液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、攀 枝 花 學(xué) 院學(xué)生課程設(shè)計說明書題 目： 液壓傳動課程設(shè)計 小型液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 所在院系： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 指導(dǎo)教師： 職稱： 攀枝花學(xué)院教務(wù)處制攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計任務(wù)書題目小型液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計1、課程設(shè)計的目的學(xué)生在完成液壓傳動與控制課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，運用所學(xué)的液壓基本知識，根據(jù)液壓元件，各種液壓回路的基本原理，獨立完成液壓回路設(shè)計任務(wù)；從而使學(xué)生在完成液壓回路設(shè)計的過程中，強化對液壓元器件性能的掌握，理解不同回路在系統(tǒng)中的各自作用。能夠?qū)W(xué)生起到加深液壓傳動理論的掌握和強化實際應(yīng)用能力的鍛煉。2、課程設(shè)計的內(nèi)

2、容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）設(shè)計一臺小型液壓機的液壓系統(tǒng)，要求實現(xiàn)快速空程下行慢速加壓保壓快速回程停止的工作循環(huán)?？焖偻邓俣葹?.6m/min,加壓速度為=70mm/min,壓制力為F320000N，運動部件總重量為G40000N?？焖傩谐?80mm: ；慢事行程：20mm ，起動時間為0.2s。3、主要參考文獻1 成大先. 機械設(shè)計手冊M。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.2 李壯云. 中國機械設(shè)計大典M。南昌:：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.13 王文斌. 機械設(shè)計手冊M 。北京：機械工業(yè)出版社，2004.84 雷天覺. 液壓工程手冊。北京。機械工業(yè)出版社。19904、課

3、程設(shè)計工作進度計劃內(nèi)容學(xué)時明確主機對液壓系統(tǒng)的要求，進行工作過程分析4初步確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，進行工況分析和負(fù)載圖的編制14確定液壓系統(tǒng)的方案，擬定液壓系統(tǒng)圖4確定液壓系統(tǒng)零件的類型，并選擇相應(yīng)的液壓元件，確定輔助裝置4液壓系統(tǒng)的性能運算2集成塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制圖及編制技術(shù)文件12合計1周指導(dǎo)教師（簽字）日期年 月 日教研室意見：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受任務(wù)時間： 年 月 日注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。課程設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師成績評定表題目名稱小型液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項紀(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)實踐、調(diào)研7通過

4、實驗、試驗、查閱文獻、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與課程設(shè)計有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運用知識的能力10能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻的能力5能獨立查閱相關(guān)文獻和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設(shè)計（實驗）能力，方案的設(shè)計能力5能正確設(shè)計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應(yīng)用能力5具有較強的數(shù)據(jù)運算與處理能力；能運用計算機進行資料搜

5、集、加工、處理和輔助設(shè)計等。08對計算或?qū)嶒灲Y(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟分析能力）10具有較強的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。成績指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師簽名： 年月日摘 要液壓機是一種用靜壓來加工金屬、塑料、橡膠、粉末制品的機械，在許多工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用。液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計在現(xiàn)代機械的設(shè)計工作中

6、占有重要的地位。液體傳動是以液體為工作介質(zhì)進行能量傳遞和控制的一種傳動系統(tǒng)。本文利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓傳動系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格。確保其實現(xiàn)快速下行、慢速加壓、保壓、快速回程、停止的工作循環(huán)。關(guān)鍵詞： 液壓機、課程設(shè)計、液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計AbstractHydraulic machine is a kind of static pressure to the processing of metal, plastic, rubber, the powder product of machinery, in many in

7、dustrial department a wide range of applications. The design of the hydraulic drive system in modern mechanical design work occupies an important position. Transmission fluid is the liquid medium for the work carried out energy transfer and control of a transmission system.This paper using hydraulic

8、 transmission to the basic principle of drawing up a reasonable hydraulic system map ,and then after necessary calculation to determine the liquid pressure system parameters , Then according to the parameters to choose hydraulic components specification. To ensure the realization of the fast down, s

9、low pressure, pressure maintaining, rapid return, stop work cycle. Key words: hydraulic machine, course design, hydraulic transmission system design. 目錄摘 要IAbstractII1 任務(wù)分析11.1技術(shù)要求11.2任務(wù)分析12 方案的確定22.1運動情況分析23 工況分析33.1工作負(fù)載33.2 摩擦負(fù)載33.3 慣性負(fù)載33.4 自重33.5 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值34 負(fù)載圖和速度圖55 液壓缸主要參數(shù)的確定65.1 液壓缸主要尺寸的

10、確定65.2 計算在各工作階段液壓缸所需的流量66 液壓系統(tǒng)圖96.1 液壓系統(tǒng)圖分析96.2 液壓系統(tǒng)原理圖97 液壓元件的選擇117.1液壓泵的選擇117.2 閥類元件及輔助元件117.3油箱的容積計算128 液壓系統(tǒng)性能的運算138.1 壓力損失和調(diào)定壓力的確定138.2 油液溫升的計算148.3 散熱量的計算15結(jié)論17參考文獻181 任務(wù)分析1.1技術(shù)要求 設(shè)計一臺小型液壓壓力機的液壓系統(tǒng)，要求實現(xiàn)快速空程下行慢速加壓保壓快速回程停止的工作循環(huán)，快速往返速度為=5.6 m/min，加壓速度 =70mm/min, 其往復(fù)運動和加速（減速）時間t=0.02s，壓制力為320000N，運動

11、部件總重為40000N,工作行程400mm, （快進380mm，工進20mm）, 靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動摩擦系數(shù)fd=0.1油缸垂直安裝，設(shè)計該壓力機的液壓系統(tǒng)傳動。 1.2任務(wù)分析 根據(jù)滑塊重量為40000N ，為了防止滑塊受重力下滑，可用液壓方式平衡滑塊重量。設(shè)計液壓缸的啟動、制動時間為=0.2s 。液壓機滑塊上下為直線往復(fù)運動，且行程較?。?00mm）,故可選單桿液壓缸作執(zhí)行器,且液壓缸的機械效率 。因為液壓機的工作循環(huán)為快速下降、慢速加壓、保壓、快速回程四個階段。各個階段的轉(zhuǎn)換由一個三位四通的換向閥和一個二位二通的換向閥控制。當(dāng)三位四通換向閥工作在左位時實現(xiàn)快速回程。中位時實現(xiàn)液壓

12、泵的卸荷，亦即液壓機保壓。工作在右位時實現(xiàn)液壓泵的快進和工進。其工進速度由一個調(diào)速閥來控制?？爝M和工進之間的轉(zhuǎn)換由二位二通換向閥控制。液壓機快速下降時，要求其速度較快，減少空行程時間，液壓泵采用全壓式供油，且采用差動連接。由于液壓機壓力比較大，所以此時進油腔的壓力比較大，所以在由保壓到快速回程階段須要一個節(jié)流閥，以防在高壓沖擊液壓元件，并可使油路卸荷平穩(wěn)。為了對油路壓力進行監(jiān)控，在液壓泵出口安裝一個溢流閥，同時也對系統(tǒng)起過載保護作用。因為滑塊受自身重力作用，滑塊要產(chǎn)生下滑運動。所以油路要設(shè)計一個單向閥，以構(gòu)成一個平衡回路，產(chǎn)生一定大小的背壓力，同時也使工進過程平穩(wěn)。在液壓力泵的出油口設(shè)計一個單

13、向閥，可防止油壓對液壓泵的沖擊，對泵起到保護作用。2 方案的確定2.1運動情況分析由液壓機的工作情況來看，其外負(fù)載和工作速度隨著時間是不斷變化的。所以設(shè)計液壓回路時必須滿足隨負(fù)載和執(zhí)行元件的速度不斷變化的要求。因此可以選用變壓式節(jié)流調(diào)速回路和容積式調(diào)速回路兩種方式。變壓式節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速的工作原理，是通過改變回路中流量控制元件通流面積的大小來控制流入執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量來調(diào)節(jié)其速度。變壓式節(jié)流調(diào)速的工作壓力隨負(fù)載而變，節(jié)流閥調(diào)節(jié)排回油箱的流量，從而對流入液壓缸的的流量進行控制。其缺點：液壓泵的損失對液壓缸的工作速度有很大的影響。其機械特性較軟，當(dāng)負(fù)載增大到某值時候，活塞會停止運動

14、，低速時泵承載能力很差，變載下的運動平穩(wěn)性都比較差，可使用比例閥、伺服閥等來調(diào)節(jié)其性能，但裝置復(fù)雜、價格較貴。優(yōu)點：在主油箱內(nèi)，節(jié)流損失和發(fā)熱量都比較小，且效率較高。宜在速度高、負(fù)載較大，負(fù)載變化不大、對平穩(wěn)性要求不高的場合。容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路的工作原理是通過改變回路中變量泵或馬達的排量來改變執(zhí)行元件的運動速度。優(yōu)點：在此回路中，液壓泵輸出的油液直接進入執(zhí)行元件中，沒有溢流損失和節(jié)流損失，而且工作壓力隨負(fù)載的變化而變化，因此效率高、發(fā)熱量小。當(dāng)加大液壓缸的有效工作面積，減小泵的泄露，都可以提高回路的速度剛性。 綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點比較，泵缸開式容積調(diào)速回路和變壓式節(jié)流調(diào)回路相比較，其

15、速度剛性和承載能力都比較好，調(diào)速范圍也比較寬工作效率更高，發(fā)熱卻是最小的?？紤]到最大壓制力為320000N，故選泵缸開式容積調(diào)速回路。3 工況分析3.1工作負(fù)載工件的壓制抗力即為工作負(fù)載：Fw=320000N3.2 摩擦負(fù)載 靜摩擦阻力： =0.2x40000=8000N 動摩擦阻力： =0.1X40000=4000N3.3 慣性負(fù)載Fm=ma=40000/10X5.6/(0.02X60)=18667N3.4 自重G=mg=40000N3.5 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值其中液壓缸采用V型密封圈，其機械效率。另外取液壓缸的背壓負(fù)載40000N。則液壓系統(tǒng)工作循環(huán)各階段的外負(fù)載見表3-1。表3-1

16、 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工況負(fù)載值推力啟動F=-G+=8000N8791加速F=-G+Fm=22667N24909快進F=-G+=4000N4396工進F=-G+Fw=324000N356044快退F=G+-=4000N43964 負(fù)載圖和速度圖負(fù)載圖和速度圖繪制如圖4-1與4-2所示 圖4-1 負(fù)載圖 圖4-2 速度圖5 液壓缸主要參數(shù)的確定5.1 液壓缸主要尺寸的確定（1）工作壓力P的確定：工作壓力P可根據(jù)負(fù)載大小及機器的類型，來初步確定由手冊查表取液壓缸工作壓力為25MPa。將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到缸下行時，滑塊自重采用液壓方式平衡，則可計算出液壓缸無桿腔的有效面積，取液壓缸

17、的機械效率cm=0.91。（2）計算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為356044N，取d/D=0.7=0.0157D=0.141m按GB/T2348-1993，取標(biāo)準(zhǔn)值D=150mmd=0.7D=105mm由此求得液壓缸的實際有效工作面積則：無桿腔實際有效面積：=17671有桿腔實際有效面積：=90125.2 計算在各工作階段液壓缸所需的流量快進：Q=98.96L/min工進：Q= =1.24L/min快退：Q= =50.47L/min液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力和流量計算見表5-1。表5-1 液壓缸工作循環(huán)各階段的壓力、流量工作階段負(fù)載F工作腔壓力MPa輸入流量L/min

18、快進啟動87910.49加速249091.38快進43960.2798.96工進35604419.781.24保壓35604419.78快退啟動87910.98加速249092.77恒速43960.4950.47根據(jù)Ppq可得液壓缸在工作循環(huán)中各階段的功率，其結(jié)果如表5-2所示。表5-2 液壓缸各工作循環(huán)中各階段的功率工作階段工率W快進452工進410快退410按以上數(shù)據(jù)可繪制液壓缸的工況圖如圖5-1所示。 圖5-1 工況圖6 液壓系統(tǒng)圖6.1 液壓系統(tǒng)圖分析（1）考慮到液壓機工作時所需功率較大，固采用變量泵的容積調(diào)速方式。（2）為了滿足速度的有極變化，采用壓力補償變量液壓泵供油，即在快速下降

19、的時候，液壓泵以全流量供油。當(dāng)轉(zhuǎn)化成慢速加壓壓制時，泵的流量減小，最后流量為0。（3）當(dāng)液壓缸反向回程時，泵的流量恢復(fù)為全流量供油。液壓缸的運動方向采用三位四通M型電磁換向閥和二位二通電磁換向閥控制。停機時三位四通換向閥處于中位，使液壓泵卸荷。（4）為了防止壓力頭在工作過程中因自重而出現(xiàn)自動下降的現(xiàn)象，在液壓缸有桿腔回路上設(shè)置一個單向閥。（5）為了實現(xiàn)快速空程下行和慢速加壓，此液壓機液壓系統(tǒng)采用差動連接的調(diào)速回路。（6）為了使液壓缸下降過程中壓力頭由于自重使下降速度越來越快，在三位四通換向閥處于左位時，回油路口應(yīng)設(shè)置一個順序閥作背壓閥使回油路有壓力而不至于使速度失控。（7）為了實現(xiàn)自動控制，在

20、液壓缸的活塞桿運動方向上安裝了三個接近開關(guān)，使液壓系統(tǒng)能夠自動切換工作狀態(tài)。（8）為了使系統(tǒng)工作時壓力恒定，在泵的出口設(shè)置一個溢流閥，來調(diào)定系統(tǒng)壓力。 6.2 液壓系統(tǒng)原理圖綜上分析可得小型液壓機液壓系統(tǒng)原理如圖6-1所示。圖6-1 液壓機液壓系統(tǒng)原理圖1-變量泵 2-溢流閥 3-油箱 4-單向閥5-三位四通電磁換向閥 6-單向順序閥 7-液壓缸8-過濾器 9-調(diào)速閥 10-二位二通電磁換向閥 7 液壓元件的選擇7.1液壓泵的選擇由液壓缸的工況圖，可以看出液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在加壓壓制階段時P19.78MPa ，此時液壓缸的輸入流量極小，且進油路元件較少故泵到液壓缸的進油壓力損失估計取為=

21、0.5MPa 。所以泵的最高工作壓力=19.78+0.5=20.28MPa 。液壓泵的最大供油量 按液壓缸最大輸入流量（98.96L/min）計算，取泄漏系數(shù)K=1.1,則=108L/min。根據(jù)以上計算結(jié)果查閱機械設(shè)計手冊，選用63YCY141B壓力補償變量型軸向柱塞泵，其額定壓力P=25MPa，排量為V=80mL/r,當(dāng)轉(zhuǎn)速為1500r/min。 由于液壓缸在工進時輸入功率最大，這時液壓缸的工作壓力為20.28MPa，流量為1.24L/min ,取泵的總效率=0.85，則液壓泵的驅(qū)動電機所要的功率 =540W，根據(jù)此數(shù)據(jù)按JB/T8680.1-1998，選取Y2-711-4型電動機，其額定

22、功率P=550W ，額定轉(zhuǎn)速n=1500r/min,按所選電動機的轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，液壓泵最大理論流量nV=120L/min ，大于計算所需的流量108L/min，滿足使用要求。7.2 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該元件的最大實際流量可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格，結(jié)果見表7-1。 表7-1 液壓元件的型號及規(guī)格序號元件名稱額定壓力/Pa排量ml/r型號及規(guī)格說明1變量泵258063YCY141B額定轉(zhuǎn)速3000r/min驅(qū)動電機功率為550W2溢流閥調(diào)壓2512C175通徑20mm3三位四通換向閥28160WEH10G通徑20mm4順序閥最大工作壓力

23、32MPa160HCT06L1 (單向行程調(diào)速閥)5調(diào)速閥28160FBG-3-125-106單向閥開啟0.15MPa最大200S20A220通徑20mm7二位二通換向閥281602WE10D10通徑20mm7.3油箱的容積計算容量V (單位為L)計算按教材式(7-8) : ，由于液壓機是高壓系統(tǒng)，。 所以油箱的容量：=692.72L 取V700L8 液壓系統(tǒng)性能的運算8.1 壓力損失和調(diào)定壓力的確定 （1）進油管中的壓力損失由上述計算可知，工進時油液流動速度較小，通過的流量為1.24L/min,主要壓力損失為閥件兩端的壓降可以省略不計?？爝M時液壓桿的速度=5.6m/min，此時油液在進油管的

24、速度V=4.34m/s1）沿程壓力損失：沿程壓力損失首先要判斷管中的流動狀態(tài)，此系統(tǒng)采用N32號液壓油，室溫為20度時，所以有=954.8<2320油液在管中的流動狀態(tài)為層流，則阻力損失系數(shù)=0.079，若取進油和回油的管路長均為4m，油液的密度為=900，則進油路上的沿程壓力損失為=0.122MPa.2）局部壓力損失： 局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過液壓閥的局部壓力損失，由于管道安裝和管接頭的壓力損失一般取沿程壓力損失的10%，而通過液壓閥的局部壓力損失則與通過閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失分別為，則當(dāng)通過閥的流量為q時的閥的壓力損失，由算得=0.19

25、MPa小于原估算值0.5MPa,所以是安全的。則進油路上的壓力總損失為：0.122+0.0122+0.190.3242MPa（2）回油管路上的壓力損失：快進時回油路上的流量50.47L/min，則回油管路中的速度v=1.2m/s，由此可以計算出=360<2320，油液在管中的流動狀態(tài)為層流，則阻力損失系數(shù)0.208,所以回油路上的沿程壓力損失為0.02MPa。而通過液壓閥的局部壓力損失：0.05MPa則回油路上的壓力總損失為：0.02+0.002+0.05=0.072MPa由上面的計算所得求出總的壓力損失：=0.36MPa這與估算值相符。8.2 油液溫升的計算在整個工作循環(huán)中，工進和快進

26、快退所占的時間相差不大，所以，系統(tǒng)的發(fā)熱和油液溫升可用一個循環(huán)的情況來計算。（1）快進時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量快進時液壓缸的有效功率為：374W泵的輸出功率為：=524W因此快進液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為: =150W（2） 快退時液壓缸的發(fā)熱量快退時液壓缸的有效功率為：=374W泵的輸出功率為：=485W快退時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為：=111W（3）壓制時液壓缸的發(fā)熱量壓制時液壓缸的有效功率為：=378W泵的輸出功率=481W因此壓制時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為：=103W總的發(fā)熱量為:H=150+111+103=364W則求出油液溫升近似值為：=6.7溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不需要設(shè)置冷卻器。8.3 散熱量的計算當(dāng)忽略系統(tǒng)中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱時，顯然系統(tǒng)的總發(fā)熱功率H全部由油箱來考慮。這時油箱散熱面積A的計算公式為式中 A油箱的散熱面積（）H油箱需要的散熱功率（W） 油溫（一般以考慮）與周圍環(huán)境溫度的溫差 K散熱系數(shù)。與油箱周圍通風(fēng)條件的好壞而不同，通風(fēng)很差時K=89，良好時K=1517.5；風(fēng)扇強行冷