畢業(yè)論文--液壓榨油機液壓系統(tǒng)及液壓缸設計

1、<p><b>　　XX大學</b></p><p><b>　　論文</b></p><p>　題 目 名 稱液壓榨油機液壓系統(tǒng)及液壓缸設計</p><p>　　液壓榨油機液壓系統(tǒng)及液壓缸設計</p><p>　　【摘要】液壓技術(shù)是當前機械工業(yè)中普遍采用的傳動技術(shù)。它是通過能量驅(qū)動裝置（

2、如液壓泵）,將原動機（如電動機）的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能，然后通過封閉的管道、控制元件等，由執(zhí)行裝置（如液壓缸、液壓馬達）將液體的壓力能，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能以驅(qū)動負載和實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)所需的直線或旋轉(zhuǎn)運動。作為最典型的液壓傳動機械，液壓機廣泛應用于各種壓力加工，其中以四柱式液壓機最為典型，常用于可塑性材料的壓制工藝，如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等，也可進行校正、壓制及粉末制品的壓制工藝。液壓機液壓系統(tǒng)設計的任務是根據(jù)液壓機的用途、特點和要求，分

3、析液壓系統(tǒng)的工況，確定各階段的速度、位移、負載。然后利用液壓傳動的基本原理，擬定合理的液壓系統(tǒng)原理圖，再經(jīng)過必要的計算確定液壓缸、液壓泵的主要參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)來確定液壓元件的規(guī)格和進行液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計，最后對整個設計進行相應的校核，使所有的設計均滿足設計要求。系統(tǒng)原理圖的擬定和液壓缸設計是本課題研究的重點。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】液壓技術(shù)；液壓機；液壓系統(tǒng)設計；液壓缸</p><

4、;p>　　Hydraulic system design and Hydraulic cylinders</p><p>　　of hydraulic press </p><p>　　[Abstract]Hydraulic technology is widely used as the Transmission technology in machinery industry.

5、It is by energy drive device (Such as Hydraulic pumps), transformed original motivation (such as Electric motors) of machinery into the pressure of liquid, then through the closed pipe, control components and so on. Fina

6、lly, by the Actuators (such as Hydraulic cylinders, Hydraulic motors), the pressure of the liquid can be transformed into mechanical energy, to required of linear or rotary motion </p><p>　　[Key words]: Hydr

7、aulic technologies; Hydraulic press; Hydraulic system design;Hydraulic cylinders</p><p>　　液壓榨油機液壓系統(tǒng)及液壓缸設計</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　液壓機是工業(yè)部門廣泛使用的壓力加工設備，其充分的運用液壓傳動的優(yōu)點：與

8、其他傳動控制技術(shù)相比，液壓技術(shù)具有能量密度高﹑配置靈活方便﹑調(diào)速范圍大﹑工作平穩(wěn)且快速性好﹑易于控制并過載保護﹑易于實現(xiàn)自動化和機電液一體化整合、系統(tǒng)設計制造和使用維護方便等多種顯著的技術(shù)優(yōu)勢，因而使液壓技術(shù)成為現(xiàn)代機械工程的基本技術(shù)構(gòu)成和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素。</p><p>　　相對于機械傳動技術(shù)，液壓傳動是一門新的技術(shù)。而液壓機也隨著液壓傳動的發(fā)展而不斷改進。1654年帕斯卡提出靜壓傳動原理；1795

9、年，英國人Bramah設計出了第一臺水壓機；1905年，將工作介質(zhì)由水改為油后，性能得到很大改善；現(xiàn)代液壓傳動技術(shù)與計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和傳感技術(shù)的緊密結(jié)合已發(fā)展成為傳動、控制和檢測組成的一門完整地自動化技術(shù)。</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1 研究背景和選題依據(jù)</p><p>　　自我國進行改革開放以

10、來，全國人民，自力更生，艱苦奮斗，逐步實現(xiàn)了國家的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術(shù)現(xiàn)代化，創(chuàng)造了令世人矚目的成就；在國家走向富裕的同時，廣大居民的生活水平也逐漸提高，帶動了與之相關(guān)的食用油產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。作為有著13億人口的大國來說，食用油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的社會意義，它是國民經(jīng)濟的基礎，在全面建設小康社會中占有舉足輕重的地位，它的一舉一動都關(guān)系著社會發(fā)展的穩(wěn)定，具有不可替代的支撐、保障作用。</p><p>　　近幾

11、年以來，隨著我國對食用植物油的需求不斷增長，國內(nèi)生產(chǎn)的食用油數(shù)量已不能滿足居民的日常生活需要，每年需要進口大量的食用油，進口數(shù)量折合食用油約1100萬噸，占食用油總量的50％。巨大的市場缺口與發(fā)展前景使得大量的資金與人力投入到這個行業(yè)里來，豐富了人民的日常生活。</p><p>　　對于重視生活品質(zhì)的現(xiàn)代人而言，食用油的選擇已經(jīng)不可等閑視之，不但要吃好油，更要吃健康油、綠色油。但處處存在的不法商販使得這個問題難以

12、解決。只要留心一下相關(guān)媒體，各種油脂的摻雜現(xiàn)象、地溝油、回鍋油的報道層出不窮，食用油市場出現(xiàn)了空前的信用危機</p><p>　　一種可以進行食用油快速加工生產(chǎn)的小型經(jīng)典模式—小榨油坊開始出現(xiàn)。這種既古老又新穎的食用油生產(chǎn)經(jīng)營方式在我們周邊悄然出現(xiàn)，開始占據(jù)著越來越重要的市場份額，吸引著眾多的消費者前來購買他們生產(chǎn)的食用油。</p><p>　　小榨油坊在我國有著悠久的歷史。早在14世紀初

13、就有楔式榨油的記載，在清初小榨油坊開始出現(xiàn)，建國后，國家的食用油加工廠大量采用的是 “浸出”法（化學方式）制油的方法[2]，可以邊連續(xù)以生產(chǎn)線的形式進行食用油的生產(chǎn)，大大地改善了食用油加工業(yè)的規(guī)模化, 但是這種生產(chǎn)加工法需要用輕汽油對食用油脂浸出，在加工還會有機化合物的殘留, 直接危害著人們的身體健康。國家已頒布國家食用油標準，要求在食用油的外包裝上要標明生產(chǎn)方式是壓榨生產(chǎn)還是浸出生產(chǎn)。消費者開始注意到這個關(guān)系身體健康的方面，選擇壓榨法

14、生產(chǎn)的食用油的用戶也越來越多。</p><p>　　小榨油坊在這一時期有了新的意義，經(jīng)典的現(xiàn)榨現(xiàn)賣的營銷模式給市場帶來了新</p><p>　　的活力。但老式的四柱式榨油機在生產(chǎn)中表現(xiàn)出來的生產(chǎn)周期長，油質(zhì)低，故障高已不適應現(xiàn)代化食用油生產(chǎn)的需要，市場急需要一種既可以保證質(zhì)量，又可以現(xiàn)榨現(xiàn)賣，操作簡便，故障率低的新型榨油機。</p><p><b>　　1

15、.2液壓概況</b></p><p>　　液壓傳動和機械傳動相比，具有很多優(yōu)點，因此在機械工程中，液壓傳動被廣泛采用。液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來進行能量傳遞的一種傳動形式，它通過能量轉(zhuǎn)換裝置（如液壓泵），將原動機（如電動機）的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能[3]，然后通過密封管道、控制元件等，由另一能量裝置（如液壓缸、液壓馬達）將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，以驅(qū)動負載和實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)所需的直線或旋轉(zhuǎn)運動。&

16、lt;/p><p>　　相對機械傳動，液壓傳動式一門新的技術(shù)。液壓傳動起源于1654年帕斯卡提出的靜壓傳動原理，1795年，英國第一臺水壓機問世，1905年，將工作介質(zhì)由水改為油后，性能得到很大改善。液壓傳動的推廣應用，得意于19世紀崛起并蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)。最早成功應用液壓傳動裝置的是艦艇上的炮塔轉(zhuǎn)位器；第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)需要反應快、精度高。功率大的液壓傳動裝置又進一步推動了液壓技術(shù)的發(fā)展；戰(zhàn)后，液壓

17、技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，在國民經(jīng)濟的各個行業(yè)中逐步得到推廣。20世紀60年代后，隨著原子能、空間技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)也得到了很大發(fā)展，并滲透到各個工業(yè)領(lǐng)域中去。當前液壓技術(shù)正向著高速、高壓、大功率、高效率、低噪音、長壽命、高度集成化、復合化、數(shù)字化、小型化、輕量化等方向發(fā)展；同時新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助測試（CAT）、計算機直接控制（CDC）、機電一體化技術(shù)、計算機仿真和優(yōu)化設計技術(shù)[4]、可靠性技術(shù)、基于綠色制造的水介

18、質(zhì)傳動技術(shù)及污染控制方面，也是當前液壓技術(shù)和研究的方向。</p><p>　　我國的液壓技術(shù)開始于1952年，液壓元件最初應用于機床和鍛壓設備，后來應用于工程機械。1964年我國從國外引進了一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，同時自行設計液壓產(chǎn)品，經(jīng)過多年的艱苦探索和發(fā)展，特別是20世紀80年代初期引進美國、日本、德國的先進技術(shù)和設備，使我國的液壓技術(shù)水平上了一個新的臺階。目前，我國已形成門類齊全的標準化、系列化、通用化液壓元

19、件系列產(chǎn)品。同時我國在消化、吸收國外先進液壓技術(shù)的同時，大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強產(chǎn)品質(zhì)量可靠性以及新技術(shù)應用的研究，積極采用新的國際標準，不斷調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對一些性能差的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學技術(shù)特別是控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動于控制技術(shù)將得到進一步發(fā)展，應用將更加廣泛。</p><p>　　液壓傳動與機械傳動、電力傳動、氣壓傳動相比具有下列優(yōu)點：</p&g

20、t;<p>　　液壓傳動能在運行中實行無級調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍比較大，可達100：1～2000：1.</p><p>　　在同等功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小，重量輕，慣性小，結(jié)構(gòu)緊湊，且能傳遞教導的力或扭矩。</p><p>　　液壓傳動工作比較平穩(wěn)，反應快，沖擊小，能高速啟動、制動和換向。液壓傳動裝置的換向頻率，回轉(zhuǎn)運動每分可達500次，往復直線運動可達400～1

21、000次。</p><p>　　液壓傳動裝置的控制、調(diào)節(jié)比較簡單，操縱比較方便、省力，易于實現(xiàn)自動化，于電氣控制配合使用，能實現(xiàn)復雜的順序動作和遠程控制。</p><p>　　液壓傳動裝置易于實現(xiàn)過載保護，系統(tǒng)超負載，油液經(jīng)溢流閥回油箱。由于采用油液做工作介質(zhì)，能自行潤滑，所以壽命長。</p><p>　　液壓傳動易于實現(xiàn)系列化、標準化、通用化，易于設計，制造和推廣

22、</p><p>　　但是液壓傳動也有一些缺點：</p><p>　　液體為工作介質(zhì)，易泄漏，油液可壓縮，故不能用于傳動比要求準確的場合。</p><p>　　液壓傳動中有機械損失、壓力損失、泄漏損失，效率較低，所以不宜作遠距離傳動。</p><p>　　液壓傳動對油溫和負載變化敏感，不宜在低、高溫下使用，對污染很敏感。</p>

23、<p>　　液壓傳動需要有單獨的能源（例液壓泵站），液壓能不能像電能那樣從遠處傳來。</p><p>　　液壓元件制造精度高，造價高，所以需組織專業(yè)生產(chǎn)。</p><p>　　液壓傳動裝置出現(xiàn)故障時不易追查原因，不易迅速排除。</p><p>　　總的來說，液壓傳動優(yōu)點較多，缺點正隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展逐步加以克服，因此，液壓傳動在現(xiàn)代化生產(chǎn)中有著廣闊的發(fā)展

24、前景。</p><p>　　液壓傳動由于優(yōu)點[5]很多，所以在國民經(jīng)濟各部門中都得到了廣泛的應用。在各部門應用液壓傳動的出發(fā)點不同：工程機械、壓力機械采用的原因是結(jié)構(gòu)簡單，輸出力量大；航空工業(yè)采用的原因是重量輕，體積小。</p><p><b>　　1.3 當前狀況</b></p><p>　　當前用物理方法壓榨油料的設備主要有兩種，一種為螺旋

25、榨油機（圖1-1）。</p><p>　　1、進料部分 2、齒輪箱部分 3、榨籠部分 4、榨螺部分 5、機架部分</p><p>　　圖1-1 螺旋榨油機結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　其工作原理為榨油機運轉(zhuǎn)時，經(jīng)過處理好的油料從料斗進入榨膛。由榨螺旋轉(zhuǎn)使料胚不斷向里推進，進行壓榨。由于料胚在榨油機的榨膛內(nèi)是在運動狀態(tài)下進行的，在榨膛高壓的條件下，料胚和榨螺、料胚和榨

26、膛之間產(chǎn)生了很大的摩擦阻力[6]，這樣就能使料胚微料之間產(chǎn)生摩擦，造成相對運動。另一方面，由于榨螺的根圓直徑是逐漸增粗，螺距是逐漸減少的，因而當榨螺轉(zhuǎn)動時，螺紋使進料胚即能向前推進，又能向外翻轉(zhuǎn)，同時靠近榨螺螺紋表面的料層還隨著榨軸轉(zhuǎn)動。這樣在榨膛內(nèi)的每個料胚微粒都不是等速度，同方向運動，而是在微粒之間也存在著相對運動。由摩擦產(chǎn)生的熱量又滿足了榨油工藝操作上所必須的熱量，有助于促使料胚中蛋白質(zhì)熱變性，破壞膠體，增加了塑性，同時也降低了有

27、的粘性容易析出油來，因而提高了榨油機的出油率，使油料中的油壓榨出來，并從圓排縫隙和條排縫隙流出。</p><p>　　另一種為液壓榨油機（圖1-2）。</p><p>　　圖1-2 液壓榨油機</p><p>　　液壓榨油機屬靜態(tài)制油，具有構(gòu)造簡單、省動力的優(yōu)點，它可應用于一些零星分散油料（如米糠、野生油料）以及需要保持特殊風味或營養(yǎng)的油料（如可可豆、油橄欖、芝麻

28、等）的磨漿液壓制油。此外，還可用于固脂肪或蠟糠的壓榨分離。目前市場上的新型液壓榨油機，已在各個方面改進了過去了液壓榨油機的不足之處，單機用電非常少，占地只有幾平米，且與電腦控制器相連，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化。該種榨油機繼續(xù)保持了構(gòu)造簡單，使用壽命長的優(yōu)點，所產(chǎn)的油品香味濃于一般榨油機，且在食用中不起沫，廣受消費者的歡迎。</p><p>　　螺旋榨油機由于生產(chǎn)過程連續(xù)，適用于大批量生產(chǎn)。而生產(chǎn)時原料大多不進行炒制，所

29、生產(chǎn)出的油品香味不夠濃郁，另外油品中水分含量相對較高。在農(nóng)村中由于各家各戶都以自產(chǎn)當季花生進行加工，生產(chǎn)量較小。另外位于城鎮(zhèn)的榨油坊由于銷售僅在周邊進行，產(chǎn)量也不是很大，所以螺旋榨油機并不適用。而液壓榨油機由于，既能滿足批量生產(chǎn)，又能使用于少量的加工所以適應性較強。除去批量大小的限制，現(xiàn)在植物油的加工在壓榨前都進行炒制以去除水分，增加油品的濃香度。而炒制后的原料呈現(xiàn)糝狀，不適合螺旋榨油機加工而更加適合液壓榨油機的加工。</p>

30、;<p>　　在液壓榨油機出現(xiàn)之前，市場上的小型榨油機主要以手動螺旋千斤頂作為壓榨動力，存在著動力不足、人力消耗大、出油不凈等缺點，出油率的高低主要取決于人的力量，具有較大的弊端。液壓榨油機以電力帶動液壓泵以液壓傳動方式進行壓榨，能夠克服手動榨油的弊端。目前農(nóng)村基礎設施的建設日益完善，電力已經(jīng)不再是制約設備選擇的一個要素，以電動機為動力的液壓榨油機械逐漸成為市場主流[7]。</p><p>　　沂水

31、縣擎天榨油設備廠已經(jīng)在生產(chǎn)液壓榨油機械，但是由于設計水平的限制或根本未經(jīng)設計只是用經(jīng)驗來生產(chǎn)液壓榨油機，而存在液壓系統(tǒng)有較大缺陷、系統(tǒng)不穩(wěn)定和液壓缸存在不同程度的漏油、壓力不足、重量體積過大等諸多問題。從而導致在使用中出現(xiàn)不能正常工作等問題，給使用者帶來不便，同時生產(chǎn)廠家為此也要付出很大的維修費用。</p><p>　　此項設計屬實際運用型設計，按廠家要求以液壓系統(tǒng)設計和專用液壓元件（液壓缸）的設計為主，使設備可

32、靠性有較大提高，同時消除現(xiàn)有設備的一些常見問題。</p><p><b>　　2. 總體方案</b></p><p>　　液壓榨油機工作過程劃分為“進料—預榨—壓榨—卸料”四個過程，在進料時液壓缸保持在原位，給料筒和壓板間留出足夠空間以便物料放進。預榨過程中，液壓缸低速下行與物料進行接觸，對物料施加一定壓力，使油壓出。在此階段隨著物料的壓實[8]，壓板和物料之間的作用

33、力是逐漸增大的。當榨油機壓力達到一定數(shù)值（依據(jù)系統(tǒng)要求）時能夠保持壓力穩(wěn)定，使油能夠充分析出。在此過程結(jié)束后壓板回到原位，此時充分析出油后的物料卸出。</p><p>　　為實現(xiàn)以上功能，此液壓系統(tǒng)工作循環(huán)可劃分為：</p><p>　　圖2-1 液壓系統(tǒng)工作循環(huán)</p><p>　　在下行階段系統(tǒng)大部分時間是工進階段，系統(tǒng)的作用力由零慢慢升至最大值，因此在此階段

34、不必考慮液壓缸的變速，以此來達到簡化系統(tǒng)、降低成本的目的。在保壓延時階段系統(tǒng)輸出最大作用力，整個液壓系統(tǒng)的設計也以滿足此階段要求來設計。同時此階段能夠保持壓力不會減少，避免系統(tǒng)由于壓力下降導致出油不凈。壓板上行時沒有力的輸出，在此考慮液壓缸能夠快速上行，減少等待時間，此階段的速度通過有桿腔和無桿腔的面積差別來實現(xiàn)快速上行，為減少成本不采用雙泵結(jié)構(gòu)。因液壓缸豎直安裝所以必須考慮原位停止時液壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)液壓缸的自鎖，避免不能停留在原位。[

35、9]</p><p>　　為實現(xiàn)上述工作循環(huán)，液壓缸采用雙作用單活塞桿液壓缸。液壓缸結(jié)構(gòu)設計時，在滿足使用要求的同時考慮成本、維修等因素?？紤]到工廠實際加工水平及客戶實際需要，液壓缸結(jié)構(gòu)不必可以追求先進，避免工藝復雜、維修困難。盡量能夠做到在現(xiàn)有技術(shù)水平下生產(chǎn)出符合要求的液壓缸，沒有專業(yè)知識的客戶能夠排除一般故障。</p><p><b>　　3.液壓系統(tǒng)設計</b>

36、</p><p>　　已知液壓榨油機工作時最大軸向力為1200KN，運動部件重50KG，下行速度為0.08m/min ，快速上行速度為0.16m/min ,起動轉(zhuǎn)換時間=0.5s 。</p><p>　　3.1 液壓執(zhí)行元件的載荷的組成與計算</p><p><b>　　1）工作載荷</b></p><p>　　工作載

37、荷是作用在活塞桿軸線上的擠壓力，在此為最大軸向力</p><p><b>　　2） 慣性載荷</b></p><p><b>　?。?-1） </b></p><p>　　—運動部件受到的重力（）</p><p><b>　　—重力加速度；</b></p>

38、<p><b>　　—速度變化量（）</b></p><p>　　—起動或制動時間（）</p><p><b>　　則求得慣性載荷為</b></p><p><b>　　3）摩擦阻力</b></p><p>　　液壓缸密封處的摩擦阻力 ，由于各種缸的密封材質(zhì)和密封形成

39、不同，難以精確計算，一般估算為：</p><p>　?。?-2） （2）其中，—液壓缸的機械效率，一般取</p><p><b>　?。?-3） </b></p><p>　?。?）則可求得 </p><p>　　通過計算可知由于慣性載荷值很小，在設計計算中忽略不計。&l

40、t;/p><p>　　液壓缸各工作階段的載荷值見表 1 。</p><p>　　表3-1 液壓缸各工作階段載荷值</p><p>　　3.2 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算</p><p>　　3.2.1初選系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　此液壓系統(tǒng)工作載荷較大，根據(jù)機械常用的系統(tǒng)壓力知液壓機的常用工作壓力為20—30 ?？紤]到此

41、設備無需移動、尺寸方面沒有限制，考慮到壓力太高對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、知道精度要求太高，為降低成本，選擇較低壓力，取P=20。[10]</p><p>　　3.2.2計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　液壓缸有關(guān)計算參數(shù)見圖（3-5）。此設計中液壓缸主要承受壓力，拉力相對壓力極小，所以主要考慮液壓缸受壓時狀態(tài)</p><p>　　圖3-5 液壓缸

42、主要參數(shù) </p><p><b>　　活塞桿受壓時：</b></p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　此系統(tǒng)回油路較短且直接回油箱則背壓力 可忽略不計。</p><p><b>　　可求得活塞面積為：</b></p><p>

43、;<b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　活塞直徑:</b></p><p>　　，取 （3-6）</p><p>　　由上行和下行速度之比為，可按速比要求確定 ,查表得。</p><p><b>　　活塞桿直徑：</b></p

44、><p>　　,取 無桿腔活塞有效作用面積：</p><p>　　有桿腔活塞有效作用面積：</p><p>　　3.2.3 計算液壓缸實際工作壓力</p><p>　　按照確定出的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，計算出各工況時液壓缸實際工作壓力，見表 3-2 。</p><p>　　表 3-2

45、液壓缸實際工作壓力</p><p>　　3.2.4 計算液壓缸實際所需流量</p><p>　　根據(jù)最后確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸及運動速度，計算出液壓缸實際所需流量，見表 3-3 。</p><p>　　表 3-3 液壓缸實際所需流量值</p><p>　　3.3 制定系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)圖</p><p>　　3.

46、3.1制定系統(tǒng)方案</p><p>　　此液壓機要求有保壓功能，進油回路選擇單向閥回路。換向回路選用手動三位四通閥，節(jié)省成本。保護裝置采用在進油管、有桿腔進（回）油管安裝溢流閥，進油路溢流閥保證在壓力過高時溢流，與電接點式壓力表構(gòu)成雙重保護，防止液壓系統(tǒng)壓力升高造成系統(tǒng)損壞。有桿腔進(回)油路溢流閥保證當在液壓缸上行到位置，而油泵未停止供油時溢流，保護液壓缸缸蓋不會因承受過高壓力而損壞。壓力表采用電接點式壓力表，

47、可以保證系統(tǒng)由于內(nèi)泄漏或物料壓縮造成壓力損失時，自動充油補壓，避免系統(tǒng)的壓力損失而造成的設備效率下降，同時減少人力。液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)中所需油量變化不大，選擇用單泵供油，節(jié)省成本。[11]</p><p>　　3.3.2 擬定液壓系統(tǒng)圖</p><p>　　初步擬定液壓系統(tǒng)圖如圖 3-6 。</p><p>　　圖 3-6 液壓系統(tǒng)圖</p>&

48、lt;p>　　3.4 液壓元件的選擇</p><p>　　3.4.1 液壓泵的選擇</p><p>　　1）液壓泵工作壓力的確定</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　—液壓缸的最高工作壓力，對本系統(tǒng)。</p><p>　　—泵到液壓缸總的管路損失。有系統(tǒng)圖可見

49、，從泵到液壓缸之間串聯(lián)有一個單向閥和一個換向閥，取。</p><p><b>　　液壓泵工作壓力為：</b></p><p>　　2）液壓泵流量的確定</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　由工況表可知。取泄漏系數(shù)K為1.2。求得液壓泵流量：</p>&l

50、t;p>　　3）選擇液壓泵的規(guī)格</p><p>　　選用CBN—F306,公稱排量為,額定壓力為，最高壓力為，能夠滿足系統(tǒng)需求。</p><p>　　3.4.2 電動機功率的確定</p><p>　　在整個系統(tǒng)工作過程中，保壓延時段所需功率較大，電動機的功率按照此階段選擇[12]。泵的總驅(qū)動功率為</p><p><b>　

51、　(3-9)</b></p><p>　　其中，—泵的總效率，一般齒輪泵選為0.7。</p><p>　　考慮到保壓延時階段一般時間較短，而電動機一般允許短時間超載25%，這樣電動機的功率還可以降低一些，查產(chǎn)品樣本可以選擇2.2KW的電動機。</p><p>　　3.4.3 液壓閥的選擇</p><p>　　根據(jù)工作壓力和通過閥的

52、流量，本系統(tǒng)的液壓閥都選用高壓閥。所選閥的規(guī)格型號見表 3-4 。</p><p>　　表 3-4 液壓閥型號</p><p>　　3.4.4 管道尺寸確定</p><p><b>　　1） 管道內(nèi)徑計算</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p&

53、gt;　　其中，—通過管道內(nèi)的流量（）。</p><p>　　——管內(nèi)允許流速()。</p><p>　　一般液壓泵吸油管道取0.1—1.5，液壓系統(tǒng)壓油管道取3—6，液壓系統(tǒng)回油管道取1.5—2.6。對此液壓系統(tǒng)吸油管道取0.8，壓油管道取4，回油管道取2，由于此系統(tǒng)中有部分壓、回油管道為同一管道[13]，則這部分取3。</p><p><b>　　吸油

54、管道：</b></p><p><b>　　壓油管道：</b></p><p><b>　　回油管道：</b></p><p><b>　　壓、回油管道：</b></p><p>　　為減少材料規(guī)格，壓油管道和壓、回油管道統(tǒng)一取為</p><p&

55、gt;　　2） 管道壁厚的計算</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　其中，—管道內(nèi)最高工作壓力（）。</p><p><b>　　—管道內(nèi)徑（）。</b></p><p>　　—管道材料的許用應力（）。 </p><p>　　壓油管道：

56、 </p><p>　　壓、回油管道： </p><p>　　壓油管道和壓、回油管道可以統(tǒng)一選，既可以減少材料規(guī)格還可以有較大的安全系數(shù)。吸油管道、回油管道因不承受過高壓力[15]，在此不在計算，而選用常見鋼管壁厚。</p><p>　　3.4.5 油箱容量的確定</p>&

57、lt;p>　　根據(jù)油箱容量的經(jīng)驗公式</p><p><b>　　(3-12)</b></p><p>　　其中，—液壓泵每分鐘排出壓力有的容積（）</p><p>　　—經(jīng)驗系數(shù)，一般鍛壓機械取6—12，在此取</p><p>　　3.5 液壓系統(tǒng)性能驗算</p><p>　　3.5.1

58、驗算回路中的壓力損失</p><p>　　本系統(tǒng)較簡單，主要驗算從液壓泵到液壓缸回路的壓力損失</p><p><b>　　1）沿程壓力損失</b></p><p>　　沿程壓力損失為進油路的壓力損失。此管路長,管內(nèi)徑，通過的流量為 ，選用20號機械系統(tǒng)損耗油，正常運轉(zhuǎn)后有的運動粘度，油的密度。</p><p>　　油在

59、管路中的實際流速為</p><p><b>　　(3-13)</b></p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　油在管路中呈現(xiàn)層流流動狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為：</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p>

60、　　按照公式 (3-16)</p><p>　　求得沿程壓力損失為：</p><p><b>　　2） 局部壓力損失</b></p><p>　　局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失 ，以及通過控制閥的局部壓力損失。其中管路局部壓力損失

61、相對來說小的多[16]，故主要計算通過控制閥的局部壓力損失。</p><p>　　通過圖2，從液壓泵到液壓缸進油口要經(jīng)過單向閥和三位四通閥。單向閥的額定流量為，額定壓力損失為，三位四通閥的額定流量為，額定壓力損失為。</p><p>　　通過各閥的局部壓力損失之和為</p><p>　　則整個液壓系統(tǒng)的壓力損失 (3-17)</p><

62、p><b>　　液壓泵出口壓力：</b></p><p>　　通過計算可知，泵的實際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所以泵的選擇是合適的。</p><p>　　液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算</p><p><b>　　1）計算發(fā)熱功率</b></p><p>　　液壓系統(tǒng)工作時，除執(zhí)行元件驅(qū)

63、動外載荷輸出有用功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。對此液壓系統(tǒng)主要功率損失有：</p><p><b>　　液壓泵的功率損失：</b></p><p><b>　　(3-18)</b></p><p>　　其中，—工作循環(huán)周期（）</p><p>　　—液壓泵的輸入功率（）</p

64、><p><b>　　—液壓泵的總效率</b></p><p><b>　　—液壓泵的工作時間</b></p><p>　　液壓執(zhí)行元件的功率損失：</p><p>　　其中，—工作循環(huán)周期（）</p><p>　　油液流經(jīng)閥或管路的損失：</p><p>

65、;<b>　　(3-19)</b></p><p>　　則系統(tǒng)的總的發(fā)熱功率為：</p><p><b>　　(3-20)</b></p><p>　　2）計算液壓系統(tǒng)的散熱功率</p><p>　　前面初步求得油箱的有效容積為，按求得油箱各邊之積：</p><p><

66、b>　　(3-21)</b></p><p>　　取為，為，為。則求得油箱散熱面積為：</p><p><b>　　(3-22)</b></p><p><b>　　油箱的散熱功率為：</b></p><p><b>　　(3-23)</b></p>

67、;<p>　　其中，—油箱散熱系數(shù)，在通風條件良好時取15—17，在此取</p><p>　　—油溫與環(huán)境溫度之差，取</p><p>　　，可見油箱的散熱可以滿足系統(tǒng)的散熱要求，考慮到管路也可以進行一部分散熱，則此系統(tǒng)不必采取其它散熱措施。</p><p>　　4專用液壓元件（液壓缸）的設計計算</p><p><b&g

68、t;　　4.1 缸體的設計</b></p><p>　　液壓缸缸體常用材料為20、35、45號無縫鋼管，考慮到此液壓缸缸體和底蓋的連接為焊接且缸體需要焊接油嘴，所以選擇45號無縫鋼管，通過調(diào)質(zhì)處理提高材料的性能。缸蓋與缸體的連接采用螺紋連接[17]。</p><p>　　圖 4-7 液壓缸缸體</p><p>　　通過3.2.2 計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸

69、，知液壓缸缸體的內(nèi)徑。液壓缸的行程要求為，考慮到導向套厚度和活塞厚度確定缸體長度為。</p><p><b>　　1）缸筒壁厚的計算</b></p><p>　　此液壓缸筒可按中等壁厚進行計算，此時</p><p><b>　　(4-24)</b></p><p>　　其中，—試驗壓力（），通常取。

70、</p><p>　　—缸體材料的許用應力（），對于45號無縫鋼管一般取。</p><p>　　—強度系數(shù)，對于無縫鋼管，。</p><p>　　則可求得缸筒壁厚為：</p><p>　　則將缸筒厚度圓整為。</p><p><b>　　缸體外徑為：</b></p><p>

71、;<b>　　(4-25)</b></p><p>　　2）液壓缸油口直徑的計算</p><p>　　液壓缸油口直徑應根據(jù)活塞最高運動速度和油口最高液流速度確定，則可求得油口直徑：</p><p><b>　　(4-26)</b></p><p>　　則取液壓缸油口直徑為。</p>&

72、lt;p>　　油口位置依活塞行程而定，缸底端油口距缸體端面距離為，兩油口相距</p><p><b>　　4.2 缸底設計</b></p><p>　　缸底和缸體的聯(lián)結(jié)方式為焊接，此聯(lián)結(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕的特點?？紤]到加工要求缸底材料選用45號鋼。同時缸底也作為連接部件加工出安裝螺栓孔。</p><p>　　圖 4-8 液壓缸

73、缸底</p><p>　　此液壓缸為平行缸底，且缸底無油孔，則缸底厚度:</p><p><b>　　(4-27)</b></p><p>　　考慮到焊接需要，缸底加工出凸臺，凸臺直徑，于缸體內(nèi)徑配合，以保證加工。因為缸底同時也作為連接法蘭，連接與框架之上，考慮連接框架的寬度，取缸底大端直徑。缸底上加工出四個螺栓孔供聯(lián)結(jié)螺栓穿過。[18]由框架

74、寬度可確定四個孔的位置如圖 4-9 。</p><p>　　圖4- 9 螺栓孔位置示意圖</p><p><b>　　4.3 活塞設計</b></p><p>　　活塞要求具有高的耐磨性，材料選取HT300，鑄造成毛坯后進行加工。</p><p>　　圖 4-10 液壓缸活塞</p><p>

75、　　液壓缸回程時拉力不大，活塞主要承受單向的壓力。在液壓缸工作時活塞上承受的最大壓力為所以在活塞靠近缸底端采用Yx密封圈進行密封，能夠承受的壓力。回程時承受的最大壓力為，另一端采用O型圈進行密封，在動密封時能承受壓力。為保證液壓缸可靠性，此設計采用雙Yx密封圈進行密封，既能減少內(nèi)泄漏，又能避免由于一道密封圈損壞時液壓缸無法繼續(xù)工作[19]。</p><p>　　液壓缸的尺寸主要依據(jù)密封件尺寸確定。通過查機械設計手

76、冊可知在活塞直徑為時，密封圈溝槽的寬度為，O型圈的溝槽寬度為。密封圈之間間距取，則活塞的厚度為。活塞中間加工出與活塞桿的連接孔，孔直徑。</p><p><b>　　4.4活塞桿的設計</b></p><p>　　活塞桿的材料選用45號鋼。此液壓缸活塞桿直徑，所以采用空心桿形式，在保證性能的同時減輕重量?；钊麠U總長度依行程和伸出液壓缸連接其余工件的長度取。</p

77、><p>　　圖4-11 液壓缸活塞桿</p><p>　　此活塞桿有兩部分組成，一部分是活塞桿端與活塞的連接部分，采用45號鋼加工，另一部分為活塞桿部分采用45號無縫鋼管，兩者焊接成整體后再進行加工。</p><p>　　活塞桿主要以承受壓應力為主，活塞桿壁厚依據(jù)承受壓應力時進行計算。在承受壓應力時要保證:</p><p><b>

78、　　(4-28)</b></p><p>　　其中，—活塞桿承受最大工作壓力（）</p><p><b>　　—活塞桿截面積（）</b></p><p>　　—活塞桿材料屈服極限應力（），此活塞桿材料取45鋼</p><p>　　—安全系數(shù)，在此系統(tǒng)中取</p><p><b&g

79、t;　　則 </b></p><p><b>　　活塞桿內(nèi)徑</b></p><p>　　活塞桿壁厚，將此厚度圓整為。</p><p>　　無縫鋼管的長度取為，活塞桿頭長度取為。桿頭上加工出M56的螺紋用來連接活塞，考慮到內(nèi)泄漏在活塞與活塞缸連接中加入密封件，因為兩者之間相對靜止，采用O型圈進行密封，靜密封時可承受壓力。桿頭上與活

80、塞連接部分考慮活塞厚度及連接取，則活塞桿頭總長度。</p><p><b>　　4.5 缸蓋的設計</b></p><p>　　液壓缸回程時受力不大，缸體下部承受的最大壓力為，同時缸蓋本身也是活塞桿的導向套，所以缸頭選用材料為HT200。缸蓋與缸體的連接采用螺紋連接[20]，以減小徑向尺寸，減輕重量。</p><p>　　圖4-12 液壓缸缸

81、頭</p><p>　　缸頭同時作為導向套，參考同類型液壓缸，取缸頭厚度為。其中深入缸體內(nèi)部長度為。缸頭內(nèi)圓半徑依活塞桿取為，深入缸體部分外圓半徑依缸體內(nèi)徑取,外露部分外圓半徑徑依缸體外圓半徑取。</p><p>　　缸頭和活塞桿及缸內(nèi)徑配合部分加工O型圈槽設置O型密封圈，防止泄露。同時缸頭外端加工防塵圈槽，避免灰塵隨活塞桿進入缸內(nèi)或劃傷活塞桿表面[21]。</p><

82、p>　　4.6 重要連接驗算</p><p>　　4.6.1 缸蓋的連接驗算</p><p>　　此液壓缸的缸底采用焊接結(jié)構(gòu)，焊縫的拉應力為</p><p><b>　　(4-29)</b></p><p>　　其中，—液壓缸輸出的最大推力（）</p><p><b>　　—液壓缸

83、外徑（）</b></p><p><b>　　—焊角寬度（）</b></p><p><b>　　—焊接效率，通常取</b></p><p><b>　　—焊縫坡口長度（）</b></p><p><b>　　—焊縫破口角度（）</b><

84、/p><p><b>　　則</b></p><p>　　查機械設計手冊知焊縫許用拉應力一般為基體金屬許用拉應力的0.9。</p><p>　　則安全系數(shù)，符合要求。</p><p>　　液壓缸缸頭采用螺紋連接，缸體螺紋處的拉應力為</p><p><b>　　(4-30)</b>

85、;</p><p><b>　　螺紋處的切應力為</b></p><p><b>　　(4-31)</b></p><p>　　其中，—螺紋擰緊系數(shù)，靜載時，取，對此液壓缸取</p><p>　　—螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取</p><p><b>　　—螺紋外徑（）&

86、lt;/b></p><p><b>　　—螺紋內(nèi)徑（）</b></p><p><b>　　—液壓缸內(nèi)徑（）</b></p><p>　　—缸體螺絲處所受的拉力</p><p><b>　　則拉應力為</b></p><p><b>　

87、　切應力為</b></p><p><b>　　則合成應力為</b></p><p>　　—螺紋材料的許用應力</p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　4.6.2活塞與活塞桿的聯(lián)結(jié)驗算</p><p>　　此液壓缸活塞和活塞桿采用螺紋聯(lián)

88、結(jié)[22]，如圖 4-13 。</p><p>　　圖4-13 液壓缸活塞與活塞桿聯(lián)結(jié)示意圖</p><p>　　活塞桿危險截面處的拉應力為</p><p><b>　　切應力為</b></p><p>　　其中，—液壓缸的輸出拉力（）</p><p><b>　　合成應力為</

89、b></p><p>　　活塞桿與活塞肩部表面的壓應力</p><p>　　其中，—活塞上孔的倒角尺寸（），此結(jié)構(gòu)中</p><p>　　—活塞桿上的倒角尺寸（）</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　符合要求。</b></p>

90、<p><b>　　5圖形繪制</b></p><p>　　5.1 二維圖的繪制</p><p>　　5.1.1液壓缸裝配圖的繪制</p><p>　　通過前面的設計和校核，確定了個部件的主要尺寸，利用AUTOCAD繪制了液壓缸的裝配圖。</p><p>　　5.1.2 液壓缸零件圖的繪制</p>

91、;<p>　　液壓缸的零件圖[23]主要包括缸體、缸底、活塞、活塞桿、缸蓋、油嘴的二維零件圖。</p><p>　　5.2 三維圖的繪制</p><p>　　5.2.1 液壓缸三維裝配圖的繪制</p><p>　　利用SolidWorks軟件對液壓缸進行了三維裝配圖的繪制，如圖5-13、5-14所示，使得設計更加直觀易懂。</p><

92、;p>　　圖5-13 液壓缸三維裝配圖</p><p>　　圖5-14 液壓缸三維裝配圖</p><p>　　5.2.5 液壓缸三維零件圖繪制</p><p>　　利用SolidWorks軟件對液壓缸零件進行了三維圖的繪制使得設計更加直觀。</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p>&l

93、t;p>　　經(jīng)過三個多月的時間，我的畢業(yè)設計經(jīng)過了整體方案的選用到各個零部件的設計選擇，使我真正從事了一次正規(guī)的畢業(yè)設計。在設計過程中，除了運用現(xiàn)有的知識能力外，我還查閱了許多資料，知道了怎樣用現(xiàn)有的知識結(jié)合資料來設計自己以前沒有接觸過的零件的設計。在設計過程中，我又深入的學習了三維軟件的應用，通過SolidWorks進行三維圖的繪制，能夠更清楚的看到設計中的一些不足，使設計更加直觀易懂。</p><p>

94、　　總之，在本次畢業(yè)設計中，我學習到了大量的知識，開闊了視野，掌握了很多技巧和能力，為日后的工作學習奠定了堅實的基礎。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]濮良貴,紀名剛.機械設計.第七版.北京：高等教育出版社,2001</p><p>　　[2]劉延俊.液壓與氣壓傳動.第二版.北京:機械工業(yè)出版社,2006

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99、[15]范存德．液壓技術(shù)手冊[M]．遼寧科學技術(shù)出版社，2004 </p><p>　　[16]符林芳．液壓與氣壓傳動技術(shù)[M]．北京理工大學出版社，2010</p><p>　　[17]張嵐．新編實用液壓技術(shù)手冊[M]．人民郵電出版社，2008</p><p>　　[18]朱福元．液壓系統(tǒng)設計簡明手冊[M]．機械工業(yè)出版社，1999</p><

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