液压传动课程设计-上料机液压系统设计.doc

液压传动课程设计说明书 上料机液压系统设计学 院： 专 业： 姓 名：姓 名：姓 名： 指导老师： 学 号：学 号：学 号： 职 称： 讲师成 绩： 二一四 年六月 课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年 月 日 目 录绪论2液压传动课程设计任务分析31.课程设计目的32.课程设计题目33.机构运动分析3一、工况分析41.1工作负载计算51.2时间计算61.3绘制F-t图和v-t图7二、液压缸主要参数的确定82.1初定液压缸的工作压力82.2计算液压缸尺寸92.3液压缸压力、流量和功率计算10三、液压系统原理图的拟定123.1 供油方式123.2 调速回路123.3 速度换接回路123.4 平衡及锁紧123.5中位机能123.6液压系统工作过程分析14四、液压元件的选择154.1液压泵型号和电机的选择154.2辅助元件的选择154.3确定管道尺寸164.4确定油箱容积16五、液压系统性能验算165.1回路压力损失验算165.2油液温升验算16六、液压缸结构设计176.1液压缸设计需要注意的事项176.2液压缸结构设计176.3强度校核186.4液压缸主要零件的材料和技术要求19七、总结与展望20绪论液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展。液压技术现状我国液压行业是从当年的小作坊、主机厂的车间或分厂发展壮大起来的。经过改革开放三十年的发展，已经成为品种规格齐全、基本可以满足我国各种装备要求、具有一定国际竞争力的产业，成为我国机械工业的重要基础行业。改革开放三十年来，我国液压行业企业从三十年前的小作坊，主机厂的车间走出来，经过技术引进及消化吸收再创造，多次技术改造及工艺流程再造，已经成为装备制造业的重要基石和机械工业的基础产业，为国家大工程和重点项目配套取得显着成就。近年来，我国液压行业企业为国家重点工程和重大技术装备，提供了大量的液压系统，如三峡工程二、三期工程的升船机、三一重工、宝钢、鞍钢等企业。液压业发展趋势： （1）节省能耗,充分利用能量,提高效率,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着提高。 （2）发展机电一体化组件和系统,电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传动与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。 （3）发展具有比例阀的耐污染和伺服阀高精度、高频响的直动型电液控制阀。 （4）重视环保，发展零泄漏液压系统和低噪声组件环保型产品将具竞争 优势。随着人们环境意识的加强，开发保护型液压产品，将成为今后液压技术的主流。液压传动课程设计任务书1、课程设计的目的学生在完成液压与气压传动课程学习的基础上，运用所学的液压基本知识，根据液压元件、各种液压回路的基本原理，独立完成液压回路设计任务；从而使学生在完成液压回路设计的过程中，强化对液压元器件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用。能够对学生起到加深液压传动理论的掌握和强化实际运用能力的锻炼。2.课程设计题目设计一台上料机的液压系统，要求液压系统完成“快速上升慢速上升停留快速下降”的工作循环。已知：垂直上升工件的重量为7000N，滑台的重量为2000N，快速上升行程为350mm，快速上升、下降速度为45mm/s、60mm/s，慢速上升行程为100mm，其最小速度为8mm/s，滑台为V型导轨，其导轨面的夹角为90，垂直作用于导轨的载荷为120N，加、减速时间为0.2s，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。3、课程设计工作进度计划阶段主要内容时间安排1设计准备(1) 阅读、研究设计任务书，明确设计内容和要求，了解原始数据和工作条件；(2) 收集有关资料并进一步熟悉课题。102液压系统设计计算(1) 明确设计要求进行工况分析；(2) 确定液压系统主要参数；(3) 拟定液压系统原理图；(4) 计算和选择液压件；(5) 验算液压系统性能；203绘制工作图(1) 绘制零、部件图；(2) 绘制正式的液压原理图。404编制技术文件(1) 编写设计计算说明书；(2) 编写零部件目录表。205答辩整理资料，答辩10一、工况分析机构运动分析机构不断地将材料从低的位置运到高的位置，然后又回到起始位置重复上一次的运动，其结构如图1.1所示，滑台采用V形导轨，工作台和活塞杆连在一起，在活塞杆的作用下反复做上下运动。系统总共承受的负载为9000N，所以系统负载很小，应属于低压系统。系统要求快上速度为45mm/s,慢上速度大于8mm/s,快下速度为60mm/s，要完成的工作循环是：快进上升、慢速上升、停留、快速下降，停止。从系统的用途可以看出系统对速度的精度要求并不高，所以在选调速回路时应满足经济性要求。图1.1上料机构示意图对液压传动系统的工况分析就是明确各执行元件在工作过程中的速度和负载的变化规律，也就是进行运动分析和负载分析。该上料机液压系统对其进行负载分析时不考虑密封阻力负载和排油阻力负载的影响，只考虑工作负载、平导轨摩擦负载、和速度变化引起的惯性负载的影响。根据各执行在一个工作循环内各阶段的速度，绘制其工作循环图，如图2.1所示： 图2.1上料机工作循环图1.1工作负载计算1.1.1 工作负载1.1.2摩擦负载 ，静摩擦负载 动摩擦负载 1.1.3惯性负载惯性负载为运动部件在起动和制动的过程中可按其中 G-运动部件的重量（N），g-重力加速度， v-速度变化值（），t-起动或制动时间（s）加速 减速 制动 反向加速 反向制动 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。因此在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台2的重量。取液压缸机械效率 ，液压缸在各工作阶段的负载值如下表所示： 表1-1 液压缸各阶段中的负载工况计算公式总负载F/N缸推力F/N启动9033.9410037.71加速9223.610248.44快上9016.9710018.36减速8847.079830.08慢上9016.9710018.36制动8980.249978.04反向加速223.6248.44快下16.9718.66制动-189.66-210.731.2时间计算1.2.1上升阶段时间加速时的加速度 1=Vt1-Vo1t=450.2=225mms2减速时的加速度 2=Vt2-Vo2t=8-450.2=-185mms2加速时的位移 s1=Vt12-Vo1221=4522225=4.5mm减速时的位移s2=Vt22-Vo2222=82-4522(-185)=5.3mm快进的时间t1=SV=350-4.545=7.68s工进的时间t2=SV=100-5.38=11.84s1.2.2下降阶段时间加速、减速时的加速度大小相等。3=Vt3-Vo3t=-450.2=-225mms2减速时加速度 4=3=225mms2位移s3=s4=Vt42-Vo4224=4522225=4.5mm快退的时间t3=SV=450-4.5245=9.8s1.3绘制F-t图和v-t图根据上述计算结果，可作负载特性图像F-t图，速度特性图如下图所示。 图1.1 F-t图 图1.2 v-t图液压缸主要参数的确定2.1初定液压缸的工作压力液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑一下因素：（1）各类设备的不同特点和使用场合（2）考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重，压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。由表2-1的计算结果可知，该专用卧式铣床液压系统的最大负载为9224N,查1表9-2可知，应选液压缸的工作压力为2.0Mpa。表2-1 按负载选执行元件的工作压力负载/KN50工作压力/MPa52.2计算液压缸尺寸2.2.1缸筒内径D 式中：F-液压缸上的外负载 P-液压缸的工作压力 -液压缸的工作效率 A-所求液压缸有有效工作面积查2表21-1-3取标准值D=80mm2.2.2活塞杠外径d根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：，代入数值，解得：d=38.1mm查2表21-1-4取标准值d=40mm，则液压缸的有效作用面积为：无杆腔面积 有杆腔面积 2.2.3缸筒长度L缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即： 其中：l活塞的最大工作行程，l=450mm； B活塞宽度，一般为（0.61）D，取B=64mm； A活塞杆导向长度，一般为（0.61.5）D,取A=80mm； M隔套长度，取M=16mm； C其他长度，取C=30mm；2.3液压缸压力、流量和功率计算2.3.1液压缸最大流量2.3.2液压缸工作压力2.3.3液压缸功率2.3.4绘制工况图根据上述计算结果，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，如表3-2所示，并据此绘出液压缸的工况图如图2.1、2.2、2.3所示。表2-2 液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率计算表工况压力流量功率快上2.013.584452.8慢下2.02.41480.5快下0.00612.4441.24图2.2 图2.2图2.3三、液压系统原理图的拟定液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面的问题：3.1 供油方式 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，在慢上时所需的流量较小，因此从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的供油是不合适的，宜选用双联式定量叶片泵作为油源。3.2 调速回路 由工况图可知，该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，所以采用调速阀的回油节流调速回路，可承受负值负载，阻止工作部件前冲。3.3 速度换接回路 由于快上和慢上之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。3.4 平衡及锁紧 为防止在上端停留时重物下落和在停留期间内保持重物的位置，特在液压缸的无杆腔进油路上设置了液控单向阀；另一方面，为了克服滑台自重在快下过程中的影响，设置一单向背压阀。 3.5中位机能本液压系统的换向阀采用三位四通Y型中位机能的电磁换向阀。综合上述分析和所拟定的方案，将各种回路合理地组合成上料机构液压系统原理图如图3.1所示，电磁铁的动作顺序如表3-1所示。 滤油器；双联叶片泵；单向阀；二位二通电磁换向阀；溢流阀；三位四通电液换向阀；液控单向阀；单向背压阀；9二位二通电磁换向阀；0调速阀。图3.1液压系统原理图 表3-1 电磁铁动作顺序表1YA2YA3YA4YA快上-+-+慢上-+-停留-+-快下+-+停止-3.6液压系统工作过程分析（1）快上 进油路：泵2（双泵供油）三位五通换向阀6右位（2YA得电）液控单向阀7单向背压阀8液压缸下腔。 回油路：液压缸上腔二位二通电磁换向阀9左位（3YA失电）三位五通换向阀6油箱。双联叶片泵双泵供油。（2）慢上进油路：泵2（小流量泵供油）三位五通换向阀6右位（2YA得电）液控单向阀7单向背压阀8液压缸下腔。 回油路：液压缸上腔调速阀10三位五通换向阀6油箱工进时二位二通电磁换向阀4左位，大流量泵卸荷。（3）停留 三位五通换向阀6中位，泵输出的油液被三位五通换向阀6堵住，液压缸停止运动，液控单向阀7锁紧油路，背压阀8起背压作用。（4）快下进油路：泵2（双泵供油）三位五通换向阀6左位（1YA得电）二位二通电磁换向阀9左位（3YA失电）液压缸上腔。回油路：液压缸下腔单向背压阀8液控单向阀7反向打开三位五通换向阀6油箱（5）停止当工作台退回到原位时，三位五通换向阀1YA失电，换向阀处于中位，泵输出的油液被三位五通阀堵住，液压缸停止运动，二位二通电磁换向阀4（左位）大流量泵流卸荷。四、液压元件的选择4.1液压泵型号和电机的选择液压缸在整个工作循环中最大工作压力为，由于该系统比较简单，所以取其压力损失，所以液压泵的工作压力为两个液压泵同时向系统供油时，若回路中泄漏按10计算，则两个泵的总流量应为，由于溢流阀最小稳定流量为，而工进时液压缸所需流量为，所以高压泵的输出流量不得少于。根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用 型的双联片泵，前泵输出流量24ml/r, 后泵输出流量160ml/r，额定压力为 ，容积效率 ，总效率 ，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和所需最大流量求出：查电动机产品目录，拟定选用电动机的型号为Y90-6,功率为1.1kW，额定转速为910r/min。4.1辅助元件的选择根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件的实际流量，查阅液压设计手册可选出这些元件的型号和规格，元件清单如表4-1所示。序号名称通过流量型号及规格1滤油器11.47XLX-06-802双联叶片泵19.75YB1-6.3/6.33单向阀4.875I-10B4二位二通电磁换向阀8.215溢流阀3.375PB-10B6三位四通电磁换向阀9.757液控单向阀11.57IY-25B8单向背压阀10，需要进行稳定性的校核，由材料力学中的有关公式，根据液压缸的一端支撑，另一端铰链，取末端系数=2，活塞杆材料用普通碳钢制，材料强度试验值f=4.9108Pa，系数a = ，柔性系数2=85，因为 ，所以有其临界载荷： 时 活塞杆的稳定性满足，此时可以安全使用。6.4液压缸主要零件的材料和技术要求（1）缸体 材料-灰铸铁: HT200, 粗糙度-液压缸内圆柱表面粗糙度为 技术要求：a内径用H8-H9的配合 b缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度（2）活塞 材料-灰铸铁：HT150 粗糙度-活塞外圆柱粗糙度 技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取f7f9的配合，内孔与活塞杆的配合可取H8。（3）活塞杆 材料-实心：45钢， 粗糙度-杆外圆柱粗糙度为 技术要求：a调质2025HRC b活塞与导向套用的配合，与活塞的连接可用（4）缸盖 材料-45钢； 粗糙度-导向表面粗糙度为 技术要求：同轴度不大于（5）导向套 材料-青铜 粗糙度-导向表面粗糙度为 技术要求：a导向套的长度一般取活塞杆直径的60%80%b外径D内孔的同轴度不大于内孔公差一半七、总结与展望 经过一个星期的液压课