设计一台单缸传动液压机液压系统课程设计

1、1 液压系统设计分析 题目要求设计一台单缸传动液压机液压系统，工作循环式：低压下行高压下行保压低压回程上限停止。自动化程度为半自动，油缸垂直安装。2 工况分析 液压缸所受外负载F包括三种类型，即F = Fw+ Ff + Fm式中：Fw 工作负载；Fm 运动部件速度变化时的惯性负载；Ff 导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨Ff可由下式求得： 1. 工作负载 Fw=1X106 N 2. 摩擦负载 摩擦负载就是液压缸驱动工作时，所需要克服的机械摩擦阻力。由于液压缸是垂直安装，摩擦阻力相对工作负载惯性负载很小，一般可将其算在液压缸的机械效率中，在这里不考虑。 3. 惯

2、性负载 惯性负载即运动部件在启动和制动过程中的惯性力。 计算公式： Fm =ma= Gv/(g.t)式中：m运动部件的质量 a运动部件的加速度 G运动部件的重量g 重力加速度v 速度变化值t 启动或制动时间，有经验可得t=0.5S，冲头启动和制动的加速或减速都在0.5S内完成。 加速：Fm1 = Gv/(g.t) =2X104 X0.025/9.8 X0.5 =102 N 减速：Fm2 = Gv/(g.t) =2X104X（0.025-0.001）/9.8X0.5=98N 制动：Fm3=Gv/(g.t) =2X104X0.001/9.8X0.5=4.08N 反向加速：Fm4=Gv/(g.t)

3、=2X104X0.025/9.8X0.5=102N 反向制动：Fm5=Fm4=102N 液压缸各阶段中的负载入下表所示： 工况负载计算公式液压缸负载F/N液压缸推力/N启动F= Fw0.5X106555555加速F= Fw+ Fm1500102 555668快下F = Fw500000 555555慢下F= Fw-Fm2499902 555447制动 F= Fw- Fm3499996 555551反向加速F= Fm4102 113制动F=Fm5-102-1133 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下图： 4 液压缸主要参数的确定 1

4、. 初选液压缸的工作压力 液压缸工作压力主要根据液压设备类型确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力也不同。根据分析此设备的大概负载，初选液压缸的工作压力20 MP。 2. 计算液压缸的尺寸单活塞杆液压缸计算示意图 A=F/P=555668/20X106=0.028m2 D=(4A) ½=0.188m 按标准取：D=200mm 因为P大于7，所以d=0.7XD=140mm 安标准取：d=150mm 则液压缸的有效作用面积为: 无杆腔面积 A1 =0.031m2 有杆腔面积 A2=0.013 m2 3. 液压缸的最大流量 Q(快下) = A1V快下 =0.031X5

5、8 X 10-3= 107.88(L/min)Q(慢下) = A1 V慢下=0.031X0.003= 5.58(L/min)Q(快上) = A2V快上=0.013X0.117= 91.26(L/min)5 液压系统图拟定 1. 确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低，而在快进、快退时负载较小，速度较高，从节省能量，减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油，现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。2. 调速方式的选择在中小型专业机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据钻孔类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速

6、阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。3. 速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便、阀的安装也较简单，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。最后，把所选择的液压回路组合起来，即可组合成液压系统原理图。6 液压元件的选择 1确定液压泵的规格 1.1确定液压泵的工作压力 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为Pp = P1 +p式中：Pp 液压泵最大工作压力；P1 执行元件最大工作压力；p 进油管路中

7、的压力损失，初算是简单系统可取0.20.5M复杂系统可取0.51.5MPa。本题中取0.5MPa。因此Pp = P1 +p = 25+0.5 = 25.5(MPa)上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力Pa应满足Pa(1.251.6)Pp。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本题中Pa = 1.3Pp =7.15MPa。1.2泵的流量确定液压泵的最大流量应为Qp KL(Q)max式中：Qp 液压泵的最大流量；(Q)max 各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行

8、工作，尚须加1溢流阀的最小流量23 L/min；KL 系统泄露系数，一般取1.11.3，现取KL = 1.1。因此Qp = KL(Q)max = 1.1×73.5 = 80.85L/min) 根据以上算得的Pp和Qp，查阅有关手册，现选用轴向柱塞泵，该泵的基本参数为：泵的额定压力P0 = MPa，电动机转速n0 = 1r/min，容积效率v = 0.85，总效率= 0.72。确定电动机的规格由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油压力值为2Mpa，流量为已选定泵的流量值。液压泵的总效率。柱塞泵为，取0.8。 选用1000r/min的电动机，则驱动电机功率为

9、： P = PbQp/25.5X选择电动机 ，其额定功率为18.5KW.7 液压系统的性能验算7.1压力损失的验算 工作进给时进油路压力损失运动部件工作进给时的速度为25mm/s，进给时的最大流量为73.5L/min，则液压油在管内流速v1为：v1=Q/(d2/4)=4×73.5×1000/(3.14×252)=149(cm/s)管道流动雷诺数Re1为Re1 = v1d/= 149×0.2/1.5 = 19.8< 2300可见油液在管道中流态为层流，其沿程阻力系数1=75，Re1=0.68.进油管道的沿程压力损失p1-1为p1-1=(l/d）/(v

10、2/2) =0.68×(1.7+0.3)/(0.025×920×1.492/2) =0.5MPa查得换向阀34EF3PE10B的压力损失p1-2= 0.5MPa。忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，则进油路的总压力损失p1=p1-1+p1-2 = 0.5 + 0.5 = 1(MPa)工作进给时回油路的压力损失由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸有杆腔的工作面积是无杆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 = 25/2 = 12.5(cm/s)Re2 = v2d/= 15×2/1.5 = 20 < 23002 = 75/Re2 = 75/20 = 3.75回油管道的沿程压力损失p2-1为p2-1=2(l/d) /( v2/2) =3.75(1.7+0.3)/(0.02×920×0.1252/2) =1.07Mpa查产品样本知换向阀24EF3ME10B的压力损失为p2-2=0.025MPa调速阀QF3E10B的压力损失p2-3=0.5MPa。回油路总压力损失p2为p2=p2-1+p2-2 +p2-3 =1.07+0.025+0.5= 1.6(MPa) 快退时压力损失验算从略，上述验算