小型油壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)(終極版

1、龍 巖 學(xué) 院學(xué)生課程設(shè)計(jì)說明書題 目： 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 小型油壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 所在院系： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 龍巖學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 小型油壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作循環(huán)：快速下降壓制保壓快速回退原位停止負(fù)載 移動(dòng)部件自重6400N 壓制時(shí)外負(fù)載25000N快速回程負(fù)載8800N形程 快進(jìn)160mm 壓制60mm速度 快速下降6.5m/min 壓制0.3m/min 回程6.5m/min啟動(dòng)時(shí)間0.4s保壓時(shí)間45s靜摩擦系數(shù)0.2動(dòng)摩擦系數(shù)0.1性能參數(shù)：設(shè)計(jì)要求：1.液壓傳動(dòng)方案分析。2.液壓原理圖的擬定。3.主要液壓元件的設(shè)計(jì)計(jì)算（例油缸）和液壓元件、

2、輔助裝置。4.液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算。5.說明文件中涉及的圖有：負(fù)載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖、工流圖、液壓系統(tǒng)原理圖、液壓系統(tǒng)分塊圖、油缸結(jié)構(gòu)示意圖、油箱結(jié)構(gòu)示意圖。6.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。摘 要液壓機(jī)是一種用靜壓來加工金屬、塑料、橡膠、粉末制品的機(jī)械，在許多工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中占有重要的地位。液體傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動(dòng)系統(tǒng)。本文利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計(jì)算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格。確保其實(shí)現(xiàn)快速下行、慢速加壓、保壓、快速回程、停止的工作循環(huán)。關(guān)鍵詞： 液壓

3、機(jī)、課程設(shè)計(jì)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)AbstractHydraulic machine is a kind of static pressure to the processing of metal, plastic, rubber, the powder product of machinery, in many industrial department a wide range of applications. The design of the hydraulic drive system in modern mechanical design work occupies an import

4、ant position. Transmission fluid is the liquid medium for the work carried out energy transfer and control of a transmission system.This paper using hydraulic transmission to the basic principle of drawing up a reasonable hydraulic system map ,and then after necessary calculation to determine the li

5、quid pressure system parameters , Then according to the parameters to choose hydraulic components specification. To ensure the realization of the fast down, slow pressure, pressure maintaining, rapid return, stop work cycle. Key words: hydraulic machine, course design, hydraulic transmission system

6、design.目錄摘 要.I1 任務(wù)分析11.1技術(shù)要求11.2任務(wù)分析12 方案的確定22.1運(yùn)動(dòng)情況分析23 工況分析33.1工作負(fù)載33.2 摩擦負(fù)載33.3 慣性負(fù)載33.4 自重33.5 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值34 負(fù)載圖和速度圖45 液壓缸主要參數(shù)的確定55.1 液壓缸主要尺寸的確定55.2 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量56 液壓系統(tǒng)圖66.1 液壓系統(tǒng)圖分析66.2 液壓系統(tǒng)原理圖67 液壓元件的選擇87.1液壓泵的選擇87.2 閥類元件及輔助元件87.3油箱的容積計(jì)算98 液壓系統(tǒng)性能的運(yùn)算108.1 壓力損失和調(diào)定壓力的確定108.2 油液溫升的計(jì)算118.3 散熱量

7、的計(jì)算12結(jié)論14參考文獻(xiàn).15 1 任務(wù)分析1.1技術(shù)要求 設(shè)計(jì)一臺(tái)小型油壓壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)快速下降慢速加壓保壓快速回程原位停止的工作循環(huán)，快速往返速度為=6.5 m/min，加壓速度 =0.3m/min, 其往復(fù)運(yùn)動(dòng)和加速（減速）時(shí)間t=1.48s，壓制力為25000N，運(yùn)動(dòng)部件總重為6400N,工作行程220mm, （快進(jìn)160mm，工進(jìn)60mm）, 靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1油缸垂直安裝，設(shè)計(jì)該壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)傳動(dòng)。 1.2任務(wù)分析 根據(jù)滑塊重量為6400N ，為了防止滑塊受重力下滑，可用液壓方式平衡滑塊重量。設(shè)計(jì)液壓缸的啟動(dòng)時(shí)間為t=0.4s 。液壓機(jī)滑

8、塊上下為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且行程較?。?20mm）,故可選單桿液壓缸作執(zhí)行器,且液壓缸的機(jī)械效率 。因?yàn)橐簤簷C(jī)的工作循環(huán)為快速下降、慢速加壓、保壓、快速回程四個(gè)階段。各個(gè)階段的轉(zhuǎn)換由一個(gè)三位四通的換向閥和一個(gè)二位二通的換向閥控制。當(dāng)三位四通換向閥工作在左位時(shí)實(shí)現(xiàn)快速回程。中位時(shí)實(shí)現(xiàn)液壓泵的卸荷，亦即液壓機(jī)保壓。工作在右位時(shí)實(shí)現(xiàn)液壓泵的快進(jìn)和工進(jìn)。其工進(jìn)速度由一個(gè)調(diào)速閥來控制。快進(jìn)和工進(jìn)之間的轉(zhuǎn)換由二位二通換向閥控制。液壓機(jī)快速下降時(shí)，要求其速度較快，減少空行程時(shí)間，液壓泵采用全壓式供油，且采用差動(dòng)連接。由于液壓機(jī)壓力比較大，所以此時(shí)進(jìn)油腔的壓力比較大，所以在由保壓到快速回程階段須要一個(gè)節(jié)流閥，以防

9、在高壓沖擊液壓元件，并可使油路卸荷平穩(wěn)。為了對(duì)油路壓力進(jìn)行監(jiān)控，在液壓泵出口安裝一個(gè)溢流閥，同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)起過載保護(hù)作用。因?yàn)榛瑝K受自身重力作用，滑塊要產(chǎn)生下滑運(yùn)動(dòng)。所以油路要設(shè)計(jì)一個(gè)單向閥，以構(gòu)成一個(gè)平衡回路，產(chǎn)生一定大小的背壓力，同時(shí)也使工進(jìn)過程平穩(wěn)。在液壓力泵的出油口設(shè)計(jì)一個(gè)單向閥，可防止油壓對(duì)液壓泵的沖擊，對(duì)泵起到保護(hù)作用。2 方案的確定2.1運(yùn)動(dòng)情況分析由液壓機(jī)的工作情況來看，其外負(fù)載和工作速度隨著時(shí)間是不斷變化的。所以設(shè)計(jì)液壓回路時(shí)必須滿足隨負(fù)載和執(zhí)行元件的速度不斷變化的要求。因此可以選用變壓式節(jié)流調(diào)速回路和容積式調(diào)速回路兩種方式。2.1.1變壓式節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速的工作原理，是通

10、過改變回路中流量控制元件通流面積的大小來控制流入執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量來調(diào)節(jié)其速度。變壓式節(jié)流調(diào)速的工作壓力隨負(fù)載而變，節(jié)流閥調(diào)節(jié)排回油箱的流量，從而對(duì)流入液壓缸的的流量進(jìn)行控制。其缺點(diǎn)：液壓泵的損失對(duì)液壓缸的工作速度有很大的影響。其機(jī)械特性較軟，當(dāng)負(fù)載增大到某值時(shí)候，活塞會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，低速時(shí)泵承載能力很差，變載下的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性都比較差，可使用比例閥、伺服閥等來調(diào)節(jié)其性能，但裝置復(fù)雜、價(jià)格較貴。優(yōu)點(diǎn)：在主油箱內(nèi)，節(jié)流損失和發(fā)熱量都比較小，且效率較高。宜在速度高、負(fù)載較大，負(fù)載變化不大、對(duì)平穩(wěn)性要求不高的場(chǎng)合。2.1.2容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路的工作原理是通過改變回路中變量泵或馬達(dá)的排量來改

11、變執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。優(yōu)點(diǎn)：在此回路中，液壓泵輸出的油液直接進(jìn)入執(zhí)行元件中，沒有溢流損失和節(jié)流損失，而且工作壓力隨負(fù)載的變化而變化，因此效率高、發(fā)熱量小。當(dāng)加大液壓缸的有效工作面積，減小泵的泄露，都可以提高回路的速度剛性。 綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，泵缸開式容積調(diào)速回路和變壓式節(jié)流調(diào)回路相比較，其速度剛性和承載能力都比較好，調(diào)速范圍也比較寬工作效率更高，發(fā)熱卻是最小的?？紤]到最大壓制力為25000N，故選泵缸開式容積調(diào)速回路。3 工況分析3.1工作負(fù)載工件的壓制抗力即為工作負(fù)載：Fw=25000N3.2 摩擦負(fù)載 靜摩擦阻力： =0.2x6400=1280N 動(dòng)摩擦阻力： =0.1X640

12、0=640N3.3 慣性負(fù)載F=G/g*V/t=6400/10*6.5/0.4/60=173N3.4 自重G=mg=6400N3.5 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值其中液壓缸采用V型密封圈，其機(jī)械效率。另外取液壓缸的背壓負(fù)載6400N。則液壓系統(tǒng)工作循環(huán)各階段的外負(fù)載見表3-1。表3-1 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工況液壓缸負(fù)載值液壓缸推力啟動(dòng)F=-G+=1280N1422加速F=-G+Fm=813N903快進(jìn)F=-G+=640N711工進(jìn)F=-G+Fw=25640N28489快退F=G+-=640N7114 負(fù)載圖和速度圖負(fù)載圖和速度圖繪制如圖4-1與4-2所示 圖4-1 負(fù)載圖 圖4-2 速度圖5

13、 液壓缸主要參數(shù)的確定5.1 液壓缸主要尺寸的確定（1）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)器的類型，來初步確定由手冊(cè)查表取液壓缸工作壓力為5MPa。將液壓缸的無(wú)桿腔作為主工作腔，考慮到缸下行時(shí)，滑塊自重采用液壓方式平衡，則可計(jì)算出液壓缸無(wú)桿腔的有效面積，取液壓缸的機(jī)械效率cm=0.91。（2）計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為25000N，取d/D=0.7=0.0055D=0.083m按GB2348-80，取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mmd=0.7D=56mm由此求得液壓缸的實(shí)際有效工作面積則：無(wú)桿腔實(shí)際有效面積：=5024有桿腔實(shí)際有效面積：=25625.2 計(jì)算在各工作

14、階段液壓缸所需的流量快進(jìn)：Q=32.66L/min工進(jìn)：Q= =0.768L/min快退：Q= =16.65L/min6 液壓系統(tǒng)圖6.1 液壓系統(tǒng)圖分析（1）考慮到液壓機(jī)工作時(shí)所需功率較大，固采用變量泵的容積調(diào)速方式。（2）為了滿足速度的有極變化，采用壓力補(bǔ)償變量液壓泵供油，即在快速下降的時(shí)候，液壓泵以全流量供油。當(dāng)轉(zhuǎn)化成慢速加壓壓制時(shí)，泵的流量減小，最后流量為0。（3）當(dāng)液壓缸反向回程時(shí)，泵的流量恢復(fù)為全流量供油。液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向采用三位四通M型電磁換向閥和二位二通電磁換向閥控制。停機(jī)時(shí)三位四通換向閥處于中位，使液壓泵卸荷。（4）為了防止壓力頭在工作過程中因自重而出現(xiàn)自動(dòng)下降的現(xiàn)象，在液壓

15、缸有桿腔回路上設(shè)置一個(gè)單向閥。（5）為了實(shí)現(xiàn)快速空程下行和慢速加壓，此液壓機(jī)液壓系統(tǒng)采用差動(dòng)連接的調(diào)速回路。（6）為了使液壓缸下降過程中壓力頭由于自重使下降速度越來越快，在三位四通換向閥處于左位時(shí)，回油路口應(yīng)設(shè)置一個(gè)順序閥作背壓閥使回油路有壓力而不至于使速度失控。（7）為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在液壓缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)方向上安裝了三個(gè)接近開關(guān)，使液壓系統(tǒng)能夠自動(dòng)切換工作狀態(tài)。（8）為了使系統(tǒng)工作時(shí)壓力恒定，在泵的出口設(shè)置一個(gè)溢流閥，來調(diào)定系統(tǒng)壓力。 6.2 液壓系統(tǒng)原理圖綜上分析可得小型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理如圖6-1所示。圖6-1 油壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖 符號(hào)開/關(guān)工作循環(huán)1YA2YA3YA4YA快速下降-+

16、-壓 制+-+-快速回退+-+原位停止+/-/+-7 液壓元件的選擇7.1液壓泵的選擇由液壓缸的工況圖，可以看出液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在加壓壓制階段時(shí)P5MPa ，此時(shí)液壓缸的輸入流量極小，且進(jìn)油路元件較少故泵到液壓缸的進(jìn)油壓力損失估計(jì)取為=0.5MPa 。所以泵的最高工作壓力=5+0.5=5.5MPa 。液壓泵的最大供油量 按液壓缸最大輸入流量（32.66L/min）計(jì)算，取泄漏系數(shù)K=1.1,則=35.93L/min。由于液壓缸在工進(jìn)時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓缸的工作壓力為5.5MPa，流量為0.768L/min ,取泵的總效率=0.85，則液壓泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)所要的功率 =4.96W.根據(jù)此

17、數(shù)據(jù)按JB/T8680.1-1998，選取YST-50型電動(dòng)機(jī)，其額定功率P=50W ，額定轉(zhuǎn)速n=700r/min,按所選電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，液壓泵最大理論流量nV=42L/min ，大于計(jì)算所需的流量32.66L/min，滿足使用要求。7.2 閥類元件及輔助元件根據(jù)閥類元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實(shí)際流量可選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格，結(jié)果見表7-1。 表7-1 液壓元件的型號(hào)及規(guī)格序號(hào)元件名稱額定壓力/MPa排量ml/r型號(hào)及規(guī)格1變量泵720YBN型變量葉片泵2溢流閥0.56.312YF3-10L3三位四通換向閥10400WEH10G4調(diào)速閥10400

18、FBG-3-125-105單向閥開啟0.15MPa20S20A2206二位二通換向閥28402WE10D107液控單向閥1620YAF3-Eb10B8雙作用液壓缸1030CD3507.3油箱的容積計(jì)算容量V (單位為L(zhǎng))計(jì)算按教材式(7-8) : ，由于液壓機(jī)是高壓系統(tǒng)，。 所以油箱的容量：=228.62L 取V250L8 液壓系統(tǒng)性能的運(yùn)算8.1 壓力損失和調(diào)定壓力的確定 （1）進(jìn)油管中的壓力損失由上述計(jì)算可知，工進(jìn)時(shí)油液流動(dòng)速度較小，通過的流量為0.768L/min,主要壓力損失為閥件兩端的壓降可以省略不計(jì)?？爝M(jìn)時(shí)液壓桿的速度=6.5m/min，此時(shí)油液在進(jìn)油管的速度V=4.34m/s1）

19、沿程壓力損失：沿程壓力損失首先要判斷管中的流動(dòng)狀態(tài)，此系統(tǒng)采用N32號(hào)液壓油，室溫為20度時(shí)，所以有=954.82320油液在管中的流動(dòng)狀態(tài)為層流，則阻力損失系數(shù)=0.079，若取進(jìn)油和回油的管路長(zhǎng)均為4m，油液的密度為=900，則進(jìn)油路上的沿程壓力損失為=0.122MPa.2）局部壓力損失： 局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過液壓閥的局部壓力損失，由于管道安裝和管接頭的壓力損失一般取沿程壓力損失的10%，而通過液壓閥的局部壓力損失則與通過閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失分別為，則當(dāng)通過閥的流量為q時(shí)的閥的壓力損失，由算得=0.19MPa小于原估算值0.5MPa,所

20、以是安全的。則進(jìn)油路上的壓力總損失為：0.122+0.0122+0.190.3242MPa（2）回油管路上的壓力損失：快進(jìn)時(shí)回油路上的流量30.47L/min，則回油管路中的速度v=1.2m/s，由此可以計(jì)算出=3602320，油液在管中的流動(dòng)狀態(tài)為層流，則阻力損失系數(shù)0.208,所以回油路上的沿程壓力損失為0.02MPa。而通過液壓閥的局部壓力損失：0.05MPa則回油路上的壓力總損失為：0.02+0.002+0.05=0.072MPa由上面的計(jì)算所得求出總的壓力損失：=0.36MPa這與估算值相符。8.2 油液溫升的計(jì)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)和快進(jìn)快退所占的時(shí)間相差不大，所以，系統(tǒng)的發(fā)熱和油液溫升可用一個(gè)循環(huán)的情況來計(jì)算。（1）快進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量快進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為：374W泵的輸出功率為：=75W因此快進(jìn)液壓系