上料机液压系统设计

[键入文字]湖南工业大学课程设计资料袋学院（系、部）20~20学年第学期课程名称指导教师职称学生姓名专业班级学号题目成绩起止日期年月日～年月日目录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书2课程设计说明书3课程设计图纸张456[键入文字]（课程设计名称）设计说明书上料机液压系统设计5起止日期：年月日至年月日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)XXXXXXX学院（部）年月日湖南工业大学课程设计任务书[键入文字]2014—2015学年第1学期机械工程学院（系、部）机械工程及自动化专业班级课程名称：液压与气动设计题目：上料机液压系统设计5完成期限：自2015年1月5日至2015年1月9日共1周内容及任务一、设计的主要技术参数一台上料机的液压传系统。要求驱动它的液压传动系统完成:快速上升一慢进上升—停留一快速下降的工作循环，其结构示意图如附图所示。其垂直上升工件l的重力为5000N，滑台2的重量为1000N。快速上升行程为350mm，速度要求≥45mm/s；慢速上升行程为100mm，其最小速度为8mm/s；快速下降行程为450mm，速度要求≥55mm／s；滑台采用v形导轨，其导轨面的夹角为90°，滑台与导轨的最大间隙为2mm，起动加速和减速时间均为0.5s；液压缸的机械效率(考虑密封阻力)为0.9l。要求实现自动循环，速度换接无冲击，且速度要稳定，能承受一定量的反向负荷。二、设计任务完成如下工作：1）按要求设计液压系统，绘出液压系统图。2）确定液压缸的结构参数。3）计算系统各参数，列出电磁铁动作顺序表。4）选择液压元件型号，列出元件明细表。5）验算液压系统性能。三、设计工作量1）撰写课程设计计算说明书一份，不少于三千字。要求计算说明书计算准确、文字通顺、编排规范。2）绘制液压系统原理图图纸一张、要求图面布置合理、正确清晰、符合相关标准及有关规定。[键入文字]进度安排起止日期工作内容2015.1.5讲授设计的一般步骤和方法、设计的要求、布置设计题目；2015.1.6-1.8学生进行设计；2015.1.9教师验收，学生修改打印设计报告。答辩主要参考资料[1]许福玲陈尧明主编，液压与气压传动，机械工业出版社，2007年6月。[2]章宏甲等编，液压与气压传动，机械工业出版社，2004年2月。[3]何存兴主编，液压传动与气压传动，华中科技大学出版社，2002年1月。[4]张群生主编，液压与气压传动，机械工业出版社，2001年8月。[5]姜继海等主编，液压与气压传动，高等教育出版社，2002年1月。[6]左建民主编，液压与气压传动，机械工业出版社，1995年10月。[7]成大先.机械设计手册（单行本）.液压传动.北京：化学工业出版社，2001.[8]杨培元，朱福元．液压系统设计简明手册.北京：机械工业出版社，1999.[9]刘忠伟主编.液压与气压传动，北京：化学工业出版社2011.1指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日[键入文字]摘要现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。因此，《液压传动》课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。为了学好这样一门重要课程，除了在教学中系统讲授以外，还应设置课程设计教学环节，使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能和方法。液压传动课程设计的目的主要有以下几点：1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实际只是，进行液压传动设计实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。2、在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。2目录摘要………………………………………………………………………………I目录………………………………………………………………………………II1任务分析………………………………………………………………………11.1系统机构的主要构成……………………………………………………11.2任务分析……………………………………………………………………12方案选择………………………………………………………………22.1方案的拟定…………………………………………………………………22.2方案的确定…………………………………………………………23负载分析………………………………………………………33.1工作负载…………………………………………………………………33.2摩擦负载…………………………………………………………………33.3惯性负载……………………………………………………………34负载图和速度图的绘制…………………………………………………………45液压缸主要参数的确定……………………………………………65.1初选液压缸的工作压力………………………………………………65.2计算液压缸的尺寸…………………………………………………………65.3活塞杆稳定性校核…………………………………………65.4求液压缸的流量…………………………………………………………65.5绘制工况图………………………………………………………65.6最小导向长度的确定……………………………………………………75.7活塞最大行程和活塞杆长度的确定……………………………………86液压系统原理图的拟定…………………………………………………………97液压元件的选择……………………………………………………………117.1确定液压泵的型号及电动机功率……………………………………………117.2选择阀类元件及辅助元件…………………………………………118液压系统的性能验算…………………………………………138.1压力损失及调定压力的确定………………………………………138.1.1沿程压力损失………………………………………………138.1.2局部压力损失…………………………………………………138.1.3总的压力损失…………………………………………………148.2系统的发热和温升…………………………………………14参考文献………………………………………………………………15致谢…………………………………………………………………………1621任务分析1.1系统机构的主要构成机构不断地将材料从低的位置运到高的位置，然后又回到起始位置重复上一次的运动。其结构如图1.1所示，滑台采用V形导轨，其导轨面的夹角为90度，滑台与导轨的最大间隙为2mm，工作台和活塞杆连在一起，在活塞杆的作用下反复做上下运动。图1.1上料机构示意图2任务分析系统总共承受的负载为6000N，所以系统负载很小，应属于低压系统.其垂直上升工件l的重力为5000N，滑台2的重量为1000N。快速上升行程为350mm，速度要求≥45mm/s；慢速上升行程为100mm，其最小速度为8mm/s；快速下降行程为450mm，速度要求≥55mm／s。要完成的工作循环是：快进上升、慢速上升、停留、快速下降。但从系统的用途可以看出系统对速度的精度要求并不高，所以在选调速回路时应满足经济性要求。2方案选择2.1方案的拟定2.11供油方式2从系统速度相差很大可知，该系统在快上和慢上时流量变化很大，因此可以选用变量泵或双泵供油。2.12调速回路由于速度变化大，所以系统功率变化也大，可以选容积调速回路或双泵供油回路。2.13速度、换接回路由于系统各阶段对换接的位置要求高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。2.14平衡及锁紧为了克服滑台自重在快下过程中的影响和防止在上端停留时重物下落，必需设置平衡及锁紧回路。根据上述分析，至少有两种方案可以满足系统要求。（1）用变量泵供油和容积调速回路调速，速度换接用二位二通电磁阀来实现，平衡和锁紧用液控单向阀和单向背压阀。系统的机械特性、调速特性很好，功率损失较小，但是系统价格较贵。（2）用双泵供油，调速回路选节流调速回路，平衡及锁紧用液控单向阀和单向背压阀实现。系统的机械特性、调速特性不及第一种方案，但其经济性很好，系统效率高。2.2方案的确定综上所述，考虑到系统的流量很大，变量泵不好选，第二种方案的经济性好，系统效率高，因此从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的、供油方式不太适，宜选用双联式定量叶片泵作为油源，所以选第二种方案。3负载分析3.1工作负载工作负载等于工作台自重加上物料的重量即LGFF（5000+1000）N=6000N3.2摩擦负载由导轨的角度与间隙计算平均摩擦/sin2fNFfFF……摩擦因数α……V型角，为900由于工件为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构尺寸求得3120NGFFHN，取0.2,0.1sdff则有静摩擦负载0(0.2120/sin45)33.94fsFNN动摩擦负载0(0.1120/sin45)16.97fdFNN3.3惯性负载加速Fa1=Gg∆v∆t=60009.8×0.0450.5=55.10N减速260000.0450.00845.319.80.5aGvFNgt制动360000.0089.809.80.5aGvFNgt反向加速460000.05567.359.80.5aGvFNgt反向制动5467.35aaFFN根据以上计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自行下滑，系统中应设置平衡回路。因此在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台2的重量。则液压缸各阶段中的负载如以下表3.1所示。工况计算公式总负载F/N缸推力F/N启动fsLFFF6033.946630.70加速1fdLaFFFF6072.076672.60快上fdLFFF6016.976612.05减速2LfdaFFFF5971.666562.26慢上LfdFFF6016.976612.05制动3LfdaFFFF6007.176601.29反向加速4fdaFFF84.3292.66快下fdFF16.9718.654表3.1液压缸各阶段负载4负载图和速度图的绘制按照前面的负载分析结果及已知的速度要求，行程限制等，绘制出负载图及速度图如下图4.1。制动5fdaFFF-50.38-55.3665液压缸主要参数的确定液压缸的工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载来确定，还要考虑使用场合，经济和重量等因素。5.1初选液压缸的工作压力根据分析此设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选液压缸的工作压力为2.0Mpa。5.2计算液压缸的尺寸242616672.6033.36102.010FAmmp424433.36106.5210ADm6按标准取：D=63mm根据d与D的关系根据快上和快下的速度比值来确定:D2D2−d2=5545，求得d=26.86mm.按标准取值;d=24mm活塞宽度：B=0.8D=50mm导向套长度：C=0.8d=20mm则液压缸的有效作用面积为：无杆腔面积222116.331.1744ADcm有杆腔面积2222221()(6.32.4)26.6544ADdcm5.3活塞杆稳定性校核因为活塞杆总行程450mm,而活塞杆直径为24mm,L/d=450/24=1910,材料力学中有关公式，根据液压缸的一端支撑，另一端固定，取末端系数φ2=2，系数1/5000，柔性系数285，6.254kJdrA，因为12172852120kr所以有其临界载荷KF8262224.91025104197413.151450