YA23-40型四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計【包含CAD高清圖紙和文檔】【YC系列】

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First investigated the design and operating principle YA23-40 type hydraulic machine hydraulic system, then cycle to work and working conditions are analyzed and proposed solutions of the hydraulic system and PLC control system on the basis of these analyzes, then by calculate chose the main hydraulic components, and finally draw a schematic diagram of the hydraulic system and PLC control wiring diagram by AutoCAD software.Key word：Hydraulic machine; Hydraulic system; Hydraulic components1 引言1.1選題目的和意義本課題的主要目的是對YA23-40型四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的研究設(shè)計，通過本次設(shè)計可以提高液壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性以及液壓沖擊對設(shè)備的可靠性等。另外，通過本次設(shè)計可以鞏固和深化所學(xué)知識、掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計的一般方法步驟、培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。所以，本設(shè)計對YA23-40型四柱液壓機(jī)的應(yīng)用具有很大的研究意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述液壓傳動技術(shù)的發(fā)展與研究動向隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前液壓技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪音、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。由于計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的成熟，一些新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的設(shè)計都運(yùn)用了計算機(jī)CAD、CAT、CDC、計算機(jī)實時控制、計算機(jī)仿真與優(yōu)化等計算機(jī)輔助技術(shù)，很大程度上提高了產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量。雖然液壓傳動技術(shù)方便簡潔，但是液壓傳動中存在著一些亟待解決的問題，如：液壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性、工作介質(zhì)的泄漏、液壓沖擊對設(shè)備可靠性的影響等等，這些問題都是液壓傳動技術(shù)需要研究和解決的。任何技術(shù)的改革和創(chuàng)新，都必須以穩(wěn)定、可靠的工作為前提，這樣才具有它的實際意義。其中液壓系統(tǒng)研究成果及實例有：2007年，重慶大學(xué)陳小剛碩士，通過有限元分析軟件ANSYS建立了液壓缸和上橫梁等關(guān)鍵部件的有限元分析模型，求解得到了應(yīng)力應(yīng)變分布云圖，并根據(jù)有限元分析結(jié)果。對液壓機(jī)主要零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和改進(jìn)。最后，詳細(xì)分析了關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)后主要參數(shù)的優(yōu)化效果，并將優(yōu)化設(shè)計結(jié)果應(yīng)用于企業(yè)實際中，根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，已生產(chǎn)出改型的YJ32-100A四柱型液壓機(jī)。取得了較好的應(yīng)用效果。2004年03期，YB32-500四柱萬能液壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障分析與改造，對YB32500四柱萬能液壓機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析 ,對其液壓故障進(jìn)行了診斷與排除 ,提出了提高安全性的系統(tǒng)改進(jìn)方案。國外研究者采用飛機(jī)液壓系統(tǒng)提供動力，以及粉末冶金塑料及橡膠制品成型；膠合板壓制。更在深海工具中以海水為介質(zhì)的液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)相比有突出的優(yōu)越性。1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動是利用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動方式，與機(jī)械傳動、電氣傳動相比，液壓傳動的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置；（2）重量輕、體積小、運(yùn)動慣性小、反應(yīng)速度快；（3）操作控制方便，易于實現(xiàn)較大范圍內(nèi)的無級變速；（4）一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運(yùn)動面可自行潤滑，使用壽命長；（5）可以實現(xiàn)快速而且無沖擊的變速和換向；（6）與機(jī)械傳動相比易于布局和操縱；液壓傳動的主要缺點(diǎn)：（1）由于流體流動的阻力損失和泄露較大，所以效率較低；（2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作；（3）液壓元件的制造精度要求較高，因而價格較貴；（4）由于液體介質(zhì)的泄露及可壓縮性影響，不能得到嚴(yán)格的定比傳動；（5）液壓傳動出故障時不易找出原因；使用和維修要求有較高的技術(shù)水平2；2 鉆床的液壓系統(tǒng)分析2.1 YA23-40型四柱液壓機(jī)液壓傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理分析圖2-1為YA23-40型四柱液壓機(jī)系統(tǒng)原理基本組成。我們可以通過它進(jìn)一步理解一般液壓機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具備的基本性能和組成情況。圖2-1 四柱液壓機(jī)在圖2-1中，YA23-40型四柱液壓機(jī)是利用液壓泵將原動機(jī)的機(jī)械能通過液壓控制系統(tǒng)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和液壓控制管路的傳遞進(jìn)入油缸，推動固定在上橫梁上的主缸帶動上下活動梁來回移動，由四個立柱導(dǎo)向?qū)⑸舷履＞唛]合，壓制所需要的工件，再于頂出缸把壓制好的工件頂出。在液壓傳動中，液壓油缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析它的工作過程，可以清楚的了解液壓傳動的基本原理。液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。（1）動力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。（2）執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)） 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。（3）控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動機(jī)的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。（4）輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭(擴(kuò)口式、焊接式、卡套式）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。（5）工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機(jī)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。綜上述YA23-40型四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)需要完成的動作循環(huán)為：主缸活塞滑塊快速下行主缸活塞滑塊慢速加壓主缸保壓主缸卸壓主缸活塞滑塊回程頂出缸活塞頂出頂出缸活塞退回YA23-40(40噸)型四柱液壓機(jī)基本技術(shù)參數(shù)：（1）主缸公稱壓力 400KN（2）主缸回程力 80KN（3）頂出缸公稱壓力 50KN（4）頂出缸回程力 30KN（5）滑塊距工作臺最大距離 1800mm（6）滑塊行程 1200mm（7）頂出行程 400mm（8）工作壓力 20MPa（9）滑塊速度 空程速度 100mm/s 擠壓速度 20mm/s 回程 100mm/s（10）頂出速度 頂出 100mm/s 回程 150mm/s2.2 工況分析2.2.1工作循環(huán)分析根據(jù)上述對YA23-40型四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的分析可知，液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)為：主缸：快速下行慢速加壓保壓卸壓快速回程原位停止頂出缸：慢速頂出快速退回故繪制出YA23-40型四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)圖，如圖2-2所示：圖2-2 YA23-40型四柱液壓機(jī)工作循環(huán)圖2.2.2負(fù)載分析根據(jù)提供的工況條件，立式安裝的主液壓缸活塞桿帶動滑塊及動橫梁在立柱上滑行時，運(yùn)動部件的質(zhì)量為500Kg。（1）工作負(fù)載工件的壓制抗力即為工作負(fù)載：（2）摩擦負(fù)載由于導(dǎo)柱與滑塊垂直，摩擦負(fù)載較小，可忽略不計，故：靜摩擦阻力： 動摩擦阻力： （3）慣性負(fù)載自重:（4）液壓缸在各工作階段的負(fù)載值：液壓缸的機(jī)械效率，一般取=0.9-0.97。本處取=0.9表2-1工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工況負(fù)載組成推力 F/快速下行慢速加壓快速回程根據(jù)主缸的工藝要求和參數(shù)，將各執(zhí)行元件在各階段的速度用圖2-3所示的速度-位移（v-s）曲線表示。將各執(zhí)行元件在各階段所需克服的負(fù)載用圖2-4所示的負(fù)載-位移（F-s）曲線表示。 圖2-2 主缸速度循環(huán)圖 圖2-3主缸負(fù)載循環(huán)圖3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計3.1確定液壓系統(tǒng)方案液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是在行程中壓力變化很大，所以在行程中不同階段保證達(dá)到規(guī)定的壓力是系統(tǒng)設(shè)計中首先要考慮的。確定液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)方案時要重點(diǎn)考慮下列問題：3.1.1快速行程方式液壓機(jī)液壓缸的尺寸較大，在快速下行時速度也較大，從工況圖看出，此時需要的流量較大（289.4 L/min），這樣大流量的油液如果由液壓泵供給；則泵的容量會很大。液壓機(jī)常采用的快速行程方式可以有許多種，本機(jī)采用自重快速下行方式。因為壓機(jī)的運(yùn)動部件的運(yùn)動方向在快速行程中是垂直向下，可以利用運(yùn)動部件的重量快速下行；在壓力機(jī)的最上部設(shè)計一個充液筒（高位油箱），當(dāng)運(yùn)動部件快速下行時高壓泵的流量來不及補(bǔ)充液壓缸容積的增加，這時會形成負(fù)壓，上腔不足之油，可通過充液閥、充液筒吸取。高壓泵的流量供慢速壓制和回程之用。此方法的優(yōu)點(diǎn)為不需要輔助泵和能源，結(jié)構(gòu)簡單；其缺點(diǎn)為下行速度不易控制，吸油不充分將使升壓速度緩慢，改進(jìn)的方法是使充液閥通油斷面盡量加大，另外可在下腔排油路上串聯(lián)單向節(jié)流閥，利用節(jié)流造成背壓，以限制自重下行速度，提高升壓速度。3.1.2減速方式液壓機(jī)的運(yùn)動部件在下行行程中快接近制件時，應(yīng)該由快速變換為較慢的壓制速度。減速方式主要有壓力順序控制和行程控制兩種方式；壓力順序控制是利用運(yùn)動部件接觸制件后負(fù)荷增加使系統(tǒng)壓力升高到一定值時自動變換速度；某些工藝過程要求在運(yùn)動部件接觸制件前就必須減速，本例壓制軸瓦工藝就有這個要求，這時適合選用行程減速方式。本系統(tǒng)擬選用機(jī)動控制的伺服變量軸向柱塞泵（CCY型）作動力源，液壓泵的輸出流量可由行程擋塊來控制，在快速下行時，液壓泵以全流量供油，當(dāng)轉(zhuǎn)換成工作行程（壓制）時，行程擋塊使液壓泵的流量減小，在最后20 mm內(nèi)擋塊使液壓泵流量減到零；當(dāng)液壓缸工作行程結(jié)束反向時，行程擋塊又使液壓泵的流里恢復(fù)到全流量。與液壓泵的流量相配合（協(xié)調(diào)），在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)換為工作行程時，電氣擋塊碰到行程并關(guān)，發(fā)信號使電磁換向閥5的電磁鐵3YA得電，控制油路K不能通至液控單向閥8，閥8關(guān)閉，此時單向順序閥2不允許滑塊等以自重下行。只能靠泵向液壓缸上腔供油強(qiáng)制下行，速度因而減慢（見圖1.4）。3.1.3壓制速度的調(diào)整制件的壓制工藝一般要提出一定壓制速度的要求，解決這一問題的方很多，例如可以用壓力補(bǔ)償變量泵來實現(xiàn)按一定規(guī)律變化的壓制速度的要求。本例中采用機(jī)動伺服變量泵，故仍利用行程擋塊（塊擋的形狀）來使液壓泵按一定規(guī)模變化以達(dá)到規(guī)定的壓制速度。3.1.4壓制壓力及保壓在壓制行程中不同階段的系統(tǒng)壓力決定于負(fù)載，為了保證安全，應(yīng)該限制液壓系統(tǒng)的最高壓力，本系統(tǒng)擬在變量泵的壓油口與主油路間并聯(lián)一只溢流閥作安全閥用。有時壓制工藝要求液壓缸在壓制行程結(jié)束后保壓一定時間，保壓方法有停液壓泵保壓與開液壓泵保壓兩種，本系統(tǒng)根據(jù)壓機(jī)的具體情況擬采用開液壓泵保壓；此法的能量消耗較前一種大。但系統(tǒng)較為簡單。3.1.5泄壓換向方法液壓機(jī)在壓制行程完畢或進(jìn)入保壓狀態(tài)后，主液壓缸上腔壓力很高，此時由于主機(jī)彈性變形和油液受到壓縮，儲存了相當(dāng)大的能量。工作行程結(jié)束后反向行程開始之前液壓缸上腔如何泄壓（控制泄壓速度）是必須考慮的問題，實踐已證明，若泄壓過快，將引起劇烈的沖擊、振動和驚人的聲音，甚至?xí)蛞簤簺_擊而使元件損壞。此問題在大型液壓機(jī)中愈加重要。各種泄壓方法的原理是在活塞回程之前，當(dāng)液壓缸下腔油壓尚未升高時，先使上腔的高壓油接通油箱，以一定速度使上腔高壓逐步降低。本例采用帶阻尼狀的電液動換向閥，該閥中位機(jī)能是H型，控制換向速度，延長換向時間，就可以使上腔高壓降低到一定值后才將下腔接通壓力油（見圖1.5）。此法最為簡單，適合于小型壓機(jī)。3.1.6主缸與頂出缸的互鎖控制回路為保障頂出缸的安全，在主缸動作時，必須保證頂出缸的活塞下行到最下位置。本例采用兩個換向閥適當(dāng)串聯(lián)的方法來實現(xiàn)兩缸的互鎖控制（見圖1.5）。從圖1.5中可見，只有在閥6處于右位工作時，即頂出缸活塞是下行狀態(tài)時壓力油才會通入換向閥4，主缸才能動作。當(dāng)閥6處于左位工作，頂出缸為上行狀態(tài)時，只有壓力很低的回油通至閥4，主缸才不能動作。3.2 液壓原理圖的擬定3.2.1 繪圖液壓原理圖在以上分析的基礎(chǔ)上，擬定的液壓系統(tǒng)原理圖如圖1.5所示。圖1.5 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)的工作過程如下：液壓泵起動后，電液換向閥4及6處于中位，液壓泵輸出油液經(jīng)背壓閥7再經(jīng)閥6的中位低壓卸荷，此時主缸處于最上端位置而頂出缸在最下端位置，電磁鐵2YA得電，換向閥6在右位工作，此時5YA得電，換向閥4也在右位工作，液壓泵輸出的壓力油進(jìn)入主缸上腔，此時3YA也得電，控制油路經(jīng)閥5通至液控單向閥3，使閥3打開，主缸下腔的油能經(jīng)閥3很快排入油箱，主缸在自重作用下實現(xiàn)快速空程下行，由于活塞快速下行時液壓泵進(jìn)入主缸上腔的流量不足，上腔形成負(fù)壓，充液筒中的油液經(jīng)充液閥（液控單向閥）1吸入主缸。當(dāng)電氣擋塊碰到行程開關(guān)時3YA失電，控制油路斷開，閥3關(guān)閉，此時單向順序閥（平衡閥）2使主缸下腔形成背壓，與移動件的自重相平衡。自重快速下行結(jié)束。與此同時用行程擋塊使液壓泵的流量減小，主缸進(jìn)入慢速下壓行程，在此行程中可以用行程擋塊控制液壓泵的流量適應(yīng)壓制速度的要求。由壓力表刻度指示達(dá)到壓制行程的終點(diǎn)。行程過程結(jié)束后，可由手動按鈕控制使5YA失電，4YA得電，換向閥4換向，由于閥2帶阻尼器，換向時間可以控制，而閥4的中位機(jī)能是H型，閥處于中位時使主缸上腔的高壓油泄壓，然后閥4再換為左位，此時壓力油經(jīng)閥2的單向閥進(jìn)入主缸下腔，由于下腔進(jìn)油路中的油液具有一定壓力；故控制油路可以使閥1打開，主缸上腔的油液大部分回到充液筒，一部分經(jīng)閥4排回油箱，此時主缸實現(xiàn)快速回程。充液筒油液充滿后，溢出的油液可經(jīng)油管引至油箱?；爻探Y(jié)束后，閥4換至中位，主缸靜止不動。1YA得電，2YA失電，閥6換至左位，壓力油進(jìn)入頂出缸下腔，頂出缸頂出制件，然后1YA失電，2YA得電，閥6換至右位，頂出缸回程；回程結(jié)束后，2 YA失電，閥6換至中位，工作循環(huán)完成，系統(tǒng)回到原始狀態(tài)。3.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計如圖3-2所示，在液壓系統(tǒng)的電氣控制原理設(shè)計中，通過利用PLC電路來實現(xiàn)該四柱液壓件的自動化控制?；赮A23-40型四柱液壓機(jī)的工作要求，PLC 控制系統(tǒng)的控制方式包括自動連續(xù)運(yùn)行、單步運(yùn)行和手動運(yùn)行3 種工作模式。進(jìn)行調(diào)試或調(diào)整設(shè)備時可采用手動運(yùn)行模式或單步運(yùn)行模式，正常生產(chǎn)時選用自動連續(xù)運(yùn)行模式。根據(jù)設(shè)計要求給出PLC 控制系統(tǒng)的外部接線圖，如圖3-2所示。圖3-2控制系統(tǒng)的接線圖根據(jù)圖3-2示，有3個控制按鈕來控制四柱液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)。其電磁鐵動作順序表如下：液壓系統(tǒng)電磁鐵動作見表1.2，液壓元件規(guī)格明細(xì)表見表1.3。1.2 電磁鐵動作循環(huán)表元件 動作1YA2YA3YA4YA5YA主缸快速下行+主缸慢速下壓+ +主缸泄壓+-主缸回程+頂出缸頂出+頂出缸回程+原位卸荷注：“+”表示得電，“”表示失電4 液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇4.1 液壓缸的選擇4.1.1主缸的選擇由表4-2和表4-3可知，四柱液壓機(jī)主缸的液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為393100N時宜取p=20MPa。主缸選用單杠式。按表4-5的機(jī)床類型來分，缸筒直徑D和活塞桿直徑d的關(guān)系為d=0.7D。由工進(jìn)時的推力計算主缸面積: (4.1)故有， (4.2)當(dāng)按GB/T 2348-1993（按表4-6和4-7），將這些直徑圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值時，得D=180mm，d=125mm.由此求得主缸兩腔的實際有效面積為：, (4.3) 4.1.2頂出缸的選擇按工作要求頂出力由頂出缸提供，已知頂出缸頂出力為F1=50000N，現(xiàn)取頂出缸的工作壓力p3=8MPa，缸筒直徑D1和活塞直徑d1的關(guān)系同樣為d1=0.7D1設(shè)頂出缸無桿腔工作面積為A3，有桿腔工作面積為A478。由頂出時的頂出力計算頂出缸的面積: 故有，當(dāng)按GB/T 2348-1993（按表4-6和4-7），將這些直徑圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值時，得D1=100m，d1=70m.由此求得頂出缸兩腔的實際有效面積為：，表4-1 根據(jù)上述D與d值，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率工況負(fù)載回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量輸入功率計算式快速下行起動110000.159106加速13501.2471060.747106恒速11000.6831063.07810-42.102102慢速加壓3931000.81062.3971060.078510-40.188102快速回程109000.51061.1361064.80710-45.461102表4-2 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力負(fù)載F/N5000500010000100002000020000300003000040000工作壓力816采用帶補(bǔ)液液壓泵的閉式回路比中低壓系統(tǒng)高50100%高壓系統(tǒng)1632鍛壓機(jī)械等初算時背壓可忽略不計表4-5 液壓缸內(nèi)徑D活塞桿直徑d關(guān)系按機(jī)床類型選取按液壓缸工作壓力選取機(jī)床類型工作壓力P/PA磨床、珩磨及研磨機(jī)床0.20.320.20.3插床、拉床、刨床0.5250.50.58鉆、鏜、車、銑床0.7570.620.7070.70表4-6 液壓缸內(nèi)徑寸系列（GB2348-80） 單位：mm 810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220)250320400500630表4-7 活塞桿直徑d（GB2348-80） 單位：mm456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360404.2 液壓泵的選擇4.2.1 液壓泵的壓力 液壓泵的最高工作壓力就是液壓缸慢速下壓行程終了時的最大工作壓力pp =19.6MPa因為行程終了時流量q0，管路和閥均不產(chǎn)生壓力損失；而此時液壓缸排油腔的背壓已與運(yùn)動部件的自重相平衡，所以背壓的影響也可不計。 液壓泵的最大流量qpK（q）max泄漏系數(shù)K = 1.11.3，此處取K = 1.1。由工況圖（圖1.3）知快速下降行程中q為最大（q = 289.41 L/min），但此時已采用充液筒充液方法來補(bǔ)充流量，所以不按此數(shù)值計算，而按回程時的流量計算。qmax=q3=59.9 L/minqp =1.1q3=1.159.9=65.9 L/min 根據(jù)已算出的qP和pP，選軸向杜塞泵型號規(guī)格為63CCY14-1B，其額定壓力為32 MPa，滿足2560壓力儲備的要求。排量為63m L/r，電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min，故額定流量為：q=qn=94.5L/min額定流量比計算出的qP大，能滿足流量要求，此泵的容積效率v =0.92。4.3 電動機(jī)的選擇 電動機(jī)功率 驅(qū)動泵的電動機(jī)的功率可以由工作循環(huán)中的最大功率來確定；由工況分析知，最大功率為5.76 kW，取泵的總效率為泵=0.85。則P=6.78 kW選用功率為7.5 kW，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min的電動機(jī)。電動機(jī)型號為：Y132m-4（Y系列三相異步電動機(jī)）。4.4 液壓閥的選擇液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中用來控制液流的壓力、流量和流動方向的控制元件,是影響液壓系統(tǒng)性能，可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要元件。4.4.1 方向控制閥的選擇方向控制閥簡稱方向閥，主要用來通斷油路或切換油液流動的方向，以滿足對執(zhí)行元件的啟停和運(yùn)動方向的要求。其中有單向閥和換向閥兩種。4.4.2壓力控制閥的選擇在液壓傳動中，用來控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓力高低的閥類稱壓力控制閥。按其功能和用途不同可分為溢流閥、減壓閥、順序閥和背壓閥等。4.4.3流量控制閥的選擇調(diào)速閥是進(jìn)行了壓力補(bǔ)償?shù)墓?jié)流閥。它由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成，節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)通過的流量，單向閥則用來控制油液流動方向，防止油液反向流動。閥2、4、6、7通過的最大流量均等于qP，而閥1的允許通過流量為q：q =q1qP=289.465.9=223.5 L/min閥3的允許通過流量為q =q1=289.4=67.9 L/min閥8是安全閥，其通過流量也等于qP。以上各閥的工作壓力均取p32 MPa。本系統(tǒng)所選用的液壓元件見表1.4。表1.4 液壓機(jī)液壓元件型號規(guī)格明細(xì)表表1.4 液壓元件明細(xì)表序 號名 稱型 號1液控單向閥SV30P-30B2單向順序閥（平衡閥）DZ10DP1-40BY3液控單向閥SV20P-30B4電液換向閥WEH25H20B106AET5電磁換向閥3WE4A10B6電液換向閥WEH25G20B106AET7順序閥DZ10DP140B210M8溢流閥（安全閥）DBDH20P10B9軸向柱塞泵63CCY14-1B10主液壓缸自行設(shè)計11頂出液壓缸自行設(shè)計12壓力表Y-10013壓力表開關(guān)KF-L8/20E4.5 輔助元件的設(shè)計4.5.1 濾油器的選擇液壓油中往往含有顆粒狀雜質(zhì)，會造成液壓元件相對運(yùn)動表面的磨損、滑閥卡滯、節(jié)流孔口堵塞，使系統(tǒng)工作可靠性大為降低。在系統(tǒng)中安裝一定精度的濾油器，是保證液壓系統(tǒng)正常工作的必要手段。根據(jù)設(shè)計規(guī)格和尺寸參數(shù)選擇濾油器型號：XU-22X10016。4.5.2 油管類型的選擇液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力，同時應(yīng)盡量縮短管路，避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。（1）鋼管 高壓系統(tǒng)選用無縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價格低，性能好，使用廣泛。（2）銅管 紫銅管工作壓力在6.510MPa以下，易變形，便于裝配；黃銅管承受壓力較高，達(dá)25MPa，不如紫銅管易彎曲。銅管價格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應(yīng)盡量少用，只用于液壓裝置配接不方便的部位。（3）軟管 用于兩個相對運(yùn)動件之間的連接。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物；低壓橡軟管中夾有棉線或麻線編織物；尼龍管是乳白色半透明管，承壓能力為2.58MPa，多用于低壓管道。因軟管彈性變形大，容易引起運(yùn)動部件爬行，所以軟管不宜裝在液壓缸和調(diào)速閥之間。綜上所述本設(shè)計采用的管道是無縫鋼管17。4.5.3 油管尺寸的確定（1）油管內(nèi)徑d按下式計算： (4.6)其中，-油管的最大流量；查文獻(xiàn)資料得工況中系統(tǒng)的最大流量為18.6L/min。-管道內(nèi)允許的流速，一般吸油管取0.55m/s，壓力油管取 2.55 m/s，回油管取1.52 m/s。表4-8 各管路流速選值管道流速（m/s）回油管路2吸油管路1.3壓力油管路4計算出內(nèi)徑d后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選出相應(yīng)的管子。（2）油管壁厚按下式計算： (4.7)其中，-管內(nèi)最大工作壓力，根據(jù)設(shè)計手冊查得最大工作壓力為30MPa； 管道內(nèi)徑；-管道材料的許用應(yīng)力；=；管道材料的抗拉強(qiáng)度；根據(jù)設(shè)計手冊查得，其抗拉強(qiáng)度取340MPa;-安全系數(shù)，鋼管P7 MPa時，取=8；P17.5 MPa時，取=6； P17.5 MPa時，取=4，所以安全系數(shù)取=4。根據(jù)計算出的油管內(nèi)徑和壁厚，查手冊選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管 18。表4-9 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管管路名稱允許流速/管道內(nèi)徑/實際取值/壁厚/吸油管1.30.01740.0183.5壓油管40.00990.0112回油管20.00140.01534.5.4 油箱容量的選擇初步確定油箱的有效容積,跟據(jù)經(jīng)驗公式來確定油箱的容量： (4.8)其中，-液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積； -經(jīng)驗系數(shù)。已知所選泵的總流量為20L/min,這樣，液壓泵每分鐘排出的壓力油體積為20L，查表4-8選取=41819，故： (4.9)表4-10 油箱經(jīng)驗系數(shù)表系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金系統(tǒng)12245761210根據(jù)上述液壓元件的選擇，各個液壓元件型號如下：表4-11 液壓元件的型號序號元件名稱型號1單向閥I-10B2三位四通電磁閥24D-25B3兩位四通電磁閥4WE6D61B4行程閥XQ2506125背壓閥DB10K2-4X-100YV6減壓閥J-25B7調(diào)速閥2FRM-168濾油器XU-22X1005 液壓系統(tǒng)性能驗算因為慢速加壓在工作循環(huán)中所占的時間最長，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油箱升溫可按慢速加壓工況來計算。 通過查得液壓缸卸荷閥的流量，取壓力損失值，。慢速加壓時的壓力損失： (5.1) 慢速加壓時泵的工作壓力： (取) (5.2) (5.3) 慢速加壓時液壓缸的輸入功率查表4-1可知為18.8W。 系統(tǒng)總發(fā)熱功率： (5.4)有效散熱面積： (5.5)取油箱散熱系數(shù)： 油箱升溫為： (5.6) 設(shè)環(huán)境溫度則熱平衡溫度為： (5.7)此熱平衡溫度小于允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器20。6 總結(jié)：在本次四柱液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計過程中，主要是根據(jù)以下幾個設(shè)計思路和要求來完成此液壓系統(tǒng)的設(shè)計：（1）對液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，設(shè)計出液壓系統(tǒng)的原理圖和接線圖。（2）通過液壓系統(tǒng)參數(shù)的計算，選擇相應(yīng)的液壓執(zhí)行元件、閥類元件和輔助原件，滿足四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的基本要求。（3）通過本次設(shè)計，提高了A23-40型四柱液壓機(jī)液液壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性以及液壓沖擊對設(shè)備的可靠性等。此次畢業(yè)設(shè)計是對所學(xué)液壓課程的理論知識進(jìn)行一次具體的應(yīng)用和實踐，增強(qiáng)自己所學(xué)的知識以及具體方法的實際應(yīng)用能力，并且對液壓系統(tǒng)有了一個更加形象和直觀的認(rèn)識，還掌握了液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般方法和步驟，鍛煉了自己分析解決問題和查閱相關(guān)機(jī)械資料進(jìn)行設(shè)計的能力。參考文獻(xiàn)：1 GB9166-88.四柱液壓機(jī)精度.北京:國家標(biāo)準(zhǔn)局 2 JB3915-85.液壓機(jī)安全技術(shù)條件.北京:中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部 3 許福玲、陳堯明主編.液壓與氣壓傳動（第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社4 章宏甲、黃誼、王積偉主編. 液壓與氣壓傳動.機(jī)械工業(yè)出版社5 天津市鍛壓機(jī)床廠.中小型液壓機(jī)設(shè)計計算M.天津：天津人民出版社，6 俞新陸.液壓機(jī)M.：機(jī)械工業(yè)出版社，1982 7 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊（第五版）M：化學(xué)工業(yè)出版社，2008 8 周世昌.液壓系統(tǒng)設(shè)計圖集M.：機(jī)械工業(yè)出版社，2003，8-52 9 廖常初.大中型PLC編程及應(yīng)用M.：機(jī)械工業(yè)出版社，200310 賈明新主編. 液壓傳動與控制解難和練習(xí). 北京：國防工業(yè)出版社. 2003 11 液壓設(shè)計手冊（電子版R1.0）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社12 P. Dreansfield，液壓控制系統(tǒng)。設(shè)計和分析他們的動態(tài)，施普林格出版社，1981。13 閣下梅里特，液壓控制系統(tǒng)，John Wiley出版社，紐約，1967年。14 雷天覺編著，液壓工程手冊，機(jī)械工業(yè)出版社。1990年15 Yu.A.Dvornikov. Hand truck with a hydraulic lift. Chemical and Petroleum Engineering Volume 6M, 2003.1116 Huang S C, Huang Y M, Shieh S M. Vibration and stability of a rotating shaft containing a transerse crack J. J Sound and Vibration, 1993致謝語：本設(shè)計是在學(xué)習(xí)之余完成的，剛拿到課題時對四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)不是很了解，很迷茫，但是后來通過查閱資料、請教老師同學(xué)終于經(jīng)過這幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)們的幫助與支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)導(dǎo)師王自啟老師。王老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從現(xiàn)場實習(xí)到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，后期詳細(xì)設(shè)計，論文寫作等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是他們?nèi)匀患?xì)心地糾正我論文中的錯誤。除了敬佩老師的專業(yè)水平外，他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。最后我還要特別感謝學(xué)校，為我提供了一個先進(jìn)的學(xué)習(xí)、能讓我順利完成學(xué)業(yè)，特別是學(xué)院的各位老師，為我們打下了堅實的機(jī)械專業(yè)知識。獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得有研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得重慶文理學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。論文作者簽名： 范杰勇 日期： 2015年01月25日 版權(quán)與使用授權(quán)聲明重慶文理學(xué)院有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權(quán)重慶文理學(xué)院教務(wù)處辦理。論文作者簽名： 范杰勇 日期： 2015年01月25日 指導(dǎo)教師簽名： 日期： CQWU/JL/JWB/ZY012-14畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告學(xué)院：機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 年級：2 0 1 1 級 專業(yè)(班）：機(jī)械工程及自動化2班 學(xué)號：201114014093 學(xué)生姓名：范 杰 勇 指導(dǎo)教師：王 自 啟 論文題目：A23-40型四柱液壓系統(tǒng)的設(shè)計 2014年9月20日重慶文理學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告論文題目A23-40型四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計系（院）專 業(yè)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械工程及自動化年 級2011級2班開題日期2014/9/20學(xué) 號201114014093姓 名范杰勇指導(dǎo)教師王自啟1、 選題目的和意義: 本課題的主要目的是對A23-40型四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的研究設(shè)計，通過本次設(shè)計可以提高液壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性以及液壓沖擊對設(shè)備的可靠性等。另外，通過本次設(shè)計可以鞏固和深化所學(xué)知識、掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計的一般方法步驟、培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。所以，本設(shè)計對A23-40型四柱液壓機(jī)的應(yīng)用具有很大的研究意義。2、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述：液壓傳動技術(shù)的發(fā)展與研究動向隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前液壓技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪音、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。由于計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的成熟，一些新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的設(shè)計都運(yùn)用了計算機(jī)CAD、CAT、CDC、計算機(jī)實時控制、計算機(jī)仿真與優(yōu)化等計算機(jī)輔助技術(shù)，很大程度上提高了產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量。雖然液壓傳動技術(shù)方便簡潔，但是液壓傳動中存在著一些亟待解決的問題，如：液壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性、工作介質(zhì)的泄漏、液壓沖擊對設(shè)備可靠性的影響等等，這些問題都是液壓傳動技術(shù)需要研究和解決的。任何技術(shù)的改革和創(chuàng)新，都必須以穩(wěn)定、可靠的工作為前提，這樣才具有它的實際意義。 其中液壓系統(tǒng)研究成果及實例有：2007年，重慶大學(xué)陳小剛碩士，通過有限元分析軟件ANSYS建立了液壓缸和上橫梁等關(guān)鍵部件的有限元分析模型，求解得到了應(yīng)力應(yīng)變分布云圖，并根據(jù)有限元分析結(jié)果。對液壓機(jī)主要零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和改進(jìn)。最后，詳細(xì)分析了關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)后主要參數(shù)的優(yōu)化效果，并將優(yōu)化設(shè)計結(jié)果應(yīng)用于企業(yè)實際中，根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，已生產(chǎn)出改型的YJ32-100A四柱型液壓機(jī)。取得了較好的應(yīng)用效果。2004年03期，YB32-500四柱萬能液壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障分析與改造，對YB32500四柱萬能液壓機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析 ,對其液壓故障進(jìn)行了診斷與排除 ,提出了提高安全性的系統(tǒng)改進(jìn)方案。國外研究者采用飛機(jī)液壓系統(tǒng)提供動力，以及粉末冶金塑料及橡膠制品成型；膠合板壓制。更在深海工具中以海水為介質(zhì)的液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)相比有突出的優(yōu)越性3、 選題研究內(nèi)容：液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計，內(nèi)容包括：1）液壓系統(tǒng)方案設(shè)計2）液壓系統(tǒng)的參數(shù)計算3）液壓元件的選擇4）液壓系統(tǒng)性能驗算4、本選題研究技術(shù)路線、研究方法和要解決的關(guān)鍵問題技術(shù)路線及方法:（1） 設(shè)計目標(biāo)及特色 選擇合理的液壓系統(tǒng)設(shè)計方案（工藝方案設(shè)計、液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計、）滿足液壓系統(tǒng)的使用性能和安全要求； 技術(shù)設(shè)計（各組成部分及液壓系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計、繪制設(shè)計圖樣和編寫技術(shù)文件）； 選擇合理的材料、液壓元件和制造加工工藝； 整個液壓機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計要滿足拆裝方便，便于運(yùn)輸?shù)囊?；通過液壓傳動控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)對主機(jī)進(jìn)行動作循環(huán)控制，使液壓機(jī)能夠準(zhǔn)確如下動作：主缸活塞滑塊快速下行、主缸活塞滑塊慢速加壓、主缸保壓、主缸卸壓、主缸活塞滑塊回程、頂出缸活塞頂出、頂出缸活塞退回；（2）要解決的主要問題 液壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計。 液壓機(jī)控制系統(tǒng)的實現(xiàn)途徑、方法和手段 液壓元件及電氣元件的選擇。5、調(diào)研計劃及主要參考文獻(xiàn)調(diào)研計劃:9.13-09.21：整理資料完成開題報告;9.22-10.10：完成液壓方案設(shè)計及參數(shù)計算;10.11-10.24：完成液壓性能驗算;10.25-11.09：完成畢業(yè)設(shè)計，并撰寫設(shè)計說明書;11.10-11.16：由指導(dǎo)老師修改完成畢業(yè)答辯。參考文獻(xiàn)：1 GB9166-88.四柱液壓機(jī)精度.北京:國家標(biāo)準(zhǔn)局 2 JB3915-85.液壓機(jī)安全技術(shù)條件.北京:中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部 3 許福玲、陳堯明主編.液壓與氣壓傳動（第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社4 章宏甲、黃誼、王積偉主編. 液壓與氣壓傳動.機(jī)械工業(yè)出版社5 天津市鍛壓機(jī)床廠.中小型液壓機(jī)設(shè)計計算M.天津：天津人民出版社，6 俞新陸.液壓機(jī)M.：機(jī)械工業(yè)出版社，1982 7 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊（第五版）M：化學(xué)工業(yè)出版社，2008 8 周世昌.液壓系統(tǒng)設(shè)計圖集M.：機(jī)械工業(yè)出版社，2003，8-52 9 廖常初.大中型PLC編程及應(yīng)用M.：機(jī)械工業(yè)出版社，200310 賈明新主編. 液壓傳動與控制解難和練習(xí). 北京：國防工業(yè)出版社. 2003 11 液壓設(shè)計手冊（電子版R1.0）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社12 P. Dreansfield，液壓控制系統(tǒng)。設(shè)計和分析他們的動態(tài)，施普林格出版社，1981。13 閣下梅里特，液壓控制系統(tǒng)，John Wiley出版社，紐約，1967年。14 A.A.謝花，多體系統(tǒng)動力學(xué)，劍橋大學(xué)出版社，1998。15 雷天覺編著，液壓工程手冊，機(jī)械工業(yè)出版社。1990年6、指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師（簽名）：年 月 日7、系（院）本科畢業(yè)論文（設(shè)計）工作領(lǐng)導(dǎo)小組意見： 系（院）（蓋章） 年 月 日說明：開題報告應(yīng)在教師指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫。在第8學(xué)期1-2周內(nèi)完成，交指導(dǎo)教師審閱，并接受學(xué)校和系（院）檢查。