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1、武汉工程大学 毕业设计（论文）目录摘要IIABSTRACTIII第一章 绪论11.1 液压系统在工程中的应用11.2 液压传动的优缺点11.3 液压系统的分类及液压功能回路的作用3第二章 系统方案论证62.1 液压泵站的论证62.2 液压执行元件的方案论证72.3 液压控制部分的方案论证82.4 电气控制部分的方案论证102.5 系统原理图的初步推论10第三章 主要参数设计和元件选择143.1 液压执行元件的设计计算143.2 计算系统的性能参数213.3 主要元件的选择25第四章 液压性能的验算304.1 验算压力损失304.2 液压系统温升验算30第五章 液压装置的结构设计325.1 液压
2、装置的类型325.2 液压泵站的类型及其组件的选择325.3 油箱的结构设计33总结36致谢37参考文献38摘要液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用,而越先进的设备,其应用液压系统的部分也越多,因此,对于机械专业的人员来说,学好液压技术,能熟练设计简单的液压系统是基本的专业要求。G30钢管自动切断液压系统设计，就是利用液压技术原理，实现钢管切断中锯片的快进、工进、快退和钢管的夹紧、松夹等工序，实现整个切断过程的自动化。液压系统的设计主要是根据液压系统在机床中的应用，液压系统相比其他系统有很多的优点，而且液压技术发展到今天已经十分成熟，便于进行设计、计算、系统的运行
3、。在设计液压系统时，先根据已有的数据，结合预期的目标，开始进行系统方案论证，再通过计算初步确定系统的相关参数，而后选定液压系统所需的元件，此后进行相关验算，最后根据验算结果确定系统是否合理和可行。关键词: 钢管； 切断； 液压AbstractThe hydraulic system has been in various industrial sectors and in many sectors such as agriculture, forestry, animal husbandry and fisheries are more widely used, and the more ad
4、vanced equipment, its application is also part of the hydraulic system the more so, for machinery for professional staff, learn hydraulic technology, skilled design simple hydraulic system is the basic professional requirements.G30 Steel cut off the hydraulic system design, the principle is the use
5、of hydraulic technology, steel cut in the saw blade to achieve fast forward, working forward, rewind and steel pipe clamp, pine folders and other processes, the entire cutting process automation.Hydraulic system design is mainly based on the hydraulic system of the machine, the hydraulic system than
6、 other systems have many advantages, and hydraulic technology to today has been very mature, easy to design, calculation, operation of the system.In the design of the hydraulic system, the first based on available data, combined with the desired objectives, the system demonstration program began, an
7、d then determined by calculating the initial parameters of the system, and then select the components required for the hydraulic system, then the related checking, the final checking the results to determine whether the system is based on reasonable and feasible.Keywords：Steel；cut off;；hydraulic朗读显示
8、对应的拉丁字符的拼音IV第一章 绪论1.1 液压系统在工程中的应用液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用,而越先进的设备,其应用液压系统的部分也越多,因此,对于机械专业的人员来说,学好液压技术,能熟练设计简单的液压系统是基本的专业要求。在造纸、纺织、塑料、橡胶等轻工业，造纸机、纺织机、注塑机等机械设备上都有大量使用着液压系统，在矿山、石油、冶金、加工等重工业中，由于液压系统能传递很大的能量而设备的重量相对其他传动方式具有较小的重量，所以，具有更广泛的应用。例如，矿井支架、石油钻井平台、高炉炉顶设备、钢坯连铸机、板带扎机压下系统、压力机、压力机、快锻机等设备上液压系统
9、被广泛得使用着。其他在电力、建筑、水利、交通、船舶、航天、汽车等行业，液压系统也是重要的组成部分。至于航天、军工等广泛采用先进技术的部门，液压系统更是得到广泛的应用。机床行业是最多使用液压技术的行业之一，虽然目前由于电动机传动技术中的交流变频技术的发展是电动机驱动夺回不少液压驱动的范围，但在大功率或往复运动的场合，液压系统还是被广泛使用。1.2 液压传动的优缺点目前广泛应用的传动方式主要有机械传动、电气传动、气压传动和液压传动，他们各有优缺点，下面着重阐述液压系统的优点与缺点。液压传动是用液体作为介质来传递能力的，液压传动与上述三种传动比较有以下的优点：1) 易于获得较大的力或力矩，液压传动是
10、利用液体的压力来传递力或力矩的。液压泵可以获得较高的压力，目前液压泵可达压力35Mpa，因此液压缸或液压马达可以获得很大的力或力矩。例如，一个30直径的液压缸，当压力为21Mpa时，可以获得1.48106的推力，因此被广泛应用于需要很大力或力矩的重型机械上。2) 功率重量比大，功率总量比是指其输出功率与其重量的比值。功率重量比大的设备即重量和体积较小而能输出较大的功率。例如，飞机上的液压泵，每千瓦功率的重量只有0.29，而电动机每千瓦的重量达1.52，所以在要求传递较大的功率而又不允许有较大的体积的情况下应采用液压传动。3) 易于实现往复运动，液压缸对实现往复运动是最容易的，而电动机则须通过齿
11、轮或痴齿条等机构把旋转运动变成直线运动。4) 易于实现较大范围的无级调速。液压传动通过调节液体流量就可以方便地实现无级调速，而且调速范围大。例如，用节流阀调节流量时，其流量变化可以从0.02L/min变到100L/min，调速比可达5000，其他形式的传递比是无可比拟的。5) 传递运动平稳，由于液压流体的控制可以在非常小的流量时仍然很均匀，所以设备的运动速度可以很平稳。例如机床可以实现1mm/min以下的爬行稳定进给。6) 可以实现快速而且无冲击的变速和换向。这是由于液压机构的功率比较大，所以设备得惯性小，因此反应速度就快。例如，液压马达的转动惯量不超过同功率电机的10，故启动中等功率的电动机
12、需要12s，而同等功率的液压机械的启动时间不超过0.1s。故在高速换向频繁的机床上采用液压传动可使换向冲击大大减少。7) 与机械传动相比易于布局和操纵，液压传动部件由管道相连，故安装在位置上有很大的自由度，各部件可以安装在我们希望的位子上。8) 易于防止过载事故。故在液压传动中可以方便地使用液压阀来控制系统的压力，从而防止过载，避免事故的发生，而且可以通过安装在系统中的压力计来了解各处的工作情况和压力大小，而在机械传动中各处的负载大小就不易观测。9) 自动润滑，元件寿命较长。液压传动中使用的介质大都为矿物油，它对液压部件产生润滑作用，因此液压元件有自润滑作用，其寿命就较长。10) 易于实现标准
13、化、系列化。各种液压系统都是由液压元件组成，因此对液压元件实现标准化、系列化，可大大提高生产效率，降低成本，提高产品质量。与其它传动形式相比，液压系统传动也有其自身的缺点，下面简要陈述以下液压系统的缺点。1) 容易出现泄露。由于液压系统的油压很高，因此液压油容易通过密封或间隙，内泄漏则降低容积效率，外泄漏则引起介质的消耗，同时又引起环境污染。2) 有的黏度随温度变化，引起工作机构运动不稳定。由叶黏度变化则引起阻力变化，故通过的流量或泄漏量也随温度而变化，这就会引起工作机构运动速度不稳定。3) 空气渗入液压油后会引起爬行、振动、噪声，空气进入液压系统后，由于气体的压缩性大，所以低压到高压或从高压
14、到底压，就会产生较大的体积变化、噪声和爬行等。4) 用矿物油作液压介质，油燃烧危险，应注意防止。5) 矿物油与空气接触会发生氧化，使油变质。6) 液压元件的零件加工质量要求较高，为了减少泄露，减少摩擦，所以零件的配合间隙要小，因此零件加工的质量要求就很高，成本也提高了。1.3 液压系统的分类及液压功能回路的作用1.3.1 按液压系统的应用场合分类这是最简单的分类方法，如农业用液压系统、船舶用液压系统等。这类分类方法的优点是从名词就能看出其应用场合，其缺点是看不出该液压系统的特点及要完成的动作。1.3.2 按循环方式分类按介质的循环方式可分为开式液压系统和闭式液压系统下面简单的列举两个例子以作说
15、明，如下图所示：1) 开式液压系统如图131所示，液压泵自油箱吸油，供给液压缸或液压马达作功，而液压缸或液压马达回油则流回油箱。开式液压系统结构简单，油箱是系统中介质的吞吐或存储场所，油液在油箱中散热冷却或沉淀杂质，开式液压系统的液压缸或液压马达在制动或换向过程中，外负载惯性所产生的能量是不能回收的，只能消耗在制动过程中的发热上。2) 闭式液压系统图132所示为一典型的闭式液压系统。液压泵a的进出油口与液压马达b的进出油口分别用管道相连，马达的回油不回油箱而直接回到液压泵的进油口,形成闭合回路,操纵液压泵a的变量机构可改变液流的方向,从而使马达换向.为了使闭式液压系统正常工作,除了液压泵和液压
16、马达组成的闭合回路,还需一些元件组成辅助回路。阀1至5组成双向安全阀,防止管A、B内的油压超过单向阀3的调定值。为补充系统的泄漏，还需设置一个辅助的小泵c，其工作压力由溢流阀6调定，应略微高于液压马达的背压，而液压泵c的流量应略高于系统的泄漏量，液压泵c的输出的油经过过滤器，单向阀1或2补充到系统的低压边，多余的流量经溢流阀6流回油箱。闭式液压系统的结构复杂，但油箱的容积小、结构紧凑，马达背压接供入泵的吸油口，降低对泵自吸能力的要求。而开式液压马达的背压不能接液压马达的吸油口而只能变成热能在背压阀中白白消耗掉。闭式液压系统制动过程可通过操纵泵a的变量机构使排量逐渐为零二实现的。在此过程中，外负
17、载的惯性力变成主动力，拖动液压马达b变成液压泵工况，将油流输给液压泵a，使液压泵a呈液压马达工况而带动电动机加速旋转而发电，输给电网中其他负载。由上可见，开式液压系统使用于功率较小的机构，而闭式液压系统则适用于液压泵由电动机带动的下述机构：外负载大且换向频繁的机构，重力下降机构，外负载大的重力下降机构。1.3.3 按一个液压泵所驱动的执行机构的形式和数量分类按一个泵所驱动的执行机构的数量和形式分类可分为：组合式系统、独立式系统、独联系统。因为比较复杂，不做详细介绍。第二章 系统方案论证2.1 液压泵站的论证2.1.1 液压泵的论证液压泵站一般由液压泵、集成块或阀组合、油箱以及一些液压辅助元件组
18、成。它的工作原理是:电机带动油泵转动,油泵从油箱中吸油,将机械能转化为压力能,液压油通过集成块被液压阀实现压力、方向、流量的改变。在液压传动系统中,液压泵是将动力机械传输的机械能转化为流动液体的压力能的能量转化装置,属于动力元件,其作用是给液压系统提供足够的压力油以驱动系统工作。它的工作原理是依靠液压泵密封工作腔容积大小交替改变来实现的。液压泵的主要技术参数包括:压力、排量、流量、转速、效率等。液压泵的种类很多。按泵的排量是否可以调节可以分为变量泵和定量泵两大类；按排油方式可分为单向泵和双向泵；按内含泵数量又可以分为单泵式和双泵式、多联泵；按剂子的结构可以分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵，其中齿轮泵
19、又可以分为外啮合式和内啮合式两种，叶片泵可分为单作用式和双作用式两种，柱塞泵又可以分为轴向式和径向式。本次设计的系统是针对钢管自动切断系统使用的液压夹紧及传动系统，它的工作环境，要求动力转化装置的输出动力稳定，传动速度可调，维护修理方便，有人性化的工作环境，在技术条件允许的情况下，应尽量选择噪音污染低的液压泵。值得注意的是，在机械液压系统中，当压力低于21Mpa时，推荐采用双作用叶片泵。叶片泵有单作用和双作用两大类。双作用叶片泵以结构紧凑、径向力平衡、寿命长、运转平稳、输出流量均匀、脉动小、噪声低而在机床等中高压系统中得到广泛的应用，但其抗污染能力差，对油液的清洁度要求较高。2.1.2 油箱油
20、箱在液压系统中作用主要是：a) 贮存系统循环所需的油液；b) 释放系统工作时所释放的热能；c) 释放混入油液中的气体杂质。液压系统中的油箱有整体形势油箱、分离式油箱；开式油箱、闭式油箱；上置式油箱、下置式油箱、放置式油箱。整体式油箱是利用主机的内腔作为油箱，结构紧凑，易于回收漏油，但维修不便，散热条件不好，会使主机产生热变形；分离式油箱单独设置，与主机分离，减少了油箱发热和液压泵的震动对主机工作精度的影响，应用较为广泛。所谓开式油箱是油箱液面与大气相通的油箱，应用最广。而闭式油箱则是油箱液面与大气隔绝。这种油箱的优点在于泵的吸由条件好，但系统的回油管、泄油管要承受背压，油箱还需配置安全阀、电接
21、点压力表等以稳定充气压力，所以它只在特殊场合下使用。本次设计采用的是分离式的下置油箱。2.1.3 液压辅助元件液压辅助元件包括油箱和管接头、密封件、过滤器、热交换器等，它们是液压系统不可或缺的部分。一般来说，辅助元件都已标准化，可以直接选用。为了保持油液清洁，一方面尽可能防止或减少油液污染，另一方面把已污染的油液净化。在液压系统中一般采用过滤器来除去外部混入或系统工作中内部产生在油液中的固体杂质，保持液压油的清洁，延长液压油的使用寿命，保证液压系统工作的可靠性。故在本次设计中需采用过滤器。液压管道和管接头时连接液压元件、输送压力油的装置，设计液压系统时需要选择正确的管道和管接头。管径过大，会使
22、液压装置的结构过大，增加不必要的成本浪费；管径过小，又会使管内流体得流速过高，不但会增加压力损失，降低系统效率，而且会引起振动和噪音。2.2 液压执行元件的方案论证将液压介质的压力能转化为机械能的能量转换装置叫做液压执行元件.它依靠压力油液驱动与其外伸杆或相连的工作机构运动而做功.按输出运动形式的不同,液压执行元件可分为液压缸、液压马在和摆液压马达三类。液压缸是将液体压力能转化为机械能的执行元件。液压缸一般用于实现直线往复或摆运动等。由于它的结构简单、工作可靠，因而在很多液压传动机构中得到了广泛的应用。由于本系统中的液压缸是用作推动工作台上的圆形锯片作往复直线运动，所以采用液压缸。液压缸的种类
23、繁多，按作用方式，可分为单作用和双作用液压缸。单作用液压缸只有一个工作油口。在压力作用下，活塞杆或者柱塞伸出，返回行程靠重力或弹簧力来实现。双作用液压缸有两个工作油口，活塞的往复运动都是压力油的作用下实现的。按结构形式，可把液压缸分为柱塞式液压缸、活塞式液压缸、伸缩套筒式液压缸、组合式液压缸等。活塞式液压缸主要由缸筒、活塞、活塞杆、密封件等零件组成。活塞式液压缸有双活塞杆式和单活塞杆式，活塞杆有实心的、也有空心的。由于设计中的活塞杆相连的锯片在单侧进行运动，所以采用单活塞杆式。又由于本系统中的液压缸需要在换向阀及其它阀类的控制下完成往复运动，即液压缸的伸出行程和往复行程都是在压力油的作用下完成
24、的，所以系统采用的液压缸是双作用活塞式，这样才能保证工作循环中快进、工进、暂停和快退的动作顺序有儿实现。综合所述，此次设计，液压系统采用的执行元件采用直线往复、双作用单活塞杆式液压缸。2.3 液压控制部分的方案论证液压系统中的抓赌我伯是指各类液压控制阀，其作用是通过调节液压系统中油液的流向、压力和流量，从而使执行元件及其驱动的工作机制获得所需的运动方向。推力及运动速度等，满足不同的动作要求。液压阀性能的优劣、工作是否可靠对整个系统能否正常工作产生直接影响。液压阀按用途可分为压力阀、流量阀、方向阀；按阀的管路连接方式可分为螺纹连接、板式连接、法兰连接；按压力级别分为中低压阀系列(63105Pa)
25、、中高系列(210105Pa)、高压系列(320105Pa)；按操纵方法可分为手动式、机动式、电动式、液压式和电液式。液压阀的工作原理是利用阀芯在阀体内的相对运动来改变阀口的通断面积，从而控制压力、流量和方向。本系统调车了溢流阀和背压阀来维持系统的工作压力，保护系统的安全运行。2.3.1 方向控制阀方向控制阀是用来使液压系统中的油路断或改变油液的流动方向，从而控制液压执行元件的启动与停止，改变运动方向的阀有单向阀、换向阀等。单向阀有着通单向阀和液控单向阀两类。普通单向阀的作用是使油液只能向一个方向流动，不许经反向倒流。液控单向阀具有良好的单向密封性能，常用于执行元件需要长时间保压、紧锁等情况，
26、也用于防止立式压缸停止时自动下滑及速度换接等回路中。换向阀是复代芯和阀体间相对位置的不同来变换阀本上和主油口的通断情况，实现各油路连通、切断和改变液流方向的阀类。按照结构形式，换向阀可分为滑阀式、转阀式、球阀式和锥阀式。按照操作方式，可分为手动、机动、电磁控制、液动、电液动和气动。2.3.2 液压控制阀流量控制是通过改变阀口通流面积的大小或通道长短来改变局部阴力，从而实现对流量的控制。流量控制阀包括节流阀、调速阀、旁通调速阀和分流庥流阀等。调速 阀是进行了压力补偿节流阀。它是由单向阀与节流阀串联而成的复合阀。它的优点在于流量稳定性好，但是由于液流经过调速阀时，多经过一个液阴，压力损失比较大，常
27、用于负载变化大而对速度控制精度要求高的定量泵供油节流调整速液压系统。2.3.3 压力控制阀压力控制阀是用来调节和控制液压系统中油液压力的阀类。按其功能和用途可分为益流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等，它们的共同特点是利用阀芯上的液压作用力与弹簧力相平衡的原理进行工作。溢流阀的主要用途有两点：一是用来保持系统或回路的压力恒定；二是在系统中作安全阀用。此外，溢流阀不可在背压阀、卸荷阀、制动阀、平衡阀和限速阀等使用。按调节要求不同，减压阀可分为用于保证出口压力位定制的定压减压阀，用于保证进出口压力差不变的定差减压阀以及用于保证出口压力成比例的定比减压阀。在本次设计中，系统用溢流阀起过载保护作用，在夹
28、紧回路中用减压阀得到恒定压力。2.4 电气控制部分的方案论证G30钢管自动切断液压系统采用了PLC控制，控制电路得到大大简化。控制电路设计主要依据系统工作循环各节拍或不同工作状态下的电磁铁动作顺序。液压系统的电气控制回路包括电动机驱动回路、主液压控制回路和辅助液压回路的控制电话。电动机在系统中的工作时间较长，不经常启停，可设置成简单的停止开关控制，主液控回路的控制则由主要由PLC完成。2.4.1 PLC控制由于系统采用了PLC控制，可以柔性地适应技术条件地变更，而且能够使电控装置小型化，PLC控制程序的编写根据系统循环动作各个继电器的断开情况来决定。PLC主要由中央处理单元CPU、存储器、输入
29、、输出等部分组成，CPU的应用灵活，扩展性好，操作方便，标准化的硬件和软件设计，通用性强、体积小、性价比也高、省电。2.4.2 继电器控制压力继电器是压力电信号的转换元件，通常由压力位移转换部分和微动开关两部分组成。当被控制压力达到设定值时，电器微动开关动作，从而发出断电的电信号来控制系统的有关动作。压力继电器多采用弹簧式和柱塞式。2.5 系统原理图的初步推论 初定系统原理图如下：1滤油器 2变量泵 3定量泵 4单向阀 5单向阀 6先导式溢流阀 7二位四通电磁换向阀 8调速阀 9单向阀 10精滤油器 11二位三通电磁换向阀 12油缸 13减压阀 14二位四通电磁换向阀 15油缸 16压力继电器
30、 17溢流阀 18油箱 19油箱 20压力表2.5.1 控制系统工作原理剖析系统采用双泵供油，带动快进的串联调速阀9回油调速回路。液压缸13的运动方向由二位四通电磁换向阀8控制。二们三通电磁换向阀用于实现液压缸13的爬行，在调速阀之前设置一支精滤器。由下表电磁铁动作顺序表容易分析液压系统油液流动路线。表5- 1电磁铁动作顺序动作1ya2ya动作1ya2ya快进+快退+工进+停止夹紧夹紧油路需要的压力一般小于主油路，因而在夹紧油路上装有溢流阀7,以减低夹紧缸的压力，按下启动按钮，电磁铁15的3YA得电，安装并定位元件。当工件定位好以后，发出信号合电磁铁14的开关断电来夹紧工伯，此时的油路为：进油
31、路：泵3单向阀6减压阀14换抽阀15左位液压缸18的上腔；回油路：液压腔18的下腔换向阀15左位油箱快进当工作夹紧后油压升高，压力继电器17发出讯号使1YA得电，换向阀8的左位开始接入油路。由于快进时滑台负载较小，工作压力不高，变理泵2以最大流量输入，此时进给缸以差动连接。其油路为：进油路：油泵2单向阀5换向阀8的左位缸13的左腔。回油路：泵13的右腔抽象向阀12的左们缸13的左腔工进当锯片快进到指定位置时触碰行程开关1XK，由1XK发出讯差换向阀12的2YA得电。差动连接被打断，此时的油路为：进油路：油泵2单向阀5电磁换向阀8的左位缸13的左腔回油路：缸13的右腔换抽阀12的右腔调速阀9换向
32、阀8的左位油箱。快退当工作台到达预定位置，切断钢管后，工作台碰触行程开关2XK并发出讯号，使电磁换向阀7的2YA失电，其右位接入回路，其此时的油路：进油路：油泵2单向阀4电磁换向阀7的右位单向阀9电磁换向阀11的右位缸12的右位回油路：缸12的左位电磁换向阀7的右位油箱夹紧装置松开当锯片退回来原来位置，碰触3XK时，发现永嘉与使电磁换向阀的2YA失电，此时油路中断，停止运动。此此同时，电磁换向阀14的3YAtj jn ,其右位接入回路，使工作松开，回路为：进油路：泵单向阀5减压阀7换向阀14的右位缸15的下腔回油路：缸15的上腔换向阀14的右位油箱。此时一个完整的工作循环完成，当下一个钢材安装
33、好以后，再次启动开关，重新开始以上各个步骤的循环。2.5.2 本系统的特点1、通过选择合适的液压泵流量，避免快进快退时采用单向节流阀，不便可以节省液压元件和管路，降低成本，而且降低能耗，提高效率。2、快时时采用关动迦接，并使液压缸的大小腔面积比为2,充分利用回油流量对无腔的补油作用，不便可以实现快进快退速度相等，而且可使泵的总流量减少一半，减小泵的流量规格，降低能耗，减少成本，提高效率。第三章 主要参数设计和元件选择通过前面的分析和论证，根据液压系统的要求，初步确定了系统方案和液压系统图。本章主要根据设计任务中所给出的主要设计参数对液压系统进行性能参数的设计计算，包括负载力的分析与计逄。3.1
34、 液压执行元件的设计计算系统方案论证中已经确定本系统的执行元件为单杆活塞式液压缸，通过它在液压油的作用下的移动来实现工作锯片的快进、工进、快退等功能动作。通过对执行元件的受力分析和计算可以确定液压缸的尺寸和液压系统的其它重要性能参数。3.1.1 设计任务书给定的技术参数1、钢管最大直径130mm2、最大切削负载 500N；3、运动部件总质量 1300N；4、快进行程 100 mm；5、工进行程 135mm；6、快进行程速度50mm/s；7、工进行程速度 2mm/s；8、夹紧力 130N；3.1.2 动力分析和负载图动力分析是确定液压系统主要性能参数的基本依据，包括液压执行元件的动力分析，目的是
35、便于了解运动过程的本质，查明每个执行元件在其工作中的负载，位移及速度的变化规律，并找出最大负载点和最大速度点。作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷Fg,轨道的摩擦力Ffs、Ffd，由于速度变化产生的慢性力Fa.1. 外负载阻力Fg的计算由于外负载阻力就是等于最大切削负载，即Fg=5000N.2. 惯性力的计算工件在启动加速或减速制动时的惯性力可以根据牛顿第二定律按下式进行计算，Fa= （1.1）式中 g重力加速度, g=0.98m2/s；-速度变化量（m/s）；起动或制动时间(s),一般机械=0.1-0.5s,对轻载低速部件取小值，对重载高速部件取大值。Fa=N=22.09N3. 导轨摩擦载荷
36、对于平导轨，机床工作部件对动力滑台导轨的法向力FN=1300N,取fs=0.2,fd=0.1,则静摩擦阻力 Ffs=0.21300N=260N动摩擦阻力 Ffd=0.11300N=130N4. 液压缸运动循环各个阶段的总负载力表3-1 负载表循环动作计算公式液压缸总负载力（N）启动Ffs260加速Ffd+Fa152.9快进Ffd130工进Ffd+Fg5130反响启动Ffs260快退Ffd130停止Ffd-Ffa107.915. 锯片工进速度和快进、工进、快退时间表3-2 速度时间表工进速度2.00mm/s快进速度50mm/s快进时间t1=s=2s工进时间t2=s=67.5快退时间t2=s=4.
37、7s6. 绘制液压缸F-L和V-L图综合上述计算结果，以行程为横坐标，分别以受力和速度为纵坐标绘制F-L和V-L图。F(N)L(mm)152.09 260152.09 5130235260N F（N)图3-1 F-L图V(mm/s)0 100L(mm)235V(mm/s)3.1.3 计算液压缸的主要结构尺本系统中，由于活塞杆主要受到压力，F=P1A1-P2A2.其中，式中 A1=D2无杆腔活塞有效作用面积(m2)；A2=(D2-d2)有杆腔活塞有效作用面积(m2)；P1液压缸工作腔压力(Pa)；P2液压缸回油腔压力(Pa)；D活塞直径；d活塞杆直径。表3.3 执行元件背压力系统类型背压力/Mp
38、a简单系统或轻载节流调速回路0.20.5回油带调速阀的系统0.40.6回油带背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短、且直接回油箱的系统可忽略不计1) 初定液压缸的工作压力P1D的确定主要根据运动循环各阶段中的最大负 载力。通用液压系统一般采用中压(3050)105Pa，选P1=4Mpa。根据表33，当回油调速系统工作时采用调速阀，此时选用回油调速压力为P2=0.6MPa。2) 液压缸主要尺寸的计算。a) 液压缸内径和活塞杆直径的确定。当采用差动连接时，A1=2A2，取m=0.95,有m(P1A1-P2A2)=Fw从而 A2m2 （1.2）
39、A17.29从而D=m=0.043m,取标准值50mm.采用差动连接，往返速度相等，, 取标准值32.从而知工作腔的面积:活塞杆的面积为：有效工作面积： b) 计算缸筒壁厚缸筒壁厚为,因为此系统为中低压系统，可以用薄臂缸的实用计算公式进行计算 ； （1.3）其中C0缸筒材料强度要求的最小值，m； C1缸筒外径公差余量，m；C2缸筒材料的许用应力，Mpa，b为缸筒材料的抗拉强度，n为安全系数，通常取5.此处取、.当时用钢材，本处采用45号钢，则有从而 ，于是有,查表取标准值，满足要求。c) 计算缸筒壁厚缸筒底部为平面时，其厚度1可以按照四周嵌住的圆盘强度近似计算，其计算公式为,取.d) 活塞杆及
40、缸筒的长度计算缸筒及活塞杆的长度与活塞的工作行程有关。活塞的最大工作行程为快进与工进的长度之和。,取标准长度：缸筒长度：,活塞杆长度：e) 活塞杆的强度校核活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向推力或拉力，可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算 （1.4）式中 F活塞杆作用力，N； d活塞杆直径，m； p材料的许用应力，Mpa；活塞杆选用45号钢，,活塞杆的强度满足要求。f) 活塞长度的计算活塞的材料选用45号钢，一般取,取.g) 活塞杆弯曲稳定性验算本系统活塞杆受力F1在轴线上，主要按下式验算：,其中有下列关系 , 式中 .圆截面 . （1.5）LB为液压缸支承长度，,K液压缸安装
41、及导向系数，查表取,nk安全系数，通常取，此处取,. 显然 .h) 进出油口的尺寸选择根据系统的设计要求，进给缸为16Mpa小型系列，缸内径为，进、出油口选为.3.2 计算系统的性能参数工作腔的面积,系统在快进时的流量最大，计算式为，考虑到系统泄漏和其他方面的影响，系统的流量取。3.2.1 计算系统的性能参数1. 油管内径的计算管道内径的计算公式 , （1.6）式中 Q通过管道内的流量； v管内允许速度,见表34表34 允许流速推荐值管道推荐流速/液压泵吸油管道0.10.5，一般取1以下液压泵压油管道36，压力高、管道短、粘度小，取大值液压系统回油管道1.52.6对于吸油管路取；对于回油管路取
42、；对于压油管路取。从而有 吸油管内径,取圆整标准值 .回油管内径,取圆整标准值.压油管内径取圆整标准值.2. 钢管壁厚的计算由计算公式, 其中由P管道内径最高工作压力(pa)； d管道内径(m)；管道材料的许用应力，；b管道材料的拉压强度(pa)；n安全系数，对钢管来说，时，取。由于本系统管内最高工作压力，故.查表知钢管的拉压强度. 从而有.所以吸油管壁厚,取；回油管壁厚,取；压油管壁厚，取.相应外径 ,于是有取,管接头连接螺纹M141.5； ,管接头连接螺纹M141.5； ,管接头连接螺纹M101.0 。 .2 系统流量的确定与计算1. 启动时；.2. 快进时；.3. 工进时；.4. 反向启
43、动时；.5. 快退时； 6. 制动时； 3.2.3 液压油及系统工作压力的确定1. 液压油的选择工作介质时液压系统中极为重要的组成部分，它将系统中各类元件沟通起来成为一个有机的整体。液压油的选用需要考虑很多的因素，其中，粘度时最重要的因素，它对液压油的压力损失、发热、泄漏和系统的效率都有直接的影响。液压油的选用可以根据泵的压力和工作环境来选择，由于该系统为固定液压系统，压力在7Mpa以下，温度大约在-2050，综合考虑选用牌号为L-HL32的液压油即可，运动粘度=32cst。2. 工作压力的确定管道的压力损失包括沿程压力损失和局部压力损失。（1） 层流与紊流的判断对于圆管或者圆形断面的孔道，雷
44、诺系数为，其中为平均流速，d为管道内径，为液压介质的运动粘度，按管道中的最大流速和内径计算。，小于圆形光滑管道临界雷诺数Re(200023000)，故可断定流动状态为层流。（2） 沿层压力损失的计算；（1.7）（3） 局部压力损失的计算节流阀的压力损失为(0.30.5)Mpa，调速阀的压力损失不小于0.5Mpa，所以各类阀的压力损失和为。从而有系统的总工作压力为 ：pa。3.3 主要元件的选择不难从上面的计算可以知道，快进时的流量最大，为工进时的压力最大，为2.96Mpa；快退时的功率最大，为26.1w。依着这三个数据进行工作压力、最大流量和所需电动机功率的计算。1. 泵工作压力的确定. （1
45、.8）2. 泵流量的确定(k为系统泄漏折算系数)。根据所得最大压力和流量，查液压元件产品样本，选择与Pp和Qq相近液压泵的规格和型号，为满足系统压力要求，泵的额定功率Pn=（1.21.6）Pp，于是。叶片泵的系列中YB1型双作用叶片泵属于低压泵，压力脉动小、噪声低、寿命长，广泛使用与机床液压系统，所以本系统夹紧油路选用叶片泵的型号为YB1-32。.为满足回油路中流量和压力的变化的要求，进给油路中采用限压式变量泵，型号为YBx-25。下表为夹紧油路和进给油路所用泵的规格和技术参数。表3-3型号YB1-32YBx-25转速(r/min)96001450零压力流量(L/min)32额定压力流量(L/min)28.8额定压力Mpa6.36.3容积效率92%90%总效率80%80%驱动功率(kw)4.2kw4.0kw质量（kg）16kg23kg排量(mL/r)320253.3.2 阀类元件的选择根据系统的工作压力和通过该阀的最大流量，应依标准选取。选择溢流阀时，按液压泵最大流量取；选择节流阀时还应考虑最小稳定流量；其他各阀则是按其所接入的管路所需要的最大流量来选取。根据液压传动原理
