液壓與傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)三級(jí)項(xiàng)目報(bào)告

1、液壓與傳動(dòng)三級(jí)項(xiàng)目 汕 頭 大 學(xué) 工 學(xué) 院(3級(jí))項(xiàng)目報(bào)告項(xiàng)目名稱： 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 項(xiàng)目題目： 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 張興偉 系 別： 機(jī)電系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)：2014124091 姓 名： 陳家興 學(xué) 號(hào)：2014124066姓 名： 莫智斌 學(xué) 號(hào)：2014124071 姓 名： 吳佳亮 學(xué) 號(hào)：2014124078 姓 名： 傅華亮 學(xué) 號(hào)：2014124011姓 名： 紀(jì)林源 完成時(shí)間： 2016 年 10 月 25 日至 12 月 22 日成績(jī)： 評(píng)閱人：一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)液壓機(jī)，工藝動(dòng)作為開(kāi)模-合模快進(jìn)-合模工進(jìn)-停止，設(shè)加、減速時(shí)間

2、不希望超過(guò)各開(kāi)合?？倳r(shí)間的10%，模板與立柱的摩擦系數(shù)為 模板對(duì)立柱的壓力按動(dòng)模板重量的10%計(jì)算，液壓缸機(jī)械效率其它主要技術(shù)參數(shù)為：組別公稱（工進(jìn)）壓力kN動(dòng)模板重量T快進(jìn)行程mm快進(jìn)速度mm/s工進(jìn)行程mm工進(jìn)速度mm/s回程速度mm/s16001.0400140184050025500.9375130173847535000.85350120163545044500.8325110153242554000.75300100143040063000.720080102030072500.651807091928082000.61506081825091500.410055616220101

3、000.31005051520011800.210050512180根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)、選擇液壓元件及其液壓裝置。其中，我組選擇第9組參數(shù)進(jìn)行液壓機(jī)的設(shè)計(jì)。組別公稱（工進(jìn)）壓力kN動(dòng)模板重量T快進(jìn)行程mm快進(jìn)速度mm/s工進(jìn)行程mm工進(jìn)速度mm/s回程速度mm/s91500.410055616220二、方案分析（一）分析系統(tǒng)工況對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，就是要查明它的每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載的變化規(guī)律。這是滿足主機(jī)規(guī)定的動(dòng)作要求和承載能力所必須具備的。液壓系統(tǒng)的負(fù)載可由主機(jī)的規(guī)格規(guī)定，由理論分析確定。經(jīng)過(guò)考慮其工作負(fù)載、慣性負(fù)載和阻力負(fù)載等計(jì)算繪制成圖；同樣的，液壓

4、執(zhí)行元件在各自運(yùn)動(dòng)階段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度也相應(yīng)的繪制成圖。（二）負(fù)載分析動(dòng)模板重力： 工作負(fù)載： 慣性負(fù)載： 阻力負(fù)載： 由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表1所示。表1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值 （單位：N）工 況負(fù) 載 組 成負(fù)載值推力 起動(dòng) 78.487.1加速 839.2932.4快進(jìn) 39.243.5工進(jìn) 150039.2166710.2快退39.243.5注：1.液壓缸的機(jī)械效率為 2.重力加速度取 （三）開(kāi)合模情況分析設(shè)加減過(guò)程的加速度恒定，且 那么開(kāi)合模情況如表2所示。表2 開(kāi)合模情況表工 況速度（mm/s）時(shí)間（s）行程（mm）加速0.0280.784快進(jìn)（勻速）551.8181

5、00減速0.0200.692工進(jìn)（勻速）160.3756減速0.0080.064回程減速0.11012.100回程勻速2200.37983.380回程減速0.11012.100總計(jì)2.848107.54+107.58其中：加減速總時(shí)間：0.276 s，開(kāi)合?？倳r(shí)間：2.848 s，加減速總時(shí)間占開(kāi)合?？倳r(shí)間的9.691%10%，符合題目要求。（四）負(fù)載圖和速度圖的繪制負(fù)載圖按上面的表1中數(shù)據(jù)繪制，如圖1-a所示。速度圖按上面的表1-b中數(shù)據(jù)繪制。a） b)圖1 液壓執(zhí)行元件的負(fù)載圖和速度圖a) 負(fù)載圖 b)速度圖（五）液壓缸主要參數(shù)的確定由書(shū)上表11-2和表11-3可知，執(zhí)行元件在最大負(fù)載約為

6、150000N時(shí)宜取 鑒于快進(jìn)和快退速度要均勻，這里的液壓缸可選用單桿活塞式。為了使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，液壓缸回油路上必須具有背壓以防動(dòng)模板突然前沖。根據(jù)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)（詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)4)中推薦數(shù)值，可取 快進(jìn)時(shí)液壓缸雖作差動(dòng)連接，但由于油管中有壓降 存在，有桿腔的壓力必須大于無(wú)桿腔，估算時(shí)可取 快退時(shí)回游腔中是有背壓的，這時(shí)可按 估算。設(shè)活塞桿的直徑為d，缸內(nèi)徑D，差動(dòng)快進(jìn)的速度為快退的速度為則 其中： 解得： 由于工進(jìn)時(shí)的推力式計(jì)算液壓缸面積： 當(dāng)按 將這些直徑圓整為就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得： 由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為： 經(jīng)檢驗(yàn)，活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。根據(jù)上述D和d的值，可估算液壓

7、缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率，如表3所示，并根據(jù)此繪出工況圖如圖2所示。表3 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工況推力F（N）回油腔壓力P2（MPa）進(jìn)油腔壓力P1/MPa輸入流量qL*min-1輸入功率P/kw計(jì)算式快進(jìn)（差動(dòng)）起動(dòng)87.100.261加速932.40.393恒速43.50.25420.990.089工進(jìn)166710.2117.8739.122.718快退起動(dòng)87.100.028加速932.40.62.111恒速43.51.82841.471.264注： 三、液壓系統(tǒng)圖的擬定根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果可得系統(tǒng)的工況圖如下圖所示：圖2工況圖（一）液壓回路的選擇選擇調(diào)速方案

8、。由工況圖可知，這個(gè)液壓系統(tǒng)的功率相對(duì)較少，工作負(fù)載變化較大，負(fù)載最大為17.873MPa，速度變化方位較大，采用的液壓屬于中高壓系統(tǒng)，綜合來(lái)說(shuō)，所選的調(diào)速方案是節(jié)流調(diào)速回路。（注：0-10MPa為低壓，10-16MPa為中壓，16-25MPa為中高壓）選擇供油方案。從工況圖中可以淸楚地看到，在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)周期內(nèi)，液壓缸要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比約為4.54，而快進(jìn)快退所需的時(shí)間t總1和工進(jìn)所需的時(shí)間t總2分別為由于快退時(shí)，加速減速的時(shí)間較少，計(jì)算過(guò)程中忽略不計(jì)，則 因此，從提高效率、節(jié)約能源的角度上來(lái)看，采用雙作用液壓泵自動(dòng)并聯(lián)的供油方法

9、是不合適的，而宜選用單個(gè)定量泵的供油方案，并且在改油路中設(shè)置溢流閥和順序閥，順序閥做卸荷作用，控制油路連接到泵出口處，如圖3：圖3 供油方案圖選擇換向方法在本系統(tǒng)中，采用旁路式的調(diào)速閥液壓調(diào)速回路后，單桿液壓缸作差動(dòng)連接，因此必須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸兩腔。在快進(jìn)快退時(shí)，為了平穩(wěn)起見(jiàn)，采用三位五通的電夜換向閥，來(lái)實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，工進(jìn)，快退的三個(gè)工作狀態(tài)。如圖4所示： 圖4 選擇換向方案選擇速度換向方案。由工況圖中的曲線可知，當(dāng)滑塊從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，輸入液壓缸流量從20.99L/min降為9.12L/min，從工進(jìn)轉(zhuǎn)入快退時(shí)，流量又從9.12L/min驟升為41.47L/min，流量的變化大導(dǎo)致了

10、滑塊的速度變化大，又液壓系統(tǒng)功率小于3Kw，為小功率，故宜采用調(diào)速特性好的定壓節(jié)流調(diào)速回路（用調(diào)速閥調(diào)節(jié)），以減少液壓油的沖擊；同時(shí)，為了便于觀察和調(diào)整壓力，在壓液泵的出口處，背壓閥和液壓缸無(wú)杠腔進(jìn)口處可以設(shè)測(cè)壓點(diǎn)，如圖5所示圖5：速度換向方案（二）液壓回路的綜合選擇旁路式的調(diào)速閥液壓調(diào)速回路，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)運(yùn)作時(shí)候需要較硬的機(jī)械特性，在承受負(fù)載的情況下油液的各項(xiàng)液壓參數(shù)不會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)。而且該系統(tǒng)的最大壓強(qiáng)為16Mpa，屬于中壓；另外功率較小，為2kW左右。調(diào)速閥旁路的節(jié)流調(diào)速回路能使到節(jié)流閥處的工作壓力差在負(fù)載變化時(shí)候基本而保持穩(wěn)定。序號(hào)1過(guò)濾器5順序閥11.16調(diào)速閥2定量葉片泵6背壓閥

11、13行程閥3壓力表開(kāi)關(guān)7溢流閥14壓力繼電器4.8.10.12單向閥9三位五通換向閥15液壓缸注：液壓回路一些輔助器件的作用過(guò)濾器1：避免油液在高溫氧化后或者塵埃進(jìn)入等的原因?qū)е露氯簤涸ｍ樞蜷y5：解決系統(tǒng)在快進(jìn)時(shí)候回油路連接通油箱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的問(wèn)題。背壓閥6：作保壓的作用，防止油液直接流回油箱導(dǎo)致巨大的壓差。溢流閥7：溢流保壓，防止系統(tǒng)壓力過(guò)大還有液壓缸在保持狀態(tài)的油液回路暢通，防止油液堵死。單向閥10：將工進(jìn)時(shí)候的進(jìn)油路與回油路隔斷。液壓繼電器14：系統(tǒng)發(fā)出快進(jìn)快退信號(hào)，或者壓力報(bào)警信號(hào)。（三）液壓回路各個(gè)階段分析快進(jìn)過(guò)程（差動(dòng)連接）： 進(jìn)油路：油液經(jīng)油箱，濾油器1，進(jìn)入三

12、位五通電液換向閥9的左位，其中一部分經(jīng)過(guò)行程閥13直接流入油箱，另外大部分流入進(jìn)入液壓缸15的無(wú)桿腔推動(dòng)活塞進(jìn)行快進(jìn)工作。 回油路：油液從有桿腔流出后經(jīng)過(guò)單向閥12，三位五通電液閥9的左位，再經(jīng)單向閥8與進(jìn)油路上的油液匯通，經(jīng)過(guò)單向閥10后一起流向液壓缸的無(wú)桿腔，從而實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。工進(jìn)過(guò)程（差動(dòng)連接）：進(jìn)油路：油液經(jīng)油箱、濾油器1，進(jìn)入三位五通電液換向閥9的左位，一部分經(jīng)過(guò)調(diào)速閥13進(jìn)入油箱，另一部分進(jìn)入液壓缸15的無(wú)桿腔推動(dòng)活塞進(jìn)行快進(jìn)工作?；赜吐罚河鸵簭挠袟U腔流出后經(jīng)過(guò)單向閥12，三位五通電液閥9的左位，再經(jīng)單向閥10與進(jìn)油路上的油液匯通，一部分經(jīng)過(guò)調(diào)速閥13流回油箱，另一部分后流向液壓缸

13、15的無(wú)桿腔，從而實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接?？焱诉^(guò)程（單向閥電液換向）進(jìn)油路：油液經(jīng)油箱，過(guò)濾器1，定量葉片泵2和單向閥4后再進(jìn)入三位五通電液換向閥9的右位，然后再經(jīng)調(diào)速閥11，最后進(jìn)入液壓缸15的有桿腔推動(dòng)活塞進(jìn)行快退工作?；赜吐罚河鸵簭囊簤焊?5的無(wú)桿腔流出經(jīng)三位五通電液換向閥9的右位后經(jīng)過(guò)單向閥8流回油箱。四、液壓元件的選擇（1）液壓泵液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為17.873MPa，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5Mpa（見(jiàn)表114），壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力之值為0.5MPa，調(diào)速閥的壓力損失為0.5MPa，則定量泵的最大工作壓力應(yīng)為快退時(shí)液壓缸中的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，為2.

14、111MPa，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MPa，調(diào)速閥的壓力損失為0.5MPa，則定量泵的快退時(shí)工作壓力為 液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為41.47L/min，若回路中的泄漏按液壓缸輸人流量的10%估計(jì)，則泵的總流量應(yīng)為由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進(jìn)時(shí)輸人液壓缸的流量為9.12L/min，所以液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為12.12L/min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值査閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取PV2R2-41型定量葉片泵,其泵的排量為40.5ml/r，若取液壓泵的容積效率 則當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速 時(shí)，液壓泵的實(shí)際輸出流量為：由于液壓缸在工進(jìn)時(shí)輸人功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為19.37

15、3MPa，流量為52.488L/min。 取泵的總效率則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為根據(jù)此數(shù)值按JB/T 96161999，查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選取Y180L-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率額定轉(zhuǎn)速 （2）閥類元件及輔助元件根據(jù)閥類元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過(guò)該元件的最大實(shí)際流量，從而選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格，如下表（表中的序號(hào)和液壓系統(tǒng)圖中的序號(hào)相同）：表4 元件的型號(hào)及規(guī)格序號(hào)元件名稱估計(jì)通過(guò)量（L/min）額定流量（L/min）額定壓力（MPa）額定壓降（MPa）型號(hào)，規(guī)格1過(guò)濾器21630.02XU-6380-J2定量葉片泵5221PV2R2-41型定量葉片泵3壓力表開(kāi)關(guān)214

16、031.50.6KF-L20/144單向閥2130250.35CIT-03-505液控順序閥2163160.3XF3-Ea10B6背壓閥0.56316YF3-E10B7溢流閥5.163160.5YF3-E10B8單向閥158.9200500.3ZDF-42/200-9三位五通電液閥158.920031.50.5ZCF4.02(KJ13)10單向閥2130250.35CIT-03-5011調(diào)速閥0.50.075016-AF3-Ea10BQmax=200l/min12單向閥159.9200250.3513行程閥158.9200500.314壓力繼電器1630210.5HED1kA/1016調(diào)速閥2

17、130210.5FG/FCG-02-30-30（3）油管各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸人、排出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵具體選定之后，缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算，如下表所示。表中數(shù)值說(shuō)明，液壓缸快進(jìn)、快退速度V1、V3與設(shè)計(jì)要求相近。這表明所選液壓泵的型號(hào)、規(guī)格是適宜的。表5：液壓缸的進(jìn)、出流量和運(yùn)動(dòng)速度流量速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量（L/min）q1=(A1qp)/( A1-A2)=(95.0352.488)/（95.03-31.42）=78.414q1=9.12q1=qp=52.488輸出流量（L/min)q2=（A2q1）/

18、A1=（31.4278.414）/95.03=25.93q2=（A2q1）/A1=（31.429.12）/95.03=3.02q2=（A1q1）/A2=（95.0352.488/31.42=158.75運(yùn)動(dòng)速度（m/min）v1=qp/( A1-A2)=（52.48810）/（95.03-31.42）=8.20v2=q1/A1=（9.1210）/95.03=0.960v3=q1/A2=（52.48820）/31.42=16.71據(jù)表中的數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/min時(shí)，按式（7-9）算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為這兩根油管都按GB/T 2351-2005選用外徑、內(nèi)徑

19、的無(wú)縫鋼管。（四）油箱油箱容積估算，取得到容積為 按JB/T 7938-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=400L.五、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能的目的在于判斷設(shè)計(jì)質(zhì)量，然而液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算是很復(fù)雜的問(wèn)題，故我們只是采用簡(jiǎn)單得驗(yàn)算公式近似的估算，以便定性地說(shuō)明情況。液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算的項(xiàng)目有很多，但我們?cè)谠擁?xiàng)目中主要驗(yàn)算回路壓力損失和發(fā)熱溫升驗(yàn)算。具體情況如下： （一）驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無(wú)法全面估算，故只能先估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可完成全面的估算校核。但對(duì)于我們?nèi)?jí)項(xiàng)目的

20、中、大型液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失甚微，可予以不計(jì)。壓力損失的驗(yàn)算按一個(gè)工作循環(huán)不同階段分別進(jìn)行：1、快進(jìn)由液壓系統(tǒng)圖可知，活塞在快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，三位五通電磁換向閥9工作在左位。由表4和表5可知，進(jìn)油路上油液通過(guò)單向閥4的流量是21L/min，通過(guò)三位五通電液換向閥9的流量是52.488L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量78.414L/min通過(guò)行程閥15并進(jìn)入無(wú)桿腔。因此，進(jìn)油路上的總壓降為：此值不大，不會(huì)使壓力閥開(kāi)啟，所以能確保流量全部進(jìn)入無(wú)桿腔。回油路上，有桿腔出油流經(jīng)三位五通電磁換向閥9和單向閥10的流量是25.93L/min，后與液壓泵供油合并，然后進(jìn)入行程閥13

21、和調(diào)速閥11，進(jìn)入無(wú)桿腔。由此算出快進(jìn)的時(shí)候有桿腔壓力p2與無(wú)桿腔壓力p1之差。 此值小于原估計(jì)值0.393Mpa,所以是偏安全的。2.工進(jìn)工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上先通過(guò)電液換向閥9，流量為9.12L/min，在調(diào)速閥11的壓力損失為0.5 MPa；油液在回油路上先通過(guò)電液換向閥11，流量為3.02L/min，在背壓閥6處的壓力損失為0.5Mpa,通過(guò)順序閥5的流量為（3.02+21）L/min=24.02L/min，此時(shí)液壓缸回油壓力p2為：可見(jiàn)此值小于原估計(jì)值0.8Mpa。所以按表中公式計(jì)算得工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力p1，即：此值與前面計(jì)算數(shù)值17.873MPa接近。考慮到壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓差