5000KN单臂液压机的液压系统设计

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The hydraulic press is based on the Pascal’s law and designed for producing heavy press. The hydraulic drive system is an important part in the hydraulic press system. And it is the fateful element for the techniques of hydraulic press system. When closely combing with microelectronics and computer technology, it is able to deliver as far as possible big power and precise control within as little space as possible, especially in recent years it is a new thing. This paper is designed for 5000 KN single arm hydraulic press hydraulic transmission system, 500t single arm correction hydraulic press hydraulic system adopts cartridge valve integrated system installation with the advantages to reliable, long service life, small hydraulic impact, reducing the connection pipe and the leak point. The Independent electric control system, has the advantages of the work reliable, intuitive, easy maintenance. With the using of centralized control buttons, alignment (or points) and single (semi-automatic) ,two kinds of operating mode, greatly improve the traditional hydraulic control with lack of automation, poor maneuverability and security flaws. It is suitable for shaft parts, profile correction and sleeve parts, bending, stamping of sheet parts installation, set of form, the simple components of the tensile plastic products, machine tools, internal combustion engines, textile manufacturing machinery, shaft, bearing, washing machine, automobile motor, air conditioner motor, electrical appliance assembly line, military industrial enterprises, joint ventures, etc. This design mainly includes the system preliminary design is in such a case that the estimated parameters is determined and the loop forms of some circumstances, hydraulic components and connecting lines are fully determined. The design of the system has the performance analysis and performance checking to deal with the actual situation. I determine hydraulic components (secondary element), and hydraulic pump stations and tank. The article also comes with the installation instructions of hydraulic components and technical requirements of hydraulic press and hydraulic press driven by demand. Key words: Single arm hydraulic press；Hydraulic system; Hydraulic components IV 目 录 Abstract IV 目 录 V 1绪论 1 1.1 液压机的介绍 1 1.1.1液压机的工作原理 1 1.1.2液压机的分类 1 1.2液压形成的技术优点 2 1.3液压传动系统的简介及发展趋势 2 1.3.1 液压传动的概念及其优缺点 2 1.3.2 液压系统的组成 3 1.3.3液压系统的维护 3 1.4本课题的研究内容和意义 4 1.5国内外的发展概况 4 1.6本课题应达到的要求 5 2 5000KN液压系统参数及略见图 6 2.1 表2-1各型号单臂液压机参数（500T） 6 2.2 5000kN单臂液压机（略见图纸） 7 3 单臂液压机液压系统设计 8 3.1 液压系统零部件的参数计算与选择 8 3.1.1 电机的选用 8 3.1.2 液压缸的载荷组成与计算 8 3.2液压元件的选用 13 3.2.1液压阀的选定 14 3.2.2单向阀的选择 15 3.2.3溢流阀的选择 16 3.2.4电液换向阀的选择 16 3.2.5 电磁换向阀的选择 17 3.2.6顺序阀的选定 17 3.3过滤器的选定 18 3.3.1回油过滤器的选择 18 3.3.2空气过滤器的选择 19 3.4压力表及压力表辅件的选择 19 3.4.1压力表的选定 19 3.4.2压力表开关的选定 20 3.5液位仪表的选定 20 3.6管件的选定 21 3.6.1管路尺寸参数的确定 21 3.6.2管接头的确定 21 3.7油箱的设计确定 22 3.7.1初选油箱容积 22 3.7.2油箱的结构设计 22 3.8 液压泵站的选用 24 4 液压元件的安装说明和驱动要求 26 4.1 液压元件的安装说明 26 4.2 液压机的安全使用及液压驱动要求 26 4.2.1安全防护 26 4.2.2装配质量 26 4.3 液压驱动要求 27 5 结论与展望 28 5.1 结论 28 5.2不足之处与展望 28 致 谢 30 参考文献 31 V v 5000KN单臂液压机的液压系统设计 1绪论 1.1 液压机的介绍 1.1.1液压机的工作原理 液压机是利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械。按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。油压机是一种专用液压油和乳化油做为工作介质，用液压泵作为动力源件，靠液压泵的压力使液压油通过液压管道进入活塞和油缸，然后油缸和活塞有几组互相配合的密封件，不同位置的密封件是不同的，但都起到密封的作用，使液压油不能泄露。最后通过各种阀改变液压油方向并在油箱循环使油缸和活塞循环做功从而完成一定机械动作的机械。[1] 1.1.2液压机的分类 按用途主要分为金属成型、折弯、拉伸、冲裁、粉末（金属，非金属)成型、压装、挤压等。 按结构形式主要分为：四柱式、单柱式（C型)、卧式、立式框架等。 与传统的冲压工艺相比，液压成形工艺在减轻重量、减少零件数量和模具数量、提高刚度与强度、降低生产成本等方面具有明显的技术和经济优势，在工业领域尤其是汽车工业中得到了越来越多的应用。 在控制方面主要有电控，机控与手控三大类。电控液压设备通过电磁铁操纵有关的换向阀，实现其控制的目的，这是主要的液压设备。对于它多采用标准液压元件，所以拆卸比较方便，设备储存液方便的，这对于故障分析是很有利的。 机控液压机的设备信息取决于机构的运动。例如在车床与刨床的液压系统就是通过行程限位控制运动方向，对于它工作压力及传动功率偏低，运行环境适中，磨损速度相对是比较慢。 手控液压机设备的信息是取决于操作者，手控液压设备运行环境比较差，元件磨损速度快。 1.2液压形成的技术优点 在汽车工业及航天、航空等领域，缩短工艺时间节约资源是人们长期追求的目标，也是先进制造技术发展的趋势之一。液压成形（hydroforming)就是为实现速度快和量化的一种先进制造技术。与传统的冲压工艺相比，液压成形工艺在重量、数量和成本有很大的优势，它不仅提高工件的刚度与强度、大大降低生产中成本等方面所具有明显的经济优势，在工业领域尤其是汽车工业中（主要是汽车的外壳的冲压）得到了越来越多的实用价值。液压成形技术广泛的应用汽车、航空、航天和管道等行业，主要适用于：沿构件轴线变化的圆形、矩形或异型截面空心结构件，如汽车的排气系统异型管件；非圆截面空心框架，如发动机托架、仪表盘支架、车身框架；空心轴类件和复杂管件等。 液压成形工艺的适用材料包括碳钢、不锈钢、铝合金、铜合金及镍合金等，原则上适用于冷成形的材料均适用于液压成形工艺。与冲压工艺相比，液压成形技术和工艺有以下主要优点[2]： 1.减轻质量，节约材料。对于汽车发动机托架、散热器支架等典型零件，液压成形件比冲压件减轻15%～45%；对于空心阶梯轴类零件，可以减轻30%～45%的重量。 2.减少零件和模具数量，降低模具费用。液压成形件通常需要1套模具，而冲压件大多需要多套模具。液压成形的发动机托架零件由6个减少到1个，散热器支架零件由17个减少到7个，大大减少了资源。 3.可减少后续机械加工和组装的焊接量。 4.降低生产成本。根据对已应用液压成形零件的统计分析，液压成形件的生产成本比冲压件平均降低16%～21%,模具费用降低28%～38%。 5.提高强度与刚度，尤其是疲劳强度，如液压成形的散热器支架，其刚度在垂直方向可提高40%，水平方向可提高47%。 液压机技术特点： （1）本系列液压机适合于可塑性材料的压制工艺，如冲压、弯曲、拉伸等。 （2）也可以从事校正、压装、塑料制品及粉末制品的压制成型。 1.3液压传动系统的简介及发展趋势 1.3.1 液压传动的概念及其优缺点 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和控制的传动方式之一。气压传动和液压传动统称为流体传动，它根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理，发展起来的一门新兴技术，是工、农业生产中广泛使用的一门新技术。当今世界，流体传动技术水平的高低能够衡量一个国家工业发展水平的重要标准。 1、液压传动的优点：[3] (1)体积较小、重量较轻，结构比较紧凑。液压马达的体积和质量只有同等功率电动机的百分之12左右，所以惯性力比较小，如果突然过载或停车时，也不会发生太大的冲击； (2)它在大范围内自动的平稳调节速度大小，无级调速可容易实现，且调速范围最大可达1：2000(一般为1：100)，它还可在运行过程中进行调速； (3)换向容易，当电机旋转方向不改变的情况下，可以比较方便地实现直线往复运动的转换和工作机械旋转； (4) 液压马达和液压泵之间需用油管连接，在空间上应不受严格限制，需减少成本； (5)当采用油液为工作介质的情况下，相对运动表面之间，元件润滑效果佳，磨损较小，使用寿命比较长； (6)自动化程度较高，操纵控制简便，能够方便实现了远程控制和自动化； (7)液压装置很容易实现过载保护； (8)液压元件实现了通用化、系列化、标准化、便于设计、制造和使用都比较方便。 2、液压传动的缺点： 　　(1)液压传动对维护和修理的要求高，工作油无污染，必须要保持清洁，； 　　(2)为了减少泄露，液压元件制造成本和精度要求高，工艺复杂，成本高，油液的污染比较敏感； 　　(3)液压元件不易找出原因，维修较困难； 　　(4)液压传动中油温变化比较敏感，直接影响传动的工作稳定性，所以液压传动不宜在变化范围大的温度下工作（工作温度一般在-15℃~60℃范围内）； （5）液压传动在能量转化的过程中，尤其是在调速系统中，其压力大，流量大（摩擦损失、泄露损失），导致系统效率较低。 总的来说，液压传动的优点是突出的，它的缺点可以通过技术进步不断克服或改善。 1.3.2 液压系统的组成 液压系统主要由：动力装置（液压泵)、执行装置（油缸或液压马达)、控制装置（各种阀)、辅助装置和工作介质等五部分组成： 1、动力装置（液压泵) ：它的作用是利用液体把原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。 2、执行装置（油缸、液压马达) 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 3、控制装置 ：包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是对系统中油液压力和流量或者流动的方向进行控制或者调节的装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。 4、辅助装置 ：除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、过滤器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、、卡套式等)、液位仪、高压球阀、管夹、测压接头及油箱等，它们对保证系统的正常工作起到了重要的作用。 5、工作介质 ：工作介质是指各种液压传动中传递能量的液压油，它经过液压泵和电动机实现了能量转换，在受调节的状态下进行的工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。 1.3.3液压系统的维护 一个液压系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的的优劣，优质的液压系统是针对无故障使用寿命长而设计的，它需要很少的维护。但是，这些少量的维护对于主机来讲是非常重要的，可以使得设备的运行受控，避免很多故障；实践证明，液压系统的故障大多数的失效和损坏事由于液压油的污染维护不足和液压油的选用不当造成的，所以，每年对系统元件的维护和保养是必要的。可以保证每年设备出厂和进厂的时候，其完好是受控的。 油液污染对系统的危害主要如下： 1）.元件的污染磨损 油液中各种形式污染物引起元件的各种磨损，固体小颗粒进入运动机构间隙中，对零件表面产生疲劳磨损或是切削磨损。液流中的固体小颗粒高速运动对元件的表面冲击引起摩擦磨损。在油液中，水和油液氧化变质的生成物会对元件产生腐蚀作用。除此之外，系统的油箱中的空气能够引起气体腐蚀，导致元件表面和内部的破坏。 2).元件堵塞与卡紧故障 固体小颗粒堵塞各种阀的间隙和小孔，导致阀芯阻塞和卡紧，影响工作性能的稳定性，甚至导致严重的安全事故。 3).加速油液性能的氧化 水和空气会在油液中会使油液氧化产生残留物和废物，油液中的金属颗粒在油液的氧化会加速，此外，油液中的水和悬浮在油液里的气泡降低了运动机构间油膜的粘度，使润滑性能降低。 系统的维护： 一个系统在正式投入之前一般都要经过冲洗，冲洗的目的就是要清除残留在系统内的污染物、金属屑、纤维化合物、铁芯等，在最初两小时工作中，即使没有完全损坏系统，也会引起一系列故障。所以应该按下列步骤来清洗系统油路： 1)严格清洗元件和系统部件； 2)防止污染物从外界侵入； 3)采用高性能的过滤器； 4)保持系统所有部位良好的密封性； 5)控制液压液的温度。 6)定期检查和更换液压液并形成制度。 1.4本课题的研究内容和意义 液压机设计是集液压机总体结构设计、挤压结构设计及计算，绘制主要零部件图机架结构设计及计算，绘制液压机装配图液压机液压系统设计，绘制液压系统原理图液压机控制系统设计，编写,绘制非标准件油箱等过程的全面系统设计。通过对本课题进行设计，进一步理解和掌握液压系统、液压机、机械加工工艺等的理论知识，了解先进液压技术、工艺技术，提高液压系统分析能力、结构设计能力，加强分析和解决现场机械和结构设计问题的能力，为以后工作时的产品开发、技术改进打下坚实基础，并在实际的生产中灵活处理质量、生产率和成本之间的关系，获得良好的经济效益。 1.5国内外的发展概况 随着科学技术发展取得了很大成就，液压机的诞生给很多企业带来了不少利益，更加随着广泛的使用，其生产技术的发展也是日渐成熟。不过对于国外的生产技术来说，我国不管是在生产的工艺上，还是在售后安装维护的方面，都是相对来说有点欠缺，但是和以前的相比，对其液压机的制作工艺也是慢慢有所提高，并且不管是在制作液压机的哪一个环节上，对其液压机的制作都是日渐成熟，其质量也是有所提高。尤其是在制作液压机的时候，在其油路环节上，不管是国内，还是国外，对其液压机的设计，都是封闭式设计。还有对于液压机的液压系统，不管是采用复合原件，还是别种样式，在制作液压机的时候，得到了广泛的应用。不过现如今国外最为普遍的使用封闭式，据行业人士介绍，因为这中方法不但具有能够预防泄油现象，还避免对液压机带来更多的污染。不过据研究液压机的专家说，因为这种设计，是完全可以延长液压机的使用寿命，因为这种设计不但可以预防漏油，所带来的存储环境污染，还有可以使其空气进行对其隔离，避免有化学物质的对其具有腐蚀作用。不过在我国的制作液压机各个厂家中，这种模式比较少见。不过随着经济发展加快，对其液压机的使用越是广泛，为了能够提高其性能，液压机的设计成为了至关重要的关键之处。 1.6本课题应达到的要求 设计的液压传动系统，具备以下特点： 1.性能可靠 该装置需满足液压机工艺的需要。保证系统的正常运行，减少生产事故的发生。 2.成本经济 保证系统性能可靠的同时，选用较为经济的液压元件，降低成本，提高效益。同时设备使用时应节能。 3. 体积小，安装维修方便，安全 该装置体积紧凑，辅助设备少，整个系统占地面积小，新建或改建作业线均可使用。该装置安装调试容易，维护检修方便，分析处理故障迅速。操作方便、安全，实现了自动化控制。 今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断的提高和改进元件和系统的性能，以满足日夜变化的市场需求。液压技术的持续发展体现在微型化、集成化、模块化、智能化和多元化。 液压技术实现高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高级度成化、微型化、智能化等各方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算辅助设计、计算机仿真和优化以及计算机控制等开发性研究方面，更日益显示出显著的成绩。 2 5000KN液压系统参数及略见图 2.1 表2-1各型号单臂液压机参数（500T） 表2-1液压系统参数 型号 单位 45T 63T 100T 160T 200T 315T 400T 500T 630T 公称力 KN 400 630 1000 1600 2000 3150 4000 5000 6300 顶出力 KN 63 100 200 250 400 630 630 1000 1250 液体最大工作压力 MPa 25 25 26.5 26 25 25 25 26 26 滑块行程 mm 400 500 500 500 700 800 800 900 900 最大开口高度 mm 600 700 900 900 1120 1250 1400 1500 1500 工作台尺寸 前后 mm 400 500 580 800 900 1200 1200 1400 1600 左右 mm 400 500 710 800 900 1200 1260 1400 1600 顶出行程 mm 120 160 200 200 250 300 300 300 400 滑块速度 空程下行 mm/s 40 76 100 100 100 100 100 100 >100 工作 mm/s 10 10 8-15 8-15 8-15 8-15 8-15 10 12 回程 mm/s 60 60 60 60 70 70 70 80 65 机床外形尺寸 左右 mm 1000 110 1200 1600 2120 2220 2220 2420 2520 前后 mm 500 650 380 400 500 500 650 680 700 地面上高度 mm 2406 243 3300 3350 3690 3900 4050 5348 电机功率 KW 5.5 5.5 7.5 15 18.5 22 22 37 总重量 T 1.95 2.5 4 7 12 15 20 30 2.2 5000kN单臂液压机（略见图纸） 图2.2 5000KN单臂液压机装配图 3 单臂液压机液压系统设计 3.1 液压系统零部件的参数计算与选择 3.1.1 电机的选用[4] 工作压力一般为25mpa 功P=q.p (3.1) = A×v(速度)×p(工作压力) =（500×1000÷250)×6.79×10-3m/s×25mpa = 13.58×10-2㎡/s 电机功率=功率×效率η（取90%） 式中 q————实际流量 p————工作压力 A————活塞面积 根据电机功率选用电动机: 表3-1 Y250M-6电动机参数 电机型号 额定功率（kw） 额定转速nN（rpm） 额定电流IN（A） 效率η(%) 功率因数(cos) 转动惯量(㎏㎡) 净重(㎏) Y250M-6 37 980 74 90.8% 0.86 0.834 408 图3.1 Y250M-6电动机 3.1.2 液压缸的载荷组成与计算 3.1.2.1 液压缸的主要结构尺寸 液压机的液压系统执行元件为---液压缸，系统工作压力的选用20～32mpa； 假设运动部件所受的重力为5000kN ，静压导轨，材料为铸铁，摩擦系数为0.004； 图3.2 液压缸简图 工作载荷F并非每阶段都存在，在该阶段没有工作，则： F=0 导轨摩擦载荷：F=0.004×5000×10=20KN 惯性载荷：F =G/g×△v/△t (3.2) =5000×103/10×(△v/△t=0.6～1.4) =500 KN×(△v/△t=0.6～1.4) =(300～700)KN 式中 g——重力加速度：10； △v————速度变化量()； △t————启动或制动时间（）。一般机械=0.2～0.4s，对轻载低速运动部件区小值，对重载高速部件取大值，△v/△t=0.6～1.4。 以上三种载荷之和称为液压缸外载荷F,即： 起动加速度时：F =F+F+F=(300～700)KN 稳态运动时： F = F+F=20KN 查表得： 表3-2 液压缸部分参数 液压缸的公称压力 40MPa 液压缸内径D 80mm 活塞杆的直径d 35～100mm 活塞行程 520mm 通过计算各执行流程所需最大流量得知系统最大流量，从而帮助选择液压元件 ,当活塞杆伸出时Q1： Q1=π/4ηνD2×103 (3.3) =3.14/4×0.95×6.79×10-3×0.062×103 =20.20×10-3L/min 当活塞杆缩回时Q2： Q2=π/4ην(D2-d2) ×103 (3.4) =3.14/4×0.95×（0.062-0.042）×6.8×10-3×103 =10.15×10-2L/min 当活塞杆差动伸出时Q： Q=π/4ηνD2×103 (3.5) =3.14/4×0.95×0.042×6..8×10-3×103 =8.11×10-3L/min 查表按速比、工作压力选取1/ 2： 表3-3 工作压力 工作压力/ MPa 5.0 5.0～7.0 7.0 d/D 0.5～0.55 0.62～0.70 0.7 表3-6 速比表 1/ 2 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：1：无杆腔进油时活塞运动速度 2：有杆腔进油时活塞运动速度 差表得：1/ 2=2.0 3.1.2.2 液压缸的主要部件设计 1. 液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸和柱塞缸，本次采取柱塞缸； 2. 缸筒内径D配合方式为H7或H8级，表面粗糙度一般为0.16～0.32μm，用材料S45C，D型系列，额定压力40mpa，内径80mm，外径95mm； 3. 热处理：调质+回火处理，布氏硬度（HB）在241～285； 4. 对于缸筒的形位公差如下： 1）内径D的圆度，锥度，圆柱度不大于内径公差之半； 2）缸筒直线度公差在500mm长度上不大于0.03mm；缸筒端面T对内径的垂直在直径100mm上不大于0.04mm； 3）当缸筒为尾部和中部耳轴型时：孔d1的轴线对缸径D的偏移不大于0.03mm； 4)孔d1的轴线对缸径D的垂直度在100mm长度上不大于0.1mm； 5)轴径d2的轴线对缸径D的垂直度不大于0.1mm； 6)轴径d2对缸径D的垂直度在100mm长度上不大0.1mm； 7)活塞密封材料POM； 根据设计要求：活塞杆直径查表得：d=55mm。 综合以上得液压缸型号：Y-HG1-G80/55×500FJ-HL1OT1 液压油选用：抗耐磨液压油 3.1.2.3 液压马达载荷力矩的计算 1. 液压马达是液压能转换为机械能元件，分为高速小转矩和低速小转矩。 2. 估算后查表得：柱塞式液压马达驱动功率为20kw； 3. 液压马达载荷力矩： T=Pc/2πn (3.6) =20×103/2×3.14×1 =3140Nm 4. 液压马达载荷转矩： T= T /ηm (3.7) =3140÷0.95 =3305Nm 5. 液压马达的排量： q=2πT /Pηm (3.8) =2×3.14×3140/100×110×0.95 =0.00021 M3/S 综上所述：柱塞马达选用 JMD-40： 转速 压力 额定转矩 额定功率 最大功率 机械效率 偏心距 重量 10～400r/min 16 ~22 470n.m 19.2kw 26.4 ≥91.5% 16 44.5 表3-4 柱塞马达 JMD-40参数[5] 图3.3 柱塞马达 JMD-40 3.1.2.4 液压泵的选择[6] 1. 压泵最大工作压力P： P≥P+∑△ (3.9) ≥100MP+2.0MP =102.0MP 2. 液压泵的流量Q： Q ≥k（∑Qmax）m3/S (3.10) ≥1.3×20.20×10-2㎡/s =26.26×10-3 m3/S 3.查表得选用柱塞泵A2F型： 表3-5 柱塞泵A2F型参数 排量 压力 转速 9.4~500mm/r 110Mpa 1500r/min 4.变量泵选用 A2F55： 表3-6 变量泵A2F55参数 压力 转速 额定转矩 恒功率压力范围 转动惯量 驱动功率 总效率 重量 16~40 Mpa 1450r/min 305N.m 80～110Mpa 0.0052 46Km ≥90 23kg 图3.4 变量泵A2F55 5.活塞结构形式：O型圈密封； 6.活塞与活塞杆的连接：轴套型同轴密封； 7.液压泵的噪声： 液压泵的噪声在液压系统的噪声中占了很大比重，减小液压泵的噪声是液压系统降噪吃力的重要组成部分，因此，应了解液压泵产生噪声的原因，以便采取相应的措施来降低泵的噪音。 泵产生原因： 1）泵的流量脉动引起压力脉动，这是造成泵振动和噪声的动力源。 2）气穴现象。 3）管道和支架等机械连接部分因谐振而产生的噪声。 4）液压泵在其工作工程中，但吸油容积突然和压油腔接通，或压油容积突然和吸油腔接通时，会产生流量和压力的突然产生噪声。 5）泵内流道具有突然扩大或收缩，急拐弯，通道面积过小等而导致油液湍流，漩涡而产生噪声。 6）泵转动部分不平衡，轴承振动等引起的噪声。 降低噪声的措施： 1）吸收泵的流量和压力脉动 2）消除泵内液压急剧变化 3）装在油箱上的电动机和泵使用橡胶垫减振 4）压油管的某一段采用橡胶软管，对泵和管路的连接进行隔震 5）防止气穴现象和油中掺混空气现象。 3.2液压元件的选用：[7] 表3-9 工况分析表 图3.5 液压原理图 图3.5 液压原理图 表3-7 工作分析表 调整 空运转 滑块向上 ＋ ＋ ＋ 上限位 滑块向下 ＋ ＋ ＋ ＋ 下限位 单次 空运装 滑块快降 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 变速限位 滑块慢降 ＋ ＋ ＋ ＋ 下限位 保压 ＋ 压力表 卸压 ＋ ＋ 延时 回程 ＋ ＋ ＋ 上限位 系统中使用的液压元件有： (1)充液阀：工作缸活塞快速下行时，用以向工作缸上腔大量充液。在保压期间，充液阀经受极高的压力，防止工作缸内油液向流向油箱。在工作缸活塞回程时，工作缸上腔的油液通过充液阀向充液油箱大量排油。 (2)液控单向阀：工作缸进行保压压制时，防止液压缸上腔油液通过换向阀间隙泄露。 (3)液控单向阀：支撑工作缸活塞等运动部件的重量，防止因自重而下滑。在快速压下阶段，由液压油打开，排除活塞下部的油液。 (4)溢流阀：用以防工作缸活塞下行时，万一液控单向阀失灵打不开时，起到安全保护作用。 (5)溢流阀：用以调定系统压力，保护液压泵不因压力过高而损坏。 (6)电液换向阀：控制工作缸活塞动作，中位机能使液压泵卸荷。 (7)液压泵：为系统提供压力油液。 (8)滤油器：将机械杂质从油中分离出来，使系统中的油液经常保持清洁。 (9)电磁换向阀：起控制充液阀的作用，使充液阀在活塞快速下压和回程时处于打开状态。 (10)电磁换向阀：控制液控单向阀的作用，使单向阀能够在活塞快速压下时处于打开的状态。 (11)油箱。 3.2.1液压阀的选定 液压阀是来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的，因此它可以分为方向阀，压力阀和流动阀三大类。一个形状相同的阀，可以因为作用机制的不同，而具有不同的功能。压力阀和流动阀利用通流截面的节流作用控制着系统的压力和流量，而方向阀则利用流道的更换控制着油液的流动方向。这就是说，尽管液压阀存在着各种各样不同的类型，它们之间还有保持着一些共同特点。 各种液压控制阀的规格型号，可以根据系统的最高工作压力和通过阀的实际流量为依据，并考虑阀的控制特性，稳定性及油口尺寸、外形尺寸与重量、安装连接方式、操纵方式、适应性和维修方便性、货源及产品历史等，从相关手册和产品样本中选取。 3.2.2单向阀的选择 液压系统中常用的单向阀有普通阀和液控单向阀两种。 单向阀的功能是只允许油液向一个方向流动，而不允许反向流动。因此，在性能上应满足以下各项要求： a) 保证油液正向流动时阻力小，在某些情况下起保压作用。 b）油液不能反向通过，对液压缸进行封锁。 c) 工作时无冲击或噪音。 （1）充液阀的选定： 充液阀是液压机中常用的一种阀，它的作用是在工作缸的工作柱塞快速空程下行时，迅速以大量低压工作液体充填工作缸的上腔，以防止缸的上腔吸空，而在工作柱塞快速回程上行时，迅速将工作缸上腔的工作液体排回油箱。 在本系统中，活塞快速下行时的流量为1015L/min。依据流量，以及工作压力选择充液阀型号为 PF125具体参数见表3-8： 表3-8 PF125 充液阀参数[8] 型号 通径/mm 压力/Mpa 流量/L/min 开启压力/Mpa 控制压力/Mpa PF125 56 25 1600 0.012 >=1.2 图3.6 PF125充液阀 (2)液控单向阀的选定 液控单向阀的主要作用为保压，在保压过程中承受压力，在保压结束后，通过液压控制进行开启泄压。依据压力及流量选择其型号为CP-F-10-A1-D具体参数见表3-9： 表3-9 CP-F-10-A1-D液控单向阀参数 型号 安装方式 规格 压力/Mpa 开启压力/Mpa 泄油方式 CP-F-10-A1-D F（法兰） 10： 32通径 30 0.04 D（外泄） 图3.7液控单向阀 (3)液控单向阀的选定 液控单向阀的主要作用为：在快速下行中将工作缸下腔的工作液排入油箱中。在快速回程过程中，通入压力油抬起活塞。根据快速回程过程的流量81.1L/Min快速压下过程的流量101.15L/Min，以及系统的工作压力，选择液控单向阀的型号为：CP-F-10-A1-D具体参数同上。 3.2.3溢流阀的选择 溢流阀的选择主要依据通过阀的流量以及调节压力，和溢流阀的特性曲线来选定。 在本系统中有溢流阀的作用为用以防工作缸活塞下行时，万一液控单向阀失灵打不开时，起到安全保护作用，且控制系统慢速下行，当系统慢速下行时，液压缸下腔液体通过溢流阀流入油箱，此时的流量为71.1L/Min；溢流阀的作用为调定系统压力30.5MPa。依据溢流阀的调定压力选择型号如下： 选定溢流阀的型号为：ZDBK 10。 具体参数见下表3-10： 表3-10 ZDBK 10溢流阀参数 型号 最大流量L/mm 调定压力/Mpa ZDBK 10 80 30.5 图3.8 ZDBK10溢流阀 3.2.4电液换向阀的选择 换向阀的作用是利用阀芯和阀体中的相对运动，使流液的通断接通，关断或者变换流动方向，从而使执行元件启动，停止或变换运动方向。 对换向阀的一般要求是：流体经过阀时的压力损失要小，互不相同的通口间的泄露要小，换向要平稳，迅速且可靠。 在本系统中电液换向阀的作用是起到总的控制作用，使活塞的各个动作顺利完成，使系统安全可靠。系统的工作压力最大为31.5Mpa，通过电液换向阀的最大流量为71.1L/Min。依据通过流量以及最大压力和滑块机能选择电液换向阀的型号为 忠胜SWH系列，其具体参数如表3-11所示： 表3-11 SWH-G03-DH电液换向阀参数[9] 型号 SWH-G03-DH 类型 二通试 通径 11mm 额定功率 42KW 适用介质 油品 连接形式 板式 图3.9 SWH-G03-DH电液换向阀 3.2.5 电磁换向阀的选择 电磁换向阀由液压机械中的电器控制系统的按钮开关、限位开关、行程开关、压力继电器等电器元件发出信号，使电磁铁通电吸合或断电释放，直接控制阀芯移位，来实现油流的沟通、切断和方向变换，操纵各种执行机构的动作，如油缸的往返，升压，其他工作部件的吮吸动作等等。由于它采用电器控制，从而使液压系统的自动化程度大大提高，操作方便，布局完善。 在本系统中，控制液控单向阀起到控制的作用。通过控制压力以及其滑阀机能与流量，表3-12所示： 表3-12 SWH-G03-DH 电磁换向阀参数 通径 电压 流量 额定电压 使用范围 11mm 24V 21.6-24.6V 25L/Min 3.2.6顺序阀的选定[10] 顺序阀用油液的压力来控制油路的通断，并且常用于控制多个执行元件的顺序动作而得名。通过改变控制方式，泄露方式和二次油路的接法，顺序阀还可具备其他的功能。 本系统中顺序阀安置于电液换向阀入口处，主要用于在压油路中产生被压，从而在油泵卸荷时为控制油路提供压力。根据各个液压控制阀的控制压力，控制压力最大为冲液阀1.5Mpa，所以顺序阀调定压力，使得各液压阀能够实现控制。 依据流量以及工作压力选择顺序阀的型号为DZ10-2-30/210M,具体参数如表3-13所示： 表3-13 DZ10-2-30/210M顺序阀参数 型号 通径/mm 额定流量L/Min 背压/Mpa DZ10-2-30/210M 10 80 0.3~16 图3.10 DZ10-2-30/210M顺序阀 依据液控阀的控制压力，调定背压为12.0Mpa。 3.3过滤器的选定[11] 液压系统中的过滤器功能在于滤除混在液压油中的杂质，使进到系统中去的油液的污染降低，保证系统能正常的工作。 过滤器按其滤心材料的过滤的机制来分有表面型过滤器，深度过滤器和吸附型过滤器三种。它主要通过过滤精度和压降特性和纳垢容量来评定性能指标。在适当的部位安装过滤器可以截留油液中不可溶的污染物，使油液保持清洁，保证液压系统的正常工作。本系统设计要用两个过滤器，分别为回油过滤器和空气过滤器。 3.3.1回油过滤器的选择 液压系统工作时，动力元件和执行元件的磨损，控制调节元件和管路的压力磨损以及液体氧化等的污染都会进入油液中，这些污物如果进入液压系统中将影响系统的正常工作，回油过滤器主要用于液压系统回油精过滤，来清洁液压油，滤除液压系统中元件磨损产生的金属颗粒以及密封件的橡胶杂质等污染物，使流回