毕业设计(论文)-液压综合试验台的系统设计(62页).doc
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1、-第一章第二章第三章 毕业设计(论文)-液压综合试验台的系统设计-第 79 页第四章 液压传动的发展概况1.1 发展历程 我国液压(含液力,下同)、气动和密封件工业发展历程,大致可分为三个阶段,即:20世纪50年代初到60年代初为起步阶段;6070年代为专业化生产体系成长阶段;8090年代为快速发展阶段。其中,液压工业于50年代初从机床行业生产仿苏的磨床、拉床、仿形车床等液压传动起步,液压元件由机床厂的液压车间生产,自产自用。进入60年代后,液压技术的应用从机床逐渐推广到农业机械和工程机械等领域,原来附属于主机厂的液压车间有的独立出来,成为液压件专业生产厂。到了60年代末、70年代初,随着生产
2、机械化的发展,特别是在为第二汽车制造厂等提供高效、自动化设备的带动下,液压元件制造业出现了迅速发展的局面,一批中小企业也成为液压件专业制造厂。1968年中国液压元件年产量已接近20万件;1973年在机床、农机、工程机械等行业,生产液压件的专业厂已发展到100余家,年产量超过100万件,一个独立的液压件制造业已初步形成。这时,液压件产品已从仿苏产品发展为引进技术与自行设计相结合的产品,压力向中、高压发展,并开发了电液伺服阀及系统,液压应用领域进一步扩大。气动工业的起步比液压稍晚几年,到1967年开始建立气动元件专业厂,气动元件才作为商品生产和销售。含橡塑密封、机械密封和柔性石墨密封的密封件工业,
3、50年代初从生产普通O型圈、油封等挤压橡塑密封和石棉密封制品起步,到60年代初,开始研制生产机械密封和柔性石墨密封等制品。70年代,在原燃化部、一机部、农机部所属系统内,一批专业生产厂相继成立,并正式形成行业,为密封件工业的发展成长奠定了基础。 进入80年代,在国家改革开放的方针指引下,随着机械工业的发展,基础件滞后于主机的矛盾日益突出,并引起各有关部门的重视。为此,原一机部于1982年组建了通用基础件工业局,将原有分散在机床、农业机械、工程机械等行业归口的液压、气动和密封件专业厂,统一划归通用基础件局管理,从而使该行业在规划、投资、引进技术和科研开发等方面得到基础件局的指导和支持。从此进入了
4、快速发展期,先后引进了60余项国外先进技术,其中液压40余项、气动7项,经消化吸收和技术改造,现均已批量生产,并成为行业的主导产品。近年来,行业加大了技术改造力度,19911998年国家、地方和企业自筹资金总投入共约20多亿元,其中液压16亿多元。经过技术改造和技术攻关,一批主要企业技术水平进一步提高,工艺装备得到很大改善,为形成高起点、专业化、批量生产打下了良好基础。近几年,在国家多种所有制共同发展的方针指引下,不同所有制的中小企业迅猛崛起,呈现出勃勃生机。随着国家进一步开放,三资企业迅速发展,对提高行业水平和扩大出口起着重要作用。目前我国已和美国、日本、德国等国著名厂商合资或由外国厂商独资
5、建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气缸、气源处理三联件、机械密封、橡塑密封等类产品生产企业50多家,引进外资2亿多美元。1.2 目前状况1.2.1基本概况 经过40多年的努力,我国液压、气动和密封件行业已形成了一个门类比较齐全,有一定生产能力和技术水平的工业体系。据1995年全国第三次工业普查统计,我国液压、气动和密封件工业乡及乡以上年销售收入在100万元以上的国营、村办、私营、合作经营、个体、“三资”等企业共有1300余家,其中液压约700家,气动和密封件各约300余家。按1996年国际同行业统计,我国液压行业总产值23.4
6、8亿元,占世界第6位;气动行业总产值4.19亿元,占世界第10位。1.2.2当前供需概况 通过技术引进,自主开发和技术改造,高压柱塞泵、齿轮泵、叶片泵、通用液压阀门、油缸、无油润滑气动件和各类密封件第一大批产品的技术水平有了明显的提高,并可稳定的批量生产,为各类主机提高产品水平提供了保证。另外,在液压气动元件和系统的CAD、污染控制、比例伺服技术等方面也取得一定成果,并已用于生产。目前,液压、气动和密封件产品总计约有3000个品种、23000多个规格。其中,液压有1200个品种、10000多个规格(含液力产品60个品种、500个规格);气动有1350个品种、8000多个规格;橡塑密封有350个
7、品种、5000多个规格,已基本能适应各类主机产品的一般需要,为重大成套装备的品种配套率也可达60%以上,并开始有少量出口。 1998年国产液压件产量480万件,销售额约28亿元(其中机械系统约占70%);气动件产量360万件,销售额约5.5亿元(其中机械系统约占60%);密封件产量约8亿件,销售额约10亿元(其中机械系统约占50%)。据中国液压气动密封件工业协会1998年年报统计,液压产品产销率为97 .5%(液力为101%),气动为95.9%,密封为98.7%。这充分反映了产销基本衔接。 我国液压、气动和密封工业虽取得了很大的进步,但与主机发展需求,以及和世界先进水平相比,还存在不少差距,主
8、要反映在产品品种、性能和可靠性等方面。以液压产品为例,产品品种只有国外的1/3,寿命为国外的1/2。为了满足重点主机、进口主机以及重大技术装备的需要,每年都有大量的液压、气动和密封产品进口。据海关统计及有关资料分析,1998年液压、气动和密封件产品的进口额约2亿美元,其中液压约1.4亿美元,气动近0.3亿美元,密封约0.3亿美元,比1997年稍有下降。按金额计,目前进口产品的国内市场占有率约为30%。1998年国内市场液压件需求总量约600万件,销售总额近40亿元;气动件需求总量约500万件,销售总额7亿多元;密封件需求总量约11亿件,销售总额约13亿元。1.3今后发展走势1.3.1影响发展的
9、主要因素 1、企业产品开发能力不强,技术开发的水平和速度不能完全满足先进主机产品、重大技术装备和进口设备的配套和维修需要; 2、不少企业的制造工艺、装备水平和管理水平都较落后,加上质量意识不强,导致产品性能水平低、质量不稳定、可靠性差,服务不及时,缺乏使用户满意和信赖的名牌产品; 3、行业内生产专业化程度低,力量分散,低水平重复严重,地区和企业之间产品趋同,盲目竞争,相互压价,使企业效益下降,资金缺乏、周转困难,产品开发和技术改造投入不足,严重地制约了行业整体水平的提高以及竞争实力的增强; 4、国内市场国际化程度日益提高,国外公司纷纷进入中国市场参与竞争,加上国内私营、合作经营、个体、三资等企
10、业的崛起,给国有企业造成愈来愈大的冲击。1.3.2发展走势 随着社会主义市场经济的不断深化,液压、气动和密封产品的市场供求关系发生较大变化,长期来以“短缺”为特征的卖方市场已基本成为以“结构性过剩”为特征的买方市场所取代。从总体能力看,已处于供大于求的态势,特别是一般低档次液压、气动和密封件,普遍供过于求;而主机急需的技术含量高的高参数、高附加值的高档产品,又不能满足市场需要,只能依赖于进口。在我国加入WTO后,其冲击有可能更大。因此,“十五”期间行业产值的增长,决不能依赖于量的增长,而应针对行业自身的结构性矛盾,加大力度,调整产业结构和产品结构,也就是应依靠质的提高,促进产品技术升级,以适应
11、和拉动市场需求,求得更大的发展。第二章 设计说明题目分析一、设计题目:液压试验台设计 二、技术参数及性能:压力表参数:010 Mpa 04 Mpa 01 Mpa 精度等级:1.5级液压缸行程:300 mm工作压力:08 Mpa输入电压:380 V 50 Hz三、工作量要求:1、 完成毕业实习并完成实习报告。2、 专题论文,论文题目自拟,不少于3000汉字。3、 专题外文翻译不少于5000个字符。4、 设计计算说明书内容不少于15000汉字,设计计算应有一定量的计算机应用内容5、 制图量折合6 7张A1图纸。6、 论文型题目要求实验工作量占30%。第三章 方案设计3.1 总体方案确定一个优秀的设
12、计应该是技术上先进,经济上合理,操作和维修方便,运转安全可靠,要达到这几个方面的要求。除了技术上的问题以外,还必须具有正确的设计指导思想和丰富的实践经验。当然要达到这些要求是需要一个过程的,我们应努力缩短这个过程。还应指出,一个设计良好的液压系统,往往不是一次就可以完成的,而需要经过使用实践的反复检验不断的调整和修改内容才能逐步达到完善。由于具体条件不同,液压系统的设计步骤不可能是固定不变的。通常总要把前后步骤反复交叉进行,不断的调整和修改设计内容。但是一般来说,液压系统的设计过程大体上包括下述的几个基本步骤:拟订液压系统步骤方案,液压系统的设计步骤不可能是固定不变的;液压系统的计算;选择或设
13、计各种液压元件;对系统进行必要的验算;绘制正式液压系统图和装配图等。在拟订液压系统方案以前,必须明确哪些工作机构需要用液压系统来完成,哪些工作机构应用其他传动方式去完成更合理。切不可一味盲目追求“全液压化”。因为尽管液压传动具有一系列的优点。但它在某些方面也有缺陷,亦不如其他传动方式。如能综合运用各种传动方式,注意扬长避短设计出来的机器才会是先进的和合理的。首先要调整和了解清楚所设计的液压系统要完成的工作任务是传动还是控制。易知本设计的液压传动系统的工作任务是传动。明确工作机构的运动形式,是直线往复运动、回转运动或是摆动,以确定选用什么形式的执行机构油缸、油马达或摆动油缸,本液压的所有工作机构
14、均是直线运动,进而选用油缸。明确系统所需执行机构的数量、动作顺序、相互之间的位置关系以及自动化程度要求、精度要求等,以及确定采用什么控制方式。本液压系统采用两个定量泵。系统中用两个油缸作为执行元件。明确系统对安全保护的要求程度,以便选用必要的合理的安全装置和措施。明确系统对传动精度和质量的要求,如平衡性、准确性、效率等。以便决定系统选用的元件精度和基本回路的形式,还要明白系统的工作环境情况,如高温、低温、潮湿、灰尘、振动、腐蚀等因素,以便采取相应的特殊措施,还要知道设备是固定使用还是行走使用等。3.2 液压传动系统方案的确定如上节所述,液压传动系统有两泵,一个定量泵,一个变量泵,一个油箱,一个
15、油缸。在明确了液压系统要完成的任务和要求的基础上,粗略的计算一下系统的输出功率,便可以确定液压系统的基本形式,包括以下几个具体内容:1、选用开式系统或闭式系统通常对于固定式机械总是采用开式系统,即系统中包含一个主油箱,作为油液循环的开口环节,有利于油液的冷却和净化,但不够紧凑,考虑到实际情况,本系统采用开式系统。2、选用节流调速、容积调速或分级调速这要根据系统的功率大小和系统特点而定。正如前所述,对于系统效率要求不高的小功率系统,通常用节流调速,因其结构简单方便;对于功率要求高的大功率系统,则宁愿使用结构较复杂的容积调速或分级调速,目的是尽量减少能量损失。本液压试验台相对功率较低,故采用节流调
16、速。3、选用油泵的类型目前,液压系统应用最普遍的油泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。一般情况下,中低压系统多使用齿轮泵和叶片泵,而高压系统则主要应用各种柱塞泵。当然,这种划分并非绝对。本系统是中低压系统,因此采用叶片泵。4、 选用油缸或油马达一般来说,工作机构做直线往复运动者,都选用各种油缸驱动;回转运动者,都选用各种油马达驱动;摆动者,则选用各种摆动油缸驱动。同样,这也不是绝对的。例如,对于那些行程长的直线运动或要求位移准确的直线运动机构,也可采用油马达径向丝杠传动。本设计中只有直线往复运动,故采用油缸,数量为两个。5、确定控制方式控制方式从不同的角度来分。可有手动、机动、气动、电动、液动、电液动
17、等;也可分为压力控制、行程控制;还可分为内控制和外控制等。究竟选用那种方式,应视系统的具体结构、功率范围、精度要求、自动化程度、能源形式、使用的场合以及机器使用的频率程度和利用率等因素而定。6、工作液体常用的工作液体有矿物油、合成油和水乳油。液压传动系统几乎都采用前两种油液,特别是各种矿物油,他既可满足一般液压系统的要求,价格又便宜;合成油液具有优良的品质指标和特殊物质,但目前产量较少、成本高、不宜多用,常用于某些有专门技术要求的精密系统中。总之,在满足要求的前提下,尽量选择价格便宜的,一般工作液体,不可优材劣用,造成浪费。第四章 试验台液压系统的设计参数分析4.1 明确液压系统的设计要求本系
18、统是教学用液压试验台,主要进行泵的性能试验、阀的启闭特性试验及液压回路调速试验,应用于学生实验。本系统中的执行元件为单作用活塞缸,能源装置为液压泵站。液压缸采用水平安装,活塞杆工作时承受压应力,系统最大工作压力为8Mpa。4.2 确定主要参数本系统的工作压力为8Mpa,活塞的运动速度可以调节,系统工作时无杆腔进油,退回时有杆腔进油,其缸筒内径及无杆腔面积和有杆腔面积计算如下:1、缸筒内径D当最大推力F = 8103N时 D = 4F / (P )其中:为油缸的机械效率,=0.95则: D = 48/103 (3.1481030.95 )= 0.0366 ()根据液压缸内径系列(GB/T2348
19、-1993)取D = 40 (mm)2、无杆腔有效面积A1 A1 = D/4 = 0.11 ()3、活塞杆直径d液压缸直径D与活塞杆的直径之比称杆径比 =d/D=2/1 = D/( D - d)按机械设计手册第五卷105 表37.5-6,活塞的往返速度相同取= 0.7 d =0.0256 ()根据国家标准GB2348 80活塞杆活塞直径系列取d = 25 (mm) 4、有杆腔活塞的有效面积A2 A2=d/4= 0.052 ()5、流量计算按机械设计手册第五卷式(37.5-19)计算液压缸工作时所需流量Q = A11/V 60=7.26 L/min式中: V 为容积效率,弹性密封时V = 11
20、活塞的速度,1 = 0.11/6、工作压力计算 由最后确定的液压缸结构尺寸,计算出液压缸的实际工作压力工作刚前进时,工作压力P1=(F+P2A2)/A1其中:P2为工作刚前进时,液压缸又杆腔的被压 为保证运动平稳,选回油背压为Pb = 1 Mpa则:P1=(F+P2A2)/A1=6.3 Mpa第五章 压力系统原理图的设计5.1 拟定液压系统原理图的相关注意事项在确定了上述诸多问题的基础上,便可着手拟定和绘制初步的液压系统原理图。 拟定液压系统原理图是液压设计中的一个很重要的步骤,这一步要做的工作就是合理应用液压基本回路的有关知识和各种液压元件的基本特征及功能的知识,组成一个满足试验台要求的液压
21、系统。但能够满足同样要求的液压系统不会是唯一的,一定会有多种形式和结构,应当从不同的系统中,选择最佳方案。在拟定液压系统原理图时,还应特别注意分析国内外类似设计中的液压系统,并从分析比较中吸取精华,为我所用。在前人工作成果的基础上加以改进和提高,这对比较缺乏经验的我们来说极为重要,这样可以避免重复性的工作和少走弯路,成功的把握较大,也应当防止一味的照搬照抄,脱离实际造成浪费。在绘制液压系统原理图时,常须注意几个重要的问题: 1、当系统有较多的执行机构时,要防止互相干扰和影响。例如用一台油泵向几个油缸或马达供油,当其中一个油缸的负载突然降低时,会使并联的其它所有的油缸或马达的压力也随之降低,建立
22、不起压力,因而不能正常工作。如果几个油缸的耗油量和工作压力相差很大时,就应考虑用多台油泵分别单独供油,或装设单向阀、减压阀、顺序阀等,以便控制油缸或马达完成规定的动作。2、统的组成应力求简化,避免出现多余回路或多余的元件和装置。不必要的复杂化,不仅浪费,而且导故障的增加,多消耗能量,使油液发热,维修不方便。应当遵循的原则是:完成的动作要求使用的元件越少越好,回路越简单越好。对于系统所用的每个元件的作用都应能够说明,否则该元件就是多余的,一定要取消。设计时,还必须尽力使系统及其元件符合标准化、系列化和通用化的“三化”的原则,尽可能选用标准件与通用件,只有在满足不了要求的情况下,才可以设计专用的非
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