鋼卷運輸液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書

編號 ： 液壓系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 實驗時間： 06 07學(xué)年第一學(xué)期 姓 名： 學(xué) 號： 實驗班級： 機(jī)自 8班 指導(dǎo)教師： 廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 2007年 1月 一液壓與氣壓傳動課程設(shè)計任務(wù)書 1.1 設(shè)計題目： 鋼卷運輸液壓系統(tǒng) 設(shè)計 1.2 動作順序要求及工作參數(shù) 1 橫移缸前進(jìn)，至卷取機(jī)卷筒下方，行程 L1，負(fù)載力 F1，速度 V1。 2 頂伸缸上升，將鋼卷托住，行程 L2，負(fù)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(fù)載扭矩 T，轉(zhuǎn)速 N。 6 卸完鋼卷，小車由液壓馬達(dá)驅(qū)動退回。 以上參數(shù)為最大值，應(yīng)可調(diào)。所有動作由行程開關(guān)自動控制。頂伸缸下腔須設(shè)置背壓，以防下行產(chǎn)生沖擊。 1.3 設(shè)計內(nèi)容、要求 1.3.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)設(shè)備的用途、特點和要求，利用液壓傳動的基本原理進(jìn)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(guān)參數(shù)，然后按照所得參數(shù)選擇液壓元件、介質(zhì)、相關(guān)設(shè)備的規(guī)格型號 (或進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計 )、對 系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行驗算等。 1.3.2 液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 液壓裝置包括集成塊、液壓站等，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)計說明書 2 萬字 )。 1.3.4 參數(shù)表 學(xué)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(shè)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(shè)計任務(wù)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(jìn)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(jìn)退回由液壓馬達(dá)驅(qū)動。 1.2 各運動機(jī)構(gòu)的工作順序 缸 1 前進(jìn)缸 2 上升 缸 1 后退缸 2縮回 液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn) 液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn) 1.3 主要工作性能 1 橫移缸前進(jìn)退回，行程 L1=2.8 m，負(fù)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(fù)載力 F2=14 T，速度 V2=32 mm/s。 3 小車由液壓馬達(dá)驅(qū)動向前進(jìn)退回，行程 L3=3 m，負(fù)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(fù)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(jī)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)計任務(wù)要求所需的執(zhí)行元件有：兩個液壓缸，一個液壓馬達(dá) 。 橫向移動設(shè)置為缸 1， 頂伸缸上升縮回 設(shè)置為缸 2， 小車的向前進(jìn)退回由液壓馬達(dá)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(guān)，使用行程開關(guān)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(yīng)該設(shè)置減壓閥，使壓力降低，缸 2 應(yīng)該使用單向順序閥進(jìn)行保壓。 7）壓力測量點的選擇 在液壓泵出口應(yīng)設(shè)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(jìn)工進(jìn)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(jìn)，小車橫向前進(jìn)， 至卷取機(jī)卷筒下方 ，碰到行程開關(guān) 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(guān) 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(guān) 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(guān) 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(dá)正轉(zhuǎn)，小車由液壓馬達(dá)驅(qū)動向前進(jìn)。 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(dá)反轉(zhuǎn)，小車由液壓馬達(dá)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(jìn) + - - - - - 缸 2 上升 - - + - - - 缸 1 后退 - + - - - - 缸 2 縮回 - - - + - - 液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn) - - - - + - 液壓馬達(dá)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(fù)載大小以及機(jī)器的類型來初步確定，先參閱液壓系統(tǒng)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)時：已知 V1 60mm/s， q 前進(jìn) 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(dá)的選擇 已知液壓馬達(dá)在負(fù)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(dá)，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(dá)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(yīng)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(jìn)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(guān)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(jī)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(jī)的選定。 由前面的計算可知，葉片馬達(dá)需要的功 率最大 算出葉片馬達(dá)工作時的功率作為選擇電動機(jī)規(guī)格的依據(jù)。為了使所選擇的電動機(jī)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(jìn)行驗算，即 npB pqp 2 式中， Pn-所選電動機(jī)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(dá)工作時電動機(jī)所需的功率為 : Pn=PB q p/ =16 43/60/0.8=14KW 查閱電動機(jī)樣本，選用 Y160L-4 型電動機(jī)，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(xì)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(jī) Y160L-4 4 液控單向閥 YAF3-Ea20B 5 壓力表開關(guān) 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(dá) 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(jìn)行計算。當(dāng)液壓馬達(dá)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(shè)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(jìn)、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(jìn)給時，進(jìn)油路壓力損失。運動部件工進(jìn)時最大速度為 3.6m/min，進(jìn)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(jìn)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(jìn)油路總壓力損失 p1 為 PaPappp 6662111 1013.0)1005.01008.0( 2） 工作進(jìn)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(jìn)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(jìn)時的壓力損失。快進(jìn)時液壓缸為差動連接，自匯流點 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 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