采用液控单向阀的平衡回路实验装置设计开题报告.doc

采用液控单向阀的平衡回路实验装置设计【22张图纸】【全套图纸】【优秀】

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采用 单向阀 平衡 回路 实验 试验 装置 设计 图纸 全套 优秀
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采用液控单向阀平衡回路的实验装置设计

34页-14500字数+说明书+开题报告+中期报告+22张CAD图纸

中期报告.doc

原理图.dwg

实验台组件.dwg

实验台装配图.dwg

实验面板.dwg

放油嘴.dwg

油箱支角.dwg

油箱焊接组件.dwg

油箱盖板.dwg

活塞杆.dwg

液压缸前端盖.dwg

液压缸后缸盖.dwg

清洗孔端盖.dwg

箱板.dwg

缸体.dwg

设计图纸22张.dwg

采用液控单向阀平衡回路的实验装置设计论文.doc

采用液控单向阀的平衡回路实验装置设计开题报告.doc


目  录

1 绪论1

  1.1综述1

  1.2题目背景1

  1.3研究意义1

  1.4国内外相关研究情况1

  1.5主要研究内容2

2 液压系统的设计分析3

  2.1液压系统组成3

  2.2系统的设计要求及流程3

  2.3回路原理的设计4

   2.3.1平衡回路4

   2.3.2回路中个元件的作用4

   2.3.3采用液控单向阀设计的平衡回路4

  2.4工况分析5

  2.5系统方案设计5

3 液压缸的设计6

  3.1预选系统设计压力6

  3.2液压缸主要结构尺寸6

   3.2.1液压缸内径D和活塞杆直径d的确定6

  3.3液压缸的结构设计9

   3.3.1缸体与缸盖的连接形式9

   3.3.2活塞杆与活塞的连接结构10

   3.3.3活塞杆导向部分的结构10

   3.3.4活塞及活塞杆处密封圈的选用11

   3.3.5液压缸的安装连接结构11

4 液压站的设计12

  4.1液压泵装置12

   4.1.1液压泵设计选型12

  4.2液压油箱的设计14

   4.2.1液压油箱有效容积的确定14

   4.2.2液压油箱的外形尺寸15

   4.2.3液压油箱组件结构设计15

  4.3液压控制装置16

5 液压辅件的选择18

  5.1油管18

   5.1.1油管的布局要求18

   5.1.2油管的选用计算18

  5.2管接头19

  5.3液压油19

  5.4实验台结构设计20

   5.4.1实验台组件台面设计20

   5.4.2安装面板设计20

6 液压系统的性能验算21

  6.1压力损失的验算21

   6.1.1工作进给时进油路压力损失21

   6.1.2工作进给时回油路压力损失22

  6.2系统温升的验算22

7 液压系统的安装调试与维护24

  7.1液压系统的安装24

   7.1.1液压元件的检查24

   7.1.2液压元件和管道的安装24

  7.2液压站的使用与检查25

   7.2.1使用注意事项25

   7.2.2操作方法25

   7.2.3检查25

8 总结26

致  谢27



摘要

   液压基本回路是为了实现特定的功能把有关的液压元件组合起来的典型油路结构,是组成任何液压系统的基础。平衡回路的功用就是在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落,使执行元件的回油路上保持一定的背压值来平衡工作的稳定。本文对采用液控单向阀的平衡回路实验装置的原理进行了详细的分析,再根据液压传动相关理论进行数据计算,设计液压缸,选择合适的液压元件、液压油箱、液压站的动力装置,然后确定电机与泵的安装方式,进行管路与管接头的选择等等,最后对本次设计的实验台装置进行性能验算,包括压力损失的验算、总统效率估算和系统温升校核三个环节。同时完成设计的总装配图及部分零件图等等,最终完成整个设计。


关键词:液压;液压回路;平衡回路;实验台



1.1综述

   液压传动是利用有压液体作为传动介质来传递动力或控制信号的一种传动方式,也是利用有压液体的压力进行能量传递、能量转换和能量控制的传动系统。它由能源装置、传动装置、辅助装置和执行元件组成。传动部分是机械装置的重要组成部分,起着传递运动和力的作用。传动装置的选择正确与否直接决定着实验台的性能好坏;传动方案的选择要充分发挥液压传动的优点,力求设计出结构简单、工作可靠、效率高、成本低、操作简单、维修方便的液压传动系统。

1.2题目背景

   液压传动与控制是现代机械工程的基础技术,由于其在功率质量比、无级调速、自动控制、过载保护等方面的独特技术优势,使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现机械传动与控制的重要技术手段。特别是20世纪90年代以来,新兴产业不断涌现,并与现代电子与信息相结合,进一步刺激和推动了液压技术的发展,使其在国民经济各行业获得广泛应用。正确合理地设计和使用液压系统,对于提高各类液压机械设备及装置的工作品质和技术经济性能具有重要意义[1]。

1.3研究意义

   本课程的学习目的在于学生综合使用《液压与气压传动》等专业课程的理论知识和生产实际知识,进行液压试验装置的设计实践,使理论知识和生产实际知识紧密结合起来,从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。

   通过该题目原理图的设计,可以使学生熟悉液压传动系统设计的一般程序,了解并掌握液压传动这门技术,掌握机械设计的一般程序和基本方法。总之,通过本题目的设计,可以使机械设计制造及其自动化专业的学生对四年所学课程得到一次较为全面的实践锻炼。

1.4国内外相关研究情况

   由于液压技术广泛应用了高技术成果,如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料,使传统技术有了新的发展,也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高[2]。综合国内外专家的意见,其主要的发展趋势将集中在以下几个方面:

内容简介:
毕业设计(论文)中期报告题目:采用液控单向阀的平衡回路实验装置设计 系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2013年 3 月 22 日设计(论文)进展状况 (1)查阅资料并完成一篇3000字以上的关于液压系统的外文翻译:盾构机的压力调节液压系统的仿真分析。 (2)回路采用了液压缸加载,对原理图进行了进一步的完善,具体如下图所示。 (3)通过初步计算,基本完成方案设计。主要完成了液压元件的初步估算,管道以及管接头的初选,油箱的尺寸选择,液压缸的设计以及各个零部件的选择。具体所选液压元件的型号规格如下表。表1 液压元件明细表序号名称型号额定流量(Lmin)调定范围(MPa)其它1单叶片定量泵YB1-10152电动机Y-90S-2三相异步电动机额定功率1.1Kw,额定转速1400r/min3滤油器(线隙式)XU-J168016通径12mm4溢流阀YF3-10B630.56.3重量1.6kg5液控单向阀YAF3-10B636单向阀AF3-Ea10B407减压阀JF3-10B630.56.3重量2.85kg8节流阀LF3-E10B100重量4kg9二位四通电磁换向阀24F3-10B6010三位四通电磁换向阀34F3-10B60表2 液压缸和油箱设计的基本尺寸 液压缸:最大外负载F=3000N,工作腔压力P1=2.0Mpa,回油腔背压P2=0.2Mpa,缸内径D=50mm,活塞杆径d=25mm,液压缸的最大流量为10.3L/min。油箱 :液压油箱的有效容积V=30L,计算选得BEX系列液压油箱,型号为BEX-63A,长:宽:高=550:450:600。 (4)进入技术设计阶段:装配图(包括:实验台总装配图,背后油道管路图),和零件图(包括实验台焊接支架构成图,油箱焊接组件图,液压缸零件图以及其他各部分零件图)。现已基本完成了实验台总装配图的绘制和一些零件图的绘制等。装配图如下图所示。存在问题及解决措施 (1)在管道选取上考虑不够全面,选择了可用于低压系统的尼龙管。解决的方法是也要考虑其连接时的美观度,所以选择钢管。(2)在原理回路中工作缸和加载缸两活塞杆之间的连接不太完善,不能很好的实现回路动作。解决的方法是在两活塞杆之间应用连接器将二者连接以增加工作时运动的连贯性,使回路运行更加有效。 (3)在实验台装配图、立式泵安装部分的绘制上,会出现一些不合理之处,在老师的悉心指导下正在逐步一一改进。 (4)液压缸的设计是否还需要加装缓冲装置和排气装置,加装对液压缸的安装形式是否有影响。解决的方法是由于此次实验装置系统设计属于低压系统,先暂时按不加处理,液压缸选取底面脚架安装形式、进出油口选螺孔连接,最后校核时再进一步详细分析。后期工作安排 后期的工作安排:后期的主要工作重点还是放在工程图的绘制,并且进一步完善装配图、加紧时间完成所有零件图的绘制。并同时撰写论文,最后对整个油路进行热温升校核,完成全部技术设计。后期的时间安排如下:911周完成全部技术设计并校对所有图的绘制;1213周撰写毕业设计论文;14周,答辩前准备。 指导教师签字: 年 月 本科毕业设计(论文)题目:采用液控单向阀的平衡回路实验装置设计系 别: 机电信息系 专 业:机械设计制造及其自动化 班 级: 学 生: 学 号: 指导教师: 2013年5月采用液控单向阀平衡回路的实验装置设计摘要液压基本回路是为了实现特定的功能把有关的液压元件组合起来的典型油路结构,是组成任何液压系统的基础。平衡回路的功用就是在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落,使执行元件的回油路上保持一定的背压值来平衡工作的稳定。本文对采用液控单向阀的平衡回路实验装置的原理进行了详细的分析,再根据液压传动相关理论进行数据计算,设计液压缸,选择合适的液压元件、液压油箱、液压站的动力装置,然后确定电机与泵的安装方式,进行管路与管接头的选择等等,最后对本次设计的实验台装置进行性能验算,包括压力损失的验算、总统效率估算和系统温升校核三个环节。同时完成设计的总装配图及部分零件图等等,最终完成整个设计。关键词:液压;液压回路;平衡回路;实验台The design of experimental device adopts the hydraulic control one-way valve balance circuitAbstractThe hydraulic pressure basic circuit is to put the typical circuit structure of hydraulic components are combined on the realization of specific functions, is the basic component of any hydraulic system. Balance circuit function is to prevent the hydraulic cylinder vertically or obliquely placed and connected with the working parts caused by self weight drop, so that the implementation of components of the return line to maintain a certain pressure to balance the work stability. The principle of balance circuit experiment device of the hydraulic control one-way valve are analyzed in detail, and then the related theory of data according to the calculation of hydraulic transmission, hydraulic cylinder design, selection of hydraulic components, power device, hydraulic station hydraulic oil tank right, then determine the installation mode of motor and pump, pipeline and pipe joint selection and so on, the performance calculation of the design of the experimental device, including temperature checking, President efficiency estimation and the pressure loss of the system or check three links. At the same time to complete the design of assembly drawing and parts drawing and so on, and ultimately complete the design.Key Words: Hydraulic pressure; Hydraulic pressure circuit; balance circuit ; laboratory stageIII目 录1 绪论11.1综述11.2题目背景11.3研究意义11.4国内外相关研究情况11.5主要研究内容22 液压系统的设计分析32.1液压系统组成32.2系统的设计要求及流程32.3回路原理的设计42.3.1平衡回路42.3.2回路中个元件的作用42.3.3采用液控单向阀设计的平衡回路42.4工况分析52.5系统方案设计53 液压缸的设计63.1预选系统设计压力63.2液压缸主要结构尺寸63.2.1液压缸内径D和活塞杆直径d的确定63.3液压缸的结构设计93.3.1缸体与缸盖的连接形式93.3.2活塞杆与活塞的连接结构103.3.3活塞杆导向部分的结构103.3.4活塞及活塞杆处密封圈的选用113.3.5液压缸的安装连接结构114 液压站的设计124.1液压泵装置124.1.1液压泵设计选型124.2液压油箱的设计144.2.1液压油箱有效容积的确定144.2.2液压油箱的外形尺寸154.2.3液压油箱组件结构设计154.3液压控制装置165 液压辅件的选择185.1油管185.1.1油管的布局要求185.1.2油管的选用计算185.2管接头195.3液压油195.4实验台结构设计205.4.1实验台组件台面设计205.4.2安装面板设计206 液压系统的性能验算216.1压力损失的验算216.1.1工作进给时进油路压力损失216.1.2工作进给时回油路压力损失226.2系统温升的验算227 液压系统的安装调试与维护247.1液压系统的安装247.1.1液压元件的检查247.1.2液压元件和管道的安装247.2液压站的使用与检查257.2.1使用注意事项257.2.2操作方法257.2.3检查258 总结26致 谢27参考文献281 绪论1 绪论1.1综述液压传动是利用有压液体作为传动介质来传递动力或控制信号的一种传动方式,也是利用有压液体的压力进行能量传递、能量转换和能量控制的传动系统。它由能源装置、传动装置、辅助装置和执行元件组成。传动部分是机械装置的重要组成部分,起着传递运动和力的作用。传动装置的选择正确与否直接决定着实验台的性能好坏;传动方案的选择要充分发挥液压传动的优点,力求设计出结构简单、工作可靠、效率高、成本低、操作简单、维修方便的液压传动系统。1.2题目背景液压传动与控制是现代机械工程的基础技术,由于其在功率质量比、无级调速、自动控制、过载保护等方面的独特技术优势,使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现机械传动与控制的重要技术手段。特别是20世纪90年代以来,新兴产业不断涌现,并与现代电子与信息相结合,进一步刺激和推动了液压技术的发展,使其在国民经济各行业获得广泛应用。正确合理地设计和使用液压系统,对于提高各类液压机械设备及装置的工作品质和技术经济性能具有重要意义1。1.3研究意义本课程的学习目的在于学生综合使用液压与气压传动等专业课程的理论知识和生产实际知识,进行液压试验装置的设计实践,使理论知识和生产实际知识紧密结合起来,从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。通过该题目原理图的设计,可以使学生熟悉液压传动系统设计的一般程序,了解并掌握液压传动这门技术,掌握机械设计的一般程序和基本方法。总之,通过本题目的设计,可以使机械设计制造及其自动化专业的学生对四年所学课程得到一次较为全面的实践锻炼。1.4国内外相关研究情况由于液压技术广泛应用了高技术成果,如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料,使传统技术有了新的发展,也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高2。综合国内外专家的意见,其主要的发展趋势将集中在以下几个方面:29毕业设计(论文)a. 减少能耗,充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面,已取得很大进展,但一直存在能量损耗,主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用,则将使能量转换过程的效率得到显著提高。b. 主动维护 液压系统维护已从过去简单的故障拆修,发展到故障预测,即发现故障苗头时,预先进行维修,清除故障隐患,避免设备恶性事故的发展。另外,还应开发液压系统自补偿系统,包括自调整、自润滑、自校正,在故障发生之前,进市补偿,这是液压行业努力的方向。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件,对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则3。c. 机电一体化 电子技术和液压传动技术相结合,使传统的液压传协与控制技术增加了活力,扩大了应用领域7。实现机电一体化可以提高工作可靠性,实现液压系统柔性化、智能化,改变液压系统效率低,漏油、维修性差等缺点,充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点。产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展,执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展;气动元件与电子技术相结合,向智能化方向发展;元件性能向高速、高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展,普遍采用无油润滑,应用新工艺、新技术、新材料4。1.5主要研究内容平衡回路的功用就是在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落,使执行元件的回油路上保持一定的背压值来平衡工作的稳定。本文设计的采用液控单向阀平衡回路的实验台装置,主要工作有:(1) 研究采用液控单向阀+单向节流阀的平衡回路的原理;(2) 设计出合理的、能满足使用要求的平衡回路实验装置;(3) 采用液压缸加载;(4) 绘制主要零件图;(5) 选择液压元件型号;(6) 对系统进行温升校核。毕业设计(论文)2 液压系统的设计分析2.1液压系统组成液压系统主要由以下五个主要部分来组成:a. 能源装置:液压泵。它将动力部分(电动机)所输出的机械能转换成液压能,给系统提供压力油液。b. 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。c. 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,液压阀可分为压力控制阀、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。d. 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。e. 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。2.2系统的设计要求及流程液压的设计一般泛指液压传动系统设计。由于液压传动系统和液压控制系统从结构和工作原理而言,并无本质上的区别。通常所说的液压系统设计,皆指液压传动系统设计。液压系统的设计与主机的设计是紧密联系的,当从必要性、可行性和经济性几方面对机械、电气、液压和气动等传动形式进行全面比较和论证,决定应用液压传动之后,二者往往同时进行5。所设计的液压系统首先应满足主机的拖动、循环要求,其次还应符合结构组成简单、体积小重量轻、工作安全可靠、总体看来,液压系统设计的流程是:a. 明确系统的设计b. 分析系统工况c. 确定主要参数d. 拟定液压系统原理图e. 选择液压元件f. 验算液压系统性能g. 绘制工作图编织技术文2.3回路原理的设计液压系统的设计可分为两大步骤:一、液压系统的原理及性能设计;二、液压系统的技术设计(液压装置的结构设计即液压站的设计)。液压站按照动力源与控制装置是否安装在一起,可分为整体式液压站和分离式液压站。一个液压系统能否可靠有效地运行,在很大程度上取决于液压站结构选型是否合理及设计质量的优劣,设计时必须给予足够重视6。2.3.1平衡回路为了防止立式放置的液压缸活塞,因为垂直运动工作部件的重力而自行下滑,或在工作部件下行时速度失控这种现象发生,往往在液压系统中设置能产生一定背压的液压元件,以保证活塞在任意位置上被锁定,并且可以控制工作部件的下落速度,这样的液压回路称为平衡回路。其作用就是防止立式安装的液压缸受负载力或重力的作用自行下落,或者下落时出现超速失控现象等,它对于保证液压系统的安全性等方面起到了重要作用。2.3.2回路中个元件的作用由于液控单向阀1为锥面密封结构,其闭锁性能好,能够保证活塞较长时间停止在某位置处不动。在回油路上串联单向节流阀2,用于保证活塞下行运动的平稳性。假如回油路上没有串接节流阀2,活塞下行时液控单向阀1被进油路上的控制油打开。由于回油腔没有背压,运动部件由于自重而加速下降,造成液压缸上腔供油不足而压力降低,使液控单向阀1因控制油路降压而关闭,加速下降的活塞突然停止。阀1关闭后控制油路又重新建立起压力,阀1再次被打开,活塞再次加速下降。这样不断重复,由于液控单向阀时开时闭,使活塞一路抖动向下运动,并产生强烈的噪声、振动和冲击14。溢流阀有定压、调压、限制保护的作用,减压阀有调节压力大小的作用,泵的压力要小于溢流阀的压力。2.3.3采用液控单向阀设计的平衡回路为了使活塞平稳运行并且考虑到此回路实验装置设计实现的实际性,可将重物(实现工作的部件)换成利用水平放置的液压缸,形成负负载来实现。当电磁铁1YA通电使三位四通电磁换向阀5切换至左位,二位四通换向阀6也处于左位时,液压源的压力油分别进入液压缸1、2左腔,并导通液控单向阀4,缸2左腔进油推动活塞右移,缸1右腔的油液经节流阀、液控单向阀4和换向阀5排回油箱,活塞向右运动。当电1YA和2YA均断电使换向阀处于中位时,液控单向阀迅速关闭,活塞立即停止运动。当2YA通电使换向阀5切换至右位,换向阀6也处于右位,压力油分别进入液压缸1、2的右腔,推动缸2活塞左移,压力油经阀4、阀3进入缸1右腔,使得活塞向左运动。图1 采用液控单向阀的平衡回路2.4工况分析本设计中的装置使用于实验室,是为了观察回路等的动作原理。那么定义其最高工作压力;外负载为;液压缸速度范围为。2.5系统方案设计a. 确定供油方式及动力系统 该机构在实验室为观察现象使用,除工作负载外基本无其它负载,速度较低,从节省能量,减少发热考虑,泵源系统宜采用定量泵供油。动力由常用的三相异步电机提供,通用性更好,便于使用与维护。b. 执行机构 选择简单的单活塞杆液压缸。c. 压力变换方式 本系统采用三位四通电磁换向阀,利用其阀芯机能的特点实现换向及液压缸的进退。d. 泵的类型 叶片泵具有流量均匀,压力脉动小,运转平稳,噪声小,结构紧凑,体积小,重量轻,而排量大等优点。在工程机械、船舶、压铸及冶金设备中得到广泛应用。工作原理主要是当叶片泵转子旋转时,叶片在离心力和压力油的作用下,尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积,先由小到大吸油后再由大到小排油,叶片旋转一周时,完成两次吸油与排油。3 液压缸的设计3 液压缸的设计3.1预选系统设计压力本装置为实验装置,工况时载荷均不大,预选液压缸设计压力=2.0。3.2液压缸主要结构尺寸3.2.1液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 (3.1) (3.2)式中 液压缸工作压力,初算时可以取系统工作压力,取; 液压缸回油腔背压力,初算时无法准确计算,可先根据表3.1估算,取0.2; 活塞杆直径与液压缸内径之比,可按表3.2选取,取0.5;表3.1 执行元件背压的估计值系 统 类 型背压中、低压系统08简单的系统和一般轻载的节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的调速系统0.50.8回油路带背压阀0.51.5采用带补液压泵的闭式回路0.81.5中高压系统816同上比中低压系统高50%100%高压系统1632如锻压机械等初算时背压可忽略不计表3.2 液压缸内径D与活塞杆直径d的关系工作压力20.20.32 50.50.58570.620.7070.7毕业设计(论文) (3.3) 工作循环中最大的外负载,取;液压缸密封处摩擦力,它的精确值不易求得,常用液压缸的机械效率进行估算;液压缸的机械效率,一般=0.90.97,取0.9。 (3.4) 活塞杆直径可由d/D值算出,由计算所得的D与d值分别按表3.3与表3.4圆整到相近的标准直径,以便采用标准的密封元件。查表3.2,可以取d/D=0.5,圆整后则表3.3 液压缸内径尺寸系列(GB2348-80) 40506380(90)100(110)注:括号内数值为非优先选用数值。 表3.4 活塞杆内径尺寸系列(GB2348-80) 22252832363640453.2.2液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件计算。液压缸的壁厚一般是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,其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。本设计液压缸采用无缝钢管,属薄壁圆筒结构,其壁厚按公式计算 (3.5)式中 液压缸壁厚; D液压缸内径; 试验压力,一般取最大工作压力的(1.251.5)倍; 材料的许用应力;考虑缸体在应用中的各种情况,取。液压缸壁厚算出后,即可求出缸体的外径D1为3.2.3液压缸工作行程的确定此次设计活塞杆外部不受力,活塞杆的动作只是便于观察,参照活塞移动速度及表3.4,选取行程。 表3.4 液压缸活塞行程系列(GB/T2349-1980) 50801001251602002503203.2.4缸盖厚度一般液压缸多为平底缸盖,次液压缸为单活塞单作用缸,缸底有油孔,其有效厚度t按强度要求可用下式进行理论计算7。 (3.6)式中 t缸盖有效厚度; D2缸盖止口内径,取; d0缸盖孔的直径。则 取。3.2.5最小导向长度当活塞杆全部外伸时,从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称之为最小导向长度。如果最小导向长度过小,影响液压缸的稳定性,以此设计时必须保证具有一定的最小导向长度。普通液压缸的最小导向长度H必须满足以下要求: (3.7)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,则,取;缸盖滑动支撑面的长度根据液压缸的内径D而定;当时,取;当时,取;本次设计的液压缸内径,故而, 取;最小导向长度需要保证,但过分的增大和B都是不适宜的,必要时可在缸盖与活塞之间加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由下式确定: (3.8)3.2.6液压缸缸体长度的确定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。故 缸体长度=活塞的行程+活塞宽度 =160+40=2003.3液压缸的结构设计3.3.1缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料及工作条件有关,通过查表,再结合液压缸的安装方式(地面脚架安装),选择缸体与缸盖的连接方式为法兰连接。在缸筒两端焊接法兰,且缸盖加工成法兰结构,并将安装脚架和液压缸加工为一体,结构更为紧凑。表3.5 液压缸缸盖与缸体的连接形式安装方式结构形式图例优缺点法兰连接优点:1)结构简单、成本低2)易加工,便于装拆3)强度大、能承受高压缺点:1)径向尺寸较大 2)重量比螺纹连接大;缸体为 钢管时,用拉杆连接的重量也较大 3)用钢管焊接法兰,工艺复杂3.3.2活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞的连接分为整体式结构和组合式结构。而组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。整体式结构用于缸径较小的液压缸,即把活塞杆与活塞作为一体加工,适用于本次设计。表3.6 活塞杆与活塞的连接结构连接方式结构形式图例特点整体式连接结构简单适用于缸径较小的液压缸3.3.3活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构,包括活塞杆和缸盖、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,也可以做成与端盖分开的导向套结构。分离式的导向套便于导磨损后更换。本设计只在实验室使用,为了使结构简单,结构更加紧凑,将其设计为与端盖一体的整体式直接导向机构。在计算最小导向长度时,将隔套的长度设置为零,此部分不再有隔套。表3.7 活塞杆的导向与密封及防尘装置结构形式结构简图特点端盖直接导向1) 端盖与活塞杆直接导 向,结构简单,但磨损后只能更换整个端盖2) 盖与杆的密封常采用O型、Y型、YZ型密封圈3)防尘圈用无骨架的防尘圈3.3.4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、使用压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。结合液压缸的设计,密封圈能够清除活塞杆处外露部分沾附的灰尘,保证油液清洁及减少磨损,即可满足设计要求,故选择GB/T3452.1-2005的O形密封圈583.55-G-S。3.3.5液压缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求不同可有长螺栓安装、脚架安装、法兰安装、轴销和耳环安装等。本设计系统的液压缸外部无负载,只做观察使用,综合考虑采用地面脚架的安装方式。采用地面脚架安装,不至于液压缸在径向外形尺寸过大。表3.8 液压缸的安装方式(部分)安装形式安装结构简图地面脚架4 液压站的设计4 液压站的设计液压站是由液压油箱、液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。4.1液压泵装置液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及其它们之间的联轴器等。4.1.1液压泵设计选型a. 确定液压泵的工作压力 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失,所以泵的工作压力为 (4.1)式中 液压泵最大工作压力;执行元件最大工作压力;进油管路中的压力损失,初算时简单系统可取,复杂系统取,此次设计取值。上述计算所得的是系统的静态压力,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。另外考虑到一定的压力贮备量,并确保泵的寿命,因此选泵的额定压力应满足。中低压系统取小值,高压系统取大值。在本设计中b. 泵的流量确定 液压泵的最大流量应为 (4.2)式中 液压泵的最大流量; 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。 系统泄漏系数,一般取=1.11.3,现取=1.1。c. 液压泵的选型 根据和的结果查阅,现选用YB1-10,该泵的基本参数为:每转排量,泵额定压力,电动机转速,容积效率不小于0.8,总效率不小于0.62。毕业设计(论文)当选用的驱动电机时,验算泵的流量按下式计算: (4.3)经验算满足要求。d. 与液压泵相匹配的电动机的选定 根据压力和流量选定液压泵的规格型号,驱动液压泵的电动机功率可按下式计算 (4.4)式中 电动机功率; 液压泵最大工作压力; 液压泵的输出流量; 液压泵总效率。 因此,根据所计算的参数,选取常用的封闭式三相异步电机,其额定转速n=1400r/min,额定功率N=1.1Kw,效率0.78。e. 联轴器的选型 凸缘联轴器刚性好,传递转矩大,结构简单,工作可靠,制作简单,成本低,维护简单,适用于两轴对中精度良好的一般轴系传动。适用本设计8。如前所述,查驱动电机的技术参数得到电机轴的直径为,查叶片泵的技术参数得到叶片泵输入轴的直径为。联轴器的计算转矩(JB/T 7511-1994) (4.5)式中 理论转矩,;驱动功率,;工作转速,;动力机系数;工况系数;启动系数;温度系数;公称转矩,。表4.1 动力机系数动力机名称电动机四缸及四缸以上内燃机二缸内燃机单缸内燃机1.0表4.2 启动系数启动次数1.01.3由制造厂确定表4.3 工况系数K工作机构载荷类别K泵离心泵均匀载荷1.0回转泵(齿轮泵、螺杆泵、滑片泵、叶片泵)1.5表4.4 温度系数环境温度1.0综合考虑,选用联轴器的型号为联轴器,公称扭矩,满足要求。4.2液压油箱的设计液压油箱装有滤油器、液面指示器和清洗孔等。油箱分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱3类。独立油箱是应用最广泛的一类油箱,通常做成矩形,也有圆柱形或油罐形的。独立油箱的热量主要通过油箱壁靠辐射和对流作用散热9。液压油箱的作用是贮存液压油,分离液压油中的杂质和空气,同时还起到散热的作用。4.2.1液压油箱有效容积的确定液压油箱在不同的工作条件下,影响散热的条件很多,通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量V可概略地确定为:在低压系统中可取: (4.6)在中压系统中可取: (4.7)在中高压或高压大功率系统中可取: (4.8)式中 V液压油箱有效容量; 液压泵额定流量。在本设计中,应当注意:设备停止运转后,设备中的那部分油液会因策略作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出,油箱中的液压油位不能太高,一般不应超过液压油箱高度的80%。根据设计条件,本实验台属于低压系统,油箱有效容积取40L。4.2.2液压油箱的外形尺寸液压油箱的有效容积确定后,需设计液压油箱的外形尺寸,一般尺寸比(长:宽:高)为1:1:11:2:3。为提高冷却效率,在安装位置不受时,可将液压油箱的容量予以增大。表4.5 BEX系列液压油箱外形尺寸尺寸(mm)型号)(尺ABCBEX63A550450600BEX100700500600BEX160800600660BEX2501000650680BEX100018001100800此次选用的油箱型号为BEX-63A,可满足设计所需要求。4.2.3液压油箱组件结构设计a. 隔板 增长液压油液流动循环的时间,除去沉淀的杂质,分离、清除水和空气,调整温度,吸收液压油压力的波动及防止液面的波动10。隔板把系统吸油区与回油区隔开,同时,隔板缺口处要有足够大的过流面积,不至于环流速度过大。隔板材料常用的为Q235A钢板,Q235A钢板的韧性和塑性较好,有一定的伸长率,具有良好的焊接性能和热加工性。 b. 焊接吊钩 为便于油箱搬运,应在油箱箱壁的四角上焊接吊钩。吊钩可分为圆柱形和勾形两种,这两种吊钩并无本质区别,本设计选用勾形吊钩,材料为35#钢。c. 液位计 液位计通常为带有温度计的结构,液位计通常在油箱外壁上,并靠近注油口,以便注油时观察液面。液位计与油箱的连接处有密封措施。本设计选用符合国际和国家标准的大连组合机床研究所研制的YWZ-150T液位温度计。d. 空气滤清器 空气滤清器通常为带有注油口的结构,此结构将注油口与通气结为一体,结构简单。空气滤清器兼有除湿、收尘和注油的功能。本设计选用符合国际和国家标准的QUQ1型空气滤清器。e. 油箱顶盖的连接方式 油箱顶盖与油箱壁的连接分为可拆连接和不可拆连接。而不可拆的连接形式,需要在其侧面至少设置一个清洗孔,便于清理油箱所有内表面。本设计采用的油箱容量相对较小,为使设计结构紧凑,可将油箱顶盖设计成可拆连接,顶盖用螺栓与角钢连接,省去清洗孔结构11。f. 支脚 为方便放油和搬运,应该把油箱架起来,油箱底至少离地面150mm。油箱应设有支脚,支脚可以单独制作后焊接在箱底边缘,也可以适当增加两侧壁的高度,以使其经弯曲加工后兼做油箱支脚7。本设计选用焊接支脚。g. 管路配置 液压泵的吸油管和系统的回油管要分别进入由隔板隔开的吸油区和回油区。吸油管要增加其精度为100200目的滤油器。滤油器要有足够的容量,避免阻力太大。滤油器与箱底间的距离应不小于20mm。吸油管应插入液压油面以下,防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面,致使油中混入气泡。回油路上可省去滤油器,在整个液压系统中油路是封闭的,一般不会夹带杂质,况且增加滤油器后,杂质会沉积在滤油器内,需要经常清洗,增加保养环节的负担。h. 油箱材料 油箱的制造一般采用铸造和焊接两种方式。铸造油箱有利于减震和防噪,本设计震动和噪声很小,可以选用另一种比较常用的制造方式焊接。常用材料为Q235A。焊接时将钢板进行折弯围成一圈作为油箱壁,可减少焊接次数。4.3液压控制装置液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其连接体。考虑到液压系统最高工作压力均小于,故选用广州机床研究所GE系列的中低压液压元件。所有阀类元件通过流量不大于液压泵的出口流量。元件的连接方式均选用板式连接,连接部分增加必要的管接头(在液压辅件章节详细说明)。通过阀的实际最大流量按下式计算 (4.9)式中 油缸无杆腔的面积,; 液压缸移动速度,。则 表4.6 液压元件明细表序号名称型号额定流量调定范围其它1单叶片定量泵YB1-10152电动机Y-90S-4三相异步电动机额定功率1.1Kw,额定转速1400r/min3滤油器(线隙式)XU-J168016通径12mm4溢流阀YF3-10B630.56.3重量1.6kg5液控单向阀YAF3-10B636单向阀AF3-Ea10B407减压阀JF3-10B630.56.3重量2.85kg8节流阀LF3-E10B100重量4kg9二位四通电磁换向阀24F3-10B6010三位四通电磁换向阀34F3-10B605 液压辅件的选择5 液压辅件的选择5.1油管在液压传动装置中,常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。钢管能承受较高的压力,低廉;但弯制比较困难,弯曲半径不能太小,多用在压力较高、装配位置比较方便的地方。一般采用无缝钢管,当工作压力小于1.6MPa时,也可用焊接钢管。紫铜管能承受的压力较低(p6.310MPa),经过加热冷却处理后,紫铜管软化,装配时可按需要进行弯曲;但价贵且抗振能力较弱。尼龙管用在低压系统;塑料管一般只作回油管用。胶管用作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。低压胶管是麻线或棉线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,成本高,因此非必要时尽量不用。5.1.1油管的布局要求(1) 管路布局一般在元件及设备布置完毕后进行;(2) 油管设置的位置应便于拆装维修,不妨碍生产和设备部件的运转调整;(3) 管子外缘与相邻管路的管件轮廓之间有足够的空隙,保证安装拆装方便,能单独拆装且不干扰其他管路或原件;(4) 工作管路必须要有足够的支撑和固定,不得在元件连接面上诱发应力;(5) 弯管半径应足够大,减少沿程压力损失。 5.1.2油管的选用计算在液压传动装置中,常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。由于系统是低压系统,本系统结构固定,油管也不需要与执行机构的运动部分一起移动,所以选择流动阻力小,安全可靠性高且成本低的钢管。油管内径及壁厚按如下公式计算得出后,即可按管材有关标准规定选取合适的油管: (5.1) (5.2)毕业设计(论文)式中 q通过油管的最大流量; 油管中允许流速(取值见表5.1); 油管内径; 油管壁厚; 管内最高工作压力; 管材抗拉强度;安全系数(取值见表5.2)。表5.1 油管中允许流速油液流经油管吸油管高压管回油管短管及局部收缩处允许流速毕业设计(论文)注:高压管:压力大时取大值,反之取小值;管道长的取小值,反之取大值;油液粘度大时取小值。表5.2 安全系数(钢管)管内最高工作压力安全系数864考虑制作方便,加之所有元件均采用板式连接,所有油管都采用统一型号。通过油管的最大流量取,管道流速综合考虑取,管内最高工作压力,油管材料取无缝钢管,安全系数,所以综合考虑管接头的尺寸,所有油管选取外径12mm,壁厚1mm的35#无缝钢管。5.2管接头管接头是连接油管和控制阀类元件的辅助元件,管接头的种类繁多,本设计管路固定,无需反复拆装,所用油管为钢管,选用管接头为卡套式管接头,管子外径12mm。5.3液压油液压系统的应用非常广泛,液压油的种类也很多,选择液压油需要根据系统类型、工作环境、工况等因素考虑。高压系统的液压元件特别是液压泵中处于边界润滑状态的摩擦副,由于正压力加大,速度高而使摩擦磨损条件较为苛刻,必须选择润滑性即抗磨性、极压性优良的HM油。凡是叶片泵为主油泵的液压系统,不管其压力大小,选用HM油较好。根据表5.3选用L-HM32的液压油。表5.3 叶片泵系统润滑油类型粘度等级压力等级温度范围油液类型粘度(mm2/s)7MPa46、6868、1005.4实验台结构设计5.4.1实验台组件、台面设计本实验台采用立式台面设计,用优质方钢焊接成框型结构,具有良好的刚性。焊接框架多数采用优质方钢,实验台总体尺寸为。为使焊接牢固,可在相互焊接的部分切角,增加其焊接面积。实验台台面是整个实验的平台,台面要求不易磨损、防火防潮、质地坚硬不变形,封边牢固、整洁、无毛刺,线条平直,接缝吻合,美观耐用等。5.4.2安装面板设计安装面板用螺栓固定在实验台焊接组件上,其正面直接与各类液压元件相连,背面与油管相连。材料选用Q235A钢板。结构以20mm的钢板为主,在上面分布的是各种螺孔与通孔,用来安装各个液压元件。油路板一般采用框架固定,要求安装、维修和检测方便。本次采用螺栓直接固定在用角钢焊接而成实验台支架上,这种设计装卸方面。6 液压系统的性能验算6 液压系统的性能验算已知该液压系统中进、回油管的内径均为10mm,各管道长度分别为,。选用L-HM32液压油,考虑到油的最低温度为0,查得0时该液压油的运动粘度,油的密度。6.1压力损失的验算6.1.1工作进给时进油路压力损失运动部件工作进给时的最大速度为,进给时的最大流量为,则液压油在管内流速为: (6.1)管道流动雷诺数为 (6.2),可见油管在管道内流态为层流,其沿程阻力系数 (6.3)进油管AB的沿程压力损失为 (6.4)查得换向阀34F3-10B的压力损失为。忽略油液通过管接头、油路板等处局部压力损失,则进油路总压力损失为毕业设计(论文)6.1.2工作进给时回油路压力损失由于选用单活塞杆液压缸,且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔的工作面积的四分之三,则回油管的流量为进油管道的四分之三,则 (6.5)管道流动雷诺数为 (6.6)其沿程阻力系数 (6.7)回油管道的沿程压力损失为 (6.8)查得换向阀34F3-10B的压力损失;节流阀LF3-E10B的压力损失;液控单向阀YAF3-Ea10B的压力损失;回油路总压力损失。6.2系统温升的验算系统发热的主要原因是由于液压泵和执行器的功率损失以及溢流阀的溢流损失造成的。在整个工作循环中,工进阶段所占的时间最长,为了简化计算,主要考虑工进时的发热量。一般情况下,工进速度大时发热量较大,分别计算流量最大、最小时的发热量,然后加以比较,取数值较大的进行分析。本装置中液压泵的总流量。液压泵的最高工作压力 (6.9)当时 (6.10)此时泵的总效率0.1,泵的出口压力为最高工作压力2.25MPa,则有 (6.11) 此时的功率损失为 (6.12)当时,总效率,则有 此时的功率损失为可见在工进速度高时,功率损失为0.103kW,发热量最大。假定系统的散热状况一般,取,油箱的散热面积A 为 (6.13)系统的温升为 (6.14)验算表明系统的温升在许可范围内。7 液压系统的安装、调试与故障处理7 液压系统的安装调试与维护正确安装调试及合理使用液压系统,是保证其长期发挥和保持良好工作性能的重要条件。为此,在液压系统安装调试中,必须熟悉液压系统的工作原理与液压系统各组成部分的结构、功能和作用并严格按照设计要求来进行;在液压系统的使用维护中应对其加强日常维护和管理,并遵循制造厂的使用维护要求。7.1液压系统的安装7.1.1液压元件的检查a. 元件检查 元件的型号规格应与元件清单一致;生产日期不宜过早,否则其内部的密封件可能老化,各元件上的调节螺钉、首轮及其他配件应完好无损;电磁阀的电磁铁等应工作正常,元件及安装面应平整,其沟边不应有飞边、毛刺、棱角,不应有磕碰凹痕,油口内部要清洁;油箱内部不应有锈蚀,通气过滤器、液位计等油箱附件应齐全,安装前清洗干净12。b. 管件检查 油管的牌号、材质、通经、壁厚和管接头的型号规格及加工质量均应符合设计要求及相关规定。管接头的螺纹、密封圈的沟槽棱角不得有伤痕、毛刺或断丝扣等缺陷;接头体与螺母配合不得松动或卡涩。油管内外壁不得有腐蚀和伤口裂痕,表面凹入或有剥离层和结疤。7.1.2液压元件和管道的安装a. 液压元件的安装(1) 液压泵的安装 液压泵安装不当会引起噪音、振动,影响工作性能和降低寿命。液压泵与原动机输出轴的同轴度偏差应在0.1mm以内,轴线间的倾角不得大于;不得用敲击方式安装联轴器,液压泵的进出油口不得接反13。(2) 液压缸的安装 液压缸的安装应扎实可靠。配管连接不得有松弛现象,缸的安装面与活塞的滑动面应保持足够的平行度和垂直度。安装前应检查其活塞杆是否弯曲。(3) 液压附件的安装 严格按照设计要求的位置进行安装并注意整齐、美观;安装前应用煤油进行清洗、检查;在符合设计要求的情况下,尽可能考虑使用、维护和调整。b. 管道的安装毕业设计(论文)在液压系统中,管道的主要作用是传输载能工作介质。一般在所有连接的设备及各液压元件等组装完、固定完成后进行管道安装。安装管道时要特别注意防震、防漏问题。在管道的安装过程中,应根据其尺寸、形状和焊接要求加工管材。切割加工的管材端部应平整,无裂痕和重皮等缺陷;需弯曲加工的钢质管道在弯曲前要进行退火处理,以防弯曲后起皱或变扁,弯曲半径一般大于管子外径的3倍。经加工而成的管道,应将切屑、毛刺等去除干净。7.2液压站的使用与检查7.2.1使用注意事项15 液压站使用中的注意事项如下:(1) 低温下,油温应达到20C以上才准许顺序动作;油温高于60C时应注意系统的工作情况。(2) 停机4h以上的设备,应先使液压泵空载运转5min,再起动执行器工作。(3) 不许任意调整电气控制装置系统的互锁装置,随意移动各限位开关、挡块、行程撞块的位置。(4) 各种液压元、辅件未经主管部门同意,不准私自调节或拆换。(5) 液压站出现故障时,不准擅自乱动,应通知有关部门分析原因并排除。除上述几点外,还应按有关规定做好对各类液压件备件及液压油的管理工作。7.2.2操作方法操作时,开启电机后,油泵启动。所有换向阀置于中位终止。换向阀开启后,负载取决于遥控口压力2MPa,当负载缸进行到一半行程时,触碰程控开关,自动切换换向阀,关闭遥控口。这是,负载变成6MPa,油液开始进左侧增压回路,压力逐渐增大,走完另一半行程后完成实验。7.2.3检查液压系统种类繁杂,各有其特定用途和使用要求。为了及时了解和掌握液压站和整个系统的运行状况,消除故障隐患,缩短维修周期,通常应采用点检和定检的方法对系统进行检查。8 总结8 总结平衡回路的功用就是在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落,使执行元件的回油路上保持一定的背压值来平衡工作的稳定。本文设计的采用液控单向阀平衡回路的实验台装置,主要工作有:研究采用液控单向阀+单向节流阀的平衡回路的原理;设计出合理的、能满足使用要求的平衡回路实验装置;采用液压缸加载;绘制主要零件图;选择液压元件型号;对系统进行温升校核。本文对采用液控单向阀
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