液壓課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一臺(tái)上料機(jī)液壓系統(tǒng)【行業(yè)特制】

一、液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的目的：1、綜合運(yùn)用液壓傳動(dòng)課程及其它先修課程的理論和工程實(shí)際知識(shí)，以課程設(shè)計(jì)為載體，通過(guò)液壓功能原理及液壓裝置的設(shè)計(jì)實(shí)踐，使理論和工程實(shí)際知識(shí)密切地結(jié)合起來(lái)，從而使這些知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、加深和擴(kuò)展，并培養(yǎng)分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的設(shè)計(jì)計(jì)算能力。2、使學(xué)生掌握根據(jù)設(shè)計(jì)題目搜集有關(guān)設(shè)計(jì)資料和文獻(xiàn)的一般方法和途徑，提高學(xué)生綜合利用設(shè)計(jì)資料的能力，為獨(dú)立從事液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)建立良好的基礎(chǔ)。3、在設(shè)計(jì)實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握方案論證及擬定方法，掌握液壓回路的組合方法及液壓元件的選用原則、結(jié)構(gòu)形式，深化對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和了解。二、液壓課程設(shè)計(jì)題目：數(shù) 參 據(jù)數(shù)數(shù) 據(jù)*滑臺(tái)自重（N）100020003000400050006000工件自重（N）500050005000700070007000快速上升速度（mm/s）454545555555快速上升行程（mm）350350350450450450慢速上升速度（mm/s）1313131313慢速上升行程（mm）100100100200200200快速下降速度（mm/s）555555555555快速下降行程（mm）450450450450450450設(shè)計(jì)一臺(tái)上料機(jī)液壓系統(tǒng)，要求驅(qū)動(dòng)它的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)完成快速上升慢速上升停留快速下降的工作循環(huán)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其垂直上升工作的重力為，滑臺(tái)的重量為，快速上升的行程為，其最小速度為;慢速上升行程為，其最小速度為；快速下降行程為，速度要求?；_(tái)采用V型導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面的夾角為，滑臺(tái)與導(dǎo)軌的最大間隙為，啟動(dòng)加速與減速時(shí)間均為，液壓缸的機(jī)械效率（考慮密封阻力）為0.9。wen5目錄1 前言12 負(fù)載分析22.1 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析22.2 負(fù)載動(dòng)力分析22.3負(fù)載圖和速度圖的繪制43 設(shè)計(jì)方案擬定53.1液壓系統(tǒng)圖的擬定53.2 液壓系統(tǒng)原理圖63.3 液壓缸的設(shè)計(jì)64 主要參數(shù)的計(jì)算84.1 初選液壓缸的工作壓力84.2 計(jì)算液壓缸的主要尺寸84.3活塞桿穩(wěn)定性校核84.4計(jì)算循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力，流量和功率95 液壓元件的選用105.1確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率105.2選擇閥類(lèi)元件及輔助元件116 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算126.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定126.2驗(yàn)算系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升13致 謝15參考文獻(xiàn)16wen51 前言設(shè)計(jì)一臺(tái)上料機(jī)液壓系統(tǒng)，要求驅(qū)動(dòng)它的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)完成快速上升慢速上升停留快速下降的工作循環(huán)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其垂直上升工作的重力為，滑臺(tái)的重量為，快速上升的行程為，其最小速度為;慢速上升行程為，其最小速度為；快速下降行程為，速度要求。滑臺(tái)采用V型導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面的夾角為，滑臺(tái)與導(dǎo)軌的最大間隙為，啟動(dòng)加速與減速時(shí)間均為，液壓缸的機(jī)械效率（考慮密封阻力）為0.9。上料機(jī)示意圖如下：圖1 上料機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖2 負(fù)載分析對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工況分析就是明確各執(zhí)行元件在工作過(guò)程中的速度和負(fù)載的變化規(guī)律，也就是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載分析。2.1 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析根據(jù)各執(zhí)行在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度，繪制其循環(huán)圖，如下圖所示：圖2工作循環(huán)圖2.2 負(fù)載動(dòng)力分析動(dòng)力分析就是研究機(jī)器在工作中其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況。2.2.1工作負(fù)載2.2.2摩擦負(fù)載由于工件為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo)軌的載荷可由其間隙和機(jī)構(gòu)尺寸求得,取靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1則有靜摩擦負(fù)載： 動(dòng)摩擦負(fù)載： 2.2.3慣性負(fù)載慣性負(fù)載為運(yùn)動(dòng)部件在起動(dòng)和制動(dòng)的過(guò)程中可按：G-運(yùn)動(dòng)部件的重量（N）g-重力加速度，v-速度變化值（） t-起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s）加速： 減速： 制動(dòng)： 反向加速： 反向制動(dòng)： 根據(jù)以上的計(jì)算，考慮到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而自行下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路。則液壓缸各階段中的負(fù)載如表1所示（）工 況計(jì)算公式總負(fù)載F/N缸推力F/N啟 動(dòng)12016.9713352.19加 速12143.4513492.72快 上12008.4913342.77減 速11905.9313228.81慢 上12008.4913342.77制 動(dòng)11976.6513307.39反向加速143.18159.09快 下8.499.43制 動(dòng)-126.2-140.22表1 液壓缸各階段中的負(fù)載2.3負(fù)載圖和速度圖的繪制按照前面的負(fù)載分析結(jié)果及已知的速度要求、行程限制等，繪制出負(fù)載圖及速度圖如圖3所示。圖3速度負(fù)載圖3 設(shè)計(jì)方案擬定3.1液壓系統(tǒng)圖的擬定液壓系統(tǒng)圖的擬定，主要是考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題3.1.1供油方式 從工況圖分析可知，該系統(tǒng)在快上和快下時(shí)所需的流量較小，因此從提高系統(tǒng)的效率，節(jié)省能源的角度考慮，采用單個(gè)定量泵的供油方式顯然是不適合的，宜選用雙聯(lián)式定量葉片泵作為油源。3.1.2調(diào)速回路 由工況可知可知，該系統(tǒng)在慢速時(shí)速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，所以采用調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速回路。3.1.3速度換接回路 由于快上和慢上之間速度需要換接，但對(duì)換接到位置要求不高，所以采用由行程開(kāi)關(guān)發(fā)訊控制二位二通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的換接。3.1.4平衡及鎖緊 為防止在上端停留時(shí)重物下落和在停留期間內(nèi)保持重物的位置，特在液壓缸的下腔(無(wú)桿腔)進(jìn)油路上設(shè)置了液控單向閥；另一方面，為了克服滑臺(tái)自重在快下過(guò)程中的影響，設(shè)置了一單向背壓閥。3.1.5 電磁閥本液壓系統(tǒng)的換向采用三位四通Y型中位機(jī)能的電磁換向閥。3.2 液壓系統(tǒng)原理圖圖4原理圖3.3 液壓缸的設(shè)計(jì)33.1液壓缸的分類(lèi)機(jī)組成液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸、和擺動(dòng)缸三類(lèi)?；钊缀椭麆倢?shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，輸出推力和速度。擺動(dòng)缸則能實(shí)現(xiàn)小于的往復(fù)擺動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩和角速度。液壓缸除單個(gè)使用外，還可以幾個(gè)組合起來(lái)和其他機(jī)構(gòu)組合起來(lái)，在特殊場(chǎng)合使用，已實(shí)現(xiàn)特殊的功能。液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可分成缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置，以及排氣裝置五個(gè)部分。33.2液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 缸體與缸蓋的連接形式 常用的連接方式法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接，其形式與工作壓力、缸體材料、工作條件有關(guān)。 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 常見(jiàn)的連接形式有：整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷(xiāo)連接。活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵、鎖緊裝置等。 活塞及活塞桿處密封圈的選用 活塞及活塞桿處密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封部位、使用部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇不同類(lèi)型的密封圈。常見(jiàn)的密封圈類(lèi)型：O型圈，O型圈加擋圈，高底唇Y(jié)型圈，Y型圈，奧米加型等。液壓缸的緩沖裝置 液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)速度較高，則在達(dá)到行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋產(chǎn)生機(jī)械碰撞。為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設(shè)置緩沖裝置。常見(jiàn)的緩沖裝置有環(huán)狀間隙節(jié)流緩沖裝置，三角槽式節(jié)流緩沖裝置，可調(diào)緩沖裝置。液壓缸排氣裝置 對(duì)于速度穩(wěn)定性要求的機(jī)床液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置。33.3液壓缸設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng)盡量使液壓缸有不同情況下有不同情況，活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載?？紤]到液壓缸有不同行程終了處的制動(dòng)問(wèn)題和液壓缸的排氣問(wèn)題，缸內(nèi)如無(wú)緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)措施。根據(jù)主機(jī)的工作要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，正確確定液壓缸的安裝、固定方式，但液壓缸只能一端定位。液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較，盡可能做到簡(jiǎn)單、緊湊、加工、裝配和維修方便。33.4液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求缸體材料-灰鑄鐵: HT200,HT350;鑄鋼：ZG25,ZG45ZG230-450是一種鑄造碳鋼也叫ZG25或者25號(hào)鋼。230是指鑄鋼件的屈服強(qiáng)度為230Mpa，450是指鑄鋼件的抗拉強(qiáng)度為450Mpa。ZG代表鑄鋼的拼音縮寫(xiě)，執(zhí)行GB/T11352標(biāo)準(zhǔn)。以此種材料為原料生產(chǎn)制造的建筑扣件成為鑄鋼扣件。粗糙度-液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為。技術(shù)要求：內(nèi)徑用H8-H9的配合。缸體與端蓋采用螺紋連接，采用6H精度活塞材料-灰鑄鐵：HT150,HT200。粗糙度-活塞外圓柱粗糙度。技術(shù)要求：活塞外徑用橡膠密封即可取f7f9的配合，內(nèi)孔與活塞桿的配合可取H8?；钊麠U材料-實(shí)心：35鋼，45鋼；空心：35鋼，45鋼無(wú)縫鋼管。粗糙度-桿外圓柱粗糙度為。技術(shù)要求：a調(diào)質(zhì)2025HRC。b活塞與導(dǎo)向套用的配合，與活塞的連接可用。缸蓋材料-35鋼，45鋼；作導(dǎo)向時(shí)用（耐磨）鑄鐵。粗糙度-導(dǎo)向表面粗糙度為。技術(shù)要求：同軸度不大于。導(dǎo)向套材料-青銅，球墨鑄鐵，粗糙度-導(dǎo)向表面粗糙度為，技術(shù)要求：a導(dǎo)向套的長(zhǎng)度一般取活塞桿直徑的60%80%。b外徑D內(nèi)孔的同軸度不大于內(nèi)孔公差之半4 主要參數(shù)的計(jì)算4.1 初選液壓缸的工作壓力根據(jù)分析此設(shè)備的負(fù)載不大，按類(lèi)型屬機(jī)床類(lèi)，所以初選液壓缸的工作壓力為2.5MPa。 4.2 計(jì)算液壓缸的主要尺寸式中；F-液壓缸上的外負(fù)載p-液壓缸的有效工作壓力A-所求液壓缸有有效工作面積 按標(biāo)準(zhǔn)取：90按標(biāo)準(zhǔn)取。則液壓缸的有效作用面積為：無(wú)桿腔面積有桿腔面積4.3活塞桿穩(wěn)定性校核因?yàn)榛钊麠U總行程為650mm，而活塞桿直徑為45mm，需進(jìn)行穩(wěn)定性校核，為材料的許用應(yīng)力，查材料力學(xué)教程用普通碳素鋼所以，滿(mǎn)足穩(wěn)定性條件。4.4計(jì)算循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力，流量和功率求液壓缸的最大流量 工作循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力、流量和功率如表2所示。工 況壓力流量功率快 上1.8920.94659.61慢 上1.894.96156.24快 下0.001815.740.47表2 液壓缸各工作階段的壓力流量和功率5 液壓元件的選用5.1確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為，由于該系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，所以取其壓力損失，所以液壓泵的工作壓力為 兩個(gè)液壓泵同時(shí)向系統(tǒng)供油時(shí)，若回路中泄漏按10計(jì)算，則兩個(gè)泵的總流量應(yīng)為，由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為，而工進(jìn)時(shí)液壓缸所需流量為，所以。高壓泵的輸出流量不得少于。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，選用型的雙聯(lián)葉片泵，其額定壓力為，容積效率，總效率，所以驅(qū)動(dòng)該泵的電動(dòng)機(jī)的功率可由泵的工作壓力（）和輸出流量（當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為）求出 查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄，擬定選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y90L-4,功率為1500W，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。5.2選擇閥類(lèi)元件及輔助元件根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類(lèi)元件和輔助元件的流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格如下序 號(hào)名 稱(chēng)估計(jì)通過(guò)流量型號(hào)及規(guī)格1濾油器28.00XU-63*80-J2雙聯(lián)葉片泵23.52YB1-10/103單向閥11.76I-25B4外控順序閥11.76XY-B25B5溢流閥3.375Y-106三位四通電磁換向閥23.5234D-25B7單向順序閥28.10XI-63B8液控單向閥28.10IY-63B9二位二通電磁換向閥20.7422D-25B10單向調(diào)速閥23.52AXQF-E10B11壓力表Y100T12壓力表開(kāi)關(guān)K-3B 13電動(dòng)機(jī)Y90L-4表3各元件初選油管：油管內(nèi)徑一般可參照所接元件接口尺寸確定，也可按管路中允許流速計(jì)算。=12.17mm=10.55mm這兩根油管按GB/T 2351-2005 選用內(nèi)徑15mm的冷拔無(wú)縫鋼管。油箱：油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計(jì)算，取其體積 ,即V=按JB/T 7938-1999 取標(biāo)準(zhǔn)值V=160L6 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 6.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定 根據(jù)計(jì)算慢上時(shí)管道內(nèi)的油液流動(dòng)速度約,通過(guò)的流量為,數(shù)值較小，主要壓力損失為調(diào)速閥兩端的壓降；此時(shí)功率損失最大；而在快下時(shí)滑臺(tái)及活塞組件的重量由背壓閥所平衡，系統(tǒng)工作壓力很低，所以不必驗(yàn)算，因而必須以快進(jìn)位依據(jù)來(lái)計(jì)算卸荷和溢流閥的調(diào)定壓力，由于供油流量的變化，其快上時(shí)液壓缸的速度為此時(shí)油液在進(jìn)油液在進(jìn)油管的流速為沿程壓力損失 首先要判別管中的流態(tài)，設(shè)系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為20度時(shí)，所以有：，管中為層流，則阻力損失系數(shù)，若取進(jìn)、回油管長(zhǎng)度均為2m，油液的密度為 ，則其進(jìn)油路上的沿程壓力損失為 局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過(guò)液壓閥的局部壓力損失，前者視管道具體安裝結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10%；而后者則與通過(guò)閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失為和，則當(dāng)通過(guò)閥的流量為q時(shí)的閥的壓力損失。通過(guò)整個(gè)閥的壓力損失很小，且可以忽略不計(jì)。同理，快上時(shí)回油路上的流量，則回油路油管中的流速。由此可計(jì)算出 (層流)所以回油路上的沿程壓力損失為 ：總壓力損失 由上面的計(jì)算所得可求出 原設(shè)，這與計(jì)算結(jié)果略有差異，應(yīng)用計(jì)算出的結(jié)果來(lái)確定系統(tǒng)中壓力閥的調(diào)定值。壓力閥的調(diào)定值雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)該滿(mǎn)足快進(jìn)的要求，保證雙泵同向系統(tǒng)供油，因而卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)略大于快進(jìn)時(shí)泵的供油壓力所以卸荷閥的調(diào)壓壓力應(yīng)取2.2Mpa為宜。溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)大于卸荷閥調(diào)定壓力0.3-0.5Mpa，所以取溢流閥調(diào)定壓力為2.7Mpa背壓閥的調(diào)定壓力以平衡滑臺(tái)自重為根據(jù)，即，取。6.2驗(yàn)算系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升根據(jù)以上的計(jì)算可知，在快上時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸入功率為：；慢上時(shí)的電動(dòng)機(jī)輸入功率為：；快上時(shí)其有用功率為：；慢上時(shí)的有用功率為：所以慢上時(shí)的功率損失為657.91W略大于快上時(shí)的功率損失614.81W，現(xiàn)以較大的值來(lái)校核其熱平衡，求出發(fā)熱溫升。 設(shè)油箱的三個(gè)邊長(zhǎng)在1：1：11：2：3范圍內(nèi)，則散熱面積為，假設(shè)通風(fēng)良好，取，所以油液的溫升為。 H為發(fā)熱功率即等于損耗功率；室溫為，熱平衡溫度為，沒(méi)有超出允許范圍。致 謝經(jīng)過(guò)緊張的課程設(shè)計(jì)，我如愿地，較圓滿(mǎn)地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。從中得到了以前許多注意的問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們對(duì)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)能力，學(xué)習(xí)和掌握液壓傳動(dòng)基本基礎(chǔ)知識(shí)及應(yīng)用。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我們把以前在課本中學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)在此次設(shè)計(jì)中加以綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)資料，并懂得，這樣才不至于在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)太多錯(cuò)誤。經(jīng)過(guò)一周的緊張有序的工作，完成了課程設(shè)計(jì)，其中我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到很多難題，但是經(jīng)過(guò)馬老師的認(rèn)真講解，使我對(duì)其加深了認(rèn)識(shí)。 最后，真誠(chéng)的感謝輔導(dǎo)老師對(duì)我們的指導(dǎo)和幫助。由于我們對(duì)所學(xué)知識(shí)不夠徹底，而且時(shí)間較短，又缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)書(shū)中難免會(huì)存在疏漏和欠缺之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正，以便在以后的工作和學(xué)習(xí)中不犯類(lèi)似的錯(cuò)誤。參考文獻(xiàn)1 ：李新德主編. 液壓與氣動(dòng)技術(shù). 北京. 中國(guó)商業(yè)出版社.20062 ：袁承訓(xùn)主編. 液壓與氣壓傳動(dòng). 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社.20003 ：張福臣主編. 液壓與氣壓傳動(dòng). 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社.20064 ：陳桂芳主編. 液壓與氣動(dòng)技術(shù). 北京. 北京理工大學(xué)出版社.20075 ：張群生主編. 液壓與氣壓傳動(dòng). 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社.2004