沈陽理工大學課程設計專用紙No 摘要 由于液壓技術有很多優點，液壓元件設備體積小、重量輕，因而慣性力較小，當突然過載或泊車時，不會產生大的沖擊；能在給定范疇內安穩的主動調理牽引速度，并可完成無極調速；換向輕易，在不轉變電機旋轉方向的情形下，能夠較便利地完成工作機構旋轉和直線往復活動的轉換；液壓泵和液壓馬達之間用油管銜接，在空間布置上相互不受嚴厲限制；因為采取油液為工作介質，元件絕對活動外表間能自行光滑，磨損小，使用壽命長。正由于液壓技術有如此眾多突出的優點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業機械、汽車等；鋼鐵工業用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發電廠渦輪機調速裝置等等；船舶用的甲板起重機械、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 通過液壓與氣動技術課程設計，讓我們把以前書本上學到的知識與現實中生產相結合在一起，不僅能加深我們對課本上理論知識的理解，提高我們理論與實踐結合的能力，而且還鍛煉了我們的創造和設計能力，特別是對液壓系統有了更深層次的了解，讓我們對液壓設備設計有一定的了解，為日后工作中設計出經濟實用的產品打下結實的基礎。 本次設計主要內容有：做了液壓壓力機的總體結構設計和液壓系統的設計，選擇了液壓元件的型號，分析了系統的工作原理，設計了液壓缸，完成了液壓缸的總體設計，繪制了壓力機的總體裝配圖，液壓系統圖和液壓缸的裝配圖。目錄1題目2.技術要求和設計要求3工況分析4液壓缸的設計5液壓系統圖的擬定6確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規格7液壓閥的選擇8壓力損失的驗算9液壓油箱的設計10總結11參考文獻1題目液壓機液壓系統設計2技術要求和設計要求設計一臺單缸傳動的液壓機液壓系統，工作循環是：低壓下行高壓下行低壓回程上限停止。自動化程度為半自動，油缸垂直安裝。主要參數：最大壓力1X106N 最大回程力 2X104N 低壓下行速度 25mm/s 高壓下行速度 1mm/s 低壓回程速度25mm/s 工作全程350mm3.工況分析 根據已知條件計算各階段的外負載并繪制負載圖。液壓缸所收外負載F包括三種類型，即F=Fw+Ff+Fm3.1工作負載Fw在本題中為最大壓力1x106N3.2摩擦負載取Ff=03.3液壓缸機械效率取m =0.953.4慣性負載Fm 運動部件速度變化時的慣性負載；啟動時：Fa1=(G/g)(v/t)=20000x0.025/(10x0.5)=100N低壓高壓：Fa2=(G/g)( v/t)= 20000x(0.025-0.001) /(10x0.5)=96N高壓保壓：Fa3=(G/g)( v/t)= 20000x0.001/(10x0.5)=4N保壓低壓回程：Fa4=(G/g)( v/t)= 20000x0.025/(10x0.5)=100N低壓回程停止：Fa5= Fa4=100N(1)根據以上的計算，液壓缸各個階段中的負載列表如下工況計算公式總負載F/N缸推力F/N啟動 F=FW+FA11.0001X1061.0527X106低壓下行F=FW1X1061.0526X106低壓過度高壓 F=FW-FA29.99904X1051.0525X106高壓下行 F= FW1X1061.0526X106高壓到保壓 F=FW-FA39.99996X1051.0526X106保壓 F=FW1X1061.0526X106反向啟動 F=F+FA41.0001X1061.0527X106低壓回程 F=FW1X1061.0526X106停止 F=FW-FA59.999X105105.25X106(2)負載圖和速度圖4液壓缸的設計4.1 液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力主要根據液壓設備類型確定，對不同用途的液壓設備，由于工作條件不同，通常采用的壓力也不同。本題液壓機選擇工作壓力為20MPA4.2 液壓缸的內徑D和活塞桿d A=F/P=1.0527X106/(20X106)=0.0526m2D2=4A/.得D=0.259m,按標準取 D=250mm因為P7,d=0.7D=0.1813mm,按標準取d=180mm無桿腔面積 A1=D2/4=0.049m2有桿腔面積A2=(D2-d2)=0.024m2 4.3 計算在各工作階段液壓缸所需的流量低壓下行：q1=A1V1 =73.5 (L/min)高壓下行：q2=A1V2=2.94 (L/min)低壓回程：q3=A2V3=36(L/min)工作循環中各工作階段的液壓缸壓力、流量和功率如下表所示液壓缸各工作階段的壓力流量和功率工況 壓力P/MPa 流量q/(L/min) 功率P/W 低壓下行 0.03 24.73 58 高壓下行 21.16 1.34 1776 低壓回程 1.86 24.74 12824.4 液壓缸的壁厚液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度，從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規律因壁厚的不同而各異，一般計算時可分為薄壁圓筒，起重運輸機械和工程機械的液壓缸一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算PyD/2式中 液壓缸壁厚(m)；D液壓缸內徑(m)；試驗壓力，一般取最大工作壓力的(1.25-1.5)倍 ；缸筒材料的許用應力。無縫鋼管：=21.161.25=26.4MPa26.4250/（2110）=29.8mm故取=30mm4.5液壓缸的缸體外經 液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外經D1為D1D+2=250+230=310mm液壓缸工作行程長度，根據執行機構實際工作的最大行程為350mm,取標準值，液壓缸工作行程選l=400mm。4.6 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用下面兩式進行近似計算。無孔時有孔時 式中 t缸蓋有效厚度(m)； 缸蓋止口內徑(m)； 缸蓋孔的直徑(m)。無孔時 取=45mm有孔時 取=75mm4.7最小導向長度 對一般的液壓缸，最小導向長度H應滿足以下要求：設 計 計 算 過 程 式中 L液壓缸的最大行程； D液壓缸的內徑。HL20+D2=35020+2502=142.5mm,取H=200mm4.8導向滑動面長度 根據液壓缸內徑D而定當D80mm時，取A=(0.6-1.0)dA=(0.61.0)180=(108-180)mm取A=150mm4.9活塞寬度 活塞的寬度B一般取B=(0.6-10)DB=(0.61.0)D=(0.61.0)250=(150-250)mm取B=170mm4.10隔套的長度為保證最小導向長度H，若過分增大A和B都是不適宜的，必要時可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由需要的最小導向長度H決定，即 C=H(A+B)/2=200-(150+170)2=40mm 4.11缸體內部長度 液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應大于內徑的20-30倍。缸體內部長度:L=B+l=170+350=520mm5液壓系統圖的擬定 原理圖 電磁鐵動作表低壓下行高壓下行保壓低壓回程上限停止1YA-+-2YA+-3YA+-+-4YA+-6 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規格6.1泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為Pp = P1 +p式中：Pp 液壓泵最大工作壓力；P1 執行元件最大工作壓力；p 進油管路中的壓力損失，初算是簡單系統可取0.2-0.5MPa，復雜系統可取0.5-1.5MPa。本題中取0.4MPa。因此Pp = P1 +p =20+0.4 = 20.4(MPa)上述計算所得的Pp是系統的靜態壓力，考慮到系統在各種工況的過渡階段出現的動態壓力往往超過靜態壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pa應滿足Pa(1.251.6)Pp。中低壓系統取小值，高壓系統取大值。在本題中Pa = 1.25Pp =31.5MPa。6.2泵的流量確定液壓泵的最大流量應為qp KLqmax式中：qp 液壓泵的最大流量；qmax 各執行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進行工作，尚須加1溢流閥的最小流量2-3 L/min；KL 系統泄露系數，一般取1.1-1.3，現取KL = 1.1。因此qp =1.1X73.5=80.85 L/min6.3選擇液壓泵的規格根據以上算得的Pp和qp，查閱有關手冊，現選用型號63YCY14-1B軸向柱塞泵，該泵的基本參數為：排量63ml/r 泵的額定壓力P0 =32MPA，電動機轉速n0 = 1500r/min，容積效率v = 0.92。6.4與液壓泵匹配的電動機的選定首先分別算出低壓下行與高壓下行兩種不同工況時的功率，取兩者較大值作為選擇電動機規格的依據。由于在高壓下行時泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般當流量在0.2-1L/min范圍內時，可取= 0.03-0.14。同時還應注意到，為了使所選擇的電動機在經過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉，需進行驗算，即Pb = qp/Pd式中：Pd 所選電動機額定功率；Pb 限壓式變量泵的限定壓力；qp 壓力為Pb時，泵的輸出流量。首先計算低壓下行時的功率，低壓下行時的外負載為1.0526X106N，進油路的壓力損失定為0.3MPa，由公式可得：Pb =1.0526X106N/0.25 X106 +1=5.21MPa低壓下行時所需電機功率為：P = Pbqp/= 5.2180.85/(600.81) =8.67(kW)高壓下行時：Pb=(1.0525X106+0.18)/ 0.25 X106= 4.21(MPa)高壓下行時所需電機功率為：P = Pbqp/=4.213.234/(600.81) = 0.28(kW)查閱電動機產品樣本，選用Y160M-4型電動機，其額定功率為11KW，額定轉速為1500r/min。7液壓閥的選擇該液壓系統可采用力士樂系列閥或GE系列閥。本題均選用GE系列閥。根據所擬定的液壓系統圖，按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規格。選定的液壓元件如下表：序號元件名稱代碼額定流量(L/min)1軸向柱塞泵63YCY14-1B94.52先導式溢流閥DB-102003壓力表4三位四通電磁閥34D10B105兩位兩通電磁閥6調速閥7單向閥 8二位三通電磁閥23D-10B109順序閥10單向閥DFL10H311液壓缸12壓力表13液控單向閥XF3-E10B14濾油器WJ-6.3X180油管內徑可按 式中 Q通過管道內的流量m3/sv管內允許流速m/s，查表這里面取5m/s 則 取d=15mm,外徑D=20mm。油箱容積根據液壓泵的流量計算，取其體積V=6qp即V=213L8壓力損失的驗算8.1 工作進給時進油路壓力損失運動部件工作進給時的速度為1mm/s，進給時的最大流量為2.94L/min，則液壓油在管內流速v1為：v1=q/(d2/4)=42.941000/(3.141.82)=1155.9 (cm/min)=19.27(cm/s)管道流動雷諾數Re1為Re1 = v1d/= 19.271.8/1.5 = 23.124 2300可見油液在管道中流態為層流，其沿程阻力系數1=75，Re1=0.68.進油管道的沿程壓力損失p1-1為p1-1=(l/d）/(v2/2) =0.68(1.7+0.3)/(0.0159200.231242/2) =3.69MPa查得換向閥34EF3PE10B的壓力損失p1-2= 0.5MPa。忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進油路的總壓力損失p1=p1-1+p1-2 =3.69 + 0.5 = 4.19(MPa)8.2 工作進給時回油路的壓力損失由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積是無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進油管道的二分之一，則v2 = v1/2 = 23.124/2 = 11.562(cm/s)Re2 = v2d/=11.5621.8/1.5 = 13.87 6.3Mpa，所以取： V=6-12Qv 式中 液壓油箱有效容量；Qv液壓泵額定流量。參照機械設計手冊成大先P20-767鍛壓機械的油箱容積通常取為每分鐘流量的6-12倍。即： V=6X94.512X94.5=(567-1134 )L/min取 V=900 L/min應當注意：設備停止運轉后，設備中的那部分油液會因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應超過液壓油箱高度的80%。所以，實際油箱的體積為：V=V1/0.8=900/0.8=1125L/min9.2液壓油箱的外形尺寸設計 液壓油箱的有效面積確定后，需設計液壓油箱的外形尺寸，一般設計尺寸比（長：寬：高）為1：1：11：2：3。但有時為了提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時，可將液壓油箱的容量予以增大，本設計中的油箱根據液壓泵與電動機的聯接方式的需要以及安裝其它液壓元件需要，選擇長為1.5m,寬為1.1m，高為1.0m。9.3液壓油箱的結構設計一般的開式油箱是用鋼板焊接而成的，大型的油箱則是用型鋼作為骨架的，再在外表焊接鋼板。油箱的形狀一般是正方形或長方形，為了便于清洗油箱內壁及箱內濾油器，油箱蓋板一般都是可拆裝的。設計油箱時應考慮的幾點要求：（1）. 壁板：壁板厚度一般是34mm；容量大的油箱一般取46mm。本設計中取油箱的壁厚為6mm。對于大容量的油箱，為了清洗方便，也可以在油箱側壁開較大的窗口，并用側蓋板緊密封閉。（2）. 底板與底腳：底板應比側板稍厚一些，底板應有適當傾斜以便排凈存油和清洗，液壓油箱底部應做成傾斜式箱底，并將放油塞安放在最低處。油箱的底部應裝設底腳，底腳高度一般為150200mm，以利于通風散熱及排出箱內油液。一般采用型鋼來加工底腳。本設計中用的是槽鋼加工的。9.4回油集管的考慮： 單獨設置回油管當然是理想的，但不得已時則應使用回油集管。對溢流閥、順序閥等，應注意合理設計回油集管，不要人為地施以背壓。9.5 吸油管： 吸油管前一般應該設置濾油器，其精度為100200目的網式或線式隙式濾油器。濾油器要有足夠大的容量，避免阻力太大。濾油器與箱底間的距離應不小于20mm。吸油管應插入液壓油面以下，防止吸油時卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動油面，致使油中混入氣泡。9.6 泄油油管的配置： 管子直徑和長度要適當，管口應該在液面之上，以避免產生背壓。泄漏油管以單獨配管為最好，盡量避免與回油管集流配管的方法。 9.7過濾網的配置： 過濾網可以設計成液壓油箱內部一分為二，