上料机的液压系统设计说明书(详细).docx

上料机的液压系统设计湖南文理学院芙蓉学院本科生毕业设计题 目： 上料机的液压系统设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 完成时间： 目 录摘要4第一章 绪论11.1.背景介绍51.2.液压技术现状和发展趋势21.3.研究目的、要求、内容2第二章 上料机的液压系统设计42.1.系统的设计要求52.2.负载分析52.3.负载图与速度图52.4.液压缸的主要参数确定52.5.液压系统原理图的拟定52.6.液压元件的选用15第三章 液压缸的设计431.液压缸的介绍532.液压缸的主要尺寸的确定53.2.1液压缸工作压力的确定63.2.2液压缸内径D和活塞杆直径d的确定63.2.3液压缸壁厚和外径的计算63.2.4液压缸工作行程的确定63.2.5缸盖厚度的确定63.2.6最小导向长度的确定63.2.7活塞杆稳定的计算63.2.8液压缸进出油口尺寸的计算63.2.9液压缸缸体长度的确定63.3.液压缸结构的设计53.3.1 缸体与缸盖的连接形式63.3.2 活塞杆与活塞的连接结构63.3.3 活塞杆导向部分的结构63.3.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用63.3.5 液压缸的缓冲装置63.3.6 液压缸的排气装置63.3.7 液压缸的安装连接结构63.4.液压缸零件的技术要求53.4.1 活塞杆63.4.2 缸体63.4.3 活塞6第四章 油箱的设计44. 1.油箱容量的计算542.油箱的设计54.2.1 油箱体的结构设计64.2.2油箱附件的安装64.2.3油箱的清洁控制64.2.4 油箱的防锈6第五章 液压系统的性能验算45. 1.压力损失及调定压力的确定55.1.1 沿程压力损失65.1.2 局部压力损失65.1.3 总压力损失65. 2.系统的发热与温升5第六章 结论4参考文献4致谢4摘要第一章 绪论1.1 背景介绍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。液压传动和控制由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展,使液压系统和元件在技术水平上有很大提高.液压传动将向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展. 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。1.2液压技术现状和发展趋势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30年来，我国液压行业企业从30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 取得显著成就。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、启闭机液压系统秦皇岛码头二三期工程、宝钢、鞍钢等。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著提高（2）发展机电一体化元件和系统。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元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。（5）应用现代控制技术，提高电液压自动控制系统的性能1.3研究目的、要求、内容按液压上料机的工况需求，设计其液压传动系统，并进行系统的结构与装置的设计。要求：1、熟悉零件设计与工程制图、机械原理。 2、熟悉液压元件及液压系统的设计计算。本课题进行过程中能使学生在调查研究、查阅文献和收集资料的能力；理论分析的能力；制定设计或实验方案的能力；设计、计算和绘图的能力；写论文和说明书的能力等方面得到综合训练。本次设计的主要内容包括：1 ）液压回路的设计2 ）油箱的设计3 ）液压缸的设计4 ）总体结构的设计第二章 上料机的液压系统设计2.1系统的设计要求设计一台上料机液压系统，要求驱动它的液压传动系统完成快速上升慢速上升停留快速下降的工作循环。其结构示意图如图1所示。其垂直上升工作的重力为5000N，滑台的重量为1000N，快速上升的行程为350mm，其最小速度为;慢速上升行程为100mm，其最小速度为8mm/s；快速下降行程为450mm，速度要求。滑台采用V型导轨，其导轨面的夹角为，滑台与导轨的最大间隙为2mm，启动加速与减速时间均为0.5s，液压缸的机械效率（考虑密封阻力）为0.91。上料机示意图如下：图1 上料机的结构示意图2.2负载分析1.工作负载2.摩擦负载 由于工件为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和机构尺寸求得=120N,取fs=0.2 fd=0.1 ，则有3.静摩擦负载4.动摩擦负载5.惯性负载加速减速制动反向加速反向制动Fa5=Fa4=67.28N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。则液压缸各阶段中的负载如表1所示（）表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F=Ffs+FL6033.946630.70加 速6072.026672.55快 上6016.976612.05减 速5971.716562.32慢 上6016.976612.05制 动6007.186601.30反向加速84.2592.58快 下F=Ffd16.9718.65制 动-50.31-55.292.3 负载图和速度图的绘制按照前面的负载分析结果及已知的速度要求 行程限制等，绘制出负载图及速度图如图2所示。 F/N 6672.55 6612.05 6630.70 18.65 92.58 0 -55.29 350 450s/mm 45 8 0 350 450 s/mm 55图2 液压缸的负载图及速度图2.4 液压缸主要参数的确定1初选液压缸的工作压力液压缸的工作压力可以根据负载图中的最大负载来选取，也可以根据主机的类型来选择负载F/N50000工作压力p/（MPa）5.07.0按最大负载选取液压缸的压力设备类型机床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械、起重运输机磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力p/（MPa）0.82.0352881010162032按最大负载选取液压缸的压力 根据分析此设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选液压缸的工作压力为2.0MPa。2计算液压缸的尺寸按标准取:D=63mm 根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：按标准取:d=25mm。 则液压缸的有效作用面积为： 无杆腔面积 有杆腔面积 3活塞杆稳定性校核因为活塞杆总行程为450mm，而活塞杆直径为25mm，ld=45025=1810,需进行稳定性校核，由材料力学中的有关公式，根据该液压缸一端支承一端铰接取末端系数蠁2=2，活塞杆材料用普通碳钢则：材料强度实验值，系数，柔性系数蠁1=85， rk=6.25，因为 ，所以有其临界载荷Fk 取其安全系数nk=4时Fknk=197413.154N=49353.29N6672.55N 所以，满足稳定性条件。1. 求液压缸的最大流量2. 绘制工况图 工作循环中各个工作阶段的液压缸压力、流量和功率如表2所示。表2 液压缸各工作阶段的压力流量和功率工 况压力流量功率快 上1.938.42270.84慢 上1.931.5048.25快 下0.00658.670.94由表2可绘制出液压缸的工况图，如图3所示图3 液压缸的工况图2.5 液压系统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：(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方式显然是不适合的，宜选用双联式定量叶片泵作为油源。(2) 调速回路 由工况可知可知，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。(3) 速度换接回路 由于快上和满上之间速度需要换接，但对换接到位置要求不高，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。(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，特在液压缸的下腔(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，设置了一单向背压阀。 本液压系统的换向采用三位四通Y型中位机能的电磁换向阀，下图为拟定的液压系统原理图。1:油箱 2：过滤器 3：泵 4：溢流阀 5:单向阀 6：三位四通电磁换向阀7：液压换向阀 8:单向顺序阀 9：液压缸 10：单向节流阀 11：二位二通换向阀2.6 液压元件的选用1. 确定液压泵的型号及电动机功率液压缸在整个工作循环中最大工作压力为1.93Mpa，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Pp=P+危螖P=1.93+0.4Mpa=2.33Mpa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qp=1.1脳8.67=9.537 L/min，由于溢流阀最小稳定流量为，而工进时液压缸所需流量为1.5L/min，所以。高压泵的输出流量不得少于4.5L/min。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，其额定压力为6.3Mpa，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（2.33Mpa）和输出流量（当电动机转速为910r/min）求出 查电动机产品目录，拟定选用电动机的型号为Y90S-6,功率为750W，额定转速为910r/min。2. 选择阀类元件及辅助元件根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，可选出这些元件的型号及规格如下序 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9.75YB1-6.3/6.33单向阀4.875I-10B4外控顺序阀4.875XY-B10B5溢流阀3.375PB-10B6三位四通电磁换向阀9.757单向顺序阀11.57XI-B10B8液控单向阀11.57IY-25B9二位二通电磁换向阀8.2110单向调速阀9.75QI-10B11压力表Y100T12压力表开关K-3B13电动机Y90S-6油管：油管内径一般可参照所接元件接口尺寸确定，也可按管路中允许流速计算。在本题中采用内径为8mm，外径为10mm的紫铜管邮箱：邮箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积 V=(57)qp,即V=70L3.单向阀 I-10B液压元件产品样本 上海立新液压件厂 P150 技术规格：型号重量（）压力（/）压力损失（/）接口尺寸（mm）I-10B0.56328外形尺寸P151 4. 外控顺序阀 XY-B10B液压元件产品样本 上海立新液压件厂 P30 技术规格：型号重量（）压力（/）接口尺寸（mm）阀径（mm）XY-B10B1.5325812外形尺寸构P315.溢流阀 PB-10B液压元件产品样本 上海立新液压件厂 P9技术规格：型号重量（）压力（/）接口尺寸（mm）阀径（mm）PB-10B1.5325812外形尺寸P106 三位四通电磁换向阀 34D1-10B P80型号重量（）压力（/）压力损失（/）泄漏（ml /min）接口尺寸（mm）3.5632.52.58外形尺寸P877 单向顺序阀 XI-B10B P25技术规格：型 号重量（）压力（/）接口尺寸（mm）阀径（mm）XI-B10B1.5325812外形尺寸P268液控单向阀 IY-25B P153技术规格：型 号重量（）压力（/）压力损失（/）控制压力（/）接口尺寸（mm）IY-25B2.2632约小于主压力30%12外形尺寸P1549 二位二通电磁换向阀 22D1-10B P67技术规格：型 号压力（/）压力损失（/）泄漏（ml /min）接口尺寸（mm）阀径（mm）63115812外形尺寸P6810单向调速阀 QI-10B P52技术规格：型 号工作压力（/）经节流阀压力损失（/）经单向阀压力损失（/）接口尺寸（mm）QI-10B563328外形尺寸 P5310 压力表Y100T Y 弹簧压力表 100 压力表直径mm T 径向有边11压力表开关 K-3B12电动机 Y90S-6 Y90S-6 额定功率转速电流效率功率因数转动惯量质量0.75 kw910r/min2.25A72.50.700.02923kg机械设计通用手册 张展阀座阀杆孔dcDStM166811146719.625.491134313917222310133448598.5112328注：1d M 16 的排气阀标记：排气阀M 162零件材料：阀座25 钢，阀杆3Cr18 不锈钢3阀杆锥头部分热处理硬度H R C38 444阀座孔的尺寸d3 及深度t 所指的部位见图2 6b液压系统由于长期停止工作，会有空气渗入。油中混有空气，便使得液压缸在重新工作时产生爬行、噪音和发热等不利现象。为防止这些不正常现象的产生，一般在液压缸的最高位置设置排气阀。3.3.7液压缸的安装连接结构液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸进出油口的连接等。（1） 液压缸的安装形式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、轴销和耳环安装等参考液压系统设计简明手册杨培元、朱福元 主编的表2-13液压缸安装方式选取液压缸安装的方式为（ ）（2） 液压缸进、出油口形式及大小的确定液压缸的进、出油口，可布置在端盖或缸体上。对于活塞杆固定的液压缸，进、出油口可设在活塞杆端部。如果液压缸无专用的排气装置，进、出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。进、出油口的形式一般选用螺孔或法兰连接。现列出压力小于16 M Pa 小型系列单杆液压缸螺孔连接油口安装尺寸（见表2 14）。表 单杆液压杆油口安装尺寸（ISO8138）缸体内径D进、出油口缸体内径进、出油口25M141.580M27232M141.5100M27240M181.5125M27250M221.5160M33263M221.5200M422故根据计算 所以去进出油口安装尺寸为：M221.53.4 液压缸零件的技术要求3.4.1 活塞杆（1） 实心活塞杆材料为35 45钢；空心活塞杆材料为35 45 钢的无缝钢管。在这次液压缸的设计中选用45钢，做实心活塞杆。（2） 主要表面粗糙度活塞杆外圆柱面粗糙度Ra为0.40.8um。（1） 活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为229285HB，必要时，再经高频淬火，硬度达4555HRC。（2） 活塞杆d和d2的圆度公差值，按9 10 11级精度选用；活塞杆d的圆柱度公差值，应按8级精度选用。（3） 外径表面直线度在500长度上不大于0.03mm。（4） 端面T的垂直度公差值，则应按7级精度选用。（5） 活塞杆与导向套采用H8/f7配合，与活塞的连接可采用H8/h8配合。（6） 活塞杆上的螺纹一般按6级精度加工；如载荷较小，机械震动也较小时，也允许按7 ，8级精度制造。（7） 活塞杆上下表面必要时可以镀铬，镀层厚度约为0.05mm，镀后抛光。3.4.2 缸体（1） 缸体的材料 液压缸缸体的常用材料为20，35，45号无缝钢管。因20号钢的力学性能略低，且不能调质，应用较少。当缸筒与缸底，缸头，管接头或耳轴等件焊接时，应采用焊接性能好的35号钢，粗加工后调质。一般情况下均采用45号钢，并应调质到241285HB。缸体毛坯也采用锻钢，铸钢或铸铁件。铸钢一般采用ZG25 ZG35 和ZG45等。铸铁可采用HT200HT350之间的几个牌号或球墨铸铁QT500-05 QT600-02等。(2) 主要表面粗糙度当活塞采用橡胶密封圈密封时，液压缸内圆柱表面粗糙度Ra为0.1-0.4um，当活塞采用活塞环密封时，液压缸内圆柱表面粗糙度Ra为0.2-0.4um。(3)技术要求内径用H8-H9的配合。缸体内径D的圆度公差值可按9 10 11级精度选用，圆柱度公差值可按8级精度选用。缸体端面T的垂直度公差值按7级精度选用。内表面母线直线度在500mm长度上不大于0.03mm。缸体与端盖采用螺纹连接时，螺纹采用6H级精度。为防止腐蚀和提高寿命，内径表面可镀0.03-0.04mm厚的硬铬，镀后在进行抛光，缸体外图耐蚀油漆。 4.4.3 活塞(1) 活塞的材料 缸径较小的整体式活塞一般用35、45缸；其他常用耐磨铸铁、 灰铸铁HT300 HT350 、钢（有的在外径上套上尼龙66、尼龙1010等）以及铝合金等。 1. 活塞外圆柱表面粗糙度Ra为0.8-1.6um。2. 技术要求 外径D的圆度 圆柱度公差值，按9,10或11级精度选取。 外径D对内径D1的径向跳动公差值，按7 8级精度选取。 端面T对内径D1轴线的垂直度公差值，应按7级精度选取。 活塞外径用橡胶密封时可取f7-f9配合，内孔与活塞的配合可取H8。第四章 油箱的设计4.1 油箱容量的计算油箱的设计要点有：（1） 油箱必须有足够大的容积，一方面尽可能满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所以工作介质，而工作时又能保持适当的液位。（2）吸油管和回油管之间的距离要尽可能远，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀物的效果。隔板高度为液面高度的2/33/4。（3）吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的三倍。吸油管可以安装过滤器，但在本系统中有压力油过滤器和回油过滤器，在此并未安装。回油管口要斜切45角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。（4） 为了保持油液的清洁，油箱应由周边密封的盖板，盖板上装有空气滤清器，注油及通气一般都由空气滤清器完成；为便于放油和清理，箱底要有一定斜度，并在最低处设置放油阀，对于不易开启的油箱，设置清洗孔，以便油箱内部的清理。（5） 油箱底部应距地面150mm以上，以便于搬运、放油和散热，在油箱的适当位置要设置吊耳，以便吊运。（6） 油箱表面防腐。油箱的有效容量通常为液压泵每分钟排出体积额定值的37倍。对于行走机械，冷却效果比较好的设备可选小些；对于固定设备，空间不受限制的设备，则应采用较大的容量。有前面的计算可知道本系统油箱的容积为V=70L。本系统采用开式油箱，形状采用矩形，已知集成块的大小，为了便于在油箱上安装集成块等其他元件，油箱的外形尺寸为500420400。4.2 油箱的设计4.2.1 油箱体的结构设计油箱体一般由A3钢板焊接而成，钢板厚度为36mm，大者取大值。油箱分为固定式和移动式两种，本系统采用固定式。为防止其发生变形，油箱的骨架有标准的角钢焊接而成。为使进油口与回油口应尽可能远。中间焊接隔板来增加油液的行程，隔板底部切割45的三角形孔，便于清洗油箱时两侧的油液沉淀物流至放油口排出。为了便于油液排放，底板有一定斜度，选用底面斜度1：40。为了便于油箱的吊运，使油箱高于地面150200mm，可加长两侧钢板的长度弯曲折成支架，并增加加固板作为油箱的底座。在底座部分可以切出80的圆孔作为吊耳以方便油箱的吊运。4.2.2油箱附件的安装在油箱上安装有进油管路、集成块、回油滤油器、空气滤清器等零部件，故油箱上应该有安装上述部件的安装法兰或安装螺纹孔。法兰可选用标准件，也可以根据实际情况自行加工，安装法兰选用45号钢，并进行调质，以焊接的方式安装在油箱上。本系统所用的法兰全部根据实际情况加工。（1） 进油口连接法兰吸油管路的安装法根据吸油管路的直径及固定用螺栓大小可根据情况改变，其安装位置为.将法兰焊接在油箱箱体上，法兰采用涂胶密封的方法来密封。（2） 回油滤油器连接法兰 为使进油口和回油口尽可能远，所以将回油滤油器安装在油箱的左上侧，回油滤油器与油箱间需要法兰进行连接。法兰焊接在油箱上，法兰上有螺纹口，可以将回油滤油器固定在上面。回油过滤器下半部分伸入油箱，工作时滤油器下半部分浸入油液之中。（3） 人孔法兰为了方便油箱的清洗、维修，在油箱的侧面安装人孔盖，由于油箱中间安装了隔板，故在油箱上安装两个人孔盖，以便人能进入油箱内隔板的两侧。其大小尽可能大。人孔采用涂胶密封的方式防止油液泄漏。（4） 空气滤清器法兰空气滤清器孔有两个作用，一是安装空气滤清器，另外是作注油口。根据相对应的空气滤清器的型号攻螺纹，然后焊接在油箱的相应位置。（5） 集成块支架为了便于系统更加紧凑，可以将集成块放在油箱上面，但是由于本系统中所涉及的集成块太多，使用两个支架在空间上形成两层，所以在油箱上焊有八块铁条以供焊接集成块支架，为了便于适应实际的工作环境，所以铁条的实际长度和宽度大于所需，以便将支架焊接在合适的位置。4.2.3油箱的清洁控制为了防止液压油被污染液油箱应制成完全密封的，在结构上和安装时应注意以下几点：（1） 不要将配管简单的插入油箱，这样杂质和水分等便会从其周围的间隙侵入。同时应尽量避免将液压泵及马达直接装在油箱的顶部，这样减少了振动对油箱的破坏影响。（2） 在接合面上需安装密封填料、密封圈和密封垫圈等，以保证可靠的气密性。（3） 为保证液压油箱通大气并净化进入油箱内的空气，须配备空气滤清器。空气滤清器常设计成既能过滤空气，又能过滤向油箱内添加的液压油的结构。（4） 装配前，油箱内壁必须清洗干净。可利用确经试验成功的，适合于清洗液压系统的清洁剂。擦洗油箱内壁时，不可用棉纱或棉质纤维布料，可用白绸布或吸油泡沫海棉，轻轻按擦，当擦干后还见有小污垢，可用浸有石油醚或湿面粉团轻轻按吸，直到目视在白绸布或湿棉团上无污物为止。凡要装入油箱内壁的零部件、部件必须清洗干净。油箱内腔的零、部件装配完毕后，必须立即加盖。4.2.4 油箱的防锈油箱内壁表面须用酸洗磷化法清洗、除锈或用喷丸处理除锈。油箱内壁表面应涂耐油的涂料，如锌粉、过滤乙烯涂料、R0-1耐油涂料，或确经试验成功的其他耐油涂料。油箱在装配前，内壁涂料必须确认牢固，外壁可先涂一层底漆，待装配完再涂一层底漆和二层面漆。第五章 液压系统的性能验算5.1 压力损失及调定压力的确定 根据计算慢上时管道内的油液流动速度约0.50m/s,通过的流量为,数值较小，主要压力损失为调速阀两端的压降；此时功率损失最大；而在快下时滑台及活塞组件的重量由背压阀所平衡，系统工作压力很低，所以不必验算，因而必须以快进位依据来计算卸荷和溢流阀的调定压力，由于供油流量的变化，其快上时液压缸的速度为此时油液在进油液在进油管的流速为 5.1.