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1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 No 17 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要：本文是關(guān)于單缸傳動(dòng)的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的闡述，主要包括工況分析，液壓系統(tǒng)原理圖，液壓缸主要參數(shù)確定，液壓元件選擇和液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等幾部分內(nèi)容。 關(guān)鍵字：液壓系統(tǒng) 工況分析 主要參數(shù) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目錄 1、設(shè)計(jì)要求 …………………………………………………………3 2、工況分析 …………………………………………………………3 2.1、運(yùn)動(dòng)分析 …………………………………………………………3 2.2、負(fù)載分析 …………………………………

2、………………………3 3、負(fù)載圖和速度圖的繪制 …………………………………………4 4、液壓缸主要參數(shù)的確定 …………………………………………4 4.1、初選液壓缸的工作壓力………………………………………………5 4.2、計(jì)算液壓缸的尺寸 …………………………………………………5 4.3活塞桿穩(wěn)定性校核……………………………………………………6 4.4求液壓缸的最大流量…………………………………………………6 4.5繪制工況圖…………………………………………………………6 5、液壓系統(tǒng)圖的擬定 ………………………………………………7 6、液壓元件的選擇 …………………

3、………………………………9 6.1、確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率………………………………………9 6.2、與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定 ………………………………………9 6.3、選擇閥類元件及輔助元件………………………………………10 6.4、系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算………………………………………………11 6.5、系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算……………………………………………11 7、液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………………………………………11 8、總結(jié)………………………………………………………………13 9、參考文獻(xiàn) ………………………………………………………14 1、設(shè)計(jì)要求

4、 設(shè)計(jì)一臺(tái)單缸傳動(dòng)的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)，工作循環(huán)是：低壓下行→高壓下行→保壓→低壓回程→上限停止，油缸垂直安裝。首先我們要明確該液壓系統(tǒng)的動(dòng)作和性能要求，其工作行程為320mm，外負(fù)載500000N，移動(dòng)部件自重10000N，低壓下行速度3.5 m/min，高壓下行速度0.2 m/min，低壓回程7 m/min。 2、工況分析 2.1、運(yùn)動(dòng)分析 工作循環(huán)為低壓下行→高壓下行→保壓→低壓回程→上限停止。 系統(tǒng)在啟動(dòng)、控制時(shí)的加速、減速根據(jù)經(jīng)驗(yàn)查表取△t=0.5s 系統(tǒng)的工作的總行程為320mm，則每個(gè)階段的速度如下： 低壓下行速度： V1 = 3.5 m/min = 0.05

5、83 m/s 高壓下行速度： V2 = 0.2 m/min = 0.0033 m/s 低壓回程速度： V3 = 7 m/min = 0.1167 m/s 2.2、負(fù)載分析 液壓缸必須克服的外負(fù)載為：F = Fe + Ff + Fa 式中 Fe為工作負(fù)載 Ff為摩擦負(fù)載 Fa為慣性負(fù)載 摩擦負(fù)載就是液壓缸驅(qū)動(dòng)工作是所需克服的機(jī)械摩擦阻力，由于液壓缸是垂直安裝，并且計(jì)算方法比較復(fù)雜煩瑣，一般設(shè)計(jì)時(shí)將它算入液壓缸的機(jī)械效率ηm中考慮。 慣性負(fù)載 啟動(dòng)時(shí)： 低壓→高壓： 高壓→保壓： 保壓→低壓回程： 低壓回

6、程→停止： 根據(jù)以上計(jì)算，考慮到液壓缸垂直安裝，其移動(dòng)部件的自重較大，為防止因其自重而自行下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路,因此在啟動(dòng)和低壓下行段缸推力應(yīng)去掉重力。查表取液壓缸的機(jī)械效率ηm為0.91 液壓缸各階段中的負(fù)載 工部 計(jì)算公式 總負(fù)載F/N 缸推力F/N 啟動(dòng) F = Fe + Fa -9881.1 -10858 低壓下行 F = Fe + 0 -10000 -10989 低壓過度高壓 F = Fe + Fa 489887.9 538338 高壓下行 F = Fe + 0 490000 538461 高壓到保壓 F = Fe + Fa 4

7、89993.3 538454 保壓 F = Fe + 0 490000 538461 反向啟動(dòng) F = Fe + Fa 10237.9 11250 低壓回程 F = Fe + 0 10000 10989 停止 F = Fe + Fa 9762.1 10727 3、負(fù)載圖和速度圖的繪制 按照上面的負(fù)載分析結(jié)果及已知的速度參數(shù)，行程限制等，繪制出負(fù)載圖及速度圖如下圖所示。 液壓缸的負(fù)載圖及速度圖 4、液壓缸主要參數(shù)的確定 4.1、初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)分析設(shè)備的負(fù)載比較大，查表各類液壓設(shè)備常用工作壓力，初選液壓缸的工作壓力為20

8、MPa。 4.2、計(jì)算液壓缸的尺寸 由于負(fù)載比較大，則 則 按標(biāo)準(zhǔn)?。篋=180mm 無桿腔 有桿腔 根據(jù)低壓下行，低壓回程速度比值 解得：d=127mm 按標(biāo)準(zhǔn)?。篸=125mm 4.3、活塞桿穩(wěn)定性校核 因?yàn)榛钊麠U的總行程為320mm，而活塞桿直徑d為125mm，l/d =320/125=2.56<10，所以無需對(duì)活塞桿進(jìn)行校核。 4.4、求液壓缸的最大流量 低壓下行： 高壓下行： 低壓回程： 工作循環(huán)中各工作階段的液壓缸壓力、流量和功率如下表

9、所示 液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率 工況 壓力P/MPa 流量q/(L/min) 功率P/W 低壓下行 0.03 24.73 58 高壓下行 21.16 1.34 1776 低壓回程 1.86 24.74 1282 4.5、繪制工況圖 由上表可繪制出液壓缸的工況圖如下圖所示 液壓缸的工況圖 5、液壓系統(tǒng)圖的擬定 本液壓系統(tǒng)中的壓力高、流量大、空行程和加壓行程的速度相差大，并且要求壓力還能變換和調(diào)節(jié)，所以應(yīng)為其選擇一高壓泵供油。 1.低壓下行 低壓下行時(shí)電磁鐵2YA通電，4換向閥右位工作，油液進(jìn)入液壓缸的上腔，3

10、YA和4YA通電，油液流到6調(diào)速閥，由于移動(dòng)部件的自重較大，而液壓泵流量較小，通過調(diào)速閥保證完成快速下行。 2.高壓下行 移動(dòng)部件向下運(yùn)行中接觸到工件后，液壓缸上腔的壓力升高，3YA和4YA斷電，此時(shí)油路形成差動(dòng)回路，實(shí)現(xiàn)高壓慢速下行。 3．保壓 當(dāng)電磁鐵2YA得電，換向閥4右位工作，液壓缸11下行并加壓，當(dāng)壓力上升到電接點(diǎn)壓力表12上限觸點(diǎn)調(diào)定壓力時(shí)，壓力表發(fā)出電信號(hào)，使2YA失電，換向閥4中位工作，液壓泵1卸荷，液壓缸由液控單向閥13保壓，當(dāng)壓力下降至電接點(diǎn)壓力表下限觸點(diǎn)調(diào)定壓力時(shí)，壓力表發(fā)出電信號(hào)，使2YA得電4換向閥右位工作，液壓泵重新向液壓缸供油，使壓力回升。 4.低壓回程

11、 保壓結(jié)束后，電磁鐵1YA通電，換向閥4左位工作，同時(shí)3YA得電，油路經(jīng)過5二位二通換向閥和8二位三通換向閥進(jìn)入液壓缸的下腔，使其低壓回程。 5.上限位停止 當(dāng)移動(dòng)部件升至預(yù)定高度后，電磁鐵1YA和3YA都失電，各換向閥閥口都關(guān)閉，處于中位。這樣就使得上缸停止運(yùn)動(dòng)，液壓泵在較低壓力下卸荷，由于順序閥9和單向閥10的支承作用，上滑塊懸空停止。 液壓系統(tǒng)原理圖 電磁鐵動(dòng)作表 6、液壓元件的選擇 6.1、確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率 液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)過程中最大工作壓力為21.16MPa,由于壓力較大，考慮到油路上閥和管道的壓力損失，則液壓泵的工作壓力

12、為： 考慮到系統(tǒng)過工作階段過渡以及系統(tǒng)須要一定的壓力儲(chǔ)備量，并且要保證液壓泵的工作壽命，其正常工作壓力為其額定壓力的80%左右，因此泵的額定壓力= /0.8=27.7MPa 液壓系統(tǒng)中最大流量qmax=24.74L/min,溢流閥最小穩(wěn)定流量3L/min，系統(tǒng)泄漏系統(tǒng)KL取1.1 則液壓泵的額定流量qp= 取qp=31L/min 根據(jù)上面計(jì)算的、qp，額定壓力與流量都比較大，應(yīng)選用柱賽泵，查表選取JB-H35.5型的徑向柱塞泵，其額定壓力為32MPa，額定排量35.5ml/r總效率為90%，額定轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分。 6.2、與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定 由于最大功率在高壓下行階

13、段，液壓泵額定轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，所以選用1000r/min的電動(dòng)機(jī)，其額定功率為： 因此選用型號(hào)為Y200L1-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率18.5KW。 6.3、選擇閥類元件及輔助元件 主要的依據(jù)是根據(jù)該閥在系統(tǒng)工作的最大工作壓力和通過該閥的實(shí)際流量，其他還需考慮閥的動(dòng)作方式，安裝固定方式，壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等條件來選擇標(biāo)準(zhǔn)閥類的規(guī)格，系統(tǒng)中液壓元件的型號(hào)及規(guī)格如下 油管內(nèi)徑可按 式中 Q——通過管道內(nèi)的流量m3/s v——管內(nèi)允許流速m/s，查表

14、這里面取5m/s 則 取d=15mm,外徑D=20mm。 油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計(jì)算，取其體積V=6qp即V=213L 6.4、系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 油液的運(yùn)動(dòng)黏度取，油液密度取。 ，由此推出液流均為層流。管中流速 因此，局部壓力損失較小，可以忽略不計(jì)。 6.5、系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算 液壓泵的，液壓缸的效率，高壓時(shí)回路效率，則液壓系統(tǒng)的效率。高速時(shí)，液壓泵的輸入功率P=1776W ，取散熱系數(shù)，郵箱有效容積V=213L。則，設(shè)機(jī)床工作環(huán)境溫度，則加上溫升后有，在正常工作溫度內(nèi)，符合要求。 7、液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)液壓缸的壁厚 液壓缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中

15、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)律應(yīng)壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚t的比值大于20的圓筒稱為薄壁圓筒。工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，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 式中 ——液壓缸壁厚(m)； D——液壓缸內(nèi)徑(m)； ——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的(1.25-1.5)倍 ； ——缸筒材料的許用應(yīng)力。無縫鋼管： =21.161.5=31.74MPa 在壓力較高的液壓系統(tǒng)中，按上式結(jié)果這里取=30mm 2)液壓

16、缸的缸體外經(jīng) 液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外經(jīng)為 液壓缸工作行程長(zhǎng)度，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程為320mm,就是標(biāo)準(zhǔn)值。 3)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)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算。 無孔時(shí) 有孔時(shí) 式中 t——缸蓋有效厚度(m)； ——缸蓋止口內(nèi)徑(m)； ——缸蓋孔的直徑(m)。 無孔時(shí) 取=45mm 有孔時(shí) 取=75mm 4)最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 對(duì)一般的液壓缸

17、，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求： 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 過 程 式中 L——液壓缸的最大行程； D——液壓缸的內(nèi)徑。 取H=250mm 活塞的寬度B一般取B=(0.6-10)D； 活塞寬度：B=0.6D=108mm 缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定； 當(dāng)D<80mm時(shí)，??； 當(dāng)D>80mm時(shí)，取。 所以 液壓缸缸體內(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。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20-30倍。 缸體內(nèi)部長(zhǎng)度:L=B+l=108+320=428mm 8、總結(jié) 經(jīng)過此次液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的課程

18、設(shè)計(jì)使我對(duì)上學(xué)期所學(xué)的《液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)》上所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)的復(fù)習(xí)和總結(jié)，對(duì)液壓傳動(dòng)有了深刻的認(rèn)識(shí)，并且對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了一定的擴(kuò)展和深入，掌握了一般液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路和方法，為以后的工作打下基礎(chǔ)。同時(shí)通過本此課程設(shè)計(jì)，理論集合實(shí)際，自己的處理問題能力和深入思考探究的能力有了進(jìn)一步的提升。感謝學(xué)院提供給我們這么難得的機(jī)會(huì)。感謝謝群老師和機(jī)房老師的辛苦工作，謝群老師在時(shí)間緊張的情況，盡可能從我們學(xué)生角度出發(fā)，對(duì)于我們課程設(shè)計(jì)推薦了很多相關(guān)參考書以及認(rèn)真耐心地為我們指導(dǎo)，為我們的課程設(shè)計(jì)過程減輕了不少負(fù)擔(dān)。為此深表感謝！ 9、參考文獻(xiàn) 1、謝群，崔廣臣，王健.《液壓與啟動(dòng)傳動(dòng)》.北京;國(guó)防工業(yè)出版社,2011.2 2、崔廣臣,謝群.液壓與氣動(dòng)技術(shù)—課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.沈陽.沈陽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院流體傳動(dòng)與控制教研室,2007 沈陽理工大學(xué)