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文档简介

1、第一章液压传动课程设计指导书21设计的目的和要求:21丄1设计的冃的21.1.2设计的要求21.2设计的内容及步骤3做速度位移曲线,以便找出最大速度点; 31.3进度安排41.4设计课题5笫二章负载与运动分析52.1负载分析52.1.3惯性负载62.4运动时间62.2运动分析72.3负载图f-t和速度图v-t图的绘制7第三章确定液压系统的主要参数83液压缸的选定83.1.1初选液压缸工作压力83.2.2计算液压缸主要尺寸83.2活塞杆稳定性校核10a)夹紧缸103.3液压缸各运动阶段的压力,流量和功率103.4液压缸工况图12第四章 拟定液压系统原理图134.1供油方式134.2调速回路134

2、.3速度换接回路134.4差动回路134.5锁紧冋路13笫五章 液压元件的选择145.1确定液压泵的规格和电动机的功率145.1.1计算工作液压缸的泵145.2计算夹紧液压缸的泵155.1.3电动机功率的确定155.2选择阀类元件及辅助元件15第六章液压系统发热与升温的验算16第七章设计小结17第八章参考文献18第一章 液压传动课程设计指导书1.1设计的目的和要求:1.1.1设计的目的液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节,通过该教学环节,要求达到以 下目的:1巩固和深化已学知识,掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤,培养学生工程设计 能力和综合分析问题、解决问题能力;2正确合理地确

3、定执行机构,选用标准液压元件;能熟练地运用液压基本凹路,组合成 满足基木性能要求的液压系统;3. 熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生 在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、cad技术等方面的基本技能 进行一次训练,以提高这些技能的水平。1.1.2设计的要求1. 设计时必须从实际出发,综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可 以用简单的回路实现系统的要求,就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样,在安 全性、方便性要求较高的地方,应不惜多用-些元件或采用性能较好的元件,不能单独考虑 简单、经济;2. 独立完成设计。设计时nj

4、以收集、参考同类机械的资料,但必须深入理解,消化后再 借鉴。不能简单地抄袭;3 在课程设计的过程屮,要随时复习液压元件的t作原理、基本冋路及典型系统的组成, 积极思考;4. 液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。具体题目 由指导老师分配,题目附后;5. 液压传动课程设计要求学生完成以下工作:(1)设计计算说明书一份;液压传动系统原理图一张(3号图纸,包括工作循环图和电磁铁动作顺序表)。1.2设计的内容及步骤设计内容1. 液压系统的工况分析,绘制负载和速度循坏图;2. 进行方案设计和拟定液压系统原理图;3. 计算和选择液压元件;4. 验算液压系统性能;5. 绘制正式工

5、作图,编制设计计算说明书。设计步骤以一般常规设计为例,课程设计可分为以f几个阶段进行。1. 明确设计要求阅读和研究设计任务卩,明确设计任务与要求;分析设计题冃,了解原始数据和工作 条件。参阅本卩有关内容,明确并拟订设计过程和进度计划。2. 进行工况分析做速度位移曲线,以便找出最大速度点;做负载位移曲线,以便找出最人负载点。液压缸在各阶段所受的负载需要计算,为简单明了起见,可列表计算;计算公式见教材表92。工况il算公式缸的负载f缸的推力f/gn启动加速快进工进快退注:】h缸的机械效率,取n,=o.9确定液圧缸尺寸确定液压缸尺寸而应参照教材选择液压缸的类型,根据设备的速度要求确定d/d的比 值、

6、选取液压缸的工作压力,然示计算活塞的有效面积,经计算确定的液压缸和活塞杆肓径 必须按照肓径标准系列进行圆整。计算时应注意考虑液压缸的背压力,背压力可参考教材表 9-1选取。绘制液压缸工况图液压缸工况图包括压力循环图邙s)、流量循环图(qs)和功率循环图(ps),绘制目的是为了方便地找出最人压力点、最人流最点和最大功率点。计算过程可列表计算。 液压缸工作循坏各阶段压力、流量和功率值工况计算公式负载f(kn)回油腔压力p2流入流量进油腔压力pi输入功率p快进(差动)启动加速恒速工进快退启动加速恒速3. 进行方案设计和拟定液压系统原理图方案设计包括供油方式、调速回路、速度换接控制方式、系统安全可靠性

7、(平衡、锁紧)及节约能量等性能的方案比较,根据工况分析选择岀合理的基本回路,并将这些回路组合成 液压系统,初步拟定液压系统原理图。选择液压基本回路,最主要的就是确定调速回路。应考虑冋路的调速范围、低速稳定性、 效率等问题,同时尽最做到结构简单、成本低。4. 计算和选择液压组件计算液压泵的工作压力;计算液压泵的流量;选择液圧泵的规格;计算功率,选择原动机;选择控制阀;选择液压辅助元件;5. 验算液压系统性能;验算液压系统的效率;验算液圧系统的温升6. 绘制正式工作图,编制课程设计计算说明书液圧传动系统原理图一张(3号图纸,包括工作循环图和电磁铁动作顺序表)(2)整理课程设计计算说明书1-3进度安

8、排按教学计划安排,液压传动课程设计总学时数为1周,其进度及时间大致分配如下:序 号设计内容天数(约占比例1设计准备0.5 (约占 10%)2液压系统的工况分析,绘制负载和速度循坏图0.5 (约占 10%)3进行方案设计和拟定液压系统原理图1.5 (约占 30%)4计算和选择液压组件1 (约占20%)5验算液压系统性能0.5 (约占 10%)6绘制液压系统原理图,编制课程设计说明书0.5 (约占 10%)7设计总结与答辩0.5 (约占 10%)14设计课题设计一台川成型铳刀在加工件上加工出成型面的液压专川铳床,工作循坏:手工上料 自动夹紧工作台快进铳削进给工作台快退夹具松开手工卸料。夹紧液压缸负

9、载力(kn): fc =4.8夹紧液压缸负移动件重力(n): gc =60 夹紧液压缸行程(mm): lc=10 夹紧液压缸运动时间(s): tc=l导轨面静摩擦系数:u s=0.2 导轨面动摩擦系数:陶=0.1设计参数见f表。其中:工作台液压缸负载力(kn): fl =9.8 工作台液压缸移动件重力(kn): g=2.5 工作台快进、快退速度(m/min): v1=v3=5.5 工作台工进速度(mm/min): v2 =48 工作台液压缸快进行程(mm): ll=280 工作台液压缸工进行程(mm): l2=80 工作台启动时间(s): t=0.5第二章负载与运动分析2.1负载分析2.1.1

10、工作负载即为切削阻力fl =9800n212摩擦负载 即为导轨的摩擦阻力:静摩擦阻力ff( =“ = 0.2x2500 = 500动摩擦阻力ffd =g = 0.1x2500 = 2502.1.3惯性负载g av = 2500x% = 4677g ar 9.80.52丄4运动时间快进:280x10-=35工进:80x10-48x1= 1005快退:(280 + 80)x105%0= 3.92设液压缸的机械效率?cm = 0.9 ,得出液压缸在各工作阶段的负载和推力,如表1所列表1液压缸在各工作阶段的负载和推力工况负载组成液斥缸负载f/n液压缸推力f0=f/;7(w/n启动f=fa500555.

11、55加速f= f.fd + fi296.77329.74快进f= 5250277.77工进f=乙 + fl1005011166.67反向启动f=fa500555.55加速296.77329.74快退250277.7722运动分析手工上料一加紧缸口动加紧一工作台快进一工作台切削进给一工作台快退 松开夹具一卸料2.3负载图ft和速度图v-t图的绘制11166.67329.74562778280277.8329.360s/mm555. 565.5第三章确定液压系统的主要参数3.1液压缸的选定3.1.1初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最人,其他工况负载都不太高,参考表2和表3,初 选液压

12、缸的工作压力片=3mp。3.2.2计算液压缸主要尺寸鉴于动力滑台快进和快退速度和等,这里的液压缸可选单活塞杆式差动液压缸(人=2每), 快进时液压缸差动连接,工进吋为防止孔钻通吋突然消失发牛前冲现象,液压缸的回油腔应 冇背压,参考表4,选背压jjp2=o.smpa而液压缸快退时背压取0.5mpa由式 pjaj - p2a2 = f° 得11166.67= 5.32x107 加 2p2r则活塞直径d = = v 3.1x263 = 823x 10_2m = 823mm参考表 5 及农 6, cl « 0.71p = 0.71x82.3 = 56.4mm ,取标准值得 

13、3;> = 80mm、d = 56mm 山此求得液压缸两腔的实际有效而积:x0.082= 5.03xl0'3m2无杆腔:有杆腔:a2 =-(d2-6/2) = -x(0.082 -0.0562)=2.56xl0'3/n2实际工作压力为:p = = 2.2mpa < 2.5mpa ,即选取工作压力2.5mpa满足要求。 a工进时采用调速阀调速,其稳定流量<7min =0.24l/min ,设计要求最低工进速度v2 =48加加/min,经验算纟皿=5x107/2 §人合格。”2表2按负载选择工作压力负他kn<551010-202卜303330>

14、;50匚作片力/mpa<0»11,22,33m43多5表3各种机械常用的系统工作压力机披类住机床农业机械4'© 1程机戒 別筑机披和k机 人中型挖4u机 亜空机械 起巫込输机械纠合机床龙门刨床拉床1件压加mpa0 8-2a52-88-101cm82432表4执行元件背汗力系统类型背斥力,mm简丰泵统或轻伐节溢枫速泵统02-0.5网油路懵调建阀的系统0.4-0.6冋油路设置冇背爪阀的泵统0.5-1.5用补油5e的闭衣卜1路0.卜15河油路较奴杂的t.円机械1.2-3冋油站较知i1.e【播冋油叫忽略不计按工作压力选取力0lift 爪力、frw3q5.0-7.0&g

15、t;7.0uau.33u.62-u. /uu.71.151.251.331.461.612d/d0.30.40.50.550620.71rl : u r sft 7itj - (a悴进汁in話亦运功連金。3.2活塞杆稳定性校核a)夹紧缸山于夹紧缸的活塞杆直径是利用稳定性校核來计算的,所以不需要进行校核。b)工作台缸因为活塞杆的总行程为360mm,活塞杆的直径是56mm,所以l/d=6.45<l0,所以满足 稳定性要求。3.3液压缸各运动阶段的压力,流量和功率a)夹紧缸 (£ =3.77x107加-血=5.03x10+/)回汕路背压为0.5mpa0 x 0一'夹紧时: 乞

16、=人2 匕=5.03x107 x =503ml/sp2 =- = 0.95mpa , p; = p;q; = 47.8wpmjg( + 卩2 a; _ 6 + 2515a/ 3.77xio'3=0.67mpa ,p2 = p" = 25.3w放松时:q, -a'vc -3.77x10-3x10x1° 一 37.7 加厶/sb)工作台液压缸分析口j知,快进时,液压缸无杆腔进油,压力为pl;冇杆腔回油,压力为p2。 快退时,液压缸有杆腔进汕,压力为pl;无杆腔回汕,压力为p2。由于液压缸是差动连接,回油口到进油口z间的压力损失取p = 0.5mpa。快退时,i叫

17、汕路的背压取0.5mp&,即p2 = 0.5mpa。表7液压缸各工作阶段的压力、流量和功率工作循环计算公式负载f/n回油背压p2 / mpa进油压力p、! mpa输入流 量 s/10) m3 s输入功 率p/w快起动 加速f + a2(p2-p)pl a-a2329.70.65如=(a a21pl=p + 0.5进恒速p = pg277.80.630.226142.4工进f + "a= av211166.7().82.634x1010.5p = pl快起动 加速_f + a“271 -每329.70.51.11如=心退恒速p = ps277.80.51.090.235256.

18、23.4液压缸工况图 p网a 256. 2t142. 4*i10; 5-_-_-_-_-_一at/s. 外 坏 胆第四章 拟定液压系统原理图4.1供油方式从工况图可以清楚看出,在工作循环内,液压缸要求汕源提供快进、快退行程的低压人 流量和工进行程的高压小流量的汕液。最大流量与最小流量之比 .nax/nin =235/4 = 58.75; 其 相 应 的 时 间 z 比(儿+心)2 =(3.0545 + 3.927)/106.667 = 0.065。这表明在一个工作循环小的人部分时间 都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看,选川单定量泵汕源显然是不 合理的,为此对选用限压式变量泵

19、1作为工作液压缸油源,同时选用一定量泵作为夹紧缸油 源。4.2调速回路由工况图可知,这台机床液压系统功率较小,滑台运动速度低,工作负载为卩fl力负载且 工作屮变化小,故可选用进汕节流调速回路。为有较好的低速平稳性和速度负载特性,可选 用调速阀调速,并在液压缸冋路上设置背压。4.3速度换接冋路由工况图中的可知,当滑台从快进转为工进时,滑台的速度变化较大,可选用行程阀來 控制速度的换接,以减小液压冲击。当滑台山工进转为快退时,回路中通过的流量很大一进油路中通过,回油路中通过。为 了保证换向平稳其见,宜采用换向时间可调的电液换向阀换接回路。由于这一回路换要实现 液压缸的差动连接,所以换向阀选择五通的

20、。4.4差动回路为实现工作台缸的快进的效果,在系统屮设置一个差动回路。4.5锁紧回路夹紧回路中采用电磁换向阀,并在进油路上安装气体蓄能器。当液圧缸处于夹紧状态 吋,不会因为泄漏或外力的作用而移动。液压系统原理图详见附图此图中,为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题,增设了单向阀。表8元件动作顺序表电磁铁 行程阀液压缸工作循环夹紧缸夹紧快进工进快退夹紧缸放松1ya+2ya+3ya+4ya+行程阀下位卜位上位上位下位第五章液压元件的选择5.1确沱液压泵的规格和电动机的功率5.1.1计算工作液压缸的泵1)计算液压泵的最人工作压力由表7可知,工作台液圧缸在工进时工作圧力最人,最人工作

21、压力pl=2.63mpao如在 调速阀进口节流调速回路中,选取进油路上的总压力损失sap=lmpa,则限压式变屋泵的 最高工作压力估算为:pmax = p + 工 a" = 2.63 +1 = 3.63mp。2)计算液压泵的流量由表7可知,油源向液压缸输入的最大流量为q=235 ml/s,按10%的泄露来计算那么 泵的总流量为:%那 a k(a - a2)vmax = 1.1 x(50.3-25.6)x io-4 x %。加'!s = 249ml/s = 14.94l/min而工进时调速阀的稳定流虽:是4ml/s,所以泵的稳定输出流量不得小于工进吋的流虽:。3)确定液压泵的规

22、格根据以上压力和流量数值查阅产甜样本,最后确定选取yb1-6.3®限压式变量泵,额定 转速1450m/min,最大流量为23.2l/min,液压泵总效率7p = 0.72,调压范围在263mpa , 满足要求。5.1.2计算夹紧液压缸的泵1)计算液压泵的最大工作压力由以上计算可知,夹紧液压缸在夹紧时工作压力最大,夹紧缸最大压力p2,=0.95mpao 选取进汕路上的总压力损失工p=0.4mpa,则限压式变量泵的最高工作压力估算为:p max = pi + 工 a" = 0.95 + 0.4 = °.99mpq2)计算液压泵的流量由以上计算可知,汕源向液压缸输入的最

23、人流量为q;=503mlls ,按10%的泄館来 计算那么泵的总流最为:%k冬二 1.1 x 竺=55.3ml/$ 二 3.32l/min 么 niax|3)确泄液压泵的规格根据以上压力和流量数值查阅产品样本,最后确定选取4型叶片泵,额定转速1450r/min,容积效率7jv = 0.8 ,额定流量为4.64l/min,满足耍求。5.1.3电动机功率的确定把上述两液压泵双联由电动机一起带动,则工作液压缸在快退时输入功率最大,取进油 路上的压力损失为0.5mpa,则液压泵输出压力为1.59mpa,又工作液压泵总效率?p = 0.72 , 这是液压泵的驱动电动机的功率为:p>max1.59x

24、2490.72= 0.55kw根据此数值杳阅产品样本,选用电动机y802-4型异步电动机,其额定功率为0.75kw, 额定转速为1390r/min,为-4型叶片泵输出流量为4.45 l/min,仍能满足系统要求。5.2选择阀类元件及辅助元件根据实际工作压力以及流量大小即可选择液压元辅件(详见附图)。油箱容积取液压泵流 量的6倍,管道由元件连接尺寸确定。在系统管路布置确定以前,冋路上压力损失无法计算, 以下仅对系统油液温升进行验算。表9压元件规格及型号根据计算出的液压缸尺寸可佔算液压缸在工作循环中各段的压力,流量和功率,如表7所序 号元件名称通过的最 人流量 q/l/min规格型号额定流量 n/

25、l/min额定压力无/mpa额定压降 a/?,/mpa1变量泵yb1-6.37. 66. 32定量泵yb1-43单向阀29.3i100b1006.30.24液控顺序 阀28. 1xy63b636. 30. 35背压阀<1b10b106.36单向阀29.3i100b1006.30.27三伺77通 电液换向 阀5035dye3y-100by80160.38调速阀<1q6b66.39压力继电 器pfb8l1110单向阀70i100b1006.30.211行程阀62. 322c100bh1006. 30. 312溢流阀5. 1y10b106. 313减压阀30j-636. 34.514单向阀301-636. 315二位四通 电磁阀3024d-406. 3116单向顺序 阀30dp-636.317压力继电 器pfb8l6.318滤汕器36.6xu80 x 200806. 30. 02第六章 液压系统发热与升温的验算工进在整个工作循环过程中所占的时间比例达96%以上,所以系统发热和油液温升可按工进时的工况来计算。变量泵的工作压力状态压力为363mpa,输出流量为4.4ml/s,经计算其输入功率为3,63x440.72=22.2w定量泵经溢流阀卸荷,其工作压力等于溢流阀的背压。阀型号为yf3-10l,额定流量为63l/

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