鋼卷運輸液壓系統(tǒng)設計說明書

編號 ： 液壓系統(tǒng)設計 課程設計說明書 實驗時間： 06 07學年第一學期 姓 名： 學 號： 實驗班級： 機自 8班 指導教師： 廣東工業(yè)大學 機電工程學院 2007年 1月 一液壓與氣壓傳動課程設計任務書 1.1 設計題目： 鋼卷運輸液壓系統(tǒng) 設計 1.2 動作順序要求及工作參數(shù) 1 橫移缸前進，至卷取機卷筒下方，行程 L1，負載力 F1，速度 V1。 2 頂伸缸上升，將鋼卷托住，行程 L2，負載力 F2，速 度 V2。 3 橫移缸退回。 4 頂伸缸縮回，將鋼卷擱在小車上。 5 行程 L3，負載扭矩 T，轉(zhuǎn)速 N。 6 卸完鋼卷，小車由液壓馬達驅(qū)動退回。 以上參數(shù)為最大值，應可調(diào)。所有動作由行程開關自動控制。頂伸缸下腔須設置背壓，以防下行產(chǎn)生沖擊。 1.3 設計內(nèi)容、要求 1.3.1 液壓系統(tǒng)設計 根據(jù)設備的用途、特點和要求，利用液壓傳動的基本原理進行工況分析，擬定合理、完善的液壓系統(tǒng)原理圖，再經(jīng)過必要的計算確定液壓有關參數(shù)，然后按照所得參數(shù)選擇液壓元件、介質(zhì)、相關設備的規(guī)格型號 (或進行結構設計 )、對 系統(tǒng)有關參數(shù)進行驗算等。 1.3.2 液壓裝置結構設計 液壓裝置包括集成塊、液壓站等，進行結構設計時應考慮元件布局合理、緊湊、美觀、外連管道少，裝卸、調(diào)試方便，集成塊中的油路盡可能簡單、短、交叉少，加工容易、加工工作量盡可能少。 1.3.3 繪制工程圖、編寫設計說明書 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 (系統(tǒng)總油路、集成塊集成回路 )、液壓裝置工程圖 (集成塊結構圖、集成塊元件裝配圖 )，圖紙必須按 GB 要求打印或用鉛筆繪制， 2 張以上的 A3(或更大 )圖紙，A4 圖紙量根據(jù)實際定：編寫設計說明書 2 萬字 )。 1.3.4 參數(shù)表 學號 F1 (N) F2 (T) T (m.N) V1 (mm/s) V2 (mm/s) N r/s L1 (m) L2 (mm) L3 (m) 15 3200 14 400 60 32 4 2.8 700 3 二目錄 三摘要 四液壓系統(tǒng)設計正文 1. 液壓系統(tǒng)的工況分析 1.1 確定需液壓傳動的運動 按照設計任務要求需要液壓傳動的運動有：橫向移動， 頂伸缸上升縮回 ， 小車的向前進退回。 橫向移動和 頂伸缸上升縮回 使用液壓缸， 小車的向前進退回由液壓馬達驅(qū)動。 1.2 各運動機構的工作順序 缸 1 前進缸 2 上升 缸 1 后退缸 2縮回 液壓馬達正轉(zhuǎn) 液壓馬達反轉(zhuǎn) 1.3 主要工作性能 1 橫移缸前進退回，行程 L1=2.8 m，負載力 F1=3200 N，速度 V1=60 mm/s。 2 頂伸缸上升縮回，行程 L2=700 mm，負載力 F2=14 T，速度 V2=32 mm/s。 3 小車由液壓馬達驅(qū)動向前進退回，行程 L3=3 m，負載扭矩 T=400(m.N)，轉(zhuǎn)速 N=4 r/s。 2.擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 2.1 擬定各液壓系統(tǒng)各部分工作方式 1）確定供油方式 該在 液壓系統(tǒng) 工作時負載恒定，速 度較低。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，成本，泵源系統(tǒng)宜選用定量葉片泵供油。 2）調(diào)速方式的選擇 在該液壓系統(tǒng)中，執(zhí)行機構需要單方向節(jié)流，另一個方向可自由流動，調(diào)速的穩(wěn)定性要求不高， 頂伸缸下腔須設置背壓，以防下行產(chǎn)生沖擊，所以可以選擇單向節(jié)流閥調(diào)速。 3）方向控制方式的選擇 考慮到 鋼卷運輸液壓系統(tǒng) 的工作要求，流量不大，本系統(tǒng)用三位四通電磁換向閥方向控制方式，它的特點是結構簡單、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。 4）確定執(zhí)行元件 按照設計任務要求所需的執(zhí)行元件有：兩個液壓缸，一個液壓馬達 。 橫向移動設置為缸 1， 頂伸缸上升縮回 設置為缸 2， 小車的向前進退回由液壓馬達驅(qū)動。 5）完成順序和循環(huán)的方式 在執(zhí)行元件的控制使用行程開關，使用行程開關控制，有使系統(tǒng)簡單，電路控制穩(wěn)定，易于控制的特點。 6）系統(tǒng)的調(diào)壓，保壓方式 在回路 1 中 AB 出口應該設置減壓閥，使壓力降低，缸 2 應該使用單向順序閥進行保壓。 7）壓力測量點的選擇 在液壓泵出口應設置壓力表以測量系統(tǒng)壓力。 8）最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成下圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 快進工進快退1B7891 Y A E 2 Y A46A53 Y A14C D2 S Q 1 S Q 3 S QBP夾緊13121124 Y A10E 圖 3 液壓系統(tǒng)原理圖 2.2 系統(tǒng)工作原理 第一步，啟動系統(tǒng)。排出缸內(nèi)的剩余油。 第二步，手動控制 1Y 得電 ,三位四通閥 8 處于右工位， 缸 1 前進，小車橫向前進， 至卷取機卷筒下方 ，碰到行程開關 1SQ， 1Y 失電停止并控制 3Y 得電。 第三步， 3Y 得電， ,三位四通閥 9 處于右工位， 頂伸缸上升，將鋼卷托住， 碰到行程開關 2SQ， 3Y 失電停止并控制 2Y 得電 第四步， 2Y 得電，三位四通閥 8 處于左工位， 缸 1 后退，小車橫向后退 ，碰到行程開關 3SQ， 2Y 失電停止并控制 4Y 得電。 第五步， 3Y 得電， ,三位四通閥 9 處于左工位， 頂 伸缸下降，將鋼卷擱在小車上， 碰到行程開關 4SQ， 4Y 失電停止并控制 5Y 得電 第六步， 5Y 得電，三位四通閥 10 處于右工位， 液壓馬達正轉(zhuǎn)，小車由液壓馬達驅(qū)動向前進。 第七步， 卸完鋼卷， 6Y 得電，三位四通閥 10 處于左工位， 液壓馬達反轉(zhuǎn)，小車由液壓馬達驅(qū)動退回 第八步， 小車 退回后，發(fā)出信號， 6Y 失電，系統(tǒng)停止。 2.3 電磁鐵動作順序表 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 缸 1 前進 + - - - - - 缸 2 上升 - - + - - - 缸 1 后退 - + - - - - 缸 2 縮回 - - - + - - 液壓馬達正轉(zhuǎn) - - - - + - 液壓馬達反轉(zhuǎn) - - - - - + 3.液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 （ 1）液壓泵工作壓力的確定 由 鋼卷運輸液壓系統(tǒng)的已知條件確定 其額定壓力為 16MPa,系統(tǒng)調(diào)定工作壓力為 Pp 15MPa。 （ 2）液壓缸主要尺寸的確定 A、橫移缸： 1）工作壓力 P 的確定： 工作壓力 P 可以根據(jù)負載大小以及機器的類型來初步確定，先參閱液壓系統(tǒng)設計簡明手冊（以下簡稱手冊），由于 橫移缸 活塞行程較大，所以需增加減壓閥來降低 橫移缸回路上的壓力，現(xiàn)選定減壓閥 型號為 JF3-10B，調(diào) 定壓力為 0.5MPa。故 橫移缸回路的壓力為0.5MPa。 2）計算液壓缸內(nèi)徑圓 D 和活塞桿直徑 d： 已知 F1 1200N， P 0.5MPa； 所以 A F1/P=1200N/0.5MPa=2.4 10-3m2；則有 mmD 5514.3 104.24 3 根據(jù)手冊 P11 表 2-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標準系列直徑 D=80mm，活塞桿直徑 d，按 d/D=0.7，按手冊 P11 表 2-5，活塞桿直徑系列取 d=56mm。 B 、頂伸缸： 1）工作壓力 P 的確定： 工作壓力 P 為系統(tǒng)調(diào)定壓力 15MPa。 2）計算液壓 缸內(nèi)徑圓 D 和活塞桿直徑 d： 已知 F2 1.4 105N， P 15MPa； 所以 A F2/P=1.4 105N /15MPa=9.3 10-3m2；則有 mmD 10914.3 103.94 3 根據(jù)手冊 P11 表 2-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標準系列直徑 D=110mm，活塞桿直徑 d，按 d/D=0.7，按手冊 P11 表 2-5，活塞桿直徑系列取 d=80mm。 已知 V2 24mm/s，所以流量 Q V2A 24mm/s 9.3 10-3m2 2.23 10-3m3 C、計算在各工作階段液壓缸所需的流量： 對 于橫移缸： 前進時：已知 V1 60mm/s， q 前進 V1A 60 10-3 2.4 10-3 m3/s 8.64L/min 后退時： q 后退 = （ D2-d2） V1/4= (0.082-0.0562） 60 10-3/4 m3/s=9.22 L/min 對于頂伸缸： 上升時：已知 V2 24mm/s， q 上升 V2A 24 10-3 9.3 10-3 m3/s 13.38L/min 退回時： q 退回 = （ D2-d2） V2/4= (0.112-0.082） 24 10-3/4 m3/s=6.44L/min （ 3）液壓馬達的選擇 已知液壓馬達在負載扭矩 T 300m.N，轉(zhuǎn)速 N=4.5r/s,L3 3m, p=15MPa 輸出功率 Po=2 NT=2 4.5 300w=8478w 初選 YM-F-E160 型葉片馬達，其排量 V 160mL/r,容積效率 v=89，其總效率 79。 輸入功率 Pi=Po/ 8478/0.79w=10732w=10.73kw Pi pq q= Pi/ p=10.73/15L/s=0.72L/s 43L/min 又 q=VN V=q/N=0.72/4.5L/r=0.16L/r=160mL/r 由其參數(shù)知此葉片馬達符合要求。 （ 4）選定液壓泵 1）泵的流量確定。液壓泵的最大流量應為 m ax)( qKq Lp 式中， pq -液壓泵的最大流量； max）（ q -同時動作的各執(zhí)行元件所需要流量之和的最大值。如果這時溢流閥正在進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量 2 3L/min； KL-系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 KL=1.1 1.3，現(xiàn)取 KL=1.2。 pq = LK max）（ q =1.2 45L/min=54L/min 2）選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得的 Pp 和 pq 再查閱有關手冊，選用 YB1-E 型定量葉片泵 ，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量 q0=50mL/r，泵的額定的壓力 Pn=16MPa，電動機轉(zhuǎn)速 nH 1200r/min，容積效率 v=0.92，總效率 =0.8。 3）與液壓泵匹配的電動機的選定。 由前面的計算可知，葉片馬達需要的功 率最大 算出葉片馬達工作時的功率作為選擇電動機規(guī)格的依據(jù)。為了使所選擇的電動機在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉(zhuǎn)，需進行驗算，即 npB pqp 2 式中， Pn-所選電動機額定功率； PB 定量葉片泵的額定壓力 q p-壓力 PB為時，泵的輸出流量。 馬達工作時電動機所需的功率為 : Pn=PB q p/ =16 43/60/0.8=14KW 查閱電動機樣本，選用 Y160L-4 型電動機，其額定功率為 15kW，額定轉(zhuǎn)速為 1460 r/min。 （ 5）液壓閥的選擇 根據(jù)所 擬定的液壓系統(tǒng)原理圖和以上的計算，按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如表 2 所示。 表 2 液壓元件明細表 序號 元件名稱 型號 額定流量（ L/min） 1 濾油器 XU-A63 30 63 2 定量葉片泵 YB1-E 54 3 電機 Y160L-4 4 液控單向閥 YAF3-Ea20B 5 壓力表開關 KF3-E1B 6 溢流閥 YF3-E10B 63 7 二位二通電磁換向閥 22F3O-E10B-D 60 8 三位四通電磁換向閥 34F3O-E6B-D 25 9 三位四通電磁換向閥 34F3O-E6B-D 25 10 三位四通電磁換向閥 34F3O-E10B-D 60 11 減壓閥 JF3-10B 63 12 減壓閥 JF3-10B 63 13 單向節(jié)流閥 ALF3-E6B 25 14 單向節(jié)流閥 ALF3-E6B 25 15 單向節(jié)流閥 ALF3-E6B 25 16 單向順序閥 AXF3-E10B 63 17 單向節(jié)流閥 ALF3-E10B 100 18 單向節(jié)流閥 ALF3-E10B 100 19 葉片馬達 YM-F-E160 43 （ 6）確定管道尺寸 油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進行計算。當液壓馬達工作時，主油路流量最大 q=43L/min，壓油管的允許流速取 v=4m/s，則內(nèi)徑d 為 mmmmvqd 154/436.4/6.4 綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑 d 為 16mm。吸油管同樣可按上式計算，選參照 YB1-E 變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑 d 為 25mm。 （ 7）液壓油箱容積的確定 液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量 V 可概略地確定為： 在中 高壓或高壓大功率系統(tǒng)中（ p63.MPa）可取： V（ 612） qp 本設計為中高壓液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的 612 倍來確定，現(xiàn)選用容量為 350L 的油箱。 4.液壓系統(tǒng)的驗算 已知該液壓系統(tǒng)中進、回油路的內(nèi)徑均為 16mm。選用 L-HL32 液壓油，考慮油的最低溫度為 15，查得 15時該液壓油的運動粘度 v=150cst=1.5cm2 /s，油的密度 =920kg/ m3。 （ 1） 壓力損失的驗算 1） 工作進給時，進油路壓力損失。運動部件工進時最大速度為 3.6m/min，進給時的最大流量為 43L/min，則液壓油在管內(nèi)流速 v1 為 scmcmdqV /357m in/6.114.3104342321 管道流動雷諾數(shù) Re1 為 3815.1 6.135711 vdvR e Re1 2300 ， 可 見 油 液 在 管 道 內(nèi) 流 態(tài) 為 層 流 ， 其 沿 程 阻 力 系 數(shù) 1=80/Re1=80/381=0.21。進油管道 BC 的沿程壓力損失 p1-1 為 PaPavdlP 622211 1008.02 107.09201025.1 3.07.1927.82 ）（ 查得換向閥 4WE6E50/AG24 的壓力損失 p1-2=0.05 610 Pa 忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進油路總壓力損失 p1 為 PaPappp 6662111 1013.0)1005.01008.0( 2） 工作進給時油路的壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓有杠腔的工作面積為無杠腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進油管道的二分之一，則 v2=v1/2=5.35cm/s 486.45.1 25.135.522 vdvR e 2=80/Re2=80/4.486=17.83 回油管道的沿程壓力損失為 p2-1 為： MP aPavdlP 04.02 0535.09201025.1 3.07.183.172 22212 ）（ 查產(chǎn)品樣本知換向閥 3WE6A50/AG24 的壓力損失 p2-2=0.025MPa，換向閥4WE6E50/AG24 的壓力損失 p2-3=0.025MPa，調(diào)壓閥 2FRM5-20/6 的壓力損失 p2-4=0.5MPa。 回油路總壓力損失 p2 為 Pappppp 6423222122 10)5.0025.0025.004.0( Pa61059.0 3） 變量泵出口的壓力 pp PapA pAF cm 64 641122 1013.0105.78 1059.01003.4095.0/2 0 1 5 0/ MPa1.3 4）快進時的壓力損失?？爝M時液壓缸為差動連接，自匯流點 A 至液壓缸進油口 C 之間的管路 AC 中，流量為液壓泵出口流量的兩倍即 106L/min（ 2 53）， AC 段管路的沿程損失 p1-1 為 scmscmdqv /4.573/602.114.3106.41442321 4785.1 25.14.57311 vdvR e 167.047880Re80 11 MP aPavdlp 24.02 734.59201025.1 2.1167.0222211 同樣可求管道 AB 段及 AD 段 的沿程壓力損失 p1-2 和 p1-3 為 scmscmdqv /7.286/6025.114.3101.21442322 MP aPapMP aPapvdv170.02867.29201025.17.133.0030.02867.29201025.13.033.033.09.23880Re809.238