课程名称： ___________ 专业课程设计 ______________ 题 目
挤压机液压传动系统及液压缸设计 学 专 班 学
院： 机电工程学院 系： 业： 级： 号：
机械系
机械设计制造及其自动化
XXX
班
XXXXXXXXXXX XXX
学生姓名：
起讫日期： _______ — _______ 指导教师： XXX 职称： 教授
系分管主任： ___________________________________ 审核日期： ___________________________
目录
第一章 总体要求 ...................
设计目的 . .................................................... 设计任务 . ....................................................
错误! 未定义书签。
错误 !未定义书签。 错
误 !未定义书签。
进度安排 . .................................................................... 技术要求 . ....................................................................
第二章 挤压机液压系统原理设计 ......................
工况分析 . .................................................................... 2
运动分析 ............................................... 2 负载分析 ............................................... 2
负载循环图和速度循环图的绘制 ........................................ 4
确定液压系统主要参数 ............................ 4
初选液压缸工作压力 .......................................... 4 计算液压缸主要尺寸 .......................................... 5 绘制液压缸工况图 ............................................ 7
拟定液压系统原理图 ............................... 8
调速回路的选择 ........................................... 8 选用执行元件 ............................................. 9 速度换接回路的选择 .......................................... 9 选择快速运动和换向回路 ......................................... 9 选择调压和卸荷回路 .......................................... 9 平衡及安全保护 ........................................... 10 组成液压系统原理图 .......................................... 10 系统图的原理 ............................................. 10
第三章 液压系统的元件选型 . ................................... 错误! 未定义书签
确定液压泵的规格和电动机功率 .................. 错误 ! 未定义书签
计算液压泵的最大工作压力 ............................... 错误 ! 未定义书签 计算总流量 .................................... 错误 ! 未定义书签
确定其它元件及辅件 ...................... 错误 !未定义书签
确定油管 ...................................... 错误 ! 未定义书签
1 1
油箱的设计 .................................... 确定阀类元件及辅件 ..................................
错误 ! 未定义书签 错
误 ! 未定义书签
主要零件强度校核 ........................
杆径 d ..............................................................
错误 !未定义书
签 错误 ! 未定义书签
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缸盖和缸筒联接螺栓的底径 ds ..................................................
第四章 液压系统性能验算 ............
验算系统压力损失 ....................... 油液温升验算 . ...............................................................
错误! 未定义书签
错误 !未定义书签
17
第五章 液压缸的设计 ......................
液压缸主要尺寸 . .............................................................. 18
液压缸工作压力 ............................................ 18 液压缸内径 D和活塞杆d ................................................................... 18 液压缸壁厚的确定和外径 ........................................ 18 液压缸工作行程 ........................................... 19 液压缸油口直径 ........................................... 19 缸盖厚度 ............................................. 20
最小导向长度 ................................... 错误 ! 未定义书签。
18
液压缸的结构设计 ................................................ 错误 !未定义书签
液压缸的组成 ........................................................................ 错误 ! 未定义书签 液压缸组件的连接 .................................................................... 错误 ! 未定义书签 活塞及活塞杆处密封 .................................................................. 错误 ! 未定义书签 液压缸的缓冲装置 .................................................................... 错误 ! 未定义书签 液压缸排气装置 ...................................................................... 错误 ! 未定义书签 密封装置 ..................................... 错误 ! 未定义书签
液压缸主要零件的材料和技术要求 .................................. 错误 !未定义书签
第六章 总结 .............................
23
参 考 文 献
25
第一章 总体要求
设计目的
1、应用液压传动及控制课程及其相关的理论知识，进行液压传动及控制系 统综合设计实践，从而
使这些知识得到进一步的巩固、加深、提高和扩展。
2、在设计过程中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原 则和回路的组合方法，
培养学生设计技能，提高分析和解决实际问题的初步能力。
3、通过设计，学生应在计算、绘图和熟悉设计资料（包括设计手册、产品 样本、标准和规范）以
及进行设计估算等方面得到实际训练。
设计任务
1、进行工况分析、计算，拟定液压传动系统； 2、主要液压元件的设计计算和选择；
3、液压辅助装置（油箱、滤油器、蓄能器、管路等）的计算、设计或选择； 4、液压传动系统的验算和校核； 5、液压传动系统的绘制；
6、液压传动系统部件装配图、零件图的绘制； 7、编写设计计算说明书。
进度安排
第一周：设计准备、液压传动系统的设计与计算。 第二周：液压部件或零件装配图的设计及绘制。 第三周：编写设计计算说明书及答辩。
技术要求
设计挤压压力机液压传动系统，要求：实现快速下降T压制一快速退回一原 位停止的工作循环。运动部件自重 G=5000N快速下降外负载FR=100N快速下降 速度VR=6m/min,快速下降行程
LR=80mm压制时外负载FP=15000N,压制时速度 Vp=min，挤压行程Lp=30mm快速回退外负载FR=100N 快速回退速度 *=12m/min。
第二章 挤压机液压系统原理设计
工况分析
工况分析是对液压执行元件的工作情况进行分析，以得到工作过程中执行元 件在各个工作阶段中的流量、压力和功率的变化规律，并将其用曲线表示出来， 作为确定液压系统主要参数、拟定液压系统方案的依据。 运动分析
按设备工作要求和执行元件的运动规律，绘制出执行元件工作循环图，和速 度位移图，即速度循环图。如下所示：为挤压机运动分析图。
负载分析
负载分析就是研究各执行元件在一个工作循环内各阶段的受力情况。
(1) 压制外负载：Fp 15000N ； (2) 摩擦负载：
由题目设计要求，知该系统摩擦负载 Ff FR 100N ；
(3) 惯性负载：
惯性负载是运动部件的速度变化时，由其惯性而产生的负载，可用牛 顿第二定律求出，即：Fa
ma
G---运动部件的重力(N)
g--- 重力加速度，g 9.8
△ V--速度变化值(
m
s)
-
△ t--- 起动或制动时间(s)
快进： Fa1
G V 5000 g t
9.8
60
6 0.2 12 60
0.2
255.1N
快退： Fa2
G V 5000 g t
9.8
510.2N
(4) 运动时间
快进：t1
L1 V1
0.08 60 0.8S
工进：t2
L2 00」9S v2 0.2 Li
L2 V3
(80 30) 10 3 60 12
快退：t1
0.55s
根据以上的计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自 行下滑，系统中应设置平衡回路。因此，在负载分析时，就不考虑运动部件的重 量，则液压缸各阶段中的负载，如下表：【取（m=）】
表1液压缸在各运动阶段的负载和推力（ 工况 启动加速 快进 计算公式 负载值F/N 液压缸推力 / /N m F Fa1 FR F FR 100 压制 F FP 15000 反向加速 F G Fa2 FR 快退 制动
F G FR 5100 F G FR Fa2 负载循环图和速度循环图的绘制
根据液压缸在上述各阶段内的负载和速度，即可绘制出负载循环图和速度循 环图，如图
1所示。
确定液压系统主要参数
初选液压缸工作压力
所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其他工况负载都不太高，参考
表2和表3,初选液压缸的工作压力p1 =3MPa快进工进时液压缸的回油腔应 有背压，参考表4选此背压为P2=
表2 载荷/kN 工作压力/MPa
按载荷选择工作压力 10 〜20 〜3 v 5 V ~ 1 5~ 10 〜2 20 〜30 3〜4 30 〜50 4~ 5 > 50 > 5 表3 各类设备常用的工作压力 压力范 设备类型 围 /MPa 压力等 说明 级 低噪声、高 可靠性系统 油压机、冶金 机械、挖掘机、 重型机械 农业机械、工 矿车辆、注塑机、 船用机械、搬运 机7 〜212 械、工程机械、 冶中压 一般系统 金刚石压 机、耐压试验饥、 飞机、液压机具 > 超高压 追求大作用 力、减轻重量 21〜 设备类型 压力范围 压力等 /MPa 说明 级 空间有限、响 高压 应速度高、大功率 下降低成本 机床、压铸机、 汽车 V 7 低压
金机械 表4执行元件的回油背压
系统类型 简单系统或轻载节流调速系统 回油路带调速阀的系统 背压力/MPa 〜 〜 〜 系统类型 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 回油路较短，且直接回油箱 背压力/MPa 〜 〜3 回油路设置有背压阀的系统 可忽略不计 计算液压缸主要尺寸
根据设计要求可知无杆腔与有杆腔的速比
又因为
3V
D2 D d
Vi
22
石，所以，根据表5可得
0.71
表5按速比要求确定d/D 2/ 1 2 d/D 注：i —无杆腔进油时活塞运动速度;
—有杆腔进油时活塞运动速度
工进时液压缸的推力计算公式为F / cm Aj p1 A2 p2，因此，根据已知
1
参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为 Ai - D2 ；
液压缸缸筒直径为：
4
D
4F P2(1
2
4 15000
)]
3.14 0.9 [3 0.6 (1 (
72
)2)]
88.7mm
由于有前述液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，
d=，因此活塞杆直径为
液压缸缸筒直径为D=90mm活塞杆直径为d=63mm
表6液压缸内径尺寸系列(GB2348-80)
8 10 12 16 20 (90) 40 50 63 80 (140) (180) 125 160 200
表7活塞杆直径系列(GB2348-80)
4 5 6 8 10 12 d=X =，根据表&表7对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定, 圆整后取
25 100 (220) 32 (110) 250 14 16 45 125 18 50 140 20 22 25 28 32 36 40 56 63 70 80 90 100 110
此时液压缸两腔的实际有效面积分别为:
1 2 4 2
A1 — D 63.59 10 m
4
2242
A2 丄D d) 32.43 10 m
4
按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式
(
A>
Q=.V
minmin
01
103 =
25
cm\"
式中
Q 是由产品样本差得调速阀2FRM5-20/6的最小稳定流量为L min
min
本例中调速阀是安装在进油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应取液压缸
无杆腔的实际面积，即
2
3.14
A=4D
〒 0.9 63.59 cm
2 2
可见上述不等式能满足，液压缸所达到所需低速。
根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、
流量和功率，如表8所示。
表8各工况下的主要参数值 工况 启 动 加 速 推力F /N 进油腔 压输入流量 力 q/ R/MPa 输入功 率P/w 计算公式 P1 (F 1 P1 A 2) / A1 快 进 q A1V1 快 速 P P1q P1 压制 F' P2A2/A1 q AM P P1q 加 速 P1 % 快 快 退 退 q A2V3 P P1q 制 动 注：1. F'
2.
m，
快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 pi，无杆腔回油，压力为 P2。
绘制液压缸工况图
据表8可绘制出液压缸的工况图，如图 2所示
图2挤压机液压缸工况图
拟定液压系统原理图
根据挤压机液压系统的设计任务和工况分析， 所设计机床对速度调节、 低速 稳定性有一定要求， 因此速度控制是该机床要解决的主要问题。 速度的换接、 稳 定性和调节是该机床液压系统设计的核心。 与所有液压系统的设计要求一样， 该 挤压机液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。 调速回路的选择
所设计挤压机液压系统的压制过程要求有较好的低速稳定性， 因此有三种速 度控制方案可以选择， 即进口节流调速、 出口节流调速、 限压式变量泵加调速阀 的容积节流调速。 考虑到在整个工作循环过程中所需要的功率较小， 系统的效率 和发热问题并不突出， 因此考虑采用带调速阀的进口节流调速回路即可。 虽然节 流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。
由于选定了节流调速方案， 所以油路采用开式循环回路， 以提高散热效率， 防止油液
温升过高。
从工况图分析可知， 该系统在快上和快下时所需流量较大， 且比较接近。 在 慢上时所需流量较小， 因此从提高系统效率、 节省能量角度来看， 如果选用单个 定量泵作为整个系统的油源， 液压系统会长时间处于大流量溢流状态， 从而造成 能量的大量损失，这样的设计显然是不合理的。
如果采用一个大流量定量泵和一个小流量定量泵双泵串联的供油方式， 由双 联泵组成的油源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的， 此时液压系统在整 个工作循环过程中所需要消耗的功率不大， 除采用双联泵作为油源外， 也可选用 限压式变量泵作油源。 但限压式变量泵结构复杂、 成本高， 且流量突变时液压冲 击较大，工作平稳性差， 最后确定选用双联液压泵供油方案， 有利于降低能耗和 生产成本，如图 3 所示。
图3 双泵供油油源
选用执行元件
因系统运动循环要求挤压机做上下往复运动，正向快进和工进，反向快退， 总行程只有110mm上行程负载较大，速度相对较快；下行程负载小，速度相对 较慢，故可选用单杠双作用液压缸
速度换接回路的选择
由前述计算可知， 当工作台从快进转为工进时， 进入液压缸的流量由 L/min 降
L/min ，可选行程阀来进行速度换接， 以减少速度换接过程中的液压冲击 （见 图 4 ）。由于
工作压力较低，行程阀用普通滑阀式结构即可。由工进转为快退时， 在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。
图 4 换向和速度切换回路的选择
选择快速运动和换向回路 本系统选定液压缸双泵供油快速运动回路实现快速运动。 考虑到从工
进转快
退时回油路流量较大， 故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路， 以减小液 压冲击
（ 见图 4）。
选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工 进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定， 无需另设调压回路， 低 压大流量泵通过卸荷阀卸荷。在滑台停止时，大小流量泵通过电液换向阀卸荷。 平衡及安全保护
为防止在上端停留时重物下落和停留期间内保持重物的位置， 特在液压缸的 下腔（有杆腔）进油路上设置了单向顺序阀；在主泵旁并联溢流的溢流阀，一方 面限制了系统的最高压力，另一方面在慢速上行时为节流调速起分流作用。 组成液压系统原理图
将上面选出的液压基本回路组合在一起， 并经修改和完善， 就可得到完整的 液压系统工作原理图，如图 5 所示。
图 5 液压系统图
1—过滤器； 2—双联叶片液压泵； 3—卸荷阀； 4—单向阀； 5—溢流阀； 6 —三位四通电液
换向阀； 7—单向顺序阀； 8—行程阀； 9—调速阀； 10 —单向阀；
系统图的原理
要实现系统的动作，即要求实现的动作顺序为：快速下降一压制一快速退回 f原位停止。则可得出液压系统中各电磁铁的动作顺序如表 9所示。表中“ +” 号表示电磁铁通电或行程阀压下； “—”号表示电磁铁断电或行程阀复位。
表 9 电磁铁的动作顺序表
1．快进
快进如图所示，按下启动按钮，电磁铁 2YA通电，由大小泵输出的压力油
经三位四通电液换向阀的右侧，这时的主油路为：
进油路：大泵 f 单向阀4-三位四通电液换向阀6 （2YA得电）f行程阀 8-液压缸上
腔。
小泵 f 三位四通电液换向阀6 （2YA得电）f行程阀8f液压缸 上腔。
回油路：液压缸下腔f单向顺序阀f三位四通电液换向阀
箱。
6 （右位）f油
2．工进
行程开关使行程阀通路切断，这时油必须经调速阀 9才能进入液压缸上腔， 回油路和快进回油完全相同，其主油路为：
进油路：大泵f卸荷阀3f油箱。
小泵 f 三位四通电液换向阀6 （2YA得电）f调速阀9f液压缸 上腔。
回油路：液压缸下腔f单向顺序阀f三位四通电液换向阀
箱。
6 （右位）f油
3.快退
电磁铁2YA断电，1YA通电，这时三位四通电液换向阀 6接通左位，此时大 小泵同时供油，其主油路为：
进油路：大泵 f 单向阀4f三位四通电液换向阀6 （1YA得电）f单向顺 序阀f液压缸下腔。
小泵 f 三位四通电液换向阀6 （1YA得电）f单向顺序阀f液压 缸下腔。
回油路：液压缸上腔-单向阀10-三位四通电液换向阀6 （左位）-油箱。
4. 原位停止
当滑台退回到原位时，挡块压下原位行程开关，发出信号，使 2YA断电，换 向阀处于中位， 液压两腔油路封闭， 滑台停止运动。 这时液压泵输出的油液经三 位四通电液换向阀 6直接回油箱。
第三章 液压系统的元件选型 本设计所使用液压元件均为标准
液压元件， 只需确定各液压元件的主要参数 和规格，然后根据现有的液压元件产品进行选择即可。 确定液压泵的规格和电动机功率
计算液压泵的最大工作压力 由于本设计采用双泵供油方式，根据液压系统的工况图，大流量液压泵只 需在快进和快退阶段向液压缸供油， 因此大流量泵工作压力较低。 小流量液压泵 在快速运动和工进时都向液压缸供油， 而液压缸在工进时工作压力最大， 因此对 大流量液压泵和小流量液压泵的工作压力分别进行计算。
根据液压泵的最大工作压力计算方法，液压泵的最大工作压力可表示为液 压缸最大工作
压力与液压泵到液压缸之间压力损失之和。
对于调速阀进口节流调速回路， 选取进油路上的总压力损失 P 0.5Mpa ， 则小流量泵
的最高工作压力可估算为
Pp1 2.927 0.5 MPa 3.427 MPa 大流量泵只在快进和快退时向液压缸
供油， 图 2表明，快退时液压缸中的工 作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为， 则大流量泵的最高工作压力为：
Pp2 1.922 0.5 MPa 2.422 MPa
计算总流量
表 8表明， 在整个工作循环过程中， 液压油源应向液压缸提供的最大流量出 现在快退工作阶段，为 L/min ，若整个回路中总的泄漏量按液压缸输入流量的
10灿算，则液压油源所需提供的总流量为：
qp 1.1 38.92 L min 42.812 L min
工作进给时，液压缸所需流量约为L/min，但由于要考虑溢流阀的最小稳定 溢流量3 L/min ,故小流量泵的供油量最少应为 min。
据据以上液压油源最大工作压力和总流量的计算数值，因此选取 PV2R12 6/44型双联叶片泵，其中小泵的排量为 6mL/r，大泵的排量为44mL/r， 容积效率v 0.9，总效率p 0.8，则当泵的转速n =960r/min时，液压泵的
P
实际输出流量为
qp 6 44 960 0.9 1000 L min (5.18 38.02) 43.2L min
由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为、流量为
则液压泵驱动电动机所需的功率为： 取泵的总效率P 0.8，
min
P
Ppp
q
2.422 43.2
kW 2.422kW p 60 0.8
根据上述功率计算数据，此系统选取
丫132S-6型电动机，其额定功率
Pn 3.0kW，额定转速 nn 960r min 。
确定其它元件及辅件
确定油管
在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、 时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表 所列。
表10各工况实际运动速度、时间和流量 流量、速度 10
快进 工进 快退 输入流量 /(L/mi n ) q1 qp 43・2 q1 1.27 q1 qp 43.2 排出流量 /(L/mi n ) A?q1 q2 —— A1 q2 A?q1 八 A1 Aq q2 — A2 32.43 43.2 63.59 22.03 运动速度 1.27 32.43 63.59 0.65 q1 V2 43.2 63.59 32.43 84.71 q1 V3 qp V1 A1 63.59 6.79 43.2 10 /(L/mi n ) A1 A2 1.27 10 63.59 0.2 43.2 10 32.43 13.32 由表可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求 根据表11中数值，当油液在压力管中流速取3m/s时，可算得与液压缸无杆 腔和有杆腔相连的油管内径为：
d 2..q v 2 .「43.2一106
3一103一60 mm 17.49mm
取标准值18mm
表11 管道 推荐流速 管内允许流速推荐值 液压系统压油管道 液压泵吸油管道 〜，一般取1以下 液压系统回油 3〜6，压力高，管道短，粘 度小取大值 （m/s） 因此与液压缸相连的两根油管可以按照标准选用公称通径为
18的无缝钢
管或高压软管。因为液压缸采用缸筒固定式，则两根连接管采用无缝钢管连接在 液压缸缸筒上即可。
油箱的设计
油箱的主要用途是贮存油液，同时也起到散热的作用，参考相关文献及设 计资料，油箱的设计可先根据液压泵的额定流量按照经验计算方法计算油箱的体 积，然后再根据散热要求对油箱的容积进行校核。
油箱中能够容纳的油液容积按表12估算，取 3时，求得其容积为
V qp 3 43.2L 129.6L
按JB/T7938—1999规定，取标准值 V=160L
表12 经验系数 系统类型 行走机械 1 〜2 低压系统 2〜4 中压系统 5〜7 锻压机械 6〜1 冶金机械 10 系数取值 确定阀类元件及辅件
根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量， 本，选出的阀类元件和辅件规格如表 13所列。
表13液压元件规格及型号 规格 通过的 最序号 元件名称 大流 量 q/L/min 过滤器 双联叶片泵 卸荷阀 单向阀 溢流阀 三位四通电 液换向阀 查阅产品样
型号 额定流量 qn/L/mi n 额定压 力 额定压降 ? pn /MPa Pn/MPa - 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 43 - 38 38 85 XU-B50 100 PV2R12-6/44 XF3-10B AF3-Ea10B DBP6P 34DYF3M-16B (+ ) 50 63 80 < - < < - < 16 50 180 单向顺序阀 行程阀 调速阀 单向阀 43 43 85 AXF3-10B 22C-63B 2FRM5-20/6 AF3-Ea20B 63 63 6 160 < 21 16 < 注：此为电动机额定转速为 960r/min时的流量。 主要零件强度校核
杆径d
由公式：
式中：F是杆承受的负载（N，F=15000N 是杆材料的许用应力，=100
d
缸盖和缸筒联接螺栓的底径ds
4 15000 3.14 100 106
0.0138mm
ds
5.2KF
z[]
5.2 1.5 15000 \\ 3.14 6 100 10
6
0.00788mm
式中K--拧紧系数，一般取K=~;
F-- 缸筒承受的最大负载（N）；
Z-- 螺栓个数；
--螺栓材料的许用应力,
s
/n， s为螺栓材料的屈服点（MPa，
安全系数n=~
第四章
验算系统压力损失
液压系统性能验算
系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，只能先 按课本式（3-
46）估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路 的沿程损失和局部损失即
可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可 以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。
①快进
快进时，由表10和表13可知，进油路上油液通过单向阀4的流量是38L/min， 通过电液换向阀6的流量是43L/min，然后以流量43L/min通过行程阀8并进入 无杆腔。因此进油路上的总压降为
Pv
0.2
38 80
2 2 2
0.5
43 180
0.25
43 63
MPa 0.19MPa
回油路上， 液压缸有杆腔中的油液通过单向顺序阀
7的压降为,通过电液换
P2为:
向阀的流量是22L/min，然后进入油箱。因此这时液压缸回油腔的压力为
p2 0.5 0.5
22 180
2
MPa 0.507 MPa
此值与表8的估计值相近，故不必重算
②工进
工进时，油液在进油路上通过电液换向阀 6的流量为min,在调速阀4处的
压力损失为；油液在回油路上通过单向顺序阀 7的压降为，通过电液换向阀的流 量是min,然后进入油箱。因此这时液压缸回油腔的压力为
p2为
2
P2 0・5
0.65 180
0.5 MPa 0.5MPa
此值与表8的估计值相近， 故溢流阀5的调压Ppi应为
故不必重算。
P
p1
p
1
p1 Pe 2.927 0.5
1 27 180
2
0.18 MPa 3.107 MPa
③快退
快退时，油液在进油路上通过单向阀
4的流量为38L/min，通过电液换向阀
6的流量为43L/min，然后以43L/min的流量通过单向阀进入有杆腔；油液在回
油路上通过单向阀10、电液换向阀6的流量都是
2 2
min。因此进油路上总压降为
43 80
2
p
v2
O.2 80 0.5 誓 O.2
MPa 0.119MPa
此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的 回油路上总压降为
P2
84.71 门 c 84.71 0.5 0.2
180 160
2
MPa 0.167MPa
故可按表8中公式重新计算快退时液压缸进油腔压力
Pi，
P1 ^2
Ai
6233.6 O.167 106 严5910 4
MPa 2.25MPa
32.43 10 4
所以，快退时液压泵的最大工作压力 PP应为
Pp P1
pv1 2.25 0.119 MPa 2.369MPa
因此大流量液压泵卸荷的卸荷阀 3的调压应大于。
油液温升验算
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。
工进时液压缸的有效功率为:
Po Fv
15000 0.2 10 60
3
0.05kW
此时大流量泵通过卸荷阀3卸荷，小流量泵在高压下供油，所以两个泵的总 输入功率为：
ppi qpi Pi
P P2P2 q
P
0.3 106 ()2 聖 10 3 3.107 1 06 10 3 0.422kW
38
518
63 60 60 0.8 103
由此得液压系统的发热量为：
H i Pi P0 (0.422 0.05)kW 0.372kW
求出油液温升近似值为:
0.372 103
3
372 29.47
1602
12.61 C
温升没有超出允许范围，液压系统不需设置冷却器
第五章
液压缸主要尺寸
液压缸工作压力
液压缸的设计
根据设备的类型有初选工作压力 P=3MPa 液压缸内径D和活塞杆d
由前面的计算可得出 D=90mm,d=63mm 液压缸壁厚的确定和外径
（1）液压缸的壁厚
液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。 力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。 和厚壁圆筒。
从材料力学可知，承受内压 一般计算时可分为薄壁圆筒
液压缸的内径D与其壁厚 的比值D/ 10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：
PyD 2
式中 ——液压缸壁厚（m）；
D ----------- 液压缸内径（m）；
Py 试验压力，一般取最大工作压力的 ~倍（MPa；
缸筒材料的许用应力。其值为锻钢：
=110〜120MPa铸钢:
=60MPa灰铸铁:
=100〜110MPa无缝钢管： =25MPa
现取
=100〜120Mpa;强度铸铁：
p 1.5 p 1.5
得：
3MPa 4.5MPa ；
y n
=100MPa
4.5 MPa 90mm 2.025mm
2 100 MPa
查无缝钢管标准系列取
5mm ;
（2）缸体的外径为
D
现取 D=100mm 液压缸工作行程
1 D 2
90 5 2 100mm
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 《液压设计手册》中的系列尺寸，选取标准液压缸工作行程为 液压缸油口直径
液压缸油口的直径可由公式计算：
110mm
d0
0.13D —
V。
式中:
d0 ――液压缸油口直径（m ）; v ------ 液压缸最大输出速度（m/min） V0 -------- 油口液流速度（m/s）
得: d0
0.13D V
0.13
90 ；23.4mm
V。
查《机械设计手册》表，取
d
0
M 27 2。
缸盖厚度
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
t 0.433 D . Py
有孔时
t 0.433D
PyD D d。
式中
缸盖有效厚度（m）；
D? ---- 缸盖止口内径（m）；
d0 ——缸盖孔的直径（m）。
所以，液压缸:
无孔时
t 0.433D# Py
二
M00
0.433 90. 4.5 8.27mm
t 10mm ；
P2
有孔时t
0.433D
D— 0.433 90划
4.5 90 D d0
- 100 （ 90 27）
9.88m m
取t' 15mm。 最小导向长度
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 称为最小导向长度。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:
H
L D 20 2
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 0.6~1.0 D ；
缸盖滑动支承面的长度h，根据液压缸内径D而定: 当 D<80mr时，取 I, 当 D>80mr时，取 I,
0.6~1.0 D ； 0.6 ~ 1.0 d。
为保证最小导向长度H,若过分增大I,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
1
C H - I, B
2
缸体外形长度还
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。 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 所以，液压缸：
最小导向长度： H 丄 D 110 取 H=55mm 活塞宽度：B 0.8D 缸盖滑动支承面长度：
90
20~30倍。
20 2 20 2
50.5mm
0.8 90 72mm
I, 0.8d 0.8 63 50.4mm
取 I, 50mm
隔套长度：C H - I, B 55 - 50 72 -6mm，所以不需要隔套。
2 2
缸体内部长度： L B l 72 110 182mm
液压缸的结构设计
为满足本题目中液压系统：快速下降一压制一快速退回一原位停止的使用要 求，选用双作用单杆活塞缸。 液压缸的组成
液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、 活塞和活塞杆、 密封装置、缓冲装 置，以及排气装置五个部分。
液压缸组件的连接 缸筒与缸盖的连接形式，因法兰连接结构简单，容易加工，也易拆卸，故采 用法兰连接， 缸筒与缸底的连接形式也用法兰连接。 活塞杆与活塞的连接方式选 用螺纹连接，其结构简单，安装方便可靠。
活塞及活塞杆处密封 活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的压力、 温度、运动速度的范围不同而选择O型的密封圈。 液压缸的缓冲装置
液压缸带动工作部件运动时， 因运动件的质量大， 运动速度较高， 则在达到 行程终点时， 会产生液压冲击， 甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。 为防止此 现象的发生， 在行程末端设置缓冲装置。 常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装 置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。这里选用三角槽式节流缓冲装置。
液压缸排气装置 对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要设置排气装置。
密封装置 选0形密封圈，因为其具有良好的密封性能，且结构紧凑，运动件的摩擦阻 力小，装卸方便，容易制造，价格便宜等优点。
液压缸主要零件的材料和技术要求
（1）缸体 材料 ---45 钢 粗糙度--- 液压缸内圆柱表面粗糙度为 Ra 0.2 0.4 m
技术要求：a内径用H8-H9的配合
b
（ 2）缸盖
缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度
材料--- 灰铸铁： HT200
粗糙度--- 导向表面粗糙度为 Ra 0.8 1.6 m 技术要求：同轴度不大于 m （3）活塞
材料--- 灰铸铁： HT300
粗糙度 --- 活塞外圆柱粗糙度 Ra 0.8 1.6 m
技术要求： 活塞外径用橡胶密封即可取 f7~f9 的配合，内孔与活塞杆的配合 可取H& （4）活塞杆
材料 --- 实心： 45钢，调质处理 粗糙度--- 杆外圆柱粗糙度为 Ra 0.4 0.8 m 技术要求：a调质20-25HRC
b 活塞杆与活塞的连接可用 H 9/ f 9
第六章 总结
转眼间为期三周的课程设计已经接近尾声了， 算起来这次液压课设已经是我 大学里第五次做的课程设计了， 也是除了毕业设计外的最后一次了。 所以，我十 分珍惜这次机会， 每次课设我都学到了很多， 也学会了很多， 而且是一次的收获 比一次的大。
这次的课设与以往的四次有所不同， 因为这次是小组模式， 一个老师只带几 个学生，而不是以往的一个老师带一个班的学生。所以，这次的课设更具意义， 更能学到东西。
刚开始的第一周，我们组九个人，都是在摸索中前进，看例子，找资料，慢 慢开始着手计算一些简单的尺寸。 我和以前一样， 采用的是先整体搞清楚整个框 架，在一个点一个点的攻克的方式。所以，在整个进度上一直是落后与大家的， 以至于快的同学会比我领先好几天的工作量， 看的同学一个个都开始画图了， 我 还在纠结计算，我也开始急躁起来了。所以，导致后来反工了好几次，光原理图 就重改了 4次，这让我再一次体会到心急吃不了热豆腐这句话的含义。不过，这 样还是有一定好处的，正因为错了，才记得更牢固，才有了不一样的收获，我乐 此不疲，所以，我后来收获到了 4种可行的方案，而不仅仅是照本宣科，真正是 举一反三了。
到第二周大家都已渐入佳境， 我也是到了效率最高的时候， 经过前期的充分 吸收前人的经验，所以，在任务进度上明显加快了很多，这个礼拜的一天，可以 当上个礼拜的两天了。 在这个礼拜， 我才真正体会到老师要我们每天按时到实验 室去做课设的意图， 因为有压力才有动力， 有时就是应该有这么一个人来监督自 己，才会更加努力。所以，课设期间我说的最多的一句话就是慢工出细活，严师 出高徒。在这里我真心感谢老师给了我们这么一个鞭策。
第三周，也是最后一周了。 在这个礼拜， 我们的进度是到了画图写说明书的 时候，虽然我慢了半拍。 在这个礼拜印象最深的就是一个字： 冷。太冷了。所以， 我们经常为了一个暖手袋而“打闹”。而就在这打闹中，我们变成了兄弟一般， 这就是我们在课设中得到的另一笔宝贵的财富——友谊。 这是我这次最大的收获 了，所以，这次课设是我五次课设中收获最多的一次，也是印象最深的一次。因 为这是最后一次， 也是周期最长的一次， 还是最冷的一次， 更是收获最丰富的一 次。
为期三周的课设结束了，在这不长的十几天里，我们小组九人（最后就剩 6 人）在一种轻松而愉快的氛围中完成了大学最后一次课设，虽然天气很不给力。
总结，我不知道这样写合不合适， 我也没查过怎么去写总结， 我就是把这三 周的所处所想所感写出来了， 表达内心的感受而已。 如果不好， 还请老师您随看 随丢。
最后，衷心的感谢刘老师， 胡老师能给我们这么愉悦的一次课设， 我们真的 学到了很多，谢谢您！
参考文献
[1] [2] [3] [4] [5] [6]
王积伟，章宏甲，黄谊 . 液压传动 . 第二版 . 北京：机械工业出版社， 《机械设计手册》编委会 .机械设计手册 .第四版 .北京：机械工业出版社， 成大先 . 机械设计手册 [ 单行本液压传动 ]. 北京：化学工业出版社， 2004 姜继海 . 液压与气压传动 . 北京：高等教育出版社， 2009 刘莹 . 机械设计课程设计 . 大连：大连理工大学出版社， 2008 徐祖茂 . 机械制图 . 北京：高等教育出版社， 2010
2007
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