第一章前言
1.1液压传动的发展概况
液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。
第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。
第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。液压元件大约在19 世纪末20 世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。
我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。
目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。
1.2液压传动在机械行业中的应用
机床工业——磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等
工程机械——挖掘机、装载机、推土机等
汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等
农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等
轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等
冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等
起重运输机械——起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等
矿山机械——开采机、提升机、液压支架等
建筑机械——打桩机、平地机等
船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等
铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等
本机器适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。本机器具有独立的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。本机器的工作压力、压制速度、空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整，并能完成一般压制工艺。此工艺又分定压、定程两种工艺动作供选择。定压成型之工艺动作在压制后具有保压、延时、自动回程、延时自动退回等动作。本机器主机呈长方形，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。
1.3 液压机的发展及工艺特点
液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。
作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。
近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从70年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。我国从1970年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。
液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工艺。
由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点：
（1）工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求；
（2）有顶出装置，以便于顶出工件；
（3）液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便；
（4）液压机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操作，特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制；
（5）液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。
1.4液压系统的基本组成
1）能源装置——液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。
2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。
3）控制装置——液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。
4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。
5）工作介质——液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。
第二章YB32-150液压压力机系统的原理设计2.1液压压力机的基本结构
YB32－150型液压机机身属于四立柱机身。机身由上横梁、下横梁和四根立柱组成。液压机的各个部件都安装在机身上，其中上横梁的中间孔安装工作缸，下横梁的中间孔安装顶出缸，工作台面上开有开有T型槽，用来安装模具。活动横梁的四个角上的孔套装在四立柱上，上方和工作缸活塞相连接，由其带动横梁上下运动。机身在液压机工作中承受全部的工作载荷。
工作缸采用活塞式双作用缸，当压力油进入工作缸上腔，活塞带动横梁向下运动，其速度慢，压力大，当压力油进入工作缸下腔，活塞向上运动，其速度较快，压力较小，符合一般的慢速压制、快速回程的工艺要求。
活动横梁是立柱式液压机的运动部件，位于液压机机身的中间，中间圆孔和上横梁的工作活塞杆连接，四角孔在工作活塞的带动下，靠立柱导向作上下运动，活动横梁的底面也开有T型槽，用来安装模具。
在机身下部设有顶出缸，通过顶杆可以将成型后的塑件顶出。
液压机的动力部分是高压泵，将机械能转变为液压能，向液压机的工作缸和顶出缸提供高压液体。
2.2 工况分析
本次设计是在毕业实习时，根据浙江省瑞安市一家客户的要求，根据客户提供的工况条件，立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑行时，运动部件的质量为500Kg 。
1．工作负载 工件的压制抗力即为工作负载：36150109.8 1.4710t F N =??=? 2. 摩擦负载 静摩擦阻力： 0.25009.8980fs F N =??=
动摩擦阻力： 0.15009.8490fd F N =??= 3. 惯性负载 0.3(
)5007500.2
n v F m N
t
?==?
=?
60.5100.02412000b F N =??= 自重： 4900G mg N ==
4. 液压缸在各工作阶段的负载值：
其中：0.9m η= m η——液压缸的机械效率，一般取m η=0.9-0.97。
2.2.1负载循环图和速度循环图的绘制
负载图按上面的数值绘制，速度图按给定条件绘制，如图2所示：
2．3拟定液压系统原理图
2.3.1确定供油方式
考虑到该机床在工作进给时需要承受较大的工作压力，系统功率也较大，现采用轴向柱塞泵63SCY14－1B ，具有将32MPa 压力的纯净液压油输入到各种油压机、液动机等液压系统中，以生产巨大的工作动力，该柱塞泵结构紧凑，效率高，工作压力高，流量调节方便。
2.3.2自动补油保压回路的设计
保压回路的功用是使系统在液压缸不动或因工件变形而产生微小位移的工况下能保持稳定不变的压力。考虑到设计要求，保压时间要达到5s ，压力稳定性好。选用液控单向阀保压回路，则保压时间较长，压力稳定性高，选用M 型三位四通换向阀，利用其中位滑阀机能，使液压缸两腔封闭，系统不卸荷。设计了自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制。此回路完全适合于保压性能较高的高压系统，如液压机等。
自动补油的保压回路系统图的工作原理：按下起动按纽，电磁铁1YA 通电，电磁换向阀6右位接入系统，油液一部分压力油通过节流调速阀8进入主缸上腔；另一部分油液将液控单向阀7
打开，使主缸下腔回油，主缸活塞带动上滑块快速下行，主缸上腔压
力降低，其顶部充液箱的油经液控单向阀14向主缸上腔补油。当主缸活塞带动上滑块接触到被压制工件时，主缸上腔压力升高，液控单向阀14关闭，充液箱不再向主缸上腔供油，且液压泵流量自动减少，滑块下移速度降低，慢速加压工作。当主缸上腔油压升高到压力继电器11的动作压力时，压力继电器发出信号，使电磁阀1YA断电，换向阀6切换成中位；这时液压泵卸荷，液压缸由换向阀M型中位机能保压。同时压力继电器还向时间继电器发出信号，使时间继电器开始延时。保压时间由时间继电器在0-24min 调节。
2.3.3 释压回路的设计
释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免它突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于25mm、压力高于7Mpa时，其油腔在排油前就先须释压。
根据生产实际的需要，选择用节流阀的释压回路。其工作原理：当保压延时结束后，时间继电器发出信号，使电磁阀6YA通电，二位二通电磁换向阀10处于下位，从而使主缸上腔压力油液通过节流阀9，电磁阀10，与油箱连通，从而使主缸上腔油卸压，释压快慢由节流阀调节。
当此腔压力降至压力继电器的调定压力时，换向阀6切换至左位，液控单向阀7打开，使液压缸上腔的油通过三位四通电磁阀6，二位二通电磁阀5，和顺序阀4排到液压缸顶部的充液箱13中去，此时主缸快速退回。使用这种释压回路无法在释压前完全保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用Y型，并且配有其它的元件。
机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候，
输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个直动式溢流阀1，起安全阀的作用，当泵的压力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱，起到安全保护作用。在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的平稳性，提高加工零件的精度。
2.4液压系统图的总体设计
2.4.1主缸运动工作循环
（1）快速下行。按下起动按钮，电磁铁1YA通电。这时的油路进油路为：
变量泵1→换向阀6右位→节流阀8→压力继电器11和液压缸15上腔
回油路为：
液压缸下腔15→已打开的液控单向阀7→换向阀6右位→电磁阀5→背压阀4→油箱
油路分析：变量泵1的液压油经过换向阀6的右位，液压油分两条油路：一条油路通过节流阀7流经继电器11，另一条路直接流向液压缸的上腔和压力表。使液压缸的上腔加压。液压缸15下腔通过液控单向阀7经过换向阀6的右位流经背压阀，再流到油箱。因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀7打开，使副油箱13的液压油经过副油箱旁边的液控单向阀14给液压缸15上腔补油。使液压缸快速下行，另外背压阀接在系统回油路上，造成一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。
（2）保压时的油路情况：
油路分析：当上腔快速下降到一定的时候，压力继电器11发出信号，使换向阀6的电磁铁1YA断电，换向阀回到中位，液压系统保压。而液压泵1在中位时，直接通过背压阀直接回到油箱。
（3）回程时的油路情况：
液压缸下腔回油路为：
变量泵1→换向阀6左位→液控单向阀7→液压油箱15的下腔
液压缸上腔回油路为：
液压腔的上腔→液控单向阀14→副油箱13
液压腔的上腔→节流阀8→换向阀6左位→电磁阀5→背压阀4→油箱
油路分析：当保压到一定时候，时间继电器发出信号，使换向阀6的电磁铁2YA 通电，换向阀接到左位，变量泵1的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压缸的下腔，而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀9（电磁铁6YA接通），上腔油通过换向阀10接到油箱，实现释压，另外一部分油通过主油路的节流阀流到换向阀6，再通过电磁阀19，背压阀11流回油箱。实现释压。
2.4.2顶出缸运动工作循环
（1）向上顶出当电磁铁4YA通电，5YA失电，三位四通换向阀6处于中位时，此时顶出缸的进油路为：
液压泵→换向阀19左位→单向节流阀18→下液压缸下腔
顶出缸的回油路为：
下液压缸上腔→换向阀19左位→油箱
（2）停留当下滑块上移动到其活塞碰到顶盖时，便可停留在这个位置上。
（3）向下退回当停留结束时，即操作员取下工件时，启动开关，使电磁阀3YA 通电（4YA断电），阀19换为右位。压力油进入顶出缸上腔，其下腔回油，下滑块下移。进油路：
液压泵→换向阀19右位→单向节流阀17→下液压缸上腔
回油路：
下液压缸下腔换向→阀19右位→油箱
(4) 原位停止当下滑块退到原位时，是在电磁铁3YA，4YA都断电，换向阀19处于中位时得到的。
第三章液压系统的计算和元件选型
3．1 确定液压缸主要参数
按液压机床类型初选液压缸的工作压力为25Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无杆腔工作面积1A应为有杆腔工作面积2A的6倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D
满足d=的关系。
快进时，液压缸回油路上必须具有背压
2
p,防止上压板由于自重而自动下滑，根据《液压系统设计简明手册》表2-2中，可取
2
p=1Mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降p
?存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取1
p M Pa
?≈,快退时，回油腔是有背压的，这时
2
p亦按2Mpa来估算。
3.1.1液压缸内径D和活塞杆直径d的确定
以单活塞杆液压缸为例来说明其计算过程。
1
1122112
()
6
m
A
F A P A P A P P
η=-=-
1
P——液压缸工作腔的压力 Pa
2
P——液压缸回油腔的压力
Pa
故：3
22
126
1(
)
150109.80.06622
()(25)0.91066
m
F
A m m P P η??=
==--??
0.2904D m =
=
0.29040.265d D m ==
=
当按GB2348-80将这些直径圆整成进标准值时得：320D m m =,280d m m = 由此求得液压缸面积的实际有效面积为：
2
2
2
10.32
0.08034
4
D A m ππ?=
=
=
2
2
22
2
2()
(0.320.28)
0.018844
4
D d A m ππ?-?-=
=
=
3.1.2液压缸实际所需流量计算
① 工作快速空程时所需流量
11
1cv
A V Q η=
cv η-液压缸的容积效率，取0.96cv η=
3
130.08030.31060
1506()min
0.9610
L
Q ???=
=?
② 工作缸压制时所需流量
3
12
23
0.08030.011060
50.1875()
m in
0.9610
cv
A V L
Q η???=
=
=?
③ 工作缸回程时所需流量
3
23
23
0.018840.061060
70.65()
m in
0.9610
cv
A V L
Q η???=
=
=?3．2液压元件的选择
3．2.1确定液压泵规格和驱动电机功率
由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为
25M Pa
，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为1M P a （含回油路上的压力损失折算
到进油腔），则液压泵的最高工作压力为
6
11(251)1026p P P P M Pa =+?=+?=
上述计算所得的p P 是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力n P 应满足：
/0.826/0.831.25n p P P M pa
===
液压泵的最大流量应为：
max ()p L q K q ≥∑
式中p q -液压泵的最大流量
max ()q -∑同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工
作，尚须加溢流阀的最小溢流量2~3min L 。
L K -
系统泄漏系数，一般取 1.1~1.3L K =，现取 1.1L K =。
m ax () 1.1(70.65 2.5)80.465m in p L L q K q q =+
?=?+=∑∑
1．选择液压泵的规格
由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉床、液压机），柱塞式变量泵有以下的特点：
1） 工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（200~400）510Pa ?，最高可以达到5100010Pa ?。
2） 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。 3） 改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。
4） 柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。
根据以上算得的p q 和p P 在查阅相关手册《机械设计手册》成大先P20-195得：现选用63141YC Y B -，排量63ml/r ，额定压力32Mpa ，额定转速1500r/min ，驱动功率59.2KN ，容积效率92%≥，重量71kg ，容积效率达92%。
2．与液压泵匹配的电动机的选定
由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油
压力值为26Mpa ，流量为已选定泵的流量值。p η-液压泵的总效率。柱塞泵为0.80~0.85，取p η-0.82。
选用1000r/min 的电动机，则驱动电机功率为：
3
(18.350)
18.37(600.82)
(10)
p p
p p P q N K W
η??=
=
=??
选择电动机 1804Y M -，其额定功率为18.5KW 。
3.2.2阀类元件及辅助元件的选择
1. 对液压阀的基本要求：
(1). 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。 (2). 密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大 2. 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格
主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格：
表2：YB32-150液压压力机液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格
3.2.3 管道尺寸的确定
油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设计中所须的压力是高压，P=31.25MPa( 6.3)
，钢管能承受高压，价格低廉，耐
P MPa
油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。
尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管用。
胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。
1. 管接头的选用：
管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。
管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有：
焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或O形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。
液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上，为此对管材的选用，接
头形式的确定（包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等），管系的设计（包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等）以及管道的安装（包括正确的运输、储存、清洗、组装等）都要考虑清楚，以免影响整个液压系统的使用质量。
国外对管子的材质、接头形式和连接方法上的研究工作从不间断，最近出现一种用特殊的镍钛合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除——即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径，然后取出来迅速套装在管端上，便可使它在常温下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已经在航空和其它一些加工行业中得到了应用，它能保证在40~55Mpa 的工作压力下不出现泄漏。本设计根据需要，选择卡套式管接头。要求采用冷拔无缝钢管。
2. 管道内径计算：
d =
（1）
式中 Q ——通过管道内的流量 3
m
s
v ——管内允许流速 m
s
，见表：
(1). 液压泵压油管道的内径： 取v=4m/s
d =
16.3d m m
=
=
=
根据《机械设计手册》成大先P20-641查得：取d=20mm,钢管的外径 D=28mm; 管接头联接螺纹M27×2。
(2). 液压泵回油管道的内径：
取v=2.4m/s
d =
25d m m
=
=
=
根据《机械设计手册》成大先P20-641查得：取d=25mm,钢管的外径 D=34mm; 管接头联接螺纹M33×2。 3. 管道壁厚δ的计算
2[]
pd m δσ=
式中： p ——管道内最高工作压力 Pa d ——管道内径 m
[]σ——管道材料的许用应力 Pa ，[]b
n
σσ=
b σ——管道材料的抗拉强度 Pa
n ——安全系数，对钢管来说，7p MPa <时，取n=8；17.5p M Pa <时， 取n=6； 17.5p M Pa >时，取n=4。 根据上述的参数可以得到：
我们选钢管的材料为45#钢，由此可得材料的抗拉强度
b
σ=600MPa;
600M P a
[]150M P a
4
σ=
=
(1). 液压泵压油管道的壁厚
6
3
31.25102010
2.12[]
2150pd m m m M Pa
δσ-???=
=
=?
(2). 液压泵回油管道的壁厚
6
3
31.25102510
2.62[]
2150pd m m m M Pa
δσ-???=
=
=? 所以所选管道适用。
3.3液压系统的验算
上面已经计算出该液压系统中进，回油管的内径分别为32mm,42mm 。 但是由于系统的具体管路布置和长度尚未确定，所以压力损失无法验算。
3.3.1系统温升的验算
在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主
要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。
当V=10mm/s 时，即v=600mm/min
2
23
0.320.6/m in 4810/m in
44
q D v m m π
π
-=
=??=?
即 min /48L q =
此时泵的效率为0.9，泵的出口压力为26MP ，则有
264823600.9P K W K W
?==?
入
KW
Fv P 3
3
10
10
60
6001470000--???
==输出
即
KW
P 14.7=输出
此时的功率损失为：
()2314.78.3P P P KW KW ?=-=-= 入出
假定系统的散热状况一般，取(
)C
cm
KW K
??=-2
3
/10
20，
油箱的散热面积A 为
22
0.0650.0659.08A m =?=?=
系统的温升为
3
8.335.72010
9.08
P t C C
K A
-??=
=
=??
根据《机械设计手册》成大先P20-767：油箱中温度一般推荐30-50C 所以验算表明系统的温升在许可范围内。
第四章液压缸的结构设计
4.1 液压缸主要尺寸的确定
1)液压缸壁厚和外经的计算
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。
液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。
液压缸的内径D与其壁厚δ的比值10
/≥
δ
D的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算[]σ
δ
2
D
p
y
≥
设计计算过程
式中δ——液压缸壁厚(m)；
D——液压缸内径(m)；
y
p——试验压力，一般取最大工作压力的(1.25~1.5)倍()a
MP；
[]σ——缸筒材料的许用应力。无缝钢管：[]
a
MP
110
~
100
=
σ。
y
p=18.3 1.25
?=22.9
a
M P
则[]
(18.3 1.25)0.32
0.33
2220
35
y
p D
m
m m
δ
σ
δ
??
≥==
=
取
在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。
液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经
1
D为
mm
D
D390
35
2
320
2
1
=
?
+
=
+
≥δ
2)液压缸工作行程的确定
液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅<<液压系统设计简明手册>>P12表2-6中的系列尺寸来选取标准值。
液压缸工作行程选500
l m m
=
缸盖厚度的确定
一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。
无孔时 []
σy
p D t 2
433.0≥
有孔时 []()
022
2
433.0d D D p D t y -≥σ
式中 t ——缸盖有效厚度(m)； 2D ——缸盖止口内径(m)； 0d ——缸盖孔的直径(m)。 液压缸：
无孔时 30.4333201063t m m -≥???=
取 t=65mm
有孔时'0.4330.311049.6t m m -≥??=
取 t ’=50mm 3)最小导向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H 称为最小导向长度（如下图2所示）。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。
对一般的液压缸，最小导向长度H 应满足以下要求： 设 计 计 算 过 程 2
20
D L H +≥
式中 L ——液压缸的最大行程； D ——液压缸的内径。
活塞的宽度B 一般取B=(0.6~10)D ；缸盖滑动支承面的长度1l ，根据液压缸内径D 而定；
当D<80mm 时，取()D l 0.1~6.01=；
当D>80mm 时，取()d l 0.1~6.01=。
为保证最小导向长度H ，若过分增大1l 和B 都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K 来增加H 的值。隔套的长度C 由需要的最小导向长度H 决定，即
()B l H C +-
=1
2
1
滑台液压缸： 最小导向长度：50032018520
2
H m m
≥+=
取 H=200mm
活塞宽度：B=0.6D=192mm 缸盖滑动支承面长度：
10.6168l d mm
==
隔套长度：()1240192168602
C m m
=-+=
- 所以无隔套。
液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20~30倍。 液压缸：
缸体内部长度192500692L B l m m m m =+=+=
当液压缸支承长度LB ≥(10-15)d 时，需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设计不需进行稳定性验算。
4.2 液压缸的结构设计
液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。
设 计 计 算 过 程
1) 缸体与缸盖的连接形式
缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。 本次设计中采用外半环连接，如下图6所示：