钢卷运输液压系统设计说明书

编号 ： 液压系统设计 课程设计说明书 实验时间： 06 07学年第一学期 姓 名： 学 号： 实验班级： 机自 8班 指导教师： 广东工业大学 机电工程学院 2007年 1月 一液压与气压传动课程设计任务书 1.1 设计题目： 钢卷运输液压系统 设计 1.2 动作顺序要求及工作参数 1 横移缸前进，至卷取机卷筒下方，行程 L1，负载力 F1，速度 V1。 2 顶伸缸上升，将钢卷托住，行程 L2，负载力 F2，速 度 V2。 3 横移缸退回。 4 顶伸缸缩回，将钢卷搁在小车上。 5 行程 L3，负载扭矩 T，转速 N。 6 卸完钢卷，小车由液压马达驱动退回。 以上参数为最大值，应可调。所有动作由行程开关自动控制。顶伸缸下腔须设置背压，以防下行产生冲击。 1.3 设计内容、要求 1.3.1 液压系统设计 根据设备的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理进行工况分析，拟定合理、完善的液压系统原理图，再经过必要的计算确定液压有关参数，然后按照所得参数选择液压元件、介质、相关设备的规格型号 (或进行结构设计 )、对 系统有关参数进行验算等。 1.3.2 液压装置结构设计 液压装置包括集成块、液压站等，进行结构设计时应考虑元件布局合理、紧凑、美观、外连管道少，装卸、调试方便，集成块中的油路尽可能简单、短、交叉少，加工容易、加工工作量尽可能少。 1.3.3 绘制工程图、编写设计说明书 绘制液压系统原理图 (系统总油路、集成块集成回路 )、液压装置工程图 (集成块结构图、集成块元件装配图 )，图纸必须按 GB 要求打印或用铅笔绘制， 2 张以上的 A3(或更大 )图纸，A4 图纸量根据实际定：编写设计说明书 2 万字 )。 1.3.4 参数表 学号 F1 (N) F2 (T) T (m.N) V1 (mm/s) V2 (mm/s) N r/s L1 (m) L2 (mm) L3 (m) 15 3200 14 400 60 32 4 2.8 700 3 二目录 三摘要 四液压系统设计正文 1. 液压系统的工况分析 1.1 确定需液压传动的运动 按照设计任务要求需要液压传动的运动有：横向移动， 顶伸缸上升缩回 ， 小车的向前进退回。 横向移动和 顶伸缸上升缩回 使用液压缸， 小车的向前进退回由液压马达驱动。 1.2 各运动机构的工作顺序 缸 1 前进缸 2 上升 缸 1 后退缸 2缩回 液压马达正转 液压马达反转 1.3 主要工作性能 1 横移缸前进退回，行程 L1=2.8 m，负载力 F1=3200 N，速度 V1=60 mm/s。 2 顶伸缸上升缩回，行程 L2=700 mm，负载力 F2=14 T，速度 V2=32 mm/s。 3 小车由液压马达驱动向前进退回，行程 L3=3 m，负载扭矩 T=400(m.N)，转速 N=4 r/s。 2.拟订液压系统原理图 2.1 拟定各液压系统各部分工作方式 1）确定供油方式 该在 液压系统 工作时负载恒定，速 度较低。从节省能量、减少发热考虑，成本，泵源系统宜选用定量叶片泵供油。 2）调速方式的选择 在该液压系统中，执行机构需要单方向节流，另一个方向可自由流动，调速的稳定性要求不高， 顶伸缸下腔须设置背压，以防下行产生冲击，所以可以选择单向节流阀调速。 3）方向控制方式的选择 考虑到 钢卷运输液压系统 的工作要求，流量不大，本系统用三位四通电磁换向阀方向控制方式，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。 4）确定执行元件 按照设计任务要求所需的执行元件有：两个液压缸，一个液压马达 。 横向移动设置为缸 1， 顶伸缸上升缩回 设置为缸 2， 小车的向前进退回由液压马达驱动。 5）完成顺序和循环的方式 在执行元件的控制使用行程开关，使用行程开关控制，有使系统简单，电路控制稳定，易于控制的特点。 6）系统的调压，保压方式 在回路 1 中 AB 出口应该设置减压阀，使压力降低，缸 2 应该使用单向顺序阀进行保压。 7）压力测量点的选择 在液压泵出口应设置压力表以测量系统压力。 8）最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成下图所示的液压系统原理图。 快进工进快退1B7891 Y A E 2 Y A46A53 Y A14C D2 S Q 1 S Q 3 S QBP夹紧13121124 Y A10E 图 3 液压系统原理图 2.2 系统工作原理 第一步，启动系统。排出缸内的剩余油。 第二步，手动控制 1Y 得电 ,三位四通阀 8 处于右工位， 缸 1 前进，小车横向前进， 至卷取机卷筒下方 ，碰到行程开关 1SQ， 1Y 失电停止并控制 3Y 得电。 第三步， 3Y 得电， ,三位四通阀 9 处于右工位， 顶伸缸上升，将钢卷托住， 碰到行程开关 2SQ， 3Y 失电停止并控制 2Y 得电 第四步， 2Y 得电，三位四通阀 8 处于左工位， 缸 1 后退，小车横向后退 ，碰到行程开关 3SQ， 2Y 失电停止并控制 4Y 得电。 第五步， 3Y 得电， ,三位四通阀 9 处于左工位， 顶 伸缸下降，将钢卷搁在小车上， 碰到行程开关 4SQ， 4Y 失电停止并控制 5Y 得电 第六步， 5Y 得电，三位四通阀 10 处于右工位， 液压马达正转，小车由液压马达驱动向前进。 第七步， 卸完钢卷， 6Y 得电，三位四通阀 10 处于左工位， 液压马达反转，小车由液压马达驱动退回 第八步， 小车 退回后，发出信号， 6Y 失电，系统停止。 2.3 电磁铁动作顺序表 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 缸 1 前进 + - - - - - 缸 2 上升 - - + - - - 缸 1 后退 - + - - - - 缸 2 缩回 - - - + - - 液压马达正转 - - - - + - 液压马达反转 - - - - - + 3.液压系统的计算和选择液压元件 （ 1）液压泵工作压力的确定 由 钢卷运输液压系统的已知条件确定 其额定压力为 16MPa,系统调定工作压力为 Pp 15MPa。 （ 2）液压缸主要尺寸的确定 A、横移缸： 1）工作压力 P 的确定： 工作压力 P 可以根据负载大小以及机器的类型来初步确定，先参阅液压系统设计简明手册（以下简称手册），由于 横移缸 活塞行程较大，所以需增加减压阀来降低 横移缸回路上的压力，现选定减压阀 型号为 JF3-10B，调 定压力为 0.5MPa。故 横移缸回路的压力为0.5MPa。 2）计算液压缸内径圆 D 和活塞杆直径 d： 已知 F1 1200N， P 0.5MPa； 所以 A F1/P=1200N/0.5MPa=2.4 10-3m2；则有 mmD 5514.3 104.24 3 根据手册 P11 表 2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径 D=80mm，活塞杆直径 d，按 d/D=0.7，按手册 P11 表 2-5，活塞杆直径系列取 d=56mm。 B 、顶伸缸： 1）工作压力 P 的确定： 工作压力 P 为系统调定压力 15MPa。 2）计算液压 缸内径圆 D 和活塞杆直径 d： 已知 F2 1.4 105N， P 15MPa； 所以 A F2/P=1.4 105N /15MPa=9.3 10-3m2；则有 mmD 10914.3 103.94 3 根据手册 P11 表 2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径 D=110mm，活塞杆直径 d，按 d/D=0.7，按手册 P11 表 2-5，活塞杆直径系列取 d=80mm。 已知 V2 24mm/s，所以流量 Q V2A 24mm/s 9.3 10-3m2 2.23 10-3m3 C、计算在各工作阶段液压缸所需的流量： 对 于横移缸： 前进时：已知 V1 60mm/s， q 前进 V1A 60 10-3 2.4 10-3 m3/s 8.64L/min 后退时： q 后退 = （ D2-d2） V1/4= (0.082-0.0562） 60 10-3/4 m3/s=9.22 L/min 对于顶伸缸： 上升时：已知 V2 24mm/s， q 上升 V2A 24 10-3 9.3 10-3 m3/s 13.38L/min 退回时： q 退回 = （ D2-d2） V2/4= (0.112-0.082） 24 10-3/4 m3/s=6.44L/min （ 3）液压马达的选择 已知液压马达在负载扭矩 T 300m.N，转速 N=4.5r/s,L3 3m, p=15MPa 输出功率 Po=2 NT=2 4.5 300w=8478w 初选 YM-F-E160 型叶片马达，其排量 V 160mL/r,容积效率 v=89，其总效率 79。 输入功率 Pi=Po/ 8478/0.79w=10732w=10.73kw Pi pq q= Pi/ p=10.73/15L/s=0.72L/s 43L/min 又 q=VN V=q/N=0.72/4.5L/r=0.16L/r=160mL/r 由其参数知此叶片马达符合要求。 （ 4）选定液压泵 1）泵的流量确定。液压泵的最大流量应为 m ax)( qKq Lp 式中， pq -液压泵的最大流量； max）（ q -同时动作的各执行元件所需要流量之和的最大值。如果这时溢流阀正在进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量 2 3L/min； KL-系统泄露系数，一般取 KL=1.1 1.3，现取 KL=1.2。 pq = LK max）（ q =1.2 45L/min=54L/min 2）选择液压泵的规格。根据以上算得的 Pp 和 pq 再查阅有关手册，选用 YB1-E 型定量叶片泵 ，该泵的基本参数为：每转排量 q0=50mL/r，泵的额定的压力 Pn=16MPa，电动机转速 nH 1200r/min，容积效率 v=0.92，总效率 =0.8。 3）与液压泵匹配的电动机的选定。 由前面的计算可知，叶片马达需要的功 率最大 算出叶片马达工作时的功率作为选择电动机规格的依据。为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即 npB pqp 2 式中， Pn-所选电动机额定功率； PB 定量叶片泵的额定压力 q p-压力 PB为时，泵的输出流量。 马达工作时电动机所需的功率为 : Pn=PB q p/ =16 43/60/0.8=14KW 查阅电动机样本，选用 Y160L-4 型电动机，其额定功率为 15kW，额定转速为 1460 r/min。 （ 5）液压阀的选择 根据所 拟定的液压系统原理图和以上的计算，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表 2 所示。 表 2 液压元件明细表 序号 元件名称 型号 额定流量（ L/min） 1 滤油器 XU-A63 30 63 2 定量叶片泵 YB1-E 54 3 电机 Y160L-4 4 液控单向阀 YAF3-Ea20B 5 压力表开关 KF3-E1B 6 溢流阀 YF3-E10B 63 7 二位二通电磁换向阀 22F3O-E10B-D 60 8 三位四通电磁换向阀 34F3O-E6B-D 25 9 三位四通电磁换向阀 34F3O-E6B-D 25 10 三位四通电磁换向阀 34F3O-E10B-D 60 11 减压阀 JF3-10B 63 12 减压阀 JF3-10B 63 13 单向节流阀 ALF3-E6B 25 14 单向节流阀 ALF3-E6B 25 15 单向节流阀 ALF3-E6B 25 16 单向顺序阀 AXF3-E10B 63 17 单向节流阀 ALF3-E10B 100 18 单向节流阀 ALF3-E10B 100 19 叶片马达 YM-F-E160 43 （ 6）确定管道尺寸 油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。当液压马达工作时，主油路流量最大 q=43L/min，压油管的允许流速取 v=4m/s，则内径d 为 mmmmvqd 154/436.4/6.4 综合诸因素，现取油管的内径 d 为 16mm。吸油管同样可按上式计算，选参照 YB1-E 变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径 d 为 25mm。 （ 7）液压油箱容积的确定 液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量 V 可概略地确定为： 在中 高压或高压大功率系统中（ p63.MPa）可取： V（ 612） qp 本设计为中高压液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的 612 倍来确定，现选用容量为 350L 的油箱。 4.液压系统的验算 已知该液压系统中进、回油路的内径均为 16mm。选用 L-HL32 液压油，考虑油的最低温度为 15，查得 15时该液压油的运动粘度 v=150cst=1.5cm2 /s，油的密度 =920kg/ m3。 （ 1） 压力损失的验算 1） 工作进给时，进油路压力损失。运动部件工进时最大速度为 3.6m/min，进给时的最大流量为 43L/min，则液压油在管内流速 v1 为 scmcmdqV /357m in/6.114.3104342321 管道流动雷诺数 Re1 为 3815.1 6.135711 vdvR e Re1 2300 ， 可 见 油 液 在 管 道 内 流 态 为 层 流 ， 其 沿 程 阻 力 系 数 1=80/Re1=80/381=0.21。进油管道 BC 的沿程压力损失 p1-1 为 PaPavdlP 622211 1008.02 107.09201025.1 3.07.1927.82 ）（ 查得换向阀 4WE6E50/AG24 的压力损失 p1-2=0.05 610 Pa 忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失 p1 为 PaPappp 6662111 1013.0)1005.01008.0( 2） 工作进给时油路的压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，且液压有杠腔的工作面积为无杠腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则 v2=v1/2=5.35cm/s 486.45.1 25.135.522 vdvR e 2=80/Re2=80/4.486=17.83 回油管道的沿程压力损失为 p2-1 为： MP aPavdlP 04.02 0535.09201025.1 3.07.183.172 22212 ）（ 查产品样本知换向阀 3WE6A50/AG24 的压力损失 p2-2=0.025MPa，换向阀4WE6E50/AG24 的压力损失 p2-3=0.025MPa，调压阀 2FRM5-20/6 的压力损失 p2-4=0.5MPa。 回油路总压力损失 p2 为 Pappppp 6423222122 10)5.0025.0025.004.0( Pa61059.0 3） 变量泵出口的压力 pp PapA pAF cm 64 641122 1013.0105.78 1059.01003.4095.0/2 0 1 5 0/ MPa1.3 4）快进时的压力损失。快进时液压缸为差动连接，自汇流点 A 至液压缸进油口 C 之间的管路 AC 中，流量为液压泵出口流量的两倍即 106L/min（ 2 53）， AC 段管路的沿程损失 p1-1 为 scmscmdqv /4.573/602.114.3106.41442321 4785.1 25.14.57311 vdvR e 167.047880Re80 11 MP aPavdlp 24.02 734.59201025.1 2.1167.0222211 同样可求管道 AB 段及 AD 段 的沿程压力损失 p1-2 和 p1-3 为 scmscmdqv /7.286/6025.114.3101.21442322 MP aPapMP aPapvdv170.02867.29201025.17.133.0030.02867.29201025.13.033.033.09.23880Re809.238