液压课程设计

1、液 压 传 动 课 程 设 计 的 目 的1、综合运用液压传动课程及其它先修课程的理论和工程实际知识，以课程设计 为载体，通过液压功能原理及液压装置的设计实践，使理论和工程实际知识密切地结合起 来，从而使这些知识得到进一步巩固、加深和扩展，并培养分析和解决工程实际问题的设 计计算能力。2、使学生掌握根据设计题目搜集有关设计资料和文献的一般方法和途径，提高学生 综合利用设计资料的能力，为独立从事液压传动设计建立良好的基础。3、在设计实践中学习和掌握方案论证及拟定方法，掌握液压回路的组合方法及液压元件 的选用原则、结构形式，深化对液压系统设计特点的认识和了解。二、液压课程设计题目：设计一台上料机液

2、压系统，要求驱动它的液压传动系统完成快速上升一慢速上升一停 留一快速下降的工作循环。其结构示意图如图1所示。其垂直上升工作的重力为700CN，滑台的重量为5000，快速上升的行程为450mm其最小速度为55mm/ s ；慢速上升行程 滑台与导轨的最大间隙为2mn,启动加速与减速时间均为05，液压缸的机械效率（考虑 密封阻力）为 0.9 。A数参据数数据*滑台自重（N）100020003000400050006000工件自重（N）500050005000700070007000快速上升速度（mm/s）454545555555快速上升行程（mm）350350350450450450慢速上升速度（m

3、m/s）< 13< 13< 13< 13< 13慢速上升行程（mm）100100100200200200快速下降速度（mm/s）555555555555快速下降行程（mm）450450450450450450为200mm其最小 速度为13mm/s;快速 下降行 程为450mm速度要 求55mm/s。滑台 采用V 型导轨， 其导轨 面的夹 角为90 ，目录1 前言 错误! 未定义书签。2 负载分析 12.1 负载与运动分析 12.2 负载动力分析 12.3 负载图和速度图的绘制 33 设计方案拟定 43.1 液压系统图的拟定 43.2 液压系统原理图 43.3 液压

4、缸的设计 54 主要参数的计算 74.1 初选液压缸的工作压力 74.2 计算液压缸的主要尺寸 74.3 活塞杆稳定性校核 74.4 计算循环中各个工作阶段的液压缸压力，流量和功率 85 液压元件的选用 85.1 确定液压泵的型号及电动机功率 85.2 选择阀类元件及辅助元件 96 液压系统的性能验算 106.1 压力损失及调定压力的确定 106.2 验算系统的发热与温升 12致 谢 13参考文献 错误! 未定义书签/、八1 前言设计一台上料机液压系统，要求驱动它的液压传动系统完成快速上升一慢速上升一停留一快速下降的工作循环。其结构示意图如图 1所示。其垂直上升工作的重 力为700N，滑台的重

5、量为5000N，快速上升的行程为 450mm其最小速度为55mm/ s ;慢速上升行程为200mm其最小速度为13mm/ s ;快速下降行程为450mm速度要求55mm/ s。滑台采用V型导轨，其导轨面的夹角为90，滑台与导轨的最大间隙为2mm启动加速与减速时间均为0. 5s，液压缸的机械效率（考虑密封阻力） 为 0.9 。上料机示意图如下：图 1 上料机的结构示意图2 负载分析对液压传动系统的工况分析就是明确各执行元件在工作过程中的速度和负载 的变化规律，也就是进行运动分析和负载分析。2.1 负载与运动分析根据各执行在一个工作循环内各阶段的速度，绘制其循环图，如下图所示：图 2 工作循环图2

6、.2 负载动力分析动力分析就是研究机器在工作中其执行机构的受力情况。2.2.1 工作负载2.2.2 摩擦负载由于工件为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和机构尺寸求得Fn 60N ,取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1贝U有静摩擦负载：Ffs0.2 60 sin 45 N16.97N动摩擦负载：Ffd0.160 sin 45 N 8.49N2.2.3惯性负载惯性负载为运动部件在起动和制动的过程中可按:G-运动部件的重量（N） g-重力加速度，g v-速度变化值（ms） t-起动或制动时间（s）加速：FaiG Av g At120009.8哼N0.5134.69N减速：Fa2G A

7、v g At空 o.°55o.°13n9.80.5102.56N制动：Fa3G Av g At120009.80.531.84NG Av120000.055反向加速：Fa4N134.69Ng At9.80.5反向制动：Fa5Fa4134.69N根据以上的计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自行下滑，系统中应设置平衡回路。则液压缸各阶段中的负载如表1所示（nm °9）工况计算公式总负载F/N缸推力F/N启动12016.9713352.19力卩速12143.4513492.72快上12008.4913342.77减速11905.9313228.81慢

8、上12008.4913342.77制动11976.6513307.39反向加速143.18159.09快下8.499.43制动-126.2-140.22表1液压缸各阶段中的负载2.3负载图和速度图的绘制按照前面的负载分析结果及已知的速度要求、行程限制等，绘制出负载图及速 度图如图3所示。图3速度负载图3 设计方案拟定3.1 液压系统图的拟定液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面的问题3.1.1 供油方式从工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需的流量较小，因此从提高系统 的效率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的供油方式显然是不适合的，宜选 用双联式定量叶片泵作为油源。3.1.2 调速回路

9、由工况可知可知，该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运 动速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，所以采 用调速阀的回油节流调速回路。3.1.3 速度换接回路由于快上和慢上之间速度需要换接，但对换接到位置要求不高，所以采用由行 程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。3.1.4 平衡及锁紧为防止在上端停留时重物下落和在停留期间内保持重物的位置，特在液压缸的 下腔（ 无杆腔 ）进油路上设置了液控单向阀；另一方面，为了克服滑台自重在快下过 程中的影响，设置了一单向背压阀。3.1.5 电磁阀本液压系统的换向采用三位四通 Y 型中位机能的电磁换向阀。3.2

10、液压系统原理图图 4 原理图3.3 液压缸的设计3 3.1 液压缸的分类机组成液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸、和摆动缸三类。活塞缸和柱 塞刚实现往复运动，输出推力和速度。摆动缸则能实现小于 360 的往复摆动，输出 转矩和角速度。液压缸除单个使用外，还可以几个组合起来和其他机构组合起来， 在特殊场合使用，已实现特殊的功能。液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、 活塞和活塞杆、 密封装置、缓冲装置， 以及排气装置五个部分。3 3.2 液压缸的结构设计缸体与缸盖的连接形式 常用的连接方式法兰连接、螺纹连接、外半环连接和 内半环连接，其形式与工作压力、缸体材料、工作条件有关。活塞杆与活塞的

11、连接结构 常见的连接形式有：整体式结构和组合式结构。组合 式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。活塞杆导向部分的结构 活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套 的结构，以及密封、防尘、锁紧装置等。活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部 位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。 常见的密封圈类型：0型圈，0型圈加挡圈，高底唇 Y型圈，Y型圈，奥米加型等。液压缸的缓冲装置 液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速 度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖产生机械 碰撞。为防止此现象的发生，在

12、行程末端设置缓冲装置。常见的缓冲装置有环状间 隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。液压缸排气装置 对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要设置排气装置。3 3.3 液压缸设计需要注意的事项尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。 考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。根据主机的工作要求和结构设计要求，正确 确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。液压缸各部分的结构需根 据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。3. 3.4液压缸主要零件的材料和

13、技术要求缸体材料-灰铸铁：HT200,HT350;铸钢：ZG25,ZG45ZG230-450是一种铸造碳钢也叫ZG25或者25号钢。230是指铸钢件的屈服强 度为230Mpa 450是指铸钢件的抗拉强度为 450Mpa ZG代表铸钢的拼音缩写，执 行GB/T11352标准。以此种材料为原料生产制造的建筑扣件成为铸钢扣件。粗糙度-液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.2 0.4艸。技术要求：内径用H8-H9的配合。缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度活塞材料-灰铸铁：HT150,HT200。粗糙度-活塞外圆柱粗糙度Ra0.8 1.6 m 0技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取f7f9的配合，内孔与活塞杆

14、的配合可取H&活塞杆材料-实心：35钢，45钢；空心：35钢，45钢无缝钢管。粗糙度- 杆外圆柱粗糙度为Ra 0.牛0.8“。技术要求：a调质2025HRC b活塞与导向套 用H8 f 7的配合，与活塞的连接可用H8 h8。缸盖材料-35钢，45钢；作导向时用（耐磨）铸铁。粗糙度-导向表面粗糙度为Ra0&1.6叩。技术要求：同轴度不大于0.03叩导向套材料-青铜，球墨铸铁，粗糙度-导向表面粗糙度为Ra0.8m，技术要求：a导向套的长度一般取活塞杆直径的 60%80%b外径D内孔的同轴度不大于内孔公差之半4主要参数的计算4.1初选液压缸的工作压力根据分析此设备的负载不大，按类型属

15、机床类，所以初选液压缸的工作压力为2.5MP&4.2计算液压缸的主要尺寸A匚式中;PF-液压缸上的外负载p-液压缸的有效工作压力A-所求液压缸有有效工作面积按标准取：90按标准取d45mm则液压缸的有效作用面积为:无杆腔面积A - nD 2n9.02cm263.62cm24412有杆腔面积A n D24d2n22229.04.5 cm47.71cm44.3活塞杆稳定性校核因为活塞杆总行程为650mm而活塞杆直径为45mm需进行稳定性校核,c 为材料的许用应力，查材料力学教程用普通碳素钢所以，满足稳定性条件。4.4计算循环中各个工作阶段的液压缸压力，流量和功率求液压缸的最大流量工作循环中

16、各个工作阶段的液压缸压力、流量和功率如表2所示工况压力%Pa流量%. 1/ L min功率PW快上1.8920.94659.61慢上1.894.96156.24快下0.001815.740.47表2液压缸各工作阶段的压力流量和功率5液压元件的选用5.1确定液压泵的型号及电动机功率液压缸在整个工作循环中最大工作压力为1.89Mpa,由于该系统比较简单，所以取其压力损失EAp0.4Mpa,所以液压泵的工作压力为两个液压泵同时向系统供油时，若回路中泄漏按10%计算，则两个泵的总流量应为qp1.1 20.94L/ min2303L/ min，由于溢流阀最小稳定流量为3L min，而工进时液压缸所需流量

17、为4.96 L min，所以。高压泵的输出流量不 得少于 7.96L/ min。根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用YB 10/ 10型的双联叶片泵,其额定压力为6.3Mpa,容积效率npv0.84，总效率叶卩0.65，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力(2. 29Mpa)和输出流量(当电机转速为1400r / min ) qp21014000.8010 3 L/ min2352L/ min 求出查电动机产品目录，拟定选用电动机的型号为丫90L-4,功率为1500VY额定转速为 1400r/min。5.2选择阀类元件及辅助元件根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，可

18、选出这些 元件的型号及规格如下序号名称估计通过流量q /(L.min 1)'qmax型号及规格1滤油器28.00XU-63*80-J2双联叶片泵23.52YB1-10/103单向阀11.76I-25B4外控顺序阀11.76XY-B25B5溢流阀3.375Y-106三位四通电磁换向阀23.5234D-25B7单向顺序阀28.10XI-63B8液控单向阀28.10IY-63B9二位二通电磁换向阀20.7422D-25B10单向调速阀23.52AXQF-E10B11压力表Y 100T12压力表开关K-3B13电动机Y90L-4表3各元件初选油管：油管内径一般可参照所接元件接口尺寸确定，也可按

19、管路中允许流速计=12.17mm=10.55mm这两根油管按GB/T 2351-2005选用内径© 15mm勺冷拔无缝钢管。油箱：油箱 容积根据液压泵的流量计算，取其体积V (5 7)q P,即V=按 JB/T 7938-1999 取标准值 V=160L6液压系统的性能验算6.1压力损失及调定压力的确定根据计算慢上时管道内的油液流动速度约-,通过的流量为1.5L/min, 数值较小，主要压力损失为调速阀两端的压降；此时功率损失最大；而在快下时滑 台及活塞组件的重量由背压阀所平衡，系统工作压力很低，所以不必验算，因而必 须以快进位依据来计算卸荷和溢流阀的调定压力，由于供油流量的变化，其

20、快上时 液压缸的速度为此时油液在进油液在进油管的流速为沿程压力损失首先要判别管中的流态，设系统采用 N32液压油。室温为20度时，丫 1.0104mm所以有：Re vd/217151031.01043262320，管中为层流，则阻力损失系数Y 75Re 75326023，若取进、回油管长度均为2m油液的密度为p 890 kgm，则其进油路上的沿程压力损失为局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损 失，前者视管道具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的10%而后者则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失为qn和厶pn，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失 p

21、v。通过整个阀的压力损失很小，且可以忽略不计同理，快上时回油路上的流量=17.27L/mi n ，1.63%。q2 q1 A23.03 47.71 LA163.62min则回油路油管中的流速v OP17-27 10 3 mA 叮 151510 660 A由此可计算出Re vd/v 1.6315103 1.0 104244.5 （层流）入 75Re 0.31所以回油路上的沿程压力损失为Z 入扌 pv2 0-31上 820 163 1.63Pa OWMPa 总压力损失 由上面的计算所得可求出原设2Ap 0.4MPa这与计算结果略有差异，应用计算出的结果来确定系 统中压力阀的调定值。压力阀的调定值双

22、联泵系统中卸荷阀的调定值应该满足快进的要求，保证双泵同向系统供油， 因而卸荷阀的调定值应略大于快进时泵的供油压力所以卸荷阀的调压压力应取2.2Mpa为宜0.3-0.5Mpa ,所以取溢流阀调定压力溢流阀的调定压力应大于卸荷阀调定压力为 2.7Mpa背压阀的调定压力以平衡滑台自重为根据，即00Pa47.7110 41.05MPa,取 p背HMpa36.2验算系统的发热与温升根据以上的计算可知，在快上时电动机的输入功率为:Pp0.65W2.210623.5210 3/600.651326.77W；慢上时的电动机输入功率为:PpiPpiqpiW 2.7 106600.6511.7610 3/600.65814.15W ；快上时其有用功率为：P11.89106711.96W ；4.96慢上时的有用功