湖南工学院
液压与汽压传动课程设计说明书
YA32-3150型四柱万能液压机液压系统设计
一、设计课题
1．设计内容
设计一台YA32-3150KN型四柱万能液压机，设该四柱万能液压机下行部件G=1.5吨，下行行程1.2m – 1.5m。
2. 设计要求：
（1）确定液压缸的主要结构尺寸D，d
(2 ) 绘制正式液压系统图（1号图纸），动作表、明细表
(3 ) 确定系统的主要参数
(4 ) 进行必要的性能验算（压力损失、热平衡）
二、主要参数确定
液压系统最高工作压力P=32MPa，在本系统中选用P=25MPa；
主液压缸公称吨位3150KN；
主液压缸用于冲压的压制力与回程力之比为8%，塑料制品的压制力与回程力之比为2%，取800KN；
顶出缸公称顶出力取主缸公称吨位的五分之一，取650KN；
顶出缸回程力为主液压缸公称吨位的十五分之一，210KN
行程速度
主液压缸 快速空行程 V=50mm/s
工作行程 V=10mm/s
回程 V=50mm/s
顶出液压缸 顶出行程 V=50mm/s
回程 V=80mm/s
三、确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸
1. 主液压缸
A. 主液压缸内径D：
根据GB/T2346-1993，取标准值 D主=400mm
B. 主液压缸活塞杆径d:
根据GB/T2346-1993，取标准值d主=250mm
C. 主液压缸有效面积：（其中A1为无杆腔面积，A2为有杆腔面积）
D. 主液压缸实际压制力和回程力:
E. 主液压缸的工作力:
（1）主液压缸的平衡压力
（2）主液压缸工进工作压力
（3）液压缸回程压力
2. 顶出液压缸
A. 顶出液压缸内径:
根据GB/T2346-1993，取标准值D顶=200mm
B. 顶出液压缸活塞杆径
根据GB/T2346-1993，取标准d顶=160mm
C. 顶出液压缸有效面积（其中A3为无杆腔面积，A4为有杆腔面积）
D. 顶出液压缸的实际顶出力和回程力
E. 顶出压缸的工作力
四、液压缸运动中的供油量计算
1．主液压缸的进出油量
A. 主液压缸空程快速下行的进出油量：
B. 主液压缸工作行程的进出油量：
C. 主液压缸回程进出油量：
2. 顶出液压缸退回行程的进出油量
A. 顶出液压缸顶出行程的进出油量：
B. 顶出液压缸退回行程的进出油量：
五、确定快速空程供油方式，液压泵规格，驱动电机功率
1．液压系统快速空程供油方式：
由于供油量大，不宜采用由液压泵供油方式，利用主液压缸活塞等自重快速下行，形成负压空腔，通过吸入阀从油箱吸油，同时使液压系统规格降低档次。
2．选定液压泵的流量及规格：
设计的液压系统最高工作压力P=25MPa，主液压缸工作行程，主液压缸的无杆腔进油量为：
主液压缸的有杆腔进油量为:
顶出液压缸顶出行程的无杆腔进油量为：
设选主液压缸工作行程和顶出液压缸顶出行程工作压力最高（P=25MPa）工件顶出后不需要高压。主液压缸工作行程（即压制）流量为75.36L/min，主液压缸工作回程流量为229.6L/min，选用5ZKB732型斜轴式轴向柱塞变量泵，该泵主要技术性能参数如下：排量 234.3ml/r， 额定压力 16MPa， 最大压力 25MPa， 转速 970r/min， 容积效率 96%。该液压泵基本能满足本液压系统的要求。
3．液压泵的驱动功率及电动机的选择：
主液压缸的压制力与顶出液压缸的顶出工作压力均为P=25MPa，主液压缸回程工作压力为10.45MPa，顶出液压缸退回行程工作压力为18.58MPa，液压系统允许短期过载，回此快速进退选10.45MPa，q=200L/min，工进选P=25MPa，q=75.36L/min，液压泵的容积效率ηv=0.96，机械效率ηm=0.95，两种工况电机驱动功率为：
由以上数据，查机械设计手册，选取Y280S-6三相异步电动机驱动液压泵，该电动机主要性能参数如下：额定功率 45KW， 满载转速 980r/min。
六、选取液压系统图
1．液压系统图:
2. 电磁铁动作表：
3．油箱容积：
上油箱容积：
根据GB2876-81标准，取其标准值630L。
下油箱容积：
根据GB2876-81标准，取其标准值1600L。
七、液压系统工作油路分析
A．启动：电磁铁全断电，主泵卸荷。
主泵（恒功率输出）--à 电液换向阀7的M型中位--à 电液换向阀17的K型中位--à 油箱
B．液压缸15活塞快速下行：
1YA，5YA通电，电液换向阀7右位工作，控制油路经电磁换向阀12打开液控单向阀13，接通液压缸15下腔与液控单向阀13的通道。
进油路：主泵（恒功率输出）--à 电液换向阀7--à单向阀8--à 液压缸15上腔
回油路：液压缸15下腔--à 单向阀13--à 电液换向阀7--à 电液换向阀17的K型中位--à油箱
液压缸活塞依靠重力快速下行形成负压空腔：大气压油--à 吸入阀11--à 液压缸15上腔
C．液压缸15活塞接触工件，慢速下行（增压行程）：
液压缸活塞碰行程开关2XK使5YA断电，切断液压缸15下腔经液控单向阀13快速回油通路，上腔压力升高，同时切断（大气压油--à 吸入阀11--à 上液压缸15上腔）吸油路。
进油路：主泵（恒功率输出）--à 电液换向阀7--à 单向阀8--à 液压缸15上腔
回油路：液压缸15下腔--à 顺序阀14--à 电液换向阀7--à 电液换向阀17的K型中位--à 油箱
D. 保压：
液压缸15上腔压力升高达到预调压力，电接触压力表9发出信息，1YA断电，液压缸15进口油路切断，（单向阀8和吸入阀11的高密封性能确保液压缸15活塞对工件保压，利用液压缸15上腔压力很高，打开外控顺序阀10的目的是防止控制油路使吸入阀11误动而造成液压缸15上腔卸荷）当液压缸15上腔压力降低到低于电接触压力表9调定压力，电接触压力表9又会使1YA通电，动力系统又会再次向液压缸15上腔供应压力油……。
主泵（恒功率输出）--à 电液换向阀7的M型中位--à 电液换向阀17的K型中位--à 油箱，主泵卸荷。
E．保压结束，液压缸15上腔卸荷后：
保压时间到位，时间继电器电出信息，2YA通电（1YA断电），液压缸15上腔压力很高，打开外控顺序阀10，大部分油液经外控顺序阀10流回油箱，压力不足以立即打开吸入阀11通油箱的通道，只能先打开吸入11的卸荷阀，实现液压缸15上腔先卸荷，后通油箱的顺序动作，此时：
主泵1大部分油液--à 电液换向阀7--à 外控顺序阀10--à 油箱
F．液压缸15活塞快速上行：
液压缸15上腔卸压达到吸入阀11开启的压力值时，外控顺序阀10关闭。
进油路：主泵1--à 电液换向阀7--à 液控单向阀13--à 液压缸15下腔
回油路：液压缸15上腔--à 吸入阀11--à 油箱
G．顶出工件
液压缸15活塞快速上行到位，碰行程开关1XK，2YA断电，电液换向阀7复位，3YA通电，电液换向阀17右位工作。
进油路：主泵1--à 电液换向阀7的M型中位--à 电液换向阀17--à 液压缸16下腔
回油路：液压缸16上腔--à 电液换向阀17--à 油箱
H. 顶出活塞退回：4YA通电，3YA断电，电液换向阀17左位工作
进油路：主泵1--à 电液换向阀7的M型中位--à 电液换向阀17--à 液压缸16有杆腔
回油路：液压缸16无杆腔--à 电液换向阀17--à 油箱
I. 压边浮动拉伸：
薄板拉伸时，要求顶出液压缸16无杆腔保持一定的压力，以便液压缸16活塞能随液压缸15活塞驱动一同下行对薄板进行拉伸，3YA通电，电液换向阀17右位工作，6YA通电，电磁阀19工作，溢流阀21调节液压缸16无杆腔油垫工作压力。
进油路：主泵1--à 电液换向阀7的M型中位--à 电液换向阀17--à 液压缸16无杆腔
吸油路: 大气压油--à 电液换向阀17--à 填补液压缸16有杆腔的负压空腔
八、计算和选取液压元件
根据上面计算数据，查液压设计手册选取液压元件如下：
九、液压系统稳定性论证
（一）主液压缸压力损失的验算
1、快速空行程时的压力损失
快速空行程时，由于液压缸进油从吸入阀11吸油，油路很短，因此不考虑进油路上的压力损失，在回油路上，已知油管长度l=2m，油管直径d=32×10-3m，通过的流量q=3.83×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15℃，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。
(1) 确定油流的流动状态，回油路中液流的雷诺数为
由上可知，回油路中的流动是层流。
（2）沿程压力损失ΕΔpλ
在回油路上，流速
则压力损失为 
（3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:
若取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则回油路总的压力损失为
2. 慢速加压行程的压力损失
在慢速加压行程中，已知油管长度l=2m，油管直径d=32×10-3m，通过的流量进油路q1=1.26×10-3m3/s，回油路q2=0.77×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15℃，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。
（1）确定油流的流动状态
进油路中液流的雷诺数为 
回油路中液流的雷诺数为 
由上可知，进回油路中的流动是层流。
（2）沿程压力损失ΕΔpλ
在进油路上，流速
则压力损失为 
在回油路上，流速
则压力损失为 
（3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:
若取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则进油路总的压力损失为
回油路总的压力损失为 
3. 快速退回行程的压力损失
在快速退回行程中，主液压缸从顺序阀10卸荷，油路很短，压力损失忽略不计，已知油管长度l=2m，油管直径d=32×10-3m，通过的流量进油路q1=3.83×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15℃，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。
（1）确定油流的流动状态
进油路中液流的雷诺数为 
由上可知，进油路中的流动是层流。
（2）沿程压力损失ΕΔpλ
在进油路上，流速
则压力损失为 
（3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:
若取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则进油路总的压力损失为
（二）顶出液压缸压力损失验算
1. 顶出行程的压力损失
在顶出液压缸顶出行程中，已知油管长度l=2m，油管直径d=32×10-3m，通过的流量进油路q1=1.57×10-3m3/s，回油路q2=0.57×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15℃，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。
（1）确定油流的流动状态
进油路中液流的雷诺数为 
回油路中液流的雷诺数为 
由上可知，进回油路中的流动是层流。
（2）沿程压力损失ΕΔpλ
在进油路上，流速
则压力损失为 
在回油路上，流速
则压力损失为 
（3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:
若取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则进油路总的压力损失为
回油路总的压力损失为 
2. 顶出液压缸退回行程的压力损失
在慢速加压行程中，已知油管长度l=2m，油管直径d=32×10-3m，通过的流量进油路q1=0.9×10-3m3/s，回油路q2=2.51×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度15℃，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s，油的密度ρ=900kg/m3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。
（1）确定油流的流动状态
进油路中液流的雷诺数为 
回油路中液流的雷诺数为 
由上可知，进回油路中的流动是层流。
（2）沿程压力损失ΕΔpλ
在进油路上，流速
则压力损失为 
在回油路上，流速
则压力损失为 
（3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失列于下表中:
若取集成块进油路压力损失为30000Pa，回油路压力损失为50000Pa，则进油路总的压力损失为
回油路总的压力损失为 
从以上验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都能满足要求，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。
（三）液压系统发热和温升验算
在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，帮按工进工况验算系统温升。
系统总的发热功率Φ为
Φ=38.65-34.5=4.15KW=4150W
已知油箱容积V=1600L=1.6m3，则油箱的近似散热面积A为
假定通风条件良好，取油箱散热系数Cr=15×10-3KW/(m2·℃)，则可得油液温升为
℃
设环境温度T=25℃，则热平均温度为56.14℃，油箱散热基本可达到要求。
十、设计小结
这次液压系统课程设计，是我们第一次较全面的液压知识的综合运用，通过这次练习，使得我们对液压基础知识有了一个较为系统全面的认识，加深了对所学知识的理解和运用，将原来看来比较抽象的内容实现了具体化，初步掊养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用相关课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展了有关液压系统设计方面的知识。
通过制订设计方案，合理选择各液压零件类型，正确计算零件的工作能力，以及针对课程设计中出现的问题查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在本学科方面的兴趣及实际动手能力，对将来我们在此方面的发展起了一个重要的作用。本次课程设计是我们对所学知识运用的一次尝试，是我们在液压知识学习方面的一次有意义的实践。
在本次课程设计中，我独立完成了自己的设计任务，通过这次设计，弄懂了一些以前书本中难以理解的内容，加深了对以前所学知识的巩固。在设计中，通过老师的指导，使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面都得到了一次良好的训练。
十一、参考文献
[1] 许福玲，陈尧明主编. 液压与气压传动. 北京：机械工业出版社. 2004.7
[2] 贾明新主编. 液压传动与控制解难和练习. 北京：国防工业出版社. 2003
[3] 液压设计手册（电子版R1.0）. 北京：机械工业出版社