上料机液压系统设计说明.doc

1、江苏师范大学连云港校区海洋港口学院液压传动课程设计说明书课程名称液压与气压传动专 业机械设计制造及其自动化班 级14港口机械本学 号10姓名江玉龙指导教师赵刚老师一、液压传动课程设计的目的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、锻炼机械制图，结构设计和工程运算能力。3、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。4、提高学生使用计算机绘图软件（如 AUTOCAD 、PRO/E 等）进行实际工程设计的能力。二、液压课程设计题目题目（二）设计一台上料机液压系统，要求该系统完成：快速上升慢速上升（可调速）快速下降下位停止的半自动循环。采用 900

2、V 型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N，启动、制动时间均为0.5s，液压缸的机械效率为 0.91。设计原始数据如下表所示。试完成以下工作：1、进行工况分析，绘制工况图。2、拟定液压系统原理图（A3 ）。3、计算液压系统，选择标准液压元件。4、绘制液压缸装配图（A1 ）。5、编写液压课程设计说明书。上料机示意图如下：图 2 上料机示意图目录25691011141414一、 工 况分析对液压传动系统的工况分析就是明确各执行元件在工作过程中的速度和负载的变化规律，也就是进行运动分析和负载分析。1、运动分析根据各执行元件在完成一个工作循环内各阶段的速度，绘制以速度为纵坐标，时间或位移为横坐标的速度循环

3、图，掌握一个工作循环中速度的变化情况。如下图所示：动作快上慢上 快下慢上快下快上工作循环中速度的变化情况图2、动力分析动力分析是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，图 2 为上料机液压系统的负载 位移曲线图。负载位移曲线图3、负载分析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：FFcF fFi式中： Fc 工作 阻力F f 摩擦阻力Fi 惯性阻力1）工作负载：此系统的工作阻力即为工件的自重与滑台的自重。FcFG8600N2）摩擦负载：此系统的摩擦阻力滑台所受阻力，与导轨的形状，放置情况和运动状态有关。fFN此系 统为 v 型

4、 导轨 ，垂 直放 置， 故 F fsin2f - 摩 擦因 数a-V 型角，一般为 90由于工件为垂直起开，所以垂直作用于导轨的载荷可由间隙和结构尺寸求得，已知FN60 NFN ：运动部件及外负载对支撑面的正压力。f ：摩 擦系 数 ，分 为 静 摩 擦 系 数 （ fs 一 般取0.20.3 ， f d 一 般 取0.050.1 ）故取： fs 0.2 , fd 0.1,则有： 静摩 擦负 载： F fs0.26045.26Nsin 45动 摩擦 负载： F fd0.16022.63Nsin 453）惯性负载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，FaGvmat可用牛顿第二定

5、律计算：gG- 运动部件的重量（N）g- 重 力加速度， g 9.8ms2 v- t-加速：减速：制动：速度变化值（ m s ）起动 或制 动时间 （ s）Gv86000.03561.42NFa1t9.80.5gGv86000.0450.01Fa 2t9.80.561.42NgGv86000.0350.006Fa 3t9.850.90Ng0.5Gv8600反向加速： Fa 4t0.05 87.76 Ng9.8反向制动： Fa5= 87.76N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，系统中应设置应平衡回路。因此，在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台的重量，

6、则液压缸各阶段中的负载，如下表（ m =0.9 ）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FF fsFL8645.269500.29加速FF fdFLFa18684.059542.91快上FF fdFL8622.639475.42减速FF fdFLFa 28571.739419.48工进FF fdFL8622.639475.42制动FF fdFLFa 38612.109463.85反向加速FF fdFa4110.39121.31快退F F fd22.6324.87制动-65.13-71.57FF fd Fa5二、负载和速度图的绘制按前面的负载分析及已知的速度要求，

7、行程限制等，绘制出负载和速度图（如下所示）6683.63F/ N9542.919500.299419.48024.87121.31速 度 行 程 图400 s/mm-71.57V( mm/s )35100450s/ mm50负载行程图三、 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，还需要考虑一下因素：（ 1）各类设备的不同特点和使用场合（ 2）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。1、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，所遇初选此设备的工

8、作 压力 为 1.5Mpa2、计算液压缸的尺寸AFmP式中：F- 液压缸上的外负载P- 液压缸的工作压力m - 液压缸 的工 作效 率A- 所求液压缸有有效工作面积AF860010563.0010 4 m2mp0.91 1.5D4 A463 1048.96 10 2 m3.14按标准取值： D=90mm根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：D 2552d245D代入 数值 ，解 得： d=34.1mm按标准取值：d=35mm活塞宽度：B=0.8D=64mm导 向套 长度： C=0.8d=28mm液 压缸 缸筒 长度 ： L=450+B+C=532mm则液压缸的有效面积为：A11D 282

9、50.24cm2无杆腔面积：44有杆腔面积： A11（ D 2d 2）（823.52） 40.64cm 2443、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 35mm ，L/d=450/35=1310,材料力学中的有关公式，根据液压缸的一端支撑，另一端铰链，取末端系数1 =2 。活 塞 杆材 料用普通碳钢则：材 料强度 试验 值f = 4.9 108 ，系 数=1/5000 ，柔性系数2 =85 ， rkJd358.75因为A44lrk =962 1=852=120，所以其临界载荷FK为：fA4.910835210 6FK4N3.945( l ) 21( 550

10、)210 N111 rk4 50008.75取安全系数 n4时，Fk3.94 105104N 5947.33Nnk40.985由上式 可知 ：在 当 n=4 时 ，活 塞杆 的稳 定性满足，此时可以安全使用。4、求液压缸的最大流量q快上A v快上50.2410 44510 3 m3 / s226.0810 6 m3/ s13.56L / min1q慢上A1 v慢上50.2410 4810 3 m3/ s40.19 10 6 m3 / s2.41L / minq快下A v 快下40.6410 45510 3 m3 / s223.5210 6 m3/ s13.41L / min15、绘制工况图工作

11、循环中各个工作阶段的液压缸压力，流量和功率见下表：液压缸各工作阶段的压力流量和功率工况压力 p流量 q功 率 pMpa(L/min)w快上1.2913.56291.54慢下1.202.4148.2快下0.001213.410.57以上是液压缸压力，流量和功率的表格，依照上表中的数值，可绘制出液压缸的工况图（如下）1.29pMpa0.00120t/sq(L/min)13.5613.412.410t/spw291.5448.20.570t/s快上慢上快下液压缸的工况图四、 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问题：1）供油方式从工况图分析可知，该系统在快上和快下的时侯所需流量较

12、大，且比较接近，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，故宜选用双联式定量叶片泵作为油源。2）调速回路有工况图可知，该系统的在慢速时速度需要调节，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。3）速度换接回路由于快上和慢上之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀实现速度换接。4）平衡及锁紧回路为防止在上端停留时重物下落和在停留的期间内保持重物的位置，特在液压缸的下腔（即无杆腔）进油路上设置液控单向阀 ;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

13、背压阀。五、液压元件的选择1、确定液压泵的型号及电动机功率液压 缸在 工作 循环 中最大工作压 力为 1.07Mpa, 由于 该系统比较简单，所以取其压力损失p 0.45Mpa .所以液压泵 的工 作压 力为p ppp 1.29 0.45 1.74Mpa两个液压泵同时向系统供油时，若回路中的泄漏按 10%计算，则两个泵 的总 流量 应为 q p 1.112.06L / min 13.266L / min ，由于溢流阀最小稳定流 量为 2L/min ，而工 进时 液压 缸所 需流 量为 2.41L/min，所以高压泵的流 量不 得少 于（ 2+2.41 ） L/min=4.41L/min 。YB

14、116根据以上压力和流量的数值查产品目录，故应选用16型的双联叶 片泵 ，其 额定 压力 为 6.3Mpa, 容积效 率pv85% ， 总效 率p62% ，所以 驱动 该泵 的电 动机 的功 率可由泵的工作压力（ 1.07Mpa ）和输 出流 量（当 电动 机转 速为 910r/min ）q p 26.3 910 0.9 103 L10.32 Lminmin求出 ：pp qp1.91 10610.3210 3981.6wpp600.85wp查电动机产品目录，拟选用的电动机的型号为 Y100L-4 ，功率为2.2kw, 额定转速为 1400r/min 。2、选择阀类元件及辅助元件根据系统的工作压

15、力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，可选用这些元件的型号及规格（见下表）液压元件型号及规格序名称通过流量型号及规格号qmaxL min1滤油器25zv-1-125 2052双联叶片泵9.75YB16.3 6.33单向阀10AF6D 94外控顺序阀40XYF * 10D P105溢流阀3.375YF310B6三位四通电磁换向阀6.3Y2 DF3 10B7单向顺序阀10XAFf 6D B8液控单向阀45ACGT03 型9二位二通电磁换向阀8.2122EF El 0B10单向调速阀10QA F6D A11压力表Y 100T12压力表开关3KF 6D13电动机Y100L1 4（ 1）油管 油管内径一

16、般可参考所接元件口尺寸进行确定，也可按管中 允许 速度 计算 ，在本设计中，出油口 采用 内径 为 8mm ，外径为 10mm的紫铜管。（ 2）油箱 油箱的主要功能是储存油液，此外还起着散发油液中的热量，溢出混在油液中的气体，沉淀油中的污物等作用。油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积:V(57) qp ,即 V=100L六液压缸的设计1、液压缸的分类机组成液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸、和摆动缸三类。活塞缸和柱塞缸实现往复运动，输出推力和速度。摆动缸则能实现小于360 的往复摆动，输出转矩和角速度。液压缸除单个使用外，还可以几个组合起来和其他机构组合起来，在特殊场合使用，已实现特

17、殊的功能。液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个部分。2、液压缸的主要参数设计（已经计算）3、液压缸的结构设计1）缸体与缸盖的连接形式 常用的连接方式法兰连接、螺纹连接、外半环连接和内半环连接，其形式与工作压力、缸体材料、工作条件有关。2）活塞杆与活塞的连接结构 常见的连接形式有：整体式结构和组合式结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。3）活塞杆导向部分的结构 活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘、锁紧装置等。4）活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的

18、压力、温度、运动速度的范围0.2 0.4 m不同而选择不同类型的密封圈。常见的密封圈类型：O 型圈，O 型圈加挡圈，高底唇 Y 型圈，Y 型圈，奥米加型等。5）液压缸的缓冲装置 液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。为防止此现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。6）液压缸排气装置 对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要设置排气装置。4、液压缸设计需要注意的事项1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。2）

19、考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。5、液压缸主要零件的材料和技术要求1）缸体材料- 灰铸铁: HT200,粗 糙度 - 液 压缸 内圆 柱表面粗糙度为 Ra技 术要求： a 内径 用 H8-H9的配合b 缸体 与端 盖采 用螺 纹连接，采用 6H 精 度2）活塞材料- 灰铸铁： HT150粗糙 度 - 活塞 外圆 柱粗 糙度Ra 0.8 1.6 m技 术要求：活 塞外径用橡胶密封即可取 f7f9的配合，内 孔与活塞杆的配合可取 H8。3）活塞杆材料- 实心：45 钢，粗 糙度 - 杆 外圆 柱粗 糙度为 Ra0.4 0.8 m技 术要 求： a 调 质 2025HRCb 活 塞 与 导 向套