設(shè)計(jì)一臺(tái)單缸傳動(dòng)的液壓機(jī)液壓系統(tǒng).doc

沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專(zhuān)用紙No 摘要 由于液壓技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，液壓元件設(shè)備體積小、重量輕，因而慣性力較小，當(dāng)突然過(guò)載或泊車(chē)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生大的沖擊；能在給定范疇內(nèi)安穩(wěn)的主動(dòng)調(diào)理牽引速度，并可完成無(wú)極調(diào)速；換向輕易，在不轉(zhuǎn)變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情形下，能夠較便利地完成工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線(xiàn)往復(fù)活動(dòng)的轉(zhuǎn)換；液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管銜接，在空間布置上相互不受?chē)?yán)厲限制；因?yàn)椴扇∮鸵簽楣ぷ鹘橘|(zhì)，元件絕對(duì)活動(dòng)外表間能自行光滑，磨損小，使用壽命長(zhǎng)。正由于液壓技術(shù)有如此眾多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車(chē)等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門(mén)及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠(chǎng)渦輪機(jī)調(diào)速裝置等等；船舶用的甲板起重機(jī)械、船頭門(mén)、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的控制裝置、測(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 通過(guò)液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程設(shè)計(jì)，讓我們把以前書(shū)本上學(xué)到的知識(shí)與現(xiàn)實(shí)中生產(chǎn)相結(jié)合在一起，不僅能加深我們對(duì)課本上理論知識(shí)的理解，提高我們理論與實(shí)踐結(jié)合的能力，而且還鍛煉了我們的創(chuàng)造和設(shè)計(jì)能力，特別是對(duì)液壓系統(tǒng)有了更深層次的了解，讓我們對(duì)液壓設(shè)備設(shè)計(jì)有一定的了解，為日后工作中設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)實(shí)用的產(chǎn)品打下結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。 本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有：做了液壓壓力機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選擇了液壓元件的型號(hào)，分析了系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計(jì)了液壓缸，完成了液壓缸的總體設(shè)計(jì)，繪制了壓力機(jī)的總體裝配圖，液壓系統(tǒng)圖和液壓缸的裝配圖。目錄1題目2.技術(shù)要求和設(shè)計(jì)要求3工況分析4液壓缸的設(shè)計(jì)5液壓系統(tǒng)圖的擬定6確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格7液壓閥的選擇8壓力損失的驗(yàn)算9液壓油箱的設(shè)計(jì)10總結(jié)11參考文獻(xiàn)1題目液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)2技術(shù)要求和設(shè)計(jì)要求設(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：低壓下行高壓下行低壓回程上限停止。自動(dòng)化程度為半自動(dòng)，油缸垂直安裝。主要參數(shù)：最大壓力1X106N 最大回程力 2X104N 低壓下行速度 25mm/s 高壓下行速度 1mm/s 低壓回程速度25mm/s 工作全程350mm3.工況分析 根據(jù)已知條件計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。液壓缸所收外負(fù)載F包括三種類(lèi)型，即F=Fw+Ff+Fm3.1工作負(fù)載Fw在本題中為最大壓力1x106N3.2摩擦負(fù)載取Ff=03.3液壓缸機(jī)械效率取m =0.953.4慣性負(fù)載Fm 運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；啟動(dòng)時(shí)：Fa1=(G/g)(v/t)=20000x0.025/(10x0.5)=100N低壓高壓：Fa2=(G/g)( v/t)= 20000x(0.025-0.001) /(10x0.5)=96N高壓保壓：Fa3=(G/g)( v/t)= 20000x0.001/(10x0.5)=4N保壓低壓回程：Fa4=(G/g)( v/t)= 20000x0.025/(10x0.5)=100N低壓回程停止：Fa5= Fa4=100N(1)根據(jù)以上的計(jì)算，液壓缸各個(gè)階段中的負(fù)載列表如下工況計(jì)算公式總負(fù)載F/N缸推力F/N啟動(dòng) F=FW+FA11.0001X1061.0527X106低壓下行F=FW1X1061.0526X106低壓過(guò)度高壓 F=FW-FA29.99904X1051.0525X106高壓下行 F= FW1X1061.0526X106高壓到保壓 F=FW-FA39.99996X1051.0526X106保壓 F=FW1X1061.0526X106反向啟動(dòng) F=F+FA41.0001X1061.0527X106低壓回程 F=FW1X1061.0526X106停止 F=FW-FA59.999X105105.25X106(2)負(fù)載圖和速度圖4液壓缸的設(shè)計(jì)4.1 液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備類(lèi)型確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力也不同。本題液壓機(jī)選擇工作壓力為20MPA4.2 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿d A=F/P=1.0527X106/(20X106)=0.0526m2D2=4A/.得D=0.259m,按標(biāo)準(zhǔn)取 D=250mm因?yàn)镻7,d=0.7D=0.1813mm,按標(biāo)準(zhǔn)取d=180mm無(wú)桿腔面積 A1=D2/4=0.049m2有桿腔面積A2=(D2-d2)=0.024m2 4.3 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量低壓下行：q1=A1V1 =73.5 (L/min)高壓下行：q2=A1V2=2.94 (L/min)低壓回程：q3=A2V3=36(L/min)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 12824.4 液壓缸的壁厚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PyD/2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(wú)縫鋼管：=21.161.25=26.4MPa26.4250/（2110）=29.8mm故取=30mm4.5液壓缸的缸體外經(jīng) 液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外經(jīng)D1為D1D+2=250+230=310mm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350mm,取標(biāo)準(zhǔn)值，液壓缸工作行程選l=400mm。4.6 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(wú)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(wú)孔時(shí) 取=45mm有孔時(shí) 取=75mm4.7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(mǎn)足以下要求：設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 過(guò) 程 式中 L液壓缸的最大行程； D液壓缸的內(nèi)徑。HL20+D2=35020+2502=142.5mm,取H=200mm4.8導(dǎo)向滑動(dòng)面長(zhǎng)度 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定當(dāng)D80mm時(shí)，取A=(0.6-1.0)dA=(0.61.0)180=(108-180)mm取A=150mm4.9活塞寬度 活塞的寬度B一般取B=(0.6-10)DB=(0.61.0)D=(0.61.0)250=(150-250)mm取B=170mm4.10隔套的長(zhǎng)度為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，若過(guò)分增大A和B都是不適宜的，必要時(shí)可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來(lái)增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即 C=H(A+B)/2=200-(150+170)2=40mm 4.11缸體內(nèi)部長(zhǎng)度 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=170+350=520mm5液壓系統(tǒng)圖的擬定 原理圖 電磁鐵動(dòng)作表低壓下行高壓下行保壓低壓回程上限停止1YA-+-2YA+-3YA+-+-4YA+-6 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格6.1泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為Pp = P1 +p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，初算是簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2-0.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)可取0.5-1.5MPa。本題中取0.4MPa。因此Pp = P1 +p =20+0.4 = 20.4(MPa)上述計(jì)算所得的Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pa應(yīng)滿(mǎn)足Pa(1.251.6)Pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本題中Pa = 1.25Pp =31.5MPa。6.2泵的流量確定液壓泵的最大流量應(yīng)為qp KLqmax式中：qp 液壓泵的最大流量；qmax 各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加1溢流閥的最小流量2-3 L/min；KL 系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取1.1-1.3，現(xiàn)取KL = 1.1。因此qp =1.1X73.5=80.85 L/min6.3選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上算得的Pp和qp，查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用型號(hào)63YCY14-1B軸向柱塞泵，該泵的基本參數(shù)為：排量63ml/r 泵的額定壓力P0 =32MPA，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n0 = 1500r/min，容積效率v = 0.92。6.4與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定首先分別算出低壓下行與高壓下行兩種不同工況時(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)。由于在高壓下行時(shí)泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)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)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(xiàn)最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即Pb = qp/Pd式中：Pd 所選電動(dòng)機(jī)額定功率；Pb 限壓式變量泵的限定壓力；qp 壓力為Pb時(shí)，泵的輸出流量。首先計(jì)算低壓下行時(shí)的功率，低壓下行時(shí)的外負(fù)載為1.0526X106N，進(jìn)油路的壓力損失定為0.3MPa，由公式可得：Pb =1.0526X106N/0.25 X106 +1=5.21MPa低壓下行時(shí)所需電機(jī)功率為：P = Pbqp/= 5.2180.85/(600.81) =8.67(kW)高壓下行時(shí)：Pb=(1.0525X106+0.18)/ 0.25 X106= 4.21(MPa)高壓下行時(shí)所需電機(jī)功率為：P = Pbqp/=4.213.234/(600.81) = 0.28(kW)查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y160M-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為11KW，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。7液壓閥的選擇該液壓系統(tǒng)可采用力士樂(lè)系列閥或GE系列閥。本題均選用GE系列閥。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。選定的液壓元件如下表：序號(hào)元件名稱(chēng)代碼額定流量(L/min)1軸向柱塞泵63YCY14-1B94.52先導(dǎo)式溢流閥DB-102003壓力表4三位四通電磁閥34D10B105兩位兩通電磁閥6調(diào)速閥7單向閥 8二位三通電磁閥23D-10B109順序閥10單向閥DFL10H311液壓缸12壓力表13液控單向閥XF3-E10B14濾油器WJ-6.3X180油管內(nèi)徑可按 式中 Q通過(guò)管道內(nèi)的流量m3/sv管內(nèi)允許流速m/s，查表這里面取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=213L8壓力損失的驗(yàn)算8.1 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)的速度為1mm/s，進(jìn)給時(shí)的最大流量為2.94L/min，則液壓油在管內(nèi)流速v1為：v1=q/(d2/4)=42.941000/(3.141.82)=1155.9 (cm/min)=19.27(cm/s)管道流動(dòng)雷諾數(shù)Re1為Re1 = v1d/= 19.271.8/1.5 = 23.124 2300可見(jiàn)油液在管道中流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)1=75，Re1=0.68.進(jìn)油管道的沿程壓力損失p1-1為p1-1=(l/d）/(v2/2) =0.68(1.7+0.3)/(0.0159200.231242/2) =3.69MPa查得換向閥34EF3PE10B的壓力損失p1-2= 0.5MPa。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)油路的總壓力損失p1=p1-1+p1-2 =3.69 + 0.5 = 4.19(MPa)8.2 工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積是無(wú)桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則v2 = v1/2 = 23.124/2 = 11.562(cm/s)Re2 = v2d/=11.5621.8/1.5 = 13.87 6.3Mpa，所以取： V=6-12Qv 式中 液壓油箱有效容量；Qv液壓泵額定流量。參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)成大先P20-767鍛壓機(jī)械的油箱容積通常取為每分鐘流量的6-12倍。即： V=6X94.512X94.5=(567-1134 )L/min取 V=900 L/min應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分油液會(huì)因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過(guò)液壓油箱高度的80%。所以，實(shí)際油箱的體積為：V=V1/0.8=900/0.8=1125L/min9.2液壓油箱的外形尺寸設(shè)計(jì) 液壓油箱的有效面積確定后，需設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，一般設(shè)計(jì)尺寸比（長(zhǎng)：寬：高）為1：1：11：2：3。但有時(shí)為了提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時(shí)，可將液壓油箱的容量予以增大，本設(shè)計(jì)中的油箱根據(jù)液壓泵與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接方式的需要以及安裝其它液壓元件需要，選擇長(zhǎng)為1.5m,寬為1.1m，高為1.0m。9.3液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般的開(kāi)式油箱是用鋼板焊接而成的，大型的油箱則是用型鋼作為骨架的，再在外表焊接鋼板。油箱的形狀一般是正方形或長(zhǎng)方形，為了便于清洗油箱內(nèi)壁及箱內(nèi)濾油器，油箱蓋板一般都是可拆裝的。設(shè)計(jì)油箱時(shí)應(yīng)考慮的幾點(diǎn)要求：（1）. 壁板：壁板厚度一般是34mm；容量大的油箱一般取46mm。本設(shè)計(jì)中取油箱的壁厚為6mm。對(duì)于大容量的油箱，為了清洗方便，也可以在油箱側(cè)壁開(kāi)較大的窗口，并用側(cè)蓋板緊密封閉。（2）. 底板與底腳：底板應(yīng)比側(cè)板稍厚一些，底板應(yīng)有適當(dāng)傾斜以便排凈存油和清洗，液壓油箱底部應(yīng)做成傾斜式箱底，并將放油塞安放在最低處。油箱的底部應(yīng)裝設(shè)底腳，底腳高度一般為150200mm，以利于通風(fēng)散熱及排出箱內(nèi)油液。一般采用型鋼來(lái)加工底腳。本設(shè)計(jì)中用的是槽鋼加工的。9.4回油集管的考慮： 單獨(dú)設(shè)置回油管當(dāng)然是理想的，但不得已時(shí)則應(yīng)使用回油集管。對(duì)溢流閥、順序閥等，應(yīng)注意合理設(shè)計(jì)回油集管，不要人為地施以背壓。9.5 吸油管： 吸油管前一般應(yīng)該設(shè)置濾油器，其精度為100200目的網(wǎng)式或線(xiàn)式隙式濾油器。濾油器要有足夠大的容量，避免阻力太大。濾油器與箱底間的距離應(yīng)不小于20mm。吸油管應(yīng)插入液壓油面以下，防止吸油時(shí)卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動(dòng)油面，致使油中混入氣泡。9.6 泄油油管的配置： 管子直徑和長(zhǎng)度要適當(dāng)，管口應(yīng)該在液面之上，以避免產(chǎn)生背壓。泄漏油管以單獨(dú)配管為最好，盡量避免與回油管集流配管的方法。 9.7過(guò)濾網(wǎng)的配置： 過(guò)濾網(wǎng)可以設(shè)計(jì)成液壓油箱內(nèi)部一分為二，