小型壓力機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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另附CAD系統(tǒng)原理與裝配圖 如有需要發(fā)電郵至wzhly007@163.com 但是不保證及時(shí)回信 一般3～5天收信一次 目 錄 一 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)………………………………………………1 1 工況分析……………………………………………………………1 2擬定液壓系統(tǒng)原理圖………………………………………………4 二 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………6 1 液壓缸主要尺寸的確定……………………………………………6 2 液壓缸的設(shè)計(jì)………………………………………………………7 三 液壓系統(tǒng)計(jì)算與選擇液壓元件…………………………………10 1 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量……………………………10 2 確定液壓泵的流量,壓力和選擇泵的規(guī)格 ………………………10 3 液壓閥的選擇………………………………………………………12 4 確定管道尺寸 2 液壓缸的設(shè)計(jì) …………………………………12 5 液壓油箱容積的確定………………………………………………12 6 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算……………………………………………………12 7 系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算……………………………………………………15 8 聯(lián)接螺栓強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………16 四 設(shè)計(jì)心得…………………………………………………………17 五 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………17 一 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 1 工況分析 設(shè)計(jì)一臺(tái)小型液壓壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)：快速空程下行—慢速加壓—保壓—快速回程—停止工作循環(huán)。快速往返速度為3m/min，加壓速度為40-250mm/min，壓制力為300000N，運(yùn)動(dòng)部件總重力為25000N，工作行程400mm，油缸垂直安裝，設(shè)計(jì)壓力機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 液壓缸所受外負(fù)載F包括五種類(lèi)型，即： F= F壓 + F磨 +F慣+F密+G 式中： F壓-工作負(fù)載，對(duì)于液壓機(jī)來(lái)說(shuō)，即為壓制力； F慣-運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載； F磨-導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力。液壓缸垂直安裝，摩擦力相對(duì)于運(yùn)動(dòng)部件自重，可忽略不計(jì)； F密-由于液壓缸密封所造成的運(yùn)動(dòng)阻力； G- 運(yùn)動(dòng)部件自重。 液壓缸各種外負(fù)載值 1) 工作負(fù)載： 液壓機(jī)壓制力F壓=300000N 2) 慣性負(fù)載： 3) 運(yùn)動(dòng)部件自重： G=25000N 4) 密封阻力 F密=0.1F(F為總的負(fù)載) 5) 摩擦力 液壓缸垂直安裝，摩擦力較小，可忽略不計(jì)。 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載。 工作循環(huán)各階段外負(fù)載表 工況 計(jì)算公式 液壓缸的負(fù)載 啟動(dòng)階段： F啟=F密+F慣-G 加速階段： F加=F密+F慣-G 快進(jìn)階段： F快=F密-G 工進(jìn)階段： F工=F密+F壓-G 快退階段： F退=F密+G 按照給定要求與外負(fù)載表繪制速度循環(huán)圖與負(fù)載循環(huán)圖： 速度循環(huán)圖：50 400 0.67~4.17 50 L(mm) V (mm/s) 負(fù)載循環(huán)圖： F(N) 277778 22500 566 400 L(mm) 305555 2擬定液壓系統(tǒng)原理圖 1) 確定供油方式： 考慮到該壓力機(jī)在工作進(jìn)給時(shí)需要承受較大的工作壓力，系統(tǒng)功率較大，速度較底。而在快進(jìn),快退時(shí)負(fù)載較小，速度較快。從節(jié)能，減少發(fā)熱，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，效率，工作壓力等方面考慮，泵源系統(tǒng)宜選用軸向柱塞泵。 2) 調(diào)速方式的選擇： 在小型壓力機(jī)液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調(diào)速閥。在本系統(tǒng)中選用回油節(jié)流調(diào)速，這種調(diào)速回路受泄漏與發(fā)熱影響小，速度剛性好，由于有背壓存在，起到一定的阻尼作用，提升了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，同時(shí)空氣也不易滲入。 3)速度切換方式的選擇： 系統(tǒng)采用由電磁閥控制的快慢速換接回路，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的速度換接平穩(wěn)性，可改用由行程閥切換速度的換接回路。 液壓系統(tǒng)原理圖： 二 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1 液壓缸主要尺寸的確定 工作壓力p的確定： 工作壓力p可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器類(lèi)型初步確定，先查表取液壓缸工作 壓力為25MPa. 設(shè)備類(lèi)型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械 液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門(mén)刨床 拉床 工作壓力P(MPa) 0.8～2.0 3～5 2～8 8～10 10～16 20～32 液壓缸缸筒內(nèi)徑D和液壓缸活塞桿外徑d的確定： 由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為305555.56N，按表可取p2為0MPa，ηcm為0.95，考慮到快進(jìn)，快退速度相等，取d/D為0.7。將上述數(shù)據(jù)代入液壓缸缸筒內(nèi)徑計(jì)算公式，可得液壓缸缸筒內(nèi)徑： 由液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）尺寸系列表查得D=160mm。 活塞直徑d，按d/D=0.7,d=112mm。 由液壓缸活塞桿外徑（桿徑）尺寸系列表，取d=125mm。 由此求得液壓缸的實(shí)際有效面積為： 初步計(jì)算液壓缸最大工作壓力： 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式 式中Qmin是調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量為0.1 本次設(shè)計(jì)中調(diào)速閥是安裝在進(jìn)油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)取液壓缸無(wú)桿腔的實(shí)際面積，即 200.96>25 不等式滿足，故液壓缸能夠達(dá)到所需穩(wěn)定工進(jìn)速度。 液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）尺寸系列（GB2348-80） (mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 (280) 320 (360) 400 (450) 500 液壓缸活塞桿外徑（桿徑）尺寸系列（GB2348-80） (mm) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 2 液壓缸的設(shè)計(jì) 1) 液壓缸工作壓力的確定： 根據(jù)設(shè)備的類(lèi)型有表2-1初選工作壓力P=25MPa 2) 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿d的確定： 前面的計(jì)算以得出D=16cm,d=12.5cm 3) 液壓缸壁厚的確定和外徑的確定： a. 起重運(yùn)輸機(jī)械的液壓缸，一般采用無(wú)縫鋼管制造，無(wú)縫鋼管大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算： 式中： δ—液壓缸壁厚(m) D—液壓缸的內(nèi)徑(m) py—試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的(1.25～1.5)倍 [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為： 鍛鋼：[σ]=110～120MPa； 鑄鋼：[σ]=100～110MPa； 無(wú)縫鋼管：[σ]=100～120MPa； 高強(qiáng)度鑄鐵：[σ]=60MPa； 灰鑄鐵：[σ]=25MPa。 現(xiàn)取[σ]=100MPa： 查無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)系列取。 b. 缸體的外徑為： 選取D1=200mm，壁厚的無(wú)縫鋼管。 4)液壓缸工作行程的確定： 本執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求工作行程為400mm。 5)缸蓋厚度的確定： 一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下面公式行近似的計(jì)算： 式中： t—缸蓋有效厚度(m)； D2—液壓缸缸蓋的止口直徑(m)； d0—缸蓋孔直徑。 6)最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定： 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度是指從活塞支撐面到缸蓋滑動(dòng)軸承支撐面中點(diǎn)的距離，如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始繞度增大影響液壓缸的穩(wěn)定性。 對(duì)一般液壓缸，要求最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求： 式中： l—液壓缸的最大行程； D—液壓缸的內(nèi)徑。 活塞寬度B一般取B=(0.6~1.0)D， B=96~160mm， 現(xiàn)取B=130mm。 缸蓋的滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度A，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而確定， 當(dāng)D<80mm時(shí)，取A=(0.6~1.0)D， 當(dāng)D>80mm時(shí)，取A=(0.6~1.0)d， 因?yàn)镈=160mm>80mm， 故A=(0.6~1.0)d=75~125mm， 現(xiàn)取A=90mm。 可滿足導(dǎo)向要求。 三 液壓系統(tǒng)計(jì)算與選擇液壓元件 1 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量 2 確定液壓泵的流量,壓力和選擇泵的規(guī)格 1) 泵的壓力的確定： 考慮到正常工作中進(jìn)油路有一定的壓力損失,所以泵的工作壓力為 式中： pp—液壓泵最大工作壓力； P1 —執(zhí)行元件最大工作壓力； —進(jìn)油管路 中的壓力損失,初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.8MPa。 pp是靜壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的壓力往往超過(guò)靜壓力。另外考慮到低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本系統(tǒng)中。 取Pn=25MPa 2) 泵的流量的確定： 液壓泵的最大流量為： L/min 取qp=45L/min。 式中： qp—液壓泵的最大流量； —同時(shí)作用的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值； KL—系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般 KL=1.1～1.3,現(xiàn)取KL=1.2。 選擇液壓泵的規(guī)格： 根據(jù)以上計(jì)算得的qp和pp再查有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選擇CY14-1B型斜盤(pán)式軸向柱塞泵，該泵的參數(shù)為：每轉(zhuǎn)的排量，泵的額定壓力，pn=32MPa電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1470r/min，容積總效率，總效率。 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，兩者較大者作為電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在工進(jìn)時(shí)泵的輸出流量減小，泵的功率急劇下降，一般當(dāng)流量在0.2～1L/min的范圍內(nèi)時(shí)，可取，同時(shí)還應(yīng)該注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線的最大功率點(diǎn)時(shí)不至電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)需進(jìn)行驗(yàn)算即： 式中： pn—所選電機(jī)額定功率； pb—限壓式變量泵的限定壓力； qp—壓力為pb時(shí)，泵的輸出流量。 首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為0N，此時(shí)快進(jìn)時(shí)進(jìn)油路的壓力為0，功率為0。 工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為： 由手冊(cè)選擇Y100L2-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，功率3kw，額定轉(zhuǎn)速1470r/min 。 3 液壓閥的選擇 液壓元件明細(xì)表 序號(hào) 元件名稱(chēng) 型號(hào) 通過(guò)的流量 工作壓力 1 過(guò)濾器 XU-D32100 45L/min 25MPa 2 軸向柱塞泵 CY14-1B 45L/min 25MPa 3 壓力表 KF3-EA20B 20L/min 25MPa 4 三位四通換向閥 4YF30-E20B 45L/min 25MPa 5 調(diào)速閥 AQF3-E20B 30L/min 25MPa 6 單向閥 AF3-EA20B 30L/min 25MPa 7 二位三通換向閥 23YF3B-E203 45L/min 25MPa 4 確定管道尺寸 油路內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許的流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)時(shí)流量q=60.29L/min,壓油管的允許流速取v=5m/s。 取d=16mm。 綜合諸因素及系統(tǒng)上面各閥的通徑取d=16mm，吸油管的直徑參照CY14-1B變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d=42mm。 5 液壓油箱容積的確定 本系統(tǒng)為高壓系統(tǒng),液壓油箱有效容量按泵流量的5～7倍來(lái)確定,現(xiàn)選用容量為400L的油箱。 6 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 已知液壓系統(tǒng)中進(jìn)回油路的內(nèi)徑為d=16mm，各管道長(zhǎng)度分別AB=0.5m,,BD=DE=1m,CF=2.5m,DF=1.5m, 選用L-HM32液壓油。設(shè)其工作在20℃，其運(yùn)動(dòng)粘度υ=150cst=1.5cm2/s油液的密度ρ=920kg/m3。 1) 工進(jìn)進(jìn)油路的壓力損失： 運(yùn)動(dòng)部件快進(jìn)時(shí)的最大速度為0.25，最大流量為5.02，則液壓油在油管內(nèi)的流速為： 管道的雷諾數(shù)Re1為 Re1<2300， 可見(jiàn)油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù) 進(jìn)油管FC的沿程壓力損失Δp1-1為 換向閥的壓力損失Δp1-2=0.05MPa，忽略油液通過(guò)管接頭，油路板處的局部壓力損失，則進(jìn)油路的總壓力損失Δp1為： Δp1=Δp1-1+Δp1-2=0.023+0.05=0.073MPa 2)工進(jìn)回油路的壓力損失： 管道的雷諾數(shù)Re2為 Re2<2300， 油液在管道內(nèi)的流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)， 回油路管道沿程壓力損失Δp2-1為： 換向閥壓力損失Δp2-2=0.025MPa；調(diào)速閥的壓力損失Δp2-3=1MPa。 回油路的總壓力損失： Δp2=Δp2-1+Δp2-2+Δp2-3=0.0105+0.025+1=1.036MPa 變量泵出口處的壓力Pp： 3) 快進(jìn)進(jìn)油路的壓力損失： 快進(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接，自匯流點(diǎn)D至液壓缸進(jìn)油口E之間的管路DE中，流量60.29。 管道的雷諾數(shù)Re1為： Re1<2300， 可見(jiàn)油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)。 進(jìn)油管DE的沿程壓力損失Δp1-1為： 同樣可求管道AD段，DF段的沿程壓力損失Δp1-2，Δp1-3。 管道的雷諾數(shù)Re2，Re3為： Re2、Re3<2300， 油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)： 換向閥壓力損失為Δp1-4=0.17MPa，Δp1-5=0.17MPa。 泵的出口壓力為： Δpp=Δp1-1+Δp1-2+Δp1-3+Δp1-4+Δp1-5=0.101+0.105+0.058+0.17+0.17=0.604MPa 快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算從略。 7 系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算 在整個(gè)工作循環(huán)中工進(jìn)時(shí)所需的功率最大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。當(dāng)以最小工進(jìn)速度工作時(shí)： V=40mm/min 流量q： 泵的效率0.1泵的出口壓力16.19MPa則有： ΔP=P輸入-P輸出=2.16-0.2=1.96kw 當(dāng)以最大工進(jìn)速度V=40mm/min工作時(shí)，q=5.02L/min，總效率， ΔP=P輸入-P輸出=1.93-1.25=0.68kw 可見(jiàn)在工進(jìn)速度低時(shí)，功率損失為1.96kw,發(fā)熱量最大。 假定系統(tǒng)散熱一般取油箱的散熱面積A為： 系統(tǒng)的溫升為： 驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。 8 聯(lián)接螺栓強(qiáng)度計(jì)算 缸體與缸蓋之間使用六顆45號(hào)鋼螺栓進(jìn)行連接，且螺栓只受拉應(yīng)力。 則單個(gè)螺栓受力： F=305555.56/6=50926N 由公式： 可確定： 取d=16mm 式中： d—螺栓的危險(xiǎn)截面直徑，mm； [σ]—螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa，[σ]=σS/S； σS—螺栓材料的屈服極限，對(duì)于45號(hào)鋼，σS=360MPa； S—安全系數(shù)，S在1.2～1.7。 四 設(shè)計(jì)心得 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓我深深的體會(huì)到了自身的不足之處，以及平日學(xué)習(xí)的粗略。 這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)液壓系統(tǒng)有了更加全面的認(rèn)識(shí)和理解，了解了液壓知識(shí)在生活中的廣泛應(yīng)用前景。 這次設(shè)計(jì)增強(qiáng)了自己動(dòng)手能力與理論結(jié)合實(shí)際能力，同時(shí)提高了自己的獨(dú)立思考能力。 雖然設(shè)計(jì)過(guò)程并不是一帆風(fēng)順，但是在老師的指導(dǎo)與鼓勵(lì)，同學(xué)的幫助下，也算是達(dá)成了本次設(shè)計(jì)的初衷， 在這次課程設(shè)計(jì)中，要運(yùn)用到多科課程所學(xué)知識(shí)，在查找資料的同時(shí)，復(fù)習(xí)與鞏固了以前所學(xué)習(xí)的知識(shí)，同時(shí)提高了自己綜合運(yùn)用所學(xué)課程知識(shí)的能力。 最后感謝學(xué)校，老師能夠給予我們這么一次提高自身能力的機(jī)會(huì)。 五 參考文獻(xiàn) 1. 《液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)》 左健民主編 2. 《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 楊培元主編 3. 《液壓系統(tǒng)的計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》 張世偉主編 4. 《液壓氣動(dòng)與液力工程手冊(cè)》 李壯云主編