液压系统设计计算实例250克塑料注射机

第一篇：液压系统设计计算实例250克塑料注射机

液压系统设计计算实例

——250克塑料注射机液压系统设计计算

大型塑料注射机目前都是全液压控制。其基本工作原理是：粒状塑料通过料斗进入螺旋推进器中，螺杆转动，将料向前推进，同时，因螺杆外装有电加热器，而将料熔化成粘液状态，在此之前，合模机构已将模具闭合，当物料在螺旋推进器前端形成一定压力时，注射机构开始将液状料高压快速注射到模具型腔之中，经一定时间的保压冷却后，开模将成型的塑科制品顶出，便完成了一个动作循环。

现以250克塑料注射机为例，进行液压系统设计计算。

塑料注射机的工作循环为：

合模→注射→保压→冷却→开模→顶出

│→螺杆预塑进料

其中合模的动作又分为：快速合模、慢速合模、锁模。锁模的时间较长，直到开模前这段时间都是锁模阶段。

1.250克塑料注射机液压系统设计要求及有关设计参数 1.1对液压系统的要求

⑴合模运动要平稳，两片模具闭合时不应有冲击；

⑵当模具闭合后，合模机构应保持闭合压力，防止注射时将模具冲开。注射后，注射机构应保持注射压力，使塑料充满型腔；

⑶预塑进料时，螺杆转动，料被推到螺杆前端，这时，螺杆同注射机构一起向后退，为使螺杆前端的塑料有一定的密度，注射机构必需有一定的后退阻力；

⑷为保证安全生产，系统应设有安全联锁装置。1.2液压系统设计参数

250克塑料注射机液压系统设计参数如下：

螺杆直径

40mm

螺杆行程

200mm

最大注射压力

153MPa

螺杆驱动功率

5kW

螺杆转速

60r/min

注射座行程

230mm

注射座最大推力

27kN

最大合模力(锁模力)

900kN

开模力

49kN

动模板最大行程

350mm

快速闭模速度

0.1m/s

慢速闭模速度

0.02m/s

快速开模速度

0.13m/s

慢速开模速度

0.03m/s

注射速度

0.07m/s

注射座前进速度

0.06m/s

注射座后移速度

0.08m/s

2.液压执行元件载荷力和载荷转矩计算 2.1各液压缸的载荷力计算 ⑴合模缸的载荷力

合模缸在模具闭合过程中是轻载，其外载荷主要是动模及其连动部件的起动惯

性力和导轨的摩擦力。

锁模时，动模停止运动，其外载荷就是给定的锁模力。

开模时，液压缸除要克服给定的开模力外，还克服运动部件的摩擦阻力。

⑵注射座移动缸的载荷力

座移缸在推进和退回注射座的过程中，同样要克服摩擦阻力和惯性力，只有当喷嘴接触模具时，才须满足注射座最大推力。

⑶注射缸载荷力

注射缸的载荷力在整个注射过程中是变化的，计算时，只须求出最大载荷力。

FW4d2p

式中，d——螺杆直径，由给定参数知：d＝0.04m；p——喷嘴处最大注射压力，已知p＝153MPa。由此求得Fw＝192kN。

各液压缸的外载荷力计算结果列于表l。取液压缸的机械效率为0.9，求得相应的作用于活塞上的载荷力，并列于表1中。

2.2进料液压马达载荷转矩计算

Pc5103796Nm

TW2n23.1460/60取液压马达的机械效率为0.95，则其载荷转矩

TTWm796838Nm

0.953.液压系统主要参数计算 3.1初选系统工作压力

250克塑料注射机属小型液压机，载荷最大时为锁模工况，此时，高压油用增压缸提供；其他工况时，载荷都不太高，参考设计手册，初步确定系统工作压力为6.5MPa。

3.2计算液压缸的主要结构尺寸 ⑴确定合模缸的活塞及活塞杆直径

合模缸最大载荷时，为锁模工况，其载荷力为1000kN，工作在活塞杆受压状态。活塞直径

D4F

p1p2(12) 3 此时p1是由增压缸提供的增压后的进油压力，初定增压比为5，则p1＝5×6.5MPa＝32.5MPa，锁模工况时，回油流量极小，故p2≈0，求得合模缸的活塞直径为

410010Dhm0.198m，取Dh＝0.2m。63.1432.510按表2—5取d/D＝0.7，则活塞杆直径dh＝0.7×0.2m＝0.14m，取dh＝0.15m。

为设计简单加工方便，将增压缸的缸体与合模缸体做成一体(见图1)，增压缸的活塞直径也为0.2m。其活塞杆直径按增压比为5，求得

dz2Dh0.220.089m，取dz＝0.09m。55

⑵)注射座移动缸的活塞和活塞杆直径

座移动缸最大载荷为其顶紧之时，此时缸的回油流量虽经节流阀，但流量极小，故背压视为零，则其活塞直径为

4F43104Dym0.076m，取Dy＝0.1m 6p16.510

由给定的设计参数知，注射座往复速比为0.08／0.06＝1.33，查表2—6得d/D＝0.5，则活塞杆直径为：

dy＝0.5×0.1m＝0.05m ⑶确定注射缸的活塞及活塞杆直径 当液态塑料充满模具型腔时，注射缸的载荷达到最大值213kN，此时注射缸活塞移动速度也近似等于零，回油量极小；故背压力可以忽略不计，这样

4FDsp1421.3104m0.204m，取Ds＝0.22m；

6.5106活塞杆的直径一般与螺杆外径相同，取ds＝0.04m。3.3计算液压马达的排量

液压马达是单向旋转的，其回油直接回油箱，视其出口压力为零，机械效率为0.95，这样

VM2TW23.147963m/r0.8103m3/r 5p1m65100.95 4 3.4计算液压执行元件实际工作压力

按最后确定的液压缸的结构尺寸和液压马达排量，计算出各工况时液压执行元件实际工作压力，见表2。

3.5计算液压执行元件实际所需流量

根据最后确定的液压缸的结构尺寸或液压马达的排量及其运动速度或转速，计算出各液压执行元件实际所需流量，见表3。

4.制定系统方案和拟定液压系统图

4.1制定系统方案 ⑴执行机构的确定

本机动作机构除螺杆是单向旋转外，其他机构均为直线往复运动。各直线运动机构均采用单活塞杆双作用液压缸直接驱动，螺杆则用液压马达驱动。从给定的设计参数可知，锁模时所需的力最大，为900kN。为此设置增压液压缸，得到锁模时的局部高压来保证锁模力。

⑵合模缸动作回路

合模缸要求其实现快速、慢速、锁模，开模动作。其运动方向由电液换向阀直接控制。快速运动时，需要有较大流量供给。慢速合模只要有小流量供给即可。锁模时，由增压缸供油。

⑶液压马达动作回路

螺杆不要求反转，所以液压马达单向旋转即可，由于其转速要求较高，而对速度平稳性无过高要求，故采用旁路节流调速方式。

⑷注射缸动作回路

注射缸运动速度也较快，平稳性要求不高，故也采用旁路节流调速方式。由于预塑时有背压要求，在无杆腔出口处串联背压阀。

⑸注射座移动缸动作回路

注射座移动缸，采用回油节流调速回路。工艺要求其不工作时，处于浮动状态，故采用Y型中位机能的电磁换向阀。

⑹安全联锁措施

本系统为保证安全生产，设置了安全门，在安全门下端装一个行程阀，用来 控制合模缸的动作。将行程阀串在控制合模缸换向的液动阀控制油路上，安全门没有关闭时，行程阀没被压下，液动换向阀不能进控制油，电液换向阀不能换向，合模缸也不能合模。只有操作者离开，将安全门关闭，压下行程阀，合模缸才能合模，从而保障了人身安全。

⑺液压源的选择

该液压系统在整个工作循环中需油量变化较大，另外，闭模和注射后又要求 有较长时间的保压，所以选用双泵供油系统。液压缸快速动作时，双泵同时供油，慢速动作或保压时由小泵单独供油，这样可减少功率损失，提高系统效率。

4.2拟定液压系统图

液压执行元件以及各基本回路确定之后，把它们有机地组合在一起。去掉重复多余的元件，把控制液压马达的换向阀与泵的卸荷阀合并，使之一阀两用。考虑注射缸同合模缸之间有顺序动作的要求，两回路接合部串联单向顺序阀。再加上其他一些辅助元件便构成了250克塑料注射机完整的液压系统图，见图2，其动作循环表，见表4。

5.液压元件的选择

5.1液压泵的选择

⑴液压泵工作压力的确定

pP≥pl＋∑Δp

pl是液压执行元件的最高工作压力，对于本系统，最高压力是增压缸锁模时的入口压力，pl＝6.4MPa；∑Δp是泵到执行元件间总的管路损失。由系统图可见，从泵到增压缸之间串接有一个单向阀和一个换向阀，取∑Δp＝0.5MPa。

液压泵工作压力为

pP＝(6.4＋0.5)MPa＝6.9MPa

⑵液压泵流量的确定

qP≥K(∑qmax)由工况图看出，系统最大流量发生在快速合模工况，∑qmax＝3L/s。取泄漏系数K为1.2，求得液压泵流量

qP＝3.6L/s(216L/min)选用YYB-BCl71/48B型双联叶片泵，当压力为7 MPa时，大泵流量为157.3L/min，小泵流量为44.1L/min。

5.2电动机功率的确定 注射机在整个动作循环中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大，7 为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电动机功率。

从工况图看出，快速注射工况系统的压力和流量均较大。此时，大小泵同时参加工作，小泵排油除保证锁模压力外，还通过顺序阀将压力油供给注射缸，大小泵出油汇合推动注射缸前进。

前面的计算已知，小泵供油压力为pP1＝6.9MPa，考虑大泵到注射缸之间的管路损失，大泵供油压力应为pP2＝(5.9＋0.5)MPa＝6.4MPa，取泵的总效率ηP＝0.8，泵的总驱动功率为

PpP1q1pP2q2P

＝27.313 kW

考虑到注射时间较短，不过3s，而电动机一般允许短时间超载25%，这样电动机功率还可降低一些。

P＝27.313×100/125 ＝21.85 kW

验算其他工况时，液压泵的驱动功率均小于或近于此值。查产品样本，选用22kW的电动机。

5.3液压阀的选择

选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量。本系统工作压力在7MPa左右，所以液压阀都选用中、高压阀。所选阀的规格型号见表5。

5.4液压马达的选择

在3.3节已求得液压马达的排量为0.8L／r，正常工作时，输出转矩 769N.m，系统工作压力为7MPa。

选SZM0.9双斜盘轴向柱塞式液压马达。其理论排量为0.873L/r，额定压力为20 MPa，额定转速为8～l00r/min，最高转矩为3057N·m，机械效率大于0.90。

5.5油管内径计算

本系统管路较为复杂，取其主要几条(其余略)，有关参数及计算结果列于表6。

5.6确定油箱的有效容积

按下式来初步确定油箱的有效容积

V＝aqV

已知所选泵的总流量为201.4L/min，这样，液压泵每分钟排出压力油的体积 为0.2m3。参照表4—3取a＝5，算得 有效容积为

V＝5×0.2m3＝1 m3

6.液压系统性能验算

6.1验算回路中的压力损失

本系统较为复杂，有多个液压执行元件动作回路，其中环节较多，管路损失较大的要算注射缸动作回路，故主要验算由泵到注射缸这段管路的损失。

⑴沿程压力损失

沿程压力损失，主要是注射缸快速注射时进油管路的压力损失。此管路长

5m，管内径0.032m，快速时通过流量2.7L/s；选用20号机械系统损耗油，正常运转后油的运动粘度ν＝27mm2/s，油的密度ρ＝918kg/m3。

油在管路中的实际流速为

4q42.71033.36m/s

vd20.032 Revd3.360.03239812300

27106油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为：

0.3164 Re0.2

5求得沿程压力损失为：

0.316453.3629180.03MPa

p10.25639810.032102⑵局部压力损失

局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失Δp2，以及通过控制阀的局部压力损失Δp3。其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。

参看图2，从小泵出口到注射缸进油口，要经过顺序阀17，电液换向阀2及单向顺序阀18。

单向顺序伺17的额定流量为50L/min，额定压力损失为0.4MPa。电液换向阀2的额定流量为190L/min，额定压力损失0.3 MPa。单向顺序阀18的额定流量为150L/min，额定压力损失0.2 MPa。

通过各阀的局部压力损失之和为

p3,12244.12157.344.11620.40.30.2

19015050

0.310.340.23MPa 0.88MPa

从大泵出油口到注射缸进油口要经过单向阀13，电液换向阀2和单向顺序阀18。单向阀13的额定流量为250L/min，额定压力损失为0.2 MPa。

通过各阀的局部压力损失之和为：

p3,2157.320.2 0.340.230.65MPa250

由以上计算结果可求得快速注射时，小泵到注射缸之间总的压力损失为

∑p1＝(0.03＋0.88)MPa＝0.91MPa

大泵到注射缸之间总的压力损失为

∑p 2＝(0.03＋0.65)MPa＝0.68MPa 由计算结果看，大小泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的压力裕度，所选泵是适合的。

另外要说明的一点是：在整个注射过程中，注射压力是不断变化的，注射缸的进口压力也随之由小到大变化，当注射压力达到最大时，注射缸活塞的运动速度也将近似等于零，此时管路的压力损失随流量的减小而减少。泵的实际出口压力要比以上计算值小一些。

综合考虑各工况的需要，确定系统的最高工作压力为6.8MPa，也就是溢流阀7的调定压力。

6.2液压系统发热温升计算

⑴计算发热功率

液压系统的功率损失全部转化为热量。

发热功率计算如下

Phr＝Pr－Pc

对本系统来说，Pr是整个工作循环中双泵的平均输入功率。

1PrTti1zpiqitiPi

具体的pi、qi、ti值见表7。这样，可算得双泵平均输入功率Pr＝12kW。

系统总输出功率

求系统的输出有效功率： PcTtmnFWisiTWjjtj j1i1

由前面给定参数及计算结果可知：合模缸的外载荷为90kN，行程0.35m；注射缸的外载荷为192kN，行程0.2m；预塑螺杆有效功率5kW，工作时间15s；开模时外载荷近同合模，行程也相同。注射机输出有效功率主要是以上这些。

Pc1(1.41050.351.921050.2510315)3kW

5总的发热功率为：

Phr＝(15.3－3)kW＝12.3kW

⑵计算散热功率

前面初步求得油箱的有效容积为1m3，按V＝0.8abh求得油箱各边之积：

a·b·h＝1/0.8m3＝1.25m3

取a为1.25m，b、h分别为1m。求得油箱散热面积为：

At＝1.8h(a＋b)＋1.5ab

＝(1.8×l×(1.25＋1)＋1.5×1.25)m2 ＝5.9m油箱的散热功率为：

Phc＝K1AtΔT

式中

K1——油箱散热系数，查表5—1，K1取16W/(m2·℃)；

ΔT——油温与环境温度之差，取ΔT＝35℃。

Phc＝16×5.9×35kW＝3.3kW＜Phr＝12.3kW 由此可见，油箱的散热远远满足不了系统散热的要求，管路散热是极小的，需要另设冷却器。

⑶冷却器所需冷却面积的计算

冷却面积为：

APhrPhc

Ktm式中

K——传热系数，用管式冷却器时，取K＝116W／(m2．·℃)；

Δtm—平均温升(℃)；tmT1T2t1t2 22取油进入冷却器的温度T1＝60℃，油流出冷却器的温度T2＝50℃，冷却水入口温度tl＝25℃，冷却水出口温度t2＝30℃。则：

tm6050253027.5℃

所需冷却器的散热面积为：

(12.33)1032m2.8m2

A11627.5考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀和油垢、水垢对传热的影响，冷却面积应比计算值大30％，实际选用冷却器散热面积为：

A＝1.3×2.8m2＝3.6m

2注意；系统设计的方案不是唯一的，关键要进行方案论证，从中选择较为合理的方案。同一个方案，设计者不同，也可以设计出不同的结果，例如系统压力的选择、执行元件的选择、阀类元件的选择等等都可能不同。附：系统工况图

第二篇：液压系统设计问题

毕业两年有余，此间设计过一些系统，碰到过很多问题，总结出一些东西，由于小弟经验有限，见识尚浅，所以可能有不少错误，以下总结仅为各位看法，供大家讨论，不对的地方还望各位大侠指教，谢谢!

1、流速：吸油管路为0.5-1m/s，压油管路为6-8 m/s，回油管路为2-3 m/s，先导管路为1.2 m/s。

2、任何时候吸油管和泄油管都要在液面以下至少2.5倍的直径，但不得小于100mm。吸油、回油泄油管之间的间距最少不得小于250mm。

3、压力表选用：压力较平稳时，最大压力值不超过测量上限的2/3；压力波动时，其压力值不应超过测量上限的1/2，最低压力不能低于测量上限的1／3

11、溢流阀A和B的规格和调定值均相同，并且所在回路的两个泵并联供油时，有时溢流阀发出很强的噪声，产生共振。

12、所属不同泵的两个溢流阀的回油管最好分别接回油箱，如果回路管接在一起，当两个泵同时工作时，有时会产生很大的噪声。

14、对于先导式溢流阀而言，压力表一般接在溢流阀的进油口，而不是遥控口。

15、使用同步阀时，实际流量要尽量与额定流量相同。实际流量偏小时，误差会增大。

21、负载漂移：负载的速度随着负载力的变化而改变。

22、液压系统的动态响应性主要是指当负载发生变化时，流量能否快速的跟随着发生变化。

24、外啮合齿轮泵：采用斜圆弧齿，噪音低，流量脉动小。

25、涡流离心过滤器：滤头设计使得更换滤芯容易；滤芯受力均匀，工作时无振动；液流进入后发生涡流，使颗粒沉淀到底部，从而直接排除。

30、安装液压缸应牢固可靠,为防止热膨胀影响,当行程大和温度高时,缸的一端必须保持浮动。

31、使用预压缩容积法减少流量和压力波动。

33、密封理论认为：在一个动态柔性密封及其配合面之间存在一层完整的润滑膜。在正常状态下，正是借助这层润滑膜来达到密封目的并延长密封件寿命。

34、油封(旋转动密封)的密封机理由润滑特性和密封原理两部分组成。润滑特性：油封的摩擦特性受流体的粘度与滑动速度支配，油封与轴的相对滑动表面在油膜分离的润滑状态下运动，因此保持摩擦阻力小，磨损小。密封原理：油封滑动接触面上油的流动是从大气侧流向油侧又从油侧流向大气侧的循环。滑动面的润滑良好，可防止磨损的进行，由此没有泄漏。当系统运动速度过高时，影响连续的润滑膜的形成，导致摩擦热增加，超出密封材料的耐温范围则造成密封件的损坏。压力过大时，除影响油膜形成，还会对橡塑密封件产生“挤隙”作用，一般可采用加“挡圈”来改善。

45、行走液压的所有元件和管道系统都不可避免地要经常承受行驶中的颠簸和冲击载荷 因此一般不采用叠加阀那样的安装形式，行走机械中常用的多片组合式多路滑阀的夹紧螺栓要比工业液压中叠加阀的粗得多，工业液压装用的一些型式的冷却器也经不住行驶时加速度的惯性力负荷。

46、行走机械的载荷不确定性较强 主要体现为系统压力波动剧烈，因此选用元件时应有较大的瞬间耐压强度储备；工业固定设备的载荷及相关的液压系统的压力则较有规律，功率型

元件的平均负荷率通常定得较饱满，需要更多地关注在连续带载运行情况下的寿命和可靠性问题。50、液压件用螺钉与螺栓一般用8.8、10.9、12.9级，32MPa以上用12.9级，材料用35CrMo、30CrMnSi或Q420合金结构钢，螺母材料一般比螺栓的软些。

52、轴向柱塞泵的发展趋势是：高压化、高速化、大流量化。要实现这些目标的关键问题之一是要合理设计轴向柱塞泵中的各种类型的摩擦副，使之形成适当的油膜，以提高柱塞泵的工作效率和寿命。

53、液体粘性传动（HVD）是一种利用摩擦副之间的油膜剪切来传递动力的新型传动形式，在大功率风机、水泵调速节能方面有着广泛的应用前景。

54、气穴是液压系统中常见的一种有害现象，经常发生在阀口附近。不仅破坏了流体的连续性、降低了介质的物理特性，而且引起振动和噪声。同时系统效率降低，动态特性恶化。

58、过滤器初始压降不得大于旁通阀压力的1/3。

59、齿轮泵，转速增加到1000rpm后，压力脉动将会有很大改善。60、摆线马达的噪音很小，但是其效率比较低。62、泵与马达效率：

容积效率：泄露、液体压缩

机械效率：摩擦、噪音、压力损失

63、控制器电流输入的抗干扰能力好（相比电压输入）67、油缸内泄小于0.05ml/min。油缸运行速度小于400mm/s 68、阀块材料：高压采用45钢或者35钢锻打后直接机加工或者机加工后调制处理HB200-240。低压可以采用20或者Q235（焊接性能好）。

69、萨澳推荐经验：V补=V系*0.1（V补为补油泵排量，V系为系统中泵与马达的排量综合）但是该经验公式不适用于以下场合（高冲击负载、长管路工况3-5m以上，低速大扭矩工况），系统的冲洗流量Q冲洗=（20%-40%）*Q系统。

70、萨澳马达（90、H1、51系列）用于开始回路时，回油口必须至少有7bar的背压。72、负载敏感泵Ls管路选取原则：ls管路容积至少为泵出口到ls信号采集点之间管路容积的10%或更多，以提提高泵的响应速度。

73、负载敏感泵ls压力设定规则：增加ls压力可以提高泵的响应速度但是待机能耗增加，一半ls压力为16-20bar，可根据负载敏感阀标定流量时的压差来调定泵上的ls压力值。74、设备液压油第一次换油时间：工作500h。以后没1200-1500h换油。78、比例方向阀阀芯V型槽口： 加速和减速控制性好；C型槽口流量大。

79、比例阀一般为正遮盖，中位死区为5%—20%，伺服阀为零遮盖。比例阀的滞环为3%—7%，带位置反馈的为0.3%-1%，伺服阀滞环为0.1%-0.5%。80、电磁阀电磁铁多为吸力。

第三篇：液压系统管路设计注意事项

液压系统管路设计注意事项

一．液压系统普遍存在的问题 1． 可靠性问题（寿命和稳定性）

（1）国产元件质量差，不稳定；（2）设计水平低，系统不完善。2． 振动与噪音

（1）系统中存在气体，没有排净。（2）吸油管密封不好，吸进空气。（3）系统压力高。（4）管子管卡固定不合理。

（5）选用液压元件规格不合理，如小流量选用大通径的阀，产生低频振荡；系统压力在某一段产生共振。3． 效率问题

液压系统的效率一般较低，只有80％左右或更低。系统效率低的原因主要由于发热、漏油、回油背压大造成。4． 发热问题

系统发热的原因主要由于节流调速、溢流阀溢流、系统中存在气体、回油背压大引起。5． 漏油问题

（1）元件质量（包括液压件、密封件、管接头）不好，漏油。（2）密封件形式是否合理，如单向密封、双向密封。（3）管路的制作是否合理，管子憋劲。（4）不正常振动引起管接头松动。

（5）液压元件连接螺钉的刚度不够，如国内叠加阀漏油。（6）油路块、管接头加工精度不够，如密封槽尺寸不正确，光洁度、形位公差要求不合理，漏油。6． 维修问题 维修难，主要原因：

（1）设计考虑不周到，维修空间小，维修不便。（2）要求维修工人技术水平高。

液压系统技术含量较高，要求工人技术水平高，出现故障，需要判断准确，不仅减少工作量，而且节约维修成本，因为液压系统充满了液压油，拆卸一次，必定要流出一些油，而这些油是不允许再加入系统中使用。另外，拆卸过程有可能将脏东西带入系统，埋下事故隐患。因此要求工人提高技术水平，判断正确非常必要。7． 液压系统的价格问题

液压系统相对机械产品，元件制造精度高，因此成本高。二． 如何保证液压系统正常使用

液压系统正常工作，需要满足以下条件： 1． 系统干净

系统出现故障，70％都是由于系统中有脏东西如铁屑、焊渣、铁锈、漆皮等引起。例如，这类污染物，如果堵住溢流阀中的小孔（0.2mm）就建立不了压力；如果卡在方向阀阀芯，就导致不能换向，功能不对；如果堵住柱塞泵滑靴的小孔，就产生干摩擦，损坏泵。另外，特别强调一点，如果水进入液压油中，导致液压油乳化，最容易引起堵住柱塞泵滑靴的小孔，就产生干摩擦，损坏泵。如何保证系统干净，应注意：

（2）选用性能好的过滤器，系统应设有多级精度过滤，不是精度越高越好，应该有粗有细，根据元件对过滤精度的要求选择。

（3）装配时，每一件零件都要打毛刺，清洗干净；焊接管路，接头焊缝都要用铣刀铣去内孔焊渣、焊瘤。管子要进行酸洗处理。

（4）管子不要大拆大卸；拆下的液压件和管路要保证清洁。（5）临时增加管子的处理，首先酸洗，然后用大空压机吹，加上汽油，吹到发白为止。（6）加油要进行过滤。

（7）运输过程中，注意密封，保证液压元件、管件不被污染。2． 无气

系统中有气体，性能不稳定，压力波动大，引起发热。特别是吸油管密封不好，又发现不了，没有油漏出，但气体却被吸入。吸油管的密封要特别注意。

如何保证系统没有气体，应考虑：

（1）系统应有放气阀，每次调试前都要排气，包括维修后开车。（2）吸油管路密封可靠，加避震管防止接头憋劲。3． 油温合理

油温过高，引起油的粘度变小或变质。粘度变小，影响系统性能，内泄增加；变质，则可能损坏液压元件。4．不漏油

三． 液压系统设计中应注意的问题

如何解决液压系统存在的各种问题，安全可靠，延长使用寿命。首先设计要合理。

 可靠性问题

提高液压系统的可靠性，建议采用以下几种方法： 1． 选用性能优良、制造水平高的液压元件。2． 降低指标使用。

如选用额定压力为32MPA的液压元件，其经常使用的压力为21－25MPA之间；如泵马达的转速为3250rpm，使用到1000－1500 rpm，这样就可以提高安全系数，提高元件使用寿命。

3． 尽量选用一家生产的液压元件，以利提高质量及解决备件问题。

4． 非标元件尽量使用由专业液压厂生产的元件、元素，以保证质量，降低成本，提高标准化水平和解决备件供应问题。5． 完善保护措施，提高安全可靠性。（3）采用双泵系统。（4）增加需要现场工人调整的安全阀。（5）加强过滤，保证系统清洁。（6）增加油温指示和报警。（7）增强系统的密封性能。（8）增加失压报警和油位报警。

 振动与噪音问题

振动厉害，噪音大，是液压系统普遍存在的问题之一。减少振动，降低噪音，具有重要的意义。选用低噪音的泵和其他液压件，目前很困难。在设计上需要考虑的是： 1． 降低泵的转速。2． 降低使用压力。

3． 合理选择液压元件和参数，不要产生吸空现象。

4． 把泵站阀架分开，并加减震垫，各部分之间均有软管连接。

 发热问题的解决 1． 采用容积式调速系统

2． 闭式系统中，加强系统换热，确定在特定的情况下，最佳的补油量，换油量，补油压力和换油压力；对泵和马达要争取在缸体外换热。

3． 加强冷却，选用性能好的冷却器。

4． 减少回油背压，减少系统压力损失，管路的流速要合理，匹配合适的通径；管子转弯避免急弯，小通径可直接弯管制成，大直径选用流线形的弯头。5． 要有泄漏油口，直接接回油箱。举一个例子，恒压变量泵的泄漏油口接回油箱，中间装了截至阀，使用中，截至阀的手柄位置不对，工人以为已经打开，实际上却是处于关闭状态。结果，变量泵的输出轴的油封被挤坏，漏油，泵发热。 漏油问题的解决

漏是绝对的，不漏是相对的。

1．选用优良的液压元件和连接方式，尽量集成，采用板式、叠加或插装元件，减少管接头。

2． 选用性能好的密封件，机械性能等级高的连接螺钉。3． 保证油路块、管接头、法兰等加工件制造精度，尺寸正确，粗糙度要求合理，形位公差达到要求。

4． 硬管子与接头不别劲，横平竖直，不直，要对直，中间有登台弯过渡；一根管子最少有一个弯，避免两头接头互相牵扯。5． 软管要平滑过渡，运动时不能产生多次弯折，运动到最大行程时，保证仍有一段直段；同时软管长度要合理，过长成本高。

6． 加强管路的固定，不但要有合理数量的管卡，还要考虑保证固定管卡的基础，也要有刚度，避免振动引起接头松动，产生漏油。 维修问题

设计中，在满足功能的前提下，尽量简化系统，优化设计，模块化设计，减少故障点。不要多一个功能，就加一个元件；要综合考虑，简化控制系统，达到一个元件担任多种角色。同时，结构设计中，合理布置元件、管接头，便于安装、操作。对于管路讲，阀架上的A、B口接头错开布置，就便于安装维修。

 价格问题

主机厂，自制液压元件价格高。不同液压件厂价格差别大，老厂生产的标准液压件，价格低；引进技术生产的液压元件，价格贵。进口液压件，价格是国产件的几倍，世界名牌厂家产品更贵。

1． 性价比是选择液压件的标准。

2． 进口件，工作可靠，能提高主机品牌，有品牌效应。3． 尽量选用标准液压件，减少自制件。

4． 要注意选用大路货，生产量大，销路多的液压件。5． 自制元件时，也要选择液压件厂生产的基本元件进行改装，成本比自己制造低，还能保证质量。

6． 要向信誉好、质量可靠、价格优惠的厂家订货。

7． 在液压元件的选取中，不单纯追求技术指标高的液压元件，要根据实际情况使用要求，性价比等做综合考虑，选取满足要求，价格合理的液压元件。四． 液压管路设计注意事项

（一）钢管

1． 根据系统技术参数（工作压力、工作流量）选定管子的材料、壁厚、通径。见机械设计手册第四卷P17-615~616页。2． 选择接头形式。见机械设计手册第四卷P17-617~618页。3． 管子走向美观、顺畅，不干涉，对于设备上的管子，尽量沿着设备布置，与设备构成一体。4． 管子要横平竖直，这是管子的基准。

5． 不允许管子与管子直接焊接，每根管子两端要有管接头，以便清理焊渣、酸洗槽酸洗，运输。

6． 两个接口之间的管子，不要设计成直的，容易漏油。7． 管子与接头要垂直，如果不直，要对直，中间有登台弯过渡。否则，容易漏油。

8． 管子转弯尽量避免急弯，小通径管子可直接弯管制成，大直径管子选用流线形的弯头。9． 管子变径处，要有过渡接头。10． 管子与接头焊接处，要开坡口。

11． 焊接要求采用氩弧焊，至少用氩弧焊打底。

（二）软管

1． 软管一般应用在设备有振动和两个接口有相对运动的场合。要求见机械设计手册第四卷P17-772~774页。2． 应尽量避免软管的扭转。3． 避免外部损伤。

4． 减少弯曲应力。在总的运动范围内不超过允许的最小半径，同时，不承受拉应力。弯曲半径9－10倍软管外径。5． 安装辅件，加以导向和保护。

（三）管夹

1． 管路要有管夹固定，间隔距离按设计手册规定。见机械设计手册第四卷P17-774页。2． 管接头附近应有管夹。

3． 管夹不宜布置在弯管半径内，应布置在弯管两端处。否则，管子没有变形空间。

4． 设计双层管路，走管沟时，使用双层管夹；如果选不到合适的双层管夹，使用单层管夹，支架不能固定在沟壁两侧，只能使用悬臂式，否则，钢管维修时，不易拆卸。或者，直接固定在沟壁。

5． 固定管夹基础一定要刚性好，否则，容易产生振动，严重时，甚至损坏管件。举一个例子，液压防爆绞车，工作压力达到31.5Mpa，由于，固定管夹的支架直接固定在地面，侧面悬空，系统震动导致接管开裂。

第四篇：液压系统优化设计论文

1液压泵站的液压原理

新的系统选用2台37kW电机分别驱动一台A10VSO100的恒压变量泵作为动力源，系统采用一用一备的工作方式。恒压变量泵变量压力设为16MPa，在未达到泵上调压阀设定压力之前，变量泵斜盘处于最大偏角，泵排量最大且排量恒定，在达到调压阀设定压力之后，控制油进入变量液压缸推动斜盘减小泵排量，实现流量在0～Qmax之间随意变化，从而保证系统在没有溢流损失的情况下正常工作，大大减轻系统发热，节省能源消耗。在泵出口接一个先导式溢流阀作为系统安全阀限定安全压力，为保证泵在调压阀设定压力稳定可靠工作，将系统安全阀调定压力17MPa。每台泵的供油侧各安装一个单向阀，以避免备用泵被系统压力“推动”。为保证比例阀工作的可靠性，每台泵的出口都设置了一台高压过滤器，用于对工作油液的过滤。为适当减小装机容量，结合现场工作频率进行蓄能器工作状态模拟，最终采用四台32L的蓄能器7作为辅助动力源，当低速运动时载荷需要的流量小于液压泵流量，液压泵多余的流量储入蓄能器，当载荷要求流量大于液压泵流量时，液体从蓄能器放出，以补液压泵流量。经计算，系统最低压力为14．2MPa，实际使用过程中监控系统最低压力为14．5MPa，完全满足使用要求。顶升机液压系统在泵站阀块上，由于系统工作压力低于系统压力，故设计了减压阀以调定顶升机系统工作压力，该系统方向控制回路采用三位四通电磁换向阀，以实现液压缸的运动方向控制，当液压缸停止运动时，依靠双液控单向阀锥面密封的反向密封性，能锁紧运动部件，防止自行下滑，在回油回路上设置双单向节流阀，双方向均可实现回油节流以实现速度的设定，为便于在故障状态下能单独检修顶升机液压系统，系统在进油回路上设置了高压球阀9，在回油回路上设置了单向阀14。该液压站采用了单独的油液循环、过滤、冷却系统设计，此外还设置有油压过载报警、滤芯堵塞报警、油位报警、油温报警等。

2机械手机体阀台的液压原理

对于每台机械手都单独配置一套机体阀台，机体阀台采用集成阀块设计，通过整合优化液压控制系统，将各相关液压元件采用集约布置方式，使全部液压元件集中安装在集成阀块上，元件间的连接通过阀块内部油道沟通，从而最大限度地减少外部连接，基本消除外泄漏。机体阀台的四个出入油口(P－压力油口，P2－补油油口，T－回油油口，L－泄漏油口)分别与液压泵站的对应油口相连接。压力油由P口进入机体阀台后，经高压球阀1及单向阀2．1后，一路经单向阀4给蓄能器6供油以作为系统紧急状态供油，一路经插装阀3给系统正常工作供油。为保证每个回路产生的瞬间高压不影响别的工作回路，在每个回路的进出口都设置了单向阀，对于夹钳工作回路因设置了减压阀16进行减压后供油，无需设置单向阀。对于小车行走系统，由比例阀12．1控制液压马达21的运动方向，液压马达设置了旋转编码器，对于马达行走采用闭环控制，以实现平稳起制动以及小车的精准定位。为避免制动时换向阀切换到中位，液压马达靠惯性继续旋转产生的液压冲击，设置了双向溢流阀11分别用来限制液压马达反转和正转时产生的最大冲击压力，以起到制动缓冲作用，考虑到液压马达制动过程中的泄漏，为避免马达在换向制动过程中产生吸油腔吸空现象，用单向阀9．1和9．2从补油管路P2向该回路补油，为实现单台机械手的故障检修，在补油管路P2上设置了高压球阀8，为实现检修时，可以将小车手动推动到任意检修位置，系统设置了高压球阀5．2。对于双垂直液压缸回路，由比例阀12．2控制液压缸22的运动方向，液压缸安装了位移传感器，对于液压缸位置采用闭环控制，实现液压缸行程的精准定位，液压缸驱动四连杆机构来完成夹钳系统的垂直方向运动;为防止液压缸停止运动时自行下滑，回路设置了双液控单向阀13．1，其为锥面密封结构，闭锁性能好，能够保证活塞较长时间停止在某位置处不动;为防止垂直液压缸22因夹钳系统及工件自重而自由下落，在有杆腔回路上设置了单向顺序阀14，使液压缸22下部始终保持一定的背压力，用来平衡执行机构重力负载对液压执行元件的作用力，使之不会因自重作用而自行下滑，实现液压系统动作的平稳、可靠控制;为防止夹钳夹持超过设计重量的车轮，在有杆腔设置了溢流阀15．1作为安全阀对于夹钳液压缸回路，工作压力经减压阀16调定工作压力后由比例阀17控制带位置监测的液压缸23的运动，来驱动连杆机构完成夹钳的夹持动作，回路设置了双液控单向阀13．2，来保证活塞较长时间停止固定位置，考虑到夹钳开启压力原小于关闭压力(液压缸向无杆腔方向运动夹钳关闭)，在液压缸无杆腔回路上设置了溢流阀15．3，调定无杆腔工作压力，当比例换向阀17右位工作时，压力油经液控单向阀13．2后，一路向有杆腔供油，一路经电磁球阀18向蓄能器19供油，当夹钳夹住车轮，有杆腔建立压力达到压力继电器20设定值后，比例换向阀17回中位，蓄能器19压力油与有杆腔始终连通，确保夹持动作有效，当比例换向阀17左位工作时，蓄能器19压力油经电磁球阀18与有杆腔回油共同经过比例换向阀17回回油口。紧急情况下，电磁换向阀7得电(与系统控制电源采用不同路电源)，将蓄能器6储存的压力油，一路经单向阀9．11供给夹钳液压缸23，使夹钳打开，同时有杆腔回油经电磁球阀18，单向阀9．9回回油T口;一路压力油经节流阀10，单向阀9．3使液压马达21带动小车向炉外方向运动，液压马达回油经比例换向阀12．1，单向阀9．5回回油T口。以确保设备能放下待取车轮，退出加热炉内部，保护设备安全。

3结论

全液压装出料系统经优化设计，系统的装机容量由100kW下降到37kW，大大降低能源消耗，适应了当今绿色发展的要求。由于系统采用备用泵设计，确保了系统的长期稳定运行;蓄能器的大量使用，保证了系统的流量和压力满足生产实际的要求;集成阀块的设计方式，减少了系统下泄漏的几率，降低了油液消耗，保护了环境;紧急回路的设计，可以有效保护设备的使用安全。该技术成果具有向同类加热炉装出料机构推广应用经济价值。

第五篇：液压传动课程压力机液压系统设计

液压传动

设计说明书

设计题目

压力机液压系统设计

机电工程学院

班

设

计

者

2010

年

X

月

X

日

液压传动任务书

1.液压系统用途（包括工作环境和工作条件）及主要参数：

单缸压力机液压系统，工作循环：低压下行→高压下行→保压→低压回程→上限停止。自动化程度为半自动，液压缸垂直安装。

最大压制力：20×106N；最大回程力：4×104N；低压下行速度：25mm/s；高压下行速度：1mm/s；低压回程速度：25mm/s；工作行程：300mm；液压缸机械效率0.9。

2.执行元件类型：液压缸

3.液压系统名称：压力机液压系统。

设

计

内

容

1.拟订液压系统原理图；

2.选择系统所选用的液压元件及辅件；

3.设计液压缸；

4.验算液压系统性能；

5.编写上述1、2、3和4的计算说明书。

压力机液压系统设计

压力机的功能

图1.1

液压机外形图

1－充液筒；2－上横梁；3－上液压缸；4－上滑块；5－立柱；6－下滑块；7－下液压缸；8－电气操纵箱；9－动力机构

液压机是一种利用液体静压力来加工金属、塑料、橡胶、木材、粉末等制品的机械。它常用于压制工艺和压制成形工艺，如：锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等等。

液压机有多种型号规格，其压制力从几十吨到上万吨。用乳化液作介质的液压机，被称作水压机，产生的压制力很大，多用于重型机械厂和造船厂等。用石油型液压油做介质的液压机被称作油压机，产生的压制力较水压机小，在许多工业部门得到广泛应用。

液压机多为立式，其中以四柱式液压机的结构布局最为典型，应用也最广泛。图1.1所示为液压机外形图，它主要由充液筒、上横梁2、上液压缸3、上滑块4、立柱5、下滑块6、下液压缸7等零部件组成。这种液压机有4个立柱，在4个立柱之间安置上、下两个液压缸3和7。上液压缸驱动上滑块4，下液压缸驱动下滑块6。为了满足大多数压制工艺的要求，上滑块应能实现快速下行→慢速加压→保压延时→快速返回→原位停止的自动工作循环。下滑块应能实现向上顶出→停留→向下退回→原位停止的工作循环。上下滑块的运动依次进行，不能同时动作。

压力机液压系统设计要求

设计一台压制柴油机曲轴轴瓦的液压机的液压系统。

轴瓦毛坯为：长×宽×厚

=

365

mm×92

mm×7.5

mm的钢板，材料为08Al，并涂有轴承合金；压制成内径为Φ220

mm的半圆形轴瓦。

液压机压头的上下运动由主液压缸驱动，顶出液压缸用来顶出工件。其工作循环为：主缸快速空程下行®慢速下压®快速回程®静止®顶出缸顶出®顶出缸回程。

液压机的结构形式为四柱单缸液压机。

压力机液压系统工况

液压机技术参数：

（1）主液压缸

（a）负载

压制力：压制时工作负载可区分为两个阶段。第一阶段负载力缓慢地线性增加，达到最大压制力的10%左右，其上升规律也近似于线性，其行程为90

mm（压制总行程为110

mm）第二阶段负载力迅速线性增加到最大压制力18×105

N，其行程为20

mm。

回程力（压头离开工件时的力）：一般冲压液压机的压制力与回程力之比为5～10，本压力机取为5，故回程力为Fh

=

3.6×105

N。

移动件（包括活塞、活动横梁及上模）质量＝3058

kg。（在实际压力机液压系统的设计之前，应该已经完成压力机的结构设计，这里假设已经设计完成压力机的机械结构，移动件的质量已经得到。）

（b）行程及速度

快速空程下行：行程Sl

=

200

mm，速度v1＝60

mm/s；

工作下压：行程S2

=

mm，速度v2＝6

mm/s。

快速回程：行程S3

=

310

mm，速度v3＝53

mm/s。

（2）顶出液压缸

（a）负载：顶出力（顶出开始阶段）Fd＝3.6×105

N，回程力Fdh

=

2×105

N。

（b）行程及速度；行程L4

=

120

mm，顶出行程速度v4＝55

mm/s，回程速度v5＝120

mm/s。

液压缸采用V型密封圈，其机械效率ηcm＝0.91。压头起动、制动时间：0.2

s。

设计要求。本机属于中小型柱式液压机，有较广泛的通用性，除了能进行本例所述的压制工作外，还能进行冲孔、弯曲、较正、压装及冲压成型等工作。对该机有如下性能要求：

（a）为了适应批量生产的需要应具有较高的生产率，故要求本机有较高的空程和回程速度。

（b）除上液压缸外还有顶出缸。顶出缸除用以顶出工件外，还在其他工艺过程中应用。主缸和顶出缸应不能同时动作，以防出现该动作事故。

（c）为了降低液压泵的容量，主缸空程下行的快速行程方式采用自重快速下行。因此本机设有高位充液筒（高位油箱），在移动件快速空程下行时，主缸上部形成负压，充液筒中的油液能吸入主缸，以补充液压泵流量之不足。

（d）主缸和顶出缸的压力能够调节，压力能方便地进行测量。

（e）能进行保压压制。

（f）主缸回程时应有顶泄压措施，以消除或减小换向卸压时的液压冲击。

（g）系统上应有适当的安全保护措施。

确定压力机液压缸的主要参数

（1）初选液压缸的工作压力

（a）主缸负载分析及绘制负载图和速度图

液压机的液压缸和压头垂直放置，其重量较大，为防止因自重而下滑；系统中设有平衡回路。因此在对压头向下运动作负载分析时，压头自重所产生的向下作用力不再计入。另外，为简化问题，压头导轨上的摩擦力不计。

惯性力；快速下降时起动

Faz

=

m

=

3058×=

917

N

快速回程时起动与制动

Fas

=

m

=

3058×=

810

N

压制力：初压阶段由零上升到F1

=

1.8×106

N×0.10

=

1.8×105

N

终压阶段上升到F2

=

1.8×106

N

循环中各阶段负载见表1.1，其负载图见图1.2a。

表1.1

主缸的负载计算

工作阶段

负载力FL（N）

液压缸推力

（N）

液压缸工作压力（Pa）

（回程时）

快速下行

起动

FL

=

Fa下

=

917

1008

12533

等速

FL

=

0

0

0

压制

初压

FL

=

1.8×105

1.98×105

2.46×106

终压

FL

=

1.8×106

1.98×106

24.6×106

快速回程

起动

FL

=

F回

=

3.6×105

3.96×105

21×106

等速

FL

=

mg

=

30000

32967

1.75×106

制动

FL

=

mg-

Fa下

=

30000-810

=

29190

32077

1.7×106

注：表1.1中的液压缸工作压力的计算利用了后续液压缸的结构尺寸。

运动分析：根据给定条件，空载快速下降行程200

mm，速度60

mm/s。压制行程110

mm，在开始的90

mm内等速运动。速度为6

mm/s，最后的20

mm内速度均匀地减至零，回程以53

mm/s的速度上升。利用以上数据可绘制出速度图，见图1.2b。

a

压力机液压系统负载图

b

压力机液压缸运动速度图

图1.2

液压机主液压缸负载和速度图

（2）确定液压缸的主要结构参数

根据有关资料，液压机的压力范围为20~30

MPa，现有标准液压泵、液压阀的最高工作压力为32

MPa，如选此压力为系统工作压力，液压元件的工作性能会不够稳定，对密封装置的要求以较高，泄漏较大。参考系列中现已生产的其它规格同类液压机（如63、100、200、300吨液压机）所采用的工作压力，本机选用工作压力为25×106Pa。液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来确定。

（a）主缸的内径D

D

=

=

=

0.317m

=

317

mm

按标准取D

=320mm

（b）主缸无杆腔的有效工作面积A1

A1=D2

=×0.322=0.0804m2=804

cm2

（c）主缸活塞杆直径d

d

===0.287

m=287

mm

按标准值取d

=

280

mm

D-d＝320–280＝40

mm＞允许值12.5

mm

（据有关资料，（D–d）小于允许值时，液压缸会处于单向自锁状态。）

（4）主缸有杆腔的有效工作面积A2

A2

=

（D2–d2）=

×（0.322–0.282）=

0.01885

m2

=

188.5

cm2

（d）主缸的工作压力

活塞快速下行起动时

p1

=

=

=

12533

Pa

初压阶段末

p1

=

=

=

2.46×106

Pa

终压阶段末

p1

=

=

=

24.6×106

Pa

活塞回程起动时

p2

=

=

=

21×106

Pa

活塞等速运动时

p2

=

=

=

1.75×106

Pa

回程制动时

p2

=

=

=

1.7×106

Pa

（e）液压缸缸筒长度

液压缸缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的其他长度确定。其中活塞长度

B=（0.6~1.0）D；导向套长度A=（0.6~1.5）d。为了减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的20～30倍。

（3）计算液压缸的工作压力、流量和功率

（a）主缸的流量

快速下行时q1

=

A1v1

=

804×6

=

4824cm3/s

=

289.4

L/min

工作行程时q2

=

A2v2

=

804×0.6

=

482cm3/s

=

28.9

L/min

快速回程时q3

=

A3v3

=

183.5×5.3

=

999cm3/s

=

59.9

L/min

（b）主缸的功率计算

快速下行时（起动）：P1

=

p1q1

=

12533×4824×10-6

=

60.46

W

工作行程初压阶段末：P2

=

p2q2

=

2.46×106×482×10-6

=

1186

W

终压阶段：此过程中压力和流量都在变化，情况比较复杂。压力p在最后20

mm行程内由2.46

MPa增加到24.6

MPa，其变化规律为

p

=

2.46+S

=

2.46+1.11S（MPa）

式中S——行程（mm），由压头开始进入终压阶段算起。

流量q在20

mm内由482

cm3/s降到零，其变化规律为q

=

482（1－）（cm3/s）

功率为P

=

pq

=

482×（2.46+1.11S）×（1－）

求其极值，=

0得S

=

8.9（mm）此时功率P最大

Pmax

=

482×（2.46+1.11×8.9）×（1－）=

3300.8

W

=

3.3

kW

快速回程时；等速阶段P

=

pq

=

1.75×106×999×10-6

=

1.748

kW

起动阶段：此过程中压力和流量都在变化，情况也比较复杂。设启动时间0.2秒内作等加速运动，起动阶段活塞行程为

S

=

0.5vt

=

0.5×5.3×0.2

=

5.3mm

在这段行程中压力和流量均是线性变化，压力p由21

MPa降为1.75

MPa。其变化规律为

p

=

21–S

=

21–3.6S（MPa）

式中

S——行程（mm），由压头开始回程时算起。流量q由零增为999

cm3/s，其变化规律为

q

=

S

=

188S（cm3/s）

功率为P

=

pq

=

188S（21–3.6S）

求其极值，=

0得S

=

2.9（mm），此时功率P最大

Pmax

=

188×2.9×（21–3.6×2.9）

=

5755

W

=

5.76

kW

由以上数据可画出主液压缸的工况图（压力循环图、流量循环图和功率循环图）见图1.3。

（c）顶出缸的内径Dd

Dd

=

=

=

1419

m

=

142

mm

按标准取Dd

=

150

mm

a

压力循环图

b

流量循环图

c

功率循环图

图1.3

主液压缸工况图

（d）顶出缸无杆腔的有效工作面积A1d

A1d

=

Dd

=

×0.152

=

0.0177m2

=

177

cm2

（e）顶出缸活塞杆直径dd

dd

=

=

=

0.1063

m

=

mm

按标准取dd

=

mm

（f）顶出缸有杆腔的有效工作面积A2d

A2

d

=

（D

d

2–d

d

2）=

×（0.152–0.112）

=

0.00817m2

=

81.7cm2

（g）顶出缸的流量

顶出行程q4

=

A1

dv4

=

177×5.5

=

973.5

cm3/s

=

58.4

L/min

回程q5

=

A2

dv5

=

81.7×12

=

980

cm3/s

=

58.8

L/min

顶出缸在顶出行程中的负载是变动的，顶出开始压头离工件较大（负载为Fd），以后很快减小，而顶出行程中的速度也是变化的，顶出开始时速度由零逐渐增加到v4；由于这些原因，功率计算就较复杂，另外因顶出缸消耗功率在液压机液压系统中占的比例不大，所以此处不作计算。

拟订压力机液压系统原理图

（1）确定液压系统方案

液压机液压系统的特点是在行程中压力变化很大，所以在行程中不同阶段保证达到规定的压力是系统设计中首先要考虑的。

确定液压机的液压系统方案时要重点考虑下列问题：

（a）快速行程方式

液压机液压缸的尺寸较大，在快速下行时速度也较大，从工况图看出，此时需要的流量较大（289.4

L/min），这样大流量的油液如果由液压泵供给；则泵的容量会很大。液压机常采用的快速行程方式可以有许多种，本机采用自重快速下行方式。因为压机的运动部件的运动方向在快速行程中是垂直向下，可以利用运动部件的重量快速下行；在压力机的最上部设计一个充液筒（高位油箱），当运动部件快速下行时高压泵的流量来不及补充液压缸容积的增加，这时会形成负压，上腔不足之油，可通过充液阀、充液筒吸取。高压泵的流量供慢速压制和回程之用。此方法的优点为不需要辅助泵和能源，结构简单；其缺点为下行速度不易控制，吸油不充分将使升压速度缓慢，改进的方法是使充液阀通油断面尽量加大，另外可在下腔排油路上串联单向节流阀，利用节流造成背压，以限制自重下行速度，提高升压速度。由于本例的液压机属于小型压机，下行速度的控制问题不如大型压机突出，所以本例采用的回路见图1.4。

图1.4

液压系统回路图

在主缸实现自重快速行程时，换向阀4切换到右边位置工作（下行位置），同时电磁换向阀5断电，控制油路K使液控单向阀3打开，液压缸下腔通过阀3快速排油，上腔从充液筒及液压泵得到油液，实行滑块快速空程下行。

（b）减速方式

液压机的运动部件在下行行程中快接近制件时，应该由快速变换为较慢的压制速度。减速方式主要有压力顺序控制和行程控制两种方式；压力顺序控制是利用运动部件接触制件后负荷增加使系统压力升高到一定值时自动变换速度；某些工艺过程要求在运动部件接触制件前就必须减速，本例压制轴瓦工艺就有这个要求，这时适合选用行程减速方式。本系统拟选用机动控制的伺服变量轴向柱塞泵（CCY型）作动力源，液压泵的输出流量可由行程挡块来控制，在快速下行时，液压泵以全流量供油，当转换成工作行程（压制）时，行程挡块使液压泵的流量减小，在最后20

mm内挡块使液压泵流量减到零；当液压缸工作行程结束反向时，行程挡块又使液压泵的流里恢复到全流量。与液压泵的流量相配合（协调），在液压系统中，当转换为工作行程时，电气挡块碰到行程并关，发信号使电磁换向阀5的电磁铁3YA得电，控制油路K不能通至液控单向阀8，阀8关闭，此时单向顺序阀2不允许滑块等以自重下行。只能靠泵向液压缸上腔供油强制下行，速度因而减慢（见图1.4）。

（c）压制速度的调整

制件的压制工艺一般要提出一定压制速度的要求，解决这一问题的方很多，例如可以用压力补偿变量泵来实现按一定规律变化的压制速度的要求。本例中采用机动伺服变量泵，故仍利用行程挡块（块挡的形状）来使液压泵按一定规模变化以达到规定的压制速度。

（d）压制压力及保压

在压制行程中不同阶段的系统压力决定于负载，为了保证安全，应该限制液压系统的最高压力，本系统拟在变量泵的压油口与主油路间并联一只溢流阀作安全阀用。

有时压制工艺要求液压缸在压制行程结束后保压一定时间，保压方法有停液压泵保压与开液压泵保压两种，本系统根据压机的具体情况拟采用开液压泵保压；此法的能量消耗较前一种大。但系统较为简单。

（e）泄压换向方法

液压机在压制行程完毕或进入保压状态后，主液压缸上腔压力很高，此时由于主机弹性变形和油液受到压缩，储存了相当大的能量。工作行程结束后反向行程开始之前液压缸上腔如何泄压（控制泄压速度）是必须考虑的问题，实践已证明，若泄压过快，将引起剧烈的冲击、振动和惊人的声音，甚至会因液压冲击而使元件损坏。此问题在大型液压机中愈加重要。

各种泄压方法的原理是在活塞回程之前，当液压缸下腔油压尚未升高时，先使上腔的高压油接通油箱，以一定速度使上腔高压逐步降低。本例采用带阻尼状的电液动换向阀，该阀中位机能是H型，控制换向速度，延长换向时间，就可以使上腔高压降低到一定值后才将下腔接通压力油（见图1.5）。此法最为简单，适合于小型压机。

（f）主缸与顶出缸的互锁控制回路

为保障顶出缸的安全，在主缸动作时，必须保证顶出缸的活塞下行到最下位置。本例采用两个换向阀适当串联的方法来实现两缸的互锁控制（见图1.5）。从图1.5中可见，只有在阀6处于右位工作时，即顶出缸活塞是下行状态时压力油才会通入换向阀4，主缸才能动作。当阀6处于左位工作，顶出缸为上行状态时，只有压力很低的回油通至阀4，主缸才不能动作。

液压系统电磁铁动作见表1.2，液压元件规格明细表见表1.3。

1.2

电磁铁动作循环表

元件

动作

1YA

2YA

3YA

4YA

5YA

主缸快速下行

–

+

+

–

+

主缸慢速下压

–

+

–

–

–

+

主缸泄压

–

+

–

–

主缸回程

–

+

–

+

–

顶出缸顶出

+

–

–

+

–

顶出缸回程

–

+

–

+

–

原位卸荷

–

–

–

–

–

表1.3

液压元件明细表

序

号

名

称

型

号

液控单向阀

SV30P-30B

单向顺序阀（平衡阀）

DZ10DP1-40BY

液控单向阀

SV20P-30B

电液换向阀

WEH25H20B106AET

电磁换向阀

3WE4A10B

电液换向阀

WEH25G20B106AET

顺序阀

DZ10DP140B210M

溢流阀（安全阀）

DBDH20P10B

轴向柱塞泵

63CCY14-1B

主液压缸

自行设计

顶出液压缸

自行设计

压力表

Y-100

压力表开关

KF-L8/20E

（2）拟定液压系统原理图

在以上分析的基础上，拟定的液压系统原理图如图1.5所示。

图1.5

液压机液压系统原理图

系统的工作过程如下：

液压泵起动后，电液换向阀4及6处于中位，液压泵输出油液经背压阀7再经阀6的中位低压卸荷，此时主缸处于最上端位置而顶出缸在最下端位置，电磁铁2YA得电，换向阀6在右位工作，此时5YA得电，换向阀4也在右位工作，液压泵输出的压力油进入主缸上腔，此时3YA也得电，控制油路经阀5通至液控单向阀3，使阀3打开，主缸下腔的油能经阀3很快排入油箱，主缸在自重作用下实现快速空程下行，由于活塞快速下行时液压泵进入主缸上腔的流量不足，上腔形成负压，充液筒中的油液经充液阀（液控单向阀）1吸入主缸。

当电气挡块碰到行程开关时3YA失电，控制油路断开，阀3关闭，此时单向顺序阀（平衡阀）2使主缸下腔形成背压，与移动件的自重相平衡。自重快速下行结束。与此同时用行程挡块使液压泵的流量减小，主缸进入慢速下压行程，在此行程中可以用行程挡块控制液压泵的流量适应压制速度的要求。由压力表刻度指示达到压制行程的终点。

行程过程结束后，可由手动按钮控制使5YA失电，4YA得电，换向阀4换向，由于阀2带阻尼器，换向时间可以控制，而阀4的中位机能是H型，阀处于中位时使主缸上腔的高压油泄压，然后阀4再换为左位，此时压力油经阀2的单向阀进入主缸下腔，由于下腔进油路中的油液具有一定压力；故控制油路可以使阀1打开，主缸上腔的油液大部分回到充液筒，一部分经阀4排回油箱，此时主缸实现快速回程。充液筒油液充满后，溢出的油液可经油管引至油箱。

回程结束后，阀4换至中位，主缸静止不动。

1YA得电，2YA失电，阀6换至左位，压力油进入顶出缸下腔，顶出缸顶出制件，然后1YA失电，2YA得电，阀6换至右位，顶出缸回程；回程结束后，2

YA失电，阀6换至中位，工作循环完成，系统回到原始状态。

选择液压元件

（1）液压系统计算与选择液压元件

（a）选择液压泵和确定电动机功率

①

液压泵的最高工作压力就是液压缸慢速下压行程终了时的最大工作压力

pp

=

=

=

24.6

MPa

因为行程终了时流量q＝0，管路和阀均不产生压力损失；而此时液压缸排油腔的背压已与运动部件的自重相平衡，所以背压的影响也可不计。

②

液压泵的最大流量

qp≥K（∑q）max

泄漏系数K

=

1.1~1.3，此处取K

=

1.1。由工况图（图1.3）知快速下降行程中q为最大（q

=

289.41

L/min），但此时已采用充液筒充液方法来补充流量，所以不按此数值计算，而按回程时的流量计算。

qmax

=

q3

=

59.9

L/min

qp

=

1.1q3

=

1.1×59.9

=

65.9

L/min

③

根据已算出的qP和pP，选轴向杜塞泵型号规格为63CCY14-1B，其额定压力为32

MPa，满足25~60％压力储备的要求。排量为63m

L/r，电动机同步转速为1500

r/min，故额定流量为：q

=

qn

=

=

94.5

L/min，额定流量比计算出的qP大，能满足流量要求，此泵的容积效率ηv

=

0.92。

④

电动机功率

驱动泵的电动机的功率可以由工作循环中的最大功率来确定；由工况分析知，最大功率为5.76

kW，取泵的总效率为η泵

=

0.85。

则P

=

=

=

6.78

kW

选用功率为7.5

kW，额定转速为1440

r/min的电动机。电动机型号为：Y132m-4（Y系列三相异步电动机）。

（2）选择液压控制阀

阀2、4、6、7通过的最大流量均等于qP，而阀1的允许通过流量为q。q

=

q1–qP＝289.4–65.9＝223.5

L/min，阀3的允许通过流量为

q

=

q1

=

289.4

=

67.9

L/min

阀8是安全阀，其通过流量也等于qP。

以上各阀的工作压力均取p＝32

MPa。

本系统所选用的液压元件见表1.4。

表1.4

液压机液压元件型号规格明细表

序号

元件名称

型

号

规

格

液控单向阀

SV30P-30B

华德：31.5MPa，30通径，流量400L/min

单向顺序阀

（平衡阀）

DZ10DP1-40BY

华德：10通径，流量80L/min，控制压力（25~210）×105Pa

液控单向阀

SV20P-30B

华德：31.5MPa，20通径，流量400L/min

电液换向阀

WEH25H20B106AET

华德：28MPa，25通径，流量1100L/min

电磁换向阀

3WE4A10B

华德：21MPa，4通径，流量25L/min

电液换向阀

WEH25G20B106AET

华德：28MPa，25通径，流量1100L/min

顺序阀

DZ10DP140B210M

华德：10通径，流量80L/min，控制压力（25~210）×105Pa

溢流阀

（安全阀）

DBDH20P10B

华德：20通径，流量250L/min，调压范围（2.5~40）MPa

轴向柱塞泵

63CCY14-1B

32MPa，排量63mL/r，1500r/min

主液压缸

自行设计

顶出液压缸

自行设计

压力表

Y-100

（0~400）×105Pa

压力表开关

KF-L8/20E

（3）选择辅助元件

（a）确定油箱容量

由资料，中高压系统（p>6.3

MPa）油箱容量

V

=

（6~12）qP。

本例取V

=

8×qP

=

8×94.5

=

756

L（qP用液压泵的额定流量）.取油箱容量为800

L。

充油筒容量V1

=

（2–3）Vg

=

3×25

=

75（L）

式中

Vg——主液压缸的最大工作容积。

在本例中，Vg

=

A1Smax

=

804×31

=

24924cm3

≈

25（L）

（b）油管的计算和选择

如参考元件接口尺寸，可选油管内径d

=

20mm。

计算法确定：液压泵至液压缸上腔和下腔的油管

d

=

取v

=

4m/s，q

=

65.9

L/min

d

=

=

1.87

cm，选d

=

mm.与参考元件接口尺寸所选的规格相同。

充液筒至液压缸的油管应稍加大，可参考阀1的接口尺寸确定

选d

=

mm的油管，油管壁厚：δ≥。

选用钢管：[σ]

=

≈

83.25MPa，取n

=

4，σb

=

333MPa（10＃钢）。

σ

=

=

=

3.84

mm，取σ

=

mm

（4）选择液压油

本系统是高压系统，油液的泄漏是主要矛盾。为了减少泄漏应选择粘度较大的油，本系统选用68号抗磨液压油。

液压系统性能的验算

（1）油路压力的计算

本系统是容积调速，系统在各运动阶段的压力由负载决定。本系统在开始设计时已经说明，运动部件在导轨上的摩擦和自重的影响均忽略不计（对实际计算产生的影响很小），因此要考虑的仅仅是阀和管路的压力损失，而本系统对压力的要求主要是工作行程终了时能达到的最大压力值，由于此时速度已接近于零，阀门和管路的损失也接近于零，所以本例不详细计算压力损失值。

（2）确定安全阀、平衡阀和顺序阀的调整压力

安全阀调整压力ps

=

1.1p泵

=

1.1×25×106

=

27.5

MPa

平衡阀调整压力pX

=

=

=

1.59

MPa

顺序阀7的调整压力：该阀的作用是使液压泵在卸荷时泵的出口油压不致降为零，出口油压应满足液控单向阀和电液换向阀所需控制油压的要求。由资料查的SV10型液控单向阀的控制压力≥5×105

Pa，另外WEH10型电液换向阀所需的控制油压不得低于10×105

Pa，故取顺序阀的调整压力为（10~12）×105

Pa。

（3）验算电机功率

由工况图知主缸在快速起动阶段中S

=

2.9

mm处功率为最大，Pmax

=

5.76

kW

在Pmax时液压泵的流量较小，管路和阀的损失不大。在选择电机时也已考虑功率留有一定量的储备，所以电机功率不必再进行验算，此处对液压泵卸荷状态下的功率再作一下计算，此时卸荷压力p卸等于阀7的调整压力

p卸＝18×105

Pa

q泵取泵的额定流量qP

=

94.5

L/min。

p卸

=

p卸qP

=

（18×105×94.5）/60×10-3

=

2835W

=

2.835

kW

将液压机在工作循环中的功率进行比较后得知主缸快速回程起动阶段的功率为最大，所以用这个功率来计算电机功率是合理的。

（4）绘制正式液压系统图

通过上述验算表明；所拟定的液压系统原理图是可行的，可以以此原理图为基础经修改完善后，绘制出正式的液压系统原理图。绘制时注意下列几点：

（l）液压元件职能符号按国家标准（GB/T786.1-93）；

（2）各元件按常态位置绘制；

（3）执行元件附近画出工作循环图；

（4）绘出测压点的位置并绘出压力表开关；

（6）绘出行程开关的位置；

（6）绘出电磁铁动作循环表；

（7）绘出按工程实际使用的标题栏，填清各元件的名称、图号、规格及必要的调整值等。

液压控制装置集成设计

对于机床等固定式的液压设备，常将液压系统的动力源、阀类元件（包括某些辅助元件）集中安装在主机外的液压站上。这样能使安装与维修方便，并消除了动力源振动与油温变化对主机工作精度的影响。而阀类元件在液压站上的配置也有多种形式可供选择。配置形式不同，液压系统元件的连接安装结构和压力损失也有所不同。阀类元件的配置形式目前广泛采用集成化配置，具体形式有油路板式、叠加阀式、集成块式、插入式和复合式集成。根据所设计的系统，选择合适的集成方式。

本系统采用块式集成方式，它是将液压阀安装在六面体集成块上，集成块一方面起安装地板的作用，另一方面起内部油路通道作用，故集成块又称为油路块或通道块。

当液压控制装置决定采用块式集成时，首先要对已经设计好的液压系统原理图进行分解，并绘制集成块单元回路图。集成块单元回路图实质上是液压系统原理图的一个等效转换，它是设计块式集成液压控制装置的基础，也是设计集成块的依据。具体设计要点可参考张利平编写的《液压站》。如下图1.5所示为本液压机系统的集成块单元回路图。

单元回路确定之后，可进行集成块设计。由于集成块的孔系结构复杂，因此设计者经验的多寡对于设计质量的优劣乃至成败有很大影响。对于初次涉足集成块的设计者而言，建议研究和参考现有通用集成块系列的结构和特点，还可借助于solidworks等软件进行三维设计，以便加快设计进程，减少设计失误，提高设计工作质量和效率。

图1.6

集成块单元回路图

液压缸的校核

（1）

缸筒壁厚δ的验算

中、高压缸一般用无缝钢管做缸筒，大多属薄壁筒，即时，按材料力学薄壁圆筒公式验算壁厚，即

(mm)

当液压缸采用铸造缸筒时，壁厚由铸造工艺确定，这时应按壁厚圆筒公式验算壁厚。

当时，可用下式

(mm)

当时，可用下式

(mm)

式中——缸筒内的最高工作压力

(MPa)；

——缸筒内径

(mm)；

——缸筒材料的许用应力

(MPa)。

对于本系统的液压缸，拟采用45钢薄壁圆筒，用时的验算公式，其中

MPa，mm，MPa，则

mm，圆整取

mm即可满足要求。

（2）

液压缸活塞杆稳定性验算

只有当液压缸活塞杆的计算长度时，才进行其纵向稳定性的验算。验算可按材料力学有关公式进行。

对于本系统，由于其有效行程较短，且活塞杆直径较大，满足，所以无需进行压杆稳定验算。

（3）

缸体组件强度校核

缸体组件有多种连接方式，对于可拆卸组件，常见的连接方式有缸盖螺钉式、缸盖螺栓式、缸盖卡环式和缸盖螺纹式。若组件连接用到了螺钉或螺栓，则需要对其强度进行校核，校核公式可参考《机械设计》教材。另外，对于液压缸前后端盖的厚度也要进行强度校核。

安徽建筑工业学院