机电液综合实验

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章液压传动系统的设计 1\o"CurrentDocument"1.1机械动作要求及参数 1\o"CurrentDocument"1.2根据要求设计方案 1\o"CurrentDocument"1.3计算和选择液压元件 11.4液压元件 4\o"CurrentDocument"1.5工作状态表 5\o"CurrentDocument"1.6电气控制系统 5\o"CurrentDocument"1.7电气控制系统的安装与调试 6\o"CurrentDocument"第二章液压缸的设计与计算 7\o"CurrentDocument"2.1液压缸的内径D和活塞杆的直径d的计算 7\o"CurrentDocument"2.2验算最小稳定速度 8\o"CurrentDocument"2.3液压缸主要零件材料选择和加工要求 8\o"CurrentDocument"2.4液压缸壁厚和外径的计算 9\o"CurrentDocument"2.5液压缸工作行程的确定 10\o"CurrentDocument"2.6最小导向长度的确定 10\o"CurrentDocument"2.7缸盖固定螺栓d3的计算 10\o"CurrentDocument"2.8活塞杆的校核 10\o"CurrentDocument"2.9活塞的宽度B确定 10\o"CurrentDocument"2.10缸体长度的确定 11\o"CurrentDocument"2.11缸体与缸盖采的联接及计算 11\o"CurrentDocument"2.12活塞与活塞杆的连接及计算 12\o"CurrentDocument"2.13活塞及活塞杆处密封圈的选用 13\o"CurrentDocument"2.14活塞杆导向部分的结构 13\o"CurrentDocument"2.15液压缸的缓冲装置 14\o"CurrentDocument"心得体会 15\o"CurrentDocument"参考文献 16第一章液压传动系统的设计1.1机械动作要求及参数快进200工进50

*>快退工作时最大负载F=13000N，液压缸的工作压力为P1=2.5MPa,快进、快退速度V快=5m/min,工进速度VH=0.6m/min，油缸内径与活塞杆直径比D/d=*2，回油腔背压P2=0.5MPa。油路压力损失£△〃=0.3MPa；Qmin=0-2L/min。1.2根据要求设计方案根据要求设计的控制系统图如图1-1所示:图根据要求设计的控制系统图如图1-1所示:图1-1液压传动控制系统图LDT1.3计算和选择液压元件1.3.1液压泵的压力流量和选择泵的规格1）泵的工作压力的确定。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:(1-1)p=p+EAp(1-1)式中p液压泵最大工作压力；式中P]——执行元件最大工作压力;EAp——进油管路中的压力损失，本设计中EAp=0.3MPaTOC\o"1-5"\h\zp=EAp+p「2.5+0.3=2.8Mpa (1-2)上式中计算所得的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储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力p应满足p>(1.25-1.6)p。中低压系统去小值，高压系统取大值。p n p在本设计中p「1.25pp=1.25X2.8=3.5Mpa (1-3)泵的流量确定。液压泵的最大流量应为q>七(为) (1-4)式中 qp——液压泵的最大流量；(£q七/——同时动作的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工作，尚须加溢流阀的最小溢流量2〜3L/min；匕——系统泄露系数，K^=1.2q=匕(£q)=1.2x39.25=47.1L/min (1-5)选择液压泵的规格根据算得的qp和pp，选用CB-32限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量q0=32.5mL/r，泵的额定压力p=10MPa，电动机转速n=1450r]min，容积效率门=0.9，总效率门=0.7。1.3.2与液压泵匹配的电动机的选定首先分别算出快进与工进两种不同工况的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。工进时的外负载为13000N,压力损失为0.3Mpa.

(1-6)p="°°°X10-6+0.3=1.96MPa(1-6)P-X0.124快进时所需电动机功率为0.50.5x47.160x0.7=0.56kW(1-7)工进时所需电动机功率为P=PA=19X47」=22kwn 60X0.7查询电动机产品样本，选用Y100-4型电动机，其额定功率为2.2kW，额定转速为1430r/min。1.3.3确定其它元件及辅件1）确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表1-1所列。表1-1阀类元件及辅助元件规格序号元件名称通过的最大流量q/L/min规格型号额定流量qn/L/min额定压力Pn/MPa额定压降Apn/MPa1外齿合单级齿轮泵—CB-32104调速阀<8Q-10B66.39溢流阀5.1Y-10B106.311滤油器36.6XU-80x200806.30.02

确定油管内径表1-2允许流速推荐值管道推荐流速/(m/s)吸油管道0.5〜1.5，一般取1以下压油管道2〜5，压力高，管道短，粘度小取大值回油管道1.5〜3油管内径为：'4q ,'4x47.1x10-3d= =、, x103mm=14.14mm (1-8)g\3.14x5x60根据内径尺寸系列，选取内径为20mm的软管。1.4液压元件如下表1-3表1-3液压元件的选用序号名称型号数量1二位二通电磁换向阀22D-10B220V22三位四通电磁换向阀34D-10B220V23先导式溢流阀Y-10B14调速阀Q-10B25限位开关/36可调节流器L-10B17压力表K1-3B2根据动作要求和提供的元件，设计液压传动系统，设计油路图如图1-1，其工作情况由表1-4所示油路中用到的上述提供的元器件有：二位二通电磁换向阀、调速阀、先导式溢流阀、三位四通电磁换向阀等。

1.5工作状态表电磁阀工作时的得失电情况如表1-4表1-4工作状态表动作名称电磁铁工作状态2DT3DT1DT快进++-工进-+-快退+-+强退-++1.6电气控制系统根据图1-1液压传动系统及表1-4所示，设计电器控制系统如图1-2所示:图1-2电器控制系统1.7电气控制系统的安装与调试（1）基本工作过程快进：按下SB2,启动液压泵，按下SB3使3DT和1DT得电，执行快进。工进：碰到行程开关YA4，使3DT失电，1DT仍得电，执行工进。快退：碰到行程开关YA6，使3DT和2DT得电，1DT失电，执行快退。强退：按下SB4，使3DT和2DT得电1DT失电，执行强退。按图1-1连接系统油路，连接时需注意调速阀的P1口和P2口的链接。按图1-2连接电气控制线路，连接时注意控制电路接的是220V,从火线引出一根线，最后回到的是零线。接信号指示灯时，是并联到每个电磁上不是串联，否则电路将出现问题。（2）液压传动系统与电气控制系统调试过程中出现的问题与解决方法1） 由于实验准备不够充分，没有到实验场地进行观察和分析，导致所设计初步油路与实验设备冲突，安装过程中没有认真思考实验室所具有的设备的名称及功用，为了达到最佳的快进、工进以及快退的效果，采用了差动连接进行实现，而导致液压传动系统安装完成后进行调试时，油液喷出。2） 在安装液压系统回路时，为了防止油液从油管接口处泄露，在油管接口处安装了多个垫圈，而因此带来的问题则是油管接不上。3） 实验室中，机电液综合实验台上共有8个传感器，在我们的实验中只需用到3个即可，此次实验，我们采用了传感器1、4、8,在液压系统回路安装完成后，发现液压缸无法快退，原因是活塞杆与传感器未接触，解决的方法是将传感器尽量靠近活塞杆，使其接触。4） 在安装液压系统回路时，未分清两位三通阀的进出口，导致调试时有大量油液泄露。5） 由于实验设备过于老化的原因，即使是所有油路及电路安装正确，也有漏油的现象。6） 在部分电气系统回路安装完成进行调试时，发现电动机转动，但是没有压油，经分析可知，产生此现象的原因是由于电动机反转，此时只需要将U、V、W三根线中的任意两项互换，使电动机正转。7） 为了方便调试电路时判断电路的接通与否，通过将各线圈与灯并联，从而可以通过灯是否亮来判断电路是否接通。

第二章液压缸的设计与计算2.1液压缸的内径D和活塞杆的直径d的计算图2-1图2-1单杆活塞缸(2-1)(2-2)(2-1)(2-2)兀 兀,叱—D2P-F+—(D2-d2)P+FD2-4（F+/）+（D2-d2）P兀P P式（2—1）中:p—液压缸工作压力；1P—液压缸回油腔背压力；2d/D—活塞杆直径与液压缸内径之比；F—工作循环中最大的外负载；F—液压缸密封处摩擦力，它的精确度不易求得，常用液压缸的机械效率门皿进行估算。F+F—Fmfc m式（2—2）中:nm一液压缸的机械效率，一般nm=0.9〜0.97将叩带入式（2-1）中，可求得D为：mD=114F=■ 4x13000=93mm-I1■1兀P门＜\1ml计算结果为：V J-r/、1d、2IS:丫曜2.5x0*11-032.5』100〕］1i(2-3)D=93mmd=63mm根据GB/T2348-1993,液压缸内径尺寸系列和液压缸活塞杆外径尺寸对D和d进行圆整，取D=100mm,d=70mm。2.2验算最小稳定速度要保证液压缸平稳运行，液压缸工作面积A必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积Amin，即A＞AminAmin二Qmin/Vmin （2-4）式（2—4）中:Qmin——流量阀的最小稳定流量Vmin 液压缸的最低速度要求Qmin=0.2L/min,Vmin=0.6m/minAmin=^min=0.2x106/0.6x103=333mm2Vmin计算的A=g=7850mm2＞人质，经验算满足要求。2.3液压缸主要零件材料选择和加工要求2.3.1缸体1） 材料：无缝钢管45钢无缝钢管作缸体毛坯加工余量小，工艺性能好，生产准备周期短，适合大批量生产，起重运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，常用45钢，大多属于薄壁圆筒结构。2） 加工要求钢筒内壁表面加工公差为H8〜H9；表面粗糙度为0.32〜1.25um。为了防止在装配时损伤密封圈，缸筒必须有倒角，倒角大小建议为20°〜25°。2.3.2活塞1）材料：45钢无导向环活塞，采用45钢或球墨铸铁。2.3.3活塞杆1） 材料：45钢活塞杆常用35、45钢等材料。对于冲击震动很大的活塞杆，也可使用55钢。一般实心的活塞杆用35、45钢。2） 加工要求压缸活塞杆用的材料通常要求淬火，深度一般为0.5〜1.0mm，或活塞杆直径为1mm淬深0.03mm。活塞杆表面需要镀硬格，厚15〜25um，也有要求镀硬铭30〜50um。塞杆外径公差为f7〜f9，表面粗糙度一般为RaW0.3〜0.4um，精度要求高时，RaW0.1〜0.2um，活塞端部需有15°〜25。倒角。装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保证活塞安装不产生歪斜。为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。2.3.4前端盖1）材料：45钢缸盖常用35、45钢的锻造或铸造毛坯，也可以使用铸铁材料。2.3.5后端盖1）材料：45钢缸盖常用35、45钢的锻造或铸造毛坯，也可以使用灰铸铁材料。起导向作用时用铸铁2.4液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。工程机械的液压缸，一般是用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算(2-5)式中5——液压缸壁厚（m）；D——液压缸内径（m）；py——试验压力，取最大工作压力的1.5倍（MPa）；"]——缸筒材料的许用应力。无缝钢管[°]=100MPa。1.5x2.5x100(2-6)5> =1.875mm(2-6)2x100按照工程机械标准液压缸外径尺寸系列，所以取外径为114mm。壁厚为7mm>1.875mm，符合要求。

2.5液压缸工作行程的确定液压缸的工作行程长度，根据执行机构的实际工作最大行程来确定，并参考GB2349-80系列尺寸来选取标准值。本次设计选取的行程为250mm。2.6最小导向长度的确定如果导向长度过小，将使液压缸的初始扰度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下条件HM(L/20)+(D/2)其中L 液压缸的最大行程D---液压缸的内径2.7缸盖固定螺栓d3的计算d32：—— (2-7)\，兀Z［。］式中F 液压缸负载；K 螺纹拧紧系数，K=1.12〜1.5；Z 固定螺栓个数；［。］----螺栓许用应力，［。］二。3/(1.22〜2.5),。3为材料的屈服点为355Mpa。其中负载为18000N，拧紧系数取1.5,螺栓个数取六个，根据式(2-7)计算得:d3N6.5mm,选取M8的螺栓。2.8活塞杆的校核(2-8)当活塞杆长度Ivl0d时，应按强度校核条件校核活塞杆直径d。(2-8)d>［。］=o/1.4=357Mpa式中：F 最大负载(N)据式(2-8)计算得dN6.8mm上述计算得d=70mm>6.8mm，满足强度的要求。2.9活塞的宽度B确定一般活塞B=(0.6〜1.0)D所以选B=60mm

2.10缸体长度的确定液压缸刚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短端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20〜30倍。因此取缸体长度250+60+5=315mm。2.11缸体与缸盖采的联接及计算2.11.1联接的形式选择缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。主要连接形式有法兰连接、螺纹连接、半环连接。a法兰连接优点：(1)结构简单、成本低(2)容易加工、便于装拆(3)强度较大、能承受高压缺点：(1)径向尺寸较大⑵重量比螺纹连接的大⑶用钢管焊上法兰、工艺过程复杂些b螺纹连接优点：(1)外形尺寸小(2)重量较轻缺点：(1)端部结构复杂、工艺要求较高(2)装拆时需用专用工具(3)拧端盖时易损坏密封圈c半环连接优点：(1)结构较简单(2)加工装配方便缺点：(1)外形尺寸大(2)缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒厚度比较各连接形式，本设计中选取半环联接和螺纹联接的形式。2.11.2螺纹联接的计算缸体螺纹处的拉应力：(2-9)KFb= (2-9)兀，-(d2—D2)4 1螺纹处的切应力为：K1KFd0b= i 0.2(d1A3-DA3)(2-10)bn=Jb人2+3*t人2V7(2-11)式中：。 螺纹处的拉应力(Pa)K 螺纹拧紧系数，静载荷时，取K-1.25〜K=3)K1 螺纹内摩擦系数，(取K1=0.12)d0 螺纹外径md1 螺纹内径山D 液压缸内径mT.5；动载荷时，取K-2.5〜4,(取

t 螺纹外的切应力Pa［。］----螺纹材料的许用应力Pa［。］=。s/n (2-12)。s 螺纹材料的屈服点pa(。s=355MPa)n 安全系数(n=2)。n 合成应力(Pa)F 缸体螺纹处所受到的拉力(N)将各参数带入式(2-10)、(2-11)、(2-12)得:。二15.63MPat=5.39MPaon=18.2MPa ［o］=175Mpa所以。n=18.2MPa<［。］=175MPa,其螺纹联接符合要求。2.12活塞与活塞杆的连接及计算2.12.1联接的选择活塞杆与活塞的连接结构有：整体式结构和组合式结构。组合式结构又分螺纹连接、半环连接和锥销连接。a整体式结构：结构简单，适用于缸径较小的液压缸b螺纹连接：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。c半环连接：结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多应用在压力高、负荷大、有振动的场合d锥销连接：结构可靠，用锥销连接销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧，多用于负荷较小的场合。根据螺纹连接多用于组合机床的叙述，选用螺由于本设计是组合机床用的液压缸，根据螺纹连接多用于组合机床的叙述，选用螺纹连接的活塞杆与活塞的连接结构。2.12.2螺纹联接校核活塞杆危险截面处的拉应力：(2-13)KF1(2-13)b= -d1A24切应力为：T-K1KFid0(2-14)I(2-14)0.2d13合应力为：b-歹n(2-15)bn=Jb2+3T2 w［。］

(2-15)式中：F1液压缸输出压力F=-(D2-d2)Xp=-x(0.12-0.072)X3X106=12016.6Ni4 4式中：F1液压缸输出压力式中：d 活塞杆直径；[。]----活塞杆材料的许用应力；bs355[b]=——= =175Mpan2将各参数带入式(2-14)、(2-15)、(2-16)得:o=3.19Mpa T=1.51Mpaon=4.13Mpa所以。n=4.13MpaW[o]=175Mpa,其螺纹联接满足要求。(2-16)2.13活塞及活塞杆处密封圈的选用(2-16)活塞及活塞杆处的密封圈的选用，根据密封的部位、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。常用的密封圈类型有O形圈、Y形圈、V型和活塞环。O形圈:结构简单，密封性好，安装空间小，摩擦力小，易于制造，所以应用较广，但运动速度不能太大。Y形圈:用于压力在20MPa以下、往返速度较高的液压缸，密封性能可靠。V形圈:性能好，耐久性也好，缺点是安装空间大，调整困难，摩擦阻力大，只适用于运动速度较低的液压缸。活塞环:命长，不容易损坏，常常用在不便于拆卸的液压缸中，缺点是泄漏较大，必须成组使用，加工工艺比较复杂，所以成本较高。图2.1。形圈示意图由于本设计中液压缸的工作压力为5MPa，速度范围＜0.5m/s，因此选用缸体与缸盖的密封形式选用O形圈的密封形式（如图2.1）。活塞杆与缸盖，活塞与缸体的密封选用O圈的密封形式。2.14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、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端盖分开的导向套结构。a端盖直接导向：(1)端盖与活塞杆直接接触导向，结构简单，但磨损后只能更换整个缸盖(2)盖与杆的密封常用O型，Y型等密封圈(3)防尘圈用无骨架的防尘圈。b导向套导向：(1)导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料(2)盖与杆的密封常用Y型等密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸(3)防尘方式常用J型或三角形防尘装置。由于密封圈的是选用O形圈的密封类型，常于O形圈配合导向套结构为端盖直接导向，因此本设计选用端盖直接导向的导向部分结构。2.15液压缸的缓冲装置常用的缓冲装置结构有环状间隙式节流缓冲装置，适用于运动惯性不大、运动速度不高的液压系统。三角槽式节流缓冲装置，利用被封闭液体的节流产生的液压阻力来缓冲的。可调节流缓冲装置，它调节针形节流阀的流通面积，就可改变缓冲作用的强弱和效果。本设计中的液压缸运动惯性不大、速度也不高