【动力滑台液压系统设计6700字（论文）】

动力滑台液压系统设计目录摘要 11前言 42液压传动的工作原理和组成 42.1工作原理 42.2液压系统的基本组成 43YA30-2000型动力滑台液压系统的工况分析 53.1YA30-2000型动力滑台的液压系统原理 53.2分析系统工况 63.2.1工作负载 63.2.2惯性负载 63.2.3阻力负载 73.3循环图的绘制 84、液压系统方案设计 94.1液压系统图的拟定 94.2确定系统液压缸参数 112.3.1初选液压缸工作压力 112.3.2确定液压缸主要尺寸 124.3液压泵的参数计算 134.3.1计算液压泵的最大工作压力 134.3.2计算总流量 144.3.2电机的选择 144.4选择阀类元件及辅助元件 144.4.1油管 144.4.2油箱 154.4.3过滤器的选择 154.4.4空气滤清器的选择 164.5活塞杆直径校核 165液压系统性能的验算 175.1估算系统效率 175.1.1液压泵工作压力的估算 175.1.2系统压力损失计算 185.2系统发热和温升验算 20结论 22参考文献 22附录 241前言液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。本文首先对YA30-2000动力滑台液压系统进行工况分析，通过对流经各元件的流量的计算，合理选择液压元件；最后通过对系统效率、发热和升温的验算，对液压系统进行性能分析。2液压传动的工作原理和组成2.1工作原理（1）电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后，从泵的输出口输入管路[1]。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。（2）工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。由此可见，速度是由油量决定的。2.2液压系统的基本组成（1）能源装置——液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。（2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功[2]。（3）控制装置——液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。（4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。（5）工作介质——液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。3YA30-2000型动力滑台液压系统的工况分析3.1YA30-2000型动力滑台的液压系统原理YA30-2000型动力滑台的液压系统原理图，该系统用限压式变量泵供油、电液换向阀换向、液压缸差动连接来实现快进[3]。图3-1YA30-2000型动力滑台的液压系统原理用调速阀调节工作进给速度，用行程阀实现快、慢速度的换接，用二位二通电磁阀进行两个工进速度之间的转换，用止挡块限位保证进给的位置精度。滑台的工作循环是:快进→第一次工作进给→第二次工作进给→止挡块停留→快退→原位停止。进油路：过滤器→双联泵→三位五通阀的左位→液压缸无杆腔。回油路：液压缸有杆腔→行程阀的左位→三位五通电磁阀左位→单向阀→液压缸无杆腔。本课题所设计的YA30-2000型在普通车间使用，没有特殊的要求，液压系统的安装必须稳定。表3-1YA30-2000型动力滑台设计参数参数数值切削阻力(N)15000滑台自重(N)22000快进、快退速度(m/min)5工进速度(mm/min)100最大行程(mm)350工进行程(mm)200启动换向时间(s)0.1液压缸机械效率0.9系统设计参数如表3-1所示，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为=0.2、=0.1。YA30-2000型的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动，因此液压系统的执行元件确定为液压缸。3.2分析系统工况在对YA30-2000型动力滑台液压系统进行工况分析时，本设计只考虑YA30-2000型动力滑台所受到的工作负载、惯性负载、和机械摩擦阻力负载，其他负载可以忽略。3.2.1工作负载工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，即沿液压缸轴线方向的力为工作负载，即N3.2.2惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知加减速时间为0.1s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为5m/min，因此惯性负载可以表示为(3.1)式中：—惯性力；G—活塞杆的自身重力；g—重力加速度，取9.8m/s²；—快进速度；—快进时间；N3.2.3阻力负载阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。阻力负载：(3.2)式中：—摩擦力；—摩擦系数；—工作压力；静摩擦阻力N动摩擦阻力N根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表3-2所示。表3-2液压缸在各工作阶段的负载(单位：N)工况负载组成负载值F液压缸推力起动4400N4889N加速4071N4523N快进2200N2444N工进17200N19111N反向起动4400N4889N加速4071N4523N快退2200N2444N3.3循环图的绘制根据表3-2中计算结果，绘制YA30-2000型动力滑台液压系统的负载循环图如图3-2所示。图3-2表明，当YA30-2000型动力滑台处于工作进给状态时，负载力最大为19111N，其他工况下负载力相对较小。图3-2YA30-2000型动力滑台液压系统负载循环图所设计YA30-2000型动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度m/min，快进行程mm，工进行程mm，快退行程mm，工进速度mm/min。根据上述已知数据绘制YA30-2000型动力滑台液压系统的速度循环图如图3-3所示。图3-3YA30-2000型液压系统速度循环图4液压系统方案设计4.1液压系统图的拟定（1）工作台要完成单向进给运动，先采用固定的单活塞杆液压缸。（2）根据该设计的运动方式和要求，采用差动连接与双泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。（3）压力控制回路的选择，为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上串接一个液控顺序阀[4]，以阻止油液在快进阶段返回油箱。把压力油输送给执行元件，执行元件排出的油则直接流回油箱。（4）为便于实现调整方便，选用Y型中位机能。确定选用双联叶片泵做为供油方案，有利于降低能耗和成本。如图4-1所示。图4-1双联叶片泵图4-2二位二通电磁阀图4-3三位五通电磁换向阀（5）选定调速方案和液压基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些辅助性油路，如控制油路、润滑油路、测压油路等，并对回路进行归并和整理，就可将液压回路合成为液压系统[5]。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。图4-4液压系统原理图本课题设计的液压传动系统类型采用开式液压系统，系统的结构简单。液压系统中各电磁铁的动作顺序如表4-1所示。其中表里“+”号表示的是电磁铁通电或行程阀压下；“—”号表示电磁铁断电或行程阀复位。4.2确定系统液压缸参数2.3.1初选液压缸工作压力按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=5MP。初定液压缸的工作压力为表4-1液压缸参考背压系统类型背压回油路上有节流阀的调速系统2～5回油路上有调速阀的调速系统5～8回油路上装有背压阀5～152.3.2确定液压缸主要尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑[6]，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。液压缸的回油腔应设置一定的背压，选取此背压值为P2=0.6MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值P2=0.7MPa。根据已知参数，液压缸进油腔的面积为（4.1）液压缸缸筒内径D为（4.2）活塞杆外径d为（4.3）根据对液压缸缸筒内径尺寸和活塞杆外径尺寸的规定，按标准取液压缸缸筒内径为D=90mm，活塞杆直径为d=63mm。则液压缸实际的有效作用面积为：无杆腔面积（4.4）有杆腔面积（4.5）工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时所需要的流量为（4.6）工作台在工进过程中所需要的流量为（4.7）工作台在快退过程中所需要的流量为（4.8）根据上述液压缸直径及流量运算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、功率。快进过程中，液压缸做差动连接（即液压缸左右两腔同时通入压力油），油路中不可避免地存在着压降，取。工进过程中，液压缸会发生前冲现象，因此液压缸的回油路上应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为。快退过程中，回油路上也是有背压的，选取背压值为。表4-2液压缸所需的实际流量、压力和功率工作循环负载F(N)进油压力(bar)回油压力（bar）所需流量q（L/min）输入功率P（KW）差动快进100010.715.77.150.128工进1100037.380.1870.194快退100011.256.880.1284.3液压泵的参数计算4.3.1计算液压泵的最大工作压力由于本设计采用双泵供油方式，对于带调速阀的进油节流调速回路，取进油路上的总压力损失为，同时考虑到压力继电器存在的压差0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力可估算为：（4.9）大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，从液压缸工况图4-4可以看出，取进油路上的压力损失为，则大流量泵的最高工作压力为：（4.10）4.3.2计算总流量在整个工作循环过程中，液压油源应向液压缸提供的最大流量出现在快进工作阶段，为13.6L/min，若回路中的泄漏按10%计算，则液压油源所需提供的总流量为：（4.11）工作进给时，液压缸所需流量约为0.32L/min，由于溢流阀的最小稳定溢流量3L/min，故小流量泵的供油量最少应为3.32L/min。选用型的双联叶片泵，若取液压泵的容积效率，则当泵的转速时，小泵的输出流量为（4.12）该流量能够满足液压缸工进速度的要求。大泵的输出流量为（4.13）该流量能够满足液压缸快退速度的要求。4.3.2电机的选择由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为1.824MPa，流量为16.38L/min。取泵的总效率，则液压泵驱动电动机所需的功率为：（4.14）根据上述功率计算数据，此系统选取Y90S-6型电动机，其额定功率，额定转速。4.4选择阀类元件及辅助元件4.4.1油管本设计系统中采用精密无缝钢管(GB/T3639-1983)[7]，在强度保证的情况下，管壁可尽量选的薄些。各元件间连接管道的规格可根据元件接口处尺寸来决定，液压缸进、出油管的规格可按照输入、排出油液的最大流量进行计算。当油液在压力管中流速取3m/s时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：（4.15）（4.16）为了统一规格，油管选取均为内径20mm、外径28mm的10号冷拔钢管。4.4.2油箱本课题设计的油箱为分离式油箱，单独设计，与主机分开，减少油箱的发热和液压系统振动对主机工作精度的影响。箱中的油液体积根据液压泵的流量计算，取其体积为（4.17）按规定，取标准值。根据标准油箱的外形尺寸可得，长，宽，高对于油箱采用普通钢板焊接即可，钢板的厚度分别为：油箱箱壁厚3mm，箱底厚度5mm，由于箱盖上需要安装其他液压元件，因此箱盖厚度取为10mm。为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地的距离为150mm。因此，油箱基体的总长总宽总高为：（4.18）（4.19）（4.20）在油箱盖上焊接四个吊钩，油箱上焊两个提手，以便于油箱的搬移。为了防止油箱内部生锈，应在油箱内壁涂上耐油防锈的涂料。4.4.3过滤器的选择过滤器的功用是在于过滤混在液压油液中的杂质，使进到系统中去的油液的污染度降低，保证系统的正常工作。过滤器按过滤方式分，有表面型过滤器、深度型过滤器和中间型过滤器三种。取过滤器的流量为泵流量的2.5倍。由于所设计的YA30-2000型液压系统为普通的液压传动系统，对油液的过滤精度要求不高，故有L/min因此系统选取通用型WU系列网式吸油过滤器，参数如表4-3所示。表4-3通用型WU系列网式吸油中过滤器参数型号通径mm公称流量L/min过滤精度µm尺寸M(d)HDWU—100100-J32100100153—4.4.4空气滤清器的选择L/min选用EF系列液压空气滤清器，其主要参数如表4-4所示。表4-4液压空气滤清器参数型号过滤注油口径mm注油流量L/min空气流量L/min油过滤面积L/minAmmBmmammbmmcmm空气过滤精度mm油过滤精度µm-323214105120100500.279125注：液压油过滤精度可以根据用户的要求进行调节。4.5活塞杆直径校核活塞杆直接d的校核按下式：（4.21）式中，F为活塞杆上的作用力，为为活塞杆材料的许用应力，为（4.22）由于活塞杆直径为63mm，因此得出活塞杆直径满足要求。5液压系统性能的验算5.1估算系统效率本液压系统的进给缸在其工作循环持续时间中，快速进退仅占2.8﹪，而工作进给达到97.2﹪，所以系统效率、发热和温升可概括用工进时的数值来代表。5.1.1液压泵工作压力的估算小流量泵在工进时的工作压力等于液压缸工作腔压力加上进油路上的压力损失及压力继电器比缸工作腔最高压力大的压力值MPa(5.1)大流量泵的工作压力就是此泵通过顺序阀卸荷时所产生的压力损失，因此，它的数值为MPa(5.2)根据式可算出工进阶段的回路效率(5.3)前以取液压泵的总效率，液压缸的总效率，则按式(5.4)5.1.2系统压力损失计算工进时管路中的最大流量仅为0.187/min，因此流苏很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计。这是进油路上仅考虑调速阀的压力损失，回油路上只有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力等于工进时液压缸的工作压力加上上进油路压差，并考虑压力继电器动作需要，则即小流量泵的溢流阀4应该按此压力进行调整。（2）快退时进油管和回油管长度按L=2.0m计算，油管直径，通过的流量为进油路，回油路。液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为15，由手册查出此时油的运动粘度，油的密度，液压系统元件采用集成块式的配置形式。a、确定油液的流动状态按式式中平均油速（m/s）；D油管内径（m）；V油的运动粘度（）；q通过的流量（）。则进油路中的液流的雷诺数为回油路中液流的雷诺数为由上可知，进油路中的流动都是层流。b、沿程压力损失由式可算出进油路和回油路的压力损失。在进油路上，流速，则压力损失为在回油路上，流速为进油流速的两倍即，则压力损失为c、局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失按式计算式中q通过阀的实际流量（L/min）阀的额定流量（L/min）阀在额定流量下的压力损失。计算结果列于表5-1中。表5-1阀类元件局部压力损失元件名称额定流量实际通过的流量额定压力损失实际压力损失单向阀230620.08顺序阀5252021.28三位五通电液换向阀62510/2040.64/2.56二位二通行程阀11252042.56注：快退与经过三位五通液动阀的两油道流量不同，压力损失也不同。若取集成快进油路的压力损失，回油路压力损失为，则进油路和回油路总的压力损失为由表1-1可知快退的液压缸负载F=947.4N;快退时的液压缸的工作压力为按式可算出快退时泵的工作压力为因此，大流量泵卸载阀3的调整压力应大于。从以上验算结果可以看出，各种工作下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。5.2系统发热和温升验算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，系统的发热与温升计算跟系统效率同样只考虑工进阶段。（1）计算工进工况时液压泵的输入功率(5.5)=371.9W（2）计算工进时系统的发热功率W(5.6)（3）计算工进时系统的油液温升℃(5.7)其中传热系数K=15W/(·℃)。本系统温升小，符合要求。结论刚开始拿到自己的毕业设计题目时，自己和大多数的学生一样，有点手忙脚乱。由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计的经验，不知道从何下手。还是在关老师的帮助下，让我明确了自己首先要研究的方向。那就是要把设计的基本内容搞清楚。我也是按照基本内容一步一步进行着毕业设计。本次设计培养了我们对设计工程的设计能力，学习和掌握课件的基本制作方