液压与气压传动的课程设计.doc

湖北文理学院液压与气压传动课程设计 题 目： 专用钻床的液压系统 学 院：机械与汽车工程学院 专 业： 汽车服务工程 学 号： 2010108116 姓 名： 颜玉楠 指导教师： 邬国秀 液压与气压设计任务书：一、设计的目的和要求：设计的目的 液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的： 1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力； 2.正确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液压系统； 3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。设计的要求1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。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，不能单独考虑简单、经济；2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭；3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。不能直接向老师索取答案。4.液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。具体题目由指导老师分配，题目附后；5.液压传动课程设计一般要求学生完成以下工作：设计计算说明书一份； 液压传动系统原理图一张（3号图纸，包括工作循环图和电磁铁动作顺序表）。二、设计的内容及步骤设计内容1. 液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图；2. 进行方案设计和拟定液压系统原理图；3. 计算和选择液压元件；4. 验算液压系统性能；设计步骤 以一般常规设计为例，课程设计可分为以下几个阶段进行。 1.明确设计要求阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目，了解原始数据和工作条件。参阅本书有关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。2.进行工况分析做速度-位移曲线，以便找出最大速度点；做负载-位移曲线，以便找出最大负载点。液压缸在各阶段所受的负载需要计算，为简单明了起见，可列表计算；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的类型，根据设备的速度要求确定d/D的比值、选取液压缸的工作压力，然后计算活塞的有效面积，经计算确定的液压缸和活塞杆直径必须按照直径标准系列进行圆整。计算时应注意考虑液压缸的背压力，背压力可参考下表选取。系 统 类 型背 压 力（MPa）回路上有节流阀的调速系统0.20.5回路上有背压阀或调速阀的进给系统0.51.5采用辅助泵补油的闭式回路（拉床、龙门刨等）11.5绘制液压缸工况图液压缸工况图包括压力循环图（p-s）、流量循环图（q-s）和功率循环图（P-s），绘制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。计算过程可列表计算。各阶段压力、流量和功率值工 况负载F（N）液 压 缸计 算 公 式回油腔压力流入流量进油腔压力输入功率快进（差动）启动加速恒速工 进快退启动加速恒速3.进行方案设计和拟定液压系统原理图方案设计包括供油方式、调速回路、速度换接控制方式、系统安全可靠性（平衡、锁紧）及节约能量等性能的方案比较，根据工况分析选择出合理的基本回路，并将这些回路组合成液压系统，初步拟定液压系统原理图。选择液压基本回路，最主要的就是确定调速回路。应考虑回路的调速范围、低速稳定性、效率等问题，同时尽量做到结构简单、成本低。4.计算和选择液压组件计算液压泵的工作压力计算液压泵的流量选择液压泵的规格计算功率，选择原动机选择控制阀选择液压辅助元件5.验算液压系统性能验算液压系统的效率验算液压系统的温升6.绘制正式工作图，编制课程设计计算说明书液压传动系统原理图一张（3号图纸，包括工作循环图和电磁铁动作顺序表）整理课程设计计算说明书液压系统原理图的标题栏如下所示：图 名比 例图 号件 数设 计日 期重 量共 张第 张指 导日 期襄 樊 学 院审 核日 期三、进度安排按教学计划安排，液压传动课程设计总学时数为1周，其进度及时间大致分配如下：序号设 计 内 容天数（约占比例）1设计准备0.5（约占10%）2液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图0.5（约占10%）3进行方案设计和拟定液压系统原理图1.5（约占30%）4计算和选择液压组件1（约占20%）5验算液压系统性能0.5（约占10%）6绘制正式工作图，编制课程设计说明书0.5（约占10%）7设计总结0.5（约占10%）总计5 参考文献1左健民.液压与气压传动.第2版.北京：机械工业出版社，2004.2章宏甲.液压与气压传动.第2版.北京：机械工业出版社，2001.3许福玲. 液压与气压传动. 武汉：华中科技大学出版社，2001.4液压系统设计简明手册.北京：机械工业出版社，2000.设计题目： 18、试设计一专用钻床的液压系统，要求完成”快进-工作-快退-停止（卸荷）”的工作循环已知：切削阻力为13412N，运动部件自重为5390N，快进行程为300mm，工进行程为100mm，快进，快退运动速度为4.5m/min,工进速度为60-1000mm/min，加速和减速时间为t=0.2sec,机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=0.2,Fd=0.1目录：一液压与气压传动设计任务书.1 1.设计题目和目的.1 2.设计步骤和内容.1二运动分析和负载分析.2 1.运动分析.2 2.负载分析.2 3.负载图与速度图的绘制.3三确定液压缸的主要参数.5 1.初选液压缸的工作压力.5 2.确定液压缸尺寸.5 3.计算液压缸的最大流量.5 4.绘制工况图.5四拟定液压系统图.7五液压元件的选择.8 1.液压泵及驱动电机功率的确定.8 2.元件、辅件选择.9六液压系统的性能验算.11 1.压力损失及调定压力的确定.11 2.系统的发热与温升.13七设计小结.13八参考文献.15运动分析和负载分析1. 运动分析 动作循环图2. 负载分析(1)工作负载 工作负载与设备的工作情况有关，在机床上，与运动方向同轴的切削力的分量是工作负载。（2） 摩擦负载摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的 摩擦力，它与支撑面的形状，放置情况，润滑条件以及运动状态有关。静摩擦负载与 动摩擦负载 分别是如下： （3） 惯性负载 惯性负载是运动部件的速度变化，是由惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算。加速 Fa1 = m=(5390/9.81)(0.075/0.2)=206.04N 减速 Fa2 = m=(5390/9.81)(0.074/0.2)=203.29N制动 Fa3 = ma3 =(5390/9.81)(0.001/0.2)=2.75N反向加速 Fa4 = Fa1 = 206.04N反向制动 Fa5 = Fa4 =206.04N液压缸的机械效率取 m=0.85三 负载图与速度图的绘制： 液压缸各阶段的负载工况计算公式总负载 F/N缸推力 F/N启动1449017047.1加速1415716655.34快进1395116412.94减速13747.7116173.78工进1395116412.94制动13948.2516409.7反向加速745.04876.52快退539634.12制动332.96391.72四 主要参数的确定：1 初选液压缸的工作压力 根据最大负载F=17047N, 初选液压缸的工作压力为3MPa（取自液 压传动与控制表9-3、表9-4）2 计算液压缸的尺寸 A=F/P=17047/3000000=0.00568 D=85mm 按标准取D = 90mm(壁厚5mm，单重11.17kg/m) 根据快进与快退的速度比值来确定活塞杆的直径 D2/(D2-d2) =1.3 d=43.23mm 按标准取 d = 45mm 则液压缸的有效作用面积为： 无杆腔的面积 A1=1/4D2 = 1/492=63.59c 有杆腔的面积 A2=1/4 (D2-d2)=1/4(92-4.52)=47.69c3 活塞杆稳定性校核 活塞杆的总行程为400 mm , 而活塞杆的直径为45mm , l/d =400/45=8.8910 不用稳定性校核4 求液压缸的最大流量 q 快进=A1v快进= 0.00063590.075m/s=0.000477m3/s=28.6L/min q 工进=A1v工进=0.00063590.001m/s =6.35910-6 m3/s =0.382L/min q 快退= A2v快退 =45.69 10-40.075m/s=21.5L/min5 绘制工况图工作循环中的各个工作阶段的液压缸的压力、流量和功率为： 快进：P=4F/(3.14dxd) 工进：P=F/A1 快退：P=F/A2液压缸各工作阶段的压力、流量和功率为工况压力p/Mpa流量 （L/min）功率 P/W快进2.1928.6104.39工进max2.193.8213.94工进min2.190.3821.39快退0.11321.54.05由上表可绘制出液压缸的工况图：4 拟定液压系统图供油方式：有工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需流量较大，可用单泵供油回路。5 液压元件的选择1.YB1系列叶片泵系中低压双作用定量叶片泵。YB1系列叶片泵额定压力为63kgF。排量为4100ml/r，用户可根据需要选择。本产品将根据不同的排量组合成单泵和双泵。它广泛使用于金属切削机床或其它机械的中低压液压系统中。该泵一般为正转，根据需要可安装成反转。 一、 特点及用途：YB1叶片泵系中压、双作用、定量叶片泵，适用于金属切削机床或其他机械的中、低压液压系统中。该泵一般为正转，根据需要，可安装成反转。 由于YB1系列叶片泵噪音小，性能比较稳定，价格比较低廉。工进:3.82/0.85/0.96=3.03ml/r 所以YB1系列查表选泵: YB14快进：28.6/0.85/0.96=22.7ml/r 所以YB1系列查表选泵：YB125 单泵:型号排量压力转速容积效率驱动功率重量YB1-446.3960851.15YB1-25256.3960903.392、 双泵：LL1L2L3BB1HSD1D2dd1CtbZ1Z2Z325510638144452014511090dc12820d115225Z1”Z3/4”Z1/4” 根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用YB14型的双联液压泵，其额定压力为6.3MPa; 容积效率pv=0.85，总效率p=0.72，所以驱动该泵的电动机的效率可由泵的工作压力和输出流量qp=6.314500.8510-3L/min=7.76L/min 根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用YB125型的双联液压泵，其额定压力为6.3MPa;容积效率pv=0.9，总效率p=0.72，所以驱动该泵的电动机的效率可由泵的工作压力和输出流量qp=209600.910-3L/min=21.6L/min所以由以上两个泵可以求出电机功率： Pp=（ppqp+ ppqp）/p=(2.1910621.610-3+2.19106 7.7610-3)/600.72=1488W 查Y系列电动机表，拟选用电动机的型号为Y100L1，功率为2.2KW，额定转速为1440r/min。功率型号电流转速效率2.2kwY100L-15.014400.81选择阀类元件及辅助元件(GE系列)序号名称通过流量q/(L/min)型号及规格1滤油器11.47XLX-06-802叶片泵15.04YBX-163溢流阀3.375YF3*10B4两位两通电磁换向阀8.2122EF3-E10B5三位四通电磁换向阀9.7534EF3Y-E10B6单向调速阀9.75AQF3-E10B7两位三通电磁换向阀9.7523EF3-E10B8电动机9.75Y100L1(1).油管 V取1.5m/s 内径d = 取d=12mm 管接头连接螺纹M181.5mm 钢管外径 18mm吸油管同上(q=8.64L/min,v=1.5m/s)且参照液压泵YBX-16,吸油管内径取d=25mm 液压元件手册电子书 表6-4-1 P496 (2).油箱 V=(57)Qp V =7 29.36 =205L 考虑到温升问题取标值250 L七 液压系统的性能验算1. 压力损失几调定压力的确定在快退、快进时，系统工作压力很低，所以不必验算。快进时液压缸的速度为 V1= q p /A1 = (7.7610-3)/( 63.5910-460)=20mm/s 此时油液在进油管的流速为 V= q p /A=(7.7610-3)/(0.258210-660)=2.57m/s 沿程压力损失 首先要判断管中的流态，设采用N32液压油，室温为20时， =0.0001m/s，所以有Re=vd/=(2.57810-3)/(0.110-3)=205.62320 管中为层流，则阻力损失关系系数 =75/Re=0.36 若取进出口油管长度约为2m,油液的密度=890kg/m3 则其进油路上的沿程压力损失为P1= v2=0.36(2/810-3)(890/2)2.572=0.265Mpa 局部压力损失 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失,前者视管道具体结构而定,一般取沿层压力损失的10;而后者则与通过阀的流量大小有关,若阀的额定流量和额定压力损失为qn和pn,则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失pv为: pv=pn*(q/qn) 因为GE系列10mm通径的阀的额定流量为63l/min,叠加阀10mm通径系列的额定流量为42 l/min，而在本题中通过每个阀的最大流量仅为7.76l/min，所以，通过整个阀的压力损失很小可忽略不计。 同理，工进时回油路上的流量 q 2=A 2q 1/ A 1=( 47697.76)/ 6359=5.82 l/min 则回油路油管上的流速 v= q p/A=(5.8210-3)/(600.258210-6)=1.93m/s 由此可得Re=vd/=(1.93810-3)/(0.110-3)=154.4（层流） =75/Re=0.49 回油路上沿程压力损失为 P= v2=0.49(2/810-3)(890/2)1.932=0.203Mpa 总压力损失: P=P1+（A2/A1）P2 = (0.265+0.0265)+(4768/6359)(0.203+0.0203)=0.459Mpa 原设P=0.4Mpa ，这与结果无差异 压力阀的调定值 Pp= F/A1+P=2.58+0.459=3.04Mpa 卸荷阀得调定压力应取3.1Mpa为宜 溢流阀的调定压力大于卸荷阀压力0.30.5Mpa ,所以取溢流阀调定压力为4Mpa。 2、 系统的发热与温升 快进时电机输出功率为 Pp= Pp q p/p=(3.11067.7610-3)/(600.72)=556.9w工进时电机输出功率为 Pp1= Pp1 q p1/p=(41063.8810-3)/(600.72)=359.3w 而快进时有效功率 P1=(2.581067.7610-3)/(60)=333.7w工进时有效功率 P2=13.88w 所以快进时的功率损失为556.9-333.7=223.2w，而工进时的功率损失为359.3-13.88=231.12 W,比较大的值231.12来校核其热平衡,求出温升: 设油箱得三边长在1:1:1-1:2:3范围内，则散热面积为 A=0.065=0.0652102/3=2.30m假设通风良好,取h=150.001 KW/(m),所以油液的温升为: t=H/（hA）=0.53/(1510-32.30)= 15.36室温为20 ,热平衡温度为35.3665 ,没有超出允许范围（七） 个人设计小结液压是一们机械专业十分重要的专业基础课。同时液压在实际生产的应用上也发挥了契机巨大的作用。在工业生产的各个部门应用液压传动技术。工程机械，矿上机械，压力机械和航天工业中，常常采用液压传动，因为其结构简单，体积小，重量轻，输出力大；机床上采用液压传动是取其能在工作过程中方便的实现无级调速，易于实现频繁的换向，易于实现自动化；在电子工业，包装机械，印染机械，食品机械等方面应用气压传动主要是取其操作方便，无油，无污染。由此可见，液压的应用很广泛，发挥的作用也十分巨大。液压课程设计是是对液压课程所学理论知识的一次具体的应用和实践，增强学生所学知识以及具体方法的实际应用有很大的帮助。通过这次课程设计，使我对于液压系统设计有了一个更加形象和直观的认识与掌握