第一章液压系统设计1.1液压系统分析1.1.1 液压缸动作过程3150KN热压成型机液压系统属于中高压液压系统，涉及快慢速切换、多级调压、保压补压等多个典型的液压回路。

工作过程为电机启动滑块快速下行滑块慢速下行保压预卸滑块慢速回程滑块快速回程推拉缸推出推拉缸拉回循环结束。

按液压机床类型初选液压缸的工作压力为28Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。

1.1.2液压系统设计参数（1）合模力；（2）最大液压压28Mp；（3）主缸行程700㎜；（4）主缸速度υ快＝38㎜/s、υ慢=4.85㎜/s。

1.1.2分析负载（一）外负载压制过程中产生的最大压力，即合模力。

（二）惯性负载设活塞杆的总质量m＝100Kg，取△t＝0.25s(三)阻力负载活塞杆竖直方向的自重活塞杆质量m≈1000Kg，同时设活塞杆所受的径向力等于重力。

静摩擦阻力动摩擦阻力由此得出液压缸在各个工作阶段的负载如表****所示。

表*** 液压缸在各个工作阶段的负载F工况负载组成负载值F工况负载组成负载值F 启动981保压3150×103加速537补压3150×103快速491快退+G10301按上表绘制负载图如图***所示。

F/N v/mm·s-1537 491981 384.850 l/mm 0 l/mm-491 -981 -38由已知速度υ快＝38㎜/s、υ慢=4.85㎜/s和液压缸行程s=700mm，绘制简略速度图，如图***所示。

1.2确定执行元件主要参数1.2.1 液压缸的计算（一）液压缸承受的合模力为3150KN，最大压力p1=28Mp。

鉴于整个工作过程要完成快进、快退以及慢进、慢退，因此液压缸选用单活塞杆式的。

在液压缸活塞往复运动速度有要求的情况下，活塞杆直径d根据液压缸工作压力选取。

由合模力和负载计算液压缸的面积。

将这些直径按GB/T 2348—2001以及液压缸标准圆整成就近标准值，得:由此得液压缸两腔的实际有效面积（二）确定液压缸壁厚根据公式计算液压缸壁厚。

式中：δ=管壁厚 mmP=最大压力 kg/cm2D=液压缸内径 mm许用应力，[]=,n为安全系数，此处取n=5。

=抗拉强度最低值设定油缸用料45#，抗拉强度600Mp，最大压力28MP，管内径400mm，则最小壁厚，此处取壁厚δ=60㎜。

(三)液压缸及活塞杆长度的确定（1）液压缸工作行程长度 =700mm。

（2)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：式中：L——活塞杆的最大行程；D——液压缸的内径。

l，根据液压缸内径D而定；活塞的宽度B一般取B=(0.610)D；缸盖滑动支承面的长度1当D<80mm时，取；当D>80mm时，取。

l和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间为保证最小导向长度H，若过分增大1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，即滑台液压缸：最小导向长度：取 H=240mm活塞宽度：B=0.6D=240mm缸盖滑动支承面长度：㎜隔套长度：。

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2030倍。

液压缸：缸体内部长度，即活塞杆长度（四）活塞杆稳定性校核活塞杆受轴向负载，其值F超过某一临界值，就会失去稳定。

活塞杆稳定性按下式进行校核。

式中：——安全系数，一般取2 4，此处取。

活塞杆长细比940/280=3.36当活塞杆的长细比时，且时式中：——安装长度，其值与安装方式有关；——活塞杆横截面最小回转半径，；——柔性系数；——由液压缸支撑方式决定的末端系数；E——活塞杆材料的弹性模量，对钢，可取——活塞杆横截面惯性矩；——活塞杆横截面积；——由材料强度决定的实验值；——系数。

以上各值参考章宏甲主编《液压与气压传动》第二版130页液压缸强度校核中表3-4、表3-5所取。

2.2 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，如下图所示：缸体与缸盖外半环连接方式优点：(1)结构较简单；（2）加工装配方便。

缺点：（1）外型尺寸大；（2）缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚2)活塞杆与活塞的连接结构。

参阅<<液压系统设计简明手册>>P15表2-8，采用组合式结构中的螺纹连接。

如下图2所示：图2 活塞杆与活塞螺纹连接方式特点：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。

应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。

2)活塞杆导向部分的结构(1)活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。

导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。

后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。

导向套的位置可安装在密封圈的内侧，也可以装在外侧。

机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。

参阅<<液压系统设计简明手册>>P16表2-9，在本次设计中，采用导向套导向的结构形式，其特点为：导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料。

盖与杆的密封常采用Y形、V形密封装置。

密封可靠适用于中高压液压缸。

防尘方式常用J形或三角形防尘装置活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。

参阅<<液压系统设计简明手册>>P17表2-10，在本次设计中采用O形密封圈。

活塞杆的计算及校核1.强度校核由以上计算有：活塞杆直径d=0.3m。

按公式进行校核。

式中：F——活塞杆上的作用力。

--活塞杆材料的许用应力，。

经过计算得=96.7mm，显然d=300mm﹥96.7mm。

2. 稳定性校核活塞杆受轴向压缩时，其值F 就会超过某一临界值F k ,就会失去稳定性。

活塞杆的稳定性按下式进行校核。

式中：——安全系数，一般取24。

此处取4。

1.强度校核由以上计算有：活塞杆直径d=0.3m 。

按公式进行校核。

式中：F ——活塞杆上的作用力。

--活塞杆材料的许用应力，经过计算得=96.7mm ，显然d=300mm ﹥96.7mm 。

2. 稳定性校核活塞杆受轴向压缩时，其值F 就会超过某一临界值F k ,就会失去稳定性。

活塞杆的稳定性按下式进行校核。

式中：——安全系数，一般取24。

此处取4。

1.3确定液压系统方案 1.3.1设计液压系统方案由于该热压成型机是固定式机械，且不存在外负载对系统做功的工况，由表***知，此热压机液压系统功率大，运动速度小，工作负载变化也小。

表***液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载 F/N回油腔压力 /Mp进油腔压力 /Mp 输入流量 输入功率 P/kW计算式启动 981 0 0.508 ——/加速 537 0.70.811恒速4910.8104.776 3.869慢速下0.7200.61212.2/保压0.726.4600 0/返回103010.7 1.796 2.09 6.002/注：液压缸的机械效率取，从表中可以看出，在此液压系统的工作循环内，液压缸要求油源交替的提供低压大流量和高压小流量的油液。

液压缸完成工作所需的时间范围为：设活塞杆快速行进的长度为620mm，慢速行进的路程为80mm，则有：液压缸一个循环的工时间较长，可选用双联泵的方式进行供油。

1.3.2确定系统方案，拟定液压系统图（一）设计液压系统方案由于该液压机是固定式机械，存在负载制动过程，由表***知，此液压机属于中等功率、中高压系统，工作负载变化大，根据液压机设计规范，液压系统宜采用容积调速的开环为宜。

为解决系统卸荷后的活塞杆下滑，在回油路上设置单向阀和背压阀。

（二）选择基本回路1.选择快速回路和换向回路系统中采用容积调速回路，必须具有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。

在本系统中，快进、快退换向回路采用图***所示的形式。

2.选择速度换接回路由工况图***********（图*****）中的q l曲线可知，当活塞杆从快进转为慢进时，输入液压缸的流量由286.56L/min降至为36.6L/min，活塞杆的速度变化较大，可选用行程阀来控制速度的换接，以减小液压冲击。

当活塞杆由慢退改为快退时，回路中通过的流量很大——进油路中通过125.4L/min，回油路中通过125.4×（0.1257/0.0550）L/min=286.6L/min。

为了保证液压系统平稳起见，采用换向时间可调的电磁换向阀换接回路。

3.选择调压和卸荷回路油源中有溢流阀调定系统工作压力，因此调压问题已在油源中解决，无须另外再设调压回路。

而且系统采用容积调速，故溢流阀常开，即使活塞杆被卡住，系统压力也不会超过溢流阀的调定值，所以溢流阀又起安全阀的作用。

在此液压系统中使用了M型三位四通阀，当活塞杆停止时，液压泵可经此阀卸荷。

因而不需要再设置卸荷回路。

4.保压回路系统要在某一个设定的压力下维持工作一定的时间，因此，应该设有保压回路。

在液压缸进口处安装一个单向阀，液压泵提供的流量通过单向阀进入液压缸，，当达到设定的工作压力后，压力继电器动作，使系统处于卸荷状态下，此时，液压缸内的油液由于有单向阀的作用，因此不能够流动，液压缸内的压力保持恒定。

因此单向阀基能保压同时又能保证在液压泵出现故障时，液压缸中的油液不会被倒吸。

5.补压回路保压过程维持一定的时间后，由于系统有泄漏，液压缸内的压力有所损失，以至于影响工件的加工，为了能够保证系统绝对的达到所需要的压力，需要对系统进行补压。

补压无需另设回路，即按照加压时的回路进行。

（三）将液压回路综合成液压系统1. 将已确定的各种液压回路组合在一起，就可得到一张图*****所示的液压系统原理图。

如图****所示。

在此基础上，对液压系统图进行完善。

（1）为了解决活塞杆在自重的作用下快速下滑时进油腔形成无油区，在液压缸上腔设置上位补偿油箱，当油液出现真空区时自动补上。