液压与气压传动课程设计姓 名：廖聪学 号：层 次：本科专 业：机械电子工程班 级：15机电2班指导教师：刘方方 2017年12月目录任务书1一、 明确系统设计的要求，进行工况分析21.1 明确系统设计的要求21.2 分析液压系统工况2二、 确定液压缸主要参数52.1 初选液压缸的工作压力52.2 计算液压缸主要参数52.3 各工作阶段的时间计算52.4 计算液压缸流量、压力和功率62.5 绘制液压缸的工况图7三、液压系统图的拟定83.1 液压系统的拟定83.2 拟定液压系统原理图8四、 计算与选择液压元件104.1 确定液压泵的型号及电动机功率104.2 选择阀类元件及辅助元件11五、 验算液压系统的主要性能125.1 压力损失验算125.2 液压系统的发热和温升验算14参考文献15设计心得16任务书设计一台上料机液压系统，要求该系统完成：快速上升慢速上升（可调速）快速下降下位停止的半自动循环。采用90V型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N，启动、制动时间均为0.5s，液压缸的机械效率为0.9。设计原始数据如下表所示。滑台自重（N）工件自重（N）快速上升速度（mm/s）快速上升行程（mm）慢速上升速度（mm/s）慢速上升行程（mm）快速下降速度（mm/s）快速下降行程（mm）8004500403501010045400请完成以下工作：1、进行工况分析，绘制工况图。2、拟定液压系统原理图（A4）。3、计算液压系统，选择合适的液压元件。4、编写液压课程设计说明书。上料机示意图如下：图1 上料机示意图一、 明确系统设计的要求，进行工况分析1.1 明确系统设计的要求上料机是由通用部件和部分专用部件组成的高效、专用、自动化程度较高的机器。机器将材料从低的位置运到高的位置，当材料取走后按下按钮，机器从高的位置回到低的位置。实现沿垂直向方向的“快速上升慢速上升（可调速）快速下降下位停止” 的半自动循环。工作循环拟采用液压传动方式来实现。故拟选定液压缸作执行机构。1.2 分析液压系统工况1）运动分析根据各执行在一个工作循环内各阶段的速度，绘制其循环图，如图1.1所示：图1.1 上料机动作循环图2）负载分析a）工作负载：FL=FG=4500+800=5300Nb）摩擦负载：Ff=fFNsin2，由于工件为垂直起开，所以垂直作用于导航的载荷可由间隙和结构尺寸，可知FN=60N，取fS=0.2,fd=0.1 , V型角，一般为90，则静摩擦负载： Ffs=fsFNsin45=0.260sin45=16.97N动摩擦负载： Ffd=fdFNsin45=0.160sin45=8.49Nc）惯性负载Fa 惯性负载为运动部件在起动和制动的过程中可按F=ma=Ggvt计算。以下合力只代表大小。加速Fa1=Ggvt=53009.80.040.5=43.27N减速Fa2=Ggvt=53009.80.030.5=32.45N制动Fa3=Ggvt=53009.80.010.5=10.82N反向加速Fa4=Ggvt=8009.80.0450.5=7.35N反向制动Fa5=Ggvt=8009.80.0450.5=7.35Nd）各阶段总负载F 计算液压缸各阶段中的总负载F和液压缸推力F 。考虑密封等阻力，取m=0.9，则F=F，计算结果见表1.1所示。表1.1 液压缸各中的负载工况计算公式总负载F（N）缸推力F（N）起动F=Ffs+FL15317.05907.7加速F=Ffd+Fa1+FL15351.85946.4快上F=Ffd+FL15308.55898.2减速F=FL1+Ffd-Fa25276.05862.3慢上F=FL1+Ffd5308.55898.3制动F=FL1+Ffd-Fa35297.75886.3反向加速F=-Ffd-Fa4784.2871.3快下F=-Ffd+FL2791.5879.5反向制动F=-Ffd+Fa5+FL2798.8887.6按前面的负载分析及已知的速度要求，行程限制等，绘制出速度时间和负载时间图（如图1.2所示）图1.2 液压缸的速度时间和负载时间图二、 确定液压缸主要参数2.1 初选液压缸的工作压力按负载大小根据表2.1选择液压缸工作压力。表2.1 按负载选择执行元件工作压力表2负载F（kN）50压力p（MPa）5.07.0由液压缸负载计算，按上表初定液压缸工作压力p=1.6MPa。2.2 计算液压缸主要参数按最大负载Fmax计算缸筒面积A得A=Fmaxp=5946.41.5106=3.71610-3m2计算缸筒内径D得D=4A=43.9610-3=0.0688m=68.8mm按计算结果根据表2.2选择缸筒内径标准值。表2.2 液压缸内径和活塞杆直径标准系列2液压缸内径D40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160 活塞杆直径d16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56按标准取：D=63mm。根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：D2D2-d2=4540，代入数值，解得：d=21mm，按标准取值：d=22mm。活塞宽度：B=0.8D=50.4mm导向套：C=0.8d=17.6mm缸筒长度：L=l+B+C=450+50.4+17.6=518mm计算液压缸有效作用面积为无杆腔面积：A1=14D2=40.0632=0.00311m2有杆腔面积：A2=14D2-d2=4(0.0632-0.0222)=0.00274m22.3 各工作阶段的时间计算1）快上阶段a加速=v1t=4010-30.5=0.08ms2s加速=12a加速t2=120.080.52=0.01mt1=s1-s加速v1+t=0.35-0.010.04+0.5=9s2）慢上阶段a减速=v2-v1t=10-4010-30.5=-0.06ms2s减速=v1t+12a减速t2=4010-30.5-120.060.52=0.0125mt2=s2-s减速v2+t=0.1-0.01250.01+0.5=9.25s3）快退阶段a反向加速=a反向制动=v3t=0.0450.5=0.09ms2s反向加速=s反向制动=12a反向加速t2=120.090.52=0.0113mt3=s3-s反向加速-s反向制动v3+2t=0.4-0.0113-0.01130.045=9.39s2.4 计算液压缸流量、压力和功率1）流量计算q快上=A1V1=0.003110.04=0.m3s=7.464Lminq慢上=A1V2=0.003110.01=0.m3s=1.866Lminq快上=A1V1=0.002740.045=0.m3s=7.398Lmin2）压力计算p快上=F快上A1=58980.0031=1.896MPap慢上=F慢上A1=58980.0031=1.896MPap快退=F快退A2=879.50.0027=0.321MPa3）功率计算P快上=p快上q快上=1.896106124.410-6=235.9WP慢上=p慢上q慢上=1.89610631.110-6=59.0WP快退=p快退q快退=0.321106123.310-6=39.6W2.5 绘制液压缸的工况图工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表所示。表2.5液压缸各阶段压力、流量和功率工况时间t（s）压力p（MPa）流量q（Lmin）功率P（W）快上91.8967.464235.9慢上9.251.8961.86659.0快退9.390.3217.39839.6由表2.5绘制液压缸的工况图如图2.5所示。图2.5 液压缸的工况图三、液压系统图的拟定3.1 液压系统的拟定1)选用执行元件由系统动作循环图，选定单活塞杆液压缸作为执行元件。2)确定供油方式从工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需流量较大，且比较接近，且慢上时所需的流量较少，因此选用双联叶片泵为油泵。3)调速方式选择从工况图可知，该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，所以采用调速阀的回油节流调速。4)速度换接选择由于快上和慢上之间速度需要换接，但对缓解的位置要求不高，所以采用由行程开关控制二位二通电磁阀实现速度换接。5)换向方式选择采用三位四通电磁阀进行换向，以满足系统对换向的各种要求。选用三位阀的中位机能为Y型。6)平衡及锁紧 为防止在上端停留时重物下落和停留的时间内保持重物的位置，特在液压缸的下腔（即无杆腔）进油路上设置液控单向阀；另一方面，为了克服滑台自重在快下过程中的影响，设置了一节流阀。7)其它选择为便于观察调整压力，在液压泵的出口处设置测压点。3.2 拟定液压系统原理图完成以上各项选择后，作出拟定的液压系统原理图和各电磁铁的动作顺序表如图3.8所示。 1-滤油器；2双联叶片泵；3溢流阀；4单向阀；5节流阀；6三位四通电磁换向阀；7调速阀；8二位二通电磁换向阀；9液控单向阀；10单向顺序阀；11压力表；12压力表开关；13油箱；15行程开关图3.8 液压系统的原理图四、 计算与选择液压元件4.1 确定液压泵的型号及电动机功率1）计算液压泵压力估算压力损失经验数据：一般节流调速和管路简单的系统取pl=0.20.5MPa，有调速阀和管路较复杂的系统取pl=0.51.5MPa。液压缸在整个工作循环中最大工作压力为1.896MPa，由于系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失pl=0.5MPa，计算液压泵的工作压力为pp=p+pl=1.896+0.5=2.396MPa2）计算所需液压泵流量考虑泄漏的修正系数K：K=1.11.3。液压缸在整个工作循环中最大流量为7.464L/min。取回路泄漏修正系数K=1.1，计算得所需两个液压泵的总流量为