液壓課程設計上料機液壓系統(tǒng)

機械制造與自動化專業(yè) 《液壓傳動》課程設計說明書 班級： 機制 082 學號： 080114106 姓名： 賈 桂 良 一、液壓傳動課程設計的目的 1、鞏固和深化已學的理論知識，掌握液壓系統(tǒng)設計計算的一般方法和步驟。 2、鍛煉機械制圖，結構設計和工程運算能力。 3、熟悉并會用有關國家標準、部頒標準、設計手冊和產(chǎn)品樣本等技術資料。 4、提高學生使用計算機繪圖軟件（如AUTOCAD、PRO/E等）進行實際工程設計的能力。 二、液壓課程設計題目 題目（二）設計一臺上料機液壓系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)完成：快速上升——慢速上升（可調速）——快速下降——下位停止的半自動循環(huán)。采用900V型導軌，垂直于導軌的壓緊力為60N，啟動、制動時間均為0.5s，液壓缸的機械效率為0.9。設計原始數(shù)據(jù)如下表所示。 數(shù) 參 據(jù) 數(shù) 數(shù) 據(jù) I II III√ IV V 滑臺自重（N） 800 1000 1200 1400 1600 工件自重（N） 4500 5000 5500 5800 6000 快速上升速度（mm/s） 40 45 50 55 60 快速上升行程（mm） 350 350 400 420 450 慢速上升速度（mm/s） ≤10 ≤13 ≤16 ≤18 ≤20 慢速上升行程（mm） 100 100 100 100 100 快速下降速度（mm/s） 45 55 55 60 65 快速下降行程（mm） 400 450 500 550 600 試完成以下工作： 1、進行工況分析，繪制工況圖。 2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖（A3）。 3、計算液壓系統(tǒng)，選擇標準液壓元件。 4、繪制液壓缸裝配圖（A1）。 5、編寫液壓課程設計說明書。 上料機示意圖如下： 圖2 上料機示意圖 目錄 一． 工況分析…………………………………… 1 二． 負載和速度圖的繪制………………………… 4 三． 液壓缸主要參數(shù)的確定…………………… 5 四． 液壓系統(tǒng)的擬定……………………………… 8 五． 液壓元件的選擇……………………………… 8 六． 液壓缸的設計……………………………… 10 七． 擬定液壓系統(tǒng)原理圖…………………………14 八． 繪制液壓缸裝配圖………………………… 14 九． 參考文獻…………………………………… 14 一、 工況分析 對液壓傳動系統(tǒng)的工況分析就是明確各執(zhí)行元件在工作過程中的速度和負載的變化規(guī)律，也就是進行運動分析和負載分析。 1、 運動分析 根據(jù)各執(zhí)行在一個工作循環(huán)內各階段的速度，繪制其循環(huán)圖，如下圖所示： 快進 工進 快退 2、動力分析 動力分析就是研究機器在工作中其執(zhí)行機構的受力情況。 1）工作負載： 2）摩擦負載“ F---摩擦因數(shù) a---V型角，一般為90 由于工件為垂直起開，所以垂直作用于導航的載荷可由間隙和結構尺寸，可知 取 則有 靜摩擦負載： 動摩擦負載： 3）慣性負載 慣性負載為運動部件在起動和制動的過程中可按 G---運動部件的重量（N） g---重力加速度， △v---速度變化值（） △t---起動或制動時間（s） 加速： 減速： 制動： 反向加速： 下拉制動： 根據(jù)以上的計算，考慮到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而自行下滑，系統(tǒng)中應設置應平衡回路，因此，在對快速向下運動的負載分析時，就不考慮滑臺的重量，則液壓缸各階段中的負載，如下表 工況 計算公式 總負載F（N） 缸推力F(N) 起動 6716.97 7463.3 加速 6776.86 7529.8 快上 6708.49 7453.9 減速 6662 7402.2 慢上 6708.49 7529.8 制動 6686.49 7526.8 反向加速 83.69 93 快下 8.49 9.43 制動 -66.71 -74.12 二、負載和速度圖的繪制 按前面的負載分析及已知的速度要求，行程限制等，繪制出負載機速度圖（如下所示） F/N 7529.8 7453.9 7463.3 8.49 93 0 500 m/s -74.12 V(mm/s) 50 16 0 500 m/s 55 三、液壓缸主要參數(shù)的確定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)運動循環(huán)各階段的最大總負載力來確定，此外，還需要考慮一下因素： （1）各類設備的不同特點和使用場合 （2）考慮經(jīng)濟和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重，壓力選得高一些，則元件尺寸小，重量輕，但對元件的制造精度，密封性能要求高。 1、初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)分析此設備的負載不大，按類型屬機床類，所遇初選此設備的工作壓力為2Mpa 2、計算液壓缸的尺寸 式中； F---液壓缸上的外負載 p---液壓缸的有效工作壓力 A---所求液壓缸有有效工作面積 按標準取值：D=63mm 根據(jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑： 代入數(shù)值，解得：d=18.99mm 按標準取值：d=22mm 則液壓缸的有效面積為： 無桿腔面積： 有桿腔面積： 3、活塞桿穩(wěn)定性的校核 因為活塞桿總行程為500mm，而活塞桿直徑為22mm，L/d=500/22=22.73>10，需要進行穩(wěn)定性的校核，有材料力學中的有關公式，根據(jù)液壓缸的一端支撐，另一端鉸鏈，取末端系數(shù)=85，則： 由上式可知：在當n=4時，活塞桿的穩(wěn)定性滿足，此時可以安全使用。 4. 鞏固走循環(huán)中各個工作階段的 液壓缸壓力，流量和功率見下表： 工況 壓力 流量 功率 快上 2.39 9.35 372.44 慢上 2.39 2.99 119.10 快下 0.0034 9.03 0.51 以上是液壓缸壓力，流量和功率的表格，依照上表中的數(shù)值，可繪制出液壓缸的工況圖（如下） 2.39 0.0034 0 t/s 9.35 9.03 2.99 0 t/s 372.44 119.10 0.94 0 t/s 快上 慢上 快下 (液壓缸的工況圖) 四、液壓系統(tǒng)圖的擬定 液壓系統(tǒng)圖的擬定，主要是考慮一下幾個方面問題： 1）供油方式 從工況圖分析可知，該系統(tǒng)在快上和快下的時所需流量較大，且比較接近，且慢上時所需的流量較小，因此從提高小效率節(jié)省能量的角度考慮采用單個定量泵，供油方式顯然是不合適的，故宜選用雙聯(lián)式量葉片泵作為油泵。 2）調速回路 有工況圖可知，該系統(tǒng)的在慢速時速度需要調節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺運動速度低，工作負載變化小，所以采用調速閥的回油節(jié)流調速。 3）速度換接回路 由于快上和慢上之間速度需要換接，但對緩解的位置要求不高，所以采用由行程開關法訊控制二位二通電磁閥實現(xiàn)速度換接。 4）平衡及鎖緊 為防止在上端停留時重物下落和在停留的時間內保持重物的位置，特在液壓缸的下腔（即無桿腔）進油路上設置液控單向閥;另一方面，為了克服滑臺自重在快下過程中的影響，設置了一單向背壓閥。 五、液壓元件的選擇 1、確定液壓泵的型號及電動機功率 液壓缸在工作循環(huán)中最大工作壓力為2.39Mpa,由于該系統(tǒng)比較簡單，所以取其壓力損失.所以液壓泵的工作壓力為： 兩個液壓泵同時向系統(tǒng)供油時，若回路中的泄漏按10%計算，則兩個泵的總流量應為=10.085L/min，由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，而工進時液壓缸所需流量為1.5L/min，多以高壓泵的流量不得少于（3+1.5）L/min=4.5L/min。 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，故應選用型的雙聯(lián)葉片泵，其額定壓力為6.3Mpa,容量效率，總效率，所以驅動該泵的電動機的功率可由泵的工作壓力（1.91Mpa）和輸出流量（點電動機轉速為910r/min） 求出： 查電動機產(chǎn)品目錄，擬選用的電動機的型號為Y90-6，功率為1.1kw,額定轉速為910r/min。 2、選擇閥類元件及輔助元件 根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件和輔助元件的流量，可選用這些元件的型號及規(guī)格（見下表） 液壓元件型號及規(guī)格 序號 名稱 通過流量 型號及規(guī)格 1 濾油器 40 wv-40180 2 雙聯(lián)葉片泵 9.75 3 單向閥 4.875 4 外控順序閥 4.875 5 溢流閥 3.375 6 三位四通電磁換向閥 6.3 7 單向順序閥 50 8 液控單向閥 50 9 二位二通電磁換向閥 8.21 10 單向調速閥 9.75 11 壓力表 12 壓力表開關 13 電動機 （1）油管 油管內徑一般可參考所接元件口尺寸進行確定，也可按管中允許速度計算，自愛本設計中，出油口采用內徑為8mm，外徑為10mm的紫銅管。 （2）油箱 油箱的主要功能是儲存油液，此外還起著散發(fā)油液中的熱量，逸出混在油液中的氣體，沉淀油中的污物等作用。 油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計算，取其體積: , 即V=130L 六 液壓缸的設計 1、液壓缸的分類機組成 液壓缸按其結構形式，可以分為活塞缸、柱塞缸、和擺動缸三類?；钊缀椭麆倢崿F(xiàn)往復運動，輸出推力和速度。擺動缸則能實現(xiàn)小于的往復擺動，輸出轉矩和角速度。液壓缸除單個使用外，還可以幾個組合起來和其他機構組合起來，在特殊場合使用，已實現(xiàn)特殊的功能。 液壓缸的結構基本上可分成缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置，以及排氣裝置五個部分。 2、液壓缸的主要參數(shù)設計（已經(jīng)計算） 3、液壓缸的結構設計 1）缸體與缸蓋的連接形式 常用的連接方式法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接和內半環(huán)連接，其形式與工作壓力、缸體材料、工作條件有關。 2）活塞桿與活塞的連接結構 常見的連接形式有：整體式結構和組合式結構。組合式結構又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。 3）活塞桿導向部分的結構 活塞桿導向部分的結構，包括活塞桿與端蓋、導向套的結構，以及密封、防塵、鎖緊裝置等。 4）活塞及活塞桿處密封圈的選用 活塞及活塞桿處密封圈的選用，應根據(jù)密封部位、使用部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。常見的密封圈類型：O型圈，O型圈加擋圈，高底唇Y型圈，Y型圈，奧米加型等。 5）液壓缸的緩沖裝置 液壓缸帶動工作部件運動時，因運動件的質量大，運動速度較高，則在達到行程終點時，會產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋產(chǎn)生機械碰撞。為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設置緩沖裝置。常見的緩沖裝置有環(huán)狀間隙節(jié)流緩沖裝置，三角槽式節(jié)流緩沖裝置，可調緩沖裝置。 6）液壓缸排氣裝置 對于速度穩(wěn)定性要求的機床液壓缸，則需要設置排氣裝置。 4、液壓缸設計需要注意的事項 1）盡量使液壓缸有不同情況下有不同情況，活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負載。 2）考慮到液壓缸有不同行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題，缸內如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應措施。 3）根據(jù)主機的工作要求和結構設計要求，正確確定液壓缸的安裝、固定方式，但液壓缸只能一端定位。 4）液壓缸各部分的結構需根據(jù)推薦結構形式和設計標準比較，盡可能做到簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。 5、液壓缸主要零件的材料和技術要求 1）缸體 材料---灰鑄鐵: HT200,HT350;鑄鋼：ZG25,ZG45 粗糙度---液壓缸內圓柱表面粗糙度為 技術要求：a內徑用H8-H9的配合 b缸體與端蓋采用螺紋連接，采用6H精度 2）活塞 材料---灰鑄鐵：HT150,HT200 粗糙度---活塞外圓柱粗糙度 技術要求：活塞外徑用橡膠密封即可取f7~f9的配合，內孔與活塞桿的配合可取H8。 3）活塞桿 材料---實心：35鋼，45鋼；空心：35鋼，45鋼無縫鋼管 粗糙度---桿外圓柱粗糙度為 技術要求：a調質20~25HRC b活塞與導向套用的配合，與活塞的連接可用 4）缸蓋 材料---35鋼，45鋼；作導向時用（耐磨）鑄鐵 粗糙度---導向表面粗糙度為 技術要求：同軸度不大于 5）導向套 材料---青銅，球墨鑄鐵 粗糙度---導向表面粗糙度為 技術要求：a導向套的長度一般取活塞桿直徑的60%~80% b外徑D內孔的同軸度不大于內孔公差之半 八、液壓系統(tǒng)性能的驗算 由于系統(tǒng)比較簡單，壓力損失可以忽略又由于系統(tǒng)采用雙泵供油方式，在液壓缸工進階段，大流量泵卸荷功率使用合理；同時油箱容量可以取較大值，系統(tǒng)發(fā)熱，溫升不大，故不必進行系統(tǒng)溫升的驗算。 七、擬定液壓系統(tǒng)原理圖（見圖紙） 八、繪制液壓缸裝配圖（見圖紙） 九、參考資料 1、教材相應章節(jié)。 2、《機械零件設計手冊》（液壓與氣動部分） 冶金出版社 3、《機械設計手冊》下冊 化學工業(yè)出版社 4、《組合機床設計》（液壓傳動部分） 機械工業(yè)出版社 5、《液壓工程手冊》上、下冊 機械工業(yè)出版社