上料机液压系统课程设计22758.pdf

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1、液压与气压传动 课程设计 姓 名：廖聪 学 号：7 层 次：本科 专 业：机械电子工程 班 级：15 机电 2 班 指导教师：刘方方 2017 年 12 月 目录 任务书 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 90V 型导轨，垂直于导轨的压紧力为 60N，启动、制动时间均为，液压缸的机械效率为。设计原始数据如下表所示。滑台自重（N）工件自重（N）快速上升速度（mm/s）快速上升行程（mm）慢速上升速度（mm/s）慢速上升行程（mm）快速下降速度（mm/s）快速下降行程（mm）800 4500 40 350 10 100 45 40

2、0 请完成以下工作：1、进行工况分析，绘制工况图。2、拟定液压系统原理图（A4）。3、计算液压系统，选择合适的液压元件。4、编写液压课程设计说明书。上料机示意图如下：图 1 上料机示意图 一、明确系统设计的要求，进行工况分析 明确系统设计的要求 上料机是由通用部件和部分专用部件组成的高效、专用、自动化程度较高的机器。机器将材料从低的位置运到高的位置，当材料取走后按下按钮，机器从高的位置回到低的位置。实现沿垂直向方向的“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。工作循环拟采用液压传动方式来实现。故拟选定液压缸作执行机构。分析液压系统工况 1）运动分析 根据各执行在一个工作循环内各

3、阶段的速度，绘制其循环图，如图所示：图 上料机动作循环图 2）负载分析 a）工作负载：=4500+800=5300 b）摩擦负载：=?2，由于工件为垂直起开，所以垂直作用于导航的载荷可由间隙和结构尺寸，可知=60，取=0.2,=0.1,V 型角，一般为 90，则 静摩擦负载：=45=0.26045=16.97 动摩擦负载：=45=0.16045=8.49 c）惯性负载 Fa 惯性负载为运动部件在起动和制动的过程中可按F=ma=?计算。以下合力只代表大小。加速1=?=53009.80.040.5=43.27 减速2=?=53009.80.030.5=32.45 制动3=?=53009.80.01

4、0.5=10.82N 反向加速4=?=8009.80.0450.5=7.35N 反向制动5=?=8009.80.0450.5=7.35N d）各阶段总负载 F 计算液压缸各阶段中的总负载 F和液压缸推力 F。考虑密封等阻力，取m=，则F=，计算结果见表所示。表 液压缸各中的负载 工况 计算公式 总负载 F（N）缸推力 F（N）起动 F=+1 加速 F=+1+1 快上 F=+1 减速 F=1+2 慢上 F=1+制动 F=1+3 反向加速 F=4 快下 F=+2 反向制动 F=+5+2 按前面的负载分析及已知的速度要求，行程限制等，绘制出速度时间和负载时间图（如图所示）图 液压缸的速度时间和负载时

5、间图 二、确定液压缸主要参数 初选液压缸的工作压力 按负载大小根据表选择液压缸工作压力。表 按负载选择执行元件工作压力表2 负载 F（kN）50 压力 p（MPa）由液压缸负载计算，按上表初定液压缸工作压力 p=。计算液压缸主要参数 按最大负载 Fmax计算缸筒面积 A 得 A=5946.41.5106=3.7161032 计算缸筒内径 D 得 D=4=43.96103=0.0688=68.8 按计算结果根据表选择缸筒内径标准值。表 液压缸内径和活塞杆直径标准系列2 液压缸内径 D 40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160 活塞杆直径 d 16、18、2

6、0、22、25、28、32、36、40、45、50、56 按标准取：D=63mm。根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：222=4540，代入数值，解得：d=21mm，按标准取值：d=22mm。活塞宽度：B=导向套：C=缸筒长度：L=l+B+C=450+=518mm 计算液压缸有效作用面积为 无杆腔面积：1=142=40.0632=0.003112 有杆腔面积：2=14(22)=4(0.06320.0222)=0.002742 各工作阶段的时间计算 1）快上阶段 加速=1?=401030.5=0.082 加速=12加速?2=120.080.52=0.01 1=1加速1+?=0.350.0

7、10.04+0.5=9 2）慢上阶段 减速=21?=(1040)1030.5=0.062 减速=1?+12减速?2=401030.5120.060.52=0.0125 2=2减速2+?=0.10.01250.01+0.5=9.25 3）快退阶段 反向加速=反向制动=3?=0.0450.5=0.092 反向加速=反向制动=12反向加速?2=120.090.52=0.0113m 3=3反向加速反向制动3+2?=0.40.01130.01130.045=9.39 计算液压缸流量、压力和功率 1）流量计算 快上=11=0.003110.04=0.0001243=7.464 慢上=12=0.003110

8、.01=0.0000313=1.866 快上=11=0.002740.045=0.0001233=7.398 2）压力计算 快上=快上1=58980.0031=1.896 慢上=慢上1=58980.0031=1.896 快退=快退2=879.50.0027=0.321 3）功率计算 快上=快上快上=1.896106124.4106=235.9W 慢上=慢上慢上=1.89610631.1106=59.0W 快退=快退快退=0.321106123.3106=39.6W 绘制液压缸的工况图 工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表所示。表液压缸各阶段压力、流量和功率 工况 时间 t（s）压力 p（

9、MPa）流量 q（）功率 P（W）快上 9 慢上 快退 由表绘制液压缸的工况图如图所示。图 液压缸的工况图 三、液压系统图的拟定 液压系统的拟定 1)选用执行元件 由系统动作循环图，选定单活塞杆液压缸作为执行元件。2)确定供油方式 从工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需流量较大，且比较接近，且慢上时所需的流量较少，因此选用双联叶片泵为油泵。3)调速方式选择 从工况图可知，该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，所以采用调速阀的回油节流调速。4)速度换接选择 由于快上和慢上之间速度需要换接，但对缓解的位置要求不高，所以采用由行程开关控制二位二通电磁阀实现

10、速度换接。5)换向方式选择 采用三位四通电磁阀进行换向，以满足系统对换向的各种要求。选用三位阀的中位机能为 Y 型。6)平衡及锁紧 为防止在上端停留时重物下落和停留的时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，设置了一节流阀。7)其它选择 为便于观察调整压力，在液压泵的出口处设置测压点。拟定液压系统原理图 完成以上各项选择后，作出拟定的液压系统原理图和各电磁铁的动作顺序表如图所示。1-滤油器；2双联叶片泵；3溢流阀；4单向阀；5节流阀；6三位四通电磁换向阀；7调速阀；8二位二通电磁换向阀；9液控单向阀；10单向顺序阀；

11、11压力表；12压力表开关；13油箱；15行程开关 图 液压系统的原理图 四、计算与选择液压元件 确定液压泵的型号及电动机功率 1）计算液压泵压力 估算压力损失经验数据：一般节流调速和管路简单的系统取?=0.20.5，有调速阀和管路较复杂的系统取=0.51.5MPa。液压缸在整个工作循环中最大工作压力为，由于系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失=0.5MPa，计算液压泵的工作压力为=+p=1.896+0.5=2.396 2）计算所需液压泵流量 考虑泄漏的修正系数 K：K=。液压缸在整个工作循环中最大流量为min。取回路泄漏修正系数 K=，计算得所需两个液压泵的总流量为 =1.17.464=

12、8.2104，由于溢流阀最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸所需流量为 min，所以高压泵的流量不得少于 min。3）选用液压泵 选用 YB1型的双联叶片泵。液压泵额定压力为，排量分别为r 和 r，取容积效率pV=，总效率=，额定转速分别为 1450r/min 和 1450r/min。4）选用电动机 拟选 Y 系列三相异步电动机，满载转速 2830r/min，按此计算液压泵实际输出流量为 =(6.3+6.3)10328300.85=30.309 计算所需电动机功率为=2.39610630.309103600.85=1.424 选用 YE2-90S-2 电动机。电动机额定功率为，满载转速为

13、2830r/min。选择阀类元件及辅助元件 1）标准件 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，由产品目录确定这些元件的型号及规格如表所示。2）非标件 a）油管：根据实际流量类比确定，采用内径为 8mm，外径为 10mm 的紫铜管。b)油箱：低压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的 2-4 倍，为了更好的散热，取油箱容积为 150L。表 液压元件型号规格及主要参数2 序 号 名 称 型号规格 主要参数 1 滤油器 WV-40180 流量 40L/min 2 双联叶片泵 排量 r；压力 3 溢流阀 YF-B10B 流量 10 L/min；调压范围7MPa 4 单向阀 AF3-Ea1

14、0B 流量 10 L/min；开启压力 5 节流阀 CS-1002 流量 12 L/min；压力 6 三位四通电磁换向阀 DSG-03-3C40 流量 60；压力 7 调速阀 Q-25B 最小流量 L/min；压力 8 二位二通电磁换向阀 22D-25B 流量 L/min；压力 9 液控单向阀 AQF3-EI0B 流量 50 L/min；压力 10 单向顺序阀 SV/SCV*03-*流量 50 L/min；压力 11 压力表 Y-100T 量程 05MPa 12 压力表开关 QF3-EI0B 13 油箱 755500405 容积 150L 14 电机 YE2-90S-2 转速 2840r/mi

15、n；功率 15 行程开关 LXJM1-8108 五、验算液压系统的主要性能 压力损失验算 现在元件、管道、安装形式均已基本确定，所以需要验算一下系统各部分的压力损失，看其是否在前述假设的范围内，借此可较准确的确定泵和系统各处的工作压力，以较准确的调节变量泵、溢流阀和各种压力阀。保证系统的正常工作，并达到所要求的工作性能，当系统执行元件为液压缸时，液压泵的最大工作压力应满足 1+21?2+?1(1)慢上时的压力损失。慢上时管路中的流量较小，流速较低，沿程压力损失和局部压力损失可忽略不计。(2)快退时的压力损失。快退时，缸的无杆腔的回油量是进油量的两倍，其压力损失比快进时要大，因此必须计算快退时的

16、进油路与回油路的压力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。快退时工作缸的进油量为1=0.1231033，回油量为2=0.141033。1)确定油液的流动状态 雷诺数 Re=4 则工作缸进油路中液流的雷诺数为 Re1=40.12310381031.5104=130.52320 工作缸进油路中液流的雷诺数为 Re2=40.1410381031.5104=148.52320 因此，工作缸进、回油路中的流动都是层流。2)计算沿程压力损失?进油路上，流速1=42=40.123103(8103)22.45，有?1=75122=75130.51.80.0089002.7922=3.5105 回油路上，流速2=4

17、2=40.14103(8103)22.79，有?2=75222=75148.51.80.0089002.7922=3.98105(3)计算局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，因此只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失按?=?()2计算，结果列于表中。表 阀类元件局部压力损失 元件名称 额定流量/(L/min)实际通过流量/(L/min)额定压力损失/Pa 实际压力损失/Pa 三位四通换向阀 60 20.74 4 105 1.218 105/1.38 105 调速阀 16 2 105 0.233 105 单向阀 10 1.8 105 0.336 105 顺序阀 50

18、 2 105 0.3 105 若取集成进油路的压力损失?=0.3105，回油路压力损失?=0.5105，则进油路和回油路总的压力损失分别为?1=?1+?1+?1=(3.5+1.218+0.233+0.336+0.3)105=5.587105?2=?2+?2+?2=(3.98+1.38+0.3+0.5)105=6.16105 工作缸快退时的工作压力为 1=+?212=879.5+5.471053.111032.74103=9.985105 这样，快退时泵的工作压力为=1+?1=(9.985+5.58)105=15.5721051.562.396 根据计算结果可知，该液压泵的最大工作压力满足要求。

19、从以上验算结果可以看出，说明该系统的油路结构、元件的参数比较合理，压力和流量满足要求3。液压系统的发热和温升验算 该系统采用双泵供油方式，在工进阶段，大流量泵卸荷，功率使用合理，同时油箱容量可以取较大值，系统发热温升不大，故省略了系统温升验算3。参考文献 1 徐灏主编.机械设计手册（M）.机械工业出版社，2 黎启柏主编.液压元件手册（M）.机械工业出版社，3 于治明主编.液压传动（M）.航空工业出版社，设计心得 为期一周的液压实训已经结束，在这个过程中，我们学到了很多。通过本次设计，让我很好的锻炼了，与具体、相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到

20、的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们了解到了设计一套完整的液压系统需要经过哪些步骤，要做哪些计算。在设计的过程中我们还需要大量的以前没有学到过的知识，因此我们需要大量的因此我们需要大量的查阅资料，在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。一周的时间并不是很长，要完成一套液压系统的设计并不是轻松的事情，所以需要团队中要协调分工，体现出了团队合作的重要性。在中，总是遇到考虑不周、计算出错等问题，而每次发现的时候，我们就需要做大量的工作，花大量的时间才能解决，为此，我也变得更加耐心和细心，为以后的工作积累了宝贵的。课程设计指导教师成绩评定

21、表 题目名称 上料机液压系统设计 评分项目 分值 得分 评价内涵 工作 表现 28%01 学习态度 10 准时出勤，遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02 科学实践、调研 8 通过查阅文献、网络资源等渠道获取与课程设计有关的材料。03 课题工作量 10 充分参与团队合作，按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。成果 质量 72%04 设计图纸质量 16 能够熟练使用 CAD 等绘图软件完成设计图纸的绘制与打印，符合相关规范或规定要求。05 设计说明书质量 30 设计过程分析、计算过程科学、准确，设计结果正确，论述充分，结论严谨合理。06 答辩质量 20 具有较好的阐述能力，将设计成果完成、准确的展示出来，并能够回答老师提出的问题。07 创新 6 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩 指导教师评语 指导教师签名：年 月 日 附图 1 上料机液压系统原理图 附表 1 液压元件清单表