1、湖南工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)資 料 袋 學(xué)院（系、部） 20 20 學(xué)年第 學(xué)期 課程名稱 指導(dǎo)教師 職稱 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 題 目 成 績(jī) 起止日期 年 月 日 年 月 日目 錄 清 單序號(hào)材 料 名 稱資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書3課程設(shè)計(jì)圖紙張456（課程設(shè)計(jì)名稱）設(shè)計(jì)說(shuō)明書上料機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)5起止日期： 年 月 日 至 年 月 日學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)成績(jī)指導(dǎo)教師(簽字)XXXXXXX學(xué)院（部）年 月 日 湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20142015學(xué)年第1學(xué)期 機(jī)械工程 學(xué)院（系、部） 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 班級(jí)課程名稱： 液壓與氣動(dòng) 設(shè)計(jì)題目： 上料機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、5 完成期限：自 2015 年 1 月 5 日至 2015 年 1 月 9 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)一臺(tái)上料機(jī)的液壓傳系統(tǒng)。要求驅(qū)動(dòng)它的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)完成:快速上升一慢進(jìn)上升停留一快速下降的工作循環(huán)，其結(jié)構(gòu)示意圖如附圖所示。其垂直上升工件l的重力為5000N，滑臺(tái)2的重量為1000N。快速上升行程為350mm，速度要求45 mm / s；慢速上升行程為100mm，其最小速度為8 mm / s；快速下降行程為450mm，速度要求55mms；滑臺(tái)采用v形導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面的夾角為90，滑臺(tái)與導(dǎo)軌的最大間隙為2mm，起動(dòng)加速和減速時(shí)間均為0.5s；液壓缸的機(jī)械效率(考慮密封阻力)為0.

3、9l。要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)，速度換接無(wú)沖擊，且速度要穩(wěn)定，能承受一定量的反向負(fù)荷。二、設(shè)計(jì)任務(wù)完成如下工作：1）按要求設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，繪出液壓系統(tǒng)圖。2）確定液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)。3）計(jì)算系統(tǒng)各參數(shù)，列出電磁鐵動(dòng)作順序表。4）選擇液壓元件型號(hào)，列出元件明細(xì)表。5）驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能。三、設(shè)計(jì)工作量1）撰寫課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份，不少于三千字。要求計(jì)算說(shuō)明書計(jì)算準(zhǔn)確、文字通順、編排規(guī)范。2）繪制液壓系統(tǒng)原理圖圖紙一張、要求圖面布置合理、正確清晰、符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定。 進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容2015.1.5講授設(shè)計(jì)的一般步驟和方法、設(shè)計(jì)的要求、布置設(shè)計(jì)題目；2015.1.6-1.8學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)；2015

4、.1.9教師驗(yàn)收，學(xué)生修改打印設(shè)計(jì)報(bào)告。答辯主要參考資料1 許福玲 陳堯明主編，液壓與氣壓傳動(dòng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007年6月 。2 章宏甲等編，液壓與氣壓傳動(dòng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年2月。3 何存興主編，液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)，華中科技大學(xué)出版社，2002年1月。4 張群生主編，液壓與氣壓傳動(dòng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2001年8月。5 姜繼海等主編，液壓與氣壓傳動(dòng)，高等教育出版社，2002年1月。6 左建民主編，液壓與氣壓傳動(dòng)，機(jī)械工業(yè)出版社，1995年10月。7 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（單行本）.液壓傳動(dòng).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001. 8 楊培元，朱福元液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出

5、版社，1999.9 劉忠偉主編.液壓與氣壓傳動(dòng)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2011.1指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日摘 要現(xiàn)代機(jī)械一般多是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個(gè)綜合體。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中占有重要的地位。因此，液壓傳動(dòng)課程是工科機(jī)械類各專業(yè)都開設(shè)的一門重要課程。它既是一門理論課，也與生產(chǎn)實(shí)際有著密切的聯(lián)系。為了學(xué)好這樣一門重要課程，除了在教學(xué)中系統(tǒng)講授以外，還應(yīng)設(shè)置課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，掌握液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技能和方法。液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的目的主要有以下幾點(diǎn)：

6、1、綜合運(yùn)用液壓傳動(dòng)課程及其他有關(guān)先修課程的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際只是，進(jìn)行液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)踐，是理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐機(jī)密結(jié)合起來(lái)，從而使這些知識(shí)得到進(jìn)一步的鞏固、加深提高和擴(kuò)展。 2、在設(shè)計(jì)實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握通用液壓元件，尤其是各類標(biāo)準(zhǔn)元件的選用原則和回路的組合方法，培養(yǎng)設(shè)計(jì)技能，提高學(xué)生分析和嫁接生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力，為今后的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。3、通過(guò)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)在計(jì)算、繪圖、運(yùn)用和熟悉設(shè)計(jì)資料（包括設(shè)計(jì)手冊(cè)、產(chǎn)品樣本、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）以及進(jìn)行估算方面得到實(shí)際訓(xùn)練。目 錄摘要 I目錄 II1 任務(wù)分析1 1.1系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)成 1 1.2 任務(wù)分析1 2方案選擇 2 2.1方案的擬定22.2方案的

7、確定2 3負(fù)載分析3 3.1 工作負(fù)載3 3.2摩擦負(fù)載3 3.3 慣性負(fù)載3 4負(fù)載圖和速度圖的繪制4 5液壓缸主要參數(shù)的確定65.1初選液壓缸的工作壓力6 5.2計(jì)算液壓缸的尺寸6 5.3活塞桿穩(wěn)定性校核6 5.4求液壓缸的流量6 5.5繪制工況圖6 5.6最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定75.7活塞最大行程和活塞桿長(zhǎng)度的確定86液壓系統(tǒng)原理圖的擬定9 7液壓元件的選擇117.1 確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率117.2選擇閥類元件及輔助元件11 8 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算138.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定138.1.1沿程壓力損失 138.1.2局部壓力損失138.1.3總的壓力損失148.2系統(tǒng)的發(fā)熱和溫

8、升14參 考 文 獻(xiàn)15致謝161 任務(wù)分析1.1 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)成機(jī)構(gòu)不斷地將材料從低的位置運(yùn)到高的位置，然后又回到起始位置重復(fù)上一次的運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，滑臺(tái)采用V形導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面的夾角為90度，滑臺(tái)與導(dǎo)軌的最大間隙為2mm，工作臺(tái)和活塞桿連在一起，在活塞桿的作用下反復(fù)做上下運(yùn)動(dòng)。圖1.1 上料機(jī)構(gòu)示意圖2 任務(wù)分析 系統(tǒng)總共承受的負(fù)載為6000N，所以系統(tǒng)負(fù)載很小，應(yīng)屬于低壓系統(tǒng).其垂直上升工件l的重力為5000N，滑臺(tái)2的重量為1000N?？焖偕仙谐虨?50mm，速度要求45 mm / s；慢速上升行程為100mm，其最小速度為8 mm / s；快速下降行程為450mm，速

9、度要求55mms。要完成的工作循環(huán)是：快進(jìn)上升、慢速上升、停留、快速下降。但從系統(tǒng)的用途可以看出系統(tǒng)對(duì)速度的精度要求并不高，所以在選調(diào)速回路時(shí)應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性要求。 2 方案選擇2.1 方案的擬定2.11供油方式 從系統(tǒng)速度相差很大可知，該系統(tǒng)在快上和慢上時(shí)流量變化很大，因此可以選用變量泵或雙泵供油。2.12調(diào)速回路 由于速度變化大，所以系統(tǒng)功率變化也大，可以選容積調(diào)速回路或雙泵供油回路。2.13速度、換接回路 由于系統(tǒng)各階段對(duì)換接的位置要求高，所以采用由行程開關(guān)發(fā)訊控制二位二通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的換接。2.14平衡及鎖緊 為了克服滑臺(tái)自重在快下過(guò)程中的影響和防止在上端停留時(shí)重物下落，必需設(shè)置平衡及

10、鎖緊回路。根據(jù)上述分析，至少有兩種方案可以滿足系統(tǒng)要求。（1） 用變量泵供油和容積調(diào)速回路調(diào)速，速度換接用二位二通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，平衡和鎖緊用液控單向閥和單向背壓閥。系統(tǒng)的機(jī)械特性、調(diào)速特性很好，功率損失較小，但是系統(tǒng)價(jià)格較貴。（2） 用雙泵供油，調(diào)速回路選節(jié)流調(diào)速回路，平衡及鎖緊用液控單向閥和單向背壓閥實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的機(jī)械特性、調(diào)速特性不及第一種方案，但其經(jīng)濟(jì)性很好，系統(tǒng)效率高。2.2方案的確定綜上所述，考慮到系統(tǒng)的流量很大，變量泵不好選，第二種方案的經(jīng)濟(jì)性好，系統(tǒng)效率高，因此從提高系統(tǒng)的效率，節(jié)省能源的角度考慮，采用單個(gè)定量泵的、供油方式不太適，宜選用雙聯(lián)式定量葉片泵作為油源，所以選第二種方案。

11、3 負(fù)載分析3.1 工作負(fù)載 工作負(fù)載等于工作臺(tái)自重加上物料的重量即 （5000+1000）N=6000N3.2摩擦負(fù)載 由導(dǎo)軌的角度與間隙計(jì)算平均摩擦 F摩擦因數(shù) V型角，為900由于工件為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo)軌的載荷可由其間隙和結(jié)構(gòu)尺寸求得，取 則有 靜摩擦負(fù)載 動(dòng)摩擦負(fù)載 3.3 慣性負(fù)載 加速 Fa1=Ggvt=60009.80.0450.5=55.10N 減速 制動(dòng) 反向加速 反向制動(dòng) 根據(jù)以上計(jì)算，考慮到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而自行下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路。因此在對(duì)快速向下運(yùn)動(dòng)的負(fù)載分析時(shí)，就不考慮滑臺(tái)2的重量。則液壓缸各階段中的負(fù)載如以下表3.1所示。工

12、況計(jì)算公式總負(fù)載F/N缸推力F/N啟動(dòng)6033.946630.70加速6072.076672.60快上6016.976612.05減速5971.666562.26慢上6016.976612.05制動(dòng)6007.176601.29反向加速84.3292.66快下16.9718.65制動(dòng)-50.38-55.36表3.1液壓缸各階段負(fù)載4 負(fù)載圖和速度圖的繪制按照前面的負(fù)載分析結(jié)果及已知的速度要求，行程限制等，繪制出負(fù)載圖及速度圖如下圖4.1。5 液壓缸主要參數(shù)的確定液壓缸的工作壓力主要根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段的最大總負(fù)載來(lái)確定，還要考慮使用場(chǎng)合，經(jīng)濟(jì)和重量等因素。5.1 初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)分析此設(shè)

13、備的負(fù)載不大，按類型屬機(jī)床類，所以初選液壓缸的工作壓力為2.0Mpa 。5.2 計(jì)算液壓缸的尺寸按標(biāo)準(zhǔn)?。篋=63 mm根據(jù) d與D的關(guān)系根據(jù)快上和快下的速度比值來(lái)確定:D2D2-d2=5545，求得d=26.86mm.按標(biāo)準(zhǔn)取值;d=24mm活塞寬度：B=0.8D=50mm導(dǎo)向套長(zhǎng)度：C=0.8d=20mm則液壓缸的有效作用面積為：無(wú)桿腔面積 有桿腔面積 5.3 活塞桿穩(wěn)定性校核 因?yàn)榛钊麠U總行程450 mm,而活塞桿直徑為24 mm,L/d=450/24=1910,材料力學(xué)中有關(guān)公式，根據(jù)液壓缸的一端支撐，另一端固定，取末端系數(shù)2=2，系數(shù)，柔性系數(shù)，因?yàn)樗杂衅渑R界載荷取安全系數(shù)時(shí)所以，

14、滿足穩(wěn)定性條件。5.4求液壓缸的最大流量5.5繪制工況圖工作循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力，流量和功率如表5.1所示工況壓力p/MPa流量q/(L/min)功率P/W快上1.938.42270.84慢上1.931.5048.25快下0.00658.670.94由上表可繪制液壓缸的工況圖圖5.1如下液壓缸其它參數(shù)的選擇5.6最小導(dǎo)向長(zhǎng)度當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保留有一最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一般的液壓缸，當(dāng)液壓缸的最大行程為L(zhǎng)，缸筒直徑為D時(shí)，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為： 所以取m

15、m。5.7活塞最大行程和活塞桿長(zhǎng)度的確定 活塞的最大行程已由要求給定為450mm?；钊麠U的長(zhǎng)度活塞桿的長(zhǎng)度應(yīng)大于最大工作行程、導(dǎo)向長(zhǎng)度、缸頭、缸蓋四者長(zhǎng)度之和。即L+H+=450+95+78+32=655mm.但是為了使其能夠工作，必須和工作臺(tái)連接，所以還應(yīng)支出一部分?？紤]實(shí)際工作環(huán)境和連接的需要，取這部分長(zhǎng)度為50mm。所以液壓缸的總長(zhǎng)=655+50=705mm。6 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定從以上液壓缸工況圖可知，該系統(tǒng)在快上和慢上時(shí)流量變化確實(shí)很大，因此可以選用雙泵供油是正確的。該系統(tǒng)在慢速和快下時(shí)速度需要調(diào)節(jié)，由于系統(tǒng)功率和速度變化大，但系統(tǒng)的工作負(fù)載變化小，調(diào)速特性要求不高，是可行的。此外

16、，為防止在上端停留時(shí)重物下落和在停留期間內(nèi)保持重物的位置，在液壓缸的無(wú)桿腔進(jìn)油路上設(shè)置了液控單向閥。另一方面，為了克服滑臺(tái)自重在快下過(guò)程中的影響，設(shè)置了一單向背壓閥?？焐稀⒖煜潞吐现g速度換接采用由行程開關(guān)發(fā)訊控制二位二通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。綜上所述擬定液壓系統(tǒng)原理圖如圖6.1。系統(tǒng)工作過(guò)程：快上時(shí)，電磁閥2有電，兩泵同時(shí)工作，液壓油經(jīng)過(guò)電換向閥6、液控單向閥7、單向背壓閥8，流入無(wú)桿腔，再經(jīng)過(guò)調(diào)速閥9、換向閥2回油箱。慢上時(shí)，活塞走到300mm處，壓下行程閥9，使電磁閥3有電，大流量泵經(jīng)過(guò)它卸荷，只有小流量泵供油，工作太速度下降?？煜聲r(shí)，電磁閥3復(fù)位，電磁閥1有電，雙泵同時(shí)供油，經(jīng)過(guò)換向閥6、調(diào)

17、速閥9、單向背壓閥8、液控單向閥7、換向閥6回到油箱。7 液壓元件的選擇7.1 確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率 液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為1.93Mpa.由于該系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，所以取其壓力損失，所以液壓泵的工作壓力為兩個(gè)液壓泵同時(shí)向系統(tǒng)供油時(shí)，若回路中的泄漏按10%計(jì)算，則兩個(gè)泵的總流量應(yīng)為，由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，而液壓缸慢上時(shí)所需的流量為1.5 L/min，所以高壓泵的輸出流量不得少于4.5L/min根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，選用YB1-6.3/6型的雙聯(lián)葉片泵，其額定壓力為6.3Mpa，；容積效率，總效率，所以驅(qū)動(dòng)該泵的電動(dòng)機(jī)的功率可由泵的工作壓力（2.33

18、MPa）和輸出流量（當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為910 r/min） 查電機(jī)產(chǎn)品目錄，擬選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y90S-6，功率為750W，額定轉(zhuǎn)速為910 r/min。7.2選擇閥類元件及輔助元件 根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類元件和輔助元件的流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格如下表7.1。表7.1 液壓元件及規(guī)格序號(hào)名稱通過(guò)流量/（L/min）型號(hào)及規(guī)格1濾油器11.472雙聯(lián)葉片泵9.75YB1-6.3/63單向閥4.875I-10B4電磁溢流閥4.875XY-B10B5溢流閥3.375PB-10B6三位四通電液換向閥9.7534D1-10B7液控單向閥11.57IY-258單向背壓閥11.57XI-B1

19、0B9行程閥22C-100BH10單向調(diào)速閥9.75QI-10B11電動(dòng)機(jī)Y90S-6油管 油管內(nèi)徑一般可參照所接元件接口尺寸確定，也可按管路中允許流速計(jì)算。在本題中，出油口采用內(nèi)徑為8 mm，外徑為10mm的紫銅管。油箱 油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計(jì)算，取其體積，即取油箱的容積V=70L。為了增加油液的循環(huán)距離，使油液有足夠的時(shí)間分離氣泡，沉淀雜質(zhì)，消散熱量，所以吸油管和回油管相距較遠(yuǎn)，并且中間用隔板隔開，油箱底應(yīng)微微傾斜以便清洗。 8 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算8.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定 根據(jù)計(jì)算慢上時(shí)管道內(nèi)的油液流動(dòng)速度約為0.50 m/s，通過(guò)的流量為 1.5 L/min，數(shù)值較小，主要壓力

20、損失為調(diào)速閥兩端的壓降，此時(shí)功率損失最大；而在快下時(shí)滑臺(tái)及活塞組件的重量和背壓閥所平衡，系統(tǒng)工作壓力很低，所以不必驗(yàn)算。因而必須以快進(jìn)為依據(jù)來(lái)計(jì)算卸荷閥和溢流閥的調(diào)定壓力，由于供油量的變化，其快上時(shí)液壓缸的速度為此時(shí)油液在進(jìn)油管中的流速為8.1.1沿程壓力損失 首先要判別管中的流態(tài)，設(shè)系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為時(shí)，所以有 管中為層流，則阻力損失系數(shù)，若取進(jìn)、回油管長(zhǎng)度均為2m,油液的密度為，則其進(jìn)油路上的沿程壓力損失為8.1.2局部壓力損失 局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過(guò)液壓閥的局部壓力損失，前者視管道具體安裝結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10%；而后者則與通過(guò)閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失為和和。則當(dāng)通過(guò)閥的流量為q時(shí)的閥的壓力損失式為 因?yàn)楸绢}的所有閥的額定流量比系