课程设计-设计一台上料机液压系统

-1-液压与气压传动课程设计任务书系别机械与汽车工程学院专业机械制造设计及其自动化班级机制0811姓名严磊学号2010516007指导老师邬国秀-2-目录一、设计题目....................................................3二、负载分析....................................................32.1负载与运动分析..............................................32.2负载动力分析................................................32.3负载图与运动图的绘制........................................3三、设计方案拟定................................................53.1液压系统图的拟定............................................53.2液压系统原理图..........................................53.3液压缸的设计................................................6四、主要参数计算....................................................74.1初选液压缸工作压力..........................................84.2计算液压缸主要尺寸..........................................94.3活塞杆稳定性校核..........................................94.4计算循环中各个工作阶段的液压缸压力，流量和功率..................9五、液压元件选择...................................................115.1确定液压泵的型号及电动机功率...............................115.2选择阀类元件及辅助元件....................................125.3液压系统原理图上部分阀类功能..............................六、液压系统性能验算...........................................136.1验算系统压力损失...........................................136.2验算系统发热与温升.........................................15七、小结.......................................................15八、参考文献...................................................16-3-一、设计题目题目：设计一台上料机液压系统，要求驱动它的液压传动系统完成快速上升→慢速上升→停留→快速下降的工作循环。其结构示意图如图1所示。其垂直上升工作的重力为N5000，滑台的重量为N1000，快速上升的行程为mm350，其最小速度为smm/45;慢速上升行程为mm100，其最小速度为smm/8；快速下降行程为mm450，速度要求smm/55。滑台采用V型导轨，其导轨面的夹角为90，滑台与导轨的最大间隙为mm2，启动加速与减速时间均为s5.0，液压缸的机械效率（考虑密封阻力）为0.91。上料机示意图如下：图1上料机的结构示意图-4-二、负载分析对液压传动系统的工况分析就是明确各执行元件在工作过程中的速度和负载的变化规律，也就是进行运动分析和负载分析。2.1、负载与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：2.2、负载动力分析动力分析就是研究机器在工作中其执行机构的受力情况。（1）工作负载NNFFGL600010005000（2）摩擦负载2sinNffFF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机构尺寸求得NFN120,取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1则有静摩擦负载NNfsF94.3345sin1202.0动摩擦负载NNfdF97.1645sin1201.0（3）惯性负载惯性负载为运动部件在起动和制动的过程中可按tvgGmaFG---运动部件的重量（N）g---重力加速度，28.9smg△v---速度变化值（sm）△t---起动或制动时间（s）停留快退快进慢进-5-加速NNtvgGFa05.555.0045.081.960001减速NNtvgGFa26.455.0008.0045.081.960002制动NNtvgGFa79.95.0008.081.960003反向加速NNtvgGFa28.675.0055.081.960004反向制动NFFaa28.6745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2的重量。则液压缸各阶段中的负载如表1所示（91.0m）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FFLfsF6033.946630.70加速FFFafdLF16072.026672.55快上FFLfdF6016.976612.05减速FFFafdLF25971.716562.32慢上FFfdLF6016.976612.05制动FFFafdLF36007.186601.30反向加速FFafdF484.2592.58快下FfdF16.9718.65制动FFafdF5-50.31-55.29-6-2.3．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2所示。-7-三、设计方案拟定3.1．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：(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方式显然是不适合的，宜选用双联式定量叶片泵作为油源。(2)调速回路由工况可知可知，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)速度换接回路由于快上和满上之间速度需要换接，但对换接到位置要求不高，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。(4)平衡及锁紧为防止在上端停留时重物下落和在停留期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，设置了一单向背压阀。（5）本液压系统的换向采用三位四通Y型中位机能的电磁换向阀，下图为拟定的液压系统原理图。-8-3.2液压系统原理图：-9-3.3．液压缸的设计3．1液压缸的分类机组成液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸、和摆动缸三类。活塞缸和柱塞刚实现往复运动，输出推力和速度。摆动缸则能实现小于360的往复摆动，输出转矩和角速度。液压缸除单个使用外，还可以几个组合起来和其他机构组合起来，在特殊场合使用，已实现特殊的功能。液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个部分。3．2液压缸的主要参数设计（后续计算）3．3液压缸的结构设计1）缸体与缸盖的连接形式常用的连接方式法兰连接、螺纹连接、外半环连接和内半环连接，其形式与工作压力、缸体材料、工作条件有关。2）活塞杆与活塞的连接结构常见的连接形式有：整体式结构和组合式结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。3）活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘、锁紧装置等。4）活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。常见的密封圈类型：O型圈，O型圈加挡圈，高底唇Y型圈，Y型圈，奥米加型等。5）液压缸的缓冲装置液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。为防止此现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。6）液压缸排气装置对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要设置排气装置。3．4液压缸设计需要注意的事项1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。3．5液压缸主要零件的材料和技术要求1）缸体材料---灰铸铁:HT200,HT350;铸钢：ZG25,ZG45粗糙度---液压缸内圆柱表面粗糙度为mRa4.0~2.0技术要求：a内径用H8-H9的配合b缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度2）活塞-10-材料---灰铸铁：HT150,HT200粗糙度---活塞外圆柱粗糙度mRa6.1~8.0技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取f7~f9的配合，内孔与活塞杆的配合可取H8。3）活塞杆材料---实心：35钢，45钢；空心：35钢，45钢无缝钢管粗糙度---杆外圆柱粗糙度为mRa8.0~4.0技术要求：a调质20～25HRCb活塞与导向套用78fH的配合，与活塞的连接可用8h8H4）缸盖材料---35钢，45钢；作导向时用（耐磨）铸铁粗糙度---导向表面粗糙度为mRa6.1~8.0技术要求：同轴度不大于m03.05）导向套材料---青铜，球墨铸铁粗糙度---导向表面粗糙度为mRa8.0技术要求：a导向套的长度一般取活塞杆直径的60%~80%b外径D内孔的同轴度不大于内孔公差之半四、主要参数的计算液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑一下因素：（1）各类设备的不同特点和使用场合（2）考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重，压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。4.1．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2.0MPa。4.2．计算液压缸的主要尺寸pFA式中；F---液压缸上的外负载p---液压缸的有效工作压力A---所求液压缸有有效工作-11-面积mmmmADPFA2424251052.614159.31036.33441036.331020155.6672按标准取：根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：86.264555222ddDD按标准取mmd25。则液压缸的有效作用面积为：无杆腔面积2222117.313.6441cmcmDA有杆腔面积222222226.265.23.6441cmcmdDA4.3．活塞杆稳定性校核因为活塞杆总行程为mm450，而活塞杆直径为mm25，101825/450/dl,需进行稳定性校核，由材料力学中的有关公式，根