液压与气动技术课程设计任务书.docx

成绩评定液压与气动技术课程设计机电工程系主缸运开工作循环(1)快速下行。按下起动按钮，电磁铁1YA通电。这时的油路进油路为: 变量泵1一换向阀6右位一节流阀8- 压力继电器11和液压缸15上腔 回油路为:液压缸下腔15-已翻开的液控单向阀7一换向阀6右位一电磁阀5-背压阀4一油 箱油路分析:变量泵1的液压油经过换向阀6的右位,液压油分两条油路:一条 油路通过节流阀7流经继电器11,另-条路直接流向液压缸的上腔和压力表。使液压缸的上腔加压。液压缸15下腔通过液控单向阀7经过换向阀6的右位流 经背压阀,再流到油箱。因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单 向阀7翻开,使副油箱13的液压油经过副油箱旁边的液控单向阀14给液压缸 15上腔补油。使液压缸快速下行，另外背压阀接在系统回油路上，造成一定的 回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。(2)保压时的油路情况：油路分析:当上腔快速下降到一定的时候，压力继电器11发出信号，使换 向阀6的电磁铁1YA断电,换向阀回到中位,液压系统保压。而液压泵1在中 位时,直接通过背压阀直接回到油箱。(3)回程时的油路情况：液压缸下腔回油路为: 变量泵换向阀6左位- +液控单向阀7- 液压油箱15的下腔液压缸.上腔回油路为: 液压腔的.上腔-液控单向阀14一副油箱13 液压腔的上腔- 节流阀8- 换向阀6左位一电磁阀5- 背压阀4-油箱 油路分析:当保压到一定时候，时间继电器发出信号，使换向阀6的电磁.铁2YA通电，换向阀接到左位，变量泵1的液压油通过换向阀旁边的液控单向 阀流到液压缸的下腔,而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀9(电磁铁6YA 接通)，上腔油通过换向阀10接到油箱,实现释压,另外一局部油通过主油路 的节流阀流到换向阀6,再通过电磁阀19，背压阀11流回油箱。实现释压。顶出缸运开工作循环(1)向上顶出当电磁铁4YA通电,5YA失电，三位四通换向阀6处于中位时，此时顶出缸的进油路为:液压泵一换向阀19左位单向节流阀18一下液压缸下腔 顶出缸的回油路为：下液压缸上腔- 换向阀19左位一油箱(2)停留当下滑块上移动到其活塞碰到顶盖时，便可停留在这个位置上。.(3) 向下退回当停留结束时,即操作员取下工件时,启动开关,使电磁阀3YA通电(4YA电)，阀19换为右位。压力油进入顶出缸上腔,其下腔回油， 下滑块下移。进油路：液压泵换向阀19右位-单向节流阀17一下液压缸上腔 回油路：下液压缸下腔换向一阀19右位一油箱(4)原位停止当下滑块退到原位时，是在电磁铁3YA, 4YA都断电，换向 阀19处于中位时得到的。五、确定液压缸主要参数按液压机床类型初选液压缸的工作压力为25Mpa,根据快进和快退速度要 求,采用单杆活塞液压缸。快进时采用差动连接,并通过充液补油法来实现,这 种情况下液压缸无杆腔工作面积A应为有杆腔工作面积A2的6倍，即活塞杆直 径d与缸筒直径D满足d=D的关系。快进时，液压缸回油路上必须具有背压p,防止上压板由于自重而自动下滑， 根据液压系统设计简明手册表2-2中，可取pa =lMpa,快进时，液压缸是 做差动连接，但由于油管中有压降Ap存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估 计时可取OplMPa，快退时，回油腔是有背压的，这时pz亦按2Mpa来估算。6以单活塞杆液压缸为例来说明其计算过程。PIP2川-4匕-（/）鸟4液压缸工作腔的压力PaP2液压缸回油腔的压力Pa故:Ai=(F/nm)/(Pi-P2/6)=(2.5*105 *9.8)/(25-2/6)*0.9*10q=0.1 104m2D=(4*Ai/rr)0 5=0.375md=(5/6)O 5D=(5/6)o 5*0.375=0.342m当按 GB/T2348-93 将这些直径圆整成迸标准值时得：D= 400mm , d=360mmo由此求得液压缸面积的实际有效面积为：Ai=ttD2/4=0. 1256m2A2=TT(D2-d2)/4=0.0239m2液压缸实际所需流量计算 工作快速空程时所需流量坐7九-液压缸的容积效率，取7九=0.96Qi=0.1 256*3/0.96=393(L/min)工作缸压制时所需流量Q2=(Ai*V2)/r|cv=0.1256*0.04/0.96=5(L/min)工作缸回程时所需流量Q3=(A2*V3)/ ncv=0.0239*3/0.96=393(L/min)六、液压元件的选择确定液压泵规格和驱动电机功率 由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力 取为25MPa,考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为IMPa(含回油路上的压 力损失折算到进油腔),那么液压泵的最高工作压力为P, =P+AP = (25+ 1)x10* = 26MPa上述计算所得的P,是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡 阶段出现的动态压力往往超过静态压力,另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵 的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力P,应 .满足:P尸 p"0.8= 26/0.8= 31.25Mpa液压泵的最大流量应为：%)2 KJq)max式中液压泵的最大流量(Z幻max-同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正 进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量23min。系统泄漏系数，一般取K, =1.11.3 ,现取K, =1.1。qP=KL(Zq)max+SAq=1.1* ( 393+2.5 ) =395.5L/min1.选择液压泵的规格由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱 塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备(如龙门刨床、拉床、 液压机)，柱塞式变量泵有以下的特点：1)工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及外表质量可以到达很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能到达的工作压力，一般是(200400 ) xIO5Pa，最高可以到达 1000x1()5p。2 )流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变 增大。3 )改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。4 )柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位 功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大， 价格昂贵。根据以上算得的%,和今在查阅相关手册机械设计手册成大先P20-195 得：现选用63丫。14-18 63ml/r，额定压力32Mpa，额定转速1500r/min , 驱动功率59.2KN ,容积效率292% ,重量71kg ,容积效率达92%。2.与液压泵匹配的电动机的选定由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油压力值为26Mpa ,流量为已选定泵的流量值。勺-液压泵的总效率。柱 塞泵为0.800.85 ,取为-0.82。选用1000r/min的电动机，那么驱动电机功率为：10选择电动机 ri80M-4 ,其额定功率为18.5KW。阀类元件及辅助元件的选择1 .对液压阀的基本要求：(1) .动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。(2) .密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大2,根据液氏系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量 淇 他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式,压力损失数值，工作性能参数和工作 寿命等条件来选择标准阀类的规格：表3.1 :小型压力机液压系统中控制阀和局部辅助元件的型号规格估计通过序号元件名称流量型号规格11101斜盘式柱塞泵156.863SCY14 - 1B32Mpa ,驱动功率59.2KN2WU网式滤油器160WU-160*18040通径，压力损失<0.01MPa3直动式溢流阀120DBT1/315G2410通径,32Mpa ,板式联接4背压阀80YF3-10B10通径，21Mpa ,板式联接5二位二通手动电磁阀8022EF3-E10B126三位四通电磁阀10034DO-B10H-T10通径，压力31.5MPa7液控单向阀80YAF3-E610B32 通径，32MPa8节流阀80QFF3-E10B10 通径，16MPa9节流阀80QFF3-E10B10 通径,16MPa10二位二通3022EF3B-E10B6通径，压力20 MPa电磁阀11压力继电器一DP1-63B8 通径,10.5-35 MPa12压力表开关KFL8 - 30E32Mpa , 6 测点13油箱12131414液控单向阀YAF3-E610B32 通径,32MPa15上液压缸16下液压缸17单向节流48ALF3 - E10B10 通径，16MPa阀18单向单向48ALF3 - E10B10 通径,16MPa阀19三位四通电磁换向2534DO-B10H-T阀20减压阀40JF3-10B管道尺寸确实定油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等,必须按照安装位置、工作环境和工作压力来止确选用。本设计中油管采用钢 管，因为本设计中所须的压力是高压,P=3L25MPa(P>6.3MPa),钢管能承 受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀,刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方13可以用管接头来实现弯曲。尼龙管用在低压系统;塑料管一般用在回油管用。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶. 管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管,可用于压力较高的油路中。 低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管,多用于压力较低的油路中。由于胶 管制造比拟困难，本钱很高，因此非必要时一般不用。1 .管接头的选用： 管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各 种条件。管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有：焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定较接管 接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹(ZM)和普通细牙螺 纹(M) o锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封,广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫 或0形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。2 .管道内径计算:式中 Q通过管道内的流量 “%V管内允许流速，力,见表:表3.2 :液压系统各管道流速推荐值油液流经的管道推荐流速m/s液压泵吸油管0.5-1.5液压系统压油管道36 ,压力高，管道短粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6(1).液压泵压油管道的内径:1415液压系统传动原理图（包括工作循环图）取 v=4m/s4Q/4x50xl0-3a = Jm = J= 1 b.3mmV 7TV V 60x3.14x4根据机械设计手册成大先P20-641查得:取d=20mm,钢管的外径D=28mm;管接头联接螺纹M27x2o(2),液压泵回油管道的内径：取 v=2.4m/sd= 1 9mm根据机械设计手册成大先P20.641查得:取d=25mm,钢管的外径D=34mm;管接头联接螺纹M33Q。3.管道壁厚6的计算风m 2匕|式中：p管道内最高工作压力 Pad管道内径mcr管道材料的许用应力 Pa , 2=25,管道材料的抗拉强度Pa1516n平安系数，对钢管来说，p<7MP时，取n=8 ;时，取 n=6 ; p> 75MPa 时，取 n=40根据上述的参数可以得到：我们选钢管的材料为45#钢，由此可得材料的抗拉强度d=600MPa;r , 600MPacr = 150MPa.液压泵压油管道的壁厚31.25x1()6x20x10-32 x 150Mp 2 x 150Mp m = 2Amm.液压泵回油管道的壁厚e pd31.25 x 10 x 25 x 1。< 卜)、& 皿、香：壬出d = - m = 2.6mm 所以所选管道适用。2cy2 x 150MPa液压系统的验算上面已经计算出该液压系统中进,回油管的内径分别为20mm,25mm。但是由于系统的具体管路布置和长度尚未确定，所以压力损失无法验算。 系统温升的验算在整个工作循环中,工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计 算，主要考虑工进时的发热量。-般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热 量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。1617当 V=10mm/s 时,即 v=600mm/minq = D2v = xO.322 x0.6/ /min = 48x 10，3z?7/min即 = 48Lmin此时泵的效率为0.9 ,泵的出口压力为26Mp ,那么有P 入=26x48 KW= 23KW60 x 0.9P. =Fv = 470000 x xlO-3xlO-3W列'60即愉出= 14.7KW此时的功率损失为：P = P 入仁尸 =(23-14.7)KW=8.3KW假定系统的散热状况一般，取K = 20x1(t3kw/(c/.。°),油箱的散热面积A为A = 0.065 x Vv7 = 0.065 x V16502/n2 = 9.08/n2系统的温升为a, AP8,3。厂 ”丁厂A/ = =： C = 35.7 CKA 20x10-3x908根据机械设计手册成大先P20-767 :油箱中温度一般推荐30501所以验算说明系统的温升在许可范内O七、液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确实定(1)液压缸壁厚和外经的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。1718液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压.力的圆筒,其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒 和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚8的比值D1 5 210的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸广般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒 公式计算殷丽设计计 算过程式中 6液压缸壁厚（m）;D液压缸内径（m）;、试验压力，一般取最大工作压力的（1.25-1.5）倍（根已）；b缸筒材料的许用应力。无缝钢管：匕=1OO1 lOA7已。p、=l 8.3 x 1.25 =22.9 MPa贝（J 6 =22.9*0,4/220=0.42mm取8 =0.45mm在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变 形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选 取，必要时按上式进行校核。液压缸壁厚算出后,即可求出缸体的外经D为D12D+2 5 =400+2* 45=490mm（2）液压缸工作行程确实定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定,并参阅 vv液压系统设计简明手册>>P12表2-6中的系列尺寸来选取标准值。液压缸工作行程选l=300mm 缸盖厚度确实定 般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似 计算。1819无孔时有孔时式中t > 0.433D,/ > 0.433Q?缸盖有效厚度(m);D2缸盖止口内径(m);d。缸盖孔的直径(m)。液压缸： 无孔时 tN79mm取 t=80mm有孔时tN85mm取 t,=85mm(3)最小导向长度确实定当活塞杆全部外伸时,从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H 称为最小导向长度(如下列图2所示)。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠 度(间隙引起的挠度)增大，影响液压缸的稳定性,因此设计时必须保证有一定【小导向长度。对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求: 设计计算过程L D 十 202式中L.一液压缸的大行程;D-液压缸的内径。活塞的宽度B .般取B=(0.6-10)D ;缸盖滑动支承面的长度1,根据液压缸1920内径D而定；当 D<80mm 时，取 I = (0.6-1.0)D ;当 D>80mm 时，取 1=(0.6LO)d。为保证最小导向长度H,假设过分增大1和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度 H决定，即滑台液压缸：最小导向长度：H2300/20+400/2=215mm取 H=220mm活塞宽度：B=0.6D=240mm缸盖滑动支承面长度：.Il=0.6d=216mm隔套长度：C=220-0.5( 216+240 ) =-8mm所以无隔套。液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还 要考虑到两端端盖的厚度。-般液压缸缸体长度不应大于内径的20-30倍。液压缸：缸体内部长度 L=B+|=240+300+=540mm当液压缸支承长度LB(10-15)d时，需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设计不需进行稳定性验算。液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各局部的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向局部结构、密封装置、排 气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。 设计时根据具体情况进行选择。设计计算过程(1)缸体与缸盖的连接形式2021缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。 本次设计中采用外半环连接，如下列图6所示：图6:缸体与缸盖的连接方式缸体与缸盖外半环连接方式的优点：结构较简单加工装配方便缺点：外型尺寸大缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚2）活塞杆与活塞的连接结构参阅液压系统设计简明手册P15表2-8,采用组合式结构中的螺纹连接。如下列图7所示：特点:2122结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械.上的液压缸。活塞杆导向局部的结构:活塞杆导向局部的结构,包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、 防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向,也可做成与端 盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。导向套的 位置可安装在密封圈的内侧，也可以装在外侧。机床和工程机械中般采用装在 内侧的结构，有利于导向套的润滑;而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下 工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。参阅vv液压系统设计简明手册>>P16表29 ,在本次设计中，采用导向套导. 向的结构形式，其特点为： 导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料。盖与杆的密封常采用Y形、V形密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸。防尘方式常用J形或三角形防尘装置活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用的压力、温度、 运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。参阅水液压系统设计简明手册>>P17表210,在本次设计中采用0形密封圈。232423原位原位课程设计说明书一、设计题目1二、技术参数和设计要求1三、工况分析1四、拟定液压系统原理3五、确定液压缸主要参数6六、液压元件选择8七、液压缸结构设计17八、参考文献22九、致谢23一、设计题目小型液压机液压系统二、技术参数和设计要求三、快速压制快速压制设计一台小型液压机的液压系统，要求实现快速空程下行一一慢速加压一一保压一- 回程停止的工作循环。快速往返速度为5m/min,加压速度为40300mm / min, 力为250kN,运动部件总重量为25kN。三、工况分析首先根据条件绘制运动部件的速度循环图。V(nVmin图3-1计算各阶段的外负载并绘制负载图1、工件的压制力即为工件的负载力：Ft=2500N 2、摩擦负载静摩擦系数取0. 2,动摩擦系数取0.1那么静摩擦阻力FfS=0.225000=5000N动摩擦阻力 Ffd=0.125000=2500N3、惯性负载F产(Av/At)t为加速或减速的时间一般t=0. 010. 5s,在这里取t=0.2s(25000*3) / (9. 8*0. 2*60) =637N自重 G=25000N液压缸在个各工作阶段的外负载工作循环外负载F (N)启动F=G+FfS24000N加速F=G+Fm+Ffd225 ION快进F=G+Ffd22000N共进F=G+R+Ffd222000N快退F=G-Ffd18000N负载循环图如下222000F(N)24(X)O2251022(X)O30()L(mm)I 8(X)0图3-2U!、拟定液压系统原理确定供油方式考虑到该机床在工作进给时需要承受较大的工作压力，系统功率也较大,现 采用轴向柱塞泵63SCY14- 1B，具有将32MPa压力的纯洁液压油输入到各种 油压机、液动机等液压系统中，以生产巨大的工作动力，该柱塞泵结构紧凑，效 率高，工作压力高，流量调节方便。自动补油保压回路的设计保压回路的功用是使系统在液压缸不动或因工件变形而产生微小位移的工 况下能保持稳定不变的压力。考虑到设计要求，保压时间要到达5s,压力稳定 性好。选用液控单向阀保压回路，那么保压时间较长，压力稳定性高，选用M型 三位四通换向阀,利用其中位滑阀机能,使液压缸两腔封闭,系统不卸荷。设计 了自动补油回路,且保压时间由电气元件时间继电器控制。此回路完全适合于保 压性能较高的高压系统,如液压机等。自动补油的保压回路系统图的工作原理：按下起动按纽，电磁铁1YA通电，电磁换向阀6右位接入系统,油液一局部压力油通过节流调速阀8进入主缸上 腔;另一局部油液将液控单向阀7翻开，使主缸下腔回油,主缸活塞带动上滑块 快速下行,主缸上腔压力降低,其顶部充液箱的油经液控单向阀14向主缸上腔 补油。当主缸活塞带动.上滑块接触到被压制工件时,主缸上腔压力升高,液控单 向阀14关闭，充液箱不再向主缸上腔供油，且液压泵流量自动减少，滑块 下移 速度降低，慢速加压工作。当主缸上腔油压升高到压力继电器11的动作压力时, 压力继电器发出信号,使电磁阀1YA断电,换向阀6切换成中位;这时液压泵 卸荷,液压缸由换向阀M型中位机能保压。同时压力继电器还向时间继电器发 出信号,使时间继电器开始延时。保压时间由时间继电器在0-24min调节。释压回路的设计释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免它.突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于25mm、压力高于7Mpa 时,其油腔在排油前就先须释压。根据生产实际的需要,选择用节流阀的释压回路。其工作原理:当保压延时结束后,时间继电器发出信号,使电磁阀6YA通电,二位二二通电磁换向阀10处 于下位,从而使主缸上腔压力油液通过节流阀9,电磁阀10,与油箱连通,从 而使主缸，上腔油卸压，释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降至压力继电器的调定压力时，换向阀6切换至左位，液控单向阀7翻开，使液压缸上腔的油通过三位四通电磁阀6,二位二通电磁阀5，和顺 序阀4排到液压缸顶部的充液箱13中去，此时主缸快速退回。使用这种释压回 路无法在释压前完全保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用Y型，并且配 有其它的元件。机器在工作的时候,如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的 时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的平安，在泵出油处加一个直动式溢流阀1,起平安阀 的作用，当泵的压力到达溢流阀的导通压力时，溢流阀翻开，液压油流回油箱, 起到平安保护作用。在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可 以增加液压系统的平稳性，提高加工零件的精度。