中間罐車防溢板升降液壓系統(tǒng)設(shè)計副本

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1、攀枝花課程設(shè)計報告 攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計報告 題 目：防溢板的設(shè)計 學(xué)生姓名: 何 繼 學(xué) 號: 201110601046 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計制造及自動化 班 級： 2011級先進(jìn)制造班 指導(dǎo)老師： 陳 永 強(qiáng) 2014年5月29日 攀枝花學(xué)院教務(wù)處制 目錄

2、 前言………………………………………………………………………………………2 1 題目擬定…………………………………………………………………………………3 1.1工況參數(shù) …………………………………………………………………………3 1.2設(shè)計要求……………………………………………………………………………3 2 明確系統(tǒng)設(shè)計要求 ………………………………………………………………3 3 設(shè)計要求及工況分析 ………………………………………………………………3 3.1分析系統(tǒng)工況………………………………………………………………………3 3.2負(fù)載與運動分析………………………

3、…………………………………………5 3.3確定液壓缸主要參數(shù)，編制工況圖………………………………………7 3.4液壓泵的選擇……………………………………………………………………7 3.5電動機(jī)的選擇 …………………………………………………………………8 3.6確定油管…………………………………………………………………………8 3.7確定油箱…………………………………………………………………………9 4 確定系統(tǒng)原理圖……………………………………………………………………11 5 驗算液壓系統(tǒng)性能…………………………………………………………………11 5.1驗

4、算系統(tǒng)壓力損失……………………………………………………………12 5.2驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升…………………………………………………………14 6 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………15 致謝…………………………………………………………………………………15 前言 現(xiàn)代機(jī)械一般多是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個綜合體。液壓傳動與機(jī)械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計工作中占有重要的地位。因此，《液壓傳動》課程是工科機(jī)械類各專業(yè)都開設(shè)的一門重要課程。它既是一門理論課，也與生產(chǎn)

5、實際有著密切的聯(lián)系。為了學(xué)好這樣一門重要課程，除了在教學(xué)中系統(tǒng)講授以外，還應(yīng)設(shè)置課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生理論聯(lián)系實際，掌握液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計的技能和方法。 液壓傳動課程設(shè)計的目的主要有以下幾點： 1、綜合運用液壓傳動課程及其他有關(guān)先修課程的理論知識和生產(chǎn)實際只是，進(jìn)行液壓傳動設(shè)計實踐，是理論知識和生產(chǎn)實踐機(jī)密結(jié)合起來，從而使這些知識得到進(jìn)一步的鞏固、加深提高和擴(kuò)展。 2、在設(shè)計實踐中學(xué)習(xí)和掌握通用液壓元件，尤其是各類標(biāo)準(zhǔn)元件的選用原則和回路的組合方法，培養(yǎng)設(shè)計技能，提高學(xué)生分析和嫁接生產(chǎn)實際問題的能力，為今后的設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。 3、通過設(shè)計，學(xué)生應(yīng)在計算、繪圖、運用和熟

6、悉設(shè)計資料（包括設(shè)計手冊、產(chǎn)品樣本、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）以及進(jìn)行估算方面得到實際訓(xùn)練。 防溢板液壓系統(tǒng)的設(shè)計 一、題目的擬定 防溢板的的作用是保護(hù)中間罐車在行走過程中以免鋼水的溢出，在中間罐車到達(dá)終點時，又要將防溢板提起，以便將鋼水倒出。該系統(tǒng)通常采用雙油缸工作，工況如下：防溢板下降蓋緊中間罐車保壓防溢板升起 工況參數(shù)： 防溢板下降速度：V=50，防溢板的自重：G=15T，防溢板升降行程：H=740mm，最大壓緊力：F=150KN。快降行程 L1=500MM 慢降行程 L2=240MM L3=740 啟動制動時間 T=0.2S 要求： 1、升降速度可調(diào)，保壓過程中油泵

7、卸荷。 2、設(shè)計計算液壓系統(tǒng)。 3、畫出原理圖；選擇液壓元件。 4、畫出集成塊圖。 二、明確系統(tǒng)設(shè)計要求 1、主機(jī)的用途、主要結(jié)構(gòu)、總體布局；主機(jī)對液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空間尺寸以及質(zhì)量上的限制。 2、主機(jī)的工藝流程或工作循環(huán)；液壓執(zhí)行元件的運動方式（移動、轉(zhuǎn)動或擺動）及其工作范圍。 3、主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動作順序或互鎖要求，各動作的同步要求及同步精度。 4、液壓吃性元件的負(fù)載和運動速度的大小及其變化范圍。 5、對液壓系統(tǒng)工作性能（如工作平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等）、工作效率、自動化程度等方面的要求。 6、液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、

8、外界沖擊振動等。 7、其他方面要求，如液壓裝置在外觀、色彩、經(jīng)濟(jì)性等方面的規(guī)定或限制。 三、設(shè)計要求及工況分析 1、 分析系統(tǒng)工況 對液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，就是要查明它的每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的運動速度和負(fù)載的變化規(guī)律，這是滿足主機(jī)規(guī)定的動作要求和承載能力所必須具備的。液壓系統(tǒng)承受的負(fù)載可由主機(jī)的規(guī)格規(guī)定，可由樣機(jī)通過實驗測定，也可以由理論分析確定。當(dāng)用理論分析確定系統(tǒng)的實際負(fù)載時，必須仔細(xì)考慮它所有的組成項目，例如：工作負(fù)載（切削力、擠壓力、彈性塑性變形抗力、重力等）、慣性負(fù)載和阻力負(fù)載（摩擦力、背壓力）等，并把他們繪制成圖。 2、負(fù)載與運動分析 要求設(shè)計的防溢板實現(xiàn)的工作

9、循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：最大壓緊力F=150KN；防溢板的自重G=15T；下降速度，工進(jìn)速度，快退速度，防溢板快降行程，防溢板慢降形成，防溢板上升行程：H=740mm；啟動制動時間，液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。 由于兩個液壓缸在各個時刻所受負(fù)載相同,所以只要分析其中一個即可.單缸所受負(fù)載的變化可分為以下幾個階段: （1）在下降剛開始啟動時，液壓缸要受到防溢板慣性力的作用，此力為 （2）當(dāng)下降達(dá)到恒速狀態(tài)時，防溢板完全靠自重下降，此時液壓缸所受負(fù)載為0。 （3）在慢降階段,因為油液壓力逐漸升高，約達(dá)到最大壓緊力的％左右，故 時 ％

10、=7500N （4）在保壓階段，因為系統(tǒng)要求最大壓緊力為150KN,所以每個液壓缸所受負(fù)載為75KN. （5）在上升的啟動階段,液壓缸除了受到防溢板自身的重力外,同樣要受到慣性力的作用,此時慣性力為 （6）勻速上升階段, （7）在上升的制動階段,同樣要考慮慣性力的作用,此時 ，推出 （1）根據(jù)技術(shù)要求和已知參數(shù)對液壓缸各工況外負(fù)載進(jìn)行計算，結(jié)果如下： 工況 計算公式 外負(fù)載（N） 快降 啟動加速 2250N 快降 勻速 0 慢降（工進(jìn)） 7500N 保壓 150000N 快速回退 啟動

11、 152250N 快速回退 勻速 75000N 快速回退 制動 147750N 負(fù)載情況和工況表 （2）根據(jù)已知參數(shù)，各工況持續(xù)時間近似計算結(jié)果如下： 工況 計算式 時間/S 快降 500/60 8.33（） 慢降 240/25 9.6（） 上升 740/30 25（） （3）由以上數(shù)據(jù)，并在負(fù)載和速度過渡段作粗略的線性處理后，可得到負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)

12、圖： 負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖 3、確定液壓缸主要參數(shù)，編制工況圖 根據(jù)《液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計》可選液壓缸的設(shè)計壓力，將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到缸下行時，滑塊自重蠶蛹液壓方式平衡，則可計算出液壓缸無桿腔的有效面積，取液壓缸的機(jī)械效率ηcm=0.9。 液壓缸內(nèi)徑： 按GB/T2348-1993，取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm。 又由，可推出D=d，則d=50mm，即為標(biāo)準(zhǔn)值。由此計算兩腔面積： 因此，液壓缸在各階段的壓力和流量計算如下： 工作階段 計算式 負(fù)載F/N 工作腔壓力P/ 輸入流量L/min 快降啟動 2250 5.

13、374MPa 11.023 快降勻速 0 0 慢降 7500 17.914MPa 4.593 保壓 150000 350.828 0 上升啟動 152250 363.654MPa 11.023 勻速上升 150000 358.280Mpa 制動 147750 352.906Mpa 液壓缸各階段的壓力和流量（圖） 循環(huán)中各階段的功率計算如下： 快速下行階段： 勻速下行階段： 慢降階段： 保壓階段： 上升啟動階段： 勻速上升階段： 制動階段： 4、液壓泵的選擇 由液壓缸的工況圖，可以得出液壓缸的

14、最高工作壓力在保壓時出現(xiàn)，，考慮泵至缸的進(jìn)油路壓力損失，估取為，則最高工作壓力實際為。液壓泵的最大供油量按液壓缸的最大輸入流量（11.023）進(jìn)行估算，取泄漏系數(shù)，則單缸的流量為根據(jù)以上計算結(jié)果查閱手冊或產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的，選取CBT-E314型齒輪泵，其額定壓力16，最高壓力20，排量16，額定轉(zhuǎn)速900。最高轉(zhuǎn)速2000。 5、電動機(jī)的選擇 由以上第四點計算結(jié)果所選泵的參數(shù)情況，及系統(tǒng)各個階段功率計算的結(jié)果可知，系統(tǒng)的最大功率出現(xiàn)在防溢板上升階段，此時液壓泵的最大理論功率為：，由表5-13取泵的總效率為，則液壓泵的實際功率即所需電機(jī)功率為，查表5-14選擇驅(qū)動液壓泵的電動機(jī)

15、類型為，其額定功率為，轉(zhuǎn)速為，額定轉(zhuǎn)矩為。 按所選電動機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，取液壓泵的容積效率，則液壓泵的最大理論流量為： ，故大于計算所需流量，滿足使用要求。 6、確定油管 各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進(jìn)、出油量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算如下表所示。表中數(shù)值說明，液壓缸快進(jìn)、快退速度與設(shè)計要求相近。這表明所選液壓泵的型號、規(guī)格是適宜的。 流量、速度 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流量/L 4.593 排出流量/L 運動速度/m

16、 根據(jù)上表中數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取時，按課本中式（7-9）算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： 這兩根油管都按GB/T2351-2005選用外徑內(nèi)徑的無縫鋼管。 7、確定油箱 油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)，=2～4；中壓系統(tǒng)，=5～7；高壓系統(tǒng)=6～12?，F(xiàn)取=6，得 按JB/T 7983-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=160L。 四、確定系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)設(shè)計要求： 1、升降速度可調(diào)，保壓過程中油泵卸荷。 2、設(shè)計計算液壓系統(tǒng)。 3、任意位置可停。 4、要求兩缸同步，但精度要求不高。 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，再結(jié)合速度

17、循環(huán)圖和負(fù)載循環(huán)圖，首先選擇調(diào)速回路。由于工況要求為：防溢板下降蓋緊中間罐車保壓防溢板升起，由于當(dāng)防溢板快速下降即將蓋緊中間罐車的時候要求速度有所減小，即實現(xiàn)一次工進(jìn)，所以應(yīng)該設(shè)置快速和慢速換接回路，此回路受壓力繼電器的控制。 快速和慢速換接回路如下所示： 快速回路和換向回路的選擇，系統(tǒng)中采用快、慢速換接回路后，不管采用什么油源形式都必須有單獨的油路直接通向液壓缸，以實現(xiàn)快速運動。當(dāng)防溢板由保呀轉(zhuǎn)為快退時，回路中通過的流量很大，為了保證換向平穩(wěn)期間，可采用電液換向閥式換接回路。 換向回路和快速回路如下： 再由于系統(tǒng)保壓過程中要求油泵卸荷，故設(shè)置卸荷回路如下： 同時

18、在保壓過程中，通過設(shè)置在進(jìn)油路上的液控單向閥和電接點壓力表當(dāng)換向回路中的換向閥位于中位時，液控單向閥對系統(tǒng)實行保壓，從而達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計要求。 保壓回路如下： 把上面選出的各種回路組合畫在一起，就可以得到如下圖所示的防溢板液壓系統(tǒng)原理圖： 系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)動作循環(huán)表 表5.1系統(tǒng)動作循環(huán) 動作名稱 信號來源 電磁鐵工作狀態(tài) 液壓元件工作狀態(tài) 1YA 2YA 3YA 4YA 換向閥7 換向閥5 換向閥10 快進(jìn) 啟動按鈕 + - + - 左位 左位 右位 工進(jìn) 壓力繼電器發(fā)出信號 + - - - 右位 保壓 電接點壓力

19、表發(fā)出信號，液控單向閥保壓 - - - + 中位 右位 左位 快退 停止按鈕 - + + - 右位 左位 右位 根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況、系統(tǒng)原理圖、系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件、輔件元件以及其他液壓元件，由于兩條支路上的液壓元件完全相同，所以現(xiàn)只選一條支路即可，一并列入下表中： 序號 元件名稱 型號規(guī)格 額定壓力 額定流量 說明 1 電接點壓力表 KF3-E1B 16 ------- 可測壓力點數(shù)：1 2 壓力繼電器 4~20 50 公稱通徑6mm，

20、靈敏度1.5Mpa。 3 溢流閥 YF-L10H 40 調(diào)壓范圍3.5~14Mpa，公稱通徑10mm 4 液控單向閥 20 25 公稱通徑10mm 5 二位二通換向閥 22DF3-E5B 16 25 公稱通徑6mm 6 調(diào)速閥 16 25 公稱通徑8mm。公稱流量25L/min 7 三位四通換向閥 34DY-B10H-T 21 30 滑閥機(jī)能Y，ABO連通，雙電磁鐵 8 單向閥 21 25 公稱通徑10mm 9 溢流閥 YF3-E10L 63 調(diào)壓范圍0.5~16，卸荷壓力0.45 10 換向閥

21、 22DF3-E5B 16 25 公稱通徑6mm 11 型齒輪泵 CBT-E314 20 16 12 電動機(jī) 額定功率為4kw，轉(zhuǎn)速為960r/min 五、驗算液壓系統(tǒng)性能 1．驗算系統(tǒng)壓力損失 由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，估算閥類元件的壓力損失、待設(shè)計好管路布局后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。但對于中小型液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失的驗算應(yīng)按一個工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。 (1) 快進(jìn)時 在防溢板快進(jìn)時，進(jìn)油路上油液通過換向閥7的流量是11L/min，換向閥5的流量是25L/

22、min，通過液控單向閥4的流量是25L/min，并進(jìn)入無桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為 此值不大，不會使安全閥開啟，故能保證泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。 回油路上液壓缸雙缸有桿腔中的油液通過電磁換向閥7的流量都是29.85L/min，經(jīng)過換向閥7直接回油箱此時有桿腔和無桿腔的壓力差為： ，因為是1條 路的壓力差，所以需要乘以2，則 此值小于估計值，所以是安全的。 (2) 工進(jìn)時 工進(jìn)時，油液在進(jìn)油路上通過調(diào)速閥6的流量是2.81L/min，其壓力損失為0.6L/min，通過液控單向閥的流量是4.593L/min，因此在液壓缸回油腔的壓力為：

23、 考慮到壓力繼電器動作需要壓差，故實際回油腔壓力為：，同樣的兩條支路總共的回油腔壓力為1.07 此值小于原估計值，所以是安全的。 （3）快退時 快退時在進(jìn)油路上，電磁換向閥7進(jìn)無桿腔。在回油路上，油液通過液控單向閥、電磁換向閥5、電磁換向閥7返回油箱。 1）.在進(jìn)油路上總的壓力損失為： 此值較小，所以所以液壓泵驅(qū)動電動機(jī)的功率是足夠的。 2）.在回油路上總的壓力損失為： 所以，快退時液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為： 由此可得所選液壓泵的額定工作壓力滿足最大工作壓力，即安全。 2、驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升 （1）根據(jù)各工況持續(xù)時間近似計算結(jié)果表： 工

24、況 計算式 時間/S 快降 500/60 8.33（） 慢降 240/25 9.6（） 上升 740/30 25（） 由上述工況時間表可知，本液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)持續(xù)時間中，快速回退（即：上升）動作所占時間最多，所以系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升可用快速回退時的數(shù)值來粗略計算。 （2）快速回退階段的回路效率為： 泵卸荷時通過溢流閥所產(chǎn)生的壓力損失為，因此它的數(shù)值為： 取泵的總效率，現(xiàn)取液壓缸的總效率為，雜可計算本液壓系統(tǒng)的效率為： 可見快速回

25、退時液壓系統(tǒng)的效率比較低，這主要是由于溢流損失造成的。 快速回退工況液壓泵的輸入功率為： 由系統(tǒng)的發(fā)熱量計算式：，可得快速退回階段的發(fā)熱功率： 取散熱系數(shù)，算得系統(tǒng)溫升為： 設(shè)防溢板的工作溫度為，加上此溫升后有， 對照《液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計》表5-53所示，仍在正常工作范圍內(nèi)，即滿足 設(shè)計要求。油溫在允許范圍內(nèi)，油箱散熱面積符合要求，不必設(shè)置冷卻器。 六、參考文獻(xiàn) 1、《液壓傳動》教材 機(jī)械工業(yè)出版社 2、《新編液壓件使用與維修技術(shù)大全》 中國建材工業(yè)出版社 3、《機(jī)械零件設(shè)計手冊》（液壓與氣動部分） 冶金出版社 4、《液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計》 化學(xué)工業(yè)出版社 5、《液壓工程手冊》 機(jī)械工業(yè)出版社 致 謝 感謝陳永強(qiáng)老師，譚興強(qiáng)老師，龔建春老師在本次課程設(shè)計期間給予我的幫助和指導(dǎo)。本次課程設(shè)計提高了我對本專業(yè)知識的全面認(rèn)識，由于時間和水平有限，本設(shè)計難免存在缺點和錯誤，望指導(dǎo)老師批評指正。 16