液壓與啟動傳動課程設(shè)計-單缸傳動的液壓機(jī)液壓系統(tǒng).doc

沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙No 17液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計摘 要：本文是關(guān)于單缸傳動的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計的闡述，主要包括工況分析，液壓系統(tǒng)原理圖，液壓缸主要參數(shù)確定，液壓元件選擇和液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計等幾部分內(nèi)容。關(guān)鍵字：液壓系統(tǒng) 工況分析 主要參數(shù) 結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄1、設(shè)計要求 32、工況分析 3 2.1、運動分析 3 2.2、負(fù)載分析 33、負(fù)載圖和速度圖的繪制 44、液壓缸主要參數(shù)的確定 4 4.1、初選液壓缸的工作壓力5 4.2、計算液壓缸的尺寸 54.3活塞桿穩(wěn)定性校核64.4求液壓缸的最大流量64.5繪制工況圖65、液壓系統(tǒng)圖的擬定 76、液壓元件的選擇 96.1、確定液壓泵的型號及電動機(jī)功率96.2、與液壓泵匹配的電動機(jī)的選定 96.3、選擇閥類元件及輔助元件106.4、系統(tǒng)壓力損失驗算116.5、系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計算117、液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 118、總結(jié)139、參考文獻(xiàn) 141、設(shè)計要求 設(shè)計一臺單缸傳動的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)，工作循環(huán)是：低壓下行高壓下行保壓低壓回程上限停止，油缸垂直安裝。首先我們要明確該液壓系統(tǒng)的動作和性能要求，其工作行程為320mm，外負(fù)載500000N，移動部件自重10000N，低壓下行速度3.5 m/min，高壓下行速度0.2 m/min，低壓回程7 m/min。2、工況分析 2.1、運動分析 工作循環(huán)為低壓下行高壓下行保壓低壓回程上限停止。系統(tǒng)在啟動、控制時的加速、減速根據(jù)經(jīng)驗查表取t=0.5s系統(tǒng)的工作的總行程為320mm，則每個階段的速度如下：低壓下行速度： V1 = 3.5 m/min = 0.0583 m/s高壓下行速度： V2 = 0.2 m/min = 0.0033 m/s低壓回程速度： V3 = 7 m/min = 0.1167 m/s2.2、負(fù)載分析液壓缸必須克服的外負(fù)載為：F = Fe + Ff + Fa 式中 Fe為工作負(fù)載Ff為摩擦負(fù)載Fa為慣性負(fù)載摩擦負(fù)載就是液壓缸驅(qū)動工作是所需克服的機(jī)械摩擦阻力，由于液壓缸是垂直安裝，并且計算方法比較復(fù)雜煩瑣，一般設(shè)計時將它算入液壓缸的機(jī)械效率m中考慮。慣性負(fù)載啟動時：低壓高壓：高壓保壓：保壓低壓回程：低壓回程停止：根據(jù)以上計算，考慮到液壓缸垂直安裝，其移動部件的自重較大，為防止因其自重而自行下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路,因此在啟動和低壓下行段缸推力應(yīng)去掉重力。查表取液壓缸的機(jī)械效率m為0.91液壓缸各階段中的負(fù)載工部計算公式總負(fù)載F/N缸推力F/N啟動F = Fe + Fa-9881.1-10858低壓下行F = Fe + 0-10000-10989低壓過度高壓F = Fe + Fa489887.9538338高壓下行F = Fe + 0490000538461高壓到保壓F = Fe + Fa489993.3538454保壓F = Fe + 0490000538461反向啟動F = Fe + Fa10237.911250低壓回程F = Fe + 01000010989停止F = Fe + Fa9762.1107273、負(fù)載圖和速度圖的繪制 按照上面的負(fù)載分析結(jié)果及已知的速度參數(shù)，行程限制等，繪制出負(fù)載圖及速度圖如下圖所示。液壓缸的負(fù)載圖及速度圖4、液壓缸主要參數(shù)的確定4.1、初選液壓缸的工作壓力根據(jù)分析設(shè)備的負(fù)載比較大，查表各類液壓設(shè)備常用工作壓力，初選液壓缸的工作壓力為20MPa。4.2、計算液壓缸的尺寸由于負(fù)載比較大，則則按標(biāo)準(zhǔn)?。篋=180mm無桿腔 有桿腔 根據(jù)低壓下行，低壓回程速度比值解得：d=127mm按標(biāo)準(zhǔn)取：d=125mm4.3、活塞桿穩(wěn)定性校核因為活塞桿的總行程為320mm，而活塞桿直徑d為125mm，l/d =320/125=2.5610，所以無需對活塞桿進(jìn)行校核。4.4、求液壓缸的最大流量低壓下行：高壓下行：低壓回程：工作循環(huán)中各工作階段的液壓缸壓力、流量和功率如下表所示液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率工況壓力P/MPa流量q/(L/min)功率P/W低壓下行0.0324.7358高壓下行21.161.341776低壓回程1.8624.741282 4.5、繪制工況圖由上表可繪制出液壓缸的工況圖如下圖所示液壓缸的工況圖5、液壓系統(tǒng)圖的擬定本液壓系統(tǒng)中的壓力高、流量大、空行程和加壓行程的速度相差大，并且要求壓力還能變換和調(diào)節(jié)，所以應(yīng)為其選擇一高壓泵供油。1.低壓下行低壓下行時電磁鐵2YA通電，4換向閥右位工作，油液進(jìn)入液壓缸的上腔，3YA和4YA通電，油液流到6調(diào)速閥，由于移動部件的自重較大，而液壓泵流量較小，通過調(diào)速閥保證完成快速下行。2.高壓下行移動部件向下運行中接觸到工件后，液壓缸上腔的壓力升高，3YA和4YA斷電，此時油路形成差動回路，實現(xiàn)高壓慢速下行。3保壓當(dāng)電磁鐵2YA得電，換向閥4右位工作，液壓缸11下行并加壓，當(dāng)壓力上升到電接點壓力表12上限觸點調(diào)定壓力時，壓力表發(fā)出電信號，使2YA失電，換向閥4中位工作，液壓泵1卸荷，液壓缸由液控單向閥13保壓，當(dāng)壓力下降至電接點壓力表下限觸點調(diào)定壓力時，壓力表發(fā)出電信號，使2YA得電4換向閥右位工作，液壓泵重新向液壓缸供油，使壓力回升。4.低壓回程保壓結(jié)束后，電磁鐵1YA通電，換向閥4左位工作，同時3YA得電，油路經(jīng)過5二位二通換向閥和8二位三通換向閥進(jìn)入液壓缸的下腔，使其低壓回程。5.上限位停止當(dāng)移動部件升至預(yù)定高度后，電磁鐵1YA和3YA都失電，各換向閥閥口都關(guān)閉，處于中位。這樣就使得上缸停止運動，液壓泵在較低壓力下卸荷，由于順序閥9和單向閥10的支承作用，上滑塊懸空停止。 液壓系統(tǒng)原理圖電磁鐵動作表6、液壓元件的選擇6.1、確定液壓泵的型號及電動機(jī)功率液壓缸在整個工作循環(huán)過程中最大工作壓力為21.16MPa,由于壓力較大，考慮到油路上閥和管道的壓力損失，則液壓泵的工作壓力為：考慮到系統(tǒng)過工作階段過渡以及系統(tǒng)須要一定的壓力儲備量，并且要保證液壓泵的工作壽命，其正常工作壓力為其額定壓力的80%左右，因此泵的額定壓力= /0.8=27.7MPa液壓系統(tǒng)中最大流量qmax=24.74L/min,溢流閥最小穩(wěn)定流量3L/min，系統(tǒng)泄漏系統(tǒng)KL取1.1則液壓泵的額定流量qp=取qp=31L/min根據(jù)上面計算的、qp，額定壓力與流量都比較大，應(yīng)選用柱賽泵，查表選取JB-H35.5型的徑向柱塞泵，其額定壓力為32MPa，額定排量35.5ml/r總效率為90%，額定轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分。6.2、與液壓泵匹配的電動機(jī)的選定由于最大功率在高壓下行階段，液壓泵額定轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，所以選用1000r/min的電動機(jī)，其額定功率為：因此選用型號為Y200L1-6型電動機(jī)，其額定功率18.5KW。6.3、選擇閥類元件及輔助元件主要的依據(jù)是根據(jù)該閥在系統(tǒng)工作的最大工作壓力和通過該閥的實際流量，其他還需考慮閥的動作方式，安裝固定方式，壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等條件來選擇標(biāo)準(zhǔn)閥類的規(guī)格，系統(tǒng)中液壓元件的型號及規(guī)格如下油管內(nèi)徑可按 式中 Q通過管道內(nèi)的流量m3/sv管內(nèi)允許流速m/s，查表這里面取5m/s 則 取d=15mm,外徑D=20mm。油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計算，取其體積V=6qp即V=213L 6.4、系統(tǒng)壓力損失驗算 油液的運動黏度取，油液密度取。，由此推出液流均為層流。管中流速因此，局部壓力損失較小，可以忽略不計。6.5、系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計算液壓泵的，液壓缸的效率，高壓時回路效率，則液壓系統(tǒng)的效率。高速時，液壓泵的輸入功率P=1776W，取散熱系數(shù)，郵箱有效容積V=213L。則，設(shè)機(jī)床工作環(huán)境溫度，則加上溫升后有，在正常工作溫度內(nèi)，符合要求。7、液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1)液壓缸的壁厚液壓缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律應(yīng)壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚t的比值大于20的圓筒稱為薄壁圓筒。工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計算式中 液壓缸壁厚(m)； D液壓缸內(nèi)徑(m)； 試驗壓力，一般取最大工作壓力的(1.25-1.5)倍 ； 缸筒材料的許用應(yīng)力。無縫鋼管：=21.161.5=31.74MPa在壓力較高的液壓系統(tǒng)中，按上式結(jié)果這里取=30mm2)液壓缸的缸體外經(jīng)液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外經(jīng)為液壓缸工作行程長度，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際工作的最大行程為320mm,就是標(biāo)準(zhǔn)值。3)缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計算。無孔時有孔時 式中 t缸蓋有效厚度(m)； 缸蓋止口內(nèi)徑(m)； 缸蓋孔的直徑(m)。無孔時 取=45mm有孔時 取=75mm4)最小導(dǎo)向長度的確定對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求：設(shè) 計 計 算 過 程 式中 L液壓缸的最大行程； D液壓缸的內(nèi)徑。取H=250mm活塞的寬度B一般取B=(0.6-10)D；活塞寬度：B=0.6D=108mm缸蓋滑動支承面的長度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定；當(dāng)D80mm時，取。所以液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20-30倍。 缸體內(nèi)部長度:L=B+l=108+320=428mm8、總結(jié)經(jīng)過此次液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的課程設(shè)計使我對上學(xué)期所學(xué)的液壓與氣動傳動上所學(xué)的知識有了一個系統(tǒng)的復(fù)習(xí)和總結(jié)，對液壓傳動有了深刻的認(rèn)識，并且對所學(xué)知識進(jìn)行了一定的擴(kuò)展和深入，掌握了一般液壓系統(tǒng)設(shè)計的思路和方法，為以后的工作打下基礎(chǔ)。同時通過本此課程設(shè)計，理論集合實際，自己的處理問題能力和深入思考探究的能力有了進(jìn)一步的提升。感謝學(xué)院提供給我們這么難得的機(jī)會。感謝謝群老師和機(jī)房老師的辛苦工作，謝群老師在時間緊張的情況，盡可能從我們學(xué)生角度出發(fā)，對于我們課程設(shè)計推薦了很多相關(guān)參考書以及認(rèn)真耐心地為我們指導(dǎo)，為我們的課程設(shè)計過程減輕了不少負(fù)擔(dān)。為此深表感謝！9、參考文獻(xiàn)1、謝群，崔廣臣，王健.液壓與啟動傳動.北京;國防工業(yè)出版社,2011.22、崔廣臣,謝群.液壓與氣動技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書.沈陽.沈陽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院流體傳動與控制教研室,2007 沈陽理工大學(xué)