上料機(jī)液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)姓 名：廖聰學(xué) 號(hào)：2015143227層 次：本科專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械電子工程班 級(jí)：15機(jī)電2班指導(dǎo)教師：劉方方 2017年12月目錄任務(wù)書(shū)1一、 明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行工況分析21.1 明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求21.2 分析液壓系統(tǒng)工況2二、 確定液壓缸主要參數(shù)52.1 初選液壓缸的工作壓力52.2 計(jì)算液壓缸主要參數(shù)52.3 各工作階段的時(shí)間計(jì)算52.4 計(jì)算液壓缸流量、壓力和功率62.5 繪制液壓缸的工況圖7三、液壓系統(tǒng)圖的擬定83.1 液壓系統(tǒng)的擬定83.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖8四、 計(jì)算與選擇液壓元件104.1 確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率104.2 選擇閥類(lèi)元件及輔助

2、元件11五、 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的主要性能125.1 壓力損失驗(yàn)算125.2 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(jì)心得16任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)一臺(tái)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(dòng)循環(huán)。采用90°V型導(dǎo)軌，垂直于導(dǎo)軌的壓緊力為60N，啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間均為0.5s，液壓缸的機(jī)械效率為0.9。設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)如下表所示?；_(tái)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）8004500403501010045400請(qǐng)完成以下工作：1、進(jìn)行工況分析，

3、繪制工況圖。2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖（A4）。3、計(jì)算液壓系統(tǒng)，選擇合適的液壓元件。4、編寫(xiě)液壓課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。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(jì)的要求，進(jìn)行工況分析1.1 明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求上料機(jī)是由通用部件和部分專(zhuān)用部件組成的高效、專(zhuān)用、自動(dòng)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(dòng)循環(huán)。工作循環(huán)擬采用液壓傳動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。故擬選定液壓缸作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.2 分析液壓系統(tǒng)工況1）運(yùn)動(dòng)分析根據(jù)各執(zhí)行在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度，繪制其循環(huán)圖，如圖

4、1.1所示：圖1.1 上料機(jī)動(dòng)作循環(huán)圖2）負(fù)載分析a）工作負(fù)載：FL=FG=4500+800=5300Nb）摩擦負(fù)載：Ff=fFNsin2，由于工件為垂直起開(kāi)，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°=0.2×60sin45°=16.97N動(dòng)摩擦負(fù)載： Ffd=fdFNsin45°=0.1×60sin45°=8.49Nc）慣性負(fù)載Fa 慣性負(fù)載為運(yùn)動(dòng)部件在起動(dòng)和制動(dòng)的過(guò)程中可按F=ma=Ggvt計(jì)算。以下

5、合力只代表大小。加速Fa1=Ggvt=53009.8×0.040.5=43.27N減速Fa2=Ggvt=53009.8×0.030.5=32.45N制動(dòng)Fa3=Ggvt=53009.8×0.010.5=10.82N反向加速Fa4=Ggvt=8009.8×0.0450.5=7.35N反向制動(dòng)Fa5=Ggvt=8009.8×0.0450.5=7.35Nd）各階段總負(fù)載F 計(jì)算液壓缸各階段中的總負(fù)載F'和液壓缸推力F 。考慮密封等阻力，取m=0.9，則F=F'，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1.1所示。表1.1 液壓缸各中的負(fù)載工況計(jì)算公式總負(fù)載F（N

6、）缸推力F（N）起動(dòng)F=Ffs+FL15317.05907.7加速F=Ffd+Fa1+FL15351.85946.4快上F=Ffd+FL15308.55898.2減速F=FL1+Ffd-Fa25276.05862.3慢上F=FL1+Ffd5308.55898.3制動(dòng)F=FL1+Ffd-Fa35297.75886.3反向加速F=-Ffd-Fa4784.2871.3快下F=-Ffd+FL2791.5879.5反向制動(dòng)F=-Ffd+Fa5+FL2798.8887.6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(shí)間和負(fù)載時(shí)間圖（如圖1.2所示）圖1.2 液壓缸的速度時(shí)間和負(fù)載時(shí)間圖二、 確

7、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）<5510102020303050>50壓力p（MPa）<0.81.01.52.02.53.03.04.04.05.0>5.07.0由液壓缸負(fù)載計(jì)算，按上表初定液壓缸工作壓力p=1.6MPa。2.2 計(jì)算液壓缸主要參數(shù)按最大負(fù)載Fmax計(jì)算缸筒面積A得A=Fmaxp=5946.41.5×106=3.716×10-3m2計(jì)算缸筒內(nèi)徑D得D=4A=4×3.96×10-3=0.0688m=68.8m

8、m按計(jì)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D40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160 活塞桿直徑d16、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(lái)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(zhǎng)度：L=l+B+C=450+50.4+17.6=518mm計(jì)算液壓缸有效作用面積為無(wú)桿腔面積：A1=14D2=4

9、×0.0632=0.00311m2有桿腔面積：A2=14D2-d2=4×(0.0632-0.0222)=0.00274m22.3 各工作階段的時(shí)間計(jì)算1）快上階段a加速=v1t=40×10-30.5=0.08ms2s加速=12a加速t2=12×0.08×0.52=0.01mt1=s1-s加速v1+t=0.35-0.010.04+0.5=9s2）慢上階段a減速=v2-v1t=10-40×10-30.5=-0.06ms2s減速=v1t+12a減速t2=40×10-3×0.5-12×0.06×0.52

10、=0.0125mt2=s2-s減速v2+t=0.1-0.01250.01+0.5=9.25s3）快退階段a反向加速=a反向制動(dòng)=v3t=0.0450.5=0.09ms2s反向加速=s反向制動(dòng)=12a反向加速t2=12×0.09×0.52=0.0113mt3=s3-s反向加速-s反向制動(dòng)v3+2t=0.4-0.0113-0.01130.045=9.39s2.4 計(jì)算液壓缸流量、壓力和功率1）流量計(jì)算q快上=A1V1=0.00311×0.04=0.000124m3s=7.464Lminq慢上=A1V2=0.00311×0.01=0.000031m3s=1.8

11、66Lminq快上=A1V1=0.00274×0.045=0.000123m3s=7.398Lmin2）壓力計(jì)算p快上=F快上A1=58980.0031=1.896MPap慢上=F慢上A1=58980.0031=1.896MPap快退=F快退A2=879.50.0027=0.321MPa3）功率計(jì)算P快上=p快上q快上=1.896×106×124.4×10-6=235.9WP慢上=p慢上q慢上=1.896×106×31.1×10-6=59.0WP快退=p快退q快退=0.321×106×123.3×

12、;10-6=39.6W2.5 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(shí)間t（s）壓力p（MPa）流量q（Lmin）功率P（W）快上91.8967.464235.9慢上9.251.8961.86659.0快退9.390.3217.39839.6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(dòng)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(shí)所需流量較大，且比較接近，且慢上時(shí)所需的流量較少，因此選用雙

13、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(shí)速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)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。4)速度換接選擇由于快上和慢上之間速度需要換接，但對(duì)緩解的位置要求不高，所以采用由行程開(kāi)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(duì)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(shí)重物下落和停留的時(shí)間內(nèi)保持重物的位置，特在液壓缸的下腔（即無(wú)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(tái)自重在快下過(guò)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

14、泵的出口處設(shè)置測(cè)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(dòng)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(kāi)關(guān)；13油箱；15行程開(kāi)關(guān)圖3.8 液壓系統(tǒng)的原理圖四、 計(jì)算與選擇液壓元件4.1 確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率1）計(jì)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(jiǎn)單的系統(tǒng)取pl=0.20.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復(fù)雜的系統(tǒng)取pl=0.51.5MPa。液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為1.8

15、96MPa，由于系統(tǒng)有調(diào)速閥，但管路簡(jiǎn)單，所以取壓力損失pl=0.5MPa，計(jì)算液壓泵的工作壓力為pp=p+pl=1.896+0.5=2.396MPa2）計(jì)算所需液壓泵流量考慮泄漏的修正系數(shù)K：K=1.11.3。液壓缸在整個(gè)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(jì)算得所需兩個(gè)液壓泵的總流量為 qp=1.1×7.464=8.2104Lmin，由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)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YB16.3/6.3型的雙聯(lián)葉片泵。液壓泵額定壓力為6.3MPa，

16、排量分別為6.3mL/r和6.3mL/r，取容積效率pV=0.9，總效率=0.85，額定轉(zhuǎn)速分別為1450r/min和1450r/min。 4）選用電動(dòng)機(jī)擬選Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速2830r/min，按此計(jì)算液壓泵實(shí)際輸出流量為 qp=6.3+6.3×10-3×2830×0.85=30.309lmin計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)功率為Pp=ppqpp=2.396×106×30.309×10-360×0.85=1.424kW選用YE2-90S-2電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)額定功率為1.5KW，滿載轉(zhuǎn)速為2830r/min。4.2 選擇閥類(lèi)元件及

17、輔助元件1）標(biāo)準(zhǔn)件根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類(lèi)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(hào)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(lèi)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(hào)規(guī)格及主要參數(shù)2序 號(hào)名 稱(chēng)型號(hào)規(guī)格主要參數(shù)1濾油器WV-40×180流量40L/min2雙聯(lián)葉片泵YB1-6.3/6.3排量6.3ml/r；壓力6.3MPa3溢流閥YF-B10B流量10 L/min；調(diào)壓范圍0.57MPa4單向閥AF3-Ea10B流量10 L

18、/min；開(kāi)啟壓力0.45MPa5節(jié)流閥CS-1002流量12 L/min；壓力6.3MPa6三位四通電磁換向閥DSG-03-3C40流量60；壓力3.15MPa7調(diào)速閥Q-25B最小流量0.07 L/min；壓力0.56.3MPa8二位二通電磁換向閥22D-25B流量24.57 L/min；壓力6.3MPa9液控單向閥AQF3-EI0B流量50 L/min；壓力6.3MPa10單向順序閥SV/SCV*03-*流量50 L/min；壓力6.3MPa11壓力表Y-100T量程05MPa12壓力表開(kāi)關(guān)QF3-EI0B13油箱755×500×405容積150L14電機(jī)YE2-90

19、S-2轉(zhuǎn)速2840r/min；功率1.5kW15行程開(kāi)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，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(shí)，液壓泵的最大工作壓力應(yīng)滿足ppFmaxA1+A2A1p2+p1(1)慢上時(shí)的壓力損失。慢上時(shí)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(jì)。(2)快退時(shí)的壓力損失?？焱藭r(shí)，缸的無(wú)桿腔的回油量是進(jìn)油量的

20、兩倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)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?？焱藭r(shí)工作缸的進(jìn)油量為q1=0.123×10-3m3s，回油量為q2=0.14×10-3m3s。1)確定油液的流動(dòng)狀態(tài)雷諾數(shù) Re=vdv=4qdv則工作缸進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為Re1=4×0.123×10-3×8×10-3×1.5×10-4=130.5<2320工作缸進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為Re2=4×0.14×10-3×8×10-3×1.5×10

21、-4=148.5<2320因此，工作缸進(jìn)、回油路中的流動(dòng)都是層流。2)計(jì)算沿程壓力損失p進(jìn)油路上，流速v1=4qd2=4×0.123×10-3×(8×10-3)22.45ms，有p1=75Re1ldv22=75130.5×1.80.008×900×2.7922=3.5×105Pa回油路上，流速v2=4qd2=4×0.14×10-3×(8×10-3)22.79ms，有p2=75Re2ldv22=75148.5×1.80.008×900×2.7

22、922=3.98×105Pa(3)計(jì)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(lèi)元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過(guò)各閥的局部壓力損失按p=psqqs2計(jì)算，結(jié)果列于表5.1中。表5.1 閥類(lèi)元件局部壓力損失元件名稱(chēng)額定流量/(L/min)實(shí)際通過(guò)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6018.27/20. 744×1051.218×105/1.38×105調(diào)速閥161.8662×1050.233×105單向閥101.8661.8×1050.336×105順序閥507.39

23、82×1050.3×105若取集成進(jìn)油路的壓力損失pj=0.3×105Pa，回油路壓力損失pj=0.5×105Pa，則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失分別為p1=p1+p1+pj1=3.5+1.218+0.233+0.336+0.3×105Pa=5.587×105Pap2=p2+p2+pj2=3.98+1.38+0.3+0.5×105Pa=6.16×105Pa工作缸快退時(shí)的工作壓力為p1=F+p2A1A2=879.5+5.47×105×3.11×10-32.74×10-3=9.98

24、5×105Pa這樣，快退時(shí)泵的工作壓力為pp=p1+p1=9.985+5.58×105=15.572×105Pa1.56MPa<2.396MPa根據(jù)計(jì)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(shuō)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(shí)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(jì)手冊(cè)（M）.機(jī)械工業(yè)出版社，1991.9 2 黎啟柏主編. 液壓元件手冊(cè)（M）.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1 3 于治明主編. 液壓傳動(dòng)（M）