小型液压机课程设计.docx
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小型液压机课程设计
小型液压机课程设计
机电工程学院
《液压与气压传动课程设计》
课题名称:
专用铣床液压系统设计学生姓名:
学号:
专业:
机械设计班级:
10机设2班成绩:
指导教师签字:
2013年6月21日
前言…………………………………………………………………………………1第一章设计任务书……………………………………………………………3
1.1设计目的……………………………………………………………………3
1.2设计题目……………………………………………………………………3
1.3设计要求……………………………………………………………………4第二章工况分析………………………………………………………………5第三章负载图和速度循环图的绘制………………………………………6
3.1负载循环图…………………………………………………………………6
3.2速度循环图…………………………………………………………………6第四章液压系统图……………………………………………………………7
4.1液压系统图分析……………………………………………………………7
4.2液压系统原理图……………………………………………………………8第五章液压缸主要参数确定………………………………………………9
5.1液压缸主要尺寸的确定…………………………………………………9
5.2各工作阶段液压缸所需的流量…………………………………………9第六章液压元件的选择……………………………………………………12
6.1液压泵的选择……………………………………………………………12
6.1.1泵的工作压力的确定………………………………………………12
6.1.2泵的流量确定………………………………………………………12
6.1.3选择液压泵的规格…………………………………………………13
6.1.4与液压泵匹配的电动机选定…………………………………………13
6.2阀类元件及辅助元件……………………………………………………13
6.3油箱的容积计算……………………………………………………………14
6.4确定管道尺寸………………………………………………………………15
6.5液压缸的壁厚和外径的计算………………………………………………15
6.6液压缸工作行程的确定……………………………………………………15
6.7缸盖厚度的确定……………………………………………………………16
6.8最小寻向长度的确定………………………………………………………16
6.9缸体长度的确定……………………………………………………………17第七章液压系统的验算……………………………………………………18
7.1压力损失和调定压力的确定………………………………………………18
7.2系统温升的计算……………………………………………………………20总结…………………………………………………………………………………23参考文献…………………………………………………………………………25
徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书
设计内容计算说明结论
液压传动是以流体作为工作介质对能量进行
传动和控制的一种传动形式。
利用有压的液体经由前
一些机件控制之后来传递运动和动力。
相对于电力言
拖动和机械传动而言，液压传动具有输出力大，重
量轻，惯性小，调速方便以及易于控制等优点，因
而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备
上。
作为现代机械设备实现传动与控制的重要技
术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的
应用。
与其他传动控制技术相比，液压技术具有能
量密度高）配置灵活方便）调速范围大）工作平
稳且快速性好）易于控制并过载保护）易于实现
自动化和机电液一体化整合）系统设计制造和使
用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为
现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的
基本技术要素。
液压压力机是压缩成型和压注成型的主要设
备，适用于可塑性材料的压制工艺。
如冲压、弯曲、
翻边、薄板拉伸等。
也可以从事校正、压装、砂轮
成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的
压制成型。
本文根据小型压力机的用途）特点和要
1
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求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压
系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参
数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进
行系统的结构设计。
小型压力机的液压系统呈长方
形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，
结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。
该机并设有脚踏
开关，可实现半自动工艺动作的循环。
2
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1.1设计目的
液压传动课程设计是本课程的一个综合实践第一章
性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的:
（1）巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计设
计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和计
综合分析问题、解决问题能力;任
（2）正确合理地确定执行机构，选用标准液务
压元件;能熟练地运用液压基本回路、组合成满足书
基本性能要求的液压系统;
（3）熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标
准、设计手册和产品样本等技术资料。
对学生在计
算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术
决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，
以提高这些技能的水平。
1.2设计题目
设计一台小型液压机的液压系统，要求实现快
速空程下行—慢速加压—保压—快速回程—停止
的工作循环。
快速往返速度为,3m/min,加压速V1
度为=40mm/min,压制力为F,200KN，运动部件V2
总重量为G,18KN。
快速行程380mm:
;慢事行程:
20mm，起动时间为0.2s。
3
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1.3设计要求
1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、
经济性、先进性及操作维修方便。
如果可以用简单
的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。
并非是越先进越好。
同样，在安全性、方便性要求
较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好
的元件，不能单独考虑简单、经济;
2.独立完成设计。
设计时可以收集、参考同类
机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。
不
能简单地抄袭;
3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件
的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思
考。
不能直接向老师索取答案。
4
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1（工作负载
工件的压制抗力即为工作负载:
F=200000N第二章w
2（摩擦负载
静摩擦阻力:
F=0.2x18000=3600N工fs动摩擦阻力:
F=0.1X18000=1800N况fd3（惯性负载:
分
F=ma=18000/10×3/（0.02×60）=4500N析m
背压负载:
F=30000N（液压缸参数未定，估算）b
自重:
G=mg=18000N
4（液压缸在各工作阶段的负载值:
其中:
,0.9——液压缸的机械效率，mm
一般取=0.9-0.95,液压系统工作循环各阶段的m
外负载见表2-1
表2-1
推力F/工况负载F组成m
启动F=F+F-G=15600N17333Nbfs
加速F=F+F+F-G=18300N20333Nbfdm
快进F=F+F-G=13800N15333Nbfd
工进F=F+F+F-G=213800N237556Nbfdw
快退F=F+F+G=59800N66444Nbfd
5
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3.1负载循环图
由表2-1可绘制负载循环图如图3-1所示第三章
F（N）237556负
载
图
20333
和1733315333
L（mm）速400度
66444图
的
3.2速度循环图绘
由已知条件可绘制速度循环图如图3-2所示制
V（m/min）3
0.04L（mm）
400
-3
6
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4.1液压系统图分析
1.考虑到液压机工作时所需功率较大，固采用第四章
变量泵的容积调速方式。
2.为了满足速度的有极变化，采用压力补偿变液
量液压泵供油，即在快速下降的时候，液压泵以全压
流量供油。
当转化成慢速加压压制时，泵的流量减系
小，最后流量为0。
统
3.当液压缸反向回程时，泵的流量恢复为全流图
量供油。
液压缸的运动方向采用三位四通M型电磁
换向阀和二位二通电磁换向阀控制。
停机时三位四
通换向阀处于中位，使液压泵卸荷。
4.为了防止压力头在工作过程中因自重而出
现自动下降的现象，在液压缸有杆腔回路上设置一
个单向阀。
5.为了实现快速空程下行和慢速加压，此液压
机液压系统采用差动连接的调速回路。
6.为了使液压缸下降过程中压力头由于自重
使下降速度越来越快，在三位四通换向阀处于左位
时，回油路口应设置一个顺序阀作背压阀使回油路
有压力而不至于使速度失控。
7.为了实现自动控制，在液压缸的活塞杆运动
方向上安装了三个接近开关，使液压系统能够自动
7
徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书切换工作状态。
8.为了使系统工作时压力恒定，在泵的出口设
置一个溢流阀，来调定系统压力。
4.2液压系统原理图
综上分析可得小型液压机液压系统原理如图
4-1所示
图4-1液压机液压系统原理图
1-变量泵2-溢流阀3-油箱4-单向阀5-三位四通电
磁换向阀6-单向顺序阀7-液压缸8-过滤器9-调速阀10-二位二通电磁换向阀
8
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则图中电磁铁的动作顺序如表4-1所示
表4-1电磁铁动作顺序表
1YA2YA3YA
快进,，,
工进,，，
快退，,，
停止,,,
9
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5.1液压缸主要尺寸的确定
（1）工作压力P的确定:
第五章
工作压力P可根据负载大小及机器的类型，来
初步确定由手册查表取液压缸工作压力为25MPa。
液
将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到缸下行压
时，滑块自重采用液压方式平衡，则可计算出液压缸
缸无杆腔的有效面积，取液压缸的机械效率主
=0.9。
要m
（2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d参
由负载图知最大负载F为237556N，取d/D=0.7数
F237556确A,,=0.010516P,25，10，0.9cm
定
4A1D==0.115,
按GB/T2348-1993，取标准值D=110mm
d=0.7D=77mm
由此求得液压缸的实际有效工作面积
22mm则:
无杆腔实际有效面积:
=D,9503A14
222mmD,d有杆腔实际有效面积:
==4847，，A24
5.2各工作阶段液压缸所需的流量
快进:
Q==28.51L/minAV11
工进:
Q==0.38L/minAV12
10
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快退:
Q==14.54L/minAV21
液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算见
表5-1。
表5-1液压缸工作循环各阶段的压力、流量
工作腔压力输入流量工作阶段负载F
MPaL/min
173331.82—启动
快进203332.14—加速
快进153331.6128.51
23755625.000.38工进
23755625.00—保压
启动173333.58—
加速203334.19—快退
恒速6644413.7114.54
根据P,pq可得液压缸在工作循环中各阶段的功
率，其结果如表5-2所示。
表5-2液压缸各工作循环中各阶段的功率
工作阶段功率W
快进765
工进158
快退3322
11
徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书按以上数据可绘制液压缸的工况图如图5-1所示。
图5-1工况图
12
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6.1液压泵的选择
6.1.1泵的工作压力的确定第六章
考虑到正常工作中进油管有一定的压力损失，
所以泵的工作压力为液
P,P，,p,p1压
式中，Pp,液压泵最大工作压力;元
P,执行元件最大工作压力;1件
进油管路中的压力损失，简单系统,p的,
可取0.2~~0.5Mpa。
故可取压力损选
失,p=0.5Mpa择,
由液压缸的工况图（图5-1），可以看出液压
缸的最高工作压力出现在加压压制阶段时P,1
25.00MPa，25+0.5=25.5MP
上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑
到系统在各种工况的过度阶段出现的
动态压力往往超出静态压力，另外考虑到一定的
压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的压力
值Pa应为Pa,1.25Pb-1.6Pb
因此Pa=1.25Pp=1.2525.5=31.875MPa，
6.1.2泵的流量确定
液压泵的最大流量应为:
QpK（?
Q）max
13
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式中,K为系统泄漏系数，一般取K=1.1-1.3，
大流量取小值;小流量取大值。
此处取油液的泄露
系数K=1.2
，故Qp=K（?
Q）max=1.228.51=34.21L/min
6.1.3选择液压泵的规格
根据以上计算的Pa和Qp查阅相关手册，选用
40YCY14—1B压力补偿变量型轴向柱塞泵，其额定
压力P=32MPa，排量为V=40mL/r,当转速为
1000r/min。
6.1.4与液压泵匹配的电动机选定
由于液压缸在工进时输入功率最大，这时液压
缸的工作压力为25.50MPa，流量为0.38L/min,
取泵的总效率=0.85，则液压泵的驱动电机所要,
P，qP,的功率=190W。
根据此数据按JB/T8680.1-1998，选取
Y2-711-4型电动机，其额定功率P=250W，额定转
速n=1000r/min,按所选电动机的转速和液压泵的
排量，液压泵最大理论流量nV=40L/min，大q,t
于计算所需的流量34.21L/min，满足使用要求。
6.2阀类元件及辅助元件
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根据所拟定的液压系统图，按照阀类元件及辅助
元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最
大实际流量可选出这些液压元件的型号及规格，结
果见表6-1。
表6-1液压元件的型号及规格
序元件额定压排量型号及说明号名称力/MPaml/r规格
额定转速100040YCY14140r/min驱动电动机变量泵32
—1B功率为250W调压25212通径20mm溢流阀C175
三位四
360通径20mm通换向28WEH10G
阀
最大工作4顺序阀60HCT06L1qL,160/min压力max32MPa（单向行程调速阀）FBG-3-560调速阀28125-10
最大开启通径20mm6S20A220单向阀1000.15MPa
二位二
760通径20mm通换向2WE10D1028
阀
6.3油箱的容积计算
V,,q油箱的容量V（单位为L）计算按式:
，p
,7由于液压机是高压系统，。
所以油箱的容量:
15
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=239.40L，取V,250LV,7，34.21
6.4确定管道尺寸
油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而
定，也可接管路允许流速进行计算。
本系统主要路流量为
差动时流量Q=57.02L,min，压油管的允许流速取V=3m/s
1/2则内径d为d=4.6（57.02/3）=20.05mm。
吸油管同样可按上式计算，现参照40YCY14—1B压
力补偿变量型轴向柱塞泵吸油口连接尺寸，取吸油管
内径d为20mm
6.5液压缸的壁厚和外径的计算
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算
液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度，从
材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因
壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒，起重运
输机械和工程机械的液压缸一般用无缝钢管材料，大多属
于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算
ζ?
PD/（2[σ]）=31.875×110/（2×100）=21.00mm
（[σ]=100~110MP）
故取ζ=25mm
液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径D1为
D1?
D+2ζ=110+2×25=160mm
6.6液压缸工作行程的确定
液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工
作烦人最大行程来确定，查表的系列尺寸选取标准
16
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值L=400mm。
6.7缸盖厚度的确定
一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强
度要求可用下面两个公式进行近似计算
1/2无孔时:
t?
0.433D（P,[σ]）=0.433x110x
1/2（31.875/100）=26.89mm
1/2有孔时:
t?
0.433D（PD,[σ]（D,d）}2220
式中，t----------缸盖有效厚度
D---------缸盖止口内直径
D----------缸盖孔的直径2
6.8最小寻向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸
盖滑动支撑面中点的距离H称为最小导向长度。
最
小导向长度过小，将使液压缸的初试挠度增大，影
响液压缸的稳定性，因此，设计时必须保证有一定
的最小导向长度。
对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下
要求:
H>=L/20+D/2=400/20+110/2=75mm，取
H=80mm
17
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6.9缸体长度的确定
液压缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞
的宽度之和，缸体外形长度还要考虑到两端端盖的
厚度，一般的液压缸的缸体长度不应大于内径地
20~30倍
18
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7.1压力损失和调定压力的确定
1.进油管中的压力损失第七章
由上述计算可知，工进时油液流动速度较小，
通过的流量为0.38L/min,主要压力损失为阀件两液
端的压降，可以忽略不计。
快进时液压杆的速度压
=3m/min，有6.4节可知吸油管内径d=20mm，此V系1
时油液在进油管的速度:
统
3q28.51，10的,V==1.51m/s2,6A0.25,，20，10，60验
1）沿程压力损失:
算
沿程压力损失首先要判断管中的流动状态，此
系统采用N32号液压油，室温为20度时油液的运
42动粘度，所以管道流动雷诺数:
,，1.010/ms
3vd1.51，20，10R,,=302<2320e,4,1.0，10
可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数:
80,=0.26,Re
若取进油和回油的管路长均为4m，油液的密度为
3,=900，则进油路上的沿程压力损失为:
Kg/m
2249001.51l,v，=0.0534MPa.0.26,P,，，,，，,,322d2010，
2）局部压力损失:
局部压力损失包括管道安装和管接头的压力
19
徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书损失和通过液压阀的局部压力损失，由于管道安装
和管接头的压力损失一般取沿程压力损失的10%，
而通过液压阀的局部压力损失则与通过阀的流量
大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失分别为
q和?
p，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损rr
q2失，由,,,，（）算得pp,rqr
228.51,,,p,0.5，=0.113MPa，小于原估算值,,60,,
0.5MPa，所以是安全的。
则进油路上的压力总损失为:
P,0.0534+0.00534+0.113,0.17174MPa,1
2.回油管路上的压力损失:
qA12快进时回油路上的流量q,,2A1
14.54L/min，则回油管路中的速度:
3q14.54，10,v==0.77m/s，2,6A0.25,，20，10，60
由此可以计算出管道流动雷诺数:
30.77，20，10vd,,R=154<2320，e,4,1.0，10
油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数:
80,,,0.519Re
所以回油路上的沿程压力损失为:
20
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2249000.77l,v，,0.0277MPa。
0.519,P,，，,，，,,3222010d，
而通过液压阀的局部压力损失:
228.51,,,P,0.5，,0.113MPa,,60,,
则回油路上的压力总损失为:
P,0.0277+0.00277+0.113=0.14347MPa,2
由上面的计算所得求出总的压力损失:
A2,P,,P，,P=0.246MPa,,,12A1
这与估算值相符。
7.2系统温升的计算
在整个工作循环中，工进和快进快退所占的时
间相差不大，所以，系统的发热和油液温升可用一
个循环的情况来计算。
（1）快进时液压系统的发热量
快进时液压缸的有效功率为:
767F,Fvo
泵的输出功率为:
6,3pq1.61，10，28.51，10,P==900Wi,0.85，60
因此快进液压系统的发热量为:
=133WH,P,Piio
（2）工进时液压缸的发热量
工进时液压缸的有效功率为:
=158WF,Fvo
21
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泵的输出功率为:
6,3pq25.00，10，0.38，10,P==186Wi,0.85，60
因此工进时液压系统的发热量为:
=28WH,P,Piio
（3）快退时液压缸的发热量
快退时液压缸的有效功率为:
=3322WF,Fvo
泵的输出功率:
6,3pq17.31，10，14.54，10,P==4935Wi,0.85，60
因此快退时液压系统的发热量为:
=1613WH,P,Piio
综上，油液总的发热量为:
H=133+28+1613=1774W
（4）系
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