上料机液压系统课程设计.docx
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上料机液压系统课程设计
液压与气压传动
课程设计
姓名：
廖聪
学号：
7
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
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90°V型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N，启动、制动时间均为，液压缸的机械效率为。
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）
800
4500
40
350
≤10
100
45
400
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
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。
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，如图所示：
图上料机动作循环图
2）负载分析
a）工作负载：
b）摩擦负载：
，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
，取
V型角，一般为90°，则
静摩擦负载：
动摩擦负载：
c）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
计算。
以下合力只代表大小。
加速
减速
制动
反向加速
反向制动
d）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ηm=，则
，计算结果见表所示。
表液压缸各中的负载
工况
计算公式
总负载F’（N）
缸推力F（N）
起动
加速
快上
减速
慢上
制动
反向加速
快下
反向制动
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（如图所示）
图液压缸的速度—时间和负载—时间图
二、确定液压缸主要参数
初选液压缸的工作压力
按负载大小根据表选择液压缸工作压力。
表按负载选择执行元件工作压力表[2]
负载F（kN）
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
压力p（MPa）
<~
~
~
~
~
>~
由液压缸负载计算，按上表初定液压缸工作压力p=。
计算液压缸主要参数
按最大负载Fmax计算缸筒面积A得
计算缸筒内径D得
按计算结果根据表选择缸筒内径标准值。
表液压缸内径和活塞杆直径标准系列[2]
液压缸内径D
…40、50、63、80、（90）、100、（110）、125、（140）、160…
活塞杆直径d
…16、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：
，代入数值，解得：
d=21mm，按标准取值：
d=22mm。
活塞宽度：
B==
导向套：
C==
缸筒长度：
L=l+B+C=450++=518mm
计算液压缸有效作用面积为
无杆腔面积：
有杆腔面积：
各工作阶段的时间计算
1）快上阶段
2）慢上阶段
3）快退阶段
计算液压缸流量、压力和功率
1）流量计算
2）压力计算
3）功率计算
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（
）
功率P（W）
快上
9
慢上
快退
由表绘制液压缸的工况图如图所示。
图液压缸的工况图
三、液压系统图的拟定
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。
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
图液压系统的原理图
四、计算与选择液压元件
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
，有调速阀和管路较复杂的系统取
。
液压缸在整个工作循环中最大工作压力为，由于系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失
，计算液压泵的工作压力为
2）计算所需液压泵流量
考虑泄漏的修正系数K：
K=~。
液压缸在整个工作循环中最大流量为min。
取回路泄漏修正系数K=，计算得所需两个液压泵的总流量为
，由于溢流阀最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸所需流量为min，所以高压泵的流量不得少于min。
3）选用液压泵
选用YB1—型的双联叶片泵。
液压泵额定压力为，排量分别为r和r，取容积效率ηpV=，总效率η=，额定转速分别为1450r/min和1450r/min。
4）选用电动机
拟选Y系列三相异步电动机，满载转速2830r/min，按此计算液压泵实际输出流量为
计算所需电动机功率为
选用YE2-90S-2电动机。
电动机额定功率为，满载转速为2830r/min。
选择阀类元件及辅助元件
1）标准件
根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，由产品目录确定这些元件的型号及规格如表所示。
2）非标件
a）油管：
根据实际流量类比确定，采用内径为8mm，外径为10mm的紫铜管。
b）油箱：
低压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的2-4倍，为了更好的散热，取油箱容积为150L。
表液压元件型号规格及主要参数[2]
序号
名称
型号规格
主要参数
1
滤油器
WV-40×180
流量40L/min
2
双联叶片泵
排量r；压力
3
溢流阀
YF-B10B
流量10L/min；
调压范围~7MPa
4
单向阀
AF3-Ea10B
流量10L/min；
开启压力
5
节流阀
CS-1002
流量12L/min；压力
6
三位四通电磁换向阀
DSG-03-3C40
流量60；压力
7
调速阀
Q-25B
最小流量L/min；
压力~
8
二位二通电磁换向阀
22D-25B
流量L/min；
压力
9
液控单向阀
AQF3-EI0B
流量50L/min；压力
10
单向顺序阀
SV/SCV*03-*
流量50L/min；压力
11
压力表
Y-100T
量程0~5MPa
12
压力表开关
QF3-EI0B
——
13
油箱
755×500×405
容积150L
14
电机
YE2-90S-2
转速2840r/min；功率
15
行程开关
LXJM1-8108
——
五、验算液压系统的主要性能
压力损失验算
现在元件、管道、安装形式均已基本确定，所以需要验算一下系统各部分的压力损失，看其是否在前述假设的范围内，借此可较准确的确定泵和系统各处的工作压力，以较准确的调节变量泵、溢流阀和各种压力阀。
保证系统的正常工作，并达到所要求的工作性能，当系统执行元件为液压缸时，液压泵的最大工作压力应满足
（1）慢上时的压力损失。
慢上时管路中的流量较小，流速较低，沿程压力损失和局部压力损失可忽略不计。
（2）快退时的压力损失。
快退时，缸的无杆腔的回油量是进油量的两倍，其压力损失比快进时要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。
快退时工作缸的进油量为
，回油量为
。
1）确定油液的流动状态
雷诺数
则工作缸进油路中液流的雷诺数为
工作缸进油路中液流的雷诺数为
因此，工作缸进、回油路中的流动都是层流。
2）计算沿程压力损失
进油路上，流速
，有
回油路上，流速
，有
（3）计算局部压力损失
由于采用集成块式的液压装置，因此只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。
通过各阀的局部压力损失按
计算，结果列于表中。
表阀类元件局部压力损失
元件名称
额定流量/（L/min）
实际通过流量/（L/min）
额定压力损失/Pa
实际压力损失/Pa
三位四通换向阀
60
20.74
/
调速阀
16
单向阀
10
顺序阀
50
若取集成进油路的压力损失
，回油路压力损失
，则进油路和回油路总的压力损失分别为
工作缸快退时的工作压力为
这样，快退时泵的工作压力为
根据计算结果可知，该液压泵的最大工作压力满足要求。
从以上验算结果可以看出，说明该系统的油路结构、元件的参数比较合理，压力和流量满足要求[3]。
液压系统的发热和温升验算
该系统采用双泵供油方式，在工进阶段，大流量泵卸荷，功率使用合理，同时油箱容量可以取较大值，系统发热温升不大，故省略了系统温升验算[3]。
参考文献
[1]徐灏主编.机械设计手册（M）.机械工业出版社，
[2]黎启柏主编.液压元件手册（M）.机械工业出版社，
[3]于治明主编.液压传动（M）.航空工业出版社，
设计心得
为期一周的液压实训已经结束，在这个过程中，我们学到了很多。
通过本次设计，让我很好的锻炼了，与具体、相结合开发、设计产品的能力。
既让我们懂得了怎样把应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中，我们了解到了设计一套完整的液压系统需要经过哪些步骤，要做哪些计算。
在设计的过程中我们还需要大量的以前没有学到过的知识，因此我们需要大量的因此我们需要大量的查阅资料，在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。
一周的时间并不是很长，要完成一套液压系统的设计并不是轻松的事情，所以需要团队中要协调分工，体现出了团队合作的重要性。
在中，总是遇到考虑不周、计算出错等问题，而每次发现的时候，我们就需要做大量的工作，花大量的时间才能解决，为此，我也变得更加耐心和细心，为以后的工作积累了宝贵的。
课程设计指导教师成绩评定表
题目名称
上料机液压系统设计
评分项目
分值
得分
评价内涵
工作
表现
28%
01
学习态度
10
准时出勤，遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。
02
科学实践、调研
8
通过查阅文献、网络资源等渠道获取与课程设计有关的材料。
03
课题工作量
10
充分参与团队合作，按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。
成果
质量
72%
04
设计图纸质量
16
能够熟练使用CAD等绘图软件完成设计图纸的绘制与打印，符合相关规范或规定要求。
05
设计说明书质量
30
设计过程分析、计算过程科学、准确，设计结果正确，论述充分，结论严谨合理。
06
答辩质量
20
具有较好的阐述能力，将设计成果完成、准确的展示出来，并能够回答老师提出的问题。
07
创新
6
对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
成绩
指导教师评语
指导教师签名：
年 月 日
附图1上料机液压系统原理图
附表1液压元件清单表
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