取料机液压系统的改进设计

苏州经贸职业技术学院 毕业设计毕业设计 题题目：目： 取料机液压系统的改进取料机液压系统的改进 系系 部：机部：机 电电 系系 班班 级级： ：1111 机机电电 3131 专专 业业：机：机电电一体化一体化 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指指导导老老师师： ： 20132013 年年 5 5 月月 目 录 引 言 第一章 绪论 1.1 液压技术现状 1.2 本课题主要研究内容 1.3 设计步骤 第二章 任务分析 2.1 技术要求 2.2 任务分析 第三章 负载与运动分析 3.1 工况分析 3.2 负载图和速度图的绘制 第四章 液压缸主要参数的确定 4.1 取料机工况图的编制 第五章 液压系统图的拟定 5.1 制定基本方案 5.2 取料机工作原理 第六章 液压元件的选择 6.1 液压泵的选择 6.2 阀类元件及辅助元件. 6.3 油管元件 6.4 油箱的容积计算 6.5 油箱的长宽高确 6.6 油箱地面倾斜度 6.7 吸油管和过滤器之间管接头的选择 6.8 过滤器的选取 6.9 堵塞的选取 6.10 液位/温度计的选取. 致 谢 参考文献 . 摘摘 要要 取料机属于工程机械中的一种，主要用于金属加工行业。产品广泛适用于：轻工、 航空、船舶、电器、不锈钢制品、钢结构建筑及装潢行业。 本次设计为上下运动式液压取料机，通过本次液压系统的设计对液压传动有了更清 楚的认识，对液压系统的组成，液压系统的各部分零件得设计有了更深刻的理解。文中 用精确的数据，详细的作图，展现了液压取料机的设计过程，以及工作原理，设计过程 根据不同工作需要，对缸筒，活塞杆进行了设计，最终达到一个较为合理的设计目的。 关键词关键词：液压取料机 液压缸 液压回路 引引 言言 毕业设计是我们在完成大学全部课程及机械设计制造 、 液压传动等多门课程 设计并进行生产实习之后进行的，它是对我们大学三年学习的一次深入的综合性考察， 也是我们步入社会所要从事工作的提前预测，同时还是我们将在校期间所学到的理论基 础知识运用到实践中去解决问题的一次很好的锻炼。我们应该学会各种思考问题、解决 问题的方法，来提高我们认识、分析和解决问题的能力，从而为我们今后的学习、工作 奠定坚实的理论基础和实践基础。毕业设计是我们走向工作岗位之前的一次大练兵，也 是提高个人能力的一次良好的机会，同时还是对我们每一个人实际水平的综合评估，因 此在设计中我们坚持了实事求是、理论联系实际的指导思想，以严肃认真的科学态度完 成各项设计内容，这对我们今后的工作、生活都将有重要、深远的意义。 本次毕业设计的目的主要有以下几点： 1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识结合生产实际，进行液压 传动设计实践，使理论知识和生产实践紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩 固、加深提高和扩展。 2、掌握回路的组合方法，培养设计技能，提高分析和嫁接生产实际问题的能力，为 今后的设计工作打下良好的基础。 3、通过设计，应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、 标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练 对本人来讲在设计中提高了重视程度，并投入了全部精力和热情，以严谨求实的科 学态度认真完成了全部的设计内容。在设计过程中，承蒙指导老师和其他同学提供资料 和指导，谨表谢意。限于本人水平，经验不足，设计中难免有错误和不妥之处，敬请各 位老师指正。 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 液压技术现液压技术现状状 当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声，经久耐用，高度集 成化等各项要求方面都取得了重大的发展，在完善比例控制，伺服控制，数字控制等技 术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和 优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的优势。 今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断地提高和改 进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求，体现在如下一些比较重要的特征上： （1）提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间内传 递尽可能大的功率，液压元件的结构不断地在向小型化方向发展。 （2）高度的组成化、集成化和模块化。液压系统由管式配置经板式配置，箱式配置、 集成块式配置发展到叠加式配置、插装式配置，使连接的通道越来越短，这种组合件不 但结构紧凑、工作可靠，而且使用简便，也容易维护保养。模块化发展也是非常重要的 方面，完整的模块以及独立的功能单元，对用户而言，只需要简单地进行组装即可投入 使用，这样不仅可以大大节约用户的装配时间，同时用户也无须配备各种经专门培训的 技术人员。 （3）和微电子结合，走向智能化。汇在一起的联接体只要一收到微处理机或者微型 计算机处送来的信息，就能实现预先规定的任务。 综上所述可以看到，液压工业在国民经济中的作用实在是很大的，它常常可以用来 作为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。与世界上主要的工业国家相比，我国的液 压工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智 能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须奋起直追，才能迎头赶上。 1.21.2 本课题主要研究内容本课题主要研究内容 （1）液压取料机基本概况和研究背景介绍 （2）液压原理图分析设计 （3）液压系统结构设计 （4）绘制液压原理图、总装图及部分零件图。 1.31.3 设计步骤设计步骤 一台机器究竟采用什么样的传动方式，必须根据机器的工作要求，对机械、电力、 液压和气压等各种传动方案进行全面的方案论证，正确估计应用液压传动的必要性。当 确定采用液压传动后，其设计内容和步骤大体如下所述,这里所述的设计内容和步骤只是 一般的系统设计流程，在实际设计过程中不是一成不变的，对于较简单的液压系统，可 以简化其设计程序；对于重大工程的复杂液压系统，往往还需在初步设计的基础上进行 计算机仿真实验，或者局部地进行实物实验，反复修改，才能确定设计方案。另外，这 些步骤又是相互关联，彼此影响的，因此常需穿插交叉进行。 液压系统的设计步骤大体如下： （1）液压系统的工况分析 在开始设计液压系统时，首先要对机器的工作情况进行详细的分析，一般要考虑下 面几个问题： 确定该机器中哪些运动需要液压传动来完成 确定各运动的工作顺序和各执行元件的工作循环 确定液压系统的主要工作性能。例如：执行元件的运动速度、调速范围、最大行 程以及对运动平稳性要求等 确定各执行元件所承受的负载及其变化范围 （2）拟订液压系统原理图 拟订液压系统原理图一般要考虑以下几个问题： 采用何种形式的执行机构 确定调速方案和速度换接方法 如何完成执行机构的自动循环和顺序动作 系统的调压、卸荷及执行机构的换向和安全互锁等要求 压力测量点的合理选择 根据上述要求选择基本回路，然后将各基本回路组合成液压系统。当液压系统中有 多个执行部件时，要注意到它们相互间的联系和影响，有时要采用防干扰回路。 在液压系统原理图中，应该附有运动部件的动作循环图和电磁铁动作顺序表。 （3）液压系统的计算和选择液压元件 液压系统计算的目的是确定液压系统的主要参数，以便按照这些参数合理地选择液 压元件和设计非标准元件。具体计算步骤如下： 计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量 计算液压泵的工作压力、流量和传动功率 选择液压泵和电动机的类型和规格 选择阀类元件和辅助元件的规格 （4）对液压系统进行验算 必要时，对液压系统的压力损失和发热温升要进行演算，但是有经过生产实践考验 过的同类型设备可供类比参考，或者有可靠的试验结果，那么也可以不再进行验算。 （5）绘制正式工作图和编制技术文件 设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术文件。正式工作图一般包括如下内容： 液压系统原理图；自行设计的全套工作图（指液压缸和液压油箱等非标准液压元件） ；液 压泵、液压阀及管路的安装总图。 技术文件一般包括以下内容：基本件、标准件、通用件及外购件汇总表，液压系统 安装和调试要求，设计说明书等。 第二章第二章 任务分析任务分析 2.12.1 技术要求技术要求 设计制造一台立式取料机，该机的上下运动用液压传动，其工作循环为：快速下降、 慢速下压、快速退回。给定条件为： 力 N 6 10 滑块重量 4 105 . 1 快速空载下降 行程 180mm 速度（） 23 1 v/mm s 慢速下压 行程 20mm 速度（） 12 2 v/mm s 快速回程 行程 200mm 速度（） 53 3 v/mm s 2.22.2 任务分析任务分析 根据滑块重量为，为了防止滑块受重力下滑，可用液压方式平衡滑块重量， 4 105 . 1 滑块导轨的摩擦力可以忽略不计。设计液压缸的启动、制动时间为。取料机滑0.2tsA 块上下为直线往复运动，且行程较小（200mm）,故可选单杆液压缸作执行器,且液压缸的 机械效率。0.91 cm 第三章第三章 负载与运动分析负载与运动分析 3.13.1 工况分析工况分析 要求设计的板料取料机实现的工作循环是：快速下降工作下降快速回程 停止。主要性能参数与性能要求如下：力F=；板料取料机的滑块重量G= 6 10 ；快速空载下降速度=0.023m/s，工作下压速度 4 105 . 1 1 23/vmm s =0.012m/s，快速回程速度=53mm/s=0.053m/s，板料取料机快速空载下降行程12/mm s 3 =175mm=0.175m，板料取料机工作下压行程=20mm=0.02m，板料取料机快速回程： 1 L 2 L H=200mm=0.20m；启动制动时间，液压系统执行元件选为液压缸。液压缸采用 Vst2 . 0 型密封圈，其机械效率。由式 0.91 cm m v Fm t 式中 工作部件总质量 快进或快退速度 mv 运动的加速、减速时间t 求得惯性负载 N t v g G t v mF176 2 . 0 15000 8 . 9 103 . 2 4 m 下 再求得阻力负载 静摩擦阻力 NFsf3000105 . 12 . 0 4 动摩擦阻力 NFfd1500105 . 11 . 0 4 表表 3.13.1 液压缸在各工作阶段的负载值液压缸在各工作阶段的负载值 (单位:N) 工况负载组成负载值 F 推力/ cm F 起动 sf FF 30003297 加速 fdm FFF 16761842 快进 fd FF 15001648 工进 fd FFF 10015001100549 快退 fd FF 15001648 注:液压缸的机械效率取0.91 cm 3.23.2 负载图和速度图的绘制负载图和速度图的绘制 负载图按上面数据绘制，如下图 a)所示。速度图按己知数值, 1 23/vmm s , 2 12/vmm ssmm/53v3mm180 1 L ,快速回程mm20 2 L 3 205Lmm 图 3.1 板料取料机液压缸的负载图和速度图 第四章第四章 液压缸主要参数的确定液压缸主要参数的确定 4.14.1 取料机工况图的编制取料机工况图的编制 由表 4-1 和表 4-2 可知，板料取料机液压系统在最大负载约为 110KN 时工作压力 。将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到缸下行时，滑块自重采用液压方MPap20 1 式平衡，则可计算出液压缸无杆腔的有效面积，取液压缸的机械效率cm=0.91。 2 6 1 max 1 060 . 0 102091. 0 1100549 m p F A cm 液压缸内径： mm277m277 . 0 060 . 0 44 1 A D 参考1，按 GB/T2348-1993，取标准值 D=280mm=28cm 根据快速下降与快速上升进的速度比确定活塞杆直径 d: 30 . 2 23 52 d 22 2 dD D V V 快下 快上 ：cm46.18mm 6 . 184d 取标准值 d=180mm=18cm 则：无杆腔实际有效面积 222 1 44.61528 44 cmDA 有杆腔实际有效面积 22222 2 1 .3611828 4 )d( 4 cmDA）（ 液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算见表 4.1。 表 4.1 各阶段的压力和流量 输入流量工作阶段计算公式负载 F/N工作腔压力 p/Pa /minL 启 动 1761786 82.8 快 速 下 降 等 速 ; 1 1 m cm F P A 111 qv A 00_ 工作下压 ; 2 1cm F P A 221 qv A 1100549 6 1016.20 43.20 启 动 3297 0.1 6 10 _ 等 速 1842 0056 6 10 1015 快 速 回 程 制 动 ; 3 2cm F P A 332 qv A 16480.0501 6 10 _ 液压缸在工作循环中各阶段的功率计算见表 4.2 表 4.2 工作循环中各阶段的功率 启动 W465 . 2 )60/10 8 . 821786qpp 3 111 （ 快速 下降 恒速 1 0P 工作 下压 kww52.14 2 . 1451560/10 2 . 431016.20qpp 36 222 ）（ 启动 kww191 . 0 19160/10 8 . 114101 . 0qpp 36 333 ）（ 恒速 kwwqp107. 0107)60/10 8 . 114(10056. 0p 36 444 快速 回程 制动 kwwqp096 . 0 96)60/10 8 . 114(100501. 0p 36 555 根据以上分析与计算数据处理可绘出液压缸的工况图 4.1： 图 4.1 液压缸的工况图 第五章第五章 液压系统图的拟定液压系统图的拟定 5.15.1 制定基本方案制定基本方案 （1）考虑到液压机工作时所需功率较大，固采用容积调速方式；为满足速度的变化， 采用压力补偿变量液压泵供油，即在快速下降的时候，液压泵以全流量供油。当转化成 慢速加压压制时，泵的流量减小，最后流量为 0； （2）当液压缸反向回程时，泵的流量恢复为全流量供油。液压缸的运动方向采用三 位四通 M 型电磁换向阀控制。停机时三位四通换向阀处于中位，使液压泵卸荷； （3）为了防止压力头在下降过程中因自重而出现速度失控的现象，在液压缸有杆腔 回路上设置一个内控单向顺序阀； （4）为了使液压缸下降过程中压力头由于自重使下降速度越来越快，在三位四通换 向阀处于右位时，回油路口应设置一个溢流阀作背压阀用于系统的安全保护； （5）为了保护系统，在泵的出口设置一个溢流阀，做安全法使用。 （6）为使液压缸在压制时不至于压力过大，设置一个压力继电器，利用压力继电器 控制最大压力，当压力达到调定压力时，压力继电器发出电信号，控制电磁阀实现保压； 综上的取料机液压系统原理如下图： 图 5.1 取料机液压系统原理 1-变量泵 2-溢流阀 3-压力表及其开关 4-单向阀 5-三位四通电液换向阀 6-单向顺序阀 7-液压缸 8-过滤器 9-行程阀 10-调速阀 11-单向阀 12-压力继电器 5.25.2 取料机工作原理取料机工作原理 因为板料取料机的工作循环为快速下降、慢速加压、快速回程三个阶段。各个阶段 的转换由一个三位四通的电液换向阀控制。当电液换向阀工作在左位时实现快速回程。 中位时实现液压泵的卸荷，工作在右位时实现液压泵的快速和工进。其工进速度由一个 调速阀来控制。快进和工进之间的转换由行程开关控制。取料机快速下降时，要求其速 度较快，减少空行程时间，液压泵采用全压式供油。其活塞运动行程由一个行程阀来控 制。当活塞以恒定的速度移动到一定位置时，行程阀接受到信号，并产生动作，实现由 快进到工进的转换。当活塞移动到终止阶段时，压力继电器接受到信号，使电液换向阀 换向。由于取料机压力比较大，所以此时进油腔的压力比较大，所以在由工进到快速回 程阶段须要一个预先卸压回路，以防在高压冲击液压元件，并可使油路卸荷平稳。所以 在快速回程的油路上可设计一个预先卸压回路，回路的卸荷快慢用一个节流阀来调节， 此时换向阀处于中位。当卸压到一定压力大小时，换向阀再换到左位，实现平稳卸荷。 为了对油路压力进行监控，在液压泵出口安装一个压力表和溢流阀，同时也对系统起过 载保护作用。因为滑块受自身重力作用，滑快要产生下滑运动。所以油路要设计一个液 控单向阀，以构成一个平衡回路，产生一定大小的背压力，同时也使工进过程平稳。在 液压力泵的出油口设计一个单向阀，可防止油压对液压泵的冲击，对泵起到保护作用。 第六章第六章 液压元件的选择液压元件的选择 6.16.1 液压泵的选择液压泵的选择 由液压缸的工况图，可以看出液压缸的最高工作压力出现在加压压制阶段时 ，此时液压缸的输入流量极小，且进油路元件较少故泵到液压缸的进油压pa52.14p1M 力损失估计取为。所以泵的最高工作压力。0.5PMPapa02.1552.145 . 0ppM 液压泵的最大供油量按液压缸最大输入流量（82.8L/min）计算，取泄漏系数 p q K=1.1,则。min/08.91 8 . 821 . 1qpL 根据以上计算结果查阅机械设计手册表，选用规格为 160*CY14-1B 的压力补偿 变量型轴向柱塞泵，其额定压力 P=32MPa，排量为 160mL/r,额定转速为 1000r/min，流量 为 q=160L/min。 由于液压缸在保压时输入功率最大，这时液压缸的工作压力为 20.16+0.5=20.66MPa，流 量为,取泵的总效率，则液压泵的驱动电机所要的功率为min/52.47 2 . 431 . 1L0.85 kw qp p 25.19 85 . 0 60 52.4766.20 60 p p 根据此数据按 JB/T9619-1999，选取 Y225M-6 型电动机，其额定功率，额35PKW 定转速 2100r/min,按所选电动机的转速和液压泵的排量，液压泵最大理论流量 ，大于计算所需的流量 91.08L/min，满足使2100 /min 60/126 /min t qn VrmL rL 用要求。 6.26.2 阀类元件及辅助元件阀类元件及辅助元件 根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量可 选出这些液压元件的型号及规格，结果见表 6.1。 表 6.1 液压元件的型号及规格 序 号 元件名称额定 压力 /Pa 额定流 量 ml/r 型号及规格说明 1 变量泵 3580A7V 额定转速 2100r/min 驱动电 机功率为 35KW 2 溢流阀调压 0.53 2 160YF3-*-20B-C 通径 20mm 3 行程阀 -YF3-*-20B-C 4 三位四通换向 阀 28160WEH10G 通径 10mm 5 单项顺序阀最大 工作 压力 32MPa 160HCT06L1 6 节流阀 -FBG-3-125-10 max 160 /minqL (单向行程调速阀) 7 单向阀开启 0.15M Pa 最大 200 S20A220 通径 20mm 8 压力继电器25 HED20 9 调速阀 2FRM10-21 6.36.3 油管元件油管元件 各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出 的最大流量计算，由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进出流量已与已定数值 不同，所以重新计算如表 6.2，表中数值说明液压缸压制、快退速度, 与设计要求相 2 v 3 v 近，这表明所选液压泵的型号，规格是适宜的。 表 6.2 液压缸在各个阶段的进出流量 由表中数值可知，当油液在压力管中速度取 5m/s 时，按下式 算得，2 q d v 液压缸进油路油管内径；mm22m022 . 0 605 10115 2d 3- 进 液压缸回油路管内径；mm20m020 . 0 605 1008.91 2d 3- 回 这两根油管选用参照液压系统设计简明手册 ，进油管的外径，内径34Dmm ，回油路管的外径，内径。25dmm32Dmm20dmm 6.46.4 油箱的容积计算油箱的容积计算 容量(单位为 L)计算按教材公式 : ，由于液压机是高压系统，。所V P Vq11 以油箱的容量， 按 JB/T7938-1999LV72.52252.4711qpL 4 . 6538 . 072.522 规定容积取标准值.1000VL 6.56.5 油箱的长宽高确油箱的长宽高确 因为油箱的宽、高、长的比例范围是 1：1：11：2：3，此处选择比例是 1：1.5：2 由此可算出油箱的宽、长、高大约分别是 1600MM,1100MM,770MM。并选择 开式油箱中的分离式油箱设计。其优点是维修调试方便，减少了液压油的温升和液压 流量 速度 快进压制快退 输入 流量 L/min = 1112 ()/() p qAqAA 115 1 . 361-44.615 52.4744.615 2 . 43q108.91qq p1 排出 流量 L/min 5 . 6744.615/1151 .361 /qq 1122 AA）（ 3 . 25 44.615/2 .43 1 . 361 /qq 1122 AA）（ 155 1 .361/08.9144.615 / )(q 2112 AqA 运动 速度 m/min 9 . 1 10) 1 .36144.615( 1052.47 )/(v 4 3 211 AAqp 7 . 0 44.615 10 2 . 43 /Aqv 3 112 52. 2 10 1 . 3611008.91 / 43 213 Aqv 泵的振动对机械工作性能的影响；其缺点是占地面积较大。 由于系统比较简单，回路较短，各种元件较少，所以预估回路中各种元件和管道所占 的油液体积为 0.8L。因为推杆总行程为 205mm，选取缸的内腔长度为 360mm。忽略推杆所 占的体积，则液压缸的体积为LLAv4 .25103601044.615 22 1 缸 当液压缸中油液注满时，此时油箱中的液体体积达到最小为： 80028.90.8770VL 油m i n 则油箱中油液的高度为： 1 770 1000/(160 110)44Hcm 由此可以得出油液体下降高度很小，因此选取隔板的高度为 44cm,并选用两块隔板。此分 离式油箱采用普通钢板焊接而成，参照书上取钢板的厚度为：t=4mm。 为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地的距离为 200mm。 故可知，油箱的总长总宽总高为： 长为： 1 2(11002 4)1108lltmmmm 宽为： 1 2(16002 4)1608wwtmmmm 高为：(20044)(77042004)978 1 hhmmmmmm 6.66.6 油箱地面倾斜度油箱地面倾斜度 为了更好的清洗油箱，取油箱底面倾斜度为：1 6.76.7 吸油管和过滤器之间管接头的选择吸油管和过滤器之间管接头的选择 在此选用卡套式软管接头 查机械设计手册得其连接尺寸如下表： 表 6.3 管接头 单位：mm 0 D 公称 压力 MPa 管子 内径 0 d mm 公称尺寸极限偏差 min L卡套式管接头 0 d G(25)2218.525 0.105 3822 6.86.8 过滤器的选取过滤器的选取 取过滤器的流量至少是泵流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的 2.5 倍。 故有 ： min/207min/)5 . 2 8 . 82(5 . 2LLqq 泵入过滤器 查表如下，先取通用型 WU 系列网式吸油中过滤器： 表 6.4