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 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 71. 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 121. 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

2、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. 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

3、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. 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

4、 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

5、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,

6、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)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

7、 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

8、,一般取 m =0.9-0.97。表 1.1: 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載 速度循環(huán)圖: 負(fù)載循環(huán)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 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)

9、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 。D=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 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

10、=(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)行元件最大工作壓力;p -進(jìn)油管路中的壓力損失, 2.泵的流量確定 , 液壓泵的最大流量應(yīng)為QKL ( Q max3. 選擇液壓泵的規(guī)格根據(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

11、=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 ×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

12、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: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

13、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

14、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。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

15、+D/2=400/20+140/2=90mm取 H=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. 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)

16、的最大速度為 0.25m /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 <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:2. 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

17、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 回油管道的沿程壓力損失 P 為:回油路總壓力損失 P 為3. 變量泵出口處的壓力 P :Pp=(F /cm+A2P2/(A1+P14. 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P1-1=(l/d×(V2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 =295cm/s R

18、e2=V/d /r=236查產(chǎn)品樣本知,流經(jīng)各閥的局部壓力損失為: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,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 /

19、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)在工進(jìn)速度低時(shí)，功率損失為 2.156Kw，發(fā)熱最大 假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取 K=10×0.001Kw（cm·） 油箱的散熱面積 A 為 系統(tǒng)的溫升為： T=PKA=2.156（10×0.001×6.6）=33.2 驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi) 3.螺栓校核 螺栓校核 液壓缸主要承受軸向載荷 Fmax=307500 取 6 個(gè)普通螺栓，則每個(gè)螺栓的工作拉力為 Fo=307500/6=51250N 螺栓總拉力 F=Fa+Cb/(Cb+CmFo Cm 為被連接件剛度 Fb 為殘余預(yù)緊力