悬挂式液压重靶设计说明书

STYLEREF标题1目录-致谢-PAGE8--PAGE20-第1章机械结构的设计计算与分析1.1基本参数耙片直径：660mm耙片厚度：5mm耙片数量:26配套动力：120马力（88.26KW）工作幅宽：2900mm前后耙斜度：20°工作深度：180-200mm离地间隙:＞160mm整机重量：1.5T1.2整体结构设计分析图1-1悬挂式液压重耙结构示意图牵引组件2-浮动组件3-前耙组件4-升降油缸5-一行走支架6-行走轮组件7-机架组件8-后耙组件悬挂式液压重耙的整体结构如上图1-1所示。具体由牵引组件、浮动组件、前耙组件、升降油缸、行走支架、行走轮组件、机架组件、后耙组件等部分组成。整个机构由拖拉机牵引前进，拖拉机通过与牵引组件连接，给整个重耙机构提供前进动力，同时牵引设置成浮动形式，为了抵消后行走轮升降引起的牵引架的倾斜，浮动机构2由浮动杆和浮动弹簧组成；同时设置两组23°的前耙组件和后耙组件，共同满足耕地要求；前耙和后耙各设置23个圆盘耙；同时设置一组油缸用于控制行走轮的升降，当工作的时候，控制油缸缸杆收回，进而控制行走轮收回，圆盘耙进行工作，当不需要工作的时候，控制油缸缸杆伸出，进而控制行走轮伸出，行走轮行走。1.3动力参数分析1.3.1配套动力整机最大的工作阻力来自圆盘破土力，参考标准，本文设计圆盘耙直径为660mm，作业深度为180-200mm，每米幅宽消耗动力为20-25KW，幅宽设计成2.9m，则总消耗功率P1=2.9×25=72.5KW又因拖拉机提供功率需要满足耕地消耗功率和整机前进阻力，按照动力系数取1.2.则拖拉机动力为P=1.2×72.5=87KW换算成马力可知约为120马力。1.3.2作业速度作业质量与作业速度成正比关系，在满足最佳工作状态时，尽可能降低功率消耗，提高作业生产率，根据农机手册可知，660mm圆盘耙的作业速度10-15km/h，本文取15km/h。1.4圆盘部件设计本文设计采用前后成一定角度的双列圆盘排列，与前进方向成20°夹角，交错设置，可以提高耕地效率的同时，还能避免堵塞。为了保证圆盘耙正常工作，其中圆盘投影间距与圆盘直径等起着至关重要的作用，对于破土和碎土起到关键的影响。圆盘耙在工作的时候，从横断面观察为一椭圆形，由于距离b的存在，相邻两圆盘加工后的土壤横断面中间有一凸起高度h。当h=a的时候，又严重的漏耙现象，所以此时需满足h≤a。设定Dh为耙片圆盘面在凸起高度处的耙片弦长，结合上述两图可得：（1）因为：所以：（2）结合（1）（2）可得：又因为：D=kamax=(4-6)amax此处取k=5，α=20°a=180mm,D=660mm,h=a/2=90mm。可得：b=236mm。1.5受力分析已知G=1500×10=15000NG1为G的反作用力，大小相等，方向相反。G1=G=15000N对于O点进行受力分析，可知转矩为零，即：设定油缸受力为F，此时油缸受力最大。有：可得：第2章液压系统的设计与分析2.1基本参数设定系统压力：5MPa系统流量:60L/min2.2液压系统原理图的设计图2-1悬挂式液压重耙液压系统原理图油箱2-吸油过滤器3-泵4-柴油发动机5-精过滤器6-单向阀7-先导式电磁溢流阀8-截止阀9-压力表10-蓄能器11-电磁换向阀12-双向液压锁13-双向节流阀14-升降油缸15-液位计16-回油过滤器17-冷却器18-空气滤清器19-放油螺塞2.3液压系统原理图的分析整个悬挂式液压重耙的升降液压系统由一个泵提供动力油源，由1个主系统构成，一个升降油缸作为执行元件执行动作。启动：启动柴油机4，柴油机通过分配箱与泵3连接，然后带动泵工作，泵3以一定转速运转后，从油箱1中吸油，油液经过吸油过滤器2进入到泵3中再以一定排量的油液进入到主系统回路中去。升起（行走轮伸出支撑）：油液首先来到三位四通电磁换向阀11的P1口，此时P1口不通，当通过电信号控制电磁铁2YA通电时，此时油液经过电磁换向阀11的P1口到达A1口，然后油液从A1口经过双向液压锁12和双向节流阀13进入到升降油缸的无杆腔，推动油缸缸杆伸出，从而控制行走轮伸出，进而控制整个悬挂式液压重耙升起。下降（行走轮缩回，重耙工作）：当通过电信号控制电磁铁1YA通电时，此时油液经过电磁换向阀11的P1口到达B1口，然后油液从B1口经过双向液压锁12和双向节流阀13进入到升降油缸的有杆腔，推动油缸缸杆缩回，从而控制升降装置下降，从而控制行走轮缩回，进而控制整个悬挂式液压重耙下降，开始工作。整个支路中双向液压锁12是保证油缸到某个位置需要停止的时候可以锁死油路，可以精确保证重耙的工作位置；双向节流阀13是调节进出口流量，进而调节油缸的伸出与缩回的速度，控制行走轮的伸出与缩回的速度，进而控制升降装置的升起与下降的速度。蓄能器10是在整个油路压力较高的时候吸收压力，在压力较低的时候起到动力油源给系统供油的作用，同时还能吸收油缸动作带来的冲击。第3章液压元件的计算与选型3.1参数确定油缸最大负载为F=37133N,系统工作压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水平而定，还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济;反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。系统工作压力高，省材料，结构紧凑，重量轻，是液压的发展方向，但要注意治漏、噪声控制和可靠性问题的妥善处理。具体选择参考表3-1，3-2。表3-1按载荷选择工作压力载荷/kN＜55～1010～2020～3030～50＞50工作压力/MPa＜0.8～11.5～22.5～33～44～5≥5表3-2各类设备常用的工作压力设备类型压力范围/MPa压力等级说明设备类型压力范围/MPa压力等级说明机床、压铸机、汽车＜7低压低噪声、高可靠性系统油压机、冶金机械、挖掘机、重型机械21～31.5高压空间有限、响应速度高、大功率下降低成本农业机械、工矿车辆、注塑机、船用机械、搬运机械、工程机械、冶金机械7～212中压一般系统金刚石压机、耐压试验饥、飞机、液压机具＞31.5超高压追求大作用力、减轻重量综上可知，考虑到本机实际，取系统最大压力5MPa。3.2油缸的设计计算3.2.1缸径设计计算缸径一般指的是油缸的缸筒的内径，它的大小决定了受压的截面积的大小，同时决定了液压油缸的运行的速度。油缸一般工作的时候回油的油路会和油箱接通的，接通后回油管的油压就是和油箱的油压是一样的，此时回油的油液压力一般为PO=0，已知油缸受到最大力为37133N，工作压力P=5Mpa，则缸筒内径：D==参照标准系列表，取D=100mm其中：D——缸筒的内径F1——液压缸最大推力P——液压缸最高工作压力η——液压缸总效率，通常取η=90%3.2.2缸筒壁厚设计计算当壁厚δ＞油缸内径的时候，即δ＞时，按厚壁筒公式计算：δ=当壁厚δ小于或等于油缸的缸径D的时,按薄壁筒公式计算,δ=式中：P——液压缸最大工作压力（MPa）[σ]——许用应力（Mpa），[σ]=，其中，σb为材料强度极限，n为安全系数；通常取n=3.5～5，δ——缸筒的壁厚（mm）查阅相关资料可得，45号钢的σb=600Mpa，中大型的工况，所以它的安全系数取6，对应的[σ]=。薄壁公式计算：δ≥用薄壁筒公式正确。考虑留有加工余量，取δ=10缸体外径尺寸：D1＝D+2＝100+2×10＝120mm3.2.3缸杆设计计算首先根据速比的表选定速比因为油缸的公称压力为5MPa,选取速比为1.46通常是由速比μ得出计算出的，速比的定义是液压油缸收缩的速度与液压油缸伸出的速度之比，即：μ=。速比通常都是大于1的，如果速度比越大，那么油缸的活塞杆杆径就会越大越大，这样就会越有利于活塞杆的稳定性，一般情况下，μ在1.25～2范围内变化。考虑到活塞杆的稳定性和强度以及上表中的压力，取μ=1.46。d=D式中：d——活塞杆外径D——缸筒内径μ——速度比圆整并参考缸杆尺寸标准，取：d=60mm；综上可知：缸杆的直径d=60mm，缸筒的内径为100mm，缸筒的外径为120mm，行程100mm（根据设计需求）。3.3液压泵的选型1、泵的压力的确定（1）确定液压泵的最大工作压力Pp式中：P1—液压系统最大工作压力；P1=5MPa—进油路上总压力损失，=0.5MPa（简单系统0.2-0.5MPa，复杂系统0.5-1.5MPa）则：≥5+0.5=5.5MPa∵所选泵的最大压力一般要比最大工作压力大25%～60%∴选取的液压泵要求压力为2、液压泵流量的确定式中：K—系统泄露系数，一般取K=1.1～1.3，这里取K=1.2；—高压系统液压元件最大总流量，=60L/min（根据回路经验值）则：=1.2×60=72L/min故选择液压泵供油，型号为A10VSO45，额定流量68L/min。3.4电机功率的确定驱动功率为：式中：—最大压力，=5MPa—最大流量，=60L/min—总效率，=0.95则：电动机一般允许在短时间内超载0-25%，因此，取电机的功率为5.5KW。故根据《机械设计手册》第五卷，变频电机选定Y132S-4型三相异步变频电动机，其额定功率为5.5KW，同步转速为1500r/min3.5油箱容积计算3.5.1油箱容积计算油箱容量可按下面的经验公式计算得到;也可按系统发热温升计算公式确定。V=ξQp式中:V-油箱的有效容积(L);Qp-液压系统的额定流量(L/min);ξ-与系统压力有关的经验系数:低压系统ξ=2~4,中压系统ξ=5~7,高压系统ξ=10~12。对于行走机械或经常间断作业的设备，系数取较小值;对于安装空间允许的固定机械，或需借助油箱顶盖安放液压泵和电动机和液压集成装置时，系数可适当取较大值。由上式可知V=ξQp=5×60=300（L)又因液压油箱油液基本占据油箱2/3，所以油箱要比计算值大10%-25%所以，油箱设计为400L油箱具体尺寸根据实际工况进行设计，总体积可以≥400L3.5.2油箱外形尺寸计算油箱有效尺寸高、宽、长之比可以取1:2:3，设高为X，则有效容积为1X×2X×3X计算可得：0.405m×0.810m×1.215m表4-3油箱容量JB∕T7938-199946.310254063100160250315400500630800100012501600200031504000500063000图4-1油箱结构示意图3.6管路的设计依据工作压力、工作环境和液压装置的总体布局，对于具有不同管路长度的刚性连接，一般使用硬管。由于硬管流动阻力小，安全可靠性高且成本低，油管与执行机构的运动部分并未一起。所以初步选用硬管（钢管），材料为钢。

管道内径一般根据所通过的流量和允许流速，按下式计算：δ≥式中q—通过油管的最大流量;ν—油管中允许流速;d—油管内径;δ—油管壁厚;p—管内最高工作压力;σb—管材抗拉强度;n—安全系数。主吸油管：油液流经吸油管时允许流速为0.5-1.5m/s，取v=1.5m/s，吸油管初步选择为10号冷拔无缝钢管，钢管外径为40mm，吸油管管壁厚取3mm。管接头第一类为压油管与泵吸油口连接，选择法兰连接，型号尺寸同泵进油口；第二类为管道与管道之间，选择直接焊接；第三类为管道与油箱表面之间，采用法兰盘。同理可以计算出：回油管钢管外径25mm，壁厚3mm系统中压力管外径20mm，壁厚3mm。3.7液压元件选择各种阀门选型应该根据标准液压手册中列出的零件型号进行选择。各类阀门的额定压力和额定流量应接近其工作压力和最大流量，最大流量不得超过额定流量的20%。选择安全阀，以确保液压泵的总流量。此外，所有的压力阀都必须具有适当的压力控制范围，以使额定工作压力不高于工作压力。流量阀和阀门的最小恒定流量满足液压系统执行器的最小稳定速度。选择节流阀时，实际流量不得低于阀门额定流量，避免过度偏差误差（或恢复误差）。过滤精度应注意允许通过的流量满足系统使用和清洁回路；流量容量应大于或等于实际流量的两倍；过滤器的耐受压力应大于其安装现场的系统压力；适用场合一般根据产品样例检查职业代码描述。其余各阀的选择应注意系统最大压力和最大流量值，所选取型号规格要略大于最大压力和流量。表4-4各液压元件型号选择序号液压元件名称型号数量1吸油过滤器XU-16012精过滤器GU-H1013电机Y132S-414泵A10VSO4515先导式溢流阀DBW616回油过滤器RF17电磁换向阀4WE6Y18蓄能器NXQ19叠加式双向液压锁Z2S6110叠加式双向节流阀Z2FS6111冷却器SL-304112液位计YWZ113空气滤清器QUQ3114压力表Y-1001参考文献[1]袁帮谊.电液比例控制与电液伺服控制技术[M].中国科学技术大学出版社,2014.[2]宋志安.MATLAB/Simulink与液压控制系统仿真[M].国防工业出版社,2012.[3]雷天觉.新编液压工程手册[M].北京理工大学出版社,1998.[4]刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真.第3版[M].电子工业出版社,2011.官忠范.液压传动系统[M].机械工业出版社,1996.[5]冀宏.非全周开口滑阀阀口面积的计算方法[J].兰州理工大学学报，2008,(3):48-51.[6]杨殿宝.液压差动回路的设计缺陷[J].液压气动与密封，2012,(4):48-49.[7]吴晓明.能量再生回路及其应用[J].液压与气动，2013,(11):19-24.[8]张绍九.液压同步系统[M].北京：化学工业出版社，2010.[9]余估官.AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用[J].液压气动与密封，2005,25(3):28-31.[10]檀润华.减压阀式先导阀与多路换向阀的匹配[J].河北工学院学报，1988，(2):75-80.[11]吉林工业大学等校编写的《工程机械液压与液力传动》机械工业出版社，1979。[12]东北工学院《机械零件设计手册》编写组编，冶金工业出版社，1979。[13]吴远洪,杨莉华.液压预应力拉杆油缸典型故障原因探讨[J].液压气动与密封,2021,41(05):81-82.[14]范兴劲.机械零件设计及加工工艺分析[J].中国设备工程,2021(09):122-123.[15]姜涛.机械设计制造及其自动化应用探究[J].中国设备工程,2021(09):137-138.[16]王江月.机械产品结构设计要点探究[J].中国设备工程,2021(09):233-234.[17]吴杰,向斌,高红星.液压传动系统的安装与调试[J].山西冶金,2021,44(02):170-171+203.[18]MhrubajMG,UJsoy.A.G,Y.Koren.Reconfiguarable[J].ManufacturingSystems:KeytoFutureManufacturing.JournalofInterlligentManufacturing,2005,(11):403-409.[19]王先逵,等.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社,2007：88-102.[20]冯之敬．机械制造工程原理[M]．北京：清华大学出版社，2008：19-134．[21]陈日耀.金属切削原理[M].北京大学，机械工业出版社，2003:106-132.[22]关慧贞，冯辛安．主编．机械制造装备设计[M]．机械工业出版社，2009：51-59．[23]彭林中.机械切削工艺参数速查手册[M].北京:化学工业出版社，2010:11-37.[24]李志乔.铣削加工速查手册[M].北京:机械工业出版社，2010:19-52.[25]崇凯.机械制造技术基础课程设计指南[M].北京:化学工业出版社，2006:24-77.[26]田培棠，石晓辉，米林.夹具结构设计手册[M].北京:国防工业出版社，2011:48-60.[27]杨叔子．机械加工工艺师手册[M]．北京：机械工业出版社，2001