液壓與氣壓傳動課程設(shè)計姓 名：廖聰學(xué) 號：2015143227層 次：本科專 業(yè)：機(jī)械電子工程班 級：15機(jī)電2班指導(dǎo)教師：劉方方 2017年12月目錄任務(wù)書1一、 明確系統(tǒng)設(shè)計的要求，進(jìn)行工況分析21.1 明確系統(tǒng)設(shè)計的要求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 計算液壓缸主要參數(shù)52.3 各工作階段的時間計算52.4 計算液壓缸流量、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、 計算與選擇液壓元件104.1 確定液壓泵的型號及電動機(jī)功率104.2 選擇閥類元件及輔助元件11五、 驗算液壓系統(tǒng)的主要性能125.1 壓力損失驗算125.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗算14參考文獻(xiàn)15設(shè)計心得16任務(wù)書設(shè)計一臺上料機(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循環(huán)。采用90V型導(dǎo)軌，垂直于導(dǎo)軌的壓緊力為60N，啟動、制動時間均為0.5s，液壓缸的機(jī)械效率為0.9。設(shè)計原始數(shù)據(jù)如下表所示。滑臺自重（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請完成以下工作：1、進(jìn)行工況分析，繪制工況圖。2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖（A4）。3、計算液壓系統(tǒng)，選擇合適的液壓元件。4、編寫液壓課程設(shè)計說明書。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)計的要求，進(jìn)行工況分析1.1 明確系統(tǒng)設(shè)計的要求上料機(jī)是由通用部件和部分專用部件組成的高效、專用、自動化程度較高的機(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” 的半自動循環(huán)。工作循環(huán)擬采用液壓傳動方式來實現(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)動分析根據(jù)各執(zhí)行在一個工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度，繪制其循環(huán)圖，如圖1.1所示：圖1.1 上料機(jī)動作循環(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，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=0.260sin45=16.97N動摩擦負(fù)載： Ffd=fdFNsin45=0.160sin45=8.49Nc）慣性負(fù)載Fa 慣性負(fù)載為運(yùn)動部件在起動和制動的過程中可按F=ma=Ggvt計算。以下合力只代表大小。加速Fa1=Ggvt=53009.80.040.5=43.27N減速Fa2=Ggvt=53009.80.030.5=32.45N制動Fa3=Ggvt=53009.80.010.5=10.82N反向加速Fa4=Ggvt=8009.80.0450.5=7.35N反向制動Fa5=Ggvt=8009.80.0450.5=7.35Nd）各階段總負(fù)載F 計算液壓缸各階段中的總負(fù)載F和液壓缸推力F ?？紤]密封等阻力，取m=0.9，則F=F，計算結(jié)果見表1.1所示。表1.1 液壓缸各中的負(fù)載工況計算公式總負(fù)載F（N）缸推力F（N）起動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，繪制出速度時間和負(fù)載時間圖（如圖1.2所示）圖1.2 液壓缸的速度時間和負(fù)載時間圖二、 確定液壓缸主要參數(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)載計算，按上表初定液壓缸工作壓力p=1.6MPa。2.2 計算液壓缸主要參數(shù)按最大負(fù)載Fmax計算缸筒面積A得A=Fmaxp=5946.41.5106=3.71610-3m2計算缸筒內(nèi)徑D得D=4A=43.9610-3=0.0688m=68.8mm按計算結(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)取：D=63mm。根據(jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑：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缸筒長度：L=l+B+C=450+50.4+17.6=518mm計算液壓缸有效作用面積為無桿腔面積：A1=14D2=40.0632=0.00311m2有桿腔面積：A2=14D2-d2=4(0.0632-0.0222)=0.00274m22.3 各工作階段的時間計算1）快上階段a加速=v1t=4010-30.5=0.08ms2s加速=12a加速t2=120.080.52=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=10-4010-30.5=-0.06ms2s減速=v1t+12a減速t2=4010-30.5-120.060.52=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=v3t=0.0450.5=0.09ms2s反向加速=s反向制動=12a反向加速t2=120.090.52=0.0113mt3=s3-s反向加速-s反向制動v3+2t=0.4-0.0113-0.01130.045=9.39s2.4 計算液壓缸流量、壓力和功率1）流量計算q快上=A1V1=0.003110.04=0.000124m3s=7.464Lminq慢上=A1V2=0.003110.01=0.000031m3s=1.866Lminq快上=A1V1=0.002740.045=0.000123m3s=7.398Lmin2）壓力計算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）功率計算P快上=p快上q快上=1.896106124.410-6=235.9WP慢上=p慢上q慢上=1.89610631.110-6=59.0WP快退=p快退q快退=0.321106123.310-6=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)在快上和快下時所需流量較大，且比較接近，且慢上時所需的流量較少，因此選用雙聯(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)在慢速時速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺運(yùn)動速度低，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，但對緩解的位置要求不高，所以采用由行程開關(guān)控制二位二通電磁閥實現(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重物下落和停留的時間內(nèi)保持重物的位置，特在液壓缸的下腔（即無桿腔）進(jìn)油路上設(shè)置液控單向閥；另一方面，為了克服滑臺自重在快下過程中的影響，設(shè)置了一節(jié)流閥。7)其它選擇為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處設(shè)置測壓點(diǎn)。3.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖完成以上各項選擇后，作出擬定的液壓系統(tǒng)原理圖和各電磁鐵的動作順序表如圖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壓力表開關(guān)；13油箱；15行程開關(guān)圖3.8 液壓系統(tǒng)的原理圖四、 計算與選擇液壓元件4.1 確定液壓泵的型號及電動機(jī)功率1）計算液壓泵壓力估算壓力損失經(jīng)驗數(shù)據(jù)：一般節(jié)流調(diào)速和管路簡單的系統(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。液壓缸在整個工作循環(huán)中最大工作壓力為1.896MPa，由于系統(tǒng)有調(diào)速閥，但管路簡單，所以取壓力損失pl=0.5MPa，計算液壓泵的工作壓力為pp=p+pl=1.896+0.5=2.396MPa2）計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，計算得所需兩個液壓泵的總流量為 qp=1.17.464=8.2104Lmin，由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時液壓缸所需流量為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，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）選用電動機(jī)擬選Y系列三相異步電動機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速2830r/min，按此計算液壓泵實際輸出流量為 qp=6.3+6.310-328300.85=30.309lmin計算所需電動機(jī)功率為Pp=ppqpp=2.39610630.30910-3600.85=1.424kW選用YE2-90S-2電動機(jī)。電動機(jī)額定功率為1.5KW，滿載轉(zhuǎn)速為2830r/min。4.2 選擇閥類元件及輔助元件1）標(biāo)準(zhǔn)件根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類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及規(guī)格如表4.3所示。 2）非標(biāo)件a）油管：根據(jù)實際流量類比確定，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 液壓元件型號規(guī)格及主要參數(shù)2序 號名 稱型號規(guī)格主要參數(shù)1濾油器WV-40180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/min；開啟壓力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壓力表開關(guān)QF3-EI0B13油箱755500405容積150L14電機(jī)YE2-90S-2轉(zhuǎn)速2840r/min；功率1.5kW15行程開關(guān)LXJM1-8108五、 驗算液壓系統(tǒng)的主要性能5.1 壓力損失驗算現(xiàn)在元件、管道、安裝形式均已基本確定，所以需要驗算一下系統(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，液壓泵的最大工作壓力應(yīng)滿足ppFmaxA1+A2A1p2+p1(1)慢上時的壓力損失。慢上時管路中的流量較小，流速較低，沿程壓力損失和局部壓力損失可忽略不計。(2)快退時的壓力損失?？焱藭r，缸的無桿腔的回油量是進(jìn)油量的兩倍，其壓力損失比快進(jìn)時要大，因此必須計算快退時的進(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工作缸的進(jìn)油量為q1=0.12310-3m3s，回油量為q2=0.1410-3m3s。1)確定油液的流動狀態(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=40.12310-3810-31.510-4=130.5<2320工作缸進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為Re2=40.1410-3810-31.510-4=148.5<2320因此，工作缸進(jìn)、回油路中的流動都是層流。2)計算沿程壓力損失p進(jìn)油路上，流速v1=4qd2=40.12310-3(810-3)22.45ms，有p1=75Re1ldv22=75130.51.80.0089002.7922=3.5105Pa回油路上，流速v2=4qd2=40.1410-3(810-3)22.79ms，有p2=75Re2ldv22=75148.51.80.0089002.7922=3.98105Pa(3)計算局部壓力損失由于采用集成塊式的液壓裝置，因此只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失按p=psqqs2計算，結(jié)果列于表5.1中。表5.1 閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量/(L/min)實際通過流量/(L/min)額定壓力損失/Pa實際壓力損失/Pa三位四通換向閥6018.27/20. 7441051.218105/1.38105調(diào)速閥161.86621050.233105單向閥101.8661.81050.336105順序閥507.39821050.3105若取集成進(jìn)油路的壓力損失pj=0.3105Pa，回油路壓力損失pj=0.5105Pa，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+0.3105Pa=5.587105Pap2=p2+p2+pj2=3.98+1.38+0.3+0.5105Pa=6.16105Pa工作缸快退時的工作壓力為p1=F+p2A1A2=879.5+5.471053.1110-32.7410-3=9.985105Pa這樣，快退時泵的工作壓力為pp=p1+p1=9.985+5.58105=15.572105Pa1.56MPa<2.396MPa根據(jù)計算結(jié)果可知，該液壓泵的最大工作壓力滿足要求。從以上驗算結(jié)果可以看出，說明該系統(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)溫升驗算3。參考文獻(xiàn)1 徐灝主編. 機(jī)械設(shè)計手冊（M）.機(jī)械工業(yè)出版社，1991.9 2 黎啟柏主編. 液壓元件手冊（M）.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1 3 于治明主編. 液壓傳動（M）.航空工業(yè)出版社，2015.8 設(shè)計心得為期一周的液壓實訓(xùn)已經(jīng)結(jié)束，在這個過程中，我們學(xué)到了很多。通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。 在本次設(shè)計中，我們了解到了設(shè)計一套完整的液壓系統(tǒng)需要經(jīng)過哪些步驟，要做哪些計算。在設(shè)計的過程中我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識，因此我們需要大量的因此我們需要大量的查閱資料，在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。一周的時間并不是很長，要完成一套液壓系統(tǒng)的設(shè)計并不是輕松的事情，所以需要團(tuán)隊中要協(xié)調(diào)分工，體現(xiàn)出了團(tuán)隊合作的重要性。 在設(shè)計過程中，總是遇到考慮不周、計算出錯等問題，而每次發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，我們就需要做大量的工作，花大量的時間才能解決，為此，我也變得更加耐心和細(xì)心，為以后的工作積累了寶貴的經(jīng)驗。課程設(shè)計指導(dǎo)教師成績評定表題目名稱上料機(jī)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)28%01學(xué)習(xí)態(tài)度10準(zhǔn)時出勤，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8通過查閱文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)資源等渠道獲取與課程設(shè)計有關(guān)的材料。03課題工作量10充分參與團(tuán)隊合作，按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。成果質(zhì)量72%04設(shè)計圖紙質(zhì)量16能夠熟練使用CAD等繪圖軟件完成設(shè)計圖紙的繪制與打印，符合相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求。05設(shè)計說明書質(zhì)量30設(shè)計過程分析、計算過程科學(xué)、準(zhǔn)確，設(shè)計結(jié)果正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理。06答辯質(zhì)量20具有較好的闡述能力，將設(shè)計成果完成、準(zhǔn)確的展示出來，并能夠回答老師提出的問題。07創(chuàng)新6對前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。成績指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日附圖1 上料機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖附表1 液壓元件清單表