液压说明书李清.doc

攀枝花学院 液压传动课程设计攀枝花学院学生课程设计说明书题目 ： 钢坯锯液压系统设计学生姓名 ： 李 清 学 号： 200810601065所在院(系)： 机电工程学院 专 业 ： 机械设计制造及自动化班 级 ： 08机制五班 指导教师 ： 谭兴强 职称：副教授二一一年 六 月 十二 日22攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目钢坯锯液压系统设计1、课程设计的目的1. 让学生学会运用液压知道解决一些简单的液压设计2. 学会理解并能熟练运用液压知识2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）工艺要求：夹紧缸夹紧工作时，锯片下降进行锯切，锯切完成后，进给缸上升到原起点位置（不能因自重下降）后，夹紧缸才能退回，完成一个工作循环。设计参数：钢坯锯切最大直径：250mm； 锯片直径：1300mm；锯切缸速度： 快速运行速度：40mm/s；锯切最大速度：1.2mm/s； 返回速度：55mm/s；夹紧缸速度： 夹紧速度：44mm/s；返回速度：68mm/s；夹紧力：12T； 锯切力：3.5T。3、主要参考文献1 许福玲，陈尧明.液压与气压传动.第三版.北京：机械工业出版社，20082 成大先 .机械设计手册.第一版.北京:化学工业出版社，20043 王守城，段俊勇.液压元件及选用.北京:化学工业出版社，20074 周士昌.液压系统设计图集.北京：机械工业出版社，20045 张世伟，朱福元.液压系统的计算与结构设计.宁夏：宁夏人民出版社，19874、课程设计工作进度计划内容学时明确主机对液压系统的要求，进行工作过程分析2初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制14确定液压系统的方案，拟定液压系统图4确定液压系统零件的类型，并选择相应的液压元件，确定辅助装置4液压系统的性能运算4集成块的结构设计和制图及编制技术文件12合计1周指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。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1 设计任务书11.1 设计的主要技术参数11.2 工艺要求12 负载分析22.1 运动分析22.2 负载分析23 负载图和速度图的绘制54 确定液压系统主要参数64.1 初选液压缸工作压力64.2 计算液压缸主要尺寸64.3 计算各工作阶段的工作压力、流量和功率75 拟定液压系统原理图105.1 选择基本回路105.2 组成液压系统126 计算和选择液压件146.1 确定液压泵的规格146.2 确定电动机功率146.3 确定其它元件及辅件147 验算液压系统性能187.1 压力损失的验算及泵压力的调整187.2 液压系统的发热和温升验算198 参考文献21 致谢221 设计任务书1.1 设计的主要技术参数钢坯锯切最大直径：250mm； 锯片直径：1300mm；锯切缸速度： 快速运行速度： 40mm/s；锯切最大速度：1.2mm/s； 返回速度：55mm/s；夹紧缸速度： 夹紧速度：44mm/s；返回速度：68mm/s； 夹紧力： 12T； 锯切力： 3.5T。 钢坯锯结构图如下图：1.2 工艺要求夹紧缸夹紧工作时，锯片下降进行锯切，锯切完成后，进给缸上升到原起点位置（不能因自重下降）后，夹紧缸才能退回，完成一个工作循环。2 负载分析工况分析的目的是主机在工作过程中执行机构的运动速度和负载的大小及其变化规律。对与复杂的工况要绘制速度循环图和负载循环图；对与动作简单的系统，这两种图可以省略，但是必须找到最大负载图和最大速度图。工况分析提供了主机在性能方面的明确要求。2.1 运动分析主机的执行元件按工艺要求的运动情况，一般用于工作循环图和速度图分析。两张图确切的给出了一个完整的工作循环内元件的运动规律。根据设计机床在加工是的运动情况分析，粗略的绘制了锯床给进部分的的速度图循环图和负载循环图如图21所示：图21钢坯锯的给进机构工作负载和速度循环图上图粗略的分析了锯机进给机构的运动状况，下面对运动作具体的分析。2.2 负载分析执行元件在工作循环中各阶段所克服的负载，其大小和性质用图表示出来，即为负载循环图，它表示负载变化规律。下面做液压缸的负载分析：做直线往复运动的液压缸，克服的外负载力主要有：工作负载F、摩擦负载、惯性负载Fm。2.2.1 工作负载F工作负载是外负载中的主要部分，不同的机械，工作负载形式也不同。金属切削机床的工作负载是液压缸运动方向上的切削力，在该设计中这个负载主要是给进机构切削工件是克服的阻力，这个力的大小反映了切削过程中机器的性能的好坏，负载力必须满足给进机构最小给进速度。夹紧力：F1=1210009.8=117600N； 锯切力：F2=3.510009.8=34300N。2.2.2 阻力负载取静摩擦因数为，动摩擦因数为 a、夹紧缸阻力负载 由于夹紧工作工作部件总质量很小，阻力负载相对于夹紧力很小，可以忽略。阻力负载。b、锯片进给缸阻力负载已知最大锯切力为34300N，则进给油缸工作负载。进给工作部件总质量：，取静摩擦因数为，动摩擦因数为；取往复运动的加速、减速时间0.2s。 静摩擦阻力 =0.25009.8N=980N 动摩擦阻力 =0.15009.8N =490N2.2.3 惯性负载惯性负载就是运动部件在起动或制动的过程中的惯性力。其平均值可以按下式计算： （21） 式（21）中 工作部件总质量快进或快退速度运动的加速、减速时间a、夹紧缸惯性负载 由于夹紧缸惯性负载相对于夹紧力很小，可以忽略。惯性负载。b、锯片进给缸惯性负载 由于锯片进给缸惯性负载相对于锯切力很小，可以忽略。惯性负载（见液压传动与控制技术王裕清 韩程石主编。）综上所述，得出液压缸在各工作阶段的负载如表2-1，表2-2。表2-1 夹紧缸各工作阶段的负载F(N)工况负载组成负载值F推力起动00加速00快进00工进夹紧117600130667快退00表2-2 锯片进给缸各工作阶段的负载F(N)工况负载组成负载值F推力起动9801089加速9801089快进490544工进3479038656快退490544注：1.液压缸的机械效率取=0.9。2.不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。3 负载图和速度图的绘制根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可分别绘制出两油缸工作负载图F-l和速度图-l，如图3-1、图3-2 所示。 a、夹紧缸负载图F-l b、夹紧缸速度图-l图3-1 a、 锯切缸负载图F-l b、 锯切缸速度图-l图3-24 确定液压系统主要参数4.1 初选液压缸工作压力设备类型机 床农业机械、小型工程机械、工程机械的辅助机构压力机、重型机械、起重运输机、大中型挖掘机磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力（MPa）0.2-23-52-88-1010-1620-32根据系统中夹紧缸工作最大负载为，在工进时负载最大，在其它工况负载很小，参考机械设计手册初选液压缸的工作压力p1=10MPa。锯切缸工作最大负载为，在工进时负载最大，在其它工况负载较小，参考机械设计手册初选液压缸的工作压力p1=6MPa。4.2 计算液压缸主要尺寸机床没要求快退速度这里选取液压缸快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式即液压缸有（A1=2A2）。工进时为防止冲击现象，液压缸的回油腔应有背压，参考机械设计手册由于选用有杆腔回油路直接油缸，背压可忽略不计，选此背压为p2=0 MPa 。无杆腔回油路带调速阀的系统，这时参考机械设计手册可选取背压为p2=0.5MPa 。由技术参数可知夹紧缸的最大负载为F1=117600N ，按此计算 由式 式（4-1） 在式（4-1）中 、分别为缸的工作压力、回油路背压、分别为缸的无杆腔工作面积、有杆腔工作面积缸的工作负载液压缸的机械效率，取再根据，得 ，求得夹紧缸无杆腔工作面积锯切缸无杆腔工作面积 由 得，夹紧缸活塞直径锯切缸活塞直径由 得，参考，圆整后取标准数值，得夹紧缸，锯切缸，。 由，求得液压缸两腔的实际有效面积为：夹紧缸两腔的实际有效面积：，锯切缸两腔的实际有效面积：，4.3 计算各工作阶段的工作压力、流量和功率 根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出两液压缸工作过程各阶段的压力、流量和功率，代入计算公式和计算结果列于表4-1、4-2中。并绘出工况图如图4-1所示。表4-1夹紧缸在各阶段的压力、流量和功率值工作循环计算公式负载F进油压力p1回油压力P2所需流量q输入功率PNMPaMPaL/minkW快进P1=q= VP= p1q0057.12夹紧P1=q=AVP= p1q1176008.4036.965.17快退P1= q= VP= p1q01.00.557.120.952表4-2 锯切缸在各阶段的压力、流量和功率值工作循环计算公式负载F进油压力p1回油压力P2所需流量q输入功率PNMPaMPaL/minkW快进P1=q= VP= p1q0016.8慢速进锯P1=q=vP= p1q343004.900.5040.411锯切快退P1=q=VP= p1q010.511.551.93注： 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。a、夹紧缸工况图 b、锯切缸工况图图4-1 5 拟定液压系统原理图5.1 选择基本回路5.1.1 选择调速回路 因这台机床液压系统功率与运动速度，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。5.1.2 选择油源形式 从工况图可以清楚看出，在工作中两个液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。夹紧系统中最大流量与最小流量之比，而在进给系统中最大流量与最小流量之比，在工作前可根据加工需要夹紧和进给最大行程可以随时调节。根据该机床工作原理，则系统两个油缸可用两个泵，为此可选用螺杆泵或齿轮泵作为油源。且两者都能实现系统功能，从要求压力较高、系统效率、经济适用的角度来看，最后确定选用双作用齿轮泵方案。5.1.3 选择快速运动和换向回路考虑系统流量较大，系统中选用电磁换向阀换向回路，控制进油方向选用三位四通电液换向阀，控制液压缸选用三位四通电磁换向阀，如图5-1所示。图5-15.1.4 选择速度换接回路 系统的夹紧缸夹紧时，应保证输出回路的压力恒定，则选用减压阀；系统的进给缸，未锯切前，锯片不能因自重而下降，则选用液控单向阀自锁，又锯切缸的速度调节则选用节流阀来调节，如图5-2所示。图5-25.1.5 选择进油调压回路 在双缸利用两个齿轮泵供油，根据本机床工作原理和工作参数可知两个油缸不是同时进行工作且两个油缸所需要的供油压力不同。需要设置简单的调压，即设置一个溢流阀调节压力。如图5-3所示。图5-35.2 组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如下图5-4所示，系统的动作循环如表5-1。图5-4 1齿轮泵；2. 齿轮泵；3. 溢流阀；4.三位四通电磁阀；5.减压阀 6.压力继电器；7.夹紧缸；8. 三位四通电磁阀；9.单向阀；10.锯片进给缸；11. 二位二通电磁阀；12.节流阀；系统原理说明：齿轮泵1、2的工作压力由溢流阀3确定，坯料夹紧缸7由电磁换向阀4操纵，当阀4的右端接电时，夹紧缸的活塞杆前进，钢坯夹紧，其夹紧力由减压阀5调节，当夹紧力达到某一定值后，压力继电器6即发出信号，使电磁换向阀8的右端及电磁阀11接电，锯片进给缸10带动锯片下降，进行锯切，其进锯速度可由节流阀12进行无级调节。当锯切完毕，电磁阀11断电，换向阀8的左端接电，进给缸带动锯片上升，达到行程终点位置时，换向阀8的左端断电回复中位，锯片停止在上升位置不动；由于单向阀9及电磁阀11已经把缸的回油路切断，锯片装置不会因自重而下滑。当换向阀4的左端接电时，夹紧缸7的活塞杆退回，夹钳松开，当活塞退回到行程终点时，左端断电，阀4回复中位，夹紧缸停止不动。于是完成了一次锯切工作，等待再进行下一次锯切。表5-1 系统的动作循环表1Y2Y3Y4Y5Y压力继电器夹紧缸夹紧-+ -夹紧缸后退+-进给缸进给-+进给缸后退-+-+-6 计算和选择液压件6.1 确定液压泵的规格 由表4-1、4-2可知快速夹紧阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失=510Pa，则液压泵1最高工作压力p= p+ =(10+0.5) =10.5MPa，因此泵的额定压力可取p10.5MPa。泵2与泵1为同型号。 由表4-1、4-2可知，进锯时所需流量最小是0.504L/min，设溢流阀最小溢流量为2.5L/min，则小流量泵的流量应为q2(1.10.504+2.5)L/min=3.054/min，快进时液压缸所需的最大流量是16.8L/min，则泵的总流量为1.116.8L/min=18.18L/min。即大流量泵1的流量q1q- q2=(18.48-3.054)L/min=15.426L/min。 根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用CB型的齿轮泵，该泵额定压10MPa，额定转速1500r/min。6.2 确定电动机功率由表4-1、4-2可知，夹紧油缸工进时输入功率最大，这时液压泵最大工作压力为8.4MPa，若取液压泵总效率p=0.75，由式 式（6-1）式（6-1）中电动机功率， 工作压力，工作流量 ，液压泵总效率。这时液压泵的驱动电动机功率为根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y132M4型电动机，其额定功率为7.5KW，额定转速为1500r/min。6.3 确定其它元件及辅件6.3.1 确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表6-1所列。6.3.2 确定油管各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，由于液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表6-2所列。由表6-2可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据表6-2数值，系统中当油液在压力管中流速取由式计算得各液压缸系统中相连的油管内径分别为由于两根管道内径差别大，则不统一选取。查阅产品样本，选出夹紧缸系统中选用外径、厚度2.6mm的钢管，进给缸系统中选用外径、厚度1.5mm的无缝钢管。6.3.3 确定油箱根据机床工作原理夹紧缸和进给缸不会同时工作，由于进给缸工作流量最大，则计算进给缸的油量。油箱的容量按式估算，其中为经验系数，低压系统，=24；中压系统，=57；高压系统，=612。由式 式（6-2）式（6-2）中 油箱的容量 经验系数最大工作流量现取，得按规定，取标准值。表6-1序号元件名称最大通过流量/Lmin型号1齿轮泵36CB2齿轮泵36CB3溢流阀7235D-100BY4三位四通电磁阀7234D-100BH5减压阀72Q-10B6压力继电器DP-63B8三位四通电磁阀3634D-100BH9单向阀32I-63B11二位二通电磁阀3222D-100BH12节流阀0.5Q-10B表62 各工况实际运动速度、时间和流量参 数快进工进快退夹紧缸输入流量输出流量进给缸输入流量输出流量7 验算液压系统性能7.1 压力损失的验算及泵压力的调整 7.1.1 工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整进锯时管路中的流量仅为0.504L/min，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计，这时进油路上仅考虑调整阀的压力损失p=510Pa，回油路上无压力损失，小流量泵的调整压力应等于工进时液压缸的工作压力p加上进油路压差p，并考虑压力继电器动作需要，则 p=p+ p+510Pa=(5+49+5)10Pa=5910Pa 即小流量泵的溢流阀12应按此压力调整。7.1.2 快退时的压力损失验算及大流量泵卸载压力的调整 因快退时，液压缸无杆腔的回油量是进油量的两倍，其压力损失比快进时要大，因此必须计算快退时的进油吃点与回油路的压力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。 查书籍：快退时进油管和回油管长度均为l=1.8 m，油管直径d=2510m，通过的流量为进油路q=57.12L/min，回油路q=57.12L/min。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为15C，由手册查出此时油的动力粘度=1.5st=1.5cm/s，油的密度=900kg/m，液压系统元件采用集成块式的配置形式。a、 确定油流的流动状态 经单位换算为Re=式中 平均流速（m/s）； d油管内径（m）； 油的动力粘度（cm/s）q通过的流量（m/s）则进油路中的液流的雷诺数为Re=4922320回油路中液流的雷诺数为Re=4922320由上可知，进回油路中的流动都是层流。b、 沿程压力损失 可算出进油路和回油路的压力损失。在进油路上，流速 则压力损失为=Pa0.1510Pa在回油路上，流速为进油路流速的两倍即=3.88m/s，则压力损失为=0.6310Pac、 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按式计算，结果列于表7-1中。表7-1元件名称额定流量q/Lmin实际通过的流量q/Lmin额定压力损失p/(10Pa)实际压力损失p/(10Pa)单向阀9633641.31三位四通电磁阀410036/7260.78/3.1