课程设计_设计一台上料机液压系统

1、WORD格式实用文档液压与气压传动课程设计任务书系别机械与汽车工程学院专业机械制造设计及其自动化班级机制 0811姓名严磊学号2021516007指 导老 师邬国秀专业资料整理WORD格式实用文档目录一、设计题目 .3二、负载分析 .32.1负载与运动分析 .32.2负载动力分析 .32.3负载图与运动图的绘制 .3三、设计方案拟定 .53.1液压系统图的拟定 .53.2液压系统原理图 .53.3液压缸的设计 .6四、主要参数计算 .74.1初选液压缸工作压力 .84.2计算液压缸主要尺寸 .94.3活塞杆稳定性校核 .94.4计算循环中各个工作阶段的液压缸压力，流量和功率.9五、液压元件选择

2、 .115.1确定液压泵的型号及电动机功率 .115.2选择阀类元件及辅助元件 .125.3液压系统原理图上局部阀类功能.13六、液压系统性能验算6.1验算系统压力损失 .136.2验算系统发热与温升 .15七、小结 .15八、参考文献 .16专业资料整理WORD格式实用文档一、设计题目题目：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。其构造示意图如图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 45mm/ s ; 慢速上升行程为 100mm，其最小速度为 8mm/ s；

3、快速下降行程为 450mm，速度要求 55mm/ s。滑台采用 V 型导轨，其导轨面的夹角为90 ，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 上料机的构造示意图专业资料整理WORD格式实用文档二、负载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，也就是进展运动分析和负载分析。2.1 、负载与 运动分析根据各执行在一个工作循环内各阶段的速度，绘制其循环图，如下列图所示：快进慢 进停 留快退2.2 、负载动力分析动力分析就是研究机器在工作中其执行机构的受力情况。1工作负载F

4、LFG50001000 N6000 N2 摩擦负载FffFN sin2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FN120N ,取静摩擦系数为0.2 ，动摩擦系数为0.1 那么有专业资料整理WORD格式静摩擦负载动摩擦负载F fs0.2 120 sin 45 N33.94NF fd0.1 120 sin 45 N16.97N专业资料整理WORD格式3惯性负载Gv惯 性 负 载 为 运 动 部 件 在 起 动 和 制 动 的 过 程 中 可按 F matgG- 运动部件的重量 Ng- 重力加速度，g 9.8m2v- 速度变化值mss专业资料整理WORD格式t-起动或制

5、动时间s专业资料整理WORD格式实用文档加速Fa1Gv60000.045 N55.05Ngt9.810.5减速Fa2Gv60000.045 0.008 N45.26Ngt9.810.5制动Fa3Gv60000.008 N9.79Ngt9.810.5反向加速Fa4Gv60000.055 N67.28Ngt9.810.5反向制动Fa 5Fa 467.28N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。那么液压缸各阶段中的负载如表1 所示0.91 表 1液压缸各阶段中的负载m工 况计算公式

6、总负载 F/N缸推力 F/N启 动FF fsF L6033.946630.70加 速FF L F fd F a16072.026672.55快 上FF fdFL6016.976612.05减 速FF LFfdF a 25971.716562.32慢 上FF LF fd6016.976612.05制 动FF L F fd F a36007.186601.30反向加速FF fdF a 484.2592.58快 下F F fd16.9718.65制 动FF fdFa 5-50.31-55.29专业资料整理WORD格式实用文档2.3 负载图和速度图的绘制按照前面的负载分析结果及的速度要求、行程限制等，

7、绘制出负载图及速度图如图 2 所示。专业资料整理WORD格式实用文档三、设计方案拟定3.1 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

8、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，为了克制滑台自重在快下过程中的影响，设置了一单向背压阀。5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，下列图为拟定的液压系统原理图。专业资料整理WORD格式实用文档3.2液压系统原理图：专业资料整理WORD格式实用文档3.3 液压缸的设计31 液压缸的分类机组成液压缸按其构造形式，可以分为活塞缸、柱塞缸、和摆动缸三类。活塞缸和柱塞刚实现往复运动， 输出推力和速度。摆动缸那么

9、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，已实现特殊的功能。液压缸的构造根本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个局部。32 液压缸的主要参数设计后续计算3 3 液压缸的构造设计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构造 常见的连接形式有： 整体式构造和组合式构造。组合式构造又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。3活塞杆导向局部的构造活塞杆导向局部的构造，包括活塞杆与端盖、

10、导向套的构造，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、使用的压力、温度、运动速度的X围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 液压缸带开工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，那么在到达行程终点时， 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

11、，那么需要设置排气装置。34 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构造设计要求，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 液压缸各局部的构造需根据推荐构造形式和设计标准比拟，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。35 液压缸主要零件的材料和技术要求1 缸体材料 - 灰铸铁 : HT200,HT350; 铸钢： ZG25,ZG45粗糙度 - 液压缸内圆柱外表粗糙度为Ra0.2 0.4

12、m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 活塞专业资料整理WORD格式实用文档材料 - 灰铸铁： HT150,HT200粗糙度 - 活塞外圆柱粗糙度Ra0.8 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： 35 钢， 45 钢；空心： 35 钢， 45 钢无缝钢管粗糙度 -杆外圆柱粗糙度为 Ra0.4 0.8 m技术要求： a 调质 20 25HRCb活塞与导向套用 H 8f 7 的配合，与活塞的连接可用 H 8 h84缸盖材料 -35钢， 45 钢；作导向时用耐磨铸铁粗糙度

13、-导向外表粗糙度为 Ra0.8 1.6 m技术要求：同轴度不大于0.03 m5 导向套材料 - 青铜，球墨铸铁粗糙度 - 导向外表粗糙度为Ra0.8 m技术要求： a 导向套的长度一般取活塞杆直径的60%80% b 外径 D内孔的同轴度不大于内孔公差之半四、主要参数的计算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，那么元件尺寸大，重量重，压力选得高一些，那么元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。4.1 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，

14、 所以初选液压缸的工作压力为2.0MPa。4.2 计算液压缸的主要尺寸AF式中； F-液压缸上的外负载p专业资料整理WORD格式p-液压缸的有效工作压力A-所求液压缸有有效工作专业资料整理WORD格式实用文档面积AF6672. 552015 m233 .36104 m 2P10AD4433 .361042m6 .5210m3 . 14159按标准取：根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：D 255D 2d 245d26 .86按标准取 d 25mm。那么液压缸的有效作用面积为：无杆腔面积A11D 26.32 cm231.17cm244有杆腔面积A21D 2d 26.322.52cm226

15、.26cm2444.3 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，l / d 450/ 25 18 10 , 需进展稳定性校核， 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2 2 ，活塞杆材料用普通碳钢那么： 材料强度实验值 f4.9 108 Pa ，系 数1，柔性系数85 ， rkJd， 因 为1A6.2550004l1285 2 120，所以有其临界载荷Fkrk72FfA4.9108425210 6N 197413.15N22k1214501l50006.252 rk专业资料整理WORD格式取其平安系数 nk4 时专业资料整理WORD格

16、式实用文档Fk197413.15 N 49353.29 N 6672.55Nnk4所以，满足稳定性条件。4.4 计算循环中各个工作阶段的液压缸压力，流量和功率 1求液压缸的最大流量专业资料整理WORD格式快上A 1v快上31.1710qqA 1v慢上31.1710慢上q快下A 2 v快下26.2610445103 m3140.27106m38.42Lssmin48103 m324.94 106 m31.50 Lssmin455103 m3144.43106m38.67 Lssmin专业资料整理WORD格式实用文档（ 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

17、 液压缸各工作阶段的压力流量和功率工 况压力 p流量 q1功率 PMPaL minW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：专业资料整理WORD格式实用文档五、液压元件的选用5.1 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 ，由于该系统比拟简单，所以取其压力损失p0.4Mpa ，所以液压泵的工作压力为PP Pp 1.93 0.4MPa 2.33MPa两个液压泵同时向系统供油时，假设回路中泄漏按10计算，那么两个泵的总流量 应为 qp1.1 8.67L

18、 / m in 9.53 7L / m in ， 由于 溢流阀最小稳定流量为3L min ，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YB16.3 / 6 型的双联片泵，其额定压力为6.3Mpa ，容积效率0.85 ，总效率0.75 ，所以驱动该泵PVP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 qP2 6.39100.8510 3L/ min 9.75L / min 求出pp qp2.331069.7510 3WWPp600.75504.83查电

19、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 。5.2 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通过流量序 号名称qmax/( L.min1)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-10B专业资料整理WORD格式实用文档6三位四通电磁换向阀9.7534D1 10B7单向顺序阀11.57XI-B10B8液控单向阀11.57IY-25B9二位二

20、通电磁换向阀8.2122 D1 10B10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。在此题中采用内径为 8mm，外径为 10mm的紫铜管油箱：油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?XX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 mm2 2 I-10B0.563<2? 8外形尺寸 P1514.外控顺序阀 XY-B10B?液压元件产品样本?XX立新液压件厂P30技术规格：

21、型号重量压力 / 接口尺寸mm阀径 mm2 XY-B10B1.5325? 8? 12外形尺寸构 P315. 溢流阀 PB-10B?液压元件产品样本? XX立新液压件厂 P9 技术规格：专业资料整理WORD格式压力/ 接口尺寸mm专业资料整理WORD格式型号重量阀径 mm专业资料整理WORD格式2 专业资料整理WORD格式实用文档PB-10B1.5325? 8? 12外形尺寸 P106 三位四通电磁换向阀34 D110 BP80重量压力/压力损失泄漏 ml接口尺寸型号2 /min mm2 34D1 10B3.563<2.5<2.5? 8外形尺寸 P877 单向顺序阀XI-B10B P

22、25技术规格：接口尺寸mm型 号重量压力 / 阀径mm2 XI-B10B1.5325? 8? 12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2 / 2 mm2 IY-25B2.263<2约小于主压力 30%? 12外形尺寸 P1549 二位二通电磁换向阀22 D1 10BP67技术规格：型 号压力/压力损失泄漏 ml接口尺寸阀径 mm2 / 2 /min mm22D1 10B63<1<15? 8? 12外形尺寸 P6810 单向调速阀 QI-10B P52专业资料整理WORD格式实用文档技术规格：型 号

23、工作压力 / 2 经节流阀压力经单向阀压力接口尺寸mm损失/ 损失/22QI-10B563<3<2? 8外形尺寸 P5311 压力表 Y100TY 弹簧压力表 100 压力表直径 mm T 径向有边12 压力表开关 K-3B13 电动机 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?X展5.3 液压系统原理图上 局部阀类功能1. 溢流阀构造原理及应用 1构造原理： 图 1 是 DBD型直动式溢流阀的构造原理图。进油口的压力油通过阻尼活塞作用在其底部， 形成了一个与弹簧力相抗衡的液压力

24、。 当此液压力小于调压弹簧的弹簧力时，锥阀关闭， 此阀不起调压作用。 随着进油口压力的不断提高。当液压力大于弹簧力时，锥阀开启，多余的油液溢回油箱，使进油口压力稳定在调定值上。直动式溢流阀构造原理图（ 2应用：1起平安阀作用防止液压系统过载溢流阀起平安阀作用时，是为了限制液压系统的最高压力，以保证系统的平安 2 起溢流阀作用维持液压系统压力恒定在节流调速系统中， 溢流阀在正常工作时为常开， 通过溢流将多余油液排回油箱而维持液压系统压力根本恒定。3使液压系统卸荷先导式溢流阀的远程控制口通油箱，就可以利用溢流阀使系统卸荷。4远程调压 在先导式溢流阀的远程控制口上接远程调压阀，能实现远程调压。2.

25、顺序阀专业资料整理WORD格式（ 1构造原理：按工作原理和构造，顺序阀分直动式和先导式两类；按压力控制方式，顺序阀有内控和外控之分。 在顺序阀中装有单向阀，能通过反向液流的复合阀称为单向顺序阀。一般说来，这种阀使用较多。专业资料整理WORD格式实用文档顺序阀原理图（ 2应用：顺序阀的根本功能是控制多个执行元件的顺序动作，根据其功能的不同， 分别称为顺序阀、背压阀、卸荷阀和平衡阀。3. 调速阀（ 1构造原理： 调速阀是进展了压力补偿的节流阀。它由定差减压阀和节流阀串联而成。（ 2应用： 节流阀前、后的压力分别引到减压阀阀芯右、左两端，当负载压力增大，于是作用在减压阀芯左端的液压力增大阀芯右移，减

26、压口加大， 压降减小，从而使节流阀的压差 p2-p3 保持不变；反之亦然。这样就是调速阀的流量恒定不变不受负载影响 。调速阀也可以设计成先节流后减压的构造。4. 双作用叶片泵1构造原理及功用： 单作用：叶片是镶嵌在槽里的，可以自由滑动，当旋转产生时，叶片在离心作用下甩到泵壳上， 叶片泵是容积泵， 相邻的两个叶片运动到下边时与泵壳和转子封闭的容积最小， 在上边时最大， 当转子顺时针转动时，相邻两叶片经历从最下边到最上边的过程就是容积增大过程，所以吸油 从第四象限到第二象限 ；从最上到最下是容积减小过程，所以压油从第二到第四象限。双作用：当电机带动转子沿转动时， 叶片在离心力和叶片底部压力油的双重

27、作用下向外伸出， 其顶部紧贴在定子内外表上。 处于四段同心圆弧上的四个叶片分别与转子外外表、 定子内外表及两个配流盘组成四个密封工作油腔。 这些油腔随着转子的转动， 密封工作油腔产生由小到大或由大到小的变化， 可以通过配流盘的吸油窗口与吸油口相连 或排油窗口与排油口相连 将油液吸入或压出。在转子每转过程中， 每个工作油腔完成两次吸油和压油， 所以称为双作用式叶片泵，由于上下压腔相互对称对称，轴受力平衡，为卸荷式。5. 滤油器（ 1构造原理：过滤油的仪器。按滤芯的材料和构造形式，滤油器可分为网式、线隙式，纸质滤芯式、烧结式滤油器及磁性滤油器等。 按滤油器安放的位置不同，还可以分为吸滤器，压滤器和

28、回油滤油器， 考虑到泵的自吸性能， 吸油滤油器多为粗滤器。变换阀心在阀体内的相对工作位置， 使阀体各油口连通或断开， 从而控制液压执行元件如液压杆、液压马达的换向或启停。专业资料整理WORD格式实用文档（ 2应用：电磁换向阀：利用电磁铁的通、断电而直接推动阀芯来控制油口的连通状态。电磁换向阀起先导作用， 它可以改变控制液流的方向， 从而改变液动换向阀的位置。 由于操纵液动换向阀的液压推力可以很大， 所以主阀可以做得很大，允许有较大的流量通过。这样用较小的电磁铁就能控制较大的液流。六、液压系统的性能验算6.1 压力损失及调定压力确实定根据计算慢上时管道内的油液流动速度约 , 通过的流量为 1.5

29、L / m in, 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qp9.75 0.001m52mmv1A160 31.17 0.0001 ss此时油液在进油液在进油管的流速为qp9 .75103m3 .23mv1060A46ss 沿程压力损失首先要判别管中的流态，设系统采用N32液压油。室温为20度时，1.010 4mm2所以有：sRe vd3.23810310258.42320， 管中为层流，v1.04

30、那么阻力损失系数75750.29，假设取进、回油管长度均为2m，Re258.4油液的密度为890kg，那么其进油路上的沿程压力损失为m3专业资料整理WORD格式实用文档plv2890P337000 p0.337 p120.293.23aa2810 322 ad 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， 前者视管道具体安装构造而定，一般取沿程压力损失的 10%；而后者那么与通过阀的流量大小有关，假设阀的额定流量和额定压力损失为qn和 pn，那么当通过阀的流量为q时的阀的压力损失 pvqpvpn因为 GE系列 10mm通经的阀的额定流量为63L/min ，

31、叠加阀 10mm通经系列专业资料整理WORD格式的额定流量为40L/min ，而在本例中通过每一个阀的最大流量仅为9.75L/min，专业资料整理WORD格式所以通过整个阀的压力损失很小，且可以忽略不计。专业资料整理WORD格式同理，快上时回油路上的流量2qA29.7526.26Lq131.17 min ，那么回A1油 路 油 管 中 的 流 速 v8.21 1032m2.72 m。由此可计算出ss604810634750.345, 所以回油路Re vd / v2.72810 1.010217.6( 层流)，Re上的沿程压力损失为：plv20.345239002.722.72Pa 2.87100000 0.287MPad 28102总压力损失由上面的计算所得可求出pp1A226.26p20.337 0.0337(0.287 0.0287) MPa 0.637MPaA131.17原设p0.4MPa ，这与计算结果略有差异，应用计算出的结果来确定系统中压力阀的调定值。压力阀的调定值双联泵系统中卸荷阀的调定值应该满足快进的要求，保证双泵同向系统供油，因而卸荷阀的调定值应略大于快进时泵的供油压力ppFp 1.93 0.637 MPa 2.567MPaA1所以卸荷