液压课程设计指导书.doc

A液压与气压传动课程设计指导书 沈阳大学 2010年17目 录一、液压传动课程设计的目的和任务1（一）目的1（二）要求1二、液压系统设计计算步骤指导2（一）明确设计要求进行工况分析2（二）拟定液压系统原理图，绘制电磁铁动作顺序表5（三）计算和选择液压元件5附录16参考书目18 液压与气压传动课程设计指导书一、液压传动课程设计的目的和任务（一）目的液压传动课程设计是本课程的一个综合实践教学环节。通过该教学环节，要求达到以下四个目的：1巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤;2能正确和合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路组合成满足基本性能要求的、高效率的液压系统；3熟悉并会用有关的国家标准、设计手册和产品样本等技术资料。4应用CAD绘制液压原理图和液压缸装配图。（二）要求1设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、安全性、先进性及操作维修方便。如果可以用比较简单的回路实现系统要求，就不必过份强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单纯考虑简单、经济；2独立完成作业。设计时可以收集、参考同类液压资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭；3在课程设计中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路极典型系统的组成。积极思考。二、液压系统设计计算步骤指导明确液压系统的设计要求液压系统设计与整机设计是紧密联系的，设计步骤的一般流程如图： 否否 液 压 CAD是否符合要求？绘制工作图，编制技术文件是否通过？ 验标液压系统性能 选择液压元件 拟定液压系统原理图 确定执行元件主要参数执行元件运动与负载分析是 结 束是上述步骤的各阶段工作内容，有时需要穿插进行，对某些比较复杂的液压系统，需经过多次反复比较，才能最后确定。（一）明确设计要求进行工况分析1明确设计任务要求明确设计任务要求就是明确液压系统设计的依据。2进行工况分析进行工况分析即进行运动分析和负载分析。首先作速度位移曲线。其目的是为了找出最大速度点。画负载位移曲线画负载位移曲线的目的是找出最大负载点。液压缸在各阶段受的负载需要计算，为了简单明了起见，可列出表格（见表1）表1 工作循环计算公式工况计算公式缸的负载F缸的推力F/CM启动加速快进工进快退注CM缸的机械效率 取CM=0.9在负载位移曲线中，负载变化时都有过渡过程，一般比较复杂，画曲线时只要光滑连接即可。例如工作台从启动到加速阶段，静摩擦力比较大；运动后动摩擦力及惯性力较小，这两段负载之间要光滑连接。另外，从快进到工进，工作台要减速，在这段行程中缸的负载是减小的。这一阶段持续多久，不好确定。因为它并不影响最大负载点，在画曲线时就不必画出。确定液压缸尺寸确定液压缸尺寸前应参照教材选择液压缸类型；根据机器的速度要求，确定d/D的比值；根据表2选取液压缸工作压力。 表2 液压设备常用的工作压力 （单位MPa）设备类型机 床农业、工程机械液压机、重型机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力0.82.0352881010162032计算活塞的有效面积 式中 F缸的负载 P1,P2液压缸两腔压力；A1 A2液压缸两腔的面积液压缸的机械效率表3 常用液压缸中的背压力系统类型背压力回油路上有节流阀的调速系统（0.20.5）MPa回油路上有背压阀的进给系统（0.51.5）MPa采用辅助泵补油的闭式回路（11.5）MPa计算出油缸面积A1后，再按最低速度要求来验算。液压缸的面积应满足下式：A式中 A与流量阀连接腔的活塞有效面积；qmin流量阀的最小稳定流量。按0.05L/min计算。Vmin机器要求的最小稳定速度。如计算结果不能满足A的要求则液压缸有效工作面积应按满足最低速度要求的公式A来选取。经计算的液压缸和活塞杆直径必须按标准直径（表4、表5）来圆整。表4 液压缸内径尺寸系列（GB2348-80）81012162025324050638090100110125140160180200220250320400500630表5 活塞杆外径系列（GB2348-80）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400 绘制液压缸工况图绘制工况图的目的是为了方便地找出最大压力点、最大流量点和最大功率点，作为合理选用液压元件的依据。另外，对拟定液压系统土也有指导意义。当工况比较复杂时可先列表，再画工况图；工况比较简单时则可直接画工况图。根据标6可绘制出液压缸工况图，即压力循环（p-s）图、流量循环（q-s）图及功率循环（P-S）图.表6 各阶段压力、流量和功率值工况负载液压缸计算公式回油腔压力输入流量进油腔压力输入功率快进启动P=p1q加速p2=p1+p(p=5)匀速工进 P=p1q快退启动 P=p1q加速匀速（二）拟定液压系统原理图，绘制电磁铁动作顺序表执行元件的类型在工况分析时就已经确定，拟定液压系统图就只包含两项内容；一是根据工况分析选择出合理的液压基本回路；二是将这些回路组成完整的液压系统。选择液压基本回路，最主要的就是确定调速回路。已学过的三种调速回路：节流调速回路，调速范围广，低速稳定性好，结构简单，成本低，但效率低；容积调速回路，效率高，但低速稳定性差；容积节流体调速，具有较高的效率和较好低速稳定性，但成本高。根据工况图来选择调速回路：如果最大功率较小，系统对控制发热要求不高，则可采用节流调速；如果执行元件功率较大，对调速范围及低速稳定性没有什么要求，故采用容积调速。调速方案的选择还可以用类比的方法，参考同类型机器的调速回路。调速回路一经确定，许多因素，如动作循环、油源结构就同时确定下来了。再根据各项要求，设计其他基本回路。设计完这些回路后，将它们归并合成一个完整的液压系统。在归并的过程中要注意：1尽可能多地将相同元件归并掉，在保证动作要求的前提下，结构尽可能简单；2在完成整个动作要求时，各元件相互不能干扰；3尽可能使系统经济合理，性能好；4保证系统使用时安全可靠，调整方法便；5尽可能选用标准液压元件。整个系统设计完成后，要列出电磁铁动作循环表和标准液压元件序号。没有电磁铁系统，也要列表说明动作顺序。有的设计题目没有调速回路，而以换向回路为主。设计换向回路时要注意抓阀的功能和动作要求。注：液压系统图除在设计说明书中附图外，还应提交一份2号图纸。（三）计算和选择液压元件1.计算油泵的工作压力psps=p+p式中 p液压缸或马达最大工作压力 ps液压泵的工作压力液压泵到液压缸或马达前腔的压力损失之和。根据经验资料：一般节流调速和管路简单的系统取p=(0.20.5) MPa进油路有调速阀及管路复杂的系统p=(0.51.5) MPa2计算泵的流量 qpK(q)max式中 qp液压泵的流量； K考虑到系统泄漏等情况的保险系数，一般取k=1.11.3；(q)max同时工作的液压缸或液压马达所需流量之和的最大值，可在流量循环图上找到。对于节流调速系统，如采用双泵供油，除了确定泵的总流量外，还要分别确定大泵和小泵的流量。小泵的流量是根据工作进给时缸所需最大流量q工确定的。由于工进时溢流阀是打开的，溢流阀的最小稳定流量为3L/min,所以小泵的流量应为q工+3L/min,大泵的流量等于泵的总流量qp减去小泵的流量。注意，qpK(q)max是单泵同时供给多个液压缸所用的流量公式。当单泵供给单个液压缸，并且该缸为差动连接时，泵的流量计算公式为：qpK(A1-A2)Vmax式中各符号同前。3选择液压泵的规格参照手册或产品样本选择额定压力比 ps高出2560%，流量与计算结果一致的泵。为了便于选择泵，将几种液压泵的规格、型号列表如下。（1）高压齿轮泵表7 高压齿轮泵（2）叶片泵与叶片马达表8 叶片泵与叶片马达产品概览表（3）YB1型叶片泵表9 YB1型叶片泵技术参数（4）计算功率，选择原动机如果液压系统应用在车辆中，原动机一般就是汽车发动机，不必再选原动机了。而在液压系统中，一般按下式计算电机功率。 式中 P原动机功率 (ps qp)max-泵的压力和流量乘积的最大值 p-泵的总效率应注意泵的最高功率点不一定在液压缸工况图中最高功率点上。对于功率利用比较合理的系统，如双泵系统、容积调速系统等，泵最高功率点和缸最高功率点一致；对于功率利用不好的系统如定量泵节流调速系统，泵的最高功率点和缸工况图中最高功率点不从合。这时泵的最高功率点一定在工进时，故计算公式中ps应为工进时的工作压力，而qp则为定量泵的实际输出流量。Y系列电动机的技术数据见下表表10 Y系列电动机的技术数据电机型号额定功率（KW）满载转速（r.p.m）启动转矩/额定转矩（KW）同步转速1000 r.p.mY90S-60.7528252.0Y90L-61.12850Y100L-61.52840Y112M-62.22840Y132S-63.02880Y132M1-64.02890Y132M2-65.52900Y160M-67.52900同步转速1500 r.p.mY90L-40.7528252.2Y100L1-41.12850Y100L2-41.52840Y112M-42.22840Y132S-43.02880Y132M-44.02890Y160M-45.52900Y160L-47.529004选择控制阀根据系统最高压力和通过该阀的实际流量，从标元件产品样本或手册中选取相应规格的控制阀。流量阀则按系统中流量调节范围来选取，选取流量阀时要注意，其最小稳定流量应满足机器的性能要求。所选元件的额定压力和流量尽量与计算值相近，必要时，允许通过元件的最大实际流量超过与元件额定流量的20%，同过元件的实际流量不一定就是泵的流量。当几个元件并联，并同时工作时，通过各元件的流量就比泵的流量小；而当差动连接或单杆缸快退时，通过换向阀的流量就比泵的流量大。几种常用液压阀的规格型号见下表。压力控制阀 （1）溢流阀1）型号 2）技术参数表11表11 溢流阀技术参数（2）减压阀1）型号 2）技术参数表12表12 减压阀、单向减压阀技术参数（3）顺序阀、单向顺序阀1）型号 2） 技术参数表13表13 顺序阀、单向顺序阀技术参数流量阀（1）节流阀与单向节流阀1）型号2） 技术参数表14表14 节流阀与单向节流阀技术参数（2）调速阀1）型号2） 技术参数表15表15 调速阀技术参数（3）单向阀1）型号2） 技术参数表16 表16 单向阀技术参数（4）液控单向阀1）型号2） 技术参数表17表17 液控单向阀技术参数（5）电磁换向阀1）型号2） 技术参数表18表18 电磁换向阀技术参数5选择液压辅助元件滤油器、管接头等按教材液压辅助元件原则选取。管道尺寸由选定的标准元件接口尺寸确定。油箱的容积根据不同压力选用，其推荐数值如下:低压系统p2.5MPa, V=(24)qp中压系统p6.3MPa, V=(57)qp中高压系统p6.3MPa, V=(612)qp式中 V油箱容积qp泵的额定流量。实际上，中压以上系统都有散热器，油箱容积可适当减小。附录根据教学大纲要求，每名学生选择一个课程设计题目，并按设计题目要求完成课程设计。设计时间安排见下表 ： 课程设计时间安排表序号工 作 内 容时间（天）1布置设计任务，借资料。 0.52熟悉设计要求及步骤、程序 0.53工况分析，确定液压缸参数、工况图 14拟定液压系统原理图，选择液压元件 15编制设计说明书，绘液压系统图 26小 计 5参考书目1. 徐福玲.液压与气压传动.北京；机械工业出版社,2008年，2. 左健民.液压与气压传动.北京；机械工业出版社,2007年，3.雷天觉.液压工程手册.北京