小型壓力機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

另附CAD系統(tǒng)原理與裝配圖 如有需要發(fā)電郵至wzhly007163.com 但是不保證及時(shí)回信 一般35天收信一次目 錄一 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)11 工況分析12擬定液壓系統(tǒng)原理圖4二 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算61 液壓缸主要尺寸的確定62 液壓缸的設(shè)計(jì)7三 液壓系統(tǒng)計(jì)算與選擇液壓元件101 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量102 確定液壓泵的流量,壓力和選擇泵的規(guī)格 103 液壓閥的選擇124 確定管道尺寸 2 液壓缸的設(shè)計(jì) 125 液壓油箱容積的確定126 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算127 系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算158 聯(lián)接螺栓強(qiáng)度計(jì)算16四 設(shè)計(jì)心得17五 參考文獻(xiàn)17一 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)1 工況分析設(shè)計(jì)一臺(tái)小型液壓壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)：快速空程下行慢速加壓保壓快速回程停止工作循環(huán)?？焖偻邓俣葹?m/min，加壓速度為40-250mm/min，壓制力為300000N，運(yùn)動(dòng)部件總重力為25000N，工作行程400mm，油缸垂直安裝，設(shè)計(jì)壓力機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓缸所受外負(fù)載F包括五種類(lèi)型，即：F= F壓 + F磨 +F慣+F密+G式中：F壓-工作負(fù)載，對(duì)于液壓機(jī)來(lái)說(shuō)，即為壓制力；F慣-運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；F磨-導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力。液壓缸垂直安裝，摩擦力相對(duì)于運(yùn)動(dòng)部件自重，可忽略不計(jì)；F密-由于液壓缸密封所造成的運(yùn)動(dòng)阻力；G- 運(yùn)動(dòng)部件自重。液壓缸各種外負(fù)載值1) 工作負(fù)載：液壓機(jī)壓制力F壓=300000N2) 慣性負(fù)載：3) 運(yùn)動(dòng)部件自重：G=25000N4) 密封阻力F密=0.1F(F為總的負(fù)載)5) 摩擦力液壓缸垂直安裝，摩擦力較小，可忽略不計(jì)。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載。工作循環(huán)各階段外負(fù)載表工況計(jì)算公式液壓缸的負(fù)載啟動(dòng)階段：F啟=F密+F慣-G加速階段：F加=F密+F慣-G快進(jìn)階段：F快=F密-G工進(jìn)階段：F工=F密+F壓-G快退階段：F退=F密+G按照給定要求與外負(fù)載表繪制速度循環(huán)圖與負(fù)載循環(huán)圖：速度循環(huán)圖：504000.674.1750L(mm)V (mm/s)負(fù)載循環(huán)圖：F(N)27777822500566400L(mm)3055552擬定液壓系統(tǒng)原理圖1) 確定供油方式：考慮到該壓力機(jī)在工作進(jìn)給時(shí)需要承受較大的工作壓力，系統(tǒng)功率較大，速度較底。而在快進(jìn),快退時(shí)負(fù)載較小，速度較快。從節(jié)能，減少發(fā)熱，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，效率，工作壓力等方面考慮，泵源系統(tǒng)宜選用軸向柱塞泵。 2) 調(diào)速方式的選擇：在小型壓力機(jī)液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調(diào)速閥。在本系統(tǒng)中選用回油節(jié)流調(diào)速，這種調(diào)速回路受泄漏與發(fā)熱影響小，速度剛性好，由于有背壓存在，起到一定的阻尼作用，提升了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，同時(shí)空氣也不易滲入。3)速度切換方式的選擇：系統(tǒng)采用由電磁閥控制的快慢速換接回路，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的速度換接平穩(wěn)性，可改用由行程閥切換速度的換接回路。液壓系統(tǒng)原理圖：二 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算1 液壓缸主要尺寸的確定工作壓力p的確定：工作壓力p可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器類(lèi)型初步確定，先查表取液壓缸工作 壓力為25MPa.設(shè)備類(lèi)型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門(mén)刨床拉床工作壓力P(MPa)0.82.0352881010162032液壓缸缸筒內(nèi)徑D和液壓缸活塞桿外徑d的確定：由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為305555.56N，按表可取p2為0MPa，cm為0.95，考慮到快進(jìn)，快退速度相等，取d/D為0.7。將上述數(shù)據(jù)代入液壓缸缸筒內(nèi)徑計(jì)算公式，可得液壓缸缸筒內(nèi)徑：由液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）尺寸系列表查得D=160mm?；钊睆絛，按d/D=0.7,d=112mm。由液壓缸活塞桿外徑（桿徑）尺寸系列表，取d=125mm。由此求得液壓缸的實(shí)際有效面積為：初步計(jì)算液壓缸最大工作壓力：按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式式中Qmin是調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量為0.1本次設(shè)計(jì)中調(diào)速閥是安裝在進(jìn)油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)取液壓缸無(wú)桿腔的實(shí)際面積，即200.96>25不等式滿(mǎn)足，故液壓缸能夠達(dá)到所需穩(wěn)定工進(jìn)速度。液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）尺寸系列（GB2348-80）(mm) 810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250(280)320(360)400(450)500液壓缸活塞桿外徑（桿徑）尺寸系列（GB2348-80）(mm) 4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203602 液壓缸的設(shè)計(jì)1) 液壓缸工作壓力的確定：根據(jù)設(shè)備的類(lèi)型有表2-1初選工作壓力P=25MPa2) 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿d的確定：前面的計(jì)算以得出D=16cm,d=12.5cm 3) 液壓缸壁厚的確定和外徑的確定：a. 起重運(yùn)輸機(jī)械的液壓缸，一般采用無(wú)縫鋼管制造，無(wú)縫鋼管大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算：式中：液壓缸壁厚(m)D液壓缸的內(nèi)徑(m)py試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的(1.251.5)倍缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：=110120MPa；鑄鋼：=100110MPa；無(wú)縫鋼管：=100120MPa；高強(qiáng)度鑄鐵：=60MPa；灰鑄鐵：=25MPa。 現(xiàn)取=100MPa：查無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)系列取。b. 缸體的外徑為：選取D1=200mm，壁厚的無(wú)縫鋼管。4)液壓缸工作行程的確定：本執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求工作行程為400mm。5)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)度要求可用下面公式行近似的計(jì)算：式中：t缸蓋有效厚度(m)；D2液壓缸缸蓋的止口直徑(m)；d0缸蓋孔直徑。6)最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定：最小導(dǎo)向長(zhǎng)度是指從活塞支撐面到缸蓋滑動(dòng)軸承支撐面中點(diǎn)的距離，如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始繞度增大影響液壓缸的穩(wěn)定性。對(duì)一般液壓缸，要求最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：式中：l液壓缸的最大行程；D液壓缸的內(nèi)徑?；钊麑挾菳一般取B=(0.61.0)D，B=96160mm，現(xiàn)取B=130mm。缸蓋的滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度A，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而確定，當(dāng)D<80mm時(shí)，取A=(0.61.0)D，當(dāng)D>80mm時(shí)，取A=(0.61.0)d，因?yàn)镈=160mm>80mm，故A=(0.61.0)d=75125mm，現(xiàn)取A=90mm?？蓾M(mǎn)足導(dǎo)向要求。三 液壓系統(tǒng)計(jì)算與選擇液壓元件 1 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量 2 確定液壓泵的流量,壓力和選擇泵的規(guī)格1) 泵的壓力的確定：考慮到正常工作中進(jìn)油路有一定的壓力損失,所以泵的工作壓力為式中：pp液壓泵最大工作壓力；P1 執(zhí)行元件最大工作壓力；進(jìn)油管路 中的壓力損失,初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.8MPa。 pp是靜壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的壓力往往超過(guò)靜壓力。另外考慮到低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本系統(tǒng)中。取Pn=25MPa2) 泵的流量的確定：液壓泵的最大流量為：L/min取qp=45L/min。式中：qp液壓泵的最大流量；同時(shí)作用的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值；KL系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般 KL=1.11.3,現(xiàn)取KL=1.2。選擇液壓泵的規(guī)格：根據(jù)以上計(jì)算得的qp和pp再查有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選擇CY14-1B型斜盤(pán)式軸向柱塞泵，該泵的參數(shù)為：每轉(zhuǎn)的排量，泵的額定壓力，pn=32MPa電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1470r/min，容積總效率，總效率。與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，兩者較大者作為電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在工進(jìn)時(shí)泵的輸出流量減小，泵的功率急劇下降，一般當(dāng)流量在0.21L/min的范圍內(nèi)時(shí)，可取，同時(shí)還應(yīng)該注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線(xiàn)的最大功率點(diǎn)時(shí)不至電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)需進(jìn)行驗(yàn)算即：式中：pn所選電機(jī)額定功率；pb限壓式變量泵的限定壓力；qp壓力為pb時(shí)，泵的輸出流量。首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為0N，此時(shí)快進(jìn)時(shí)進(jìn)油路的壓力為0，功率為0。工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為：由手冊(cè)選擇Y100L2-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，功率3kw，額定轉(zhuǎn)速1470r/min 。 3 液壓閥的選擇液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱(chēng)型號(hào)通過(guò)的流量工作壓力1過(guò)濾器XU-D3210045L/min25MPa2軸向柱塞泵CY14-1B45L/min25MPa3壓力表KF3-EA20B20L/min25MPa4三位四通換向閥4YF30-E20B45L/min25MPa5調(diào)速閥AQF3-E20B30L/min25MPa6單向閥AF3-EA20B30L/min25MPa7二位三通換向閥23YF3B-E20345L/min25MPa4 確定管道尺寸油路內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許的流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)時(shí)流量q=60.29L/min,壓油管的允許流速取v=5m/s。取d=16mm。綜合諸因素及系統(tǒng)上面各閥的通徑取d=16mm，吸油管的直徑參照CY14-1B變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d=42mm。5 液壓油箱容積的確定本系統(tǒng)為高壓系統(tǒng),液壓油箱有效容量按泵流量的57倍來(lái)確定,現(xiàn)選用容量為400L的油箱。6 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算已知液壓系統(tǒng)中進(jìn)回油路的內(nèi)徑為d=16mm，各管道長(zhǎng)度分別AB=0.5m,BD=DE=1m,CF=2.5m,DF=1.5m, 選用L-HM32液壓油。設(shè)其工作在20，其運(yùn)動(dòng)粘度=150cst=1.5cm2/s油液的密度=920kg/m3。1) 工進(jìn)進(jìn)油路的壓力損失：運(yùn)動(dòng)部件快進(jìn)時(shí)的最大速度為0.25，最大流量為5.02，則液壓油在油管內(nèi)的流速為：管道的雷諾數(shù)Re1為Re1<2300，可見(jiàn)油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)進(jìn)油管FC的沿程壓力損失p1-1為換向閥的壓力損失p1-2=0.05MPa，忽略油液通過(guò)管接頭，油路板處的局部壓力損失，則進(jìn)油路的總壓力損失p1為：p1=p1-1+p1-2=0.023+0.05=0.073MPa2)工進(jìn)回油路的壓力損失： 管道的雷諾數(shù)Re2為Re2<2300，油液在管道內(nèi)的流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)，回油路管道沿程壓力損失p2-1為：換向閥壓力損失p2-2=0.025MPa；調(diào)速閥的壓力損失p2-3=1MPa。回油路的總壓力損失：p2=p2-1+p2-2+p2-3=0.0105+0.025+1=1.036MPa變量泵出口處的壓力Pp： 3) 快進(jìn)進(jìn)油路的壓力損失：快進(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接，自匯流點(diǎn)D至液壓缸進(jìn)油口E之間的管路DE中，流量60.29。管道的雷諾數(shù)Re1為：Re1<2300，可見(jiàn)油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)。進(jìn)油管DE的沿程壓力損失p1-1為：同樣可求管道AD段，DF段的沿程壓力損失p1-2，p1-3。管道的雷諾數(shù)Re2，Re3為：Re2、Re3<2300，油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)：換向閥壓力損失為p1-4=0.17MPa，p1-5=0.17MPa。泵的出口壓力為：pp=p1-1+p1-2+p1-3+p1-4+p1-5=0.101+0.105+0.058+0.17+0.17=0.604MPa快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算從略。7 系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中工進(jìn)時(shí)所需的功率最大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。當(dāng)以最小工進(jìn)速度工作時(shí)：V=40mm/min流量q：泵的效率0.1泵的出口壓力16.19MPa則有：P=P輸入-P輸出=2.16-0.2=1.96kw 當(dāng)以最大工進(jìn)速度V=40mm/min工作時(shí)，q=5.02L/min，總效率，P=P輸入-P輸出=1.93-1.25=0.68kw可見(jiàn)在工進(jìn)速度低時(shí)，功率損失為1.96kw,發(fā)熱量最大。假定系統(tǒng)散熱一般取油箱的散熱面積A為：系統(tǒng)的溫升為：驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。8 聯(lián)接螺栓強(qiáng)度計(jì)算缸體與缸蓋之間使用六顆45號(hào)鋼螺栓進(jìn)行連接，且螺栓只受拉應(yīng)力。則單個(gè)螺栓受力：F=305555.56/6=50926N由公式：可確定：取d=16mm式中：d螺栓的危險(xiǎn)截面直徑，mm；螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa，=S/S；S螺栓材料的屈服極限，對(duì)于45號(hào)鋼，S=360MPa；S安全系數(shù)，S在1.21.7。四 設(shè)計(jì)心得通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓我深深的體會(huì)到了自身的不足之處，以及平日學(xué)習(xí)的粗略。這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)液壓系統(tǒng)有了更加全面的認(rèn)識(shí)和理解，了解了液壓知識(shí)在生活中的廣泛應(yīng)用前景。這次設(shè)計(jì)增強(qiáng)了自己動(dòng)手能力與理論結(jié)合實(shí)際能力，同時(shí)提高了自己的獨(dú)立思考能力。雖然設(shè)計(jì)過(guò)程并不是一帆風(fēng)順，但是在老師的指導(dǎo)與鼓勵(lì)，同學(xué)的幫助下，也算是達(dá)成了本次設(shè)計(jì)的初衷，在這次課程設(shè)計(jì)中，要運(yùn)用到多科課程所學(xué)知識(shí)，在查找資料的同時(shí)，復(fù)習(xí)與鞏固了以前所學(xué)習(xí)的知識(shí)，同時(shí)提高了自己綜合運(yùn)用所學(xué)課程知識(shí)的能力。最后感謝學(xué)校，老師能夠給予我們這么一次提高自身能力的機(jī)會(huì)。五 參考文獻(xiàn)1. 液壓與氣動(dòng)傳動(dòng) 左健民主編 2. 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 楊培元主編3. 液壓系統(tǒng)的計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 張世偉主編4. 液壓氣動(dòng)與液力工程手冊(cè) 李壯云主編