染對系統(tǒng)的危害主要如下： 1）.元件的污染磨損 油液中各種形式污染物引起元件的各種磨損，固體小顆粒進入運動機構(gòu)間隙中，對零件表面產(chǎn)生疲勞磨損或是切削磨損。液流中的固體小顆粒高速運動對元件的表面沖擊引起摩擦磨損。在油液中，水和油液氧化變質(zhì)的生成物會對元件產(chǎn)生腐蝕作用。除此之外，系統(tǒng)的油箱中的空氣能夠引起氣體腐蝕，導致元件表面和內(nèi)部的破壞。 2).元件堵塞與卡緊故障 固體小顆粒堵塞各種閥的間隙和小孔，導致閥芯阻塞和卡緊，影響工作性能的穩(wěn)定性，甚至導致嚴重的安全事故。 3).加速油液性能的氧化 水和空氣會在油液中會使油液氧化產(chǎn)生殘留物和廢物，油液中的金屬顆粒在油液的氧化會加速，此外，油液中的水和懸浮在油液里的氣泡降低了運動機構(gòu)間油膜的粘度，使?jié)櫥阅芙档汀? 系統(tǒng)的維護： 一個系統(tǒng)在正式投入之前一般都要經(jīng)過沖洗，沖洗的目的就是要清除殘留在系統(tǒng)內(nèi)的污染物、金屬屑、纖維化合物、鐵芯等，在最初兩小時工作中，即使沒有完全損壞系統(tǒng)，也會引起一系列故障。所以應該按下列步驟來清洗系統(tǒng)油路： 1)嚴格清洗元件和系統(tǒng)部件； 2)防止污染物從外界侵入； 3)采用高性能的過濾器； 4)保持系統(tǒng)所有部位良好的密封性； 5)控制液壓液的溫度。 6)定期檢查和更換液壓液并形成制度。 1.4本課題的研究內(nèi)容和意義 液壓機設(shè)計是集液壓機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、擠壓結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算，繪制主要零部件圖機架結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算，繪制液壓機裝配圖液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計，繪制液壓系統(tǒng)原理圖液壓機控制系統(tǒng)設(shè)計，編寫,繪制非標準件油箱等過程的全面系統(tǒng)設(shè)計。通過對本課題進行設(shè)計，進一步理解和掌握液壓系統(tǒng)、液壓機、機械加工工藝等的理論知識，了解先進液壓技術(shù)、工藝技術(shù)，提高液壓系統(tǒng)分析能力、結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，加強分析和解決現(xiàn)場機械和結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的能力，為以后工作時的產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)改進打下堅實基礎(chǔ)，并在實際的生產(chǎn)中靈活處理質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本之間的關(guān)系，獲得良好的經(jīng)濟效益。 1.5國內(nèi)外的發(fā)展概況 隨著科學技術(shù)發(fā)展取得了很大成就，液壓機的誕生給很多企業(yè)帶來了不少利益，更加隨著廣泛的使用，其生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展也是日漸成熟。不過對于國外的生產(chǎn)技術(shù)來說，我國不管是在生產(chǎn)的工藝上，還是在售后安裝維護的方面，都是相對來說有點欠缺，但是和以前的相比，對其液壓機的制作工藝也是慢慢有所提高，并且不管是在制作液壓機的哪一個環(huán)節(jié)上，對其液壓機的制作都是日漸成熟，其質(zhì)量也是有所提高。尤其是在制作液壓機的時候，在其油路環(huán)節(jié)上，不管是國內(nèi)，還是國外，對其液壓機的設(shè)計，都是封閉式設(shè)計。還有對于液壓機的液壓系統(tǒng)，不管是采用復合原件，還是別種樣式，在制作液壓機的時候，得到了廣泛的應用。不過現(xiàn)如今國外最為普遍的使用封閉式，據(jù)行業(yè)人士介紹，因為這中方法不但具有能夠預防泄油現(xiàn)象，還避免對液壓機帶來更多的污染。不過據(jù)研究液壓機的專家說，因為這種設(shè)計，是完全可以延長液壓機的使用壽命，因為這種設(shè)計不但可以預防漏油，所帶來的存儲環(huán)境污染，還有可以使其空氣進行對其隔離，避免有化學物質(zhì)的對其具有腐蝕作用。不過在我國的制作液壓機各個廠家中，這種模式比較少見。不過隨著經(jīng)濟發(fā)展加快，對其液壓機的使用越是廣泛，為了能夠提高其性能，液壓機的設(shè)計成為了至關(guān)重要的關(guān)鍵之處。 1.6本課題應達到的要求 設(shè)計的液壓傳動系統(tǒng)，具備以下特點： 1.性能可靠 該裝置需滿足液壓機工藝的需要。保證系統(tǒng)的正常運行，減少生產(chǎn)事故的發(fā)生。 2.成本經(jīng)濟 保證系統(tǒng)性能可靠的同時，選用較為經(jīng)濟的液壓元件，降低成本，提高效益。同時設(shè)備使用時應節(jié)能。 3. 體積小，安裝維修方便，安全 該裝置體積緊湊，輔助設(shè)備少，整個系統(tǒng)占地面積小，新建或改建作業(yè)線均可使用。該裝置安裝調(diào)試容易，維護檢修方便，分析處理故障迅速。操作方便、安全，實現(xiàn)了自動化控制。 今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷創(chuàng)新，不斷的提高和改進元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日夜變化的市場需求。液壓技術(shù)的持續(xù)發(fā)展體現(xiàn)在微型化、集成化、模塊化、智能化和多元化。 液壓技術(shù)實現(xiàn)高壓、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高級度成化、微型化、智能化等各方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、伺服控制、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)的計算輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化以及計算機控制等開發(fā)性研究方面，更日益顯示出顯著的成績。 2 5000KN液壓系統(tǒng)參數(shù)及略見圖 2.1 表2-1各型號單臂液壓機參數(shù)（500T） 表2-1液壓系統(tǒng)參數(shù) 型號 單位 45T 63T 100T 160T 200T 315T 400T 500T 630T 公稱力 KN 400 630 1000 1600 2000 3150 4000 5000 6300 頂出力 KN 63 100 200 250 400 630 630 1000 1250 液體最大工作壓力 MPa 25 25 26.5 26 25 25 25 26 26 滑塊行程 mm 400 500 500 500 700 800 800 900 900 最大開口高度 mm 600 700 900 900 1120 1250 1400 1500 1500 工作臺尺寸 前后 mm 400 500 580 800 900 1200 1200 1400 1600 左右 mm 400 500 710 800 900 1200 1260 1400 1600 頂出行程 mm 120 160 200 200 250 300 300 300 400 滑塊速度 空程下行 mm/s 40 76 100 100 100 100 100 100 >100 工作 mm/s 10 10 8-15 8-15 8-15 8-15 8-15 10 12 回程 mm/s 60 60 60 60 70 70 70 80 65 機床外形尺寸 左右 mm 1000 110 1200 1600 2120 2220 2220 2420 2520 前后 mm 500 650 380 400 500 500 650 680 700 地面上高度 mm 2406 243 3300 3350 3690 3900 4050 5348 電機功率 KW 5.5 5.5 7.5 15 18.5 22 22 37 總重量 T 1.95 2.5 4 7 12 15 20 30 2.2 5000kN單臂液壓機（略見圖紙） 圖2.2 5000KN單臂液壓機裝配圖 3 單臂液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 3.1 液壓系統(tǒng)零部件的參數(shù)計算與選擇 3.1.1 電機的選用[4] 工作壓力一般為25mpa 功P=q.p (3.1) = A×v(速度)×p(工作壓力) =（500×1000÷250)×6.79×10-3m/s×25mpa = 13.58×10-2㎡/s 電機功率=功率×效率η（取90%） 式中 q————實際流量 p————工作壓力 A————活塞面積 根據(jù)電機功率選用電動機: 表3-1 Y250M-6電動機參數(shù) 電機型號 額定功率（kw） 額定轉(zhuǎn)速nN（rpm） 額定電流IN（A） 效率η(%) 功率因數(shù)(cos) 轉(zhuǎn)動慣量(㎏㎡) 凈重(㎏) Y250M-6 37 980 74 90.8% 0.86 0.834 408 圖3.1 Y250M-6電動機 3.1.2 液壓缸的載荷組成與計算 3.1.2.1 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 液壓機的液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件為---液壓缸，系統(tǒng)工作壓力的選用20～32mpa； 假設(shè)運動部件所受的重力為5000kN ，靜壓導軌，材料為鑄鐵，摩擦系數(shù)為0.004； 圖3.2 液壓缸簡圖 工作載荷F并非每階段都存在，在該階段沒有工作，則： F=0 導軌摩擦載荷：F=0.004×5000×10=20KN 慣性載荷：F =G/g×△v/△t (3.2) =5000×103/10×(△v/△t=0.6～1.4) =500 KN×(△v/△t=0.6～1.4) =(300～700)KN 式中 g——重力加速度：10； △v————速度變化量()； △t————啟動或制動時間（）。一般機械=0.2～0.4s，對輕載低速運動部件區(qū)小值，對重載高速部件取大值，△v/△t=0.6～1.4。 以上三種載荷之和稱為液壓缸外載荷F,即： 起動加速度時：F =F+F+F=(300～700)KN 穩(wěn)態(tài)運動時： F = F+F=20KN 查表得： 表3-2 液壓缸部分參數(shù) 液壓缸的公稱壓力 40MPa 液壓缸內(nèi)徑D 80mm 活塞桿的直徑d 35～100mm 活塞行程 520mm 通過計算各執(zhí)行流程所需最大流量得知系統(tǒng)最大流量，從而幫助選擇液壓元件 ,當活塞桿伸出時Q1： Q1=π/4ηνD2×103 (3.3) =3.14/4×0.95×6.79×10-3×0.062×103 =20.20×10-3L/min 當活塞桿縮回時Q2： Q2=π/4ην(D2-d2) ×103 (3.4) =3.14/4×0.95×（0.062-0.042）×6.8×10-3×103 =10.15×10-2L/min 當活塞桿差動伸出時Q： Q=π/4ηνD2×103 (3.5) =3.14/4×0.95×0.042×6..8×10-3×103 =8.11×10-3L/min 查表按速比、工作壓力選取1/ 2： 表3-3 工作壓力 工作壓力/ MPa 5.0 5.0～7.0 7.0 d/D 0.5～0.55 0.62～0.70 0.7 表3-6 速比表 1/ 2 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：1：無桿腔進油時活塞運動速度 2：有桿腔進油時活塞運動速度 差表得：1/ 2=2.0 3.1.2.2 液壓缸的主要部件設(shè)計 1. 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸和柱塞缸，本次采取柱塞缸； 2. 缸筒內(nèi)徑D配合方式為H7或H8級，表面粗糙度一般為0.16～0.32μm，用材料S45C，D型系列，額定壓力40mpa，內(nèi)徑80mm，外徑95mm； 3. 熱處理：調(diào)質(zhì)+回火處理，布氏硬度（HB）在241～285； 4. 對于缸筒的形位公差如下： 1）內(nèi)徑D的圓度，錐度，圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半； 2）缸筒直線度公差在500mm長度上不大于0.03mm；缸筒端面T對內(nèi)徑的垂直在直徑100mm上不大于0.04mm； 3）當缸筒為尾部和中部耳軸型時：孔d1的軸線對缸徑D的偏移不大于0.03mm； 4)孔d1的軸線對缸徑D的垂直度在100mm長度上不大于0.1mm； 5)軸徑d2的軸線對缸徑D的垂直度不大于0.1mm； 6)軸徑d2對缸徑D的垂直度在100mm長度上不大0.1mm； 7)活塞密封材料POM； 根據(jù)設(shè)計要求：活塞桿直徑查表得：d=55mm。 綜合以上得液壓缸型號：Y-HG1-G80/55×500FJ-HL1OT1 液壓油選用：抗耐磨液壓油 3.1.2.3 液壓馬達載荷力矩的計算 1. 液壓馬達是液壓能轉(zhuǎn)換為機械能元件，分為高速小轉(zhuǎn)矩和低速小轉(zhuǎn)矩。 2. 估算后查表得：柱塞式液壓馬達驅(qū)動功率為20kw； 3. 液壓馬達載荷力矩： T=Pc/2πn (3.6) =20×103/2×3.14×1 =3140Nm 4. 液壓馬達載荷轉(zhuǎn)矩： T= T /ηm (3.7) =3140÷0.95 =3305Nm 5. 液壓馬達的排量： q=2πT /Pηm (3.8) =2×3.14×3140/100×110×0.95 =0.00021 M3/S 綜上所述：柱塞馬達選用 JMD-40： 轉(zhuǎn)速 壓力 額定轉(zhuǎn)矩 額定功率 最大功率 機械效率 偏心距 重量 10～400r/min 16 ~22 470n.m 19.2kw 26.4 ≥91.5% 16 44.5 表3-4 柱塞馬達 JMD-40參數(shù)[5] 圖3.3 柱塞馬達 JMD-40 3.1.2.4 液壓泵的選擇[6] 1. 壓泵最大工作壓力P： P≥P+∑△ (3.9) ≥100MP+2.0MP =102.0MP 2. 液壓泵的流量Q： Q ≥k（∑Qmax）m3/S (3.10) ≥1.3×20.20×10-2㎡/s =26.26×10-3 m3/S 3.查表得選用柱塞泵A2F型： 表3-5 柱塞泵A2F型參數(shù) 排量 壓力 轉(zhuǎn)速 9.4~500mm/r 110Mpa 1500r/min 4.變量泵選用 A2F55： 表3-6 變量泵A2F55參數(shù) 壓力 轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)矩 恒功率壓力范圍 轉(zhuǎn)動慣量 驅(qū)動功率 總效率 重量 16~40 Mpa 1450r/min 305N.m 80～110Mpa 0.0052 46Km ≥90 23kg 圖3.4 變量泵A2F55 5.活塞結(jié)構(gòu)形式：O型圈密封； 6.活塞與活塞桿的連接：軸套型同軸密封； 7.液壓泵的噪聲： 液壓泵的噪聲在液壓系統(tǒng)的噪聲中占了很大比重，減小液壓泵的噪聲是液壓系統(tǒng)降噪吃力的重要組成部分，因此，應了解液壓泵產(chǎn)生噪聲的原因，以便采取相應的措施來降低泵的噪音。 泵產(chǎn)生原因： 1）泵的流量脈動引起壓力脈動，這是造成泵振動和噪聲的動力源。 2）氣穴現(xiàn)象。 3）管道和支架等機械連接部分因諧振而產(chǎn)生的噪聲。 4）液壓泵在其工作工程中，但吸油容積突然和壓油腔接通，或壓油容積突然和吸油腔接通時，會產(chǎn)生流量和壓力的突然產(chǎn)生噪聲。 5）泵內(nèi)流道具有突然擴大或收縮，急拐彎，通道面積過小等而導致油液湍流，漩渦而產(chǎn)生噪聲。 6）泵轉(zhuǎn)動部分不平衡，軸承振動等引起的噪聲。 降低噪聲的措施： 1）吸收泵的流量和壓力脈動 2）消除泵內(nèi)液壓急劇變化 3）裝在油箱上的電動機和泵使用橡膠墊減振 4）壓油管的某一段采用橡膠軟管，對泵和管路的連接進行隔震 5）防止氣穴現(xiàn)象和油中摻混空氣現(xiàn)象。 3.2液壓元件的選用：[7] 表3-9 工況分析表 圖3.5 液壓原理圖 圖3.5 液壓原理圖 表3-7 工作分析表 調(diào)整 空運轉(zhuǎn) 滑塊向上 ＋ ＋ ＋ 上限位 滑塊向下 ＋ ＋ ＋ ＋ 下限位 單次 空運裝 滑塊快降 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 變速限位 滑塊慢降 ＋ ＋ ＋ ＋ 下限位 保壓 ＋ 壓力表 卸壓 ＋ ＋ 延時 回程 ＋ ＋ ＋ 上限位 系統(tǒng)中使用的液壓元件有： (1)充液閥：工作缸活塞快速下行時，用以向工作缸上腔大量充液。在保壓期間，充液閥經(jīng)受極高的壓力，防止工作缸內(nèi)油液向流向油箱。在工作缸活塞回程時，工作缸上腔的油液通過充液閥向充液油箱大量排油。 (2)液控單向閥：工作缸進行保壓壓制時，防止液壓缸上腔油液通過換向閥間隙泄露。 (3)液控單向閥：支撐工作缸活塞等運動部件的重量，防止因自重而下滑。在快速壓下階段，由液壓油打開，排除活塞下部的油液。 (4)溢流閥：用以防工作缸活塞下行時，萬一液控單向閥失靈打不開時，起到安全保護作用。 (5)溢流閥：用以調(diào)定系統(tǒng)壓力，保護液壓泵不因壓力過高而損壞。 (6)電液換向閥：控制工作缸活塞動作，中位機能使液壓泵卸荷。 (7)液壓泵：為系統(tǒng)提供壓力油液。 (8)濾油器：將機械雜質(zhì)從油中分離出來，使系統(tǒng)中的油液經(jīng)常保持清潔。 (9)電磁換向閥：起控制充液閥的作用，使充液閥在活塞快速下壓和回程時處于打開狀態(tài)。 (10)電磁換向閥：控制液控單向閥的作用，使單向閥能夠在活塞快速壓下時處于打開的狀態(tài)。 (11)油箱。 3.2.1液壓閥的選定 液壓閥是來控制液壓系統(tǒng)中油液的流動方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的，因此它可以分為方向閥，壓力閥和流動閥三大類。一個形狀相同的閥，可以因為作用機制的不同，而具有不同的功能。壓力閥和流動閥利用通流截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用流道的更換控制著油液的流動方向。這就是說，盡管液壓閥存在著各種各樣不同的類型，它們之間還有保持著一些共同特點。 各種液壓控制閥的規(guī)格型號，可以根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過閥的實際流量為依據(jù)，并考慮閥的控制特性，穩(wěn)定性及油口尺寸、外形尺寸與重量、安裝連接方式、操縱方式、適應性和維修方便性、貨源及產(chǎn)品歷史等，從相關(guān)手冊和產(chǎn)品樣本中選取。 3.2.2單向閥的選擇 液壓系統(tǒng)中常用的單向閥有普通閥和液控單向閥兩種。 單向閥的功能是只允許油液向一個方向流動，而不允許反向流動。因此，在性能上應滿足以下各項要求： a) 保證油液正向流動時阻力小，在某些情況下起保壓作用。 b）油液不能反向通過，對液壓缸進行封鎖。 c) 工作時無沖擊或噪音。 （1）充液閥的選定： 充液閥是液壓機中常用的一種閥，它的作用是在工作缸的工作柱塞快速空程下行時，迅速以大量低壓工作液體充填工作缸的上腔，以防止缸的上腔吸空，而在工作柱塞快速回程上行時，迅速將工作缸上腔的工作液體排回油箱。 在本系統(tǒng)中，活塞快速下行時的流量為1015L/min。依據(jù)流量，以及工作壓力選擇充液閥型號為 PF125具體參數(shù)見表3-8： 表3-8 PF125 充液閥參數(shù)[8] 型號 通徑/mm 壓力/Mpa 流量/L/min 開啟壓力/Mpa 控制壓力/Mpa PF125 56 25 1600 0.012 >=1.2 圖3.6 PF125充液閥 (2)液控單向閥的選定 液控單向閥的主要作用為保壓，在保壓過程中承受壓力，在保壓結(jié)束后，通過液壓控制進行開啟泄壓。依據(jù)壓力及流量選擇其型號為CP-F-10-A1-D具體參數(shù)見表3-9： 表3-9 CP-F-10-A1-D液控單向閥參數(shù) 型號 安裝方式 規(guī)格 壓力/Mpa 開啟壓力/Mpa 泄油方式 CP-F-10-A1-D F（法蘭） 10： 32通徑 30 0.04 D（外泄） 圖3.7液控單向閥 (3)液控單向閥的選定 液控單向閥的主要作用為：在快速下行中將工作缸下腔的工作液排入油箱中。在快速回程過程中，通入壓力油抬起活塞。根據(jù)快速回程過程的流量81.1L/Min快速壓下過程的流量101.15L/Min，以及系統(tǒng)的工作壓力，選擇液控單向閥的型號為：CP-F-10-A1-D具體參數(shù)同上。 3.2.3溢流閥的選擇 溢流閥的選擇主要依據(jù)通過閥的流量以及調(diào)節(jié)壓力，和溢流閥的特性曲線來選定。 在本系統(tǒng)中有溢流閥的作用為用以防工作缸活塞下行時，萬一液控單向閥失靈打不開時，起到安全保護作用，且控制系統(tǒng)慢速下行，當系統(tǒng)慢速下行時，液壓缸下腔液體通過溢流閥流入油箱，此時的流量為71.1L/Min；溢流閥的作用為調(diào)定系統(tǒng)壓力30.5MPa。依據(jù)溢流閥的調(diào)定壓力選擇型號如下： 選定溢流閥的型號為：ZDBK 10。 具體參數(shù)見下表3-10： 表3-10 ZDBK 10溢流閥參數(shù) 型號 最大流量L/mm 調(diào)定壓力/Mpa ZDBK 10 80 30.5 圖3.8 ZDBK10溢流閥 3.2.4電液換向閥的選擇 換向閥的作用是利用閥芯和閥體中的相對運動，使流液的通斷接通，關(guān)斷或者變換流動方向，從而使執(zhí)行元件啟動，停止或變換運動方向。 對換向閥的一般要求是：流體經(jīng)過閥時的壓力損失要小，互不相同的通口間的泄露要小，換向要平穩(wěn)，迅速且可靠。 在本系統(tǒng)中電液換向閥的作用是起到總的控制作用，使活塞的各個動作順利完成，使系統(tǒng)安全可靠。系統(tǒng)的工作壓力最大為31.5Mpa，通過電液換向閥的最大流量為71.1L/Min。依據(jù)通過流量以及最大壓力和滑塊機能選擇電液換向閥的型號為 忠勝SWH系列，其具體參數(shù)如表3-11所示： 表3-11 SWH-G03-DH電液換向閥參數(shù)[9] 型號 SWH-G03-DH 類型 二通試 通徑 11mm 額定功率 42KW 適用介質(zhì) 油品 連接形式 板式 圖3.9 SWH-G03-DH電液換向閥 3.2.5 電磁換向閥的選擇 電磁換向閥由液壓機械中的電器控制系統(tǒng)的按鈕開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)、壓力繼電器等電器元件發(fā)出信號，使電磁鐵通電吸合或斷電釋放，直接控制閥芯移位，來實現(xiàn)油流的溝通、切斷和方向變換，操縱各種執(zhí)行機構(gòu)的動作，如油缸的往返，升壓，其他工作部件的吮吸動作等等。由于它采用電器控制，從而使液壓系統(tǒng)的自動化程度大大提高，操作方便，布局完善。 在本系統(tǒng)中，控制液控單向閥起到控制的作用。通過控制壓力以及其滑閥機能與流量，表3-12所示： 表3-12 SWH-G03-DH 電磁換向閥參數(shù) 通徑 電壓 流量 額定電壓 使用范圍 11mm 24V 21.6-24.6V 25L/Min 3.2.6順序閥的選定[10] 順序閥用油液的壓力來控制油路的通斷，并且常用于控制多個執(zhí)行元件的順序動作而得名。通過改變控制方式，泄露方式和二次油路的接法，順序閥還可具備其他的功能。 本系統(tǒng)中順序閥安置于電液換向閥入口處，主要用于在壓油路中產(chǎn)生被壓，從而在油泵卸荷時為控制油路提供壓力。根據(jù)各個液壓控制閥的控制壓力，控制壓力最大為沖液閥1.5Mpa，所以順序閥調(diào)定壓力，使得各液壓閥能夠?qū)崿F(xiàn)控制。 依據(jù)流量以及工作壓力選擇順序閥的型號為DZ10-2-30/210M,具體參數(shù)如表3-13所示： 表3-13 DZ10-2-30/210M順序閥參數(shù) 型號 通徑/mm 額定流量L/Min 背壓/Mpa DZ10-2-30/210M 10 80 0.3~16 圖3.10 DZ10-2-30/210M順序閥 依據(jù)液控閥的控制壓力，調(diào)定背壓為12.0Mpa。 3.3過濾器的選定[11] 液壓系統(tǒng)中的過濾器功能在于濾除混在液壓油中的雜質(zhì)，使進到系統(tǒng)中去的油液的污染降低，保證系統(tǒng)能正常的工作。 過濾器按其濾心材料的過濾的機制來分有表面型過濾器，深度過濾器和吸附型過濾器三種。它主要通過過濾精度和壓降特性和納垢容量來評定性能指標。在適當?shù)牟课话惭b過濾器可以截留油液中不可溶的污染物，使油液保持清潔，保證液壓系統(tǒng)的正常工作。本系統(tǒng)設(shè)計要用兩個過濾器，分別為回油過濾器和空氣過濾器。 3.3.1回油過濾器的選擇 液壓系統(tǒng)工作時，動力元件和執(zhí)行元件的磨損，控制調(diào)節(jié)元件和管路的壓力磨損以及液體氧化等的污染都會進入油液中，這些污物如果進入液壓系統(tǒng)中將影響系統(tǒng)的正常工作，回油過濾器主要用于液壓系統(tǒng)回油精過濾，來清潔液壓油，濾除液壓系統(tǒng)中元件磨損產(chǎn)生的金屬顆粒以及密封件的橡膠雜質(zhì)等污染物，使流回