广工液压课程设计.doc

课 程 设 计

课程名称 液压与气压传动
题目名称 钢卷运输液压系统设计
学生学院
专业班级
学 号
学生姓名
指导教师
成绩评定
教师签名

2013年 12月 04日
目录
一、设计任务书 1
二、拟定液压系统原理图 2
三、液压系统的计算和选择液压元件 3
四. 液压系统的验算 8
五、液压集成块结构与设计 10
六、小结 13
七、参考资料 14

一、设计任务书
一、 设计题目：钢卷运输液压系统设计
二、 要求：
1. 每个学生的设计数据不一样，每个学生根据自己的设计数据完成自己的液压系统方案设计和设计计算。
2．结构设计
选出其中一个成员的设计方案和数据，完成该方案液压系统的集成块组的结构设计。
3．答辩
4．考核
1) 每个成员需要提交的资料
(1) 设计说明书1份；
(2) 液压系统原理图1份（A4）；
(3）集成块集成油路图1份（A4)；
(4) 集成块零件图1份（A4）；

三、 动作顺序要求及工作参数
1 横移缸前进，至卷取机卷筒下方，行程L1，负载力F1，速度V1。
2 顶伸缸上升，将钢卷托住，行程L2，负载力F2，速度V2。
3 横移缸退回。
4 顶伸缸缩回，将钢卷搁在小车上，行程L3，负载扭矩T，转速N。
5 小车由液压马达驱动向前进。
6 卸完钢卷，小车由液压马达驱动退回。
以上参数为最大值，应可调。所有动作由行程开关自动控制。顶伸缸下腔须设置背压，以防下行产生冲击。

四、设计内容、要求
(一)液压系统设计
根据设备的用途、特点和要求，利用液
液压有关参数，然后按照所得参数选择液压元件、相关设备的规格型号。
(二)液压装置结构设计
液压装置包括集成块、液压站等，进行结构设计时应考虑元件布局合理、紧凑、美观、外连管道少，装卸、调试方便，集成块中的油路尽可能简单、短、交叉少，加工容易、加工工作量尽可能少。
(三)绘制工程图、编写设计说明书
绘制液压系统原理图(系统总油路、集成块集成回路)、液压装置工程图(集成块结构图、集成块元件装配图)，图纸必须按GB要求打印，2张以上的A3图纸，A4图纸量根据实际定：编写设计说明书7页（1.5万字）。

参数表
学号
F1
(N)
F2
(T)
T
(m.N)
V1
(mm/s)
V2
(mm/s)
N
r/s
L1
(m)
L2
(mm)
L3
(m)
12
3700
8
400
50
20
4
3.2
550
3

二、拟定液压系统原理图
1、确定供油方式
该液压系统工作时负载恒定，速度较低。从节省能量、减少发热考虑，成本，泵源系统宜选叶片泵。
2、调速方式的选择
在该液压系统中，执行机构需要单方向节流，另一个方向可自由流动，调速的稳定性要求不高，顶伸缸下腔须设置背压，以防下行产生冲击，所以可以选择单向节流阀调速。
3、方向控制方式的选择
考虑到钢卷运输液压系统的工作要求，流量不大，本系统用三位四通电磁换向阀方向控制方式，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。
4、确定执行元件
按照设计任务要求所需的执行元件有：两个液压缸，一个液压马达。
横向移动设置为缸1，顶伸缸上升缩回设置为缸2，小车的向前进退回由液压马达驱动。
5、完成顺序和循环的方式
在执行元件的控制使用行程开关，使用行程开关控制，有使系统简单，电路控制稳定，易于控制的特点。
6、系统的调压，保压方式
在回路1中AB出口应该设置减压阀，使压力降低，缸2应该使用单向顺序阀进行保压。
7、压力测量点的选择
在液压泵出口应设置压力表以测量系统压力。
8、 最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成下图所示的液压系统原理图。

三、液压系统的计算和选择液压元件
3.1 液压缸主要尺寸的确定
1）工作压力p的确定。
工作压力p根据负载的大小和机器的类型来确定，运输属中型机械，工作负载最大为80000N。据此初定工作压力为10MPa。
2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d。
（1）横移缸
已知横移缸动作时最大负载为3700N，背压=0.5MPa，取0.9，根据工作压力取d/D=0.8，缸进退时的速度相同，则

根据液压缸内径的标准表，圆整为标准系列直径为；则活塞杆直径为。
（2）顶伸缸
已知缸动作时最大负载力为80000N，根据系统类型为回油路设置有背压阀的系统，选取背压值=1.5MPa，为0.9，根据工作压力取d/D=0.7，则
圆整后取缸的直径为，活塞杆的直径为。
3）计算各工作阶段液压缸所需的流量
（1）横移缸工作时的流量

（2）顶伸缸工作时的流量

4）马达的计算
（1）马达的排量为：

式中：T——液压马达的负载力矩（m*N）；
——液压马达的进出口压差（Pa），设压降90%；
——液压马达的机械效率，一般齿轮和柱塞马达取0.9~0.95。
（2）液压马达的流量：

因此选用型号为：XM-D320F的柱塞马达，其排量为40mL/r，额定压力为10MPa，额定转速为80r/min，额定转矩为458。

3.2 确定液压泵的规格和电动机功率及型号
1）确定液压泵的压力
液压泵的工作压力应当考虑液压缸的最高有效工作压力和管路系统的压力损失。
所以泵的工作压力为：

上得为静态夺力，考虑到压力大于静态压力和须有压力储备，所以因此选被的额定压力应满足

2）泵的流量确定。液压泵的最大流量应为

式中 ——液压泵的最大流量；
——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值，在本液压系统中，各元件单独执行，液压马达的流量最大；
——系统泄露系数，一般取=1.1~1.3，本例取。
所以 ：
3）与液压泵匹配的电动机的选定。
分别计算不同工况时的功率，取较大值作为选择电动机规格的依据。
（1）计算横移缸所需的功率。负载为3200N，进油路的压力损失定为0.3MPa，效率为0.6，由式可得：

横移缸动作时所需电动机功率为：

（2）计算顶伸缸所需的功率。负载为80000N，进油路压力损失定为0.5MPa，效率定为0.85，同理可得：

顶伸缸动作所需电动机功率为：

（3） 计算马达所需功率。

综上可知，马达所需功率最大，根据最大功率选择Y160L-4型电动机，其额定功率为15kW，额定转速1460r/min。
4） 选择液压泵的规格。
根据和查阅有关手册，现选用型号为YB1-E63，该泵的基本参数为：每转排量，泵的额定压力，电动机转速，驱动功率为20.5kw。
3.3 液压阀的选择
根据具体工作需要查阅液压元件手册，选择元件如表3-1所示。
表3-1 液压元件明细表
序号
元件名称
最大通过流量q(L/min)
规格
型号
额定流量qn/L/min
额定压力Pn/MPa
额定压降ΔPn/MPa
1
过滤器
89.28
XU-100×80
－
－
－
2
过滤器
89.28
XU-100×80
－
－
－
3
单向阀
89.28
DF-B20H2
100
35
0.2
4
压力表开
关
－
KF-L8/20E
－
－
－
5
压力表
－
Y-60
－
0~25
－
6
冷却器
－
ZLQF1L
－
－
＜0.1
7
电磁溢流阀
89.28
YFD-OB20H2
100
－
－
8
三位四通换向阀
1.47
34DYO-B20H-TZ
75
21
－
9
三位四通换向阀
11.4
34DYO-B20H-TZ
75
21
－
10
三位四通换向阀
74.4
34DYO-B20H-TZ
75
21
－
11
单向节流阀
1.47
LDF-B20C
75
14
－
12
单向节流阀
1.47
LDF-B20C
75
14
－
13
单向节流阀
11.4
LDF-B20C
75
14
－
14
单向顺序阀
11.4
XD2F-B20E
50
1~3
－
15
单向节流阀
74.4
LDF-B20C
75
14
－
16
单向节流阀
74.4
LDF-B20C
75
14
－

3.4 确定管道尺寸
油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本例根据各油路流量和流速来确定油管直径。
（1） 横移缸工作时流量1.4727L/min，压油管的允许流速取，则内径d为：

（2）顶伸缸工作时流量，，则内径d为：

（3）马达工作时流量，，则内径d为：

综合计算结果，与元件实际尺寸的配合，取油管的内径d为20mm。
3.5 液压油箱容积的确定
本例为中压液系统，液压油箱有效容量按泵的流量的5~7倍来确定，所以体积：，圆整后取为。
四. 液压系统的验算
已知该液压系统中进，回油管的内径均为20mm，取油路总长度为2m计算。选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15℃，查得15℃时该液压油的运动粘度，油的密度。
4.1 压力损失的验算
顶伸缸工作时
（1）进油路压力损失。运动部件工作进给时的速度为1.2m/min，进给时的最大流量为11.4L/min，则液压油在管内流速为：

管道流动雷诺数为：

<2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数为：。
进油管道BC的沿程压力损失：

查得换向阀34DYO-B20H-TZ的压力损失为，液控单向阀的压力损失为，单向节流阀的压力损失为，忽略油液通过管接头，油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失

（2）回油路压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，由液压缸无杆腔和有杆腔的工作面积之比，可得

回油管道的沿程压力损失：

换向阀34DYO-B20H-TZ的压力损失为，单向顺序阀的压力损失为，忽略油液通过管接头，油路板等处的局部压力损失，则回油路总压力损失：

（3）变量泵出口处的压力：
从上述验算可以看出，两个液压缸所需的压力都与设计时相符，变量泵出口压力都在变量泵额定压力范围内，故无需修改原设计。
4.2 系统温升的验算
在一个工作循环中，由于每个动作都是独立的，因此需单独验算每个过程的发热量。
1）横移缸
横移缸工作时的速度为50mm/s，压力为3700N，而且有3.2中可知横移缸的输入功率为，而且输出功率为：

此时的功率损失为：

2）顶伸缸工作时速度为20mm/s，压力为80000N，而且有3.2中可知顶伸缸的输入功率为，而且输出功率为：

此时的功率损失为：

3）马达工作时转速为240r/min，转矩为T=400N*m，由式，有

由上可见，马达损失功率最大，则马达工作时发热量也最大。假定系统的散热情况良好，取，油箱的散热面积为：

系统的温升为：

验算证明系统的温升在许可范围内。
五、液压集成块结构与设计

5.1、液压集成回路设计

1） 把液压回路划分为若干单元回路，每个单元回路一般都有三个液压元件组成，采用通用的压力油路P和回油路T。设计液压单元集成油路时，优先选用通用液压单元集成回路，以减少集成块设计工作量，提高通用性。
2）
2）把各液压单元集成回路连接起了，组成液压集成回路。一个完整的液压集成回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、调速回路、顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。液压集成回路设计完成后，要和液压回路进行比较，分析工作原理是否相同，否则说明液压集成回路出了差错。

5.2、液压集成块及其设计

（1）底板及供油块设计
底板及供油块的作用时连接集成块组。液压泵供应的液压油P由底板引入各集成块，液压系统回油路T及泄漏油路L经底板引入液压油箱冷却沉淀。

（2）顶盖及测压块设计
顶盖的主要用途是封闭主油路，安装压力表开关及压力表来观察液压泵及系统各部分工作压力的。设计顶盖时要充分利用顶盖的有效空间，也可把测压回路、卸荷回路以及定位加紧回路等布置在顶盖上。

（3）集成块设计
集成块上一般布置三个液压元件，采用GE系列液压阀。若液压单元集成块回路中液压元件较多或者不好安排时，可以采用过渡板把阀与集成块连接起来。

集成块设计步骤为：
1）制做液压元件样板。根据产品样本，对照实物绘制液压元件顶视图轮廓尺寸，虚线绘出液压元件底面各油路口位置尺寸，依照轮廓线剪下来，便是液压元件样板。
2）决定通道的孔径。集成块上的公用通道，即压力油孔P、回油孔T、卸油孔L及四个安装孔。压力油孔由液压泵流量决定，回油孔一般不得小于压力油孔。
直接与液压元件连接的液压油孔由选定的液压元件规格确定。孔与孔只见的连接孔（即工艺孔）用螺塞在集成块表面堵死。
与液压油管连接的液压油孔可采用米制细牙螺纹或英制管螺纹。
3）集成块上液压元件的布置。把制做好的液压元件样板放在集成块各视图上进行布局，有的液压元件需要连接板，则样板应以连接板为准。
电磁阀应布置在集成块的前、后面上，要避免电磁换向阀的两端的电磁铁与其它部分相碰。液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为好。孔道相通的液压元件尽可能布置在同一水平面，或在直径d的范围内，否则要钻垂直中间油孔，，不通孔道之间的最小壁厚h必须进行强度校核。
液压元件在水平面上的孔道若与公共油孔相同，则应尽可能地布置在同一垂直位置或在直径d范围内，否则要钻中间孔道，集成块前后与左右连接的孔道应互相垂直，不然也要钻中间孔道。
设计专用集成块时，要注意其高度应比装在其上的液压元件的最大横向尺寸大2mm，以避免上下集成块上的液压元件相碰，影响集成块紧固。
4） 集成块上液压元件布置程序。电磁换向阀布置在集成块的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免电磁换向阀的固定螺孔与阀口通道、集成块固定螺孔相通。液压元件泄漏孔可考虑与回油孔合并。水平位置孔道可分三层进行布置。根据水平孔道布置的需要，液压元件可以上下左右移动一段距离。溢流阀的先导阀部分可伸出集成块外，有的元件如单向阀，可以横向布置。

（4）集成块零件图的绘制
集成块的六个面都是加工面，其中有三个侧面要装液压元件，一个侧面引出管道。块内孔道纵横交错、层次多，需要多个视图和2～3各剖面图才能表达清楚。孔系的位置精度要求较高，因此尺寸、公差及表面粗糙度均应标注清楚，技术要求也应予说明。集成块的视图比较复杂，视图应尽可能少用虚线表达。
为了便于检查和装配集成块，应把单向集成回路图和集成块上液压元件布置简图绘在旁边。而且应将各孔道编上号，列表说明各孔的尺寸、深度以及与哪些孔相交等情况。

六、小结
经过这次近两周的液压课程设计，我学到了很多，让我知道设计一个液压设备的基本过程和一些基础知识，也使得我们在上学期所学的液压及气压传动的知识和基本的原理进一步的得到了巩固和加强，使得我们明白了液压设备里面的各个孤立的液压元件之间是通过怎么样的相互联系而连接起来的。总之这次课程设计的收获是很大的。 
首先，对我们学过的液压及气压传动的基本知识和基本的原理得到了一次系统的梳理和回顾。当老师发下来设计题目的时候觉得这不太难，但当我们自己亲手开始去做的时候，才发现要做好老师布置的任务的却不是一件简单的事，它不仅需要液压的基本的计算还要画液压元件的三维模拟图，并且根据液压原理的计算还要兼带查表等各项工作，在这过程当中我们必须的要细心和耐心，因为稍微的疏忽可能就会造成整个过程的错误，进而使得忙乎了半天的事情徒劳了。 
其次，通过这次液压及气压传动课程设计的学习，也是我明白了一个道理，那就是让我懂得各门功课之间是有着相互的联系的，液压课程设他们并不是相互的孤立的。尤其是在课程设计的过程当中对上学期学的计算机辅助设计知识和材料力学以及机械原理等课程的中相关知识的应用就是一个很明显的事实。在这个过程中也锻炼了我解决实际问题的能力。同时又锻炼了我应用和查阅资料进行设计的能力。 
再次，通过这次液压及气压传动课程设计的的学习，培养了我们参考资料和自己查阅先关资料的能力，在课程设计之前老师也给了我们一大堆的电子的有关液压方面的资料，当时似乎觉得有咱们以前学过的液压及气压传动的基础理论和相关的知识就足够了，那些材料都是多余的，但当我们真的开始做的时候才发现自己具备的知识是远远不足以完本次的课程设计要求的。通过对这些资料的学习和参考，也是的我们的液压知识的层次由原来的书本层面又外延到了更深的一个层面。通过这些课外的资料的学习也真的使得我们深刻的认识到液压传动的各个元件和零部件之间的紧密的联系，增强了我们对问题考虑的整体性和全局观。  
第四，通过这次液压及气压传动课程设计的学习也初步的培养起了我们的集体协作的团队精神。就这么简单的一次课程设计也是在我们一组成员各自分工和协作的前提下完成的就在我们大家的共同努力下终于完成的， 真也真正的让我知道了为什么无论当今世界的重大的科技成果还在某一个方面的一点突破都是由团队来完成的了。所以通过这次实践也让我们在这方面的能力得到了一次锻炼，为以后的学习和工作奠定了基础。 
总之，这次课程设计对我们的帮助很大，既让我们把所学知识得到了加强和巩固，又使得我们所学的基本理论和书本知识得到了初步的应用，达到了学以致用的学习效果。这对我们今后的学习和工作都有很大帮助，并且在以后的学习过程当中我们会继续保持这种积极的学习态度去学习新的知识

七、参考资料
《液压系统设计简明手册》 机械工业出版社 主编 杨培元 朱福元
《液压与气压传动》 国防工业出版社 主编 李笑
《机械设计课程设计》 高等教育出版社 主编 席伟光 杨光 李波
《新编液压工程手册》 机械工业出版社 主编 雷天觉
《液压元件手册》 机械工业出版社 主编 黎启柏
《液压气动技术手册》 机械工业出版社 主编 路甬祥

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