小型液壓機課程設計:102:2013 621131.131.231.34563.163.2674.174.2895.195.29126.1126.1.1126.1.2126.1.3136.1.4136.2136.3146.4156.5156.6156.7166.8166.917187.1187.220 23 25一些機件控制之后來傳遞運動和動力。相對于電力言拖動和機械傳動而言，液壓傳動具有輸出力大，重量輕，慣性小，調(diào)速方便以及易于控制等優(yōu)點，因而廣泛應用于工程機械，建筑機械和機床等設備上。作為現(xiàn)代機械設備實現(xiàn)傳動與控制的重要技術手段，液壓技術在國民經(jīng)濟各領域得到了廣泛的應用。與其他傳動控制技術相比，液壓技術具有能量密度高 ) 配置靈活方便 ) 調(diào)速范圍大 ) 工作平穩(wěn)且快速性好 ) 易于控制并過載保護 ) 易于實現(xiàn)自動化和機電液一體化整合) 系統(tǒng)設計制造和使用維護方便等多種顯著的技術優(yōu)勢，因而使其成為現(xiàn)代機械工程的基本技術構成和現(xiàn)代控制工程的基本技術要素。液壓壓力機是壓縮成型和壓注成型的主要設備，適用于可塑性材料的壓制工藝。如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等。也可以從事校正、壓裝、砂輪成型、冷擠金屬零件成型、塑料制品及粉末制品的壓制成型。本文根據(jù)小型壓力機的用途) 特點和要1徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書求，利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(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)格和進行系統(tǒng)的結構設計。小型壓力機的液壓系統(tǒng)呈長方形布置，外形新穎美觀，動力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結構簡單、緊湊、動作靈敏可靠。該機并設有腳踏開關，可實現(xiàn)半自動工藝動作的循環(huán)。2徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書1.1 設計目的液壓傳動課程設計是本課程的一個綜合實踐第一章性教學環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的:(1) 鞏固和深化已學知識，掌握液壓系統(tǒng)設計設計算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學生工程設計能力和計綜合分析問題、解決問題能力 ; 任(2 )正確合理地確定執(zhí)行機構，選用標準液務壓元件 ; 能熟練地運用液壓基本回路、組合成滿足書基本性能要求的液壓系統(tǒng);(3) 熟悉并會運用有關的國家標準、部頒標準、設計手冊和產(chǎn)品樣本等技術資料。對學生在計算、制圖、運用設計資料以及經(jīng)驗估算、考慮技術決策、 CAD技術等方面的基本技能進行一次訓練，以提高這些技能的水平。1.2 設計題目設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?3m/min, 加壓速 V 1度為 =40mm/min,壓制力為 F,200KN，運動部件 V 2總重量為 G,18KN。快速行程 380mm: ; 慢事行程 :20mm，起動時間為 0.2s 。3徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書1.3 設計要求1. 設計時必須從實際出發(fā)，綜合考慮實用性、經(jīng)濟性、先進性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強調(diào)先進性。并非是越先進越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨考慮簡單、經(jīng)濟;2. 獨立完成設計。設計時可以收集、參考同類機械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡單地抄襲 ;3. 在課程設計的過程中，要隨時復習液壓元件的工作原理、基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考。不能直接向老師索取答案。4徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書1( 工作負載工件的壓制抗力即為工作負載:F=200000N 第二章 w2( 摩擦負載靜摩擦阻力 : F=0.2x18000=3600N工 fs動摩擦阻力 : F=0.1X18000=1800N 況fd3( 慣性負載 :分F=ma=18000/103/(0.02 60)=4500N 析 m背壓負載 :F= 30000N(液壓缸參數(shù)未定，估算 ) b自 重 : G=mg=18000N4( 液壓缸在各工作階段的負載值:, 其中 :,0.9 液壓缸的機械效率， mm, 一般取 =0.9-0.95, 液壓系統(tǒng)工作循環(huán)各階段的 m外負載見表 2-1表 2-1, 推力 F/ 工況 負載 F 組成 m啟動 F= F+ F-G=15600N 17333N bfs加速 F=F+F+F-G=18300N 20333N bfdm快進 F=F+F-G=13800N 15333N bfd工進 F=F+F+F-G=213800N 237556N bfdw快退 F=F+F+G=59800N 66444N bfd5徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書3.1 負載循環(huán)圖由表 2-1 可繪制負載循環(huán)圖如圖3-1 所示 第三章F(N) 237556負載圖20333和 17333 15333 L(mm) 速 400 度66444 圖的3.2 速度循環(huán)圖繪由已知條件可繪制速度循環(huán)圖如圖3-2 所示 制V(m/min) 30.04 L(mm)400-36徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書4.1液壓系統(tǒng)圖分析1. 考慮到液壓機工作時所需功率較大，固采用第四章變量泵的容積調(diào)速方式。2. 為了滿足速度的有極變化，采用壓力補償變液量液壓泵供油，即在快速下降的時候，液壓泵以全壓流量供油。當轉化成慢速加壓壓制時，泵的流量減系小，最后流量為 0。 統(tǒng)3. 當液壓缸反向回程時，泵的流量恢復為全流圖量供油。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，回油路口應設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，在液壓缸的活塞桿運動方向上安裝了三個接近開關，使液壓系統(tǒng)能夠自動7徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書切換工作狀態(tài)。8. 為了使系統(tǒng)工作時壓力恒定，在泵的出口設置一個溢流閥，來調(diào)定系統(tǒng)壓力。4.2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4-1 所示圖 4-1 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8徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書則圖中電磁鐵的動作順序如表4-1 所示表 4-1 電磁鐵動作順序表1YA 2YA 3YA快進,，,工進,，快退，,，停止 ,9徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書5.1液壓缸主要尺寸的確定(1) 工作壓力 P 的確定 : 第五章工作壓力 P 可根據(jù)負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。液將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到缸下行壓時，滑塊自重采用液壓方式平衡，則可計算出液壓缸缸無桿腔的有效面積，取液壓缸的機械效率主,=0.9 。 要 m(2) 計算液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 參由負載圖知最大負載 F 為 237556N，取 d/D=0.7 數(shù)F237556確 A,=0.0105 16P,25， 10，0.9cm定4A1D=0.115 ,按 GB/T2348-1993，取標準值 D=110mm d=0.7D=77mm由此求得液壓缸的實際有效工作面積,22mm則: 無桿腔實際有效面積 :=D,9503 A1 4,222mmD,d有桿腔實際有效面積 :=4847 ， A2 45.2各工作階段液壓缸所需的流量快進 :Q=28.51L/min AV11工進 :Q= =0.38L/min AV1210徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書快退 :Q= =14.54L/min AV 21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、流量工作腔壓力輸入流量 工作階段 負載 F MPa L/min17333 1.82 啟動快進 20333 2.14 加速快進 15333 1.61 28.51237556 25.00 0.38工進237556 25.00 保壓啟動 17333 3.58加速 20333 4.19 快退恒速 66444 13.71 14.54根據(jù) P,pq 可得液壓缸在工作循環(huán)中各階段的功率，其結果如表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功率 W快進 765工進 158快退 332211徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書按以上數(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12徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書6.1 液壓泵的選擇6.1.1 泵的工作壓力的確定第六章考慮到正常工作中進油管有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為液P,P， ,p ,p1壓式中， Pp, 液壓泵最大工作壓力 ;元P, 執(zhí)行元件最大工作壓力 ; 1 件, 進油管路中的壓力損失，簡單系統(tǒng),p 的 ,可取 0.20.5Mpa。故可取壓力損選失 ,p=0.5Mpa 擇 ,由液壓缸的工況圖 ( 圖 5-1) ，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P,125.00MPa，25+0.5=25.5MP上述計算所得的Pp 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過度階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超出靜態(tài)壓力，另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的壓力值 Pa 應為 Pa ,1.25Pb-1.6Pb因此 Pa=1.25Pp=1.2525.5=31.875MPa ，6.1.2 泵的流量確定液壓泵的最大流量應為 :,QpK(?Q)max13徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書式中 ,K 為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1-1.3 ，大流量取小值 ; 小流量取大值。此處取油液的泄露系數(shù) K=1.2，故 Qp=K(?Q)max=1.228.51=34.21L/min6.1.3 選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上計算的Pa 和 Qp查閱相關手冊，選用40YCY141B 壓力補償變量型軸向柱塞泵，其額定壓力 P=32MPa，排量為 V=40mL/r, 當轉速為1000r/min 。6.1.4與液壓泵匹配的電動機選定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25.50MPa，流量為 0.38L/min ,取泵的總效率 =0.85 ，則液壓泵的驅動電機所要,P，q P,的功率=190W。,根據(jù)此數(shù)據(jù)按JB/T8680.1-1998，選取Y2-711-4型電動機，其額定功率P=250W，額定轉速n=1000r/min,按所選電動機的轉速和液壓泵的排量，液壓泵最大理論流量nV=40L/min，大q,t于計算所需的流量34.21L/min，滿足使用要求。6.2閥類元件及輔助元件14徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按照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，結果見表 6-1 。表 6-1 液壓元件的型號及規(guī)格序 元件 額定壓 排量 型號及說明 號 名稱 力/MPa ml/r額定轉速 1000 40YCY14 1 40 r/min驅動電動機變量泵32規(guī)格 1B功率為250W 調(diào)壓25212通徑20mm溢流閥C175三位四3 60通徑 20mm通換向 28 WEH10G閥最大工作 4順序閥 60 HCT06L1 qL,160/min壓力 max 32MPa (單向行程調(diào)速閥 ) FBG-3- 5 60 調(diào)速閥 28 125-10最大 開啟 通徑 20mm 6 S20A220 單向閥 100 0.15MPa二位二7 60通徑 20mm通換向 2WE10D10 28閥6.3 油箱的容積計算V,q 油箱的容量 V ( 單位為 L) 計算按式 :， p,7由于液壓機是高壓系統(tǒng)，。所以油箱的容量 :15徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書=239.40L ，取 V,250L V,7 ，34.216.4 確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可接管路允許流速進行計算。本系統(tǒng)主要路流量為差動時流量 Q=57.02L,min ，壓油管的允許流速取 V=3m/s 1/2 則內(nèi)徑 d 為 d=4.6(57.02/3)=20.05mm 。吸油管同樣可按上式計算，現(xiàn)參照40YCY141B 壓力補償變量型軸向柱塞泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑 d 為 20mm6.5 液壓缸的壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度，從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異，一般計算時可分為薄壁圓筒，起重運輸機械和工程機械的液壓缸一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算?PD/(2 )=31.875 110/(2 100)=21.00mm( =100110MP)故取 =25mm液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1 為D1?D+2=110+225=160mm6.6 液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機構實際工作煩人最大行程來確定，查表的系列尺寸選取標準16徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書值 L=400mm。6.7 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t 按強度要求可用下面兩個公式進行近似計算1/2 無孔時 :t?0.433D(P,)=0.433x110x1/2(31.875/100)=26.89mm1/2有孔時 :t?0.433 D(P D,(D,d)2220式中，t-缸蓋有效厚度D-缸蓋止口內(nèi)直徑D-缸蓋孔的直徑26.8 最小尋向長度的確定當活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到缸蓋滑動支撐面中點的距離H 稱為最小導向長度。最小導向長度過小，將使液壓缸的初試撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此，設計時必須保證有一定的最小導向長度。對一般的液壓缸，最小導向長度H 應滿足以下要求 :H>=L/20+D/2=400/20+110/2=75mm，取H=80mm17徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書6.9 缸體長度的確定液壓缸體內(nèi)部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和，缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般的液壓缸的缸體長度不應大于內(nèi)徑地2030 倍18徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書7.1壓力損失和調(diào)定壓力的確定1. 進油管中的壓力損失 第七章由上述計算可知，工進時油液流動速度較小，通過的流量為 0.38L/min, 主要壓力損失為閥件兩液端的壓降，可以忽略不計?？爝M時液壓桿的速度壓=3m/min，有 6.4 節(jié)可知吸油管內(nèi)徑d=20mm，此 V 系 1時油液在進油管的速度 :統(tǒng),3q28.51 ，10 的 ,V=1.51m/s 2,6A0.25,， 20，10， 60 驗1) 沿程壓力損失 :算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 度時油液的運,42 動粘度，所以管道流動雷諾數(shù): ,， 1.010/ms,3vd1.51 ，20， 10R,=302<2320 e,4,1.0，10可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù):80 ,=0.26 ,Re若取進油和回油的管路長均為4m，油液的密度為3,=900 ，則進油路上的沿程壓力損失為: Kg/m2249001.51l,v ，=0.0534MPa. 0.26,P,， , ， ,322d2010 ，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19徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書 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，若閥的額定流量和額定壓力損失分別為q 和 ?p，則當通過閥的流量為q 時的閥的壓力損rrq2 失，由 ,， () 算得 pp,rqr228.51,p ,0.5， =0.113MPa，小于原估算值 ,60 ,0.5MPa，所以是安全的。則進油路上的壓力總損失為:,P,0.0534+0.00534+0.113,0.17174MPa ,12. 回油管路上的壓力損失 :qA12 快進時回油路上的流量q,2A114.54L/min ，則回油管路中的速度 :,3q14.54 ，10,v=0.77m/s ， 2,6A0.25,， 20，10，60由此可以計算出管道流動雷諾數(shù):,30.77 ， 20，10vd ,R=154<2320 ， e,4,1.0，10油液在管中的流動狀態(tài)為層流，則阻力損失系數(shù):80,0.519 Re所以回油路上的沿程壓力損失為:20徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書2249000.77l,v ，,0.0277MPa。 0.519,P,， , ， , ,3222010d ，而通過液壓閥的局部壓力損失:228.51, ,P,0.5， ,0.113MPa ,60,則回油路上的壓力總損失為:,P,0.0277+0.00277+0.113=0.14347MPa ,2由上面的計算所得求出總的壓力損失:A2,P,P ，,P=0.246MPa ,12A 1這與估算值相符。7.2系統(tǒng)溫升的計算在整個工作循環(huán)中，工進和快進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 :,767 F,Fvo泵的輸出功率為 :6,3pq1.61 ， 10，28.51 ， 10,P=900W i,0.85 ，60因此快進液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為:=133W H,P,Piio(2) 工進時液壓缸的發(fā)熱量工進時液壓缸的有效功率為 :=158W F,Fvo 21徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書泵的輸出功率為 :6,3pq25.00 ，10，0.38 ， 10 ,P=186W i,0.85，60因此工進時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為:=28W H,P,Piio(3) 快退時液壓缸的發(fā)熱量快退時液壓缸的有效功率為 :=3322W F,Fvo泵的輸出功率 :6,3pq17.31 ，10，14.54 ，10,P=4935W i,0.85 ， 60因此快退時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為:=1613W H,P,P iio綜上，油液總的發(fā)熱量為:H=133+28+1613=1774W(4) 系統(tǒng)溫升2/32油箱的散熱面積 A 為:A=0.065V=2.6m，則系統(tǒng)的溫升為 :T=H,KAi式中， K 為散熱系數(shù)。 K 的大小與油箱周圍通風條件的好壞而不同，通風很差時K=8,9，良好時 K=15,17.5; 風扇強行冷卻時K=20,23; 強迫水冷時 K=110,175。這里取自然良好的通風散熱，即 K=17。則求出系統(tǒng)溫升近似值為 : 1774ooCC,T,=40< 55 17X2.622徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書顯然，系統(tǒng)溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不需要設置冷卻器。23徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書這次課程設計的內(nèi)容是小型液壓機液壓系統(tǒng)的設計。對我們來說液壓系統(tǒng)的設計是一門新的知識，在設計程中，碰到了一些與以往不同的方法及概念，總結起來，我認為最大的欠缺就是缺乏一個總整體的觀念，常常在不經(jīng)意中，只考慮到滿足一個結或幾個性能要求，而沒有以一個整體的思想來考慮問題。比如，我們設計系統(tǒng)圖時，很容易忘記考慮系統(tǒng)保壓和液壓泵卸荷等問題，假如忘記考慮這些問題，就難以實現(xiàn)預定的工作要求。為此我也花了很長時間，經(jīng)過反復思考最終設計出符合工作要求的系統(tǒng)圖。另一方面，在這次的設計中，我用到了一些經(jīng)驗公式以及一些在一定范圍內(nèi)取值的數(shù)據(jù)，以前我習慣了在精確公式及數(shù)值下計算，而且在查閱工具書方面的能力還不足，還需要在今后的設計中進一步加強。出現(xiàn)以上的種種缺陷的關鍵問題在于我們?nèi)狈@方面專業(yè)能力的鍛煉。但經(jīng)過這次課程設計之后讓我對于液壓系統(tǒng)的應用更加了解。還有設計的時候應該具有嚴緊的態(tài)度，因為很多工程問題都是人命關天。所以我們要從現(xiàn)在開始就養(yǎng)成一種嚴緊的學習和工作態(tài)度，以后在工作中才能盡量避免一些重大失誤。24徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書通過這次的課程設計，讓我對液壓系統(tǒng)以及液壓閥件有了更深的認識，對設計液壓裝備時應有的要求有了新的見解，完成同樣的要求，有不同的設計方案，但是我們應向使用性能，結構，經(jīng)濟性更優(yōu)的方向發(fā)展。當然這還需要我們不斷地刻苦學習，然后在前人實踐經(jīng)驗的基礎上，勇于創(chuàng)新，尋求更經(jīng)濟實惠的設計。由于能力所限，在設計過程中還有許多不足之處，懇請老師批評指正25徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書1王積偉，黃誼，章宏甲 ( 液壓傳動 M( 北京 :機械工業(yè)出版社， 2006(2張利平 ( 液壓傳動系統(tǒng)及設計M( 北京 : 化學工業(yè)出版社， 2005( 參3 雷天覺 ( 新編液壓工程手冊 M( 北京 : 北考京理工大學出版社， 1998( 文4 路甬祥 ( 液壓氣動技術手冊 M( 北京 : 機械獻工業(yè)出版社， 2002(5 成大先 ( 機械設計手冊 M( 北京 : 化學工業(yè)出版社， 2002(6 王春行 ( 液壓控制系統(tǒng) M( 北京 : 機械工業(yè)出版社， 2002(7 李狀云 ( 液壓元件與系統(tǒng) M( 北京 : 機械工業(yè)出版社， 200226徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書27