小型液压机液压系统设计

1学院机械与汽车工程学院液压与气压传动课程设计任务系别专业班级姓名目录前言：设计任务书……………………………………………………………3一.工况分析……………………………………………………………………6二.负载循环图和速度循环图的绘制………………………………7三．拟定液压系统原理图1.确定供油方式…………………………………………………………………82.调速方式的选择…………………………………………………………………83.液压系统的计算和选择液压元件…………………………………………94.液压阀的选择………………………………………………………………115.确定管道尺寸………………………………………………………………126.液压油箱容积的确……………………………………………………………127.液压缸的壁厚和外径的计算……………………………………………128.液压缸工作行程的确定……………………………………………………129.缸盖厚度的确定……………………………………………………………1210.最小寻向长度的确定………………………………………………………1311.缸体长度的确定………………………………………………………13四．液压系统的验算1.压力损失的验算……………………………………………………………132.系统温升的验算…………………………………………………………153.螺栓校核……………………………………………………………16五．设计总结……………………………………………………………17六.参考文献……………………………………………………………18设计任务书一、设计的目的和要求：㈠设计的目的液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力；2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统；3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。㈡设计的要求1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济；2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭；3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。不能直接向老师索取答案。4.液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。具体题目由指导老师分配，题目附后；5.液压传动课程设计一般要求学生完成以下工作：⑴设计计算说明书一份；⑵液压传动系统原理图一张（3号图纸，包括工作循环图和电磁铁动作顺序表）。二、设计的内容及步骤设计内容1.液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图；2.进行方案设计和拟定液压系统原理图；3.计算和选择液压元件；4.验算液压系统性能；设计步骤2以一般常规设计为例，课程设计可分为以下几个阶段进行。1.明确设计要求⑴阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目，了解原始数据和工作条件。⑵参阅本书有关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。2.进行工况分析⑴做速度-位移曲线，以便找出最大速度点；⑵做负载-位移曲线，以便找出最大负载点。液压缸在各阶段所受的负载需要计算，为简单明了起见，可列表计算；工况计算公式缸的负载F缸的推力F/ηcm启动加速快进工进快退注：ηcm——缸的机械效率，取ηcm=0.9⑶确定液压缸尺寸确定液压缸尺寸前应参照教材选择液压缸的类型，根据设备的速度要求确定d/D的比值、选取液压缸的工作压力，然后计算活塞的有效面积，经计算确定的液压缸和活塞杆直径必须按照直径标准系列进行圆整。计算时应注意考虑液压缸的背压力，背压力可参考下表选取。系统类型背压力（MPa）回路上有节流阀的调速系统0.2～0.5回路上有背压阀或调速阀的进给系统0.5～1.5采用辅助泵补油的闭式回路（拉床、龙门刨等）1～1.5⑷绘制液压缸工况图液压缸工况图包括压力循环图（p-s）、流量循环图（q-s）和功率循环图（P-s），绘制目的是为了方便地找出最大压力点、最大流量点和最大功率点。计算过程可列表计算。各阶段压力、流量和功率值工况负载F（N）液压缸计算公式回油腔压力流入流量进油腔压力输入功率快进（差动）启动加速恒速工进快退启动加速恒速3.进行方案设计和拟定液压系统原理图方案设计包括供油方式、调速回路、速度换接控制方式、系统安全可靠性（平衡、锁紧）及节约能量等性能的方案比较，根据工况分析选择出合理的基本回路，并将这些回路组合成液压系统，初步拟定液压系统原理图。选择液压基本回路，最主要的就是确定调速回路。应考虑回路的调速范围、低速稳定性、效率等问题，同时尽量做到结构简单、成本低。4.计算和选择液压组件⑴计算液压泵的工作压力⑵计算液压泵的流量3⑶选择液压泵的规格⑷计算功率，选择原动机⑸选择控制阀⑹选择液压辅助元件5.验算液压系统性能⑴验算液压系统的效率⑵验算液压系统的温升6.绘制正式工作图，编制课程设计计算说明书⑴液压传动系统原理图一张（3号图纸，包括工作循环图和电磁铁动作顺序表）⑵整理课程设计计算说明书液压系统原理图的标题栏如下所示：图名比例图号件数设计日期重量共张第张指导日期襄樊学院审核日期三、进度安排按教学计划安排，液压传动课程设计总学时数为1周，其进度及时间大致分配如下：序号设计内容天数（约占比例）1设计准备0.5（约占10%）2液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图0.5（约占10%）3进行方案设计和拟定液压系统原理图1.5（约占30%）4计算和选择液压组件1（约占20%）5验算液压系统性能0.5（约占10%）6绘制正式工作图，编制课程设计说明书0.5（约占10%）7设计总结0.5（约占10%）总计5四.设计题目3.设计一台小型液压机的液压系统，要求实现快速空程下行——慢速加压——保压——快速回程——停止的工作循环。快速往返速度为3m/min，加压速度为40～250mm／min，压制力为200kN，运动部件总重量为20kN。一工况分析1．工作负载工件的压制抗力即为工作负载：Fw=200000N2.摩擦负载静摩擦阻力：Ffs=0.2x20000=4000N动摩擦阻力：Ffd=0.1X20000=2000N3.惯性负载Fm=ma=20000/10X3/(0.02X60)=5000N背压负载Fb=30000N(液压缸参数未定，估算)自重：G=mg=20000N4.液压缸在各工作阶段的负载值：其中：0.9mm——液压缸的机械效率，一般取m=0.9-0.97。表1.1：工作循环各阶段的外负载工况负载组成启动F=Fb+Ffs-G=14000N加速F=Fb+Ffd+Fm-G=17000N4快进F=Fb+Ffd-G=12000N工进F=Fb+Ffd+Fw-G=312000N快退F=Fb+Ffd+G=52000N二．负载循环图和速度循环图的绘制速度循环图：负载循环图：三．拟定液压系统原理图1.确定供油方式考虑到该机床压力要经常变换和调节，并能产生较大的压制力，流量大，功率大，空行程和加压行程的速度差异大，因此采用一高压泵供油2.调速方式的选择工作缸采用活塞式双作用缸，当压力油进入工作缸上腔，活塞带动横梁向下运动，其速度慢，压力大，当压力油进入工作缸下腔，活塞向上运动，其速度较快，压力较小，符合一般的慢速压制、快速回程的工艺要求得液压系统3.液压系统的计算和选择液压元件（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可根据负载大小及机器的类型，来初步确定由手册查表取液压缸工作压力为25MPa。2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d。由负载图知最大负载F为312000N，按表2-2取p2可不计,考虑到快进，快退速度相等，取d/D=0.7D={4Fw/[πp1ηcm]}1/2=0.13(m)根据手册查表取液压缸内径直径D=140（mm）活塞杆直径系列取d=100（mm）取两液压缸的D和d分别为140mm和100mm。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度A≥Qmin/Vmin=0.05x1000/3=16.7(cm2)液压缸节流腔有效工作面积选取液压缸有杆腔的实际面积，即A2=π（D2－d2）/4=3.14×（1402－1002）/4=75.36cm2满足不等式，所以液压缸能达到所需低速（2）计算在各工作阶段液压缸所需的流量Q(快进)=πd2v(快进)/4=3.14x0.1x0.1x3/4=23.55L/minQ（工进)=πD2v(工进)/4=3.14x0.14x0.14x0.4/4=6.15L/minQ(快退)=π（D2-d2)(快退)v/4=22.61L/min5(3)确定液压泵的流量，压力和选择泵的规格1.泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进油管有一定的压力损失，所以泵的工作压力为pPPp1式中，Pp－液压泵最大工作压力；P1－执行元件最大工作压力；p－进油管路中的压力损失，简单系统可取0.2~~0.5Mpa。故可取压力损失∑△P1=0.5Mpa25+0.5=25.5MP上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过度阶段出现的动态压力往往超出静态压力，另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的压力值Pa应为Pa1.25Pb-1.6Pb因此Pa=1.25Pp=1.2525.5=31.875MPa2．泵的流量确定,液压泵的最大流量应为QKL（∑Q）max油液的泄露系数KL=1.2故Qp=KL（∑Q）max=1.223.55=28.26L/min3.选择液压泵的规格根据以上计算的Pa和Qp查阅相关手册现选用IGP5-032型的内啮合齿轮泵，nmax=3000r/minnmin=400r/min额定压力p0=31.5Mpa，每转排量q=33.1L/r，容积效率v=85%，总效率=0.7.4.与液压泵匹配的电动机选定首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般在流量在0.2－1L/min范围内时，可取＝0.03－0.14.同时还应该注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率时不至停转，需进行演算，即Pa×Qp/Pd,式中，Pd－所选电动机额定功率；Pb－内啮合齿轮泵的限定压力；Qp－压力为Pb时，泵的输出流量。首先计算快进时的功率，快进时的外负载为12000N，进油时的压力损失定为0.3MPa。Pb=[12000/(0.1x0.1π/4)x10-6+0.3]=1.26MPa快进时所需电机功率为：1.26x28.26/60x0.7=0.85kw工进时所需电机功率为：P=Ppx6.15/(60x0.7)=0.18kw查阅电动机产品样本，选用Y90S-4型电动机，其额定功率为1.1KW，额定转速为1400r/min4.液压阀的选择根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表所示序号元件名称最大流量（L/min最大工作压力（Mpa）型号选择1滤油器72.4XU-D32X100XU-D32X1002液压泵49.634．5IGP5-323三位四通电磁阀60.32534YF30-E20B4单向调速阀3040ADTL-105二位三通电磁阀60.323YF3B-E20B6单向阀18-150031.5SA1067压力表开关35KF-285.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，也可接管路允许流速进行计算，本系统主要路流量为差动时流量