1、廣西科技大學 (籌 課程設計說明書課程名稱:液壓與氣壓傳動 題目名稱:校正壓裝液壓機的液壓傳動 班級:姓名:學號:指導教師:2012年 6月 26日課程設計的目的現代機械一般多為機械、 電氣、 液壓三者緊密相連結合的一個綜 合體。液壓傳動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統形式。液壓傳 動系統的設計在現代機械的設計工作中占有重要的地位。因此, 液 壓傳動 課程是工科機械類各專業都開設的一門重要課程。 它既是一 門理論課, 也與生產實際有著密切的聯系。 為了學好這樣一門重要課 程,除了在教學中系統講授以外,還應該設置課程設計教學環節,使 學生理論聯系實際,掌握液壓傳動系統設計的技能與方法。課程設計

2、的目的主要有以下幾點:1、 綜合運用液壓傳動課程及其他有關先修課程的理論知識和生 產實習知識, 進行液壓傳動設計實踐, 使理論知識和生產實踐緊密結 合起來,從而使這些知識得到進一步地鞏固,加深、提高和擴展。 2、 在設計實踐中學習和掌握通用液壓元件, 尤其是各類標準元 件的選用原則和回路的組合方式, 培養設計技能, 提高學生分析和嫁 接生產實際問題的能力,為今后的設計工作打下良好的基礎。 3、 通過設計,學生應在計算、繪圖、運用和熟悉設計資料(包 括設計手冊,產品樣本,標準和規范等以及進行估算方面得到實際 訓練。設計題目:設計一臺校正壓裝液壓機的液壓系統。 要求工作循環 是快速下行 慢速加壓

3、快速返回 停止。壓裝工作速度不超過 5mm /s ,快速下行速度應為工作速度的810倍,液壓缸總行程工 件壓力不小于 4KN 。一、設計步驟1. 分析工況及設計要求,繪制液壓系統草圖按設計要求,希望系統結構簡單,工作可靠,估計到系統的功率 可能較大, 且連續工作,所以決定采用葉片泵。系統中采用三位四 通閥是為了是工作臺能在任意位置停留,使換向平穩。2. 計算液壓缸的外載荷已知工作負載 F w =40000N,慣性力 Fa較小可取 0.摩擦力主要由密封阻力構成,按 5%有效作用力估算F f =0.05 Fw=2000N故總負載力 R= Ff+Fw=40000+2000=42000N取液壓缸機械效

4、率m=0.9,則液壓缸工作階段的負載值如下表: 3速度分析已知工作速度即工進速度為最大 5mm/s,快進快退速度為工 進速度的 8-10倍。即 40-50mm/s.按上述分析可繪制出負載循環圖和速度循環圖: 4. 初選液壓缸的工作壓力由液壓傳動設計指導書表 3-1可以初定系統的壓力為 4 5MPa, 取系統壓力為 P1=5MPa.為使液壓缸快進和快退速度相等, 選用單出桿活塞缸差動連接的方式實現快進, 設液壓缸兩有效面積為 A 1 和 A2, 且 A 1=2A即 d=0.707D。 由工進工況下液壓缸的平衡力平衡方程 P 1A 1=P2A 2+F,由此 可得:A 1=F/( P1-0.5 P2

5、=0.0187m2 液壓缸內徑 D 就為D=14A =0.154m=154mm 取 160mm.由 d=0.707D,圓整 d=110mm.5. 確定液壓泵規格和電動機功率及型號 (1確定液壓泵規格(a液壓缸實際所需流量計算: 工進時所需流量:Q 1=mV A 2快速空程時所需流量:Q 2=mV A 11=62.3 L/min(b.確定液壓泵流量:采用葉片泵,則可選取 YB-80型單級葉片泵的供油泵。其額定 流量為 80L/min,額定壓力為 6.3MPa ,額定轉速為 960r/min。(c.確定電動機功率及型號: /0.81錯誤! 未找到引用源。按 YB 型單級葉片泵的技術規格,查得的驅動

6、電動機功率為 13KW ,現選取電動機型號為 JO 2-52-6,額定功率為 10KW ,轉速為 960r/min.6. 確定各類控制閥系統工作壓力為 5MP, 油泵額定最高壓力為 6.3MPa, 所以可以選取 額定壓力大于或等于 6.3MPa 的各種元件,其流量按實際情況分別選 取。目前中低壓系統的液壓元件, 多按 6.3MPa 系列的元件選取, 所以 可以選取: 二、擬定液壓系統圖1. 選擇基本回路(1調速回路 因為液壓系統功率較大。為有好的低速平 穩性和速度負載特性,可選用調速閥調速。(2 泵供油回路 由于工進速度和快速運動速度相差懸 殊,所以采用 YB 型單級葉片泵。 (3速度換接回路

7、和快進回路 由于工進速度和快速運動 速度相差懸殊,為了換接平穩,選用行程閥控制的換接回路。快 速運動通過差動回路來實現。(4換向回路 為了換向平穩,選用電磁換向閥。為實現 液壓缸中位停止和差動連接,采用三位四通閥。(5壓力控制回路 采用換向閥式低壓卸荷回路,減少了 能耗,結構也比較簡單。(6 快退回路 為使系統工進結束后能快速退回, 通過壓 力繼電器發出信號,控制 3位 4通換向閥準確。2. 回路合成對選定的基本回路合成時,有必要進行整理,修改和歸并。 (1 防止工作進給時進油路和回油路相通, 并須接入單向 閥。合并后完整的液壓系統如圖所示:工作原理:(1 快 速下行按下起動按鈕,電磁鐵 1D

8、T 通電,這時的油路為:變量泵三位四通換向閥左位液壓泵無桿腔液壓缸下腔的回油路:液壓缸有桿腔行程閥右位三位四通換向閥液壓缸無桿腔 (2 慢 速加壓 油路分析:當上腔快速下降到一定的時候,碰到行程閥,切換 到左位,回油路經過調速閥,實現慢速下行。(3 快 速返回當液壓缸下行到底部時,油壓升高,壓力繼電器發出信號,控 制三位四通換向閥切換到右位,實現快速返回,此時的油路為:進油:液壓泵三位四通換向閥右位單向閥液壓缸有桿腔 回油:液壓缸無桿腔三位四通換向閥油箱三、閥板的設計1. 綜述在一個液壓系統中, 往往需要用到很多液壓元件, 這些元件可以 用各種不同的方式連接, 連接方式的選擇是否合理, 對于系

9、統的性能、 使用及維護均有很大的影響。根據我們的課程設計的實際情況, 我們選擇的是板式連接。 元件 用螺釘連接在閥板上, 元件的連接靠在閥板中鉆出、 銑出或鑄造出的 通道實現。 這種連接方式可以現場管式連接的一系列缺陷, 結構緊湊、 占地面積小,但結構復雜, 工藝性差,適用于在固定工作循環的液壓 系統。2設計步驟(1 . 分解液壓系統當設計液壓系統的閥板是,為了避免體積過大,以及鉆孔過深, 可以將整個液壓系統分解成幾個部分, 每部分元件閥板安裝在一塊閥 板上。 每塊閥板的元件數不多于 10到 12個, 從而使每塊閥板的邊長 不大于 400mm 。然后將這幾部分的閥板用油管連接起來,組成一個完整

10、的液壓系統。當液壓系統中元件數目不多時,也可不分解。 我們的閥板系統元件個數不到十個,故可整體布置在一塊閥板 上。(2 . 布置元件先按手冊上得查的尺寸制作元件樣板,然后放在圖紙上布置位 置, 當元件較少時也可直接在圖紙上安排元件的位置, 元件位置布置 的是否合理,直接影響到閥板的質量。元件布置的原則如下:1為了減少閥板的尺寸,元件之間的距離不應過大,一般間隙 b=510mm, 但也不宜過小, 否則由于制作誤差會使得兩元件相碰, 元件的非加工底面(如電磁閥的電磁鐵、溢流閥的調速部分、壓 力表等 ,可以伸到閥板意以外。2 電磁閥的發心最好水平方向安裝, 以免由于自重引起不理影響。 如果需要垂直安

11、裝, 則干式電磁閥的電磁鐵不能放在閥體的下端, 否則閥的泄露會影響電磁鐵正常工作。3 為了減少閥板鉆孔的數量和鉆孔的深度, 可以采取以下的措施: (a 閥板上的了、有聯系的元件應相鄰安裝,這樣可以減少鉆 孔的深度。(b 閥板上兩個閥若有油口相通,那么最好是是兩相通的油口 連接與閥板的的某一挑平行,這樣就能減少橫孔數量。(c 分層鉆橫孔由于閥板內的橫孔數量較多, 為了避免不相連的油孔互相溝通, 常需要分層鉆孔。 分層數目與液壓元件數目有關。 當元件數目較多時, 分三層鉆孔。 當液壓元件為 5個左右時, 一般為兩層。 無論怎樣分層, 孔與孔之間的壁厚不得小于 5mm 。第一層:離閥板正面 9mm

12、左右, 該層內一般之鉆泄流油孔和控 制油通道等小孔, 由于穿過第一層的直孔較多, 為了避免不相連的孔 相交,第一層內只能鉆直徑較小的橫孔。第三層:里閥板正面 41mm ,與第二層相距 17mm ,這層內只鉆 會有橫孔,孔徑 11.3mm 。第二層與第三層孔之間的最小壁厚為 5.7mm , 第三層離閥板的反面距 離為 19mm 。當元件中得泄油孔較少時, 可將第一第二層合并或各泄油孔單獨 接回油箱,這樣可以省去第一層。設計較少的元件的閥板時,常可將 壓力油橫孔與回油橫孔全部鉆與第二層, 這樣閥板的厚度可以進一步 減少。我們的系統閥板設計成兩層, 這樣結構緊湊, 有利于減少體積及 材料。壓力表開關

13、采用版外孔式連接,壓力表開關的各油孔沿圓周排 列,孔徑小,分布密,難于布置,采用版外管式連接方式方便的多。 (4決定鉆孔直徑1 直孔的直徑(a 閥板正面孔的孔徑應等于元件油口的孔徑, 閥的螺釘安裝 孔孔徑,也可以從元件樣本中查得。(b 閥板反面的孔徑閥板反面的孔都需要安裝管接頭, 因此每個孔口都需要管接頭 螺紋尺寸鉆底孔并攻絲。2橫孔的直徑閥板內的橫孔一般是中間油道, 它不直接與元件油口或管接頭 連接, 橫孔口用錐螺紋的螺塞堵住。 橫孔直徑要小于或等于螺塞錐螺 紋的底孔孔徑。 一般設計中, 橫孔螺塞的錐螺紋比直孔管接頭處的錐 螺紋小一號。在設計中有時考慮到連接的方便,可以在閥板的側面安裝管接

14、頭,此時橫孔直徑或橫孔管接頭螺紋處的尺寸均和直孔處相同。 (5繪制閥板零件圖1視圖數目為了便于檢查閥板設計正確與否, 以及便于閥板的加工, 要按 畫好的閥板通路草圖,畫出閥板的正面圖(裝閥的一面 、底面視圖 以及隔層的剖視圖,還要畫出帶有螺塞的側面視圖。2尺寸標注要定出個液壓元件的基準線的坐標, 然后標出各孔相對于基準 線的尺寸。 零件圖上還要標明各孔的大小與深度。 由于閥板上孔較多, 而且大小與深淺不一,為了便于加工,可在孔內做記號,也可采用各 孔編號列出表格的方法來標出各孔的孔徑與孔深。除上述尺寸外,閥板的外形尺寸一定要注全。3材料與技術條件(a 閥板的材料采用強度較好的鑄鐵,不得有疏松,

15、縮孔和裂 紋等缺陷。(b 閥板正面需磨削加工,粗糙度 Ra1.6,其余面 Ra12.3。(c 一般孔的位置公差和孔的深度公差為自由公差, 故可不必 標出,如果有較高要求時,應該注明。(d 閥板應進行耐壓試驗,在正常工作壓力的 1.3倍時,各接 口及堵頭處不得有泄漏。我們設計的閥板草圖初步如下: 具體工作圖見 A0圖紙四、油箱的設計在開式傳動的油路系統中,油箱是必不可少的。它的作用是:貯存油液,凈化油液,使油液的溫度保持在一定范圍內,以及減少吸油 區油液中氣泡的含量。因此,進行油箱設計時,要考慮油箱的容積、 油液在油箱中的冷卻和加熱、油箱內的裝置和防噪音等問題。1. 油箱有效容積的確定(1油箱的

16、有效容積。油箱應貯存液壓裝置所需要的液壓油,液壓油的貯存量與液壓 泵的流量有直接關系,在一般情況下,油箱的有效容積可以用經驗 公式確定:KQV1(L ,式中, V 1油箱的有效容積(L ;Q 油泵的額定流量(L/min ;K 系數低壓系統 K=24中壓系統 K=57高壓系統 K=612所設計液壓系統為低壓系統, 故取 K=3; 根據 液壓傳動指導書 表 5-4,選出油泵為單級葉片泵 YB-80,故 Q=80L/min。所以算得有 效容積 V 1 =240L,根據液壓袖珍手冊表 23-122,取有效容積 V 1為油箱公稱容量 250L 。(2油箱容積的驗算。油路系統的功率損失是造成油路系統發熱的

17、主要原因,當液壓 油溫度升高后, 會引起油液粘度下降, 從而導致液壓元件性能變化,壽命降低已經液壓油老化。因此,液壓油必須在油箱中得到冷卻, 以保證液壓系統正常工作。對系統的總發熱功率 H 進行估算。 H=N(1- (kW ,式中, 系統的總功率;N 泵輸入功率(kW 所設計的液壓系統,機械功率 m =0.9,容積功率 V =0.95, N=10kW(由表 5-4查得 ,得到 =0.86。所以算得總發熱功率 H=1.4kW。油路系統的散熱,主要靠油箱表面散熱,油箱的散熱功率 H 0可 用下式進行估算:H 0 =KAT (kW ,式中, K 油箱的散熱系統 /(2mkW ;A 油箱的散熱面積(m

18、 2 ;T 系統溫升值(油箱的散熱系數與周圍環境有關,取值范圍大致為:通風良好時 3105.1715(-=K ;取 3105.17-=K系統溫升值指的是油路系統達到熱平衡時,油溫與周圍環境溫度 的差值。為了保證油路系統正常工作,對油溫有一定限制。油箱的結構尺寸即油箱三個邊的比例,不但要保證油箱的有效容 積,還必須考慮油箱在機械設備中的位置,當兩者發生矛盾時,后者 是確定尺寸的主要影響因素。 當油箱單獨放置時, 油箱三邊尺寸比例 一般為 1:1:11:2:3之間, 為了避免油液外溢, 油面的高度應為油箱高度的 0.8左右。此時,可用下式估算油箱的散熱面積。21065. 0A (m 2 ,式中,

19、V 1 油箱的有效容積 (L 代入計算得 A 3.0 m2液壓系統的熱平衡條件:機器在長期連續工作條件下, 應保持系統的熱平衡, 其平衡式為:H-H 0 =0,H-KA T=0,溫升 T= KAH 代入算得 T=26 3050, 符合表 3-32所給的允許值, 故不 用增加冷卻器。選 取 油 箱 三 邊 的 尺 寸 為 1:1:1, 油 箱 的 邊 長 (內 腔 a=1=L 250=6.3dm3 =630mm。油箱的結構設計進行油箱結構設計時, 首先要考慮的是油箱的剛度, 其次要考慮 便于換油和清洗油箱以及安裝和拆卸油泵裝置, 當然, 油箱的結構應 該盡量簡單,以利于密封和降低造價。(1油箱體

20、。油箱體一般由 A3鋼板(現已用 Q235取代焊接 而成,鋼板厚度 36mm,取油箱側壁厚度為 3mm 。油箱分為固定式 和移動式兩種,選取固定式。油箱側壁上安裝液位指示器、電加熱器 和冷卻器;油箱底面與基礎面的距離一般為 150200mm,考慮到所 占用的空間,取 150mm 。油箱下部焊接等邊角鋼作為底腳,其厚度為油箱側壁厚度的 23倍。中、 小型油箱箱體側壁為整塊鋼板, 大型油箱在與隔板垂直的一 個側壁上常常開清洗孔,以便于清洗油箱。(2油箱底部。油箱底部一般為傾斜狀,以便于排油,底部最低 處有排油口,要注意排油口與基礎面的距離一般不得小于 150mm 。焊接結構油箱,箱底用 A3鋼板(

21、現已用 Q235取代 ,其厚度等 于或稍大于箱體側壁鋼板的厚度,取其為 4mm 。(3 油箱隔板。 為了使吸油區和壓油區分開, 便于回油中的雜質 的沉淀,油箱中常設置隔板。隔板的安裝方式主要有兩種,這里選取 回油區的油液按一定方向流動, 既有利于回油中的雜質、 氣泡的分離, 又有利于散熱。 隔板的位置,一般使吸油區的容積為油箱容積的 3121,隔板的高 度,約為最低油面的 21(或油液面的 43 。隔板的厚度等于或稍大于 油箱側壁厚度,取 6mm 。(4 油箱蓋。 油箱蓋多用鑄鐵或鋼板兩種材料制造。 在油箱蓋上 應考慮有下列通孔:吸油管孔、回油管孔、通大氣孔(孔口應有空氣 濾清器或氣體過濾裝置

22、 、測溫孔、帶有濾油網的注油口,以及安裝 液壓集成裝置的安裝孔。目前使用的泵站系統,往往將液壓泵、液壓泵電機及集成塊裝置 安裝在油箱蓋上,這種油箱結構緊湊,但產生的噪音較大,當箱蓋上 安裝油泵和電機時,箱蓋的厚度應是油箱側壁厚度的 34倍。根 據 零 件 手 冊 查 得 , 所 使 用的 標 準 件 分 別 為:回 油管(JB/T 87-1994 、緊固螺釘(GB65-85 、濾油器(XU-100200 、 螺塞 (201.5 、等邊角鋼 (304 、空氣濾清器(GB65-66 、液位溫 度計(YWZ-150T 、管接頭(JB/ZQ4399-1997 。1、密封裝置選用選 O 型密封圈,聚氨酯

23、(PU 和聚四氟乙烯(PTFE 材料聯合使 用,達到良好的密封效果。2、工作介質的選用因為工作在常溫下,所以選用普通的是油型液壓油即可。 3、缸筒設計、缸筒結構的選擇連接方式如下圖: 選取法蘭式連接, 并且法蘭和缸筒用焊接方式連接。 其優點是結 構簡單,易選取、易裝卸;缺點是外徑較大,比螺紋連接的重量大。 、缸筒的要求有足夠強度,能夠承受動態工作壓力,長時間工作不會變形; 有足夠剛度,承受活塞側向力和安裝反作用力時不會彎曲;內表面和導向件與密封件之間摩擦少,可以保證長期使用;缸筒和法蘭要良好焊接,不產生裂紋。、缸筒材料的選取及強度給定部分材料的機械性能如下表: 本次設計選取 45號鋼從表中可以

24、得到:缸筒材料的屈服強度s=360MP;缸筒材料的抗拉強度b=610MP;現在利用屈服強度來引申出:缸筒材料的許用應力 =s/n=360/5=72MP。、缸筒壁厚的計算缸筒壁厚可以使用下式進行計算:=Pmax D/2最高允許壓力一般是額定壓力的 1.5倍, 根據計算 P=5MP, 所以:max許用應力在選取材料的時候給出:=s/n=360/5=72M根據前面計算得 D=160mm所以得壁厚 =8mm、缸筒壁厚的驗算下面從以下三個方面進行缸筒壁厚的驗算: 根據式 23.3 7得到:n顯然,額定油壓 P=5MPa,滿足條件; 先根據式 23.3 10得到:PL再將得到結果帶入 23.3 9得到:n顯然,額定油壓 P=5MPa,滿足條件;4、活塞設計、活塞結構的設計活塞分為整體式和組合式, 組合式制作和使用比較復雜, 所以在 此選用整體式活塞,形式如下圖: 此整體式活塞中,密封環和導向套是分槽安裝的。、活塞的密封選用 o 型圈, 聚氨酯和聚四氟乙烯