课程设计 设计一台校正压装液压机的液压系统.doc
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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…………………………………………………………………8
2.调速方式的选择…………………………………………………………………8
3.液压系统的计算和选择液压元件…………………………………………9
4.液压阀的选择………………………………………………………………11
6.液压油箱容积的确……………………………………………………………12
7.液压缸的壁厚和外径的计算……………………………………………12
8.液压缸工作行程的确定……………………………………………………12
9.缸盖厚度的确定……………………………………………………………12
10.最小寻向长度的确定………………………………………………………13
11.缸体长度的确定………………………………………………………13
四．液压系统的验算
1.压力损失的验算……………………………………………………………13
2.系统温升的验算…………………………………………………………15
3.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
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=0.9
⑶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）
1～1.5
⑷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
⑶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
设计一台校正压装液压机的液压系统。
要求工作循环是快速下行→慢速加压→快速返回→停止。
压装工作速度不超过5mm／s快速下行速度应为工作速度的８～10倍，工件压力不小于10×103N。
一工况分析
二、负载分析和速度分析
1.工作负载工件的压制抵抗力即为工作负载F=10000N：
2.摩擦负载静摩擦阻力：
=0.2×10000=2000N
动摩擦阻力：
0.1x10000=1000
3.惯性负载F=1000N取液压缸机械效率=0.9，则液压缸工作阶段的负载值如下表：
工 况
计 算 公 式
缸的负载f/N
启动加速
F=（F+F）/
2222
快速下行
F=F/
1111
慢速加压
F=（FF）/
12222
快速返回
F=F/
1111
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：
四、拟定液压系统图
1.确定供油方式由于工进速度和快速运动速度相差悬殊，所以采用限压式变量泵。
2.调速方式的选择
（1）调速回路因为液压系统功率较小，且只有正值负载，所以选用进油节流调速回路
（2）为有好的低速平稳性和负载特性，可选用调速阀调速，并在液压缸回路上设置背压。
（3）速度换接回路和快速回路由于工进速度和快速运动速度相差悬殊，为了换接平稳，选用行程阀控制的换接回路。
快速运动通过差动回路来实现。
（4）换向回路为了换向平稳，选用电液换向阀。
为实现液压缸中位停止和差动连接，采用三位五通阀。
（5）压力控制回路采用换向阀式低压卸荷回路，减少了能耗，结构也比较简单。
合并后完整的液压系统如图所示：
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2MPa。
2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d.为使液压缸快进和快退速度相等，选用单出杆活塞缸差动连接的方式实现快进，设液压缸两有效面积为A和A，且A=2A
即d=0.707D.为防止钻通时发生前冲现象，液压缸回油腔背压选择p取0.6MPa,而液压缸快退时背压取0.5Mpa
由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程PA=PA+F,由此可得
A=F/（P-0.5P）=72cm
液压缸内径D就为
D==9.57cm圆整为10cm
由d=0.707D，圆整d=8cm
根据手册查表取液压缸内径直径D=100（mm）活塞杆直径系列取d=80（mm）
取两液压缸的D和d分别为100mm和80mm。
工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量q=0.05L/min
液压缸实际所需流量计算：
工进时所需流量：
Q==24L/min
快速空程时所需流量：
Q==240L/min
（2）计算液压缸在工作循环各阶段的压力，流量和功率值
工 况
计 算 公 式
负载F（KN）
回油腔压力p2
输入流量
进油腔压力p1
输入功率 P
启动加速
恒速
P=
q=A-A
P=Pq
2222
1111
P=P+0.5
--
0.50
1.10
0.88
-
0.44
工进
P=
q=Av
P=Pq
12222
0.6
0.3600~
0.2880
4.02
0.576~0.720
快退加速
恒速
P=
q=Av
P=Pq
2222
1111
0.5
0.5
--
0.1440
1.79~1.55
--
0.2880
（3）选择液压泵的规格
1.液压泵的选择
由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为2MPa，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为0.5MPa（含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为
p=（2.5+2.5*25%）=3.125MPa
上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力应满足：
p=p/80%=3.9MPa
液压泵的最大流量应为：
式中液压泵的最大流量
同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量。
系统泄漏系数，一般取，现取。
液压泵的选择：
根据以上算得的和在查阅相关手册《机械设计手册》得：
现选用，排量63ml/r，额定压力32Mpa，额定转速1500r/min，驱动功率59.2KN，容积效率，重量71kg，容积效率达92%
（4）配套电机的选择
由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油压力值为26Mpa，流量为已选定泵的流量值。
液压泵的总效率。
柱塞泵为，取0.82。
选用1000r/min的电动机，则驱动电机功率为
选择电动机，其额定功率为18.5KW。
额定转速为1000r/min
4.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
六、辅助元件的选择
序号
元件名称
估计通过流量
型号
规格
1
斜盘式柱塞泵
156.8
63SCY14－1B
32Mpa，驱动功率59.2KN
2
WU网式滤油器
160
WU-160*180
40通径，压力损失0.01MPa
3
直动式溢流阀
120
DBT1/315G24
10通径，32Mpa，板式联接
4
背压阀
80
YF3-10B
10通径，21Mpa，板式联接
5
二位二通手动电磁阀
80
22EF3-E10B
6
三位四通电磁阀
100
34DO-B10H-T
10通径，压力31.5MPa
7
液控单向阀
80
YAF3-E610B
32通径，32MPa
8
节流阀
80
QFF3-E10B
10通径，16MPa
9
节流阀
80
QFF3-E10B
10通径，16MPa
10
二位二通电磁阀
30
22EF3B-E10B
6通径，压力20MPa
11
压力继电器
－
DP1-63B
8通径，10.5-35MPa
12
压力表开关
－
KFL8－30E
32Mpa，6测点
13
油箱
14
液控单向阀
YAF3-E610B
32通径，32MPa
15
上液压缸
16
下液压缸
17
单向节流阀
48
ALF3－E10B
10通径，16MPa
18
单向单向阀
48
ALF3－E10B
10通径，16MPa
19
三位四通电磁换向阀
25
34DO-B10H-T
20
减压阀
40
JF3-10B
6.液压油箱容积的确定
根据液压油箱有效容量按泵的流量的5—7倍来确定则选用容量为1000L。
7.液压缸的壁厚和外径的计算
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算
液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度，从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒，起重运输机械和工程机械的液压缸一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算
ζ≥PD/2[σ]=3.125×100/2×100=1.5652mm（[σ]=100~110MP）
故取ζ=2mm
液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径D1为
D1≥D+2ζ=100+2×2=104mm
8.液压缸工作行程的确定
液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作烦人最大行程来确定，查表的系列尺寸选取标准值L=400mm。
9.缸盖厚度的确定
一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两个公式进行近似计算
无孔时：
t≥0.433D（P／[σ]）=1.353mm
有孔时：
t≥0.433D2（PD2／[σ]（D2－d0）}1/2式中，
t----------缸盖有效厚度
D---------缸盖止口内直径
D2----------缸盖孔的直径
10.最小寻向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称为最小导向长度过小，将使液压缸的初试挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此，设计时必须保证有一定的最小导向长度。
对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求
H>=L/20+D/2=400/20+100/2=70mm
取H=75mm
活塞宽度B=（0.6~1.0）D1=110
11.缸体长度的确定
液压缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和，缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度，一般的液压缸的缸体长度不应大于内径地20~30倍
四．液压系统的验算
已知该液压系统中进回油管的内径均为12mm，各段管道的长度分别为：
AB=0.3mAC=1.7mAD=1.7mDE=2m。
选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15℃查得15℃时该液压油曲运动粘度V=150cst=1.5cm／s，油的密度ρ=920kg／m
1．压力损失的验算
上面已经计算出该液压系统中进，回油管的内径分别为32mm,42mm。
但是由于系统的具体管路布置和长度尚未确定，所以压力损失无法验算。
2.系统温升的验算
系统温升的验算：
在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。
为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。
一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。
当V=5mm/s时，即v=300mm/min
即
此时泵的效率为0.9，泵的出口压力为26MP，
则有：
即
此时的功率损失为：
假定系统的散热状况一般，取，
油箱的散热面积A为
系统的温升为
根据《机械设计手册》成大先P20-767：
油箱中温度一般推荐30-50
所以验算表明系统的温升在许可范围内。
五．设计总结
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，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，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手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。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决自然而然，我的耐心便在其中建立起来了为以后的工作积累了经验，增强了信心。
六．参考文献
[1]左健民.液压与气压传动.第2版.北京：
机械工业出版社，2004.
[2]章宏甲.液压与气压传动.第2版.北京：
机械工业出版社，2001.
[3]许福玲.液压与气压传动.武汉：
华中科技大学出版社，2001.
[4]液压系统设计简明手册.北京：
机械工业出版社，2000.
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