单缸传动的液压机液压系统.doc

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1、沈阳理工大学课程设计专用纸 No 17 液压机液压系统设计 摘 要：本文是关于单缸传动的液压机液压系统设计的阐述，主要包括工况分析，液压系统原理图，液压缸主要参数确定，液压元件选择和液压缸结构设计等几部分内容。 关键字：液压系统 工况分析 主要参数 结构设计 目录 1、设计要求 …………………………………………………………3 2、工况分析 …………………………………………………………3 2.1、运动分析 …………………………………………………………3 2.2、负载分析 …………………………………

2、………………………3 3、负载图和速度图的绘制 …………………………………………4 4、液压缸主要参数的确定 …………………………………………4 4.1、初选液压缸的工作压力………………………………………………5 4.2、计算液压缸的尺寸 …………………………………………………5 4.3活塞杆稳定性校核……………………………………………………6 4.4求液压缸的最大流量…………………………………………………6 4.5绘制工况图…………………………………………………………6 5、液压系统图的拟定 ………………………………………………7 6、液压元件的选择 …………………

3、………………………………9 6.1、确定液压泵的型号及电动机功率………………………………………9 6.2、与液压泵匹配的电动机的选定 ………………………………………9 6.3、选择阀类元件及辅助元件………………………………………10 6.4、系统压力损失验算………………………………………………11 6.5、系统发热与温升计算……………………………………………11 7、液压缸的结构设计 …………………………………………………11 8、总结………………………………………………………………13 9、参考文献 ………………………………………………………14 1、设计要求

4、 设计一台单缸传动的液压机液压系统，工作循环是：低压下行→高压下行→保压→低压回程→上限停止，油缸垂直安装。首先我们要明确该液压系统的动作和性能要求，其工作行程为320mm，外负载500000N，移动部件自重10000N，低压下行速度3.5 m/min，高压下行速度0.2 m/min，低压回程7 m/min。 2、工况分析 2.1、运动分析 工作循环为低压下行→高压下行→保压→低压回程→上限停止。 系统在启动、控制时的加速、减速根据经验查表取△t=0.5s 系统的工作的总行程为320mm，则每个阶段的速度如下： 低压下行速度： V1 = 3.5 m/min = 0.05

5、83 m/s 高压下行速度： V2 = 0.2 m/min = 0.0033 m/s 低压回程速度： V3 = 7 m/min = 0.1167 m/s 2.2、负载分析 液压缸必须克服的外负载为：F = Fe + Ff + Fa 式中 Fe为工作负载 Ff为摩擦负载 Fa为惯性负载 摩擦负载就是液压缸驱动工作是所需克服的机械摩擦阻力，由于液压缸是垂直安装，并且计算方法比较复杂烦琐，一般设计时将它算入液压缸的机械效率ηm中考虑。 惯性负载 启动时： 低压→高压： 高压→保压： 保压→低压回程： 低压回

6、程→停止： 根据以上计算，考虑到液压缸垂直安装，其移动部件的自重较大，为防止因其自重而自行下滑，系统中应设置平衡回路,因此在启动和低压下行段缸推力应去掉重力。查表取液压缸的机械效率ηm为0.91 液压缸各阶段中的负载 工部 计算公式 总负载F/N 缸推力F/N 启动 F = Fe + Fa -9881.1 -10858 低压下行 F = Fe + 0 -10000 -10989 低压过度高压 F = Fe + Fa 489887.9 538338 高压下行 F = Fe + 0 490000 538461 高压到保压 F = Fe + Fa 4

7、89993.3 538454 保压 F = Fe + 0 490000 538461 反向启动 F = Fe + Fa 10237.9 11250 低压回程 F = Fe + 0 10000 10989 停止 F = Fe + Fa 9762.1 10727 3、负载图和速度图的绘制 按照上面的负载分析结果及已知的速度参数，行程限制等，绘制出负载图及速度图如下图所示。 液压缸的负载图及速度图 4、液压缸主要参数的确定 4.1、初选液压缸的工作压力 根据分析设备的负载比较大，查表各类液压设备常用工作压力，初选液压缸的工作压力为20

8、MPa。 4.2、计算液压缸的尺寸 由于负载比较大，则 则 按标准取：D=180mm 无杆腔 有杆腔 根据低压下行，低压回程速度比值 解得：d=127mm 按标准取：d=125mm 4.3、活塞杆稳定性校核 因为活塞杆的总行程为320mm，而活塞杆直径d为125mm，l/d =320/125=2.56<10，所以无需对活塞杆进行校核。 4.4、求液压缸的最大流量 低压下行： 高压下行： 低压回程： 工作循环中各工作阶段的液压缸压力、流量和功率如下表

9、所示 液压缸各工作阶段的压力、流量和功率 工况 压力P/MPa 流量q/(L/min) 功率P/W 低压下行 0.03 24.73 58 高压下行 21.16 1.34 1776 低压回程 1.86 24.74 1282 4.5、绘制工况图 由上表可绘制出液压缸的工况图如下图所示 液压缸的工况图 5、液压系统图的拟定 本液压系统中的压力高、流量大、空行程和加压行程的速度相差大，并且要求压力还能变换和调节，所以应为其选择一高压泵供油。 1.低压下行 低压下行时电磁铁2YA通电，4换向阀右位工作，油液进入液压缸的上腔，3

10、YA和4YA通电，油液流到6调速阀，由于移动部件的自重较大，而液压泵流量较小，通过调速阀保证完成快速下行。 2.高压下行 移动部件向下运行中接触到工件后，液压缸上腔的压力升高，3YA和4YA断电，此时油路形成差动回路，实现高压慢速下行。 3．保压 当电磁铁2YA得电，换向阀4右位工作，液压缸11下行并加压，当压力上升到电接点压力表12上限触点调定压力时，压力表发出电信号，使2YA失电，换向阀4中位工作，液压泵1卸荷，液压缸由液控单向阀13保压，当压力下降至电接点压力表下限触点调定压力时，压力表发出电信号，使2YA得电4换向阀右位工作，液压泵重新向液压缸供油，使压力回升。 4.低压回程

11、 保压结束后，电磁铁1YA通电，换向阀4左位工作，同时3YA得电，油路经过5二位二通换向阀和8二位三通换向阀进入液压缸的下腔，使其低压回程。 5.上限位停止 当移动部件升至预定高度后，电磁铁1YA和3YA都失电，各换向阀阀口都关闭，处于中位。这样就使得上缸停止运动，液压泵在较低压力下卸荷，由于顺序阀9和单向阀10的支承作用，上滑块悬空停止。 液压系统原理图 电磁铁动作表 6、液压元件的选择 6.1、确定液压泵的型号及电动机功率 液压缸在整个工作循环过程中最大工作压力为21.16MPa,由于压力较大，考虑到油路上阀和管道的压力损失，则液压泵的工作压力

12、为： 考虑到系统过工作阶段过渡以及系统须要一定的压力储备量，并且要保证液压泵的工作寿命，其正常工作压力为其额定压力的80%左右，因此泵的额定压力= /0.8=27.7MPa 液压系统中最大流量qmax=24.74L/min,溢流阀最小稳定流量3L/min，系统泄漏系统KL取1.1 则液压泵的额定流量qp= 取qp=31L/min 根据上面计算的、qp，额定压力与流量都比较大，应选用柱赛泵，查表选取JB-H35.5型的径向柱塞泵，其额定压力为32MPa，额定排量35.5ml/r总效率为90%，额定转速1000转/分。 6.2、与液压泵匹配的电动机的选定 由于最大功率在高压下行阶

13、段，液压泵额定转速为1000转/分，所以选用1000r/min的电动机，其额定功率为： 因此选用型号为Y200L1-6型电动机，其额定功率18.5KW。 6.3、选择阀类元件及辅助元件 主要的依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格，系统中液压元件的型号及规格如下 油管内径可按 式中 Q——通过管道内的流量m3/s v——管内允许流速m/s，查表

14、这里面取5m/s 则 取d=15mm,外径D=20mm。 油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积V=6qp即V=213L 6.4、系统压力损失验算 油液的运动黏度取，油液密度取。 ，由此推出液流均为层流。管中流速 因此，局部压力损失较小，可以忽略不计。 6.5、系统发热与温升计算 液压泵的，液压缸的效率，高压时回路效率，则液压系统的效率。高速时，液压泵的输入功率P=1776W ，取散热系数，邮箱有效容积V=213L。则，设机床工作环境温度，则加上温升后有，在正常工作温度内，符合要求。 7、液压缸的结构设计 1)液压缸的壁厚 液压缸的壁厚一般指缸筒结构中

15、最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径D与其壁厚t的比值大于20的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 式中 ——液压缸壁厚(m)； D——液压缸内径(m)； ——试验压力，一般取最大工作压力的(1.25-1.5)倍 ； ——缸筒材料的许用应力。无缝钢管： =21.161.5=31.74MPa 在压力较高的液压系统中，按上式结果这里取=30mm 2)液压

16、缸的缸体外经 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经为 液压缸工作行程长度，根据执行机构实际工作的最大行程为320mm,就是标准值。 3)缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。 无孔时 有孔时 式中 t——缸盖有效厚度(m)； ——缸盖止口内径(m)； ——缸盖孔的直径(m)。 无孔时 取=45mm 有孔时 取=75mm 4)最小导向长度的确定 对一般的液压缸

17、，最小导向长度H应满足以下要求： 设 计 计 算 过 程 式中 L——液压缸的最大行程； D——液压缸的内径。 取H=250mm 活塞的宽度B一般取B=(0.6-10)D； 活塞宽度：B=0.6D=108mm 缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D而定； 当D<80mm时，取； 当D>80mm时，取。 所以 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20-30倍。 缸体内部长度:L=B+l=108+320=428mm 8、总结 经过此次液压机液压系统的课程

18、设计使我对上学期所学的《液压与气动传动》上所学的知识有了一个系统的复习和总结，对液压传动有了深刻的认识，并且对所学知识进行了一定的扩展和深入，掌握了一般液压系统设计的思路和方法，为以后的工作打下基础。同时通过本此课程设计，理论集合实际，自己的处理问题能力和深入思考探究的能力有了进一步的提升。感谢学院提供给我们这么难得的机会。感谢谢群老师和机房老师的辛苦工作，谢群老师在时间紧张的情况，尽可能从我们学生角度出发，对于我们课程设计推荐了很多相关参考书以及认真耐心地为我们指导，为我们的课程设计过程减轻了不少负担。为此深表感谢！ 9、参考文献 1、谢群，崔广臣，王健.《液压与启动传动》.北京;国防工业出版社,2011.2 2、崔广臣,谢群.液压与气动技术—课程设计指导书.沈阳.沈阳理工大学机械工程学院流体传动与控制教研室,2007 沈阳理工大学