上料机液压专业系统设计项目说明.doc

江苏师范大学连云港校区

海洋港口学院

《液压传动》课程设计说明书

课程名称 液压和气压传动
专 业 机械设计制造及其自动化
班 级 14港口机械本
学 号 10
姓 名 江玉龙
指导老师 赵刚老师

一、液压传动课程设计目标
1、巩固和深化已学理论知识，掌握液压系统设计计算通常方法和步骤。
2、锻炼机械制图，结构设计和工程运算能力。
3、熟悉并会用相关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。
4、提升学生使用计算机绘图软件（如AUTOCAD、PRO/E等）进行实际工程设计能力。
二、液压课程设计题目
题目（二）设计一台上料机液压系统，要求该系统完成：快速上升——慢速上升（可调速）——快速下降——下位停止半自动循环。采取900V型导轨，垂直于导轨压紧力为60N，开启、制动时间均为0.5s，液压缸机械效率为0.91。设计原始数据以下表所表示。
试完成以下工作：
1、进行工况分析，绘制工况图。
2、确定液压系统原理图（A3）。
3、计算液压系统，选择标准液压元件。
4、绘制液压缸装配图（A1）。
5、编写液压课程设计说明书。
上料机示意图以下：

图2 上料机示意图

目录
一． 工况分析…………………………………… 2
二． 负载和速度图绘制………………………… 5
三． 液压缸关键参数确实定…………………… 6
四． 液压系统确实定……………………………… 9
五． 液压元件选择……………………………… 10
六． 液压缸设计……………………………… 11
七． 确定液压系统原理图…………………………14
八． 绘制液压缸装配图………………………… 14
九． 参考文件…………………………………… 14

一、 工况分析
对液压传动系统工况分析就是明确各实施元件在工作过程中速度和负载改变规律，也就是进行运动分析和负载分析。
1、 运动分析
依据各实施元件在完成一个工作循环内各阶段速度，绘制以速度为纵坐标，时间或位移为横坐标速度循环图，掌握一个工作循环中速度改变情况。以下图所表示：

工作循环中速度改变情况图
2、 动力分析
动力分析是研究机器在工作过程中，其实施机构受力情况，图2为上料机液压系统负载—位移曲线图。

负载—位移曲线图
3、 负载分析
负载分析就是研究各实施元件在一个工作循环内各阶段受力情况。工作机构作直线运动时，液压缸必需克服负载为：
式中：—工作阻力
—摩擦阻力
—惯性阻力
1） 工作负载：
此系统工作阻力即为工件自重和滑台自重。

2）摩擦负载：
此系统摩擦阻力滑台所受阻力，和导轨形状，放置情况和运动状态相关。
此系统为v型导轨，垂直放置，故
---摩擦因数 a---V型角，通常为90°
因为工件为垂直起开，所以垂直作用于导轨载荷可由间隙和结构尺寸求得，已知
：运动部件及外负载对支撑面正压力。
：摩擦系数，分为静摩擦系数（通常取0.2~0.3，通常取0.05~0.1）
故取：
则有：静摩擦负载：
动摩擦负载：
3）惯性负载
惯性负载是运动部件速度改变时，由其惯性而产生负载，可用牛顿第二定律计算：
G---运动部件重量（N）
g---重力加速度，
△v---速度改变值（）
△t---起动或制动时间（s）
加速：
减速：
制动：
反向加速：
反向制动：Fa5=87.76N
依据以上计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为预防因自重而自行下滑，系统中应设置应平衡回路。所以，在对快速向下运动负载分析时，就不考虑滑台重量，则液压缸各阶段中负载，以下表（=0.9）
液压缸各阶段中负载

工况
计算公式
总负载F（N）
缸推力F(N)
起动

8645.26
9500.29
加速

8684.05
9542.91
快上

8622.63
9475.42
减速

8571.73
9419.48
工进

8622.63
9475.42
制动

8612.10
9463.85
反向加速

110.39
121.31
快退

22.63
24.87
制动

-65.13
-71.57

二、负载和速度图绘制
按前面负载分析及已知速度要求，行程限制等，绘制出负载和速度图（以下所表示）

6683.63
F/N

9542.91

9500.29
9419.48
0 24.87 121.31

速度—行程图400 s/mm

-71.57
V(mm/s)

35
10

0 450 s/mm

50

负载—行程图
三、液压缸关键参数确实定
液压缸工作压力关键依据运动循环各阶段最大总负载力来确定，另外，还需要考虑一下原因：
（1）各类设备不一样特点和使用场所
（2）考虑经济和重量原因，压力选得低，则元件尺寸大，重量重，压力选得高部分，则元件尺寸小，重量轻，但对元件制造精度，密封性能要求高。
1、初选液压缸工作压力
依据分析此设备负载不大，按类型属机床类，所遇初选此设备工作压力为1.5Mpa
2、计算液压缸尺寸

式中：F---液压缸上外负载
P---液压缸工作压力
---液压缸工作效率
A---所求液压缸有有效工作面积

按标准取值：D=90mm
依据快上和快下速度比值来确定活塞杆直径： 代入数值，解得：d=34.1mm
按标准取值： d=35mm
活塞宽度： B=0.8D=64mm
导向套长度：C=0.8d=28mm
液压缸缸筒长度：L=450+B+C=532mm
则液压缸有效面积为：
无杆腔面积：
有杆腔面积：
3、活塞杆稳定性校核
因为活塞杆总行程为450而活塞杆直径为35mm，L/d=450/35=13>10,材料力学中相关公式，依据液压缸一端支撑，另一端铰链，取末端系数=2。活塞杆材料用一般碳钢则：材料强度试验值=，系数

=1/5000，柔性系数=85， 因为=96<=85=120，所以其临界载荷为：

由上式可知：在当n=4时，活塞杆稳定性满足，此时能够安全使用。
4、求液压缸最大流量

5、绘制工况图
工作循环中各个工作阶段液压缸压力，流量和功率见下表：

液压缸各工作阶段压力流量和功率

工况
压力
流量
功率
快上
1.29
13.56
291.54
慢下
1.20
2.41
48.2
快下
0.0012
13.41
0.57
以上是液压缸压力，流量和功率表格，依据上表中数值，可绘制出液压缸工况图（以下）

1.29

0.0012
0 t/s

13.56
13.41

2.41
0 t/s

291.54

48.2
0.57
0 t/s
快上 慢上 快下

液压缸工况图
四、液压系统图确实定
液压系统图确实定，关键是考虑以下多个方面问题：
1）供油方法
从工况图分析可知，该系统在快上和快下时侯所需流量较大，且比较靠近，在慢上时所需流量较小，所以从提升系统效率，节能角度考虑，采取单一定量泵供油方法显然是不适宜，故宜选择双联式定量叶片泵作为油源。
2）调速回路
有工况图可知，该系统在慢速时速度需要调整，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载改变小，所以采取调速阀回油节流调速。
3）速度换接回路
因为快上和慢上之间速度需要换接，但对换接位置要求不高，所以采取由行程开关发讯控制二位二通电磁阀实现速度换接。
4）平衡及锁紧回路
为预防在上端停留时重物下落和在停留期间内保持重物位置，特在液压缸下腔（即无杆腔）进油路上设置液控单向阀;其次，为了克服滑台自重在快下过程中影响，设置了一单向背压阀。
五、液压元件选择
1、确定液压泵型号及电动机功率
液压缸在工作循环中最大工作压力为1.07Mpa,因为该系统比较简单，所以取其压力损失.所以液压泵工作压力为

两个液压泵同时向系统供油时，若回路中泄漏按10%计算，则两个泵总流量应为，因为溢流阀最小稳定流量为2L/min，而工进时液压缸所需流量为2.41L/min，所以高压泵流量不得少于（2+2.41）L/min=4.41L/min。
依据以上压力和流量数值查产品目录，故应选择型双联叶片泵，其额定压力为6.3Mpa,容积效率，总效率，所以驱动该泵电动机功率可由泵工作压力（1.07Mpa）和输出流量（当电动机转速为910r/min） 求出：

查电动机产品目录，拟选择电动机型号为Y100L-4，功率为2.2kw,额定转速为1400r/min。
2、选择阀类元件及辅助元件
依据系统工作压力和经过各个阀类元件和辅助元件流量，可选择这些元件型号及规格（见下表）

液压元件型号及规格

序号
名称
经过流量
型号及规格
1
滤油器
25
zv-1-125205
2
双联叶片泵
9.75

3
单向阀
10

4
外控次序阀
40

5
溢流阀
3.375

6
三位四通电磁换向阀
6.3

7
单向次序阀
10

8
液控单向阀
45
型
9
二位二通电磁换向阀
8.21

10
单向调速阀
10

11
压力表

12
压力表开关

13
电动机

（1）油管 油管内径通常可参考所接元件口尺寸进行确定，也可按管中许可速度计算，在本设计中，出油口采取内径为8mm，外径为10mm紫铜管。
（2）油箱 油箱关键功效是储存油液，另外还起着散发油液中热量，溢出混在油液中气体，沉淀油中污物等作用。
油箱容积依据液压泵流量计算，取其体积:
, 即V=100L
六 液压缸设计
1、液压缸分类机组成
液压缸按其结构形式，能够分为活塞缸、柱塞缸、和摆动缸三类。活塞缸和柱塞缸实现往复运动，输出推力和速度。摆动缸则能实现小于往复摆动，输出转矩和角速度。液压缸除单个使用外，还能够多个组合起来和其它机构组合起来，在特殊场所使用，已实现特殊功效。
液压缸结构基础上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，和排气装置五个部分。
2、液压缸关键参数设计（已经计算）
3、液压缸结构设计
1）缸体和缸盖连接形式 常见连接方法法兰连接、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、工作条件相关。
2）活塞杆和活塞连接结构 常见连接形式有：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。
3）活塞杆导向部分结构 活塞杆导向部分结构，包含活塞杆和端盖、导向套结构，和密封、防尘、锁紧装置等。
4）活塞及活塞杆处密封圈选择 活塞及活塞杆处密封圈选择，应依据密封部位、使用部位、使用压力、温度、运动速度范围不一样而选择不一样类型密封圈。常见密封圈类型：O型圈，O型圈加挡圈，高底唇Y型圈，Y型圈，奥米加型等。
5）液压缸缓冲装置 液压缸带动工作部件运动时，因运动件质量大，运动速度较高，则在达成行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞和缸筒端盖产生机械碰撞。为预防此现象发生，在行程末端设置缓冲装置。常见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。
6）液压缸排气装置 对于速度稳定性要求机床液压缸，则需要设置排气装置。
4、液压缸设计需要注意事项
1）尽可能使液压缸有不一样情况下有不一样情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。
2）考虑到液压缸有不一样行程终了处制动问题和液压缸排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有对应方法。
3）依据主机工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸安装、固定方法，但液压缸只能一端定位。
4）液压缸各部分结构需依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。
5、液压缸关键零件材料和技术要求
1）缸体
材料---灰铸铁: HT200,
粗糙度---液压缸内圆柱表面粗糙度为
技术要求：a内径用H8-H9配合
b缸体和端盖采取螺纹连接，采取6H精度
2）活塞
材料---灰铸铁：HT150
粗糙度---活塞外圆柱粗糙度
技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取f7~f9配合，内孔和活塞杆配合可取H8。
3）活塞杆
材料---实心：45钢，
粗糙度---杆外圆柱粗糙度为
技术要求：a调质20~25HRC
b活塞和导向套用配合，和活塞连接可用
4）缸盖
材料---45钢；
粗糙度---导向表面粗糙度为
技术要求：同轴度小于
5）导向套
材料---青铜
粗糙度---导向表面粗糙度为
技术要求：a导向套长度通常取活塞杆直径60%~80%
b外径D内孔同轴度小于内孔公差之半
七、确定液压系统原理图（见图纸）
八、绘制液压缸装配图（见图纸）
九、小结
经过液压课程设计练习，对这学期学习液压传动知识比较系统归纳总结，用学到理论知识去处理实际问题，加深了基础知识掌握，对液压传动这门课程有了更清楚认识。
对我而言，知识上收获关键，精神上丰收愈加可喜。让我知道了学无止境道理。人不能满足于现有成就，人生就像在爬山，一座山峰后面还有更高山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个很美好回想！

参考文件
【1】 左健民 . 液压和气压传动 . 北京：机械工业出版社，1999
【2】 毛智勇 . 液压和气动技术 . 北京：机械工业出版社，
【3】 丁数模 . 液压传动 . 北京：机械工业出版社，
【4】 章宏甲 . 液压和气压传动 . 北京：机械工业出版社，
【5】 姜佩东 . 液压和气动技术 . 北京：高等教育出版社,
【6】 吴宗泽 . 机械零件设计手册 北京：机械工业出版社，