小型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)zuixin

1、學(xué)院 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)系 別專(zhuān) 業(yè)班 級(jí)姓 名目錄前言:設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 3一 . 工況分析 6二 . 負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制 7三.擬定液壓系統(tǒng)原理圖1. 確定供油方式 82. 調(diào)速方式的選擇 83. 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 94. 液壓閥的選擇 115. 確定管道尺寸 126. 液壓油箱容積的確 127. 液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算 128. 液壓缸工作行程的確定 129. 缸蓋厚度的確定 12 10. 最小尋向長(zhǎng)度的確定 13 11. 缸體長(zhǎng)度的確定 13四.液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算1. 壓力損失的驗(yàn)算 132. 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 153. 螺栓校核 16五.設(shè)計(jì)總

2、結(jié) 17六 . 參考文獻(xiàn) 18設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)的目的和要求 :設(shè)計(jì)的目的液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是本課程的一個(gè)綜合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),通過(guò)該教學(xué)環(huán)節(jié), 要求達(dá)到以下目的:1. 鞏固和深化已學(xué)知識(shí),掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟,培養(yǎng)學(xué) 生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力;2. 正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu),選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件;能熟練地運(yùn)用液壓基本回 路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng);3. 熟悉并會(huì)運(yùn)用有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資 料。對(duì)學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及經(jīng)驗(yàn)估算、考慮技術(shù)決策、 CAD 技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練,以提高這些技能的水平。設(shè)計(jì)的要求1

3、. 設(shè)計(jì)時(shí)必須從實(shí)際出發(fā),綜合考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性及操作維修方 便。 如果可以用簡(jiǎn)單的回路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求, 就不必過(guò)分強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性。 并非是越 先進(jìn)越好。同樣,在安全性、方便性要求較高的地方,應(yīng)不惜多用一些元件或采 用性能較好的元件,不能單獨(dú)考慮簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì);2. 獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)時(shí)可以收集、 參考同類(lèi)機(jī)械的資料, 但必須深入理解, 消化后再借鑒。不能簡(jiǎn)單地抄襲;3. 在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中,要隨時(shí)復(fù)習(xí)液壓元件的工作原理、基本回路及典型 系統(tǒng)的組成,積極思考。不能直接向老師索取答案。4. 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的題目均為中等復(fù)雜程度液壓設(shè)備的液壓傳動(dòng)裝置設(shè) 計(jì)。具體題目由指導(dǎo)老師分配,題目附后;5

4、. 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)一般要求學(xué)生完成以下工作:設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份;液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖一張(3號(hào)圖紙,包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序 表 。二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 液壓系統(tǒng)的工況分析,繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖;2. 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖;3. 計(jì)算和選擇液壓元件;4. 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能;設(shè)計(jì)步驟以一般常規(guī)設(shè)計(jì)為例,課程設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)階段進(jìn)行。1. 明確設(shè)計(jì)要求閱讀和研究設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū),明確設(shè)計(jì)任務(wù)與要求;分析設(shè)計(jì)題目,了解原始 數(shù)據(jù)和工作條件。參閱本書(shū)有關(guān)內(nèi)容,明確并擬訂設(shè)計(jì)過(guò)程和進(jìn)度計(jì)劃。2. 進(jìn)行工況分析做速度 -位移曲線,以便找出最大速度點(diǎn);做負(fù)載 -位移曲線,以便找出最

5、大負(fù)載點(diǎn)。液壓缸在各階段所受的負(fù)載需 要計(jì)算,為簡(jiǎn)單明了起見(jiàn),可列表計(jì)算; cm cm確定液壓缸尺寸確定液壓缸尺寸前應(yīng)參照教材選擇液壓缸的類(lèi)型, 根據(jù)設(shè)備的速度要求確定 d/D的比值、選取液壓缸的工作壓力,然后計(jì)算活塞的有效面積,經(jīng)計(jì)算確定的 液壓缸和活塞桿直徑必須按照直徑標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行圓整。 計(jì)算時(shí)應(yīng)注意考慮液壓缸 液壓缸工況圖包括壓力循環(huán)圖 (p -s 、 流量循環(huán)圖 (q -s 和功率循環(huán)圖 (P -s , 繪制目的是為了方便地找出最大壓力點(diǎn)、 最大流量點(diǎn)和最大功率點(diǎn)。 計(jì)算過(guò)程可 列表計(jì)算。 方案設(shè)計(jì)包括供油方式、 調(diào)速回路、 速度換接控制方式、 系統(tǒng)安全可靠性 (平 衡、 鎖緊 及節(jié)約

6、能量等性能的方案比較, 根據(jù)工況分析選擇出合理的基本回路, 并將這些回路組合成液壓系統(tǒng),初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖。選擇液壓基本回路,最主要的就是確定調(diào)速回路。應(yīng)考慮回路的調(diào)速范圍、 低速穩(wěn)定性、效率等問(wèn)題,同時(shí)盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。4. 計(jì)算和選擇液壓組件計(jì)算液壓泵的工作壓力計(jì)算液壓泵的流量選擇液壓泵的規(guī)格計(jì)算功率,選擇原動(dòng)機(jī)選擇控制閥選擇液壓輔助元件5. 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的效率驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的溫升6. 繪制正式工作圖,編制課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖一張(3號(hào)圖紙,包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序 表整理課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 三、進(jìn)度安排按教學(xué)計(jì)劃安排, 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)總學(xué)

7、時(shí)數(shù)為 1周, 其進(jìn)度及時(shí)間大致分 配如下: 四 . 設(shè)計(jì)題目3. 設(shè)計(jì)一臺(tái)小型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng), 要求實(shí)現(xiàn)快速空程下行慢速加壓保 壓快速回程停止的工作循環(huán)。 快速往返速度為 3m/min, 加壓速度為 40 250mm /min ,壓制力為 200kN ,運(yùn)動(dòng)部件總重量為 20kN 。一工況分析1.工作負(fù)載 工件的壓制抗力即為工作負(fù)載:F w =200000N2. 摩擦負(fù)載 靜摩擦阻力: Ffs =0.2x20000=4000N動(dòng)摩擦阻力: Ffd=0.1X20000=2000N3. 慣性負(fù)載 Fm=ma =20000/10X3/(0.02X60=5000N背壓負(fù)載 Fb= 30000N(液

8、壓缸參數(shù)未定,估算 自 重: G=mg =20000N4. 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值 :其中:0.9m = m 液壓缸的機(jī)械效率,一般取 m =0.9-0.97。表 1.1: 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載 二.負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制速度循環(huán)圖: 負(fù)載循環(huán)圖: 三.擬定液壓系統(tǒng)原理圖1. 確定供油方式考慮到該機(jī)床壓力要經(jīng)常變換和調(diào)節(jié), 并能產(chǎn)生較大的壓制力, 流量大, 功率大, 空行程和加壓行程的速度差異大,因此采用一高壓泵供油2. 調(diào)速方式的選擇工作缸采用活塞式雙作用缸, 當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸上腔, 活塞帶動(dòng)橫梁向下運(yùn)動(dòng), 其速度慢,壓力大,當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸下腔,活塞向上運(yùn)動(dòng),其速度較快,壓

9、 力較小,符合一般的慢速壓制、快速回程的工藝要求得液壓系統(tǒng)原理圖 3. 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件(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(lèi)型, 來(lái)初步 確定由手冊(cè)查表取液壓缸工作壓力為 25MPa 。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 312000N , 按表 2-2取 p2可不計(jì) , 考慮到快進(jìn),快退速度相等,取 d/D=0.7D=4Fw/p 1cm 1/2=0.13 (m根據(jù)手冊(cè)查表取液壓缸內(nèi)徑直徑 D=140(mm 活塞桿直徑系列取 d=100(mm 取兩液壓缸的 D 和 d 分別為 140mm 和

10、 100mm 。按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度A Qmin/Vmin=0.05x1000/3=16.7(cm2液壓缸節(jié)流腔有效工作面積選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積,即A 2=(D 2-d 2 /4=3.14×(1402-1002 /4 =75.36 cm2滿足不等式,所以液壓缸能達(dá)到所需低速(2計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量Q(快退 =(D 2-d 2 (快退 v /4=22.61 L/min(3確定液壓泵的流量,壓力和選擇泵的規(guī)格1. 泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進(jìn)油管有一定的壓力損失,所以泵的工作壓力為+=pPPp 1式中, Pp -液壓泵最大工作壓力;P1-執(zhí)行元

11、件最大工作壓力;p -進(jìn)油管路中的壓力損失,簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取 0.20.5Mpa。故可取壓力損失 P1=0.5Mpa 25+0.5=25.5MP上述計(jì)算所得的 Pp 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力,考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)度階段 出現(xiàn)的 動(dòng)態(tài)壓力往往超出靜態(tài)壓力, 另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量, 并確保泵的壽命,因此選泵的壓力值 Pa 應(yīng)為 Pa 1.25Pb-1.6Pb因此 Pa=1.25Pp=1.2525.5=31.875MPa2.泵的流量確定 , 液壓泵的最大流量應(yīng)為QKL ( Q max油液的泄露系數(shù) KL=1.2故 Qp=KL( Q max=1.223.55=28.26L/min3. 選擇液壓泵的規(guī)格根

12、據(jù)以上計(jì)算的 Pa 和 Qp 查閱相關(guān)手冊(cè)現(xiàn)選用 IGP5-032型的內(nèi)嚙合齒輪泵,nmax= 3000 r/minnmin=400r/min額定壓力 p0=31.5Mpa, 每轉(zhuǎn)排量 q=33.1L/r, 容積效率 v=85%, 總效率 =0.7. 4. 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)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,取兩者較大值作為選擇 電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。 由于在慢進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減小, 泵的效率急劇降低, 一般 在流量在 0.2-1L/min范圍內(nèi)時(shí),可取 =0.03-0.14. 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)泵的流量特性曲線最大功率時(shí)不至停轉(zhuǎn),需進(jìn)行演 算,即 Pa

13、 ×Qp/Pd, 式中, Pd -所選電動(dòng)機(jī)額定功率; Pb -內(nèi)嚙合齒輪泵的 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 12000N ,進(jìn)油時(shí)的壓力損失定為 0.3MPa ?？爝M(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為: 工進(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為:P=Ppx6.15/(60x0.7=0.18kw查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本,選用 Y90S-4型電動(dòng)機(jī),其額定功率為 1.1KW , 額定轉(zhuǎn)速為 1400r/min4. 液壓閥的選擇根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖,按通過(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī) 格。選定的液壓元件如表所示 5. 確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓

14、元件接口尺寸而定,也可接管路允 許流速進(jìn)行計(jì)算, 本系統(tǒng)主要路流量為差動(dòng)時(shí)流量 Q=47.1L/min 壓油管的允 許流速取 V=3m/s則內(nèi)徑 d 為 d=4.6(47.1/31/2=18.2mm若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取 Q=22.61L/min , 則可算得油管內(nèi)徑 d=17.9mm. 綜合 d=20mm吸油管同樣可按上式計(jì)算(Q=49.6L/min , V=2m/s 現(xiàn)參照 YBX-16變量泵 吸油口連接尺寸,取吸油管內(nèi)徑 d 為 29mm6. 液壓油箱容積的確定根據(jù)液壓油箱有效容量按泵的流量的 5 7倍來(lái)確定則選用容量為 400L 。 7. 液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓

15、缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(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)律因壁厚的不同而各異,一般計(jì)算時(shí)可分 為薄壁圓筒,起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸一般用無(wú)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(jì)算 PD/2=38.25×140/2×100=26.78mm(=100110MP故取 =30mm液壓缸壁厚算出后,即可求出缸體的外徑 D1為D1 D+2=140+2×30=200mm8. 液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長(zhǎng)度,可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作煩人最大行程來(lái)確定, 查表的系列尺寸選取標(biāo)準(zhǔn)值 L=400mm

16、。9. 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)度要求可用下面兩個(gè)公式 進(jìn)行 近似計(jì)算無(wú)孔時(shí):t 0.433D (P / =23.2mm有孔時(shí):t 0.433 D 2 (P D2/(D2-d1/2式中,t-缸蓋有效厚度D-缸蓋止口內(nèi)直徑D2-缸蓋孔的直徑10. 最小尋向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí),從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐面中點(diǎn)的距離 H 稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小,將使液壓缸的初試撓度增大,影響液壓缸的穩(wěn)定性, 因此,設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)一般的液壓缸,最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 應(yīng)滿足以下要求H>=L/20+D/2=400/20+140/2=90mm取 H=

17、95mm活塞寬度 B=(0.61.0 D1=11011. 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和, 缸體外形長(zhǎng)度還 要考慮到兩端端蓋的厚度, 一般的液壓缸的缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑地 2030倍四.液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)回油管的內(nèi)徑均為 12mm ,各段管道的長(zhǎng)度分別為: AB=0.3m AC=1.7m AD=1.7m DE=2m 。選用 L-HL32液壓油,考慮到油的最低溫 度為 15查得 15時(shí)該液壓油曲運(yùn)動(dòng)粘度 V=150cst=1.5cm/s ,油的密度 =920kg/m1.壓力損失的驗(yàn)算1. 工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失, 運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為 0

18、.25m /min ,進(jìn)給時(shí)的最大流量為 23.55L /min ,則液壓油在管內(nèi)流速 V 為: V1=Q/(dd /4 =(23.55×1000/(3.14×2.9×2. /4 =59.45(cm/s管道流動(dòng)雷諾數(shù) Rel 為Rel=59.45×3.2/1.5=126.8Rel <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) l=75 Rel=0.59 進(jìn)油管道的沿程壓力損失 P 為:P1-1=l /(l /d ·(V /2=0.59× 1.7+0.3/(0.029×920×0.592/2=0.2M

19、Pa查得換向閥 34YF30-E20B 的壓力損失 P=0.05MPa忽略油液通過(guò)管接頭、 油路板等處的局部壓力損失, 則進(jìn)油路總壓力損失 P 為:P1=P1-1+P1-2=(0.2×1000000+0.05×1000000=0.25MPa2. 工作進(jìn)給時(shí)間回油路的壓力損失, 由于選用單活塞桿液壓缸且液壓缸有 桿腔的工作面積為無(wú)桿腔的工作面積的二分之一, 則回油管道的流量為進(jìn)油 管的二分之一,則V2=V/2=29.7(cm /s Rel=V2d/r=29.7×2/1.5=57.52=75/Rel=75/57.5=1.3回油管道的沿程壓力損失 P 為:P2-1=/(

20、l /d ×(P ×VXV /2 =1.3×2/0.029×920×0.5952/2=0.56MPa查產(chǎn)品樣本知換向閥 23YF3B-E20B 的壓力損失 P=0.025MPa。換向閥 34YF30-E20B 的壓力損失 P=0.025MPa , 調(diào)速閥 ADTL-10的壓力損失 P=0.5MPa回油路總壓力損失 P 為P2=P2-1+P2-2+P2-3+2-4=0.55+0.025+0.025+0.5=1.1MPa3. 變量泵出口處的壓力 P :Pp=(F /cm+A2P2/(A1+P1=(307500/0.9+0.00785×1.

21、1×100/0.01539+0.15=22.4MPa4. 快進(jìn)時(shí)的壓力損失,快進(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接,自會(huì)流點(diǎn) A 至液壓缸進(jìn)油 口 C 之間的管路 AC 中,流量為液壓泵出口流量的兩倍即 26L/min,AC段管 路的沿程壓力損失為 P1-1為V1=Q/(dXd/4 =45.22×1000/(3.14×2X2/4×60=240.02(cm/s Rel=vld/r=320.031=75/rel=0.234P1-1=(l/d×(V2=0.2MPa同樣可求管道 AB 段及 AD 段的沿程壓力損失 P1-2 P1-3為V2=Q/(dxd /4 =295

22、cm/s Re2=V/d /r=236V2=75 Re2=0.38P1-2=0.024MPaP1-3=0.15MPa查產(chǎn)品樣本知,流經(jīng)各閥的局部壓力損失為:34YF30-E20B 的壓力損失, P2-1=0.17MPa23YF3B-E20B 的壓力損失, P2-1=0.17MPa據(jù)分析在差動(dòng)連接中,泵的出口壓力為 PP=2P1-2+P1-2+P2-2+P2-1+P2-2+F/A2cm=2×0.2+0.024+0.15+017+0.17+25/0.00785×0.9=0.18MPa快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算亦是如此,上述驗(yàn)算表明,無(wú)需修改遠(yuǎn)設(shè)計(jì)。2. 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中,

23、工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng),為了簡(jiǎn)化計(jì)算,主要考 慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量,一般情況下,工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大,由于限壓式變 量泵在流量不同時(shí),效率相差極大,所以分別計(jì)算最大、最小時(shí)的發(fā)熱量, 然后加以比較,取數(shù)值大者進(jìn)行分析當(dāng) V=4cm/min 時(shí)流量 Q=V(DD /4 =×0.14×0.14/4=0.616 L /min 此時(shí)泵的效率為 0.1，泵的出口壓力為 22.4MPa 則有：P 輸入=22.4×0.616（60×0.1）=2.464（KW） P 輸出=FV=307500x460×0.01×0.001=0.21（Kw） 此時(shí)的功率損失為 P=P 輸入P 輸出=2.464-0.21=2.23 (Kw 當(dāng) V=25cmmin 時(shí)，Q=3.85Lmin 總效率=0.8 則 P 輸入=25×3.85（60×0.8）=1.845（Kw） P 輸出=FV=307500×2560×0.01×0.001=1.28（Kw） P=P 輸入P 輸出=0.565（Kw） 可見(jiàn)