【文章內(nèi)容簡介】 直線運(yùn)動時可達(dá) 1000 次 /min。 3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá) 2021），它還 可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。 4） 液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易 于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和 電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復(fù)雜的順序動作，接受遠(yuǎn)程控制。 5） 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長期在失速狀 態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機(jī)械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。 6） 由于液壓元件已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、 制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動性。 7） 用液壓傳動來實現(xiàn)直線運(yùn)動遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動簡單。 液壓傳動的缺點是： 1） 液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄 漏等原因造 成的。 2） 液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 ９ 等），長距離傳動時更是如此。 3） 液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影 響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價 較貴，而且對油液的污染比較敏感。 5） 液壓傳動要求有單獨的能源。 6） 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。 總的說來，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，它的一些缺點有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步得到克服。 液壓系統(tǒng)設(shè)計 明確設(shè)計要求，制 定基本方案 設(shè)計要求 設(shè)計要求是進(jìn)行每項工程設(shè)計的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手進(jìn)行液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計之前，必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的其他方面的情況了解清楚。 ⑴ 單柱液壓機(jī)主機(jī)概況： ① 液壓機(jī)公稱力 25 KN ② 液壓系統(tǒng)最大工作壓力 8 Mpa ③ 骨塊行程 125 MM ④ 壓頭下行速度 45 mm/s ⑤ 壓頭上行速度 130 mm/s ⑵ 液壓系統(tǒng)要完成以下動作循環(huán)： 制定液壓系統(tǒng)基本方案 確定液壓執(zhí)行元件的形式 在本設(shè)計中 ,液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠， 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計 １０ 在液壓系統(tǒng)中得到 了廣泛的應(yīng)用。 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸兩類?；钊缀椭椎妮斎霝閴毫土髁浚敵鰹橥屏退俣?。 液壓缸除了單個地使用外，還可以組合起來或和其它機(jī)構(gòu)相結(jié)合，以實現(xiàn)特殊的功能。 根據(jù)參考文獻(xiàn) [2]表 我們選擇活塞缸類中的單桿活塞液壓缸，其特點及適用場合見表 21。 表 21 名稱 特點 適用場合 單桿活塞液壓缸 有效工作面積大，雙向不對稱 往返不對稱的直線運(yùn)動等 確定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路 1）為了實現(xiàn)液壓缸的進(jìn)和退，我們選擇電磁換向閥作為液壓系統(tǒng)的方向 控制閥。 電磁換向閥的基本工作原理是通過電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位置，以改變油液的流動方向。當(dāng)電磁鐵斷電時，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置（脈沖式閥除外）。若推動故障檢查按鈕可使滑閥閥芯移動。電磁換向閥在液壓系統(tǒng)中的作用是用來實現(xiàn)液壓油路的換向、順序動作及卸荷等。由于電磁鐵的推力有限，電磁換向閥應(yīng)用在流量不大的液壓系統(tǒng)中。 2）為了實現(xiàn)其工進(jìn)，可以選擇調(diào)速閥或節(jié)流閥作為速度控制閥。 節(jié)流閥的調(diào)節(jié)應(yīng)該輕便、準(zhǔn)確。在小流量調(diào)節(jié)時，如通流截面相對于閥心位移的變化率較小，則調(diào)節(jié)的精確性較高。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，便 可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動速度的大小。 而調(diào)速閥的工作原理：液壓泵出口（即調(diào)速閥進(jìn)口）壓力，由溢流閥調(diào)整，基本上保持恒定。調(diào)速閥出口處的壓力由活塞上的負(fù)載決定。所以當(dāng)負(fù)載增大時，調(diào)速閥進(jìn)出口壓差將將減小。 調(diào)速閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用和節(jié)流閥相仿，它適用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。 因此，在本設(shè)計中選擇調(diào)速閥作為速度控制閥。 液壓源系統(tǒng) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 １１ 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其它輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱， 溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在此，我們在泵的小口裝上粗濾油器。（進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾器或其他型式的濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定 液壓介質(zhì)的選擇 液壓介質(zhì)應(yīng)具有適宜的粘度和良好的粘溫特性；油膜強(qiáng)度要高，具有較好的潤滑性能 ；能抗氧化，穩(wěn)定性好；腐蝕作用小，對涂料、密封材料等有良好的適應(yīng)性；同時液壓介質(zhì)還應(yīng)具有一定的消泡能力。 選擇液壓介質(zhì)時，除專用液壓油外，首先是介質(zhì)種類的選擇。根據(jù)液壓系統(tǒng)對介質(zhì)是否有抗燃性的要求，決定選用礦油型液壓油或抗燃型液壓液。 其次，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中所用液壓泵的類型選用具有合適粘度的介質(zhì)。 最后，還應(yīng)考慮使用條件等因素，如環(huán)境溫度、工作壓力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度等。當(dāng)工作溫度在 60℃以下，載荷較輕時，可選用機(jī)械油；工作溫度超過 60℃時，應(yīng)選用汽輪機(jī)油或普通液壓油。若設(shè)備在很低溫度下啟動時須選用低凝液壓油。 據(jù)參 考文獻(xiàn) [2]表 中各普通液壓油質(zhì)量指標(biāo)及應(yīng)用以及本設(shè)計中單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的要求選用 N32 號普通液壓油，其各項質(zhì)量指標(biāo)見表 22。 表 22 名稱 N32 號普通液壓油 代號 / 原牌號 YAN32 / 20 號 運(yùn)動粘度 mm2/s (40℃ ) 28． 8~ 運(yùn)動粘度 mm2/s (50℃ ) 17~23 粘度指數(shù)≥ 90 抗氧化安定性 (酸值達(dá)2mgKOH/g)≥ h 1000 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計 １２ 凝點≤ ℃ 10 閃點 (開口 )≥ ℃ 170 防銹性 (蒸鎦水法 ) 無銹 臨界載荷≥ N 600 抗泡沫性 (93℃ )≤ ml 起泡 50 / 消泡 0 抗磨性（四球， DB） N 800 應(yīng)用 適用于環(huán)境溫度 0~40℃的各類中高壓系統(tǒng)（適用工作壓力為 擬定液壓系統(tǒng)圖 在這種單柱液壓機(jī)上，實現(xiàn)了“工進(jìn) → 快退 → 停止”的動作循環(huán)（見圖 21）。可以進(jìn)行沖剪、彎曲、翻邊、裝配、冷擠、成型等多種加工工藝。表 2 3 示此單柱液壓機(jī)的動作循環(huán)表，圖 22 則是這種液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)圖，其滑塊的工作情況如圖所示。 換 向 延 時 快 退 停 止進(jìn) 給停 止 圖 21 單柱液壓機(jī)動作循環(huán)圖 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 １３ 1 Y A 2 Y A7 油 箱1 Y B1 4 0葉 片 泵2 5 K N 單 柱 液 壓 機(jī) 液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖6 Y D F 3 E 1 0 B B電 磁 溢 流 閥5 A X F 3 E 1 0 B單 向 順 序 閥3 A Q F 3 E 1 0 B單 向 調(diào) 速 閥4 油 缸2 3 4 D F 3 O E 1 0 B D電 磁 換 向 閥 圖 22 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)圖 進(jìn)油路 液壓泵 1 → 電磁換向閥 2（左位）→ 單向調(diào)速閥 3 → 液壓油缸4上腔 回油路 液壓油缸 4下腔 → 單向順序閥 5 → 電磁換向閥 2（右位）→ 油箱 7 表 23 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的動作循環(huán)表 動作名稱 信號來源 電磁換向閥 2 的工作狀態(tài) 滑塊 工進(jìn) 1YA通電 左位 快退 2YA通電 右位 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算 選系統(tǒng)工作壓力 壓力 的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計 １４ 消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。 公稱力為 2500KN的單柱液壓機(jī)屬小型液壓機(jī)類型，一般情況下，載荷不會太高，參考資料 [2]表 ，初步 確定系統(tǒng)工作壓力為 4MPa。 液壓缸主要參數(shù)的確定 液壓缸設(shè)計中應(yīng)注意的的問題 液壓缸的設(shè)計和使用正確與否，直接影響到它的性能和易否發(fā)生故障。在這方面，經(jīng)常碰到的是液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞下垂以及活塞桿的壓桿失穩(wěn)等問題。所以，在設(shè)計液壓缸時，必須注意如下幾點： 1）盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或受壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。 2）考慮液壓缸行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題。缸內(nèi)如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)的措施。但是并非所有的液壓缸 都要考慮這些問題。 3）正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活塞桿不能用螺紋連接，要用止口連接。液壓缸不能在兩端用鍵或銷定們，只能在一端定位，為的是不致阻礙它在受熱時的膨脹。如沖擊載荷使活塞桿壓縮，定位件須設(shè) 置在活塞桿端，如為拉伸則設(shè)置在缸蓋端。 4) 液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，盡可能做到 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，加工、裝配和維修方便。 液壓缸主要參數(shù)的確定 鑒于液壓系統(tǒng)的最大工作壓力 P1=8Mpa7Mpa 由參考文獻(xiàn) [1]表 52 推薦初定 d= 取 液壓缸 m? = 則此時活塞所受推力 27 77 89025 ?? .F N 由式 11 PFA? （ 21） 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位 論文 １５ 61 10427778??? A = cm2 ?)A(D 14? （ 22） = cm 則 d= D = cm 參考文獻(xiàn) [2]表 及表 得： D =100 mm d =70 mm 由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為： 5784 21 .DA ?? ? cm2 04404 222 .)dD(A ??? ? cm2 液壓缸強(qiáng)度校核 液壓缸的缸筒壁厚 δ 、活塞桿直徑 d 和缸蓋處固定螺栓直徑在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 取：液壓缸材料為 45鋼，無縫鋼管 活塞桿材料 45鋼 壁厚強(qiáng)度校核 根據(jù)參考文獻(xiàn) [2]表 121mm即液壓缸壁厚 δ = 對于本系統(tǒng)： ?D ＜ 10 為厚壁 按壁筒計算： ? ?? ? ???????? ???? 131 402yy..D ?? ??? （ 23） 式中 ， D 為缸筒內(nèi)徑； Py為缸筒試驗壓力 ,當(dāng)缸的額定壓力 Pn ≤ 16Mpa 時， 取 Py= Pn ； ??? 為 缸筒材料的許用應(yīng)力， ? ? nb?? ? ， b? 為材料抗拉強(qiáng)度， n 為 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計 １６ 安全系數(shù)，一般取 n = 5 。 所以 : Py= 4=6 Mpa ?? nb??? （ 24） 式中 600?b? N/mm2 n = 5 則 ? ? 66 101205 10600 ????? n b?? N/m2 得 ? ? ? ?? ? 222131 402 ...D yy ????????? ???? ?? ??? mm ∴ 510.?? mm＞ ??? 故缸體壁厚強(qiáng)度滿足。 液壓缸內(nèi)活塞桿直徑校核 活塞桿的直徑 d 按下式進(jìn)行校核 ? ???Fd 4? （ 25） 式中， F 為活塞桿上的作用力 ； ??? 為活塞桿材料的許用應(yīng)力 , ? ? ?