上料機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要現(xiàn)代機(jī)械一般多是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個(gè)綜合體。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中占有重要的地位。因此，液壓傳動(dòng)課程是工科機(jī)械類各專業(yè)都開設(shè)的一門重要課程。它既是一門理論課，也與生產(chǎn)實(shí)際有著密切的聯(lián)系。為了學(xué)好這樣一門重要課程，除了在教學(xué)中系統(tǒng)講授以外，還應(yīng)設(shè)置課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，掌握液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技能和方法。液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的目的主要有以下幾點(diǎn)： 1、綜合運(yùn)用液壓傳動(dòng)課程及其他有關(guān)先修課程的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際只是，進(jìn)行液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)踐，是理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐機(jī)密結(jié)合起來(lái)，從而使這些知識(shí)得到進(jìn)一步的鞏固、加深提高和擴(kuò)展。 2、在設(shè)計(jì)實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握通用液壓元件，尤其是各類標(biāo)準(zhǔn)元件的選用原則和回路的組合方法，培養(yǎng)設(shè)計(jì)技能，提高學(xué)生分析和嫁接生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力，為今后的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。3、通過(guò)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)在計(jì)算、繪圖、運(yùn)用和熟悉設(shè)計(jì)資料（包括設(shè)計(jì)手冊(cè)、產(chǎn)品樣本、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）以及進(jìn)行估算方面得到實(shí)際訓(xùn)練。目 錄1任務(wù)分析1 1.1系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)成12方案選擇2 2.1方案的擬定2 2.2方案的確定2 3總體設(shè)計(jì)3 3.1 負(fù)載分析33.1.1工作負(fù)載 3 3.1.2摩擦負(fù)載 3 3.1.3 慣性負(fù)載 33.2 速度負(fù)載圖 43.3 主要參數(shù)的確定5 3.3.1工作壓力 53.3.2 液壓缸尺寸 53.3.3 活塞桿穩(wěn)定性 53.3.4 液壓缸最大流量 53.3.5 工況圖 63.3.6 其他參數(shù) 7 3.4 液壓系統(tǒng)圖的擬訂8 3.5 液壓元件的選擇103.5.1液壓泵和電機(jī)的選擇 103.5.2 閥類元件及輔助元件的選擇 10 3.6液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 123.6.1壓力損失的確定 123.6.2 系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升 14參考文獻(xiàn)151 任務(wù)分析1.1 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)成機(jī)構(gòu)不斷地將材料從低的位置運(yùn)到高的位置，然后又回到起始位置重復(fù)上一次的運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，滑臺(tái)采用V形導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面的夾角為90度，滑臺(tái)與導(dǎo)軌的最大間隙為2mm，工作臺(tái)和活塞桿連在一起，在活塞桿的作用下反復(fù)做上下運(yùn)動(dòng)。圖1.1 上料機(jī)構(gòu)示意圖2 任務(wù)分析 系統(tǒng)總共承受的負(fù)載為6500N，所以系統(tǒng)負(fù)載很小，應(yīng)屬于低壓系統(tǒng)。系統(tǒng)要求快上速度大于38m/min,慢上的速度大于9m/min,快下的速度大于58m/min，要完成的工作循環(huán)是：快進(jìn)上升、慢速上升、停留、快速下降。但從系統(tǒng)的用途可以看出系統(tǒng)對(duì)速度的精度要求并不高，所以在選調(diào)速回路時(shí)應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性要求。 2 方案選擇2.1 方案的擬定2.11供油方式 從系統(tǒng)速度相差很大可知，該系統(tǒng)在快上和慢上時(shí)流量變化很大，因此可以選用變量泵或雙泵供油。2.12調(diào)速回路 由于速度變化大，所以系統(tǒng)功率變化也大，可以選容積調(diào)速回路或雙泵供油回路。2.13速度換接回路 由于系統(tǒng)各階段對(duì)換接的位置要求不高，所以采用由行程開關(guān)發(fā)訊控制二位二通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的換接。2.14平衡及鎖緊 為了克服滑臺(tái)自重在快下過(guò)程中的影響和防止在上端停留時(shí)重物下落，必需設(shè)置平衡及鎖緊回路。根據(jù)上述分析，至少有兩種方案可以滿足系統(tǒng)要求。（1） 用變量泵供油和容積調(diào)速回路調(diào)速，速度換接用二位二通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，平衡和鎖緊用液控單向閥和單向背壓閥。系統(tǒng)的機(jī)械特性、調(diào)速特性很好，功率損失較小，但是系統(tǒng)價(jià)格較貴。（2） 用雙泵供油，調(diào)速回路選節(jié)流調(diào)速回路，平衡及鎖緊用液控單向閥和單向背壓閥實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的機(jī)械特性、調(diào)速特性不及第一種方案，但其經(jīng)濟(jì)性很好，系統(tǒng)效率高。2.2方案的確定綜上所述，考慮到系統(tǒng)的流量很大，變量泵不好選，第二種方案的經(jīng)濟(jì)性好，系統(tǒng)效率高，因此從提高系統(tǒng)的效率，節(jié)省能源的角度考慮，采用單個(gè)定量泵的、供油方式不太適，宜選用雙聯(lián)式定量葉片泵作為油源，所以選第二種方案。3 總體設(shè)計(jì)3.1 負(fù)載分析3.1.1 工作負(fù)載 3.1.2 磨擦負(fù)載由于工件為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo)軌的載荷可由其間隙和結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)公式計(jì)算出滑臺(tái)垂直作用于導(dǎo)軌的壓力約為120N，取則有：靜摩擦負(fù)載 動(dòng)磨擦負(fù)載 3.1.3、慣性負(fù)載加速 減速 制動(dòng) 反向加速 反向制動(dòng) 根據(jù)以上計(jì)算，考慮到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路。因此在對(duì)快速向下運(yùn)動(dòng)的負(fù)載分析時(shí)，就不考慮滑臺(tái)2的重量。則液壓缸各階段中的負(fù)載如表3.1所示（）。表3.1 液壓缸各階段負(fù)載工況計(jì)算公式總負(fù)載 F/N缸推力 F/N啟 動(dòng)6533.947180.15加 速7445.548181.91快 上6516.977161.51減 速5764.836334.98慢 上6516.977161.51制 動(dòng)6340.546536.63反向加速1476.151521.80快 下16.9718.65制 動(dòng)1442.211584.853.2 負(fù)載圖和速度圖的繪制按照前面的負(fù)載分析結(jié)果及已知的速度要求、行程限制等，繪制出負(fù)載圖及速度圖如圖3.1所示。圖3.1 液壓缸各階段負(fù)載和速度3.3液壓缸主要參數(shù)的確定 3.3.1、初選液壓缸的工作壓力根據(jù)分析此設(shè)備的負(fù)載不大，按類型屬機(jī)床類，所以初選液壓缸的工作壓力為2.0MPa1.3.2計(jì)算液壓缸的尺寸按標(biāo)準(zhǔn)?。?0mm。根據(jù)快上和快下的速度比值來(lái)確定活塞桿的直徑：按標(biāo)準(zhǔn)取：45mm。所以液壓缸的有效作用面積為：無(wú)桿腔面積 有桿腔面積 3.3.3、活塞桿穩(wěn)定性校核因?yàn)榛钊麠U總行程為450mm，而且活塞桿直徑45 mm，= =10 =10,不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。3.3.4、求液壓缸的最大流量3.3.5、繪制工況圖工作循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力、流量和功率如表3.2所示表3.2工作循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力、流量和功率工況壓力流量功率P/W快上163211.005013.06慢上16340.91952.48快下00054226.7820.51由此表繪出液壓缸的工況圖，如圖3.2所示。鋼筒壁及法蘭的材料選45鋼，活塞桿材料選Q235。液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d都已在前面的計(jì)算中算出，分別為80mm和45mm。 圖3.2系統(tǒng)工況圖3.3.6 液壓缸其它參數(shù)的選擇（1）活塞的最大行程L已由要求給定為450mm。（2）小導(dǎo)向長(zhǎng)度 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保留有一最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一般的液壓缸，當(dāng)液壓缸的最大行程為L(zhǎng)，缸筒直徑為D時(shí)，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為： 所以取。（3）活塞的寬度的確定 取B=0.7D=56mm（4）活塞桿長(zhǎng)度的確定活塞桿的長(zhǎng)度活塞桿的長(zhǎng)度應(yīng)大于最大工作行程、導(dǎo)向長(zhǎng)度、缸頭、缸蓋四者長(zhǎng)度之和。既L+H+=450+95+78+32=655mm.但是為了使其能夠工作，必須和工作臺(tái)連接，所以還應(yīng)支出一部分。考慮實(shí)際工作環(huán)境和連接的需要，取這部分長(zhǎng)度為50mm.所以液壓缸的總長(zhǎng)=655+50=705mm.3.4液壓系統(tǒng)圖的擬定液壓系統(tǒng)圖的擬定，主要是考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：3.4.1、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。在慢上時(shí)所需的流量較小，因此從提高系統(tǒng)的效率，節(jié)省能源的角度考慮，采用單個(gè)定量泵的供油是不合適的，宜選用雙聯(lián)式定量葉片泵作為油源。3.4.2、調(diào)速回路 由工況圖可知，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)速回路。3.4.3、調(diào)速換接回路 由于快上和慢上之間速度需要換接，但對(duì)換接的位置要求不高，所以采用由行程開關(guān)發(fā)訊控制二位二通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的換接。3.4.4、平衡及鎖緊 為防止在上端停留時(shí)重物下落和在停留斯間內(nèi)保持重物的位置，特在液壓缸的下腔（無(wú)桿腔）進(jìn)油路上設(shè)置了液控單向閥；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)置一單向背壓閥。 本液壓系統(tǒng)的換向閥采用三位四通Y型中位機(jī)能的電磁換向閥。擬定系統(tǒng)如圖3.3：系統(tǒng)工作過(guò)程：快上時(shí)，電磁閥2有電，兩泵同時(shí)工作，液壓油經(jīng)過(guò)電換向閥6、液控單向閥7、背壓閥8，流入無(wú)桿腔，再經(jīng)過(guò)單向電磁閥9、換向閥6回油箱。慢上時(shí)，活塞走到420mm處，壓下行程開關(guān)，行程閥3，4換接，同時(shí)使電磁3有電，大流量泵經(jīng)過(guò)它卸荷，只有小流量泵供油，調(diào)速閥10調(diào)節(jié)回油。工作太速度下降?？煜聲r(shí)，行程閥復(fù)位，電磁閥1有電，雙泵同時(shí)供油，經(jīng)過(guò)換向閥6（左位）、調(diào)速閥10、背壓閥8、液控單向閥7、換向閥6回到油箱。 圖3.3液壓系統(tǒng)原理圖3.5 液壓元件的選擇3.5.1確定液壓泵的型號(hào)及電機(jī)功率液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為1.63MPa，由于該系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，所以取其壓力損失0.4MPa，所以液壓泵的工作壓力為兩個(gè)液壓泵同時(shí)向系統(tǒng)供油時(shí)，若回路中的泄漏按10%計(jì)算，則兩個(gè)泵總流為，慢進(jìn)時(shí)液壓缸所需流量為40.19L/min，所以，高壓泵的輸出流量為44.209L/min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，選用RV2R34的雙聯(lián)葉片泵，前泵輸出流量47ml/r, 后泵輸出流量200ml/r，額定壓力為14MPa，容積效率0.9總效率0.8，所以驅(qū)動(dòng)該泵的電動(dòng)機(jī)的功率可由泵的工作壓力(2.03MPa)和輸出流量(970r/min) 求出：查看電機(jī)產(chǎn)品目錄、擬選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y160L-6,功率為11000W，額定轉(zhuǎn)速為970r/min。3.5.2、選擇閥類元件及輔助元件根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類元件和輔助元件的流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格如表3.3所示油管的確定：可按公式：快退時(shí)候流量最大為226.78l/min,V取10m/s計(jì)算 =0.022m本油路系統(tǒng)中出油口采用內(nèi)徑為25mm，外徑為34mm的紫銅。表3.3 元件的型號(hào)及規(guī)格序號(hào)名稱通過(guò)流量根據(jù)流量選擇型號(hào)及規(guī)格1濾油器400XUA4030FS2雙聯(lián)葉片泵44.209/195.249PV2R24（47/200）3單向閥200CIT-10-35-504行程閥（二位二通）20022EF3-E10B5溢流閥144.43Y2-Ha32L6三位四通電液換向閥239.458H-1WEH7液控單向閥239.458CT1-10B8單向順序閥239.458AXF3-20B9二位二通電磁換向閥22EF3-E10B10單向調(diào)速閥239.458MSA30EF25011電動(dòng)機(jī)Y90S-6油箱：油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計(jì)算，取其體積V=（24），即取V=3247=741 L取800L油箱的三個(gè)邊長(zhǎng)在1：1：11：2：3范圍內(nèi)，設(shè)定油箱可以設(shè)計(jì)為L(zhǎng)=1100mm,D=910mm,H=800mm。由于油箱選擇容量時(shí)系數(shù)偏大，就把油箱壁厚包括在以上的計(jì)算出的長(zhǎng)度中。 油箱容量大于400ml，壁厚取5mm，油箱底部厚度取8MM，箱蓋應(yīng)為壁厚的3倍，取15mm。為了增加油液的循環(huán)距離，使油液有足夠的時(shí)間分離氣泡，沉淀雜質(zhì)，消散熱量，所以吸油管和回油管相距較遠(yuǎn)，并且中間用隔板隔開，油箱底應(yīng)微微傾斜以便清洗。由于油箱基本裝滿油，隔板高取液面高的3/4，取為600mm.其他油箱輔助元件和油箱結(jié)構(gòu)見(jiàn)油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)零件圖 3.6 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算3.6.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定根據(jù)計(jì)算慢上時(shí)管道內(nèi)的油液流動(dòng)速度約為0.50m/s，通過(guò)的流量為1.5L/min，數(shù)值較小，主要壓力損失為調(diào)整閥兩端的壓降；此時(shí)功率損失最大；而在快下時(shí)滑臺(tái)及活塞組件的重量由背壓閥所平衡，系統(tǒng)工作壓力很低，所以不必驗(yàn)算。所以有快進(jìn)做依據(jù)來(lái)計(jì)算卸荷閥和溢流閥的調(diào)定壓力，由于供油流量的變化，快進(jìn)時(shí)液壓缸的速度為此時(shí)油液在進(jìn)油管中的流速為（1）沿程壓力損失 首先要判別管中的流態(tài)，設(shè)系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為20時(shí)，動(dòng)力粘度，所以有：，管中為層流，則阻力損失系數(shù)，若取進(jìn)、回油管長(zhǎng)度均為2m，油液的密度為，則其進(jìn)油路上的沿程壓力損失為（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(guò)液壓閥的局部壓力損失，前者視管道具體安裝結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10；而后者則與通過(guò)閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失為和，則當(dāng)通過(guò)閥的流量為q時(shí)的閥的壓力損失式為因?yàn)?5mm通徑的閥的額定流量為260L/min，所以通過(guò)整個(gè)閥的壓力相比14MPa很小，且可以忽略不計(jì)。同理，快上時(shí)回油路上的流量，則回油路油管中的流速。由此可計(jì)算出（層流），,所以回油路上沿程壓力損失為:(3）總的壓力損失 同上面的計(jì)算所得可求出 （4）壓力閥的調(diào)定值溢流閥的調(diào)節(jié)器定壓力應(yīng)大于壓力0.30.6MPa，所以取溢流閥定壓力為2.3MPa背壓閥的調(diào)定壓力以平衡滑臺(tái)自重為根據(jù)，即, 取。3.6.2、系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升根據(jù)以上的計(jì)算可知，在快上時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸入功率為；慢上時(shí)的電動(dòng)機(jī)輸入功率為；而快上時(shí)其有用功率為；慢上時(shí)的有效功率為1091.83W；所以慢上時(shí)的功率損失為1026.51W，略小于快上時(shí)的功率損失713.05W，現(xiàn)以較大的值來(lái)校核其熱平衡，求出發(fā)熱溫升。油箱的三個(gè)邊長(zhǎng)在1：1：11：2：3范圍內(nèi)，則散熱面積為假設(shè)通風(fēng)良好，取，由于升降臺(tái)在上升后有時(shí)間停留，在快下后也有上料上時(shí)間要停留，綜合考濾取其工作時(shí)理論的油溫升的1/4作油箱的溫升，所以油液的溫升為室溫為20，熱平衡溫度為28.7565，沒(méi)有超出允許范圍。系統(tǒng)合格。 參考文獻(xiàn) 1機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第2、4卷機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編著 3版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.82、液壓傳動(dòng)2版北京機(jī)械工業(yè)出版社3、液壓氣壓傳動(dòng)3版北京機(jī)械工業(yè)出版社，2007.14、材料力學(xué)（）/單輝祖編著北京：高等教育出版社，1999（2004重?。?、雷天覺(jué)主編液壓工程手冊(cè)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19906、陸元章主編現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備手冊(cè)（2）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996