【導(dǎo)讀】題目名稱200T四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院。時(shí)間2021年6月至2017年1月

　　

【正文】 可知最大負(fù)載 F=350KN。查表23[1]，缸工作壓力為 12Mpa，選取 d/D 為 ，取液壓缸的機(jī)械效率η cm=。液壓缸受力如圖 9所示。 圖 9 液壓機(jī)頂出缸缸受力簡(jiǎn)圖 將參數(shù)代入公式（ 3）， P2 忽略不計(jì)，可求得液壓缸內(nèi)徑 即： D= 66??? ?? Pa Nmm≈198mm 查表 24[1],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取 D=200mm；那么由 d/D=可以求得活塞桿直徑。 即： d==≈138mm 同理查表 25[1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取 d=140mm。 經(jīng)過(guò)計(jì)算液壓機(jī)頂出缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為： D=200mm； d=140mm。 200T 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 20頁(yè) （共 47頁(yè)） 液壓系統(tǒng)流量計(jì)算 ⑴ 主缸所需流量計(jì)算 由設(shè)計(jì)參數(shù)及主缸的尺寸，對(duì)主缸各個(gè)工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知主缸的快進(jìn)速度為 ，工進(jìn)速度為 ，快速回程速度為 ，主缸內(nèi)徑為 320mm，活塞桿直徑為 220mm。 由流量計(jì)算公式： ???Aq （ 4） 快進(jìn)時(shí)： 快進(jìn)快進(jìn) ??? Aq = smsmm /????? ）（? ≈工進(jìn)時(shí)： 工進(jìn)工進(jìn) ??? Aq = smsmm /????? ）（? ≈24L/min 快退時(shí)： 快退快退 ??? Aq = smsmmm /])()[4 3322 ??????（? ≈⑵ 頂出缸所需流量計(jì)算 由設(shè)計(jì)參數(shù)及頂出缸的尺寸，對(duì)頂出缸各工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知頂出缸的頂出速度為 ，快退速度為 ，頂出缸內(nèi)徑為 200mm，活塞桿直徑為 140mm，代入公式（ 4），即： 頂出時(shí)： 頂出頂出 ??? Aq = smsmm /????? ）（? ≈快退時(shí)： 快退快退 ??? Aq = smsmmm /])[4 3322 ?????? （）（? =48L/min ⑶ 液壓泵額定壓力、流量計(jì)算及泵的規(guī)格選擇 ① 泵工作壓力確定 實(shí)際工作過(guò)程中，液壓油在進(jìn)油路中有一定的壓力損失，因此在計(jì)算泵的工作時(shí)必須考慮壓力損失。泵的工作壓力計(jì)算公式為： PPPP ???? 1 （ 5） 式中： 3 200T 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 21頁(yè) （共 47頁(yè)） Pp— 液壓泵最大工作壓力； P1— 執(zhí)行部件的最大工作壓力； P?? — 進(jìn)油路中的壓力損失，對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，取 ～ ，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，取 ～ 。 本液壓機(jī)執(zhí)行部件的最大工作壓力 P1=25Mpa，進(jìn)油路中的壓力損失，取 P??=。代入公式（ 5）可求得泵的工作壓力。 即： M P aPP ??? 通過(guò)計(jì)算，泵的工作壓力 Pp=。該壓力是系統(tǒng)的靜壓力，而系統(tǒng)在各種工礦的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力有時(shí)會(huì)超過(guò)靜壓力。此外，為了延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)必須有一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此在選取泵的額定工作壓力 Pn時(shí)，應(yīng)滿 足 pPPn )~(? ，取 Pp=。 即： Pn = =≈ ② 液壓泵最大流量計(jì)算 通過(guò)對(duì)液壓缸所需流量的計(jì)算，以及各自的運(yùn)動(dòng)循環(huán)原理，泵的最大流量可由公式 (6)計(jì)算得到。 max)( qKq LP ?? (6) 式中： Pq — 液壓泵的最大流量； KL— 液壓系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 KL=～ ，取 KL=； max)( q? — 同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正處于溢流狀態(tài)，還應(yīng)加上溢流閥的最小溢流量。 將參數(shù)代入公式（ 6）中，即： m in/ 4 Lq P ?? ≈289L/min ③ 液壓泵規(guī)格選擇 查表 517[1]，根據(jù)泵的額定壓力，選取液壓泵的型號(hào)為： 250YCY141B。 基本參數(shù)如下： 排量： 250mm/r；額定壓力： 32Mpa； 200T 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 22頁(yè) （共 47頁(yè)） 額定轉(zhuǎn)速： 1000r/min；容積效率： 92%。 ④ 泵的流量驗(yàn)算： 由液壓泵的基本參數(shù)可知泵每分鐘排量 q =160ml/r1000r/min=250L/min，而泵實(shí)際所需的最大流量 pq =289L/min，液壓機(jī) 出現(xiàn)供油不足，快進(jìn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為了滿足液壓機(jī)的正常快進(jìn)，必須在液壓系統(tǒng)中設(shè)置補(bǔ)油油箱。 電動(dòng)機(jī)的選擇 液壓機(jī)的執(zhí)行件有兩個(gè)，即：主缸和頂出缸。主缸和頂出缸各自工況的快進(jìn)、工進(jìn)、回程速度又不盡相同，這樣對(duì)功率的消耗也不同。電動(dòng)機(jī)額定功率的確定必須根據(jù)消耗功率最大的工況來(lái)確定，因此要分別計(jì)算主缸、頂出缸各工況消耗的功率。功率計(jì)算公式如下： P=? pP qP? (7) 式中： P電動(dòng)機(jī)額定功率； Pp液壓泵的工作壓力； Pq 液壓泵的流量； η 液壓泵的總效率，取η =。 ⑴ 主缸各工況功率計(jì)算 ① 快進(jìn)功率 主缸滑塊快進(jìn)時(shí)，在自重作用下速度比較快，而液壓泵此時(shí)的輸出油量不能滿足滑塊的快速下行?？爝M(jìn)時(shí)的負(fù)載很小，只有活塞與缸筒、導(dǎo)柱與滑塊之間的摩擦負(fù)載，這樣泵的出口壓力也很小，消耗的功率不會(huì)很大。 ② 工進(jìn)功率 由主缸負(fù)載循環(huán)圖 2 可及，工進(jìn)時(shí)主缸最大負(fù)載為 2021KN，無(wú)桿腔面積 A=2）（4 m?? ≈ ㎡，進(jìn)油回路壓力損失取 ? P=，則液壓泵的壓力 Pp 由公式（ 8）計(jì)算。 3 200T 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 23頁(yè) （共 47頁(yè)） PAFPP ??? （ 8） 即： PaPam NP P 6526 102 ?????? 將 PaPP ?? 、 Pq =、η = 代入公式（ 7）中，求得工進(jìn)功率為： KWKWLMPP a m i n/ ???? ③ 快退功率 由圖 2可知，快退負(fù)載為 400KN, 22 mmmA ???? ）（）（? ，取進(jìn)油回路壓力損失取 ? P=，代入公式（ 8），求得泵的壓力 P 。 即 ： PaPam NP P 6523 10400 ?????? 將 PaPP ?? 、 Pq =、 η= 代入公式（ 7） 中，求得快退功率即為： KWKWLMPP a m i n/ ???? ⑵ 頂出缸各工況功率計(jì)算 ① 頂出功率 由頂出缸負(fù)載循環(huán)圖 4 可知 ，頂出時(shí)主缸最大負(fù)載為 350KN，無(wú)桿腔面積 A= ）（ m?? ≈ ㎡，進(jìn)油回路壓力損失取 ? P=，那么液壓泵的壓力 Pp可由公式（ 8）計(jì)算。 即： PaPam NP P 6526 ?????? 200T 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 24頁(yè) （共 47頁(yè)） 將 PaPP ?? 、 Pq =、 η= 代入公式（ 7）中，求得工進(jìn)功率即為： KWKWLMPP a m i n/ ???? ② 回程功率 頂出缸 回程時(shí)，負(fù)載只有活塞與缸筒間的摩擦負(fù)載。負(fù)載大小應(yīng)該比頂出時(shí)的負(fù)載要小很多，這樣回程消耗的功率也比頂出時(shí)消耗的功率要小，因此，回程功率計(jì)算從略。 ③ 電動(dòng)機(jī)額定功率及型號(hào)的確定 電動(dòng)機(jī)額定功率的確定，應(yīng)依據(jù)消耗功率最大的工況。比較主缸、頂出缸各工況所需要的功率，主缸工進(jìn)時(shí)的功率最大，為 。 查表 121[2]，選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為： Y180M4。 其它技術(shù)參數(shù)為：額定功率： ；滿載轉(zhuǎn)速： 1470r/min。 液壓元件的選擇 表 5 液壓元件明細(xì)表 序號(hào) 液壓元件名稱 元 件 型 號(hào) 額定流量（ L/min） 1 溢 流 閥 YEF3E25B 120 2 溢 流 閥 YEF3E20B 120 4 電磁換向閥 34F3PE16B 80 5 電磁換向閥 24F3E16B 80 6 溢 流 閥 YEF3E25B 120 8 電磁換向閥 24F3E16B 80 9 電磁換向閥 24F3E16B 80 10 溢 流 閥 YEF3E25B 120 3 200T 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 25頁(yè) （共 47頁(yè)） 11 溢 流 閥 YEF3E20B 120 12 電磁換向閥 34F3OE16B 80 13 電磁換向閥 24F3E16B 80 14 單向閥 AF3Eb20B 100 15 溢 流 閥 YEF3E25B 120 16 電磁換向閥 24F3E16B 80 17 電磁換向閥 24F3E16B 80 18 溢 流 閥 YEF3E25B 120 19 電磁換向閥 24F3E16B 80 20 電磁換向閥 24F3E16B 80 22 充液閥 YAF3Ea20B 150 25 壓力表 KF3E6L 240 26 變量泵 250YCY141B 250 27 過(guò)濾器 WU250X180F 250 液壓系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì) 液壓機(jī)主缸設(shè)計(jì) 通過(guò) 液壓缸基本尺寸的計(jì)算，可及主缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑等參數(shù)。下面對(duì)主缸的其它參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。 ⑴ 主缸缸體材料選擇及技術(shù)要求 液壓缸的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種形式，即：薄壁圓筒和厚壁圓筒。當(dāng)液壓缸的內(nèi)徑D 與壁厚δ的比值滿足 D/δ≥ 10 的圓筒稱為薄壁圓筒。液壓缸的制造材料一般有鍛鋼、鑄鋼（ ZG2 ZG35）、高強(qiáng)度鑄鐵、灰鑄鐵（ HT200、 HT350）、無(wú)縫鋼管（ 45）等。對(duì)于負(fù)載大的機(jī)械設(shè)備缸體材料一般 選用無(wú)縫鋼管制造，主缸缸體材料選用無(wú)縫鋼管 45。 200T 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 26頁(yè) （共 47頁(yè)） 液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為 ～ m；內(nèi)徑配合采用 H8～ H9；內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半；缸體內(nèi)表面母線的直線度 500mm 長(zhǎng)度之內(nèi)不大于；缸體端面對(duì)軸線的垂直度在直徑每 100mm 上不大于 ；如果缸體與端蓋采用螺紋連接，螺紋采用 6H級(jí)精度。 ⑵ 主缸壁厚的確定 壁厚計(jì)算公式如下： ][2?? Dpy? （ 9） 式中： δ — 液壓缸壁厚（ m）； D— 液壓缸內(nèi)徑（ m）； yP — 實(shí)驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（ ～ ）倍； [σ ]— 缸筒材料的許用應(yīng)力。鍛鋼： [σ ]=110～ 120Mpa；鑄鋼： [σ ]=100～ 110Mpa；高強(qiáng)度鑄鐵： [σ ]=60Mpa；灰鑄鐵： [σ ]=25Mpa；無(wú)縫鋼管： [σ ]=100～ 110Mpa。 主缸壁厚δ計(jì)算，將 D=； [σ ]=110Mpa； yP = = 代入公式（ 9）中，即： mMP a mMP a ?? ??? 液壓缸缸體的外徑 D外計(jì)算公式如下： D 外≥ D＋ 2δ (10) 將參數(shù)代入公式（ 10），即： D外≥ ＋ ＝ 外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列后，取主缸缸體外徑 D外＝ 440mm。 ⑶ 主缸缸蓋材料、厚度的確定 缸蓋常用制造材料有 35 鋼、 45 鋼、鑄鋼，做導(dǎo)向作用時(shí)常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。缸蓋材料選用 35鋼，缸蓋厚度計(jì)算公式如下： ][ 2 ?yPDt ? （ 11） 式中： t— 缸蓋的有效厚度 (m)； 3 200T 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 27頁(yè) （共 47頁(yè)） 2D — 缸蓋止口直徑； [σ ]— 缸蓋材料許用應(yīng)力。 即： mMP aMP at ???? 圓整后取缸蓋厚度 t=60mm。 ⑷ 主缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，用 H表示。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度太小，會(huì)因?yàn)殚g隙引起的撓度而使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定工作。一般而言，液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)該滿足如下要求： 220 DLH ?? (12) 導(dǎo)向長(zhǎng)度如圖 10所示 圖 10 主缸導(dǎo)向長(zhǎng)度簡(jiǎn)圖 式中： L— 液壓缸的最大行程； D— 液壓缸的內(nèi)徑。 由表 2 可知主缸的最大行程 H=700mm，液壓缸內(nèi)徑 D=320mm 代入公式（ 12）中，活塞隔套200T 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 28頁(yè) （共 47頁(yè)） 求主缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 即： mmmmmmH 195232020700 ??? ⑸ 主缸活塞材料、技術(shù)要求、外形尺寸及密封方案的確定 活塞制造材料一般選用灰鑄鐵 (HT150、 HT200)、當(dāng)缸體內(nèi)徑較小時(shí)，整體式結(jié)構(gòu)的活塞選用 35 鋼、 45鋼。主缸活塞選用灰鑄鐵 HT200。 活塞制造時(shí)外圓柱表面的粗糙度為 ～ m；外徑圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半；外徑對(duì)內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)不大于外徑公差的一半；端面對(duì)軸線垂直度在直徑 100mm 上不大于 ；外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取 f7～ f9，內(nèi)孔與活塞桿的配合取 H8/f7。 活塞寬