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1 引言
液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓泵、閥、執(zhí)行器及輔助件等液壓元件組成。它是把液壓泵或原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，然后通過控制、調(diào)節(jié)閥和液壓執(zhí)行器，把液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)完成所需求的各種動(dòng)作。
?液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。1、動(dòng)力元件（油泵）它的作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。2、執(zhí)行元件液壓馬達(dá)）它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。3、控制元件包括壓力閥方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級(jí)調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。1、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊；（2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；（3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換；（5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長；（6）操縱控制簡便，自動(dòng)化程度高；（7）容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。
隨著應(yīng)用了電子技術(shù)、計(jì)算及技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及新工藝、新材料的發(fā)展和應(yīng)用，液壓傳動(dòng)技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。液壓傳動(dòng)技術(shù)已成為工業(yè)機(jī)械、工程建筑機(jī)械及國防尖端產(chǎn)品不可缺少的重要技術(shù)。而其向自動(dòng)化、高精度、高效率、高速化、高功率、100T四柱化、輕量化方向發(fā)展，是不斷提高它與電傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)競爭能力的關(guān)鍵。本文從液壓現(xiàn)場總線技術(shù)、自動(dòng)化控制軟件技術(shù)、水壓元件及系統(tǒng)、液壓節(jié)能技術(shù)等方面介紹液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)。
本文研究內(nèi)容是100T四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該文的設(shè)計(jì)過程基本上體現(xiàn)了一個(gè)典型的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。
2 100T四柱液壓壓力機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
2.1.1 主要結(jié)構(gòu)及總體布局
100T四柱液壓機(jī)是一種用靜壓來加工金屬、塑料、橡膠、粉末制品的機(jī)械。在許多工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用。課題所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)是100T四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng),主要是完成系統(tǒng)原理圖和該系統(tǒng)主要零件的結(jié)構(gòu)及有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。液壓泵及GE系列液壓元件的選用，液壓缸采用單作用活塞液壓缸，液壓缸作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件安裝在機(jī)床的床身上，與液壓供油裝置分開布置，避免兩者之間形成振動(dòng)干涉。
2.1.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)要求
1) 公稱力：1000N；液體最大工作壓力25MP；
2) 滑塊行程：600mm；
3) 滑塊行程速度：空程為27mm/s，工作為10-24mm/s，回程為80mm/s；
4) 滑塊下平面至工作臺(tái)面最大距離為800mm，工作臺(tái)720×580mm；
5) 采用GE系列液壓元件 ；
2.1.3對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能等方面的要求
液壓壓力機(jī)要求整個(gè)液壓系統(tǒng)在工作時(shí)必須平穩(wěn)可靠，各種位置精度的要求在系統(tǒng)安裝時(shí)確定。保證液壓系統(tǒng)的高效率和較高的自動(dòng)化率。
2.1.4工作環(huán)境和工作條件
本課題所設(shè)計(jì)的液壓壓力機(jī)在普通車間使用，工作環(huán)境要求不高，對(duì)環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況沒有特殊的要求，液壓系統(tǒng)的安裝必須穩(wěn)定，避免對(duì)機(jī)床造成直接的沖擊振動(dòng)。
2.1.5 其它方面的要求
本課題所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)對(duì)重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性沒有特殊的要求 ，但必須符合一些公認(rèn)的普遍設(shè)計(jì)原則：重量輕、體積小、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用維護(hù)方便。并且系統(tǒng)所有的連接閥均按疊加閥系列設(shè)計(jì)。
2.2系統(tǒng)工況分析及確定系統(tǒng)參數(shù)
本章在明確了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求后，針對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)在性能和動(dòng)作方面的特性，確定了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作壓力，以及液壓缸的行程，工作速度，回程速度等等的一些具體的系統(tǒng)主參數(shù)。
2.2.1分析系統(tǒng)工況
對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，就是要查明它的每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過程中的運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載的變化規(guī)律。當(dāng)用理論分析確定系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)載時(shí)，就需要確定工作負(fù)載、慣性負(fù)載和阻力負(fù)載。
(1) 空程
上液壓缸的上滑塊在液壓力的作用下快速下行，承受了阻力負(fù)載、慣性負(fù)載。
由計(jì)算，其中=25、=12560、=0.5、=37994
求得F=62957000N
(2) 慢速加壓
液壓缸的活塞桿在液壓力的作用下快速靠近工作面，接觸后緩慢加壓。
由計(jì)算，求得F=94357000N
(3) 保壓延時(shí)
液壓缸的活塞桿在液壓力的作用接觸工作面后，增加液壓力，使之達(dá)到所需的數(shù)值，并保持一段時(shí)間，使加工零件表面的粗糙度達(dá)到要求。
(4) 快速返回
液壓缸的活塞桿在完成了工作任務(wù)后，需快速返回到指定的位置，有利于下一個(gè)工步的完成，為下一個(gè)工作零件做準(zhǔn)備。
由計(jì)算，求得F=29500300N
(5) 原位停止
液壓缸的上、下活塞桿在完成了工作任務(wù)，返回到指定位置，并停止。操作者將工作面上的以加工好的零件取出，為下一個(gè)零件準(zhǔn)備。
至此，液壓系統(tǒng)的一個(gè)工作循環(huán)就完成了，直到下一次開按鈕，第二個(gè)工作循環(huán)才開始。
2.2.2負(fù)載圖和速度圖的繪制
負(fù)載圖按上面數(shù)值繪制，如圖1所示。速度圖按已知數(shù)值v1=27、v2=12、、滑塊行程 =600mm等繪制。
如圖2-1 液壓壓力機(jī)液壓缸的負(fù)載和速度如下圖所示：
圖2-1 壓力機(jī)液壓缸的負(fù)載和速度圖所示
2.2.3確定主要參數(shù)
(1) 確定系統(tǒng)的工作壓力
系統(tǒng)工作壓力由設(shè)備類型、載荷大小、結(jié)構(gòu)要求和技術(shù)水平而定。系統(tǒng)壓力高省材料、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、是液壓的發(fā)展方向，但要注意治漏，噪聲控制和可靠性問題的妥善處理，具體選擇參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表20-2-11;
本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題給出液壓系統(tǒng)的液體最大工作壓力為25Mpa。
(2)計(jì)算液壓缸主要尺寸
公稱力F=1000KN=1×106KN,液體最大工作壓力P=25MP=25×106，求得活塞面積==0.04，所以==0.04,即D=0.2257m=225.7mm。查表取D=220mm。
根據(jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑：
= d=179.07
按標(biāo)準(zhǔn)取d=。
由以上數(shù)據(jù)求出液壓缸實(shí)際有效面積如下：
無桿腔：= =37994
有桿腔：==12560
活塞桿面積：A=-=25434
(3) 確定液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度
本課題給定了液壓缸的工作速度為：
空程速度：27
工作速度：12
回程速度：80
(4) 確定活塞桿的最大行程
本設(shè)計(jì)課題給定了活塞桿最大行程為600mm。
(5) 確定液壓缸的流量
液壓缸的流量通過工作速度和液壓缸的內(nèi)徑來確定。液壓缸的空程速度為V1 =27，工作速度為V2 =12，回程速度為V3=80.
空程：Q1=V1×D2=0.027m/s××(0.22)2=0.001026m3/s=61.56L/min；
工作：Q2 = V2×D2=0.012m/s××(0.22)2=0.000456m3/s=27.36L/min；
回程：Q3=V3×（D2-d2）=0.08m/s××(0.222-0.182）=0.001m3/s
=60L/min。
針對(duì)不同零件的具體加工要求，系統(tǒng)的流量可以通過控制元件調(diào)速閥來調(diào)節(jié) 。
2.3擬定液壓傳動(dòng)系統(tǒng)草圖
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的草圖是從液壓系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)組成上來具體體現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)所提出的各項(xiàng)要求，它包括三項(xiàng)內(nèi)容：確定液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的類型、選擇液壓回路和組成液壓系統(tǒng)。確定液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的類型就是在根據(jù)課題提供的要求下，參照100T四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，選擇適合的系統(tǒng)類型。選擇液壓回路就是在根據(jù)課題提供的要求和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)具體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，選擇適合本課題的液壓回路。組成液壓系統(tǒng)就是在確定各個(gè)液壓回路的基礎(chǔ)上，將各個(gè)液壓回路綜合在一起，根據(jù)課題的實(shí)際要求，對(duì)液壓系統(tǒng)草圖進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改進(jìn)，最終形成一個(gè)合理有效、符合課題設(shè)計(jì)要求的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖。
2.3.1確定液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的類型
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的類型究竟采用開式還是采用閉式，主要取決于它的調(diào)速方式和散熱要求。一般的設(shè)計(jì)，凡具備較大空間可以存放油箱且不另設(shè)置散熱裝置的系統(tǒng)，要求盡可能簡單的系統(tǒng)，或采用節(jié)流調(diào)速或容積---節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，都宜采用開式。在開式回路中，液壓泵從油箱吸油，把壓力油輸送給執(zhí)行元件，執(zhí)行元件排出的油則直接流回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，油液能得到較好的冷卻，但油箱的尺寸大，空氣和臟物易進(jìn)入回路；凡容許采用輔助泵進(jìn)行補(bǔ)油并通過換油來達(dá)到冷卻目的的系統(tǒng)，對(duì)工作穩(wěn)定和效率有較高要求的系統(tǒng)，或采用容積調(diào)速的系統(tǒng)都宜采用閉式。在閉式回路中，液壓泵的排油管直接與執(zhí)行元件的進(jìn)油管相連，執(zhí)行元件的回油管直接與液壓泵的吸油管相連，兩者形成封閉的環(huán)狀回路。閉式回路的特點(diǎn)是雙向液壓泵直接控制液壓缸的換向，不需要換向閥及其控制回路，液壓元件顯著減少，液壓系統(tǒng)簡單，用油不多而且動(dòng)作迅速，但閉式回路也有其缺點(diǎn)，就是回路的散熱條件較差，并且所用的雙向液壓泵比較復(fù)雜而且系統(tǒng)要增設(shè)補(bǔ)、排油裝置，成本較高，故應(yīng)用還不普遍。
本課題設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)，空間不受限制，不需另設(shè)置散熱裝置，且系統(tǒng)只需完成簡單的動(dòng)作，從而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單。另外，控制油路可用節(jié)流閥調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)，所以本課題設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)類型采用開式。
2.3.2選擇液壓回路
各種液壓回路是根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和工況圖從各自的多種成熟結(jié)構(gòu)方案中評(píng)比挑選出來的。選擇工作從對(duì)主機(jī)主要性能起決定性影響的回路開始。首先要確定基本回路，因?yàn)樗菦Q定主機(jī)動(dòng)作和性能的基礎(chǔ)，然后在此回路的基礎(chǔ)上再增設(shè)其它一些輔助回路及輔助元件，以便完整地實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求。
1）調(diào)壓回路
調(diào)壓回路的功用在于調(diào)定和限制液壓源的最高工作壓力，使它不超過某一預(yù)先調(diào)定好的數(shù)值，或使工作機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中的各個(gè)階段具有不同的工作壓力。這里選擇溢流閥單級(jí)調(diào)壓回路。溢流閥開啟壓力可通過調(diào)壓彈簧調(diào)定，如果調(diào)定溢流閥調(diào)壓彈簧的頂壓縮量，便可設(shè)定供油壓力的最高值。系統(tǒng)的實(shí)際工作壓力有負(fù)載決定，當(dāng)外負(fù)載壓力小于溢流閥調(diào)定壓力時(shí)，溢流閥處無溢流流量，此時(shí)溢流閥起安全閥作用
為保證系統(tǒng)安全工作，除了在泵的出口并聯(lián)一個(gè)溢流閥，以限定系統(tǒng)壓力；還要在其遠(yuǎn)程控制端連一個(gè)電磁換向閥，使系統(tǒng)卸荷，這樣變量泵可在空載下迅速啟動(dòng)，還可減少油液發(fā)熱。
簡圖如下：
圖2-2 壓力控制回路
2）換向回路
往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)換向回路的功用是使液壓缸和與之相連的主機(jī)運(yùn)動(dòng)部件在其行程終端處迅速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確地變換運(yùn)動(dòng)方向。簡單的換向回路只須采用標(biāo)準(zhǔn)的普通換向閥，但是在換向要求高的主機(jī)（例如，各類磨床）上換向回路中換向閥就須特殊設(shè)計(jì)。這類換向回路還可以按換向要求的不同而分成時(shí)間控制制動(dòng)式和行程控制制動(dòng)式兩種。
為了便于平臺(tái)在任意位置停止，使調(diào)整方便，故采用三位四通“O”型機(jī)能的電磁換向閥換向，同時(shí)用一個(gè)二位二通電磁閥實(shí)現(xiàn)快進(jìn)與工進(jìn)之間的轉(zhuǎn)換。
簡圖如下：
圖2-3 換向回路
3）調(diào)速回路和油路循環(huán)形式的確定
節(jié)流調(diào)速回路是通過改變流量控制閥的通流面積來控制和調(diào)節(jié)進(jìn)入或流出執(zhí)行元件的流量，從而達(dá)到調(diào)速的目的。這種調(diào)速回路具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、使用維護(hù)方便、調(diào)速范圍大等優(yōu)點(diǎn)；然而，由于它的能量損失大、效率低、發(fā)熱大，且負(fù)載特性較差，故一般多用于功率不大、負(fù)載變化不大的場合。
根據(jù)流量控制閥在回路中的位置，節(jié)流調(diào)速回路分為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速、回油節(jié)流調(diào)速、旁路節(jié)流調(diào)速和復(fù)合節(jié)流調(diào)速等幾種。
由上章工況分析可看出，本課題所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)在快進(jìn)、快退階段，所需壓力較低、流量較大，且持續(xù)時(shí)間較短；而系統(tǒng)在工作進(jìn)給階段，所需壓力較高、流量較小，持續(xù)時(shí)間較長。同時(shí)考慮到所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)功率不大，工作負(fù)載為阻力負(fù)載，且工作過程中變化不大，故選用出口節(jié)流調(diào)速回路。
本設(shè)計(jì)選用單向出口節(jié)流調(diào)速回路。用溢流閥和串聯(lián)在執(zhí)行元件出油路上的流量控制閥調(diào)節(jié)流出執(zhí)行元件的油液流量，從而控制執(zhí)行元件的速度。
由于系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必為開式循環(huán)形式。
簡圖如下頁所示：
圖2-4 調(diào)速回路
4) 保壓回路
保壓回路的功用使是系統(tǒng)在液壓缸不動(dòng)或僅有極微小的位移下穩(wěn)定的維持住壓力。最簡單的保壓回路就是使用密封性能較好的液控單向閥的回路，但閥類元件出的泄漏使這種回路的保壓時(shí)間不能維持很久。下圖是一種采用0型三位四通換向閥的保壓回路，其工作原理是利用三位四通換向閥的中位機(jī)能進(jìn)行系統(tǒng)保壓。這時(shí)液壓泵卸荷。這種回路保壓時(shí)間長，壓力穩(wěn)定性高，適用于保壓性能較高的中壓系統(tǒng)等。
圖2-5 保壓回路
5）鎖緊回路
這種回路的功用在于通過切斷執(zhí)行元件的進(jìn)油、出油通道來使它停在規(guī)定的位置上。鎖緊回路應(yīng)能滿足可靠、迅速、平穩(wěn)、持久等要求。
簡圖如下：
圖2-6 鎖緊回路
2.3.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖
一個(gè)液壓系統(tǒng)都是由許多的的回路組合而成，所以將上面的幾個(gè)回路的圖形進(jìn)行拼搭，組合在一起.。再根據(jù)本設(shè)計(jì)課題的實(shí)際要求需采用疊加閥技術(shù)，故需要將所選液壓元件轉(zhuǎn)換成疊加閥系列元件，并對(duì)圖形進(jìn)行必要的修改和整理；
(1) 將調(diào)速閥換成單向調(diào)速閥，添加一個(gè)單向閥，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的快進(jìn)的調(diào)節(jié)。
(2) 為了有效的監(jiān)控液壓機(jī)的壓力變化，在溢流閥前加一個(gè)壓力表。
經(jīng)過修改、整理后的液壓系統(tǒng)圖便如圖2-5所示，它在各方面都比較合理、完善了，能夠基本達(dá)到本課題的設(shè)計(jì)要求。
原理圖如下：
圖2-7 液壓系統(tǒng)原理圖
2.4液壓元件的選擇及計(jì)算
2.4.1液壓泵的選擇
根據(jù)系統(tǒng)要求和設(shè)計(jì)方案，選擇合適的液壓元件，對(duì)液壓系統(tǒng)有很大的決定作用，所以對(duì)液壓元件一定要有合理的選擇。
1）液壓泵
液壓泵是系統(tǒng)的能源裝置，它給系統(tǒng)提供壓力油，在液壓系統(tǒng)中起心臟作用，液壓泵的選擇是否恰當(dāng)，直接影響系統(tǒng)的工作性能。
由工況分析可清楚的看出：系統(tǒng)工作循環(huán)主要由相對(duì)于快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和相應(yīng)于工進(jìn)行程的高壓小流量兩個(gè)階段所組成，其最大流量和最小流量之比很大，其相應(yīng)的時(shí)間比有很小。這表明，系統(tǒng)在一個(gè)工作循環(huán)中的絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)處于高壓小流量工作。
從提高系統(tǒng)效率出發(fā)，選用單定量泵油源顯然是不合理的，但是由于額定壓力（25Mpa）較大，所以這里選用柱塞泵供油。它和調(diào)速閥組成的容積——節(jié)流聯(lián)合調(diào)速回路，一方面可以保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性及速度的穩(wěn)定，另一方面可實(shí)現(xiàn)流量適應(yīng)，減小系統(tǒng)功率的損失和系統(tǒng)發(fā)熱。
因此液壓泵選用徑向柱塞泵。
a、確定液壓泵的最大工作壓力:
≥
式中：P1―――液壓缸的最大工作壓力25Mpa;
―――從液壓泵出口到液壓缸的入口之間總的管路損失。可以按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，管路簡單，流速不大的取=（0.2～0.5）Mpa,管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)速閥的取=（0.5～1.5）Mpa；
由工況分析一節(jié)可清楚看到，液壓缸的最大工作壓力出現(xiàn)在工進(jìn)階段，
=25Mpa。
由于工進(jìn)階段液壓缸輸入流量很小，進(jìn)油路中元件較少，故泵至缸間的進(jìn)油路壓力損失選取=0.4Mpa，所以，≥25+0.4=25.4Mpa；
b、 確定液壓泵的流量:
液壓缸的輸出流量為：≥
式中：k――系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取k=1.1～1.3
――同時(shí)動(dòng)作的液壓缸的最大總流量，對(duì)于在工作過程用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥最小溢流量，一般取,最大流量出現(xiàn)在快進(jìn)階段，所以
Qp=1.2（60L/min+）＝75.6L/min
c、選擇液壓泵和電動(dòng)機(jī)的規(guī)格:
根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵形式，從手冊(cè)中查得相應(yīng)的液壓泵，不同類型和規(guī)格的液壓泵，其額定工作壓力也不同。選擇液壓泵的額定工作壓力時(shí)，選取的額定壓力要比最大工作壓力大25%左右，以便留出適當(dāng)?shù)膲毫?chǔ)備。電動(dòng)機(jī)的選擇要與泵相配合，以滿足泵的要求， 根據(jù)壓力和流量的不同選擇液壓泵和電動(dòng)機(jī)。設(shè)計(jì)要求該系統(tǒng)工作效率高，發(fā)熱少，能耗低，結(jié)構(gòu)簡單，因此該設(shè)計(jì)選擇JB-※型徑向柱塞泵（型號(hào)為JB-G73），根據(jù)《液壓工程手冊(cè)》查得。同時(shí)由產(chǎn)品樣本查的此泵驅(qū)動(dòng)功率為10KW，此值完全能滿足系統(tǒng)需要。選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)為JB-218-300型，其額定功率為55KW，轉(zhuǎn)速為1500r/min。
根據(jù)上面選定的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，可綜合液壓缸在各工作階段的實(shí)際進(jìn)、出流量，運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間，從而為選擇其他液壓元件及性能計(jì)算打下基礎(chǔ)。
2.4.2 GE系列閥簡介及其選擇
1) 概述
GE系列液壓閥包括壓力、流量、方向控制三大類，全系列共計(jì)70個(gè)品種，近3000種規(guī)格某些液壓閥是根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)展的特殊需要而開發(fā)的，以滿足廣大用戶的需要。目前GE系列閥已在機(jī)床、造紙、注塑、等行業(yè)廣泛應(yīng)用，主機(jī)單位反應(yīng)使用情況良好。
3) GE系列閥的選用
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過閥類元件和輔助元件的實(shí)際流量，結(jié)合本課題設(shè)計(jì)要求，選出液壓元件的具體型號(hào)和規(guī)格，如下：
(1) 三位四通電磁換向閥：3WE6-50/W110R
(2) 溢流閥： YF3-10L
(3) 電動(dòng)單向調(diào)速閥： 2FRM-16
(4) 單向順序閥： DZ25DP-10
(5) 二位二通電磁換向閥：22B(E)-H6B
(6) 壓力表開關(guān)： KF-L8/20E
其中由于GE系列液壓閥規(guī)格限制，選用二位四通電磁閥代替原系統(tǒng)圖中的二位二通電磁閥，其具體操作為：堵A口，油路循環(huán)為P-B,T口回油。
2.4.3輔助元件的選擇
1）濾油器的選擇
濾油器在選擇中必須要考慮的主要因素：過濾液的性質(zhì)及與過濾材料的相容性；通過濾油器的流量及流量的變化與波動(dòng)程度；系統(tǒng)的工作壓力以及壓力壓力是穩(wěn)態(tài)的還是時(shí)變的；系統(tǒng)的工作溫度，以及系統(tǒng)要求的過濾精度等。
選擇濾油器應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1) 安裝濾油器時(shí)要注意濾油器殼體上標(biāo)明的液流方向，正確安裝在系統(tǒng)中；
(2) 當(dāng)濾油器壓差指示器顯示紅色信號(hào)時(shí)，要及時(shí)清洗或更換濾芯；
(3) 在清洗或更換濾芯時(shí)，要防止外界污染侵入工作系統(tǒng)；
(4) 清洗金屬編織方孔網(wǎng)濾芯原件時(shí)，可用刷子在汽油等中刷洗；
(5) 濾芯元件在清洗時(shí)，應(yīng)該堵住濾芯端口，防止清洗下的污物進(jìn)入濾芯內(nèi)腔造成內(nèi)污染；
過濾器的工作能力，取決于濾芯的過濾面積，濾芯本身的性能、油的粘度與溫度、過濾前后的壓力差以及油中固體顆粒的含量。過濾出入口的壓差越大，阻力越小時(shí)，過濾的出油能力越大。
根據(jù)上述要求和本課題的要求，選擇濾油器型號(hào): XU-50×200
2）空氣濾清器的選擇
一般應(yīng)在油箱蓋上設(shè)置空氣過濾器，它包括空氣過濾器和注油過濾網(wǎng)。選擇：。技術(shù)參數(shù)：空氣阻力＜0.02Mpa，加油網(wǎng)孔0.5mm。
3）選擇壓力表
選擇： Y-150T
4）選擇液位儀
一般在油箱側(cè)壁上設(shè)置液位計(jì)，以指示液面位置。液位計(jì)應(yīng)設(shè)置在加油時(shí)容易看到的地方。選擇： YWZ-125T
2.4.4管件的選擇及計(jì)算
1) 確定油管的內(nèi)徑
液壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分出現(xiàn)在管系中的接頭上，為此對(duì)接頭形式的確定，管系的設(shè)計(jì)及管道的安裝應(yīng)具體考慮。
油管的管徑不宜選得過大，但也不能選得過小。過大，容易使液壓裝置的結(jié)構(gòu)龐大；過小，容易使管內(nèi)液體流速加大，系統(tǒng)壓力損失加大或產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，影響正常工作。薄璧易于彎曲，規(guī)格較多，裝接較易，采用它可減少管系接頭數(shù)目，有利于解決系統(tǒng)的泄漏問題。因此在強(qiáng)度保證的情況下，管壁可盡量選的薄些。
管道的內(nèi)徑
d=
式中：Q---通過管道的流量：
V---管內(nèi)允許流速：
允許流速的推薦值如下表 表1
液體流經(jīng)的管道
推薦速度
液壓泵吸油管道
0.6---1.5，一般常取1
液壓系統(tǒng)壓油管道
2.5---5，壓力高，管道短，粘性小，取最大值
液壓系統(tǒng)吸油管道
1.5---2
因此管道直徑計(jì)算如下：
液壓泵吸油管道：
==0.036m 取=40mm
液壓系統(tǒng)壓油管道：
==0.016m 取=20mm
液壓系統(tǒng)回油管道：
==0.029m 取=30mm
2) 管路、管接頭的選擇
管接頭是油管與油管，油管與液壓元件之間的可拆式連接件，它必須具有裝拆方便，連接牢固，密封可靠，外形尺寸小，通流能力大，壓降小，工藝性好等各項(xiàng)要求。
管路旋入端用的連接螺紋采用國家標(biāo)準(zhǔn)米制錐螺紋（ZM）和普通細(xì)牙螺紋（M）。細(xì)牙螺紋的密封性好，常用于高壓系統(tǒng)，但需采用組合墊圈或O型密封圈進(jìn)行端面密封。
液壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分出現(xiàn)在管系中的接頭上，為此對(duì)接頭形式的確定，管系的設(shè)計(jì)及管道的安裝應(yīng)具體考慮。
這里選用卡套式端直通管接頭（GB3733.1-83）,這種管接頭具有結(jié)構(gòu)簡單，性能良好、重量輕、體積小、使用方便、不用焊接等一系列優(yōu)點(diǎn)，是液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)中較為理想的管路連接體。
2.5液壓油缸的設(shè)計(jì)
液壓油缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換裝置。由于液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在鍛壓設(shè)備中應(yīng)用廣泛。
2.5.1選擇液壓缸的類型
隨著液壓技術(shù)的飛速發(fā)展和普遍應(yīng)用，液壓缸的類型也逐漸繁多。機(jī)床上用的液壓缸大致可分為三類：活塞式液壓缸，柱塞式液壓缸，擺動(dòng)式液壓缸。本設(shè)計(jì)課題為100T四柱液壓機(jī)，屬于高壓缸。本液壓缸需要來回直線運(yùn)動(dòng)，故不選用擺動(dòng)式液壓缸；而柱塞缸只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)要靠外力，通常成對(duì)反向布置使用，這種液壓缸中的柱塞和缸筒不接觸，運(yùn)動(dòng)時(shí)由缸蓋上的導(dǎo)向套來導(dǎo)向，不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且動(dòng)作不夠靈敏，不能滿足本課題的要求；綜上所述，液壓缸選用單作用活塞缸。單作用活塞缸的活塞、活塞桿和導(dǎo)向套上都裝有密封圈，因而液壓缸被分隔為兩個(gè)互不相通的油管，當(dāng)活塞腔通入高壓油而活塞桿腔回油時(shí)，可實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)程，當(dāng)從反方向進(jìn)油和回油是，可實(shí)現(xiàn)回程。
2.5.2液壓缸主要參數(shù)的確定
由以上計(jì)算可知該液壓缸的最大驅(qū)動(dòng)力約為1000KN，液體最大工作壓力為25Mpa，油缸行程最小行程應(yīng)滿足600mm，油缸工作速度為12和空程速度為27、回程速度為80。
在確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)時(shí)已得出：
液壓缸內(nèi)徑 D=220mm
活塞桿直徑 d=180mm
已取標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑。
2.5.3液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
液壓缸基本上可以分為活塞和活塞桿，缸筒和缸蓋，密封裝置和緩沖裝置。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)要求結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理，并能實(shí)現(xiàn)工作要求的液壓缸。
1）缸筒的設(shè)計(jì)
（1）缸筒的結(jié)構(gòu)和材料
一般情況下，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和使用材料有關(guān)。在此液壓缸筒用45號(hào)鋼。可保證結(jié)構(gòu)通用性好，缸體加工容易，裝卸方便，能充分滿足設(shè)計(jì)要求。
（2）對(duì)缸筒的要求
a.內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向套的摩擦力作用下，能長期工作而磨損少，
尺寸公差等級(jí)和形位公差等級(jí)足以活塞密封件的密封性。
b.有足夠的強(qiáng)度，能長期承受最高工作壓力，而不至產(chǎn)生永久變形以及
能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不至產(chǎn)生彎曲。
（3）缸筒的強(qiáng)度校驗(yàn)
在前一節(jié)中我們已經(jīng)確定了缸筒的內(nèi)徑，為180mm，擬選缸筒厚度為10mm,則外徑為200mm，現(xiàn)在校驗(yàn)它的強(qiáng)度。
額定壓力必須要小于一個(gè)值，這樣缸筒才是符合強(qiáng)度要求的，即：
≤0.35×
式中：---液壓缸額定壓力
---液壓缸外徑
---液壓缸內(nèi)徑
---材料的極限應(yīng)力
所以：
≤0.35××400
≤26.6
本設(shè)計(jì)課題給定的為25.4，所以缸筒工作安全。
（4）液壓缸固定螺栓直徑校核
≥
式中： Z---固定螺栓數(shù)，取Z=8(均布) ；
F---液壓缸負(fù)載；
k---螺紋擰緊系數(shù)k=（1.12-1.5），這里取1.3；
[]--- /(1.2—2.5), 為材料的屈服極限
因?yàn)椋篫取得較小的值時(shí)，螺栓的直徑將會(huì)變大，從而加大安裝空間，可能會(huì)發(fā)生安裝是干涉的情況；如果Z值取得太大，則勢必加大調(diào)整時(shí)的難度，經(jīng)過綜合考慮，這里取Z=8。
所以：
≥=23.1mm
選取標(biāo)準(zhǔn)值為24mm。根據(jù)實(shí)際情況，選取普通圓柱螺栓。由《機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)》查的該螺栓的規(guī)格為24。
（5）缸筒制造加工要求
a.缸筒端面的垂直度公差值可按照7級(jí)精度選取。
b.缸筒內(nèi)徑的圓度公差值可按9、10、11級(jí)精度選取，圓柱度公差值應(yīng)該按照8級(jí)精度選取。
c.熱處理調(diào)質(zhì)，硬度為HB241—285.缸體內(nèi)表面鍍鉻，厚度為30-40微米,鍍后研磨或者拋光。
缸筒的零件圖如下圖所示：
圖2-9 缸筒
2）活塞的設(shè)計(jì)
由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能有間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動(dòng)配合表面；間隙過大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能。
（1）活塞材料
查書《液壓工程手冊(cè)》，可知：
無導(dǎo)向環(huán)活塞：用高強(qiáng)度鑄鐵HT200～300或球墨鑄鐵。
有導(dǎo)向環(huán)活塞：用優(yōu)質(zhì)碳素鋼20號(hào)、35號(hào)及45號(hào)。
本設(shè)計(jì)采用有導(dǎo)向環(huán)的活塞，因此選用35號(hào)鋼。
（2）活塞結(jié)構(gòu)型式
根據(jù)密封裝置型式來選用活塞結(jié)構(gòu)型式。通常分為整體活塞和組合活塞兩類。整體活塞在活塞四周上開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，但給活塞的加工帶來困難，密封圈安裝時(shí)也容易拉傷和扭曲。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封型式?jīng)Q定。組合式活塞大多可以多次拆裝，密封件使用壽命長。
依據(jù)以上知識(shí),本設(shè)計(jì)采用整體式活塞。
（3）活塞的尺寸確定
活塞的外徑應(yīng)略小于缸筒的內(nèi)徑，活塞與缸筒之間是用密封圈來連接的。其內(nèi)孔的大小是根據(jù)與之相配合的活塞桿的直徑來確定的。根據(jù)密封圈的大小來確定槽的深度和寬度。
（4）活塞的密封
密封形式與活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，可根據(jù)液壓缸的不同作用和不同工作壓力來選擇,一般有密封圈密封、活塞環(huán)密封、間隙密封。這里采用O形加擋圈密封。密封圈的選定根據(jù)《液壓工程手冊(cè)》GB3452.3-88選定尺寸和類型。
（5）活塞的技術(shù)要求
a.外徑的圓柱度公差值，按9、10或者11級(jí)精度選取。
b.端面對(duì)內(nèi)孔軸線的垂直度公差值，應(yīng)該按照7級(jí)精度選取。
c.活塞外徑對(duì)內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)公差值，按7、8級(jí)精度選取。
圖2-10 活塞
3）活塞桿的設(shè)計(jì)
(1) 活塞桿的結(jié)構(gòu)與材料
活塞桿的材料為45號(hào)鋼，采用實(shí)心結(jié)構(gòu)。其兩個(gè)端部均采用螺紋連接，當(dāng)活塞桿的端部為螺紋連接時(shí)，其尺寸可依據(jù)GB2350-80液壓缸、氣缸活塞桿螺紋尺寸系列查表求得。
(2) 活塞桿尺寸的確定
活塞桿的總長要根據(jù)油缸的行程來確定，本課題的工作臺(tái)行程為600㎜，再綜合其它方面的要求，我選取活塞桿的總長為800mm。
(3) 活塞桿的技術(shù)要求
a 安裝活塞的軸肩端面與活塞桿的軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm。
b 活塞桿的外圓粗糙度Ra值一般為0.1～0.3。
c 活塞桿在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，一般采用H8/h7或H8/f7配合。
d 圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半。
e 安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于0.01mm。
f 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229-285HB，必要時(shí)，再經(jīng)高頻淬火，硬度達(dá)到HRC45-55。
g 為了提高耐磨性和防銹性，活塞桿表面需鍍鉻處理，并進(jìn)行拋光或磨削加工。
h 活塞桿內(nèi)端的卡環(huán)槽、螺紋和緩沖柱塞也要保證與軸線的同心，特別是緩沖柱塞，最好與活塞桿做成一體。
(4) 活塞與活塞桿的連接
活塞與活塞桿連接有多種型式，所有型式均需有鎖緊措施，以防止工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而松開,它分為卡環(huán)型，軸套型，螺母型等幾種型式。同時(shí)在活塞與活塞桿之間設(shè)置靜密封。
本設(shè)計(jì)采用螺母型連接；其圖如下：
圖2-11 活塞桿圖
4) 導(dǎo)向環(huán)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向環(huán)安裝在活塞外圓的溝槽內(nèi)或活塞桿導(dǎo)向套內(nèi)圓的溝槽內(nèi)，以保持活塞與缸筒或活塞桿與其導(dǎo)向套同軸度，并用以承受活塞或活塞桿的側(cè)向力。
(1) 導(dǎo)向環(huán)的型式
有嵌入型和浮動(dòng)型。
嵌入型導(dǎo)向環(huán)：在活塞外圓加工出燕尾型截面溝槽，用QAL9-4或紫銅制的銅帶，表面加工成略帶拱形，用木槌鉚入溝槽內(nèi)，最后加工導(dǎo)向環(huán)外圓。導(dǎo)向環(huán)圓周切出一個(gè)45度斜口。
浮動(dòng)型導(dǎo)向環(huán)：用高強(qiáng)度塑料等制的帶，裝在活塞外圓的矩形截面溝槽內(nèi)，側(cè)向保持有間隙，導(dǎo)向環(huán)可在溝槽內(nèi)移動(dòng)，并有一個(gè)45度斜開口。也可在溝槽底用粘合劑固定導(dǎo)向環(huán)。
本設(shè)計(jì)采用浮動(dòng)型導(dǎo)向環(huán)。
(2) 導(dǎo)向環(huán)的尺寸
采用不同的材料，導(dǎo)向環(huán)的尺寸也不同。
聚四氟乙烯（也有摻青銅粉）導(dǎo)向環(huán)：根據(jù)活塞外圓直徑或?qū)蛱變?nèi)圓直徑，導(dǎo)向環(huán)厚度可為1.5～2.5mm,寬度可為5.6～25mm。
纖維增強(qiáng)酚醛樹脂摻石墨導(dǎo)向環(huán)，厚度可為3～5mm，寬度可為2.5～25mm。
基于此，本設(shè)計(jì)采用聚四氟乙烯導(dǎo)向環(huán)，其厚度為2.5mm，寬度為10mm。
5）導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向套是用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證密封效果，導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)形式是采用了軸套式。
（1）導(dǎo)向套的材料
導(dǎo)向套要求磨損系數(shù)小,因此，采用了青銅。
（2）導(dǎo)向套長度的確定
導(dǎo)向套長度過短，將使缸因配合間隙引起的初始撓度增大。影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)必須保證缸有一定的最小導(dǎo)向長度，一般缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足：
H≥
式中：S---為液壓缸的最大行程，S=600mm;
D---為液壓缸筒內(nèi)徑,D=180mm;
H---為導(dǎo)向套最小導(dǎo)向長度；
所以：
H≥
H≥30+90=120mm
本設(shè)計(jì)中導(dǎo)向套采用兩個(gè)導(dǎo)向段，每段寬度為d/3，兩段中線間距離2d/3。
最終根據(jù)設(shè)計(jì)要求的需要，選擇導(dǎo)向套的長度為150mm。
(3) 導(dǎo)向套的密封
導(dǎo)向套與活塞桿之間的密封采用O形密封圈。
并且采用防塵圈以防止活塞在后退時(shí)把雜質(zhì)、灰塵及水份帶到密封裝置處。
(4) 導(dǎo)向套的加工技術(shù)要求
a、導(dǎo)向套外圓與端蓋的配合為H8/f7。
b、內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合為H8/h7。
c、外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.03mm，圓度和圓柱度公差不大于直徑之半。
d、內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的潤滑。
導(dǎo)向套的零件圖如下圖所示：
圖2-12 導(dǎo)向套
5）缸蓋的設(shè)計(jì)
(1) 缸蓋的材料和結(jié)構(gòu)
缸蓋分為左缸蓋和右缸蓋，其中一個(gè)油口位于左缸蓋之上。缸蓋的材料選擇45號(hào)鋼。
(2) 缸蓋的尺寸的確定
缸蓋與缸筒內(nèi)壁的接觸面為其定位基準(zhǔn)。為了保證缸蓋與缸筒兩者軸線的同軸度，其裝配面要經(jīng)過磨削加工。缸蓋的尺寸是由導(dǎo)向套、缸筒、活塞桿及固定裝置的尺寸來確定。其法蘭的尺寸由安裝條件確定。
(3) 缸蓋的技術(shù)要求
a、導(dǎo)向孔的表面粗糙度應(yīng)不超過Ra=1.6μm。
b、與缸筒內(nèi)徑配合的直徑采用h8，與活塞桿上的緩沖柱塞的配合的直徑采用H9。這三個(gè)尺寸的圓度和圓柱度誤差不大于各自直徑公差的一半，三個(gè)直徑的同軸度誤差不大于0.03mm。
c、與缸筒接觸的端面和與活塞接觸的端面對(duì)軸線的垂直度誤差在直徑100mm上不大于0.04mm。
缸蓋的具體圖形如下：
圖2-13 左端蓋
圖2-14 右端蓋
6）緩沖裝置的設(shè)計(jì)
緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向終端時(shí)在活塞和缸蓋之間封住一部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或油縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和端蓋相撞擊的目的。在液壓缸中常見的裝置是節(jié)流口可調(diào)式，節(jié)流口變化式兩種。本設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的液壓缸緩沖裝置是節(jié)流閥調(diào)節(jié)。
液壓缸的活塞桿具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)具有很大的動(dòng)量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的終端和缸底部分時(shí)，會(huì)引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊力和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械碰撞，但沖擊力仍在，這就必然會(huì)嚴(yán)重影響液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常的工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。即：當(dāng)活塞將行至終端時(shí)，被封在活塞和缸蓋之間的油液經(jīng)過節(jié)流閥流出。節(jié)流口可根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，回程時(shí)壓力油通過單向閥先向活塞加快啟動(dòng)速度，這種緩沖起始緩沖效果大，但隨著活塞行進(jìn)，緩沖效果逐漸減弱，所以制動(dòng)行程長。
液壓缸的裝配圖如下：
圖2-15 油缸裝配圖
2.6油箱的設(shè)計(jì)
2.6.1油箱的容量設(shè)計(jì)
油箱的作用主要是儲(chǔ)備油，此外，因?yàn)橛拖溆幸欢ǖ谋砻娣e，能夠散發(fā)油液工作時(shí)產(chǎn)生的熱量；同時(shí)還具有沉淀油液中的污物，使?jié)B入油液中的空氣逸出，分離水分的作用；有時(shí)它還兼作液壓元件和閥塊的安裝臺(tái)等功能。本課題設(shè)計(jì)的油箱為分離式油箱，單獨(dú)設(shè)計(jì)，與主機(jī)分開，減少油箱的發(fā)熱和液壓系統(tǒng)振動(dòng)對(duì)主機(jī)工作精度的影響。
油箱的有效容積及尺寸的確定
油箱有效容量一般為泵每分鐘流量的3～7倍。對(duì)于行走機(jī)械，冷卻效果比較好的設(shè)備，油箱的容量可選擇小些；對(duì)于固定設(shè)備，空間、面積不受限制的設(shè)備，則應(yīng)采用較大的容量。油箱中油液溫度一般推薦30～50℃。液壓油箱有效容積V的確定，其主要依據(jù)就是保證泵有足夠的流量。又因?yàn)樵O(shè)備停止后，設(shè)備中的那部分油液會(huì)因?yàn)橹亓ψ饔枚骰赜拖洌瑸榉乐挂簤河鸵簭挠拖渲幸绯?，油箱中的液壓油位不能太高，一般不?yīng)超過液壓油箱高度的80%。
計(jì)算公式：
V=αQV
式中：V--油箱的有效容積（m3）
α-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表2
Qp-液壓泵的流量（m3/min）
表2 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α
系數(shù)類型
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓機(jī)械
冶金機(jī)械
α
1～2
2～4
5～7
6～12
10
已由以上數(shù)據(jù)可知： Qp =75L/min
取 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α＝10
所以： V=αQp
?。?0×75L/min
?。?50L
因此圓整后油箱的有效容積選取V＝800L，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本液壓傳動(dòng)》中查得油箱的外形尺寸長、寬、高分別為1300mm、1000mm、970mm。分離式油箱一般用2.5～4mm鋼板焊成。箱壁愈薄，散熱愈快，大尺寸油箱要增加焊角板、筋條，以增加剛性。油箱頂蓋要稍微加厚些。因此在這里油箱壁厚選取6mm, 箱底厚度應(yīng)大于箱壁的厚度，選取 10mm ， 箱蓋厚度為10mm。
2.6.2油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
油箱的結(jié)構(gòu)應(yīng)能使油箱實(shí)現(xiàn)存油、散熱和分離污物及防止污染的作用。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：
1) 開式油箱液面應(yīng)和大氣連通。為防止空氣中的污物進(jìn)入油箱，油箱上部的通氣孔上必須配置空氣過濾器。一般通氣孔兼作注油孔用。
2) 在液壓泵的吸油管路上，必須安裝網(wǎng)式過濾器，以清除較大的顆粒雜質(zhì)，保護(hù)液壓泵。過濾器的安裝方式應(yīng)能便于取出過濾器。
3) 液壓泵的吸入油管和回油管的距離應(yīng)盡可能遠(yuǎn)些，管口都應(yīng)插入最低液面以下，以免發(fā)生吸空和回油沖濺產(chǎn)生氣泡，管口制成45o斜角，以增大吸油及回油截面，使油液流動(dòng)速度變化不致過大，斜口應(yīng)面向箱壁。兩管件之間要用隔板隔開，并使油液循環(huán)，將油液中的氣泡和雜質(zhì)分離和沉淀。為了充分發(fā)揮隔板的作用，要設(shè)計(jì)兩塊隔板，上面一塊隔板隔氣泡，下面一塊隔板隔雜質(zhì)。管端與箱底、箱壁間距離均不宜小于管徑的3倍；粗濾油器距箱底不應(yīng)小于20mm。
4) 為了防止油液污染，油箱上各蓋板、管口處都要妥善密封。選擇合理的密封方式進(jìn)行有效密封。為了易于散熱和便于對(duì)油箱進(jìn)行搬移及維護(hù)保養(yǎng)，按GB3766-83規(guī)定，箱底離地至少在150mm以上。箱底應(yīng)適當(dāng)傾斜，在最低部位處設(shè)置堵塞或放油塞，以便排放污油。在油箱蓋上焊接四個(gè)吊鉤，油箱上焊兩個(gè)提手，以便于油箱的搬移。為了防止油箱內(nèi)部生銹，應(yīng)在油箱內(nèi)壁涂上耐油防銹的涂料。
油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后應(yīng)布置好箱蓋上電機(jī)、泵、疊加閥的位置，疊加閥應(yīng)放在一端， 這樣不僅有利于回油，而且有利于給液壓缸供油，電機(jī)和泵的位置的確定要考慮為其他輔助元件留下合理的空間。其次，布置其他輔助元件的位置，為保證箱蓋的強(qiáng)度，要加厚箱蓋的尺寸，確定采用10mm厚的箱蓋鋼板。
2.7液壓傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)
2.7.1液壓傳動(dòng)裝置的形式
液壓傳動(dòng)裝置一般的布置方式有兩種，即分散式和集中式，其各有優(yōu)缺點(diǎn)。
1) 集中式
將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓控制元件、電動(dòng)機(jī)及油泵獨(dú)立于機(jī)床之外，單獨(dú)設(shè)立一個(gè)液壓傳動(dòng)裝置。
優(yōu)點(diǎn)：液壓系統(tǒng)安裝維修方便，液壓傳動(dòng)裝置的發(fā)熱振動(dòng)都與機(jī)床隔開。
缺點(diǎn)：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)增加了占地面積。
2) 分散式
將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓控制元件、電動(dòng)機(jī)及油泵分散在機(jī)床各處。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，泄漏的油液容易回收，節(jié)省占地面積。
缺點(diǎn)：液壓傳動(dòng)裝置的振動(dòng)，液壓油的發(fā)熱都對(duì)機(jī)床的工作精度產(chǎn)生不良影響；安裝維護(hù)不方便。
綜合上述分析，針對(duì)本課題的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，選用集中式較好。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)對(duì)選用的各液壓元件有較高的要求，且零件的使用壽命有限，從而需持續(xù)的維修、更換；又考慮到機(jī)床床身的體積較大，裝配時(shí)不易拆卸，所以將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置與安裝，使其振動(dòng)與機(jī)床振動(dòng)隔開，從而不會(huì)形成共振，影響系統(tǒng)的性能。
2.7.2液壓元件的配置方式
目前機(jī)床液壓系統(tǒng)中液壓元件的配置方式主要有三種：控制板式、液壓站式和集成化式。
1) 控制板式
控制板式又稱操縱箱式。這種配置方式的特點(diǎn)是將液壓元件集中地配置于一個(gè)或幾個(gè)箱體上，并在箱體上鉆很多孔，作為連接管路。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、管路少、占地面積?。蝗秉c(diǎn)是箱體上鉆孔很多，容易出廢品，而且系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，不易排除，元件損壞后更換也不夠方便。為了避免這些缺點(diǎn)，可以采用由標(biāo)準(zhǔn)元件組成的控制板。
2) 液壓站式
標(biāo)準(zhǔn)化的液壓元件及其底板用螺釘固定在垂直的立板上，底板之間用管路連接。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是靈活性大，可以根據(jù)工作需要組成最合理的系統(tǒng)，裝配、維修也比較方便。同時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)化元件對(duì)提高元件的生產(chǎn)率、降低元件的成本、保證元件的質(zhì)量都有很大的意義。所以這種方式目前在國內(nèi)外應(yīng)用較廣。這種方式的缺點(diǎn)是需要單獨(dú)的油箱，占地面積大，同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)較復(fù)雜、管路較多時(shí)，油管的連接不夠方便。
3) 集成化式
集成化式的特點(diǎn)是采用標(biāo)準(zhǔn)化的或通用化的液壓元件，通過一定的連接形式將這些元件組合在一起，以實(shí)現(xiàn)一定的控制、調(diào)節(jié)作用。
集成化主要有以下幾種型式：
集成塊式——這種型式的特點(diǎn)是采用通用化的集成塊，在集成塊上實(shí)現(xiàn)壓力回路、回油路、控制油路和泄油路的連接。這種型式一般用于由基本回路所組成的液壓系統(tǒng)。
疊加式——這種型式的特點(diǎn)是采用標(biāo)準(zhǔn)化的液壓元件或零件，通過螺釘將閥體連接起來，組成一個(gè)比較完整的回路或系統(tǒng)。
集成化式主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用標(biāo)準(zhǔn)化的元件，便于制造，性能可靠；
（2） 通過在閥體內(nèi)鉆的孔來實(shí)現(xiàn)油路的連接，節(jié)省了大量的油管和管接頭，并為裝配和拆卸提供了很大的方便；
（3） 結(jié)構(gòu)緊湊，體積??；
（4） 管路短，壓力損失??；
（5） 可以根據(jù)工作需要配置于最方便的位置；
（6） 避免了外界干擾（如振動(dòng)）對(duì)液壓系統(tǒng)工作的影響。
由于上述優(yōu)點(diǎn)，集成化式在液壓傳動(dòng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)外已經(jīng)設(shè)計(jì)了通用化部件，并形成了系列。因此本次設(shè)計(jì)采用集成化中的集成塊式。
2.7.3對(duì)液壓傳動(dòng)裝置的一般要求
(1) 在液壓傳動(dòng)裝置中各種閥的配置應(yīng)便于裝配、調(diào)整和使用時(shí)的觀察。如電磁換向閥與其他閥之間的距離不應(yīng)過小，以便于電磁鐵的安裝和手動(dòng)操縱；壓力表和壓力表開關(guān)應(yīng)安裝在立板的上部，以便于觀察和調(diào)整等。對(duì)于需要用扳手調(diào)整的閥，應(yīng)留有足夠的空間。
(2) 液壓傳動(dòng)裝置應(yīng)是一個(gè)獨(dú)立的部件，在傳動(dòng)裝置上應(yīng)設(shè)置與外界相連的油口等，這樣既便于傳動(dòng)裝置的測試，又便于傳動(dòng)裝置與所控制的部件的連接。
(3) 應(yīng)防止塵土、鐵屑及其他臟物進(jìn)入油箱。油箱上應(yīng)設(shè)置空氣濾清器。
(4) 為了便于油泵的裝配、拆卸以及油泵的進(jìn)油口濾油器的清洗，油箱的側(cè)壁或上端蓋應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)較大的窗口，平時(shí)用蓋子密封。
(5) 管子的彎曲應(yīng)橫平、豎直，彎曲處的交角不小于90O?？紤]到外觀的整齊、美觀，油管、電線等應(yīng)安裝于立板的背面。
2.8液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算
一般的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，都需對(duì)液壓系統(tǒng)的性能進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算的項(xiàng)目很多，常見的有回路損失驗(yàn)算和發(fā)熱溫升驗(yàn)算。
2.8.1 回路壓力損失的驗(yàn)算
壓力損失包括管道內(nèi)的沿程壓力損失和局部壓力損失以及閥類元件處的局部損失三項(xiàng)。液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失有兩種：一種是液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，稱為沿程壓力損失；另一種是由于管道的截面突然變化，液流方向改變或其他形式的液流阻力（如控制閥閥口）而引起的壓力損失，成為局部壓力損失。閥類元件處的局部損失只是系統(tǒng)壓力損失一小部分?？傊?，這些損失對(duì)于整個(gè)液壓系統(tǒng)而言，其總量是很小的，所以不需要進(jìn)行仔細(xì)的驗(yàn)算，它對(duì)系統(tǒng)的正常工作不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。
2.8.2 發(fā)熱溫升驗(yàn)算
發(fā)熱溫升驗(yàn)算是用熱平衡原理對(duì)油液的溫升值進(jìn)行估計(jì)。單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的熱量(以KW計(jì))是液壓泵輸入功率和液壓執(zhí)行元件有效功率之差。 熱量大都通過油箱來散發(fā)出去，不考慮系統(tǒng)其他部分的散熱效能，則油液溫升的估算公式可以根據(jù)不同的條件從有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)中找出來。根據(jù)手冊(cè)的要求，油箱的三個(gè)邊的尺寸比例在1：1：1到1：2：3之間，油面高度是油箱高度的80%、且油箱的通風(fēng)情況良好，油液溫升（以℃計(jì)）的計(jì)算式可以用單位時(shí)間內(nèi)輸入的熱量和油箱的有效容積（以L計(jì)）近似的表示成
=
液壓執(zhí)行元件的有效功率：=
==
=0.036KW
由于整個(gè)系統(tǒng)的工作是間斷的。雖然在工作階段，伴隨著壓力的變化，油液的溫度會(huì)上升，由于系統(tǒng)工作的間斷性，給油液的提供了必要的降溫時(shí)間，且其工作時(shí)間較短，所以溫升也不會(huì)很大，所以本課題設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)不需要做溫升驗(yàn)算。
2.9液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的安裝、配管
2.9.1 系統(tǒng)安裝前注意事項(xiàng)
1）便于馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)執(zhí)行工作。
2）安裝場所宜在灰塵少，通風(fēng)條件好，受其他機(jī)器工作影響小的地方。
3）對(duì)系統(tǒng)外部的各個(gè)零部件、油箱、油管和過濾器等安置于最佳散熱位置。
4）過濾器、蓄能器等需經(jīng)常維護(hù)、檢修的元件，需安裝在易于維修的位置。
2.9.2 系統(tǒng)安裝時(shí)注意事項(xiàng)
1）清潔度
(1) 軟管、油管、接頭在安裝前總不太干凈，因而在安裝之前要清洗。
(2) 盡量避免油變質(zhì)，也就是說，過濾器必須清潔，尤其是活塞桿，軸和軸的密封。
2) 配管
(1) 配管時(shí)需注意管道的熱脹冷縮、管接頭處的漏油與空氣吸入。管道支架的間隔一般為2m。
(2) 橡膠軟管要保持合理的彎曲半徑，不容許與其它機(jī)械及管道接觸，否則會(huì)在短時(shí)間內(nèi)損壞。
(3) 管子或軟管損壞的要立即更換，硬管選用無縫鋼管。
(4) 鋼管與金屬管接頭在安裝前必須絕對(duì)清潔、不得有污垢、銹皮、焊渣和切屑等?？梢杂娩摻z刷、洗管器清理或酸洗。酸洗前的管子要進(jìn)行脫脂處理，酸洗之后要徹底漂洗。
(5) 如果導(dǎo)管要存放一段時(shí)間，應(yīng)該堵住管口以防止異物進(jìn)入。但不得用破布或其他東西堵住管口。
3) 加油
(1) 油桶要臥式存放，并盡可能在室內(nèi)或棚內(nèi)存放。
(2) 只準(zhǔn)用清潔的容器、軟管等從油桶向油箱輸送油液。
4) 沖洗
(1) 沖洗之前應(yīng)取下精密的系統(tǒng)元件，而在其位置上安裝短接件或空心件。
(2) 沖洗流量應(yīng)為系統(tǒng)預(yù)期流量的2～2.5倍。
(3) 不能用系統(tǒng)泵作為沖洗泵，同時(shí)沖洗油箱以避免污染物滯留在系統(tǒng)油箱中。
(4) 用盡可能大的流速進(jìn)行沖洗，以便清除管接頭處的污染物，沖洗壓力一般為1～3Mpa。清洗結(jié)束后要清除管道和油箱壁上附著的清洗液。
(5) 在系統(tǒng)進(jìn)行清洗時(shí)，在排油回路中設(shè)置過濾器，以檢測清洗的效果，直至基本上不再有污染物排出時(shí)，清洗結(jié)束。
(6) 清洗油應(yīng)采用與工作液體相同性質(zhì)的油液，加入加強(qiáng)溶解力及防腐蝕等的添加劑。
2.10從各方面對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查
設(shè)計(jì)的檢查是必須做的，它不一定要在整個(gè)液壓傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)完成之后進(jìn)行，許多工作可以在液壓系統(tǒng)原理圖完成之后進(jìn)行，檢查一定要認(rèn)真仔細(xì)。
設(shè)計(jì)檢查的內(nèi)容一般為：
1) 所要求的速度、工作壓力是否滿足要求，功率是否合適；
2) 工作循環(huán)是否正確，元件的規(guī)格選得是否合適，系統(tǒng)能否再簡化；
3) 系統(tǒng)是否有過載保護(hù)；
4) 功率利用率是否正常，整個(gè)系統(tǒng)的溫升是否過高；
5) 元件的配置是否便于調(diào)整、維修；
6) 多回路系統(tǒng)的動(dòng)作是否會(huì)相互干擾；
7) 元件的供應(yīng)情況和經(jīng)濟(jì)性。
2.11 100T四柱液壓機(jī)液壓元件的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
2.11.1柱塞泵的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
圖2-20 試驗(yàn)系統(tǒng)圖
1）泵的流量、效率及外泄漏檢查
先進(jìn)行預(yù)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。起動(dòng)油泵電機(jī)，調(diào)松油泵上的流量調(diào)節(jié)螺釘，使流量最大；調(diào)松壓力調(diào)節(jié)螺釘，使油泵輸出壓力為2—3公斤力/厘米2，反復(fù)起動(dòng)、停止電機(jī)10次以上，油泵應(yīng)供油正常。將壓力調(diào)節(jié)螺釘調(diào)緊；調(diào)節(jié)節(jié)流閥使油泵壓力逐漸上升的最大，再降至零，反復(fù)10次，流量隨壓力變化應(yīng)正常。在壓力p2（圖20）下進(jìn)行10分鐘以上的運(yùn)轉(zhuǎn)，泵不得有振動(dòng)、噪音、泄漏及吸入空氣等現(xiàn)象。
圖2-21
2）耐壓強(qiáng)度檢查
將泵壓力升高的額定壓力的1.5倍，運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘。泵的工作應(yīng)正常，各油塞、接合面、密封處等不得有滲油、泄漏等異常現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)束后，拆檢油泵各零件，不得有破壞與永久變形。
3） 壓力脈動(dòng)與噪音檢查
試驗(yàn)中不得突然出現(xiàn)“掉壓”現(xiàn)象，不得出現(xiàn)異常的振動(dòng)和噪音。調(diào)節(jié)節(jié)流閥，將泵的壓力升高。在額定壓力范圍內(nèi)，壓力脈動(dòng)值不得大于±3公斤力/厘米２。
4) 油泵壽命試驗(yàn)
用溢流閥2將泵壓力調(diào)至額定壓力，長期運(yùn)轉(zhuǎn)。每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次容積效率的測定，一直到不能保持油泵的技術(shù)性能指標(biāo)為止。油泵的使用壽命不得低于3000小時(shí)。
2.11.2 油缸的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
圖2-22 試驗(yàn)系統(tǒng)圖
1）活塞的漏油檢驗(yàn)
將溢流閥的壓力調(diào)至額定壓力。向無活塞桿腔輸入壓力油。將另一腔的油管或油塞打開，然后測量經(jīng)活塞泄漏至有活塞桿腔的油量。檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)使活塞停在如下兩個(gè)位置上進(jìn)行：第一個(gè)位置是活塞處于油缸的中部；第二個(gè)位置是活塞處于距有活塞桿腔端蓋60毫米處。每次測量均應(yīng)在活塞移動(dòng)至預(yù)定位置或的第二分鐘開始進(jìn)行。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得，其泄漏量不得超過7。
2）耐壓強(qiáng)度檢查
向油缸無活塞桿腔輸入壓力油。活塞移動(dòng)到端點(diǎn)后，調(diào)節(jié)溢流閥使壓力升至最大，保持10分鐘。油缸各零件應(yīng)正常，各連接面密封應(yīng)良好，無漏油現(xiàn)象。調(diào)節(jié)溢流閥使壓力下降，然后使換向閥換向，油缸活塞移動(dòng)至另一端，重復(fù)上述試驗(yàn)。
3）活塞桿與油缸蓋密封處的漏油檢查
使油缸以3m/min的速度往復(fù)移動(dòng)。當(dāng)行程長度為600mm時(shí)，在50個(gè)往復(fù)中，活塞桿以油膜形式所帶出的油量不得超過0.5。
4）活塞移動(dòng)平穩(wěn)性檢查
向無活塞桿腔輸入壓力油。調(diào)整背壓閥，使有活塞桿腔保持3-5公斤力/厘米3的背壓，使活塞桿以一定速度向外移動(dòng)，不應(yīng)有顫動(dòng)或爬行現(xiàn)象。用百分表檢查活塞桿的移動(dòng)時(shí)，表針應(yīng)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
5）活塞移動(dòng)阻力檢驗(yàn)
在活塞桿不承受載荷的情況下向油缸無活塞桿腔輸入壓力油，使活塞桿以一定速度