0212-林木移栽機液壓系統(tǒng)設(shè)計

0212-林木移栽機液壓系統(tǒng)設(shè)計,林木,移栽,液壓,系統(tǒng),設(shè)計 目錄 摘要 1 Abstract 2 第一章 前言 3 1.1畢業(yè)設(shè)計目的 3 1.2本課題的內(nèi)容和要求 3 1.2 課題研究的意義 4 第二章 林木移栽機機構(gòu) 5 2.1整體結(jié)構(gòu)及其主要參數(shù) 5 2.2主要部件結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 6 2.3 本章小結(jié) 9 第三章 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖 10 3.1制定基本方案 10 3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖 13 第四章 液壓元件的選型與計算 15 4.1 液壓泵的選擇 15 4.2 液壓閥的選擇 17 4.3 蓄能器的選擇 18 4.4 管道尺寸的確定 18 4.5 油箱容量的確定 20 第五章 液壓缸的計算 21 5.1 負(fù)載分析 21 5.2 提升液壓缸主要參數(shù)的確定 22 5.3 擬訂液壓系統(tǒng)圖 23 5.4 液壓元件的選擇 24 5.5 液壓系統(tǒng)的性能驗算 26 結(jié)論 29 致謝 30 參考文獻 31 林木移栽機液壓系統(tǒng)設(shè)計 摘要 為提高林木成活率，園林綠化等植樹造林中多栽種根部帶有土球的的林木，結(jié)構(gòu)簡單、高效的林木移栽機械更加倍受市場的青睞。對型林木移栽機的整體結(jié)構(gòu)和鏟刀組件，鏟斗組件提升機構(gòu)、液壓系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進行了設(shè)計與分析，開發(fā)出了一種適合中小型林木的移栽機械。 液壓系統(tǒng)是林木移栽機的重要組成部分，主要包括液壓泵，液壓油缸、控制閥和油箱等，本課題通過應(yīng)用AutoCAD 技術(shù)對林木移栽機液壓系統(tǒng)設(shè)計，通過計算完成對液壓缸、電磁閥、液壓泵等選型。 關(guān)鍵字 林木移栽機；液壓系統(tǒng)；液壓缸； Abstract In order to improve the survival rate of trees, landscaping, etc in plant root station trees with soil ball, simple in structure and efficient forest transplanting machine more highly market's favor. The trees of transplanting machine type whole structure and shovel knife components, bucket component hoisting mechanism, hydraulic system, key components design and analysis, developed a kind of suitable for small and medium-sized trees transplanting machinery. Hydraulic system is forest is an important part of transplanting machine, mainly including hydraulic pump, hydraulic oil cylinders, valves and tank etc, this topic through the application of forest tree transplanting machine AutoCAD technology, through the calculation of hydraulic system design of hydraulic cylinder, finish such as electromagnetic valve, pump selection. Keyword trees transplanting machine; Hydraulic system; Hydraulic cylinder 第一章 前言 1.1畢業(yè)設(shè)計目的 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計劃的最后一個極為重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運用所學(xué)過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進行的一次基本訓(xùn)練。這對學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。 其主要目的： 一、 培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識。 二、 培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想，設(shè)計構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計的一般程序規(guī)范和方法。 三、 培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊、圖冊工具書進行設(shè)計計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。 四、 培養(yǎng)學(xué)生進行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。 1.2本課題的內(nèi)容和要求 了解小型林木移栽機的結(jié)構(gòu)特點和工作方式，并重點對林木移栽機液壓系統(tǒng)進行設(shè)計。 1.2 課題研究的意義 隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展、人們環(huán)境意識的不斷增強，城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境矛盾日益突出，建設(shè)生態(tài)園林，進行城鄉(xiāng)綠化，營造青山、碧水、藍(lán)天和諧的人居生態(tài)環(huán)境不僅是現(xiàn)代城鄉(xiāng)發(fā)展要求，更是人們對美好生活的渴望。城市環(huán)境的建設(shè)，不但促使了各地城市不斷增加環(huán)境和景觀的建設(shè)投入，同時也使我國園林事業(yè)呈現(xiàn)了飛速發(fā)展之勢。我國目前林木的移栽大都采用人工作業(yè)，勞動強度大，作業(yè)效率低、成本高、成活率低。采用機械化作業(yè)可提高工效幾十倍甚至上百倍，減輕了勞動強度，加快了城市園林化的步伐，同也降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益。因此研制開發(fā)適合常規(guī)配套動力的林木移栽機械具有十分重要的現(xiàn)實意義，其產(chǎn)品具有廣闊的市場前景。 第二章 林木移栽機機構(gòu) 2.1整體結(jié)構(gòu)及其主要參數(shù) 1.整體結(jié)構(gòu) 小型林木移栽機由主框架，提升架，鏟刀組件，鏟斗組件和液壓系統(tǒng)等組成，如圖2.1 所示。提升架可沿主框架上下運動，鏟斗可沿提升架上下運動。型林木移栽機可掛接在多種配套動力（如各種輪式拖拉機）上，各工作部件由液壓油缸驅(qū)動。工作時，通過操縱液壓系統(tǒng)的分配器，首先打開鏟刀、鏟斗，通過調(diào)整移栽機的位置，將被挖林木置于鏟斗中心處，然后將提升架下移，使鏟刀、鏟斗置于地面上，操縱鏟刀油缸將兩鏟刀入土后再操縱鏟斗油缸將鏟斗下挖至要求的深度后，通過提升架將鏟刀、鏟斗和林木同時提出地面，最后松開鏟刀、鏟斗，將根部帶有圓臺型土塊的林木放入塑料盆中，以提高林木成活率，方便運輸。 2.主要參數(shù) 型林木移栽機主要技術(shù)指標(biāo)： 配套動力18～22kw（拖拉機） 土球大端直徑600mm 林木胸徑80~120mm 工作效率50~80 株/小時 圖2.1 小型林木移栽機結(jié)構(gòu)簡圖 1.主框架2.提升架3.鏟刀組件4.鏟斗組件 2.2主要部件結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 2.2.1 鏟斗組件的設(shè)計 鏟斗組件主要包括鏟斗導(dǎo)軌、鏟斗油缸、鏟斗滑塊和鏟斗，如圖2.1 所示。鏟斗的運動軌跡由鏟斗導(dǎo)軌控制。為實現(xiàn)一定直徑林木的移栽要求，鏟斗小端直徑不能太小。鏟斗設(shè)計為半圓臺面形，導(dǎo)軌角度和圓臺的角度相同，以便使鏟斗滑快能自如的上下移動。鏟斗的大端直徑為600mm，小端直徑為450mm，高為500mm，當(dāng)鏟斗架處于閉合狀態(tài)時鏟斗導(dǎo)軌與鉛垂方向的夾角為8.5°。 圖2.1 林木移栽機鏟斗組件結(jié)構(gòu)示意圖 1.鏟斗導(dǎo)軌2.鏟斗油缸3.鏟斗滑塊4.鏟斗 油缸兩端均是鉸接形式，當(dāng)鏟斗油缸伸出時，活塞桿與連接的滑塊在鏟斗的滑軌上移動，鏟斗慢慢張開。反之，當(dāng)油缸縮回回時，鏟斗慢慢閉合。 2.2.2鏟刀組件的設(shè)計 鏟刀組件主要包括鏟斗油缸、連接件、鏟刀臂和鏟刀，如圖2.3 所示。工作時鏟刀繞鏟刀臂旋轉(zhuǎn)，依靠鋒利的刀刃切斷林木的底根，同時鏟入泥土的鏟刀可以平衡一部分鏟斗的入土阻力，起到了地錨的作用，以防移栽機被抬起。 圖2.3 林木移栽機鏟刀組件結(jié)構(gòu)示意圖 1.鏟刀油缸2.連接件3.鏟刀臂4.鏟刀 2.2.3 主框架和提升架的設(shè)計 提升架通過滑塊安裝在主框架的導(dǎo)軌中，鏟刀、鏟斗等安裝在提升架上。在提升油缸的作用下，提升架、鏟刀及鏟斗沿主框架軌道上下運動，用來提升完成挖掘工作的鏟刀、鏟斗及所要移栽的林木，其結(jié)構(gòu)如圖2.4 所示。 圖2.4 林木移栽機主框架和提升架結(jié)構(gòu)示意圖 1.主框架2.提升油缸3.提升架 2.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了小型林木移栽機的機械結(jié)構(gòu)部分，包括主框架，提升架，鏟刀組件，鏟斗組件和液壓系統(tǒng)等組成。并分析了主框架，提升架，鏟刀組件，鏟斗組件部分的部件組成，下面我們將重點介紹液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算。 第三章 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖 3.1制定基本方案 ????（1）制定調(diào)速方案 ????液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。 ????方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。 ????速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。 ????節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。 ????容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。 ????容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 ????節(jié)流調(diào)速又分別有進油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進油節(jié)流起動沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。 ????調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。 ????節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。 容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。 ????（2）制定壓力控制方案 ????液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。 ????在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。 ????（3）制定順序動作方案 ????主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場合。 另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經(jīng)過一段時間，當(dāng)泵正常運轉(zhuǎn)后，延時繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機床、擠壓機壓力機等場合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動作時，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個動作。 ????（4）選擇液壓動力源 ????液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 ????為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖 ??小型林木移栽機系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。 ????為便于液壓系統(tǒng)的維護和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。 圖3.1 林木移栽機液壓原理圖 如圖3.1，為林木移栽機液壓原理圖，其中包含：三位四通電磁換向閥；齒輪泵；油濾器；單向閥；液壓鎖；平衡閥；限位二位二通手動換向閥；液壓缸組成。其中各液壓元件的作用： 齒輪泵：液壓動力源 單向閥：防止回流現(xiàn)象產(chǎn)生 三位四通電磁換向閥：改變油路的流向 限位二位二通手動換向閥：防止液壓缸超出規(guī)定行程 液壓鎖：防止液壓缸由于外界原因，在電磁閥中位時移動 平衡閥：使液壓缸兩工作腔壓力平衡。 第四章 液壓元件的選型與計算 ?4.1 液壓泵的選擇 ????1）確定液壓泵的最大工作壓力pp ????? ??pp≥p1+Σ△p???????????????????? ????式中 p1——液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力； ??? Σ△p——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。 Σ△p的準(zhǔn)確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進行，初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵巍⒘魉俨淮蟮?，取Σ△p=（0.2～0.5）MPa；管路復(fù)雜，進口有調(diào)閥的，取Σ△p=（0.5～1.5）MPa。 ????2）確定液壓泵的流量QP 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時工作時，液壓泵的輸出流量應(yīng)為 QP≥K（ΣQmax）??? ????式中 K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1～1.3； ????ΣQmax——同時動作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，可從（Q-t）圖上查得。對于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取0.5×10-4m3/s。 ????系統(tǒng)使用蓄能器作輔助動力源時 ????式中 K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.2； ??? ????Tt——液壓設(shè)備工作周期（s）； ??? ????Vi——每一個液壓缸或液壓馬達(dá)在工作周期中的總耗油量（m3）； ??? ?????z——液壓缸或液壓馬達(dá)的個數(shù)。 3）選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的pp和Qp值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或本手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。 ????4）確定液壓泵的驅(qū)動功率 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，即（p-t）、（Q-t）圖變化較平緩，則 ????式中 pp——液壓泵的最大工作壓力（Pa）； ???? ????QP——液壓泵的流量（m3/s）； ??????? ηP——液壓泵的總效率，參考表4-1選擇。 表4-１液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 齒輪泵 柱塞泵 總效率 0.6～0.7 0.65～0.80 0.60～0.75 0.80～0.85 ???? 限壓式變量齒輪泵的驅(qū)動功率，可按流量特性曲線拐點處的流量、壓力值計算。一般情況下，可取pP=0.8pPmax，QP=Qn，則 ????式中 ——液壓泵的最大工作壓力（Pa）； ??????????? ——液壓泵的額定流量（m3/s）。 ????在工作循環(huán)中，如果液壓泵的流量和壓力變化較大，即（Q-t），（p-t）曲線起伏變化較大，則須分別計算出各個動作階段內(nèi)所需功率，驅(qū)動功率取其平均功率 ????式中 t1、t2、…tn——一個循環(huán)中每一動作階段內(nèi)所需的時間（s）； ?????????P1、P2、…Pn——一個循環(huán)中每一動作階段內(nèi)所需的功率（W）。 按平均功率選出電動機功率后，還要驗算一下每一階段內(nèi)電動機超載量是否都在允許范圍內(nèi)。電動機允許的短時間超載量一般為25%。 4.2 液壓閥的選擇 1）閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。 控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也允許有20%以內(nèi)的短時間過流量。 2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。 4.3 蓄能器的選擇 根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定其類型和主要參數(shù)。 ????1）液壓執(zhí)行元件短時間快速運動，由蓄能器來補充供油，其有效工作容積為 ????式中 A——液壓缸有效作用面積（m2）； ???? ????l——液壓缸行程（m）； ??? ?????K——油液損失系數(shù)，一般取K=1.2； ??? ????QP——液壓泵流量（m3/s）； ??? ?????t——動作時間（s） ????2）作應(yīng)急能源，其有效工作容積為： ????式中 ——要求應(yīng)急動作液壓缸總的工作容積（m3）。 有效工作容積算出后，根據(jù)有關(guān)蓄能器的相應(yīng)計算公式，求出蓄能器的容積，再根據(jù)其他性能要求，即可確定所需蓄能器。 4.4 管道尺寸的確定 ????（1）管道內(nèi)徑計算 ????式中? Q——通過管道內(nèi)的流量（m3/s）； ???????? υ——管內(nèi)允許流速（m/s），見表5-2: 計算出內(nèi)徑d后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。 ????（2）管道壁厚δ的計算 表5-２ 允許流速推薦值 管道 推薦流速/（m/s） 液壓泵吸油管道 0.5～1.5，一般常取1以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5～2.6 ????式中 p——管道內(nèi)最高工作壓力（Pa）； ??? ?????d——管道內(nèi)徑（m）； ???????[σ]——管道材料的許用應(yīng)力（Pa），[σ]= ； ??????? σb——管道材料的抗拉強度（Pa）； ???????n——安全系數(shù)，對鋼管來說，p＜7MPa時，取n=8；p＜17.5MPa時，取n=6；p＞17.5MPa時，取n=4。 4.5 油箱容量的確定 初始設(shè)計時，先按經(jīng)驗公式（31）確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進行校核。 ????油箱容量的經(jīng)驗公式為 V=αQV?????????? ????式中 QV——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）； ???????? α——經(jīng)驗系數(shù)，見表4-3。 表4-3? 經(jīng)驗系數(shù)α 系統(tǒng)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機械 冶金機械 α 1～2 2～4 5～7 6～12 10 ??? ?在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。 第五章 液壓缸的計算 本章對小型林木移栽機液壓系統(tǒng)進行設(shè)計計算。要求驅(qū)動它的液壓傳動系統(tǒng)完成鏟斗，鏟刀打開—鏟斗鏟刀閉合掘土—提升—打開的工作循環(huán)。其垂直上升林木的重力為5000N，機架本省重量為1000N，快速上升行程350mm，速度要求≥45mm/s；慢速上升行程為100mm，其最小速度為8mm/s；快速下降行程為450mm，速度要求≥55mm/s，滑臺采用V形導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面的夾角為90度，滑臺與導(dǎo)軌的最大間隙為2mm，起動加速和減速時間均為0.5s，液壓缸的機械效率為0.91。 5.1 負(fù)載分析 工作負(fù)載 FL=FG=（5000+1000）N=6000N 摩擦負(fù)載 Ff=fFn/sin（∝/2） 由于林木為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo)軌的載荷可由其間隙和結(jié)構(gòu)尺寸求得Fn=120N，取fs=0.2，fd=0.1則有 靜摩擦負(fù)載 Ffs=（0.2*120/sin45）=33.94N 動摩擦負(fù)載 Ffd=（0.1*120/sin45）=16.97N 慣性負(fù)載 加速 Fa1=（G/g）*（△v/△t）=（6000/9.81）*（0.045/0.5）=55.05N 減速 Fa2=（G/g）*（△v/△t）=（6000/9.81）*（0.045-0.008）/0.5=45.26N 制動 Fa3=（G/g）*（△v/△t）=（6000/9.81）*（0.008/0.5）=9.79N 反向加速 Fa4=（G/g）*（△v/△t）=（6000/9.81）*（0.055/0.5）=67.28N 反向制動 Fa5=Fa4=67.82N 根據(jù)以上計算?？紤]到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而自行下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路。因此在對快速向下運動的負(fù)載分析時，就不考慮滑臺的重量。 5.2 提升液壓缸主要參數(shù)的確定 初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)分析此設(shè)備的負(fù)載不大，按類型屬機床類，所以初選液壓缸的工作壓力為2.0Mpa。 計算液壓缸的尺寸 A=F/P=6672.55/2000000m =33.36/10000m D= 4A/ = (4*33.36)/(10000*3.14159)m =6.52/100m 按標(biāo)準(zhǔn)?。篋=63mm。 根據(jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑： D/（D-d）=55/45 d=26.86mm 按標(biāo)準(zhǔn)取d=25mm。 則液壓缸的有效面積為： 無桿腔面積 A1= D/4=（ /4）*6.3cm =31.17cm 有桿腔面積 A2= （D –d ）/4= （6.3 –2.5 ）/4cm =26.26cm 活塞桿穩(wěn)定性校核 因為活塞桿總行程為450mm，而活塞桿直徑為25mm，l/d=450/25=18>10，需要進行穩(wěn)定性校核，由材料力學(xué)中的有關(guān)公式，根據(jù)該液壓缸一端支承一打鉸接取末端系數(shù)∮2=2，活塞桿材料用普通碳鋼則：材料強度試驗值f=4.9*10 Pa，系數(shù) =1/5000，柔性系數(shù)∮1=85，Rk= J/A=d/4=6.25，因為l/Rk=72<∮1 ∮2=85 2=120，所以有其臨界載荷Fk Fk=197413.15N 當(dāng)取安全系數(shù)為4時，F(xiàn)k/nk=49353.29N>6672.55N 所以，滿足穩(wěn)定性條件。 4.根據(jù)上述計算公式，可以分別計算出鏟刀油缸，鏟斗油缸、開合油缸。 5.3 擬訂液壓系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)圖的擬訂，主要考慮以下幾個方面的問題： 1. 供油方式 該系統(tǒng)在快上和快下時做需流量較大，且比較接近。在慢上時所需的流量較小，因此從提高系統(tǒng)的效率，節(jié)省能源的角度考慮，采用單個定量泵的供油方式顯然是不合適的，宜選用雙聯(lián)式定量齒輪泵作為油源。 2. 調(diào)速回路 該系統(tǒng)在慢速時速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺運動速度低，工作負(fù)載變化小，所以采用調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速回路。 3. 速度換接回路 由于快上和慢上之間速度需要換接，但對換接的位置要求不高，所以采用由行程開關(guān)發(fā)訊控制二位二通電磁閥來實現(xiàn)速度的換接。 4. 平衡及鎖緊 為防止在上端停留時重物下落和在停留期間內(nèi)保持重物的位置，特在液壓缸的下腔進油路上設(shè)置了液控單向閥；另一方面，為了克服滑臺自重在快下過程中的影響，設(shè)置了一單向背壓閥。 5.限位回路 為了防止左右鏟刀、鏟斗油缸超出滑軌行程，當(dāng)油缸伸出碰到二位二通手動換向閥是，液壓油由換向閥排入油箱中。 本液壓系統(tǒng)的換向采用三位四通Y型中位機能的電磁換向閥。 5.4 液壓元件的選擇 確定液壓泵的型號及電動機功率 液壓缸在整個工作循環(huán)中最大工作壓力為1.93Mpa，由于該系統(tǒng)比較簡單，所以取其壓力損失∑△p=0.4Mpa，所以液壓泵的工作壓力為 Pp=P+∑△p=（1.93+0.4）Mpa=2.33Mpa 兩個液壓泵同時向系統(tǒng)供油時，若回路中的泄露按10%計算，則兩個泵的總流量應(yīng)為qp=1.1*8.67L/min=9.537L/min，由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，而工進時液壓缸所需要流量為1.5L/min，所以，高壓泵的輸出流量不得少于4.5L/min。 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，選用YB1-6.3/6.3型的雙聯(lián)齒輪泵，其額定壓力為6.3Mpa，容積效率 =0.85，總效率 =0.75，所以驅(qū)動該泵的電動機的功率可由泵的工作壓力和輸出流量qp=2*6.3*910*0.85*10 L/min求出 Pp=（p *q ）/ =504.83W 查電機產(chǎn)品目錄，擬選用電動機的型號為Y90S-6，功率為750W，額定轉(zhuǎn)速為910r/min。 選擇閥類元件及輔助元件 根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件和輔助元件的流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格如表5-1。 表5-1 液壓元件型號及規(guī)格（GE系列） 序 號 名 稱 通過流量 型號及規(guī)格 1 濾油器 11.47 XLX-06-80 2 齒輪泵 9.75 CB-50 3 單向閥 4.875 AF3-Ea10B 4 外控順序閥 4.875 XF3-10B 5 溢流閥 3.375 YF3-10B 6 三位四通電磁換向閥 9.75 34EF3Y-E10B 7 單向順序閥 11.57 AXF3-10B 8 液控單向閥 11.57 YAF3-Ea10B 9 二位二通電磁換向閥 8.21 22EF3-E10B 10 單向調(diào)速閥 9.75 AQF3-E10B 11 壓力表 　 Y-100T 12 壓力表開關(guān) 　 KF3-E3B 13 柴油機 　 Y90S-6 油管：油管內(nèi)徑一般可參照所接元件接口尺寸確定，也可按管路中允許流速計算。在本例中，出油口采用內(nèi)徑為8mm，外徑為10mm的紫銅管。 油箱：油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計算，取其體積V=（5~7）qp，即V=70L。 5.5 液壓系統(tǒng)的性能驗算 壓力損失及調(diào)定壓力的確定 根據(jù)計算慢上時管道內(nèi)的油液流動速度約為0.50m/s，通過的流量為1.5L/min，數(shù)值較小，主要壓力損失為調(diào)速閥兩端的壓降；此時功率損失最大；而在快下時滑臺及活塞組件的重量由背壓閥所平衡，系統(tǒng)工作壓力很低，所以不必驗算，因而必須以快進為依據(jù)來計算卸荷閥和溢流閥的調(diào)定壓力，由于供油流量的變化，其快上時液壓缸的速度為 v1=qp/A1=0.052m/s=52mm/s 此時油液在進油管中的流速為v=qp/A=3.23m/s。 局部壓力損失 局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過液壓閥的局部壓力損失，前者視管道具體安裝結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10%；而后者則與通過閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失為qn和△pn，，則當(dāng)通過閥的流量為q時的閥的壓力損失為△pv為 △pv=△pn（q/qn） 因為GE系列10mm通徑的閥的額定流量為63L/min，疊加閥10mm通徑系列的額定流量為40L/min，而在本例中通過每一個閥的最大流量僅為9.75L/min，所以通過整個閥的壓力損失很小，可以忽略不計。 同理，快上時回油路上的流量q =（q *A ）/A =8.21L/min，則回油路油管中的流速v=2.72m/s。由此可計算出Re=vd/v=217.6， =75/Re=0.345，所以回油路上的沿程壓力損失為0.287MPa。 總的壓力損失 由上面的結(jié)果可求出 ∑△p=△p1+（A2/A1）*△p2=0.637MPa 原設(shè)∑△p=0.4MPa，這與計算結(jié)果略有差異，應(yīng)用計算出的結(jié)果來確定系統(tǒng)中壓力閥的調(diào)定值。 壓力閥的調(diào)定值 雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)該滿足快進的要求，保證雙泵同時向系統(tǒng)供油，因而卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)略大于快進時泵的供油壓力 Pp=F/A1+∑△p=（1.93+0.637）MPa=2.567MPa 所以卸荷閥的調(diào)定壓力應(yīng)取2.6MPa為宜。 溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)大于卸荷閥調(diào)定壓力0.3~0.5MPa，所以取溢流閥調(diào)定壓力為3MPa。 背壓閥的調(diào)定壓力以平衡滑臺自重為依據(jù)，即 P背=0.32MPa，取p背=0.4MPa。 系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升 根據(jù)以上的計算可知，在快上時電動機的輸入功率為Pp= / =563.33W；慢上時的電動機的輸入功率為Pp1= / =325W；而快上時其有用功率為P1=313.63W；慢上時的有效功率為48.25W；所以慢上時的功率損失為276.75W略大于快上時的功率損失249.7W，現(xiàn)以較大的值來校核其熱平衡，求出發(fā)熱溫升。 設(shè)油箱的三個邊長在1：1：1~1：2：3范圍內(nèi)，則散熱面積為A=0.065 V =1.104m ，假設(shè)通風(fēng)良好，取h=15/1000Kw/（m * C），所以油液的溫升為 t=H/hA=16.71 C 室溫為20 C，熱平衡溫度為36.71 C<65 C，沒有超出允許范圍。 結(jié)論 隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展、人們環(huán)境意識的不斷增強，城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境矛盾日益突出，建設(shè)生態(tài)園林，進行城鄉(xiāng)綠化，營造青山、碧水、藍(lán)天和諧的人居生態(tài)環(huán)境不僅是現(xiàn)代城鄉(xiāng)發(fā)展要求，更是人們對美好生活的渴望。城市環(huán)境的建設(shè)，不但促使了各地城市不斷增加環(huán)境和景觀的建設(shè)投入，同時也使我國園林事業(yè)呈現(xiàn)了飛速發(fā)展之勢。 我國目前林木的移栽大都采用人工作業(yè)，勞動強度大，作業(yè)效率低、成本高、成活率低。采用機械化作業(yè)可提高工效幾十倍甚至上百倍，減輕了勞動強度，加快了城市園林化的步伐，同時也降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益。因此研制開發(fā)適合常規(guī)配套動力的林木移栽機械具有十分重要的現(xiàn)實意義，其產(chǎn)品具有廣闊的市場前景。 本課題主要研究小型鈴木移栽機的液壓部分，通過本次設(shè)計，我對液壓方面的知識有了更深一步的了解，也進一步掌握了各類液壓元件的功能以及經(jīng)常會出現(xiàn)的故障。為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 我們即將步入社會，我們面臨的將會是更多的困難和挑戰(zhàn)，只要我們努力學(xué)習(xí)，勇于實踐，勤學(xué)好問，就會懂得以前不明白或不十分明白的道理，就會很快地成長和成熟起來，我也相信，憑著我自強不息，勇于拼搏的精神，定能很快 適應(yīng)這個多變的社會，充分發(fā)揮長處，朝我的方向不斷前進，前進，再前進！ 總之，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我的創(chuàng)新思維的能力，自學(xué)的能力，學(xué)以致用的能力都得到提高為，這為我以后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。 致謝 將近兩個月的畢業(yè)論文階段結(jié)束了，這次畢業(yè)課程設(shè)計使我受益匪淺，為以后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。在此，感謝學(xué)院為我們精心安排的畢業(yè)課程設(shè)計和良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，使我們能更快更好地完成畢業(yè)設(shè)計。在這段時間里，我得到了許多老師和朋友的關(guān)心和幫助。 首先，我要對我的指導(dǎo)老師羅烈雷表示最誠摯的謝意，在整個做畢業(yè)論文期間，羅老師無微不至的關(guān)心我的學(xué)習(xí)和生活，課題遇到困難時更是關(guān)注著課題的進程。俞老師高深的學(xué)術(shù)造詣、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和勤勉的工作精神以及他平易近人的態(tài)度使我受益終身。 在我做畢業(yè)論文期間我的同學(xué)給予了我很大的幫助，在我遇到困難的時候，總是不斷給我提出許多有價值的意見，并且經(jīng)常鼓勵我。 最后感謝在我的課題進行中給予我?guī)椭乃械呐笥褌儯? 參考文獻 [1]朱成根。簡明機械零件設(shè)計手冊。機械工業(yè)出版社，1999：P38-47 [2]成大先。機械設(shè)計手冊?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，2001：P79-102 [3]曹玉平，閻祥安。液壓傳動與控制[M]。天津大學(xué)出版社，2003：P45-68 [4]黃迷梅。液壓氣動密封與泄漏防治[M]。 北京：機械工業(yè)出版社，2003：P14-19 [5]周士昌。液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計運行禁忌470倒[M]北京：機械工業(yè)出版社，2002：P77-98 [6]陳次昌，宋文武。流動機械基礎(chǔ)[M]。北京：機械工業(yè)出版社，2002：P11-21 [7]胡宗武、徐履冰、石來德。非標(biāo)準(zhǔn)機械設(shè)備設(shè)計手冊[M]。 北京 機械工業(yè)出版社，2003：P25-52 [8]濮良貴、紀(jì)名剛。機械設(shè)計（第七版）[M]。北京高等教育出版社，2001：P92-117 [9]王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn)。機械設(shè)計機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 [M] 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