液压传动课程设计说明书(例子).doc

北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 液压传动 课课 程程 设设 计计 题题 目 上料机液压系统设计目 上料机液压系统设计 学学 院 机械与车辆学院院 机械与车辆学院 姓姓 名 名 唐引唐引 学学 号 号 指导教师 指导教师 2015 珠海珠海 1 目录目录 1 课程设计的目的和基本要求 2 1 1 课程设计的目的 2 1 2 课程设计的基本要求 2 2 课程设计的主要内容 2 2 1 课程设计题目 2 2 2 课程设计要完成的主要内容 3 3 液压系统设计方法 3 3 1 工况分析 3 3 1 1 运动分析 3 3 1 2 负载分析 4 3 2 负载图和速度图的绘制 6 3 3 液压缸主要参数的确定 7 3 3 1 初选液压缸的工作压力 7 3 3 2 计算液压缸的尺寸 7 3 3 3 活塞杆稳定性的校核 8 3 3 4 求液压缸的最大流量 8 3 3 5 绘制工况图 8 3 4 确定系统方案 拟定原理图 9 3 4 1 确定系统方案 9 3 4 2 拟定液压系统图 11 3 5 液压元件的选择和参数计算 12 3 5 1 确定液压泵的型号及电动机的功率 12 3 5 2 阀类元件及辅助元件 12 3 6 液压系统的性能验算 14 3 6 1 压力损失验算和压力阀的调整压力 14 3 6 2 系统油液温升验算 15 总结 16 参考文献 17 致谢 18 2 1 课程设计的目的和基本要求课程设计的目的和基本要求 1 1 课程设计的目的课程设计的目的 液压传动 课程设计是机械电子专业学生在学完理论课程之后进行的一 个重要的实践性教学环节 学生通过本课程设计能够进一步熟悉并掌握液压传 动与控制的基本概念 熟悉液压元件结构原理 熟悉液压基本回路 掌握液压 系统图的阅读方法及基本技能 能够综合运用本课程及工程力学 机械设计等 有关课程的知识设计一般工程设备液压系统 同时 学生通过本课程设计可在 以下几方面得到训练 正确进行工程运算和使用技术文件 技术资料的能力 掌握系统方案设计的一般方法 正确表达设计思想的方法和能力 综合利用所学知识解决工程实际问题的能力 1 2 课程设计的基本要求课程设计的基本要求 每个设计题目根据难度及工作量大小可由 1 3 人完成 由学生自由组合 课题组每个人都有明确的工作任务 系统原理草图拟定由专人负责 课题组每个人都必须参与 每个课题组必须提交一份所设计系统非标液缸设计装配图一张 每个人必须提交系统设计图一份 课程设计计算说明书一份 2 课程设计的主要内容课程设计的主要内容 2 1 课程设计题目课程设计题目 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 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 2 2 课程设计要完成的主要内容课程设计要完成的主要内容 3 查阅文献 了解并熟悉设计工况 确定执行元件主要参数 拟定系统原理草图 计算选择液压元件 验算系统性能 绘制工作图 撰写课程设计说明书 3 液压系统设计方法液压系统设计方法 液压系统的设计基本包括四个步骤 明确设计依据 进行工况分析 确定液压系统方案 拟定液压系统图 液压系统的计算和液压元件的选择 液压系统的验算和绘制工作图 在设计过程中不一定要严格按照这些步骤进 行 有时可以交替进行 甚至要反复多次 对某些关键性的参数和性能难以确 定时 要先经过试验 才能把设计方案确定下来 3 1 工况分析工况分析 3 1 1 运动分析运动分析 工况分析是选定系统方案 液压元件和执行元件功率的依据 绘制该系统 的工作循环图及速度循环图 如图 1 2 所示 快上 慢上 快下 图 1 系统的工作循环图 4 启动快上减速慢上制动 制动快下加速 V mm s S mm mmm 0 动 图 2 工作循环中速度的变化情况图 3 1 2 负载分析负载分析 通过计算或试验 确定工作部件的力或力矩的大小和方向 并分析运动过 程中冲击 振动和过载能力等情况 负载分析就是研究各执行元件在一个工作循环内各阶段的受力情况 工作 机构作直线运动时 液压缸必须克服的负载为 fLa FFFF 式中 工作阻力 摩擦阻力 惯性阻力 l F f F a F 工作阻力 700020009000 LG FFN 摩擦负载 sin 2 N f fF F 已知 摩擦系数取 则静摩擦负载NFN120 0 2 0 1s d ff 动摩擦负载 0 2 120 33 94 sin45 fsFN 0 1 120 16 96 sin45 fd FN 惯性负载 5 惯性负载是运动部件的速度变化时 由其惯性而产生的负载 可用牛顿第 二定律计算 t v g G maFa 加速 1 90000 045 206 63 9 80 2 a Gv FN gt 减速 2 90000 0450 008 169 90 9 80 2 a Gv FN gt 制动 3 90000 008 36 73 9 80 2 a Gv FN gt 反向加速 4 90000 045 206 63 9 80 2 a Gv FN gt 反向制动 54 206 63 aa FFN 根据以上的计算 液压缸各阶段中的负载 如表 1 所示 0 9 m 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 起动 Lfs FFF 9033 9410037 71 加速 1aLfd FFFF 9240 5710267 3 快上 Lfd FFF 9016 9710018 86 减速 2aLfd FFFF 8847 079830 08 慢上 Lfd FFF 9016 9710018 86 反向加速 4afd FFF 223 6248 44 快下 fd FF 16 9718 86 制动 5afd FFF 189 66 210 73 3 2 负载图和速度图的绘制负载图和速度图的绘制 由表 1 所得数据绘制负载图 速度图 如图 3 4 所示 6 10037 71 10018 86 248 44 18 86 9830 08 210 73 F N S mm mmm 0 动 10267 3 图 3 负载图 45 350450 45 S mm mmm 0 动 图 4 速度图 3 3 液压缸主要参数的确定液压缸主要参数的确定 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 V mm s 7 还需要考虑一下因素 各类设备的不同特点和使用场合 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 3 3 1 初选液压缸的工作压力初选液压缸的工作压力 根据分析此设备的负载不大 按类型属机床类 由表 2 选择此设备的工作 压力为 2 5Mpa 表 2 按负载选择液压缸的工作压力 载荷 kN 55 1010 2020 3030 50 工作压力 MPa 0 8 11 5 22 5 33 44 5 3 3 2 计算液压缸的尺寸计算液压缸的尺寸 F A P 式中 F 液压缸上的外负载 P 液压缸的工作压力 A 所求液压缸有有效工作面积 2 1 42 6 10037 71 49 57 10 1 0 92 50 2510 2 m F m A p p 4 12 4449 57 10 7 9 10 3 14 A Dm 按标准取值 D 80mm 经查表 可取 求得 d 54 86mm 0 707 d D 按标准取值 d 55mm 则液压缸的有效面积为 无杆腔面积 222 1 24 508 44 1 cmDA 8 有杆腔面积 22222 1 1 85 526 48 44 ADdcm 3 3 3 活塞杆稳定性的校核活塞杆稳定性的校核 因为活塞杆总行程为 450 而活塞杆直径为 55mm L d 450 55 8 2 10 不 需要对其进行稳定性校核 3 3 4 求液压缸的最大流量求液压缸的最大流量 43363 1 50 24 1045 10 226 08 10 13 56 minqAvmsmsL 快上快上 43363 1 50 24 108 10 40 19 10 2 41 minqAvmsmsL 慢上慢上 43363 2 26 48 1045 10 119 16 10 7 15 minqvmsmsL A 快下快下 3 3 5 绘制工况图绘制工况图 按照所确定的液压执行元件的工作面积 工作循环各阶段的负载和工作 循环各阶段要求的速度 计算各阶段的压力 流量和功率 并绘制液压缸的 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 3 所示 表 3 液压缸各工作阶段的压力流量和功率 工况 压力 Mpa p 流量 L min q 功率 w p 快上1 9913 56449 74 慢上1 992 4179 93 快下0 00717 150 85 由表 3 可绘制出液压缸的工况图 如图 5 所示 9 t s t s t s 1 99 0 0071 2 41 13 56 7 15 449 74 79 93 0 85 快上慢上快下 图 5 液压缸的工况图 3 4 确定系统方案 拟定原理图确定系统方案 拟定原理图 确定液压系统方案 拟定液压系统图 是设计液压系统关键性的一步 系 统方案 首先应满足工况提出的工作要求 运动和动力 和性能要求 其次 拟定系统图时 还应力求效率高 发热少 简单 可靠 寿合长 造价低 3 4 1 确定系统方案确定系统方案 确定供油方式 由工况图分析可知 系统在快上和快下时所需流量较大 在慢上时所需的 流量较小 因此从提高系统效率 节能的角度考虑 采用单一定量泵的供油方 式显然是不合适的 故宜选用双联定量叶片泵作为油源 如图 6 所示 确定调速回路 由工况图可知 该系统的在慢上时速度需要调节 由于滑台运动速度低 工作负载变化小 所以采用调速阀进行调速 如图 7 所示 确定速度换接回路 由于快上和慢上之间速度需要换接 可采用二位二通电磁换向阀来实现快 P MPa q L min P w 10 慢速度的换接回路 如图 8 所示 确定换向回路 本液压系统的顺序换向采用三位五通电磁换向阀 如图 9 所示 平衡及锁紧回路 为了克服滑台自重在快下过程中的影响 设置了一个单向背压阀 如图 10 所示 图 6 双联定量叶片泵 图 7 调速回路 图 8 速度换接回路 图 9 换向回路 图 10 平衡及锁紧回路 11 3 4 2 拟定液压系统图拟定液压系统图 在拟定液压系统图时 应考虑如下几点 避免回路之间相互干扰 防止液压冲击 力求控制油路可靠 力求系统简单 合理分布测压点 确定液压系统方案后 将液压基本回路 配置辅助性回路或液压元件组合 便可得到上料机液压系统原理图 如图 11 所示 图 11 系统原理图 1 双联叶片泵 2 滤油器 3 三位五通电磁换向阀 4 溢流阀 5 调速阀 6 10 11 单向阀 7 液控顺序阀 8 二位二通电磁换向阀 9 12 背压阀 13 压力继电器 14 压力表 15 压力表开关 12 3 5 液压元件的液压元件的选择和参数计算选择和参数计算 3 5 1 确定液压泵的型号及电动机的功率确定液压泵的型号及电动机的功率 液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为 1 99Mpa 本系统采用调速阀进 油节流调速 选取进油路上的压力损失为 0 5Mpa 压力继电器的动作可靠 要 求压差 0 5Mpa 故泵的最高工作压力为 MpaMpaPp99 2 5 05 099 1 1 由表可知 两个液压泵同时向系统供油时 两个液压泵应向液压缸提供的 最大流量为 13 56L min 因系统较简单 取泄漏系数 KL 1 1 则两个液压泵的总 流量应为 min L916 14 min 56 131 1 L qp 由于溢流阀的最小稳定溢流量为 3L min 而工进时所需流量为 2 41L min 由一个液压泵单独供油 所以液压泵的输出流量应大于 5 41L min 根据以上压力和流量的数值查阅相关的液压元件使用手册 最后确定选取 YB1 10 10 型双联定量叶片泵 其额定压力为 6 3Mpa 当液压泵的转速 np 940r min 取液压泵的容积效率 0 88 总效率 0 75 则液压泵的实际输出流量 为 10 10 940 0 88 1000 L min 16 54L min p q 则液压泵的电动机所需的功率为 p PKWKW qp p pp 10 1 75 0 60 54 1699 2 根据此数据值查阅机械设计手册选取 Y100L 6 型电动机 其额定功率 Pn 1 5KW 额定转速 nn 940r min 3 5 2 阀类元件及辅助元件阀类元件及辅助元件 根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实 际流量 可选出这些液压元件的型号及规格见表 4 13 表 4 液压元件型号及规格 编号元件名称通过流量 L min 额定压力 Mpa 型号规格 1双联定量叶片 泵 16 546 3YB1 10 10 2滤油器336 3MF 04 3三位五通电磁 换向阀 16 546 335DY 63BYZ 4 12溢流阀66 3Y 10B 5调速阀 2 56 3QCI 63B 6单向阀8 56 3I 63B 7液控顺序阀96 3XY 63B 8二位二通电磁 换向阀 13 566 322EF3 E10B 9背压阀 26 3B 63B 10 11单向阀16 546 3I 63B 13压力继电器14PF B8L 14压力表6 3Y 100T 15压力表开关6 3K 3B 选择油管 油管类型根据使用扬合和液压系统的最大工作压力进行选择 考虑油管所 承受的压力 选用紫铜管 油管内径一般参照所接元件接口尺寸确定 也可按管路中允许流速计算 出油口采用内径为 9mm 外径为 12mm 确定油箱的容量 油箱的主要作用是储油和散热 因此必须有足够的散热面积和储油量 主 要是合理拟定液压系统 提高系统的效率 减少系统的发热 其次要保证油箱 14 有一定的散热面积 也就是保证油箱有一定的容量 取其体积 V 5 7 即 V 100L p q 密封装置的选用 密封装置的类型选用见表 5 该液压系统采用聚氨酯制成的 Y 型密封圈 表 5 密封装置的选用 密封圈类型 m m O U X Y 3 0 04 V 5 0 06 3 6 液压系统的性能验算液压系统的性能验算 为了判断液压系统工作性能的好坏 和正确调整系统的工作压力 常需验 算管路的压力损失 发热后的温升 对动态特性有要求的系统 还需验算液压 冲击或换向性能 3 6 1 压力损失验算和压力阀的调整压力压力损失验算和压力阀的调整压力 选定系统的元件 油管和管接头后 对管路系统总的压力损失进行验算 确定溢流阀的调整压力 并计算其它压力阀的调整压力 油液在进油管中的流 速为 326 16 54 10 491060 4 34 PvqAm s 沿程压力损失 该液压系统采用 N32 液压油 室温为 20 时 所以 42 1 0 10 s m 管中为层流 则阻力损失系数 34 4 349 1390 62320 1010 e Rd 取油管 回油管长度均为 2m 油液的密度为75 75 390 60 19 e R 3 890 kg m MPa 22 1 2890 0 290 35 4 34 3 22 9 10 l P d 同理 可得回油路上的沿程压力损失为 0 18MPa 2 2 2 l P d 15 总的压力损失 不考虑局部压力损失 由上面式子可求得管路系统的总压力损失为 0 35 0 18 0 53MPa0 5Mpa 验算通过 可用原设的压力损失值来确定P 系统中压力阀的调速值 3 6 2 系统油液温升系统油液温升验算验算 液压泵的工作压力为 2 5Mpa 实际流量为 16 54L min 其工作时的实际输入 功率为 1 10KW 液压缸的最小有效功率为 P Fv 10018 86 0 008 80 2W 系 统单位时间内的发热量为 1100 80 2 1019 8