液压机说明书

一、设计题目 (1)
二、明确液压系统的设计要求 (1)
三、液压系统的设计计算 (2)
1.进行工况分析，绘制出执行机构的负载图和速度图 (2)
(1)外负载
F： (2)
L
(2)移动部件自重为： (2)
(3)惯性阻力
F： (2)
惯
(4)密封阻力
F： (2)
密
(5)背压阻力： (2)
(6)根据上表数据，绘制出液压缸的负载图和速度图 (3)
2.拟定液压系系统原理图 (4)
3.确定液压缸主要尺寸 (5)
(1)工作压力的确定 (5)
(2)计算液压缸的内径D和活塞杆直径 (5)
(3)计算液压缸各运动阶段的压力、和功率 (6)
4.确定液压缸的规格和电动机的功率 (7)
(1)计算液压泵的压力 (7)
(2)计算液压泵的流量 (7)
(3)选择液压泵的规格及型号 (8)
(4)确定电动机功率及型号 (8)
5.液压元件及辅助元件的选择 (8)
(1)液压元件的选择 (8)
(2)油管的计算与选择 (8)
6.油箱的容量确定 (8)
7.液压系统的验算 (9)
(1)回路压力损失验算 (8)
(2)液压回路的效率 (11)
(3)液压系统的温升验算 (11)
四、液压缸的设计计算 (12)
五、油箱的设计计算 (13)
六、单泵集成块液压系统原理图 (14)
参考文献 (15)
哈尔滨理工大学课程设计
一、设计题目
设计课目：设计一台小型油压机液压系统，其油压机工作循环为：快速下降——压制——保压——快速回退——原位停止。

主要性能参数详见下表：
设计内容：
1．液压传动方案的分析
2．液压原理图的拟定
3．主要液压元件的设计计算（例游缸）和液压元件，辅助装置的选择。

4．液压系统的验算。

5．绘制液压系统图（包括电磁铁动作顺序表，动作循环表，液压元件名称）A4一张；
绘制集成块液压原理图A4一张；油箱结构图A4一张；液压缸结构图A4一张。

6．编写设计计算说明书一分（3000-5000字左右）。

二、明确液压系统的设计要求
对油压机液压系统的基本要求是：
1）为完成一般的压制工艺，要求主缸驱动滑块实现“快速下降——压制——保压——快速回退——原位停止”的工作循环，具体要求可参看题目中的内容。

2）液压系统功率大，空行程和加压行程的速度差异大，因此要求功率利用合理。

3）油压机为高压大流量系统，对工作平稳性和安全性要求较高。

1
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2
三、 液压系统的设计计算
1. 进行工况分析，绘制出执行机构的负载图和速度图
液压缸的负载主要包括：外负载、惯性阻力、重力、密封力和背压阀阻力
(1) 外负载L F ：
压制时外负载：1L F =50000 N 快速回程时外负载：2L F =8000 N
(2) 移动部件自重为：
4000=G N
(3) 惯性阻力惯F ：
N t g G F 95.6760
5.081.954000)=⨯⨯⨯=∆⋅∆⋅=（惯υ
式中： g —— 重力加速度。

单位为()
2s m 。

G —— 移动部件自重力。

单位为()N 。

υ∆—— 在t 时间内速度变化值。

单位为()s m 。

t ∆—— 启动加速段或减速制动段时间。

单位为()s 。

(4) 密封阻力密F ：
一般按经验取F F 1.0=密（F 为总负载）
在在未完成液压系统设计之前，不知道密封装置的系数，密F 无法计算。

一般用液压缸的机械效率cm η加以考虑，97.0~90.0=cm η。

(5) 背压阻力：
这是液压缸回油路上的阻力，初算时，其数值待系数确定后才能定下来。

哈尔滨理工大学课程设计根据以上分析，可计算出液压缸各动作阶段中负载，见表1：
表1
(6)根据上表数据，绘制出液压缸的负载图和速度图
3
哈尔滨理工大学课程设计2. 拟定液压系系统原理图
4
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序号
名 称
型 号
限压式变量叶片泵三位五通电磁阀单向行程调速阀溢流阀单向阀二位四通电磁阀单向顺序阀压力继电器压力表开关滤油器
电机
电磁铁动作循环表
元件
动作
行程阀
快 进工 进快 退
保 压单向阀溢流阀液压缸图三 油压机液压系统图
3. 确定液压缸主要尺寸
(1) 工作压力的确定
工作压力可根据负载大小及设备类型来确定
由文献<一>表2-1，根据N F I 11.51111=，选定工作压力a MP P 51=
(2) 计算液压缸的内径D 和活塞杆直径
按a MP P 5.02=，油缸的机械效率1=机η，由文献<一>式2-1：
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机ηπ12
12114P D d P P F
D ⎪⎭
⎪
⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=
由文献<一>表2-5，液压缸尺寸系列表，将直径圆整成标准直径mm D 110= 由文献<一>表2-4，液压缸内径D 与活塞杆直径d 的关系，取7.06
1
≈=D d 由文献<一>表2-6，活塞杆直径系列，取mm d 80= 无杆腔面积：222
104.954/1114.34
cm D A =⨯==τ
有杆腔面积：22222275.444/)811(14.34
)
(cm d D A =-⨯=-=
τ
按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度：
2min min 250
100
cm v q A ===
稳定 稳定A A >1，所以满足最小稳定速度要求。

(3) 计算液压缸各运动阶段的压力、流量和功率
根据上述所确定液压缸D 和d 以及工进时背压力a MP P 5.0=背，则可估算出液压缸各个工作阶段中的压力、流量和功率如表2所示。

并以此用坐标法绘制出“液压缸工况图”，此图可直观看出液压缸各运动阶段主要参数变化情况，如图4所示。

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4. 确定液压缸的规格和电动机的功率
(1) 计算液压泵的压力
液压泵的工作压力应当考虑液压最高有效工作压力和管路系统的压力损失。

所以泵的工作压力为：P P P I ∑∆+=泵 式中：——泵P 液压泵的最大工作压力。

——I P 液压缸的最高有效工作压力。

——P ∑∆管路系统的压力损失，取MPa P 1=∑∆
则:a MP p A F p P P 38.610095
.01011.511116
111=+⨯=∆∑+=
∆∑+=-泵 考虑各方面因素，取泵的实际额定压力a MP P P 57.938.65.15.1=⨯=⨯=泵额
(2) 计算液压泵的流量
液压泵的最大流量泵q 应为()max q k q ∑>泵
式中：()max q ∑——同时动作各液缸所需流量之和的最大值，min /52.47max )(L q =∑ k ——系统的泄漏系数，取2.1=k 则： ()m i n 02.5752.472.1max L q k q =⨯=∑=泵
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(3) 选择液压泵的规格及型号
选 40-YBX 功率 kW P 3.6=
(4) 确定电动机功率及型号
由工况图可知，液压缸最大输入功率在快退阶段，可按此阶段估算电动机功率。

由于工况图中的压力值不包括由泵到液压缸这段管路的压力损失，在快退时这段管路的压力损失若取MPa P 2.0=∆，液压泵总效率7.0=泵η。

则电动机功率电P 为：
()kW q P P 087.160
7.0101038.222.12.05.16
3=⨯⨯⨯⨯⨯+=
⋅=
-泵
泵
泵电η
由文献<二>表 2.10-1，选用490-L Y 电动机，其额定功率为 1.5kW ，额定转速为
min 1400r 。

5. 液压元件及辅助元件的选择
(1) 液压元件的选择
根据所拟定的液压原理图，进行计算和分析通过各液压元件的最大流量和最高工作压力，而后按液压元件样本来选择液压元件的规格。

(2) 油管的计算与选择
压油管内径：mm cm v q d 177.14
14.3001.044==⨯⨯==π 吸油管内径：mm cm v q d 155.110605.114.316443
==⨯⨯⨯⨯==π
6. 油箱的容量确定
油箱的容量()L q V 399~28502.57)7~5(7~5=⨯=⨯=泵
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7. 液压系统的验算
(1) 回路压力损失验算
主要验算液压缸在各运动阶段中的压力损失。

若验算后与原估算值相差较大，就要进行修改。

压力算出后，可以确定液压泵各运动阶段的输出压力机某些元件调整压力的参考值。

具体计算可将液压系统按工作阶段进行，例如快进，工进，快退等，按这些阶段，将管路划分成各条油流进液压缸，而后液压油从液压缸流回油箱的路线的管路，则每条管路的压力损失可由下式计算：
()1
2
A A P P P
P P P P 阀回局回沿回
阀进局进沿进∑∆+∑∆+∑∆+
∑∆+∑∆+∑∆=∑∆
式中： P ∑∆——某工作阶段总的压力损失；
沿进P ∑∆——液压油沿等径直管进入液压缸沿程压力损失值之和；
沿回P ∑∆——液压油沿等径直管从液压缸流回油箱的沿程压力损失值之和； 局进P ∑∆——液压油进入液压缸所经过液压阀以外的各局部的压力损失值之总和，例如液压油流进弯头，变径等；
局回P ∑∆——液压油从液压缸流回油箱所经过的除液压阀之外的各个局部压力损失之总和；
阀进P ∑∆——液压油进入液压缸时所经过各阀类元件的局部压力损失总和； 阀回P ∑∆——液压油从液压缸流回油箱所经过各阀类元件局部压力损失总和； 1A ——液压油进入液压缸时液压缸的面积； 2A ——液压油流回油箱时液压缸的面积。

沿进P ∑∆和沿回P ∑∆的计算方法是先用雷诺数判别流态，然后用相应的压力损失公式来计算，计算时必须事先知道管长L 及管内径d ，由于管长要在液压配管设计好后才能确定。

所以下面只能假设一个数值进行计算。

局进P ∑∆和局回P ∑∆是指管路弯管、变径接头等，局部压力损失局P ∆可按下式：
2
2
v P ζρ=
∆局
式中ζ——局部阻力系数（可由有关液压传动设计手册查得）； ρ——液压油的密度 v ——液压油的平均速度
此项计算也要在配管装置设计好后才能进行。

阀进P ∑∆及阀回P ∑∆是各阀的局部压力损失阀P ∆，可按下列公式：
2
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛∆=∆阀阀阀q q P P 式中阀P ∆——液压阀产品样本上列出的额定流量时局部压力损失； q ——通过液压阀的实际流量； 阀q ——通过液压阀的额定流量。

另外若用差动连接快进时，管路总的压力损失P ∑∆应按下式计算：
()()
212A A A P P P P P BC BD BC AB -∆+∆+
∑∆+∆=∑∆
式中AB P ∆——AB 段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失； BC P ∆——BC 段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失； BD P ∆——BD 段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失； 1A ——大腔液压缸面积； 2A ——小腔液压缸面积。

现已知该液压系统的进、回油管长度均为2m ，油管内径为mm 17=φ，局部压力损失按沿局P P ∆=∆15.0进行估算，选用L-HL32液压油，其油温为C ︒15时的运动粘度
cm 25.1=υ，油的密度3920m kg =ρ。

按上述计算方法，得出各工作阶段压力损失数值
经计算后见表3。

随后计算出液压泵各运动阶段的输出压力，计算公式及计算数值见表4所示。

表4
液压泵在各阶段的输出压力，是限压变量叶片泵和顺序阀调压时的参考数据，在调压时应当符合下面要求：
泵工进阀泵快P
P P <+ 泵工进增泵快P P P <+ 其中增P ——限定压力 泵快P ——快进时泵的压力 阀P ——顺序阀调定压力 泵工进P ——工进时泵的压力 从上述验算表明，无须修改原设计。

(2) 液压回路的效率
在各工作阶段中，工进所占的时间较长。

所以液压回路的效率按工进时为计算。

84.060
/109.11038.660/109.11095111.51111363
4
2
2=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
⨯⨯=
-泵泵缸缸回路q P P q I I η (3) 液压系统的温升验算
在整个循环中，由于工进阶段所占时间最长，所以考虑工进时的温升。

另外，变量叶片泵随着压力的增加，泄漏也增加，功率损失出增加，效率也很低。

此时泵的效率
1.0=泵η Pa P 61038.6⨯=泵 m i n
9.1L q I =泵 则有：kW q P P P 59.11
.010600
.11057.936=⨯⨯⨯=
=
=
-泵
泵
泵泵
泵出
输入ηη ()()()kW kW P P H 48.19.095.01.0159.111=⨯⨯-⨯=-=-=缸回路泵泵入系统泵入发热ηηηη. 本系统取油箱容积V=390L,油箱三边尺寸比例在1:1:1~1:2:3之间,且通风情况良好,则 取油液温升T ∆为：
()
()
C V H T ︒=⨯=
⨯=
∆7.293901059.1103
23
3
23
发热
通常机床取C T ︒=∆30~25，所以系统温升C ︒7.29合格。

四、 液压缸的设计计算
12
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18192021222324251-缸底2-带放气孔的单向阀3-法兰4-格末圈密封5-导向环6-缓冲套
7-缸筒
8-活塞杆
形密封圈11-缓冲节流阀12-导向套10-法兰
形密封圈形密封圈14-缸盖15-断滑圈鼓订
16-防土圈
型密封圈
18-缸头19-护环
密封圈
21-活塞22-导向环
24-子杆紧固套
25-沉头螺钉
图5 单杆液压缸结构图
五、油箱的设计计算
4-通气孔； 5-回油管； 6-顶盖；
吸油管；2-网式滤油器；3-滤油网（兼做空气滤清器）；油面指示器；8，10-隔板；9-放油塞
图6 油箱
六、单泵集成块液压系统原理图
参考文献：
1. 《液压系统设计指南》, 哈尔滨理工大学出版.
2. 《机械设计课程设计》, 哈尔滨理工大学机械零件教研室.
3. 《液压传动设计手册》, 上海人民出版社出版.
4. 《机械零件设计手册》，冶金工业出版社.。