上料机液压系统设计

上料机液压系统设计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，学生应在计算、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。目录1任务分析……………………………………………………………………………11.1系统机构的主要构成……………………………………………………………12方案选择……………………………………………………………………………22.1方案的拟定………………………………………………………………………22.2方案的确定……………………………………………………………………23总体设计………………………………………………………………………………………33.1负载分析………………………………………………………………………………33.1.1工作负载……………………………………………………………………………33.1.2摩擦负载……………………………………………………………………………33.1.3惯性负载……………………………………………………………………………33.2速度负载图………………………………………………………………………………43.3主要参数的确定…………………………………………………………………………53.3.1工作压力……………………………………………………………………………53.3.2液压缸尺寸…………………………………………………………………………53.3.3活塞杆稳定性………………………………………………………………………53.3.4液压缸最大流量……………………………………………………………………53.3.5工况图………………………………………………………………………………63.3.6其他参数……………………………………………………………………………73.4液压系统图的拟订…………………………………………………………………………83.5液压元件的选择……………………………………………………………………………103.5.1液压泵和电机的选择………………………………………………………………103.5.2阀类元件及辅助元件的选择……………………………………………………103.6液压系统性能的验算……………………………………………………………………123.6.1压力损失的确定……………………………………………………………………123.6.2系统的发热与温升…………………………………………………………………14参考文献………………………………………………………………………………………151任务分析1.1系统机构的主要构成机构不断地将材料从低的位置运到高的位置，然后又回到起始位置重复上一次的运动。其结构如图1.1所示，滑台采用V形导轨，其导轨面的夹角为90度，滑台与导轨的最大间隙为2mm，工作台和活塞杆连在一起，在活塞杆的作用下反复做上下运动。图1.1上料机构示意图2任务分析系统总共承受的负载为6500N，所以系统负载很小，应属于低压系统。系统要求快上速度大于38m/min,慢上的速度大于9m/min,快下的速度大于58m/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。2方案选择2.1方案的拟定2.11供油方式从系统速度相差很大可知，该系统在快上和慢上时流量变化很大，因此可以选用变量泵或双泵供油。2.12调速回路由于速度变化大，所以系统功率变化也大，可以选容积调速回路或双泵供油回路。2.13速度换接回路由于系统各阶段对换接的位置要求不高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。2.14平衡及锁紧为了克服滑台自重在快下过程中的影响和防止在上端停留时重物下落，必需设置平衡及锁紧回路。根据上述分析，至少有两种方案可以满足系统要求。（1）用变量泵供油和容积调速回路调速，速度换接用二位二通电磁阀来实现，平衡和锁紧用液控单向阀和单向背压阀。系统的机械特性、调速特性很好，功率损失较小，但是系统价格较贵。（2）用双泵供油，调速回路选节流调速回路，平衡及锁紧用液控单向阀和单向背压阀实现。系统的机械特性、调速特性不及第一种方案，但其经济性很好，系统效率高。2.2方案的确定综上所述，考虑到系统的流量很大，变量泵不好选，第二种方案的经济性好，系统效率高，因此从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的、供油方式不太适，宜选用双联式定量叶片泵作为油源，所以选第二种方案。3总体设计3.1负载分析3.1.1工作负载(55001000)6500LGFFNN3.1.2磨擦负载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可根据公式22XNFlKFCOS计算出滑台垂直作用于导轨的压力约为120N，取0.20.1sdff，则有：静摩擦负载(0.2120/sin45)33.94fsFNN动磨擦负载(0.1120/sin45)16.97fdFNN3.1.3、惯性负载加速165000.7928.579.810.5aGvFNNgt减速265000.70.133752.149.810.5aGvFNNgt制动365000.13176.439.810.5aGvFNNgt反向加速465001.11459.189.810.5aGvFNNgt反向制动541459.18aaFFN根据以上计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因/sin2fNFfF自重而下滑，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2的重量。则液压缸各阶段中的负载如表3.1所示（91.0m）。表3.1液压缸各阶段负载工况计算公式总负载F/N缸推力F/N启动LfsFFF6533.947180.15加速1LfdaFFFF7445.548181.91快上LfdFFF6516.977161.51减速2LfdaFFFF5764.836334.98慢上LfdFFF6516.977161.51制动3LfdaFFFF6340.546536.63反向加速4fdaFFF1476.151521.80快下fdFF16.9718.65制动5fdaFFF－1442.21－1584.853.2负载图和速度图的绘制按照前面的负载分析结果及已知的速度要求、行程限制等，绘制出负载图及速度图如图3.1所示。/液压缸负载图及速度图图3.1液压缸各阶段负载和速度3.3液压缸主要参数的确定3.3.1、初选液压缸的工作压力根据分析此设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选液压缸的工作压力为2.0MPa1.3.2计算液压缸的尺寸232518181.9140.91102010FAmmP231022.71415926.31091.4044mAD按标准取：D80mm。根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：2226648.2442DdmmDd按标准取：d45mm。所以液压缸的有效作用面积为：无杆腔面积222211850.2444ADcmcm有杆腔面积2222222184.534.3644ADdcmcm3.3.3、活塞杆稳定性校核因为活塞杆总行程为450mm，而且活塞杆直径45mm，ld=45045=10=10,不需要进行稳定性校核。3.3.4、求液压缸的最大流量42142142250.241042/min211.00/min50.24108/min40.91/min34.361065/min226.78/minqAvmmqLqAvmmLqAvmmL快上快上快上慢上慢上快下快下3.3.5、绘制工况图工作循环中各个工作阶段的液压缸压力、流量和功率如表3.2所示表3.2工作循环中各个工作阶段的液压缸压力、流量和功率由此表绘出液压缸的工况图，如图3.2所示。钢筒壁及法兰的材料选45钢，活塞杆材料选Q235。液压缸的内径D和活塞杆直径d都已在前面的计算中算出，分别为80mm和45mm。工况压力/pMPa流量1/minqLg功率P/W快上1．63211.005013.06慢上1．6340.91952.48快下0．0054226.7820.5100.005420.51952.48226.7840.195013.760211.001.63P/wt/st/st/sq/(L/min)P/MPa快下慢上快上图3.2系统工况图3.3.6液压缸其它参数的选择（1）活塞的最大行程L已由要求给定为450mm。（2）小导向长度当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保留有一最小导向长度。对于一般的液压缸，当液压缸的最大行程为L，缸筒直径为D时，最小导向长度为：4508062.5202202LDH所以取95H。（3）活塞的宽度的确定取B=0.7D=56mm（4）活塞杆长度的确定活塞杆的长度'L活塞杆的长度应大于最大工作行程、导向长度、缸头、缸盖四者长度之和。既'LL+H+L盖+L头=450+95+78+32=655mm.但是为了使其能够工作，必须和工作台连接，所以还应支出一部分。考虑实际工作环境和连接的需要，取这部分长度为50mm.所以液压缸的总长'L=655+50=705mm.3.4液压系统图的拟定液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面的问题：3.4.1、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。在慢上时所需的流量较小，因此从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的供油是不合适的，宜选用双联式定量叶片泵作为油源。3.4.2、调速回路由工况图可知，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回路。3.4.3、调速换接回路由于快上和慢上之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。3.4.4、平衡及锁紧为防止在上端停留时重物下落和在停留斯间内保持重物的位置，特在液压缸的下腔（无杆腔）进油路上设置了液控单向阀；另一方面，为了克服滑台自重在快下过程中的影响，设置一单向背压阀。本液压系统的换向阀采用三位四通Y型中位机能的电磁换向阀。拟定系统如图3.3：系统工作过程：快上时，电磁阀2有电，两泵同时工作，液压油经过电换向阀6、液控单向阀7、背压阀8，流入无杆腔，再经过单向电磁阀9、换向阀6回油箱。慢上时，活塞走到420mm处，压下行程开关，行程阀3，4换接，同时使电磁3有电，大流量泵经过它卸荷，只有小流量泵供油，调速阀10调节回油。工作太速度下降。快下时，行程阀复位，电磁阀1有电，双泵同时供油，经过换向阀6（左位）、调速阀10、背压阀8、液控单向阀7、换向阀6回到油箱。行程开关图3.3