上料機(jī)液壓系統(tǒng)課程設(shè)計

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1、 液壓與氣壓傳動 課程設(shè)計 姓 名： 廖聰 學(xué) 號： 2015143227 層 次： 本科 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 班 級： 15機(jī)電2班 指導(dǎo)教師： 劉方方 2017年12月 目錄 任務(wù)書 1 一、 明確系

2、統(tǒng)設(shè)計的要求，進(jìn)行工況分析 2 1.1 明確系統(tǒng)設(shè)計的要求 2 1.2 分析液壓系統(tǒng)工況 2 二、 確定液壓缸主要參數(shù) 5 2.1 初選液壓缸的工作壓力 5 2.2 計算液壓缸主要參數(shù) 5 2.3 各工作階段的時間計算 5 2.4 計算液壓缸流量、壓力和功率 6 2.5 繪制液壓缸的工況圖 7 三、液壓系統(tǒng)圖的擬定 8 3.1 液壓系統(tǒng)的擬定 8 3.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 8 四、 計算與選擇液壓元件 10 4.1 確定液壓泵的型號及電動機(jī)功率 10 4.2 選擇閥類元件及輔助元件 11 五、 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的主要性能 12 5.1 壓力

3、損失驗(yàn)算 12 5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算 14 參考文獻(xiàn) 15 設(shè)計心得 16 任務(wù)書 設(shè)計一臺上料機(jī)液壓系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)完成：快速上升——慢速上升（可調(diào)速）——快速下降——下位停止的半自動循環(huán)。采用90V型導(dǎo)軌，垂直于導(dǎo)軌的壓緊力為60N，啟動、制動時間均為0.5s，液壓缸的機(jī)械效率為0.9。設(shè)計原始數(shù)據(jù)如下表所示。 滑臺自重（N） 工件自重（N） 快速上升速度（mm/s） 快速上升行程（mm） 慢速上升速度（mm/s） 慢速上升行程（mm） 快速下降速度（mm/s） 快速下降行程（mm） 800 4500 40 350 ≤10 100

4、 45 400 請完成以下工作： 1、進(jìn)行工況分析，繪制工況圖。 2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖（A4）。 3、計算液壓系統(tǒng)，選擇合適的液壓元件。 4、編寫液壓課程設(shè)計說明書。 上料機(jī)示意圖如下： 圖1 上料機(jī)示意圖 一、 明確系統(tǒng)設(shè)計的要求，進(jìn)行工況分析 1.1 明確系統(tǒng)設(shè)計的要求 上料機(jī)是由通用部件和部分專用部件組成的高效、專用、自動化程度較高的機(jī)器。機(jī)器將材料從低的位置運(yùn)到高的位置，當(dāng)材料取走后按下按鈕，機(jī)器從高的位置回到低的位置。實(shí)現(xiàn)沿垂直向方向的“快速上升——慢速上升（可調(diào)速）——快速下降——下位停止” 的半自動循環(huán)。工作循環(huán)擬采用液壓傳動方式來實(shí)現(xiàn)。故擬

5、選定液壓缸作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 1.2 分析液壓系統(tǒng)工況 1）運(yùn)動分析 根據(jù)各執(zhí)行在一個工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度，繪制其循環(huán)圖，如圖1.1所示： 圖1.1 上料機(jī)動作循環(huán)圖 2）負(fù)載分析 a）工作負(fù)載：FL=FG=4500+800=5300N b）摩擦負(fù)載：Ff=fFNsin?2，由于工件為垂直起開，所以垂直作用于導(dǎo)航的載荷可由間隙和結(jié)構(gòu)尺寸，可知FN=60N，取fS=0.2,fd=0.1 , V型角，一般為90，則 靜摩擦負(fù)載： Ffs=fsFNsin45=0.260sin45=16.97N 動摩擦負(fù)載： Ffd=fdFNsin45=0.160sin45=8.49N

6、 c）慣性負(fù)載Fa 慣性負(fù)載為運(yùn)動部件在起動和制動的過程中可按F=ma=Gg?v?t計算。以下合力只代表大小。 加速Fa1=Gg?v?t=53009.80.040.5=43.27N 減速Fa2=Gg?v?t=53009.80.030.5=32.45N 制動Fa3=Gg?v?t=53009.80.010.5=10.82N 反向加速Fa4=Gg?v?t=8009.80.0450.5=7.35N 反向制動Fa5=Gg?v?t=8009.80.0450.5=7.35N d）各階段總負(fù)載F 計算液壓缸各階段中的總負(fù)載F和液壓缸推力F ?？紤]密封等阻力，取ηm=0.9，則F=Fη

7、，計算結(jié)果見表1.1所示。 表1.1 液壓缸各中的負(fù)載 工況 計算公式 總負(fù)載F’（N） 缸推力F（N） 起動 F=Ffs+FL1 5317.0 5907.7 加速 F=Ffd+Fa1+FL1 5351.8 5946.4 快上 F=Ffd+FL1 5308.5 5898.2 減速 F=FL1+Ffd-Fa2 5276.0 5862.3 慢上 F=FL1+Ffd 5308.5 5898.3 制動 F=FL1+Ffd-Fa3 5297.7 5886.3 反向加速 F=-Ffd-Fa4 784.2 871.3 快下 F=-Ffd+

8、FL2 791.5 879.5 反向制動 F=-Ffd+Fa5+FL2 798.8 887.6 按前面的負(fù)載分析及已知的速度要求，行程限制等，繪制出速度—時間和負(fù)載—時間圖（如圖1.2所示） 圖1.2 液壓缸的速度—時間和負(fù)載—時間圖 二、 確定液壓缸主要參數(shù) 2.1 初選液壓缸的工作壓力 按負(fù)載大小根據(jù)表2.1選擇液壓缸工作壓力。 表2.1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力表[2] 負(fù)載F（kN） <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 壓力p（MPa） <0.8~1.0

9、1.5~2.0 2.5~3.0 3.0~4.0 4.0~5.0 >5.0~7.0 由液壓缸負(fù)載計算，按上表初定液壓缸工作壓力p=1.6MPa。 2.2 計算液壓缸主要參數(shù) 按最大負(fù)載Fmax計算缸筒面積A得 A=Fmaxp=5946.41.5106=3.71610-3m2 計算缸筒內(nèi)徑D得 D=4Aπ=43.9610-3π=0.0688m=68.8mm 按計算結(jié)果根據(jù)表2.2選擇缸筒內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)值。 表2.2 液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑標(biāo)準(zhǔn)系列[2] 液壓缸內(nèi)徑D …40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160 … 活塞桿直徑d …

10、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56… 按標(biāo)準(zhǔn)?。篋=63mm。根據(jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑：D2D2-d2=4540，代入數(shù)值，解得：d=21mm，按標(biāo)準(zhǔn)取值：d=22mm。 活塞寬度：B=0.8D=50.4mm 導(dǎo)向套：C=0.8d=17.6mm 缸筒長度：L=l+B+C=450+50.4+17.6=518mm 計算液壓缸有效作用面積為 無桿腔面積：A1=14πD2=π40.0632=0.00311m2 有桿腔面積：A2=14πD2-d2=π4(0.0632-0.0222)=0.00274m2 2.3 各工作階段的時間計算

11、 1）快上階段 a加速=v1?t=4010-30.5=0.08ms2 s加速=12a加速?t2=120.080.52=0.01m t1=s1-s加速v1+?t=0.35-0.010.04+0.5=9s 2）慢上階段 a減速=v2-v1?t=10-4010-30.5=-0.06ms2 s減速=v1?t+12a減速?t2=4010-30.5-120.060.52=0.0125m t2=s2-s減速v2+?t=0.1-0.01250.01+0.5=9.25s 3）快退階段 a反向加速=a反向制動=v3?t=0.0450.5=0.09ms2 s反向加速=s反向制動=12a反向加速?

12、t2=120.090.52=0.0113m t3=s3-s反向加速-s反向制動v3+2?t=0.4-0.0113-0.01130.045=9.39s 2.4 計算液壓缸流量、壓力和功率 1）流量計算 q快上=A1V1=0.003110.04=0.000124m3s=7.464Lmin q慢上=A1V2=0.003110.01=0.000031m3s=1.866Lmin q快上=A1V1=0.002740.045=0.000123m3s=7.398Lmin 2）壓力計算 p快上=F快上A1=58980.0031=1.896MPa p慢上=F慢上A1=58980.0031=1.

13、896MPa p快退=F快退A2=879.50.0027=0.321MPa 3）功率計算 P快上=p快上q快上=1.896106124.410-6=235.9W P慢上=p慢上q慢上=1.89610631.110-6=59.0W P快退=p快退q快退=0.321106123.310-6=39.6W 2.5 繪制液壓缸的工況圖 工作循環(huán)中液壓缸各階段壓力、流量和功率如表所示。 表2.5液壓缸各階段壓力、流量和功率 工況 時間t（s） 壓力p（MPa） 流量q（Lmin） 功率P（W） 快上 9 1.896 7.464 235.9 慢上 9.25 1.8

14、96 1.866 59.0 快退 9.39 0.321 7.398 39.6 由表2.5繪制液壓缸的工況圖如圖2.5所示。 圖2.5 液壓缸的工況圖 三、液壓系統(tǒng)圖的擬定 3.1 液壓系統(tǒng)的擬定 1)選用執(zhí)行元件 由系統(tǒng)動作循環(huán)圖，選定單活塞桿液壓缸作為執(zhí)行元件。 2)確定供油方式 從工況圖分析可知，該系統(tǒng)在快上和快下時所需流量較大，且比較接近，且慢上時所需的流量較少，因此選用雙聯(lián)葉片泵為油泵。 3)調(diào)速方式選擇 從工況圖可知，該系統(tǒng)在慢速時速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺運(yùn)動速度低，工作負(fù)載變化小，所以采用調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速。

15、 4)速度換接選擇 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(guān)控制二位二通電磁閥實(shí)現(xiàn)速度換接。 5)換向方式選擇 采用三位四通電磁閥進(jìn)行換向，以滿足系統(tǒng)對換向的各種要求。選用三位閥的中位機(jī)能為Y型。 6)平衡及鎖緊 為防止在上端停留時重物下落和停留的時間內(nèi)保持重物的位置，特在液壓缸的下腔（即無桿腔）進(jìn)油路上設(shè)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(shè)置了一節(jié)流閥。 7)其它選擇 為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處設(shè)置測壓點(diǎn)。 3.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 完成以上各項(xiàng)選擇后，作出擬定的液壓系統(tǒng)原理圖和各電磁鐵的動

16、作順序表如圖3.8所示。 1--濾油器；2—雙聯(lián)葉片泵；3—溢流閥；4—單向閥；5—節(jié)流閥； 6—三位四通電磁換向閥；7—調(diào)速閥；8—二位二通電磁換向閥； 9—液控單向閥；10—單向順序閥；11—壓力表；12—壓力表開關(guān)； 13—油箱；15—行程開關(guān) 圖3.8 液壓系統(tǒng)的原理圖 四、 計算與選擇液壓元件 4.1 確定液壓泵的型號及電動機(jī)功率 1）計算液壓泵壓力 估算壓力損失經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：一般節(jié)流調(diào)速和管路簡單的系統(tǒng)取?pl=0.2~0.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復(fù)雜的系統(tǒng)取△pl=0.5~1.5MPa。液壓缸在整個工作循環(huán)中

17、最大工作壓力為1.896MPa，由于系統(tǒng)有調(diào)速閥，但管路簡單，所以取壓力損失△pl=0.5MPa，計算液壓泵的工作壓力為 pp=p+△pl=1.896+0.5=2.396MPa 2）計算所需液壓泵流量 考慮泄漏的修正系數(shù)K：K=1.1~1.3。液壓缸在整個工作循環(huán)中最大流量為7.464L/min。取回路泄漏修正系數(shù)K=1.1，計算得所需兩個液壓泵的總流量為 qp=1.17.464=8.2104Lmin，由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時液壓缸所需流量為1.866L/min，所以高壓泵的流量不得少于4.896L/min。 3）選用液壓泵 選用YB1—6.3/6.3型的

18、雙聯(lián)葉片泵。液壓泵額定壓力為6.3MPa，排量分別為6.3mL/r和6.3mL/r，取容積效率ηpV=0.9，總效率η=0.85，額定轉(zhuǎn)速分別為1450r/min和1450r/min。 4）選用電動機(jī) 擬選Y系列三相異步電動機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速2830r/min，按此計算液壓泵實(shí)際輸出流量為 qp=6.3+6.310-328300.85=30.309lmin 計算所需電動機(jī)功率為 Pp=ppqpηp=2.39610630.30910-3600.85=1.424kW 選用YE2-90S-2電動機(jī)。電動機(jī)額定功率為1.5KW，滿載轉(zhuǎn)速為2830r/min。 4.2 選擇

19、閥類元件及輔助元件 1）標(biāo)準(zhǔn)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，由產(chǎn)品目錄確定這些元件的型號及規(guī)格如表4.3所示。 2）非標(biāo)件 a）油管：根據(jù)實(shí)際流量類比確定，采用內(nèi)徑為8mm，外徑為10mm的紫銅管。 b)油箱：低壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的2-4倍，為了更好的散熱，取油箱容積為150L。 表4.2 液壓元件型號規(guī)格及主要參數(shù)[2] 序 號 名 稱 型號規(guī)格 主要參數(shù) 1 濾油器 WV-40180 流量40L/min 2 雙聯(lián)葉片泵 YB1-6.3/6.3 排量6.3ml/r；壓力6.3MPa

20、 3 溢流閥 YF-B10B 流量10 L/min； 調(diào)壓范圍0.5~7MPa 4 單向閥 AF3-Ea10B 流量10 L/min； 開啟壓力0.45MPa 5 節(jié)流閥 CS-1002 流量12 L/min；壓力6.3MPa 6 三位四通電磁換向閥 DSG-03-3C40 流量60；壓力3.15MPa 7 調(diào)速閥 Q-25B 最小流量0.07 L/min； 壓力0.5~6.3MPa 8 二位二通電磁換向閥 22D-25B 流量24.57 L/min； 壓力6.3MPa 9 液控單向閥 AQF3-EI0B 流量50 L/min；壓力

21、6.3MPa 10 單向順序閥 SV/SCV*03-* 流量50 L/min；壓力6.3MPa 11 壓力表 Y-100T 量程0~5MPa 12 壓力表開關(guān) QF3-EI0B —— 13 油箱 755500405 容積150L 14 電機(jī) YE2-90S-2 轉(zhuǎn)速2840r/min；功率1.5kW 15 行程開關(guān) LXJM1-8108 —— 五、 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的主要性能 5.1 壓力損失驗(yàn)算 現(xiàn)在元件、管道、安裝形式均已基本確定，所以需要驗(yàn)算一下系統(tǒng)各部分的壓力損失，看其是否在前述假設(shè)的范圍內(nèi)，借此可較準(zhǔn)確的確定泵和系統(tǒng)各處的工作壓力，

22、以較準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)變量泵、溢流閥和各種壓力閥。保證系統(tǒng)的正常工作，并達(dá)到所要求的工作性能，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行元件為液壓缸時，液壓泵的最大工作壓力應(yīng)滿足 pp≥FmaxA1+A2A1?p2+?p1 (1)慢上時的壓力損失。慢上時管路中的流量較小，流速較低，沿程壓力損失和局部壓力損失可忽略不計。 (2)快退時的壓力損失?？焱藭r，缸的無桿腔的回油量是進(jìn)油量的兩倍，其壓力損失比快進(jìn)時要大，因此必須計算快退時的進(jìn)油路與回油路的壓力損失，以便確定大流量泵的卸載壓力。 快退時工作缸的進(jìn)油量為q1=0.12310-3m3s，回油量為q2=0.1410-3m3s。 1)確定油液的流動狀態(tài) 雷諾數(shù)

23、 Re=vdv=4qπdv 則工作缸進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為 Re1=40.12310-3π810-31.510-4=130.5<2320 工作缸進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為 Re2=40.1410-3π810-31.510-4=148.5<2320 因此，工作缸進(jìn)、回油路中的流動都是層流。 2)計算沿程壓力損失?pλ 進(jìn)油路上，流速v1=4qπd2=40.12310-3π(810-3)2≈2.45ms，有 ?pλ1=75Re1ldρv22=75130.51.80.0089002.7922=3.5105Pa 回油路上，流速v2=4qπd2=40.1410-3π(8

24、10-3)2≈2.79ms，有 ?pλ2=75Re2ldρv22=75148.51.80.0089002.7922=3.98105Pa (3)計算局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，因此只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失按?pξ=?psqqs2計算，結(jié)果列于表5.1中。 表5.1 閥類元件局部壓力損失 元件名稱 額定流量/(L/min) 實(shí)際通過流量/(L/min) 額定壓力損失/Pa 實(shí)際壓力損失/Pa 三位四通換向閥 60 18.27/20. 74 4105 1.218105/ 1.38105 調(diào)速閥 16 1.866

25、 2105 0.233105 單向閥 10 1.866 1.8105 0.336105 順序閥 50 7.398 2105 0.3105 若取集成進(jìn)油路的壓力損失?pj=0.3105Pa，回油路壓力損失?pj=0.5105Pa，則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失分別為 ?p1=?pλ1+?pξ1+?pj1=3.5+1.218+0.233+0.336+0.3105Pa=5.587105Pa ?p2=?pλ2+?pξ2+?pj2=3.98+1.38+0.3+0.5105Pa=6.16105Pa 工作缸快退時的工作壓力為 p1=F+?p2A1A2=879.5+5.47105

26、3.1110-32.7410-3=9.985105Pa 這樣，快退時泵的工作壓力為 pp=p1+?p1=9.985+5.58105=15.572105Pa≈1.56MPa<2.396MPa 根據(jù)計算結(jié)果可知，該液壓泵的最大工作壓力滿足要求。 從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，說明該系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)、元件的參數(shù)比較合理，壓力和流量滿足要求[3]。 5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算 該系統(tǒng)采用雙泵供油方式，在工進(jìn)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，故省略了系統(tǒng)溫升驗(yàn)算[3]。 參考文獻(xiàn) [1] 徐灝主編. 機(jī)械設(shè)計手冊（M）.機(jī)械工業(yè)出版社，1

27、991.9 [2] 黎啟柏主編. 液壓元件手冊（M）.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1 [3] 于治明主編. 液壓傳動（M）.航空工業(yè)出版社，2015.8 設(shè)計心得 為期一周的液壓實(shí)訓(xùn)已經(jīng)結(jié)束，在這個過程中，我們學(xué)到了很多。通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。 在本次設(shè)計中，我們了解到了設(shè)計一套完整的液壓系統(tǒng)需要經(jīng)過哪些

28、步驟，要做哪些計算。在設(shè)計的過程中我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識，因此我們需要大量的因此我們需要大量的查閱資料，在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。一周的時間并不是很長，要完成一套液壓系統(tǒng)的設(shè)計并不是輕松的事情，所以需要團(tuán)隊(duì)中要協(xié)調(diào)分工，體現(xiàn)出了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。 在設(shè)計過程中，總是遇到考慮不周、計算出錯等問題，而每次發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，我們就需要做大量的工作，花大量的時間才能解決，為此，我也變得更加耐心和細(xì)心，為以后的工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。  課程設(shè)計指導(dǎo)教師成績評定表 題目名稱 上料機(jī)液

29、壓系統(tǒng)設(shè)計 評分項(xiàng)目 分值 得分 評價內(nèi)涵 工作 表現(xiàn) 28% 01 學(xué)習(xí)態(tài)度 10 準(zhǔn)時出勤，遵守各項(xiàng)紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。 02 科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研 8 通過查閱文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)資源等渠道獲取與課程設(shè)計有關(guān)的材料。 03 課題工作量 10 充分參與團(tuán)隊(duì)合作，按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。 成果 質(zhì)量 72% 04 設(shè)計圖紙質(zhì)量 16 能夠熟練使用CAD等繪圖軟件完成設(shè)計圖紙的繪制與打印，符合相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求。 05 設(shè)計說明書質(zhì)量 30 設(shè)計過程分析、計算過程科學(xué)、準(zhǔn)確，設(shè)計結(jié)果正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理。 06 答辯質(zhì)量 20 具有較好的闡述能力，將設(shè)計成果完成、準(zhǔn)確的展示出來，并能夠回答老師提出的問題。 07 創(chuàng)新 6 對前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。 成績 指導(dǎo)教師評語 指導(dǎo)教師簽名： 年　 月　 日  附圖1 上料機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖 附表1 液壓元件清單表