20上料机液压系统设计

《液压传动》课程设计说明书Ⅰ液压传动课程设计题目：上料机液压系统设计院系：物理与机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：2011级机械（1）班姓名：卫世军学号：2011043511指导老师：张雪华起止日期：2013年5月20日—5月24日摘要现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代《液压传动》课程设计说明书Ⅰ机械的设计工作中占有重要的地位。因此，《液压传动》课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。为了学好这样一门重要课程，除了在教学中系统讲授以外，还应设置课程设计教学环节，使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能和方法。液压传动课程设计的目的主要有以下几点：1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实际只是，进行液压传动设计实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。2、在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。3、通过设计，在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。液压课程设计题目及上料机示意图题目:设计一台上料机液压系统：要求工作循环为快速上升——慢速上升——停留——快速下降。工件的重量为630KG,滑台的重量为118KG，快速上升速度要求≥43mm/s；慢速上升要求≥8mm/s;快速下降速度要求≥58mm/s;滑台采用V形导轨，导轨面的夹角为90度，滑台与导轨的最大间隙为2mm,起动加速与减速时间均为0.5s，液压缸的机械效率为0.91（考虑密封阻力）。上料机示意图《液压传动》课程设计说明书Ⅱ主目录摘要及课题………………………………………Ⅰ目录………………………………………………Ⅱ一.工况分析………………………………………1二.负载和速度图的绘制…………………………2三.液压缸主要参数的确定………………………3四.液压系统的拟定………………………………5五.液压元件的选择………………………………7六.液压系统的性能验算…………………………8七.液压缸的设计及选择…………………………11八.总结……………………………………………13九.参考文献………………………………………13《液压传动》课程设计说明书第1页一、工况分析1.运动分析：根据各执行在一个工作循环内各阶段的速度，绘制其循环图，如下图所示：快进工进快退2.负载分析：系统总共承受的负载为7338N，所以系统负载很小，应属于低压系统。系统要求快上速度≥50m/min,慢上的速度≥8m/min,快下的速度≥65m/min，要完成的工作循环是：快进上升、慢速上升、停留、快速下降。但从系统的用途可以看出系统对速度的精度要求并不高，所以在选调速回路时应满足经济性要求。1）工作负载：（630+118）*9.81=7338N2）摩擦负载：2sinαNffFF由于工件为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构尺寸求得，可知NFN120，取fs0.2,fd0.1，90°V型导轨，则静摩擦负载：NFfs94.3345sin1202.0动摩擦负载：NFfd97.1645sin1201.03）惯性负载惯性负载为在起动和制动的过程中滑台和工件自重所引起的，可按tvgGmaF计算，其中：G---运动部件的重量（N）g---重力加速度△v---速度变化值（sm）△t---起动或制动时间（s）（以下合力只代表大小）。加速：NtvgGFa3.645.0043.0*81.973381减速：NtvgGFa36.525.0008.0043.081.973382《液压传动》课程设计说明书第2页制动：NtvgGFa968.115.0008.081.973383反向加速：NtvgGFa768.865.0058.081.973384反向制动：NFtvgGFaa768.8645根据以上的计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自行下滑，系统中应设置平衡回路。因此，在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台的重量，则液压缸各阶段中的负载如表1所示（ηm=0.91）表1液压缸各阶段中的负载工况计算公式总负载F(N)缸推力F（N)启动LfsFFF7371.948101.03加速1aLfdFFFF7419.278153.04快上LfdFFF7354.978082.38减速2aLfdFFFF7302.618024.85慢上LfdFFF7354.978082.38制动3aLfdFFFF7343.018069.24反向加速4afdFFF103.738113.99快下fdFF16.9718.65制动5afdFFF-69.798-76.70二、负载图和速度图的绘制：按前面的负载分析及已知的速度要求，行程限制等，绘制出《液压传动》课程设计说明书第3页负载图和速度图（如下图（a）(b)所示）F/N8101.038153.048082.38113.9918.650350450s/mm-76.70(a)负载—行程图V(mm/s)4380350450s/mm58(b)速度—行程图三.液压缸主要参数的确定1、初选液压缸的工作压力根据分析此设备的负载不大，书本查表可得其在（5~10）KN范围，对应工作压力取值在(1.5~2.0)MPa,按类型属机床类，为粗加工机床，所以初选此设备的工作压力为2Mpa2、计算液压缸的尺寸选取机械手册查阅参考资料《液压传动》课程设计说明书第4页pFA式中；F---液压缸上的外负载p---液压缸的有效工作压A---所求液压缸有效工作面积24251040.76102004.8153mmpFAmAD2410204.714159.31040.7644按标准取值：D=70mm根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：4358222dDD代入数值，解得：d=35.60mm查手册表按标准取值：d=32mm则液压缸的有效面积为：无杆腔面积：2222148.387.0441cmcmDA有杆腔面积：222222243.30)2.37.0(4)(41cmcmdDA3、活塞杆稳定性的校核因为活塞杆总行程为450mm，而活塞杆直径为28mm，L/d=450/28=16.0710，需要进行稳定性的校核，由材料力学中的有关公式，根据液压缸的一端支撑，另一端铰链，取末端系数1=2活塞杆材料用普通碳钢制：材料强度试验值f4.9×108Pa，系数a=50001，柔性系数Ψ1=85，74284dAJrk，因为120·852.64745021，krl，所以有其临界载荷：NrlfAFkK39.213490)7450(500021110284109.4)(12628224n取安全系数时NNnFK25.590260.53372439.213490活塞杆的稳定性满足，此时可以安全使用。4.巩固走循环中各个工作阶段的液压缸压力：q快上=A1V快上=38.48×10-4×43×10-3m3/s=165.46×10-6m3/s=9.93L/min《液压传动》课程设计说明书第5页q慢上=A1V慢上=38.48×10-4×8×10-3m3/s=30.78×10-6m3/s=1.85L/minq快下=A2V快下=30.43×10-4×58×10-3m3/s=176.49×10-6m3/s=10.59L/min5.流量和功率见下表：工况压力p(MPa)流量q(L/min)功率P(w)快上1.919.93316.03慢上1.911.8558.79快下0.005610.590.99依据流量和功率情况表可绘制出如下液压缸的工况图：Mpap1.910.00560t/s(L/min)q9.9310.591.850t/swp316.0358.790.990t/s快上慢上快下(液压缸的工况图)《液压传动》课程设计说明书第6页四、液压系统图的拟定：液压系统图的拟定，主要是考虑一下几个方面问题：1）供油方式:从工况图分析可知，该系统在快上和快下的时所需流量较大，且比较接近，且慢上时所需的流量较小，因此宜选用双联式量叶片泵作为油泵。2）调速回路:有工况图可知，该系统的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。3）速度换接回路: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法讯控制二位二通电磁阀实现速度换接。4）平衡及锁紧:为防止在上端停留时重物下落和在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，设置了一单向背压阀。拟定液压系统原理图《液压传动》课程设计说明书第7页五、液压元件的选择1、确定液压泵的型号及电动机功率液压缸在工作循环中最大工作压力为1.91Mpa,由于该系统比较简单，所以取其压力损失Mpap4.0.所以液压泵的工作压力为：Mpapppp31.24.091.1两个液压泵同时向系统供油时，若回路中的泄漏按10%计算，则两个泵的总流量应为qq=1.1×10.59=11.649L/min，由于溢流阀最小稳定流量为3L/min，而工进时液压缸所需流量为1.85L/min，所以高压泵的流量不得少于（3+1.85）L/min=4.85L/min。根据以上压力和流量的数值查产品目录，故应选用3.63.61YB型的双联叶片泵，其额定压力为6.3Mpa,容量效率85.0pv，总效率75.0p，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力（2.33Mpa）和输出流量《液压传动》课程设计说明书第8页（当电动机转速为910r/min）min75.91085.09103.623Lqp求出：wwqpppppp05.5075.0601075.91031.236查电动机产品目录，拟选用的电动机的型号为Y90S-6，功率为750kw,额定转速为910r/min。2、选择阀类元件及辅助元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，可选用这些元件的型号及规格（见下表）液压元件型号及规格（CE系列）序号名称通过流量minmaxLq型号及规格1滤油器11.47XLX-06-802双联叶片泵9.753.63.61YB3单向阀4.875BEAFa1034外控顺序阀4.875BXF1035溢流阀3.375BXF1036三位四通电磁换向阀9.7534EF3Y-E10B7液控单向阀11.57YAF3-Ea10B8单向顺序阀11.57AF3-10B9二位二通电磁换向阀8.2122EF3-E10B10单向调速阀9.75AQF3-E10B11压力表TY10012压力表开关KF3-E3B13电动机690SY14液压缸HSG※01-63/dE（1）油管油管内径一般可参考所接元件口尺寸进行确定，也可按管中《液压传动》课程设计说明书第9页允许速度计算。在本例设计中，出油口采用内径为A0=8mm，外径为10mm的紫铜管。（2）油箱油箱的主要功能是储存油液，此外还起着散发油液中的热量，逸出混在油液中的气体，沉淀油中的污物等作用。油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积:pqV)7~5(,即V=70L六、液压系统的性能验算1.压力损失及调定压力的确定根据计算慢上时管道内的油液流动速度约为0.50m/s，通过的流量为1.5L/min，数值较小，主要压力损失为调速阀两端的压降，此时功率损失最大；而在快下时滑台及活塞组件