上料机系统设计说明书

上料机液压系统设计

说明书学院：湖北理工学院机电工程学院班级：姓名：学号：指导老师：组员：设计目的：液压系统的设计是整机设计的重要组成部分,主要任务是综合运用前面各章的基础知识,学习液压系统的设计步骤、内容和方法。通过学习，能根据工作要求确定液压系统的主要参数、系统原理图，能进行必要的设计计算，合理地选择和确定液压元件，对所设计的液压系统性能进行校验算，为进一步进行液压系统结构设计打下基础。设计步骤和内容：(1)明确设计要求，进行工况分析；(2)确定液压系统的主要性能参数；(3)拟订液压系统原理图；(4)计算和选择液压元件；(5)验算液压系统的性能；(6)液压缸设计；(7)绘制工作图，编写技术文件，并提出电气控制系统的设计任务书。一.明确设计要求，进行工况分析明确设计要求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→慢速上升→停留→快速下降的工作循环。采用90度V型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N,启动和制动的时间均为0.5s，液压缸的机械效率为0.9。其垂直上升工作的重力为4500N，滑台的重量为800N，快速上升的行程为300mm，其最小速度为40mm/s;慢速上升行程为100mm,其最小速度为10mm∕s;快速下降行程为400mm,速度要求45mm/s.工况分析负载分析就是研究各执行元件在一个工作循环内各阶段的受力情况。工作机构作直线运动时，液压缸必须克服的负载为：F=Fc+Ff+FI式中FC为工作阻力，Ff为摩擦阻力，FI为惯性阻力.(1)工作负载此系统的工作阻力即为工件的自重与滑台的自重。Fc=FG=(4500+800)N=5300N(2)摩擦负载此系统的摩擦阻力为滑台所受阻力,与导轨的形状,放置情况和运动状态有关。此系统为V型导轨，垂直放置，故为F=fF/sinafN2取静摩擦系数为f=0.2,动摩擦系数为f=0.1sd静摩擦负载为Ffs=0.2x120/sin450=33.94N动摩擦负载为Ffd=0.1x120/sin450=16.97N(3)惯性负载惯性负载是运动部件的速度变化时,由其惯性而产生的负载,可用牛顿第二定律计算：F=ma=G△v，g=9.8m/s2ag△t力口速：F=G△=5300X004=43.265Na1g△ 9.8 0.5减速：F=G△=5300X0.04-0.01=32.449Na2g△ 9.8 0.5制动：F=G△=5300X0:01=10.816Na3g△ 9.8 0.5反向加速：F=G△V=5300X0045=48.673Na4g△ 9.8 0.5反向制动：F5=F4=48.673N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，系统中应设置应平衡回路。因此，在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台的重量，则液压缸各阶段中的负载，如下表(η=0.9)。m表一：液压缸各阶段的负载工况计算公式总负载(N)缸推力(N)启动F=Ffs+Fc5333.945926.6加速F=Ffd+Fc+Fa15360.2335955.814快上F=Ffd+Fc5316.9685907.742减速F=FJFc-Fa25284.5195871.688工进F=Ffd+Fc5316.9685907.742制动F=FJFc-Fa35306.1725895.747反向加速F=Ffd+Fa465.64372.937快退F=Ffd16.9718.856制动F=Ffd-Fa5-31.703-35.226按前面的负载分析及已知的速度要求，行程限制等，绘制出负载和速度图(如下所示)液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑一下因素：(1)各类设备的不同特点和使用场合。(2)考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重，压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。2.1初选液压缸的工作压力根据分析此设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选此设备的工作压力为1.5Mpao2.2计算液压缸的尺寸A二二 式中：F---液压缸上的外负载PηmP---液压缸的工作压力m液压缸的工作效率A---所求液压缸有有效工作面积A=ɪ=5308.484∕(0.9X1.5X105)=39.385X10”2Pηm液压缸内径D=4A=∙4X39.32*10-4=7.08X10-2m∏ 3.14按标准值取D=80mm，由一D一=竺得，d=34.1mmD2-d240按标准值取d=35mm活塞宽度：B=0.8D=48mm导向套长度：C=0.8d=28mm液压缸缸套长度：L=400+B+C=476mm无杆腔面积：A=1∏D2=Π×82=50.24cm214 4有杆腔面积：A=1∏(D2-d2)=∏X(82-3.52)=40.64cm224 4L∕d=400∕35=∏.2>10,应该校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。根据液压缸一端固定，另一端为铰链，取末端系数为n=2.活塞材料用中碳钢，查表得材料强度的试验值f=4.9X108,Pa，系数为a=1/5000,柔性系数为-詈，A=*K=J=d=8∙75mmʌ-'K4因为"=875=54∙4<鹏=85∕=120∙2,由戈登—兰金公式π4.9×108XX352×10-6P=_f2_= 4 N=3.636X105NKla/L、 1 1 /476、1+—(—)2 1+ ( )2nK2×50008.75取安全系数n=4时，匕=3∙636×105N=72720N>5955∙814Nkn5K稳定性满足，故可以安全使用。2.3求液压缸的最大流量q快上=A1V快上=50∙24X10-4X40X10-3m3∕s=12∙06L∕minq慢上二A1V慢上=50∙24X10-4X10X10-3m3∕s=3∙01L∕minq快下=A2V快下=40∙64X10-4X45X10-3m3∕s=10∙97L∕min2∙4求液压缸的最大压力快上：P=F+eP=53"+40×02=i∙236MPa1AA250.24×10-445 .11慢上：P=F+eP=53"+40×02=l∙236MPa1AA250.24×10-445 .11快下：P=F+AIP=0∙0042MPa1AA2222.5求液压缸的最大功率快上：P1=P1qι=L236X106X200.96X10-6W=248.386W慢上：P1=P1qι=1.236X106X50.24X10-6W=62.097W快下：P1=P1qι=0.0042X106X182.88X10-6W=0.768W2.6绘制工况图表二：液压缸各阶段的流量,压力和功率工况流量q∕(L∕min)压力P/MPa功率P/W快上12.061.236248.386慢上3.011.23662.097快下10.970.00420.7681.4压力一时间图1.236 1.236 1.2361.2;0.8MPCR00.60.4f∖r0.200.0)42 0.00420 5 10 1520 25 30t/s流量一时间图01020255(15

t/s30300248功率一时间图386248.386250200W150P10062.)6762.067500.7680.76800 510 15t/s20 25 30三.液压系统原理图3.2液压系统工作过程分析（1）快上进油路：泵2（单向变量泵）→三位四通电磁换向阀5右位（2YA得电）→液控单向阀6-单向背压阀7-液压缸下腔回油路：液压缸上腔→二位二通电磁换向阀9左位（3YA失电）→三位四通电磁换向阀5→油箱（2）慢上进油路：泵2（单向变量泵）→三位四通电磁换向阀5右位（2YA得电）→液控单向阀6-单向背压阀7-液压缸下腔回油路：液压缸上腔→调速阀10（3YA得电）一三位四通电磁换向阀5→油箱（3）停留三位四通电磁换向阀5中位，泵输出的油液被三位四通电磁换向阀5堵住，液压缸停止运动，液控单向阀锁紧回路，背压阀7起背压作用（4）快下进油路：泵2—三位四通电磁换向阀5左位（1YA得电）一二位二通电磁换向阀9左位（3YA失电）-液压缸上腔回油路：液压缸下腔一单向背压阀7→液控单向阀6反向打开一三位四通电磁换向阀5→油箱为了防止在上端停留时重物下落和在停留的期间内保持重物的位置，特在液压缸的下腔进油路设置液控单向阀；另一方面，为了克服滑台在快下过程中的影响，设置了单向背压阀。四.液压元件的选择液压泵型号和电机的选择液压缸在整个工作循环中的最大压力为1.236MPa压力损失为Σ△P=0.45MPa压力泵的最大工作压力为Pp≥Pmax+∑△P=1.686MPa液压泵向液压泵供油时，若回路中的泄漏按10%计算，则泵的总流量为qP=1.1X12.06L/min=13.266L/min，由于溢流阀最小稳定流量为2L/min，工进时液压泵所需流量为3.01L/min，高压泵的流量不得少于（2+3.01）L/min=5.01L/min。根据以上压力和流量的数值查产品目录，故应选用YB—16/16型的叶片泵，其额定压力为6.3MPa，容1积效率η≥85%,总效率刈P≥76.5%PVT力女出 Pq 1.686X106x13.266×10-3功率为P=P-PP-P-= W=487.29W,Pη 60×0.765P选择电动机型号Y90L—4,功率为1.5KW,额定转速为1400r/min。油箱容积油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积V=（3—5）q,P取V=5qP，V=5X13.266L/min=66.33L/min，取80L，油箱三个边长在1:1:1—1:2:3范围内，设定油箱可以设定为L=800mm，D=400mm,H=250mm。管道尺寸根据选定的液压阀的连接尺寸确定油管尺寸，也可以按管道中允许流速计算。设管道内允许流速为v=4m/s。液压缸无杆腔相连的油管内径d=%=：4×12.06×10-3mm=8mm∖∏v 60∏×4液压缸有杆腔相连的油管内径d=百=；'4×10.97×10-3mm=7.63mm∏v∖ 60∏×4查表选内径8mm,外径14mm的钢管。5.验算液压系统的性能缸筒壁厚强度校核由D/δ=80/6=13.3>10,故缸体为薄壁件，由于液压缸工作压力小于10MPa，故缸体材料选铸铁HT200，抗拉强度为σ=195MPa,取安全系b数为n=5,则许用应力为：bW=195MPa=39MPao因为该缸体是薄壁n5件，故对其校核如下：σ≥PDl=2.25X80mm=2.308mm2bl2X39显然δ=6mm满足缸体的强度要求。D-缸体内径缸体试验压力P=1.5P=2.25MPaot活塞杆强度校核由于该系统负载压力不大，故活塞杆材料选用45钢，许用应力为lσL600MPa，取安全系数n=5,则许用应力bW=丝0MPa=120MPa,b n5对活塞杆的校核如下：(Fmax=5360.233N)d≥'4Fαχ=：4X5360.233mm=7.54mm兀正二∖,3.14x120显然d=35mm满足要求。六．液压缸设计液压缸的结构基本上可分为缸筒和缸盖，活塞和活塞杆，密封装置，缓冲装置，以及排气装置五个部分。液压管设计需要注意的事项(1)尽管使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载。（2）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。（3）根据主机的工作要求和结构要求，正确确定液压缸的安装，固定方式，但液压缸只能一端定位。（4）液压缸的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。缸体和缸盖的连接形式常用的连接方式有法兰连接，螺纹连接，外半环连接和内半环连接，其形式和工作压力，缸体材料，工作条件有关。选择焊接。活塞杆和活塞的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，选择径向销连接。活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆和端盖，导向套的结构，以及密封，防尘，锁紧装置等。活塞和活塞杆处密封圈的选用活塞和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：O型圈，O型加档圈，V型圈，选用O型圈。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，甚至是活塞和缸筒端盖产生机械碰撞。为防止此现象的发生，在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。选恒节流型缓冲装置。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，可在液压缸最高处设置放气孔，在此选择放气阀。液压缸主要零件的材料和技术要求（1）缸体材料——灰铸铁：HT200粗糙度——液压缸内圆柱表面粗糙度为R=0.2-0.4uma技术要求：a.内径用H8—H9的配合B.缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度（2）活塞材料——灰铸铁：HT150粗糙度——活塞外圆柱粗糙度R=0.8—1.6uma技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取f7—f9的配合，内孔和活塞杆的配合可取H8.（3）活塞杆材料——实心：45钢粗糙度——杆外圆柱粗糙度为R=0.4—0.8uma技术要求：a.调质20—25HRCb.活塞与导向套口8々7的配合，与活塞的连接可用H8/h8。（4）缸盖材料——45钢粗糙度——导向表面粗糙度为R=0.8-1.6uma技术要求：