四柱萬能液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

四柱萬能液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì),萬能,液壓機(jī),系統(tǒng),設(shè)計(jì) 目 錄 摘要………………………………………………………….Ⅱ 第一章 設(shè)計(jì)課題及主要技術(shù)參數(shù)、工作原理………….3 1.1設(shè)計(jì)課題………………………………………………..3 1.2設(shè)計(jì)參數(shù)………………………………………………..5 第二章 工況分析…………………………………………..6 2.1繪制液壓缸速度循環(huán)圖、負(fù)載圖……………………..6 2.2參數(shù)……………………………………………………..6 第三章 確定液壓缸參數(shù)……………………………………7 第四章 液壓元、輔件的選擇.........................10 4.1液壓元件的選擇……………………………………….10 4.2液壓輔件的選擇………………………………………..11 第五章 液壓系統(tǒng)主要性能驗(yàn)算…………………………..14 5.1系統(tǒng)壓力損失計(jì)算………………………………..…..14 5.2系統(tǒng)效率計(jì)算………………………………………….16 5.3系統(tǒng)發(fā)熱與升溫計(jì)算………………………………….17 設(shè)計(jì)心得……………………………………….…………....18 參考文獻(xiàn) ……………………………………….…………… 19 第一章 設(shè)計(jì)課題及主要技術(shù)參數(shù)、工作原理 1.1設(shè)計(jì)課題 設(shè)計(jì)一臺YA32-1000KN型四柱萬能液壓機(jī)，設(shè)該四柱萬能液壓機(jī)下行移動(dòng)部件重G=1噸，下行行程1.0-1.2m，其液壓系統(tǒng)圖如下 1、 主液壓泵（恒功率輸出液壓泵），2、齒輪泵，3、電機(jī)，4、濾油器，5、7、8、22、25、溢流閥，6、18、24、電磁換向閥，9、21、電液壓換向閥，10、壓力繼電器，11、單向閥，12、電接觸壓力表，13、19、液控單向閥，14、液動(dòng)換向閥，15、順序閥，16上液壓缸，17、順序閥，20、下液壓缸，23節(jié)流器，26、行程開關(guān) A、啟動(dòng)：電磁鐵全斷電，主泵卸荷。 主泵（恒功率輸出）→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21的K型中位→T B、液壓缸16活塞快速下行： 2YA、5YA通電，電液換向閥9右位工作，道通控制油路經(jīng)電磁換向閥18，打開液控單向閥19，接通液壓缸16下腔與液控單向閥19的通道。 進(jìn)油路：主泵（恒功率輸出）→電液換向閥9→單向閥11→液壓缸16上腔 回油路：液壓缸16下腔→電液換向閥9→電液換向閥21的K型中位→T 液壓缸活塞依靠重力快速下行：大氣壓油→吸入閥13→液壓缸16上腔的負(fù)壓空腔 C.液壓缸16活塞接觸工件，開始慢速下行（增壓下行）： 液壓缸活塞碰行程開關(guān)2XK使5YA斷電，切斷液壓缸16下腔經(jīng)液控單向閥19快速回油通路，上腔壓力升高，同時(shí)切斷（大氣壓油　→吸入閥13　→上液壓缸16上腔）吸油路。 進(jìn)油路：主泵（恒功率輸出）→電液換向閥9→單向閥11→液壓缸16上腔 回油路：　液壓缸16下腔→順序閥17→電液換向閥9→電液換向閥21的K型中位→T D、保壓： 液壓缸16上腔壓力升高達(dá)到預(yù)調(diào)壓力，電接觸壓力表12發(fā)出信息，2YA斷電，液壓缸16進(jìn)口油路切斷，(單向閥11 和吸入閥13的高密封性能確保液壓缸16活塞對工件保壓，利用液壓缸16上腔壓力很高，推動(dòng)液動(dòng)換向閥14下移，打開外控順序閥15，防止控制油路使吸入閥1誤動(dòng)而造成液壓缸16上腔卸荷) 當(dāng)液壓缸16上腔壓力降低到低于電接觸壓力表12調(diào)定壓力，電接觸壓力表12又會(huì)使2YA通電，動(dòng)力系統(tǒng)又會(huì)再次向液壓缸16上腔供應(yīng)壓力油……。 主泵（恒功率輸出）主泵→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21的K型中位→T，主泵卸荷 。 E、保壓結(jié)束、液壓缸16上腔卸荷后： 保壓時(shí)間到位，時(shí)間繼電器發(fā)出信息， 1YA通電（2TA斷電），液壓缸16上腔壓力很高，推動(dòng)液動(dòng)換向閥14下移，打開外控順序閥15，主泵1→電液壓換向閥9的大部分油液經(jīng)外控順序閥15流回油箱，壓力不足以立即打開吸入閥13通油箱的通道，只能先打開吸入閥13的卸荷閥（或叫卸荷閥的卸荷口），實(shí)現(xiàn)液壓缸16上腔（只有極小部分油液經(jīng)卸荷閥口回油箱）先卸荷，后通油箱的順序動(dòng)作，此時(shí)： 主泵1大部分油液→電液壓換向閥9→外控順序閥15→T F、液壓缸16活塞快速上行： 液壓缸16上腔卸壓達(dá)到吸入閥13開啟的壓力值時(shí)，液動(dòng)換向閥14復(fù)位，外控制順序閥15關(guān)閉，切斷主泵1大部分油液→電液換向閥9→外控順序閥15→T的油路，實(shí)現(xiàn)： 進(jìn)油路：主泵1→電液換向閥9→液控單向閥19→液壓缸16下腔 回油路：液壓缸16上腔→吸入閥13→T G、頂出工件： 液壓缸16活塞快速上行到位，碰行程開關(guān)1XK，1YA斷電，電液換向閥9復(fù)位，4YA通電，電液換向閥21右位工作 進(jìn)油路：主泵1→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21→液壓缸20下腔 回油路：液壓缸20上腔→電液換向閥21→T H、頂出活塞退回：3YA通電，4YA斷電，電液換向閥21左位工作 進(jìn)油路：主泵1→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21→液壓缸20有桿腔 回油路：液壓缸20無桿腔→電液換向閥21→T K、壓邊浮動(dòng)拉伸： 薄板拉伸時(shí)，要求頂出液壓缸20無桿腔保持一定的壓力，以便液壓缸20活塞能隨液壓缸16活塞驅(qū)動(dòng)動(dòng)模一同下行對薄板進(jìn)行拉伸，4YA通電，電液壓換向閥21右位工作，6YA通電，電磁閥24工作，溢流閥25調(diào)節(jié)液壓缸20無桿腔油墊工作壓力。 進(jìn)油路：主泵1→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥21→液壓缸20無桿腔 吸油路：大氣壓油→電液壓換向閥21→填補(bǔ)液壓缸20有桿腔的負(fù)壓空腔 1.2設(shè)計(jì)參數(shù)： 液壓系統(tǒng)最高壓力P=32mPa 一般選用P=20-25mPa 主液壓缸公稱噸位1000KN 主液壓缸用于沖壓的壓制力與回程力之比值為5-10%，塑料制品的壓制力與回程力之比為2%， 頂出缸公稱頂出力取主缸公稱噸位的五分之一 頂出缸回程力為主液壓缸公稱噸位的十五分之一 主液壓缸 快速空行程 V=100mm/s 工作行程 V=10mm/s 回程 V=80mm/s 頂出液壓缸 頂出行程 V=80mm/s 回程 V=120mm/s 設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)選擇組成該液壓系統(tǒng)的基本液壓回路并說明液壓系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計(jì)計(jì)算選擇液壓元件，進(jìn)行液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性校核，繪液壓系統(tǒng)圖及液壓集成回路圖，設(shè)計(jì)液壓裝置和液壓集成塊，編寫液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書。 第二章 工況分析 2.1繪制液壓缸速度循環(huán)圖、負(fù)載圖 2.2參數(shù) 1、選取參數(shù) 取動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1 ，靜摩擦系數(shù)fj=0.2 ，η缸=0.9 ， V快=100mm/s ， V工=10mm/s，令起動(dòng)時(shí)間不超過0.2秒， 選取工作壓力F=25000N(按負(fù)載20000-30000計(jì)算得) 選 取P=20-25mPa 取P1=25mPa 2、計(jì)算摩擦力 靜摩擦力F2=Gfj=98000.2=1960N 動(dòng)摩擦力F3=Gfd=98000.1=980N 3、確定液壓缸的推力 啟動(dòng)推力F啟=F2/η缸=1960÷0.9=2178N,取整為2180N 加速推力F加=（F3+F4）/η缸=1644N，取整為1640N 快進(jìn)推力F快=F3/η缸=980÷0.9=1089,取整為1090N 工進(jìn)推力F工=（F1+F3）/η缸=39978N，取整為40000N 第三章 確定液壓缸參數(shù) 1、初選液壓缸工作壓力 按照液壓缸工作時(shí)的作用力F工參考課本270頁表9～1，初定工作壓力P1=20～25mpa ,取P1=25mpa；選用A1/2=A2差動(dòng)液壓缸. 2、計(jì)算液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸 主缸的內(nèi)徑 根據(jù)GB/T2348－1993，取標(biāo)準(zhǔn)值　D主 =250mm 活塞桿直徑 主缸 根據(jù)GB/T2348－1993，取標(biāo)準(zhǔn)值　 則有液壓缸各部分面積如下： 3 主缸的壓制力 4 實(shí)際回程 R主回==190000N=190KN 5 頂出缸的內(nèi)徑 根據(jù)GB/T2348－1993，取標(biāo)準(zhǔn)值　 m 根據(jù)GB/T2348－1993，取標(biāo)準(zhǔn)值　 6 頂出缸的面積 頂出缸的頂出力 7 頂出缸 的回程力 R頂回= 8 .頂出液壓缸的工作壓力和回程工作壓力： Pa 　　 9 液壓缸運(yùn)動(dòng)中供油量 （1） 快速空行 （2） 工作進(jìn)程進(jìn)出油量 (3) 主缸回程 （4） 頂出缸進(jìn)排油量 頂出行程 頂出缸退回 第四章 液壓元、輔件的選擇 4.1液壓元件的選擇 1.液壓系統(tǒng)快速空程供油方式： 由于供油量大，不宜采用由液壓泵供油方式，利用主液壓缸活塞等自重快速下行，形成負(fù)壓空腔，通過吸入閥從油箱吸油，同時(shí)使液壓系統(tǒng)規(guī)格降低檔次。 2.選定液壓泵的流量及規(guī)格： 設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)最高工作壓力主液壓缸工作行程，主液壓缸的無桿腔進(jìn)油量為： 3.主液壓缸的有桿腔進(jìn)油量為： 4.頂出液壓缸頂出行程的無桿腔進(jìn)油量為： 設(shè)選主液壓缸工作行程和頂出液壓缸頂出行程工作壓力最高（）工件頂出后不需要高壓。主液壓缸工作行程（即壓制）流量為29.46L/min,主液壓缸工作回程流量為4.56L/min,選用160BGY14-1B型電液比例斜盤式軸向變量柱塞泵。雖然在只有156L/min，主液壓缸活塞返回速度有所降低，在工作壓力為時(shí)，流量降低40%,仍可獲101L/min的流量，基本滿足主液壓缸工作回程4.56L/min、滿足工進(jìn)流量29.46L/min的進(jìn)給設(shè)計(jì)要求。由于選用電液比例控制，獲節(jié)能高效效益。 5.液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率及電動(dòng)機(jī)的選擇： 主液壓缸的壓制與頂出液壓缸的頂出工作壓力均為P=20×106Pa；主液壓缸回程工作壓力為P=6.64×106Pa頂出液壓缸退回行程工作壓力17.1×106Pa，液壓系統(tǒng)允許短期過載，因此，快速進(jìn)退選P=6.64×106Pa,q=156L/min, 工進(jìn)選P=25.12×106Pa,q=101L/min,液壓泵的容積效率ηv=0.92，機(jī)械效率ηm=0.95，兩種工況電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為： P工 > P快　　　電動(dòng)機(jī)允許短期過載，選取37KW的Y250M-6型電機(jī)。若設(shè)定工作壓力在 （25-32）×106Pa, 選取55KW的Y280M-6型電機(jī)。 液壓缸的壓制工作壓力為P=25.8mPa；液壓缸回程工作壓力為P=0.64mPa快速進(jìn)退選P=2.88×106Pa,q=250L/min, 工進(jìn)選P=25.8×106Pa,q=157.5L/min,液壓泵的容積效率ηv=0.92，機(jī)械效率ηm=0.95，兩種工況電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為 （按等值功率計(jì)算： 　 　　　 K——電動(dòng)機(jī)過載系數(shù)　直流電動(dòng)機(jī)K=1.8－2.5，若考慮到網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)，一般取 K=1.5－2.0 取 選取液壓泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，首先應(yīng)考慮等值功率和運(yùn)動(dòng)循環(huán)動(dòng)作階段的最大功率。本課題運(yùn)動(dòng)循環(huán)動(dòng)最大功率是終壓功率67.73/0.95×0.92=77.5KW，持續(xù)時(shí)間只有2秒鐘時(shí)間，不在電動(dòng)機(jī)允許的短期過載范圍內(nèi)，不能按等值功率計(jì)值的短期過載處理，也不能按運(yùn)動(dòng)循環(huán)選取250BGY14-1B型電液比例斜盤式軸向變量柱塞泵電動(dòng)機(jī)的最大驅(qū)動(dòng)功率，只能按短折算系數(shù)為1.7的短期過載設(shè)計(jì)，選取45KWY280M-2型交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵。） 查手冊選取Y280M-6型電機(jī),其額定功率為37KW。 4.2液壓輔件的選擇 1、根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各元、輔件的實(shí)際流量，選擇的元、輔件的規(guī)格如下表所示。 序號 元　件　名　稱 實(shí)際流量 規(guī)格 備注 1 斜盤式軸向柱塞泵 160L/min 160BGY14-1B 2 齒輪泵 10L/min CB-10 55KW 3 電動(dòng)機(jī) Y250M-6 4 濾油器 250L/min WU－250×180F 5 電液比例溢流閥 160L/min YF-B20H 6 直動(dòng)式溢流閥 10L/min Y-Hb6F 7 三位四通電液換向閥 160L/min 34BYM-H20-T 8 單向閥 160L/min DF-B20K3 9 電接觸壓力表 KF-L8/30E 10 外控順序閥 160L/min X4F-B20F-Y 11 液控單向閥 600L/min 自制 12 二位三通電磁換向閥 10L/min 23D-10B 13 液控單向閥 160L/min DFY-B20H2 14 內(nèi)控外泄式順序閥 160L/min X4F-B20F-Y1 15 主液壓缸 外購 16 頂出液壓缸 外購 17 三位四通電液換向閥 160L/min 34BYK-H20-T 18 阻尼器 25L/min 自制 19 二位二通電磁換向閥 25L/min 22D-10B 20 先導(dǎo)式溢流閥 160L/min YF-B20H 21 直動(dòng)式溢流閥 25L/min 22 行程開關(guān) Y-Hb6F 外購3個(gè) 2、油箱容量：按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算油箱容量 上油箱容積： 下油箱容積： 液壓缸流量表 動(dòng)　作　順　序 流進(jìn)　　L/min 　流出　L/min 主液 壓缸 快速下行 160+694=754 271.2 工作行程 101 36.4 回　　程 160 444.8 頂出 液壓缸 頂出行程 101 61.8 退回行程 160 261.5 第五章 液壓系統(tǒng)主要性能驗(yàn)算 5.1系統(tǒng)壓力損失計(jì)算 管道直徑按選定元件的接口尺寸確定為d=20mm,進(jìn)、回油管長度都定為L=2m,油液的運(yùn)動(dòng)粘度取,油液的密度取。 1、判斷流動(dòng)狀態(tài) 進(jìn)、回油管路中所通過的流量以快退時(shí)回油量q=444.8L/min為最大，由雷諾數(shù) 可知 因?yàn)镽e〉2300,故各工況下的進(jìn)、回油路中油液的流動(dòng)狀態(tài)為紊流。 2、計(jì)算系統(tǒng)壓力損失 由于工進(jìn)時(shí)，油路流量少，可忽略不計(jì)；以下只計(jì)算快進(jìn)時(shí)的系統(tǒng)壓力損失。 A、進(jìn)油路中的壓力損失 快進(jìn)時(shí)油液在管道中的流速為 a、計(jì)算沿程壓力損失 △P= b、局部壓力損失按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 △P1=0.1△P= c、閥類元件產(chǎn)生的局部壓力損失 根據(jù)公式 ，其中為額定壓力損失，由手冊查得電液換向閥9、21單向閥11、行程閥26的額定壓力損失均為，q為實(shí)際流量，為標(biāo)準(zhǔn)流量。 △P進(jìn)=△P+△P1+ B、回油路中的壓力損失 回油路中油液的流速為 回油路的雷諾數(shù)為 沿程壓力損失為△P= 局部壓力損失為△P1=0.1△P沿= 閥類元件損失為△P閥= △P回=△P+△P1+△P閥= C、快進(jìn)的總的壓力損失 △P總=△P進(jìn)+△P回= △P總小于工進(jìn)壓力損失設(shè)定值△P1，壓力損失校驗(yàn)合格。 5.2系統(tǒng)效率計(jì)算 在一個(gè)工作循環(huán)周期中，工進(jìn)時(shí)間最長，因此，用工進(jìn)時(shí)的效率來代表整個(gè)循環(huán)的效率。 1、計(jì)算回路效率 按公式來計(jì)算，其中 和————液壓缸的工作壓力和流量； 、、和——每個(gè)液壓泵的工作壓力和流量； 大流量泵的工作壓力就該泵通過順序閥17卸荷時(shí)產(chǎn)生的壓力損失，因此它的的值為 工進(jìn)時(shí)，液壓缸回油腔的壓力為P2=1MPa，進(jìn)油腔的壓力為 P1= 小流量泵在工進(jìn)時(shí)的工作壓力，等于液壓缸工作腔壓力加上進(jìn)油路上的壓力損失，即 = 則回路效率為 2、計(jì)算系統(tǒng)效率 取雙聯(lián)葉片泵的總效率η泵=0.70，液壓缸的總效率η缸=0.90，則系統(tǒng)效率η為 η=η泵η缸 =0.70.90.35=0.22 5.3系統(tǒng)發(fā)熱與升溫計(jì)算 系統(tǒng)發(fā)熱計(jì)算和系統(tǒng)效率計(jì)算同樣原因，也只考慮工進(jìn)階段。 工進(jìn)時(shí)，液壓泵的輸入功率為 P入W 此時(shí)，系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱流量為 Q= P入（1-η）=121 （1-0.22）=94.38W 系統(tǒng)中的油液溫升為 ℃ 其中傳熱系數(shù)K=15W/（㎡·℃）。本系統(tǒng)溫升很小，符合要求 設(shè)計(jì)心得 我們的設(shè)計(jì)課題雖然牽涉的知識面相對較窄，但是我們的設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)還是采用近兩年比較興新液壓閥進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)起來不是很簡單，但在黃教授的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下完成了設(shè)計(jì)。這也是我們在畢業(yè)這一段時(shí)間里重新的溫習(xí)和鞏固以前所學(xué)的東西，其體會(huì)有以下幾點(diǎn)： 1） 通過設(shè)計(jì)使所學(xué)的液壓傳動(dòng)以及相關(guān)知識得到了進(jìn)一步的鞏固，加深和擴(kuò)展，同時(shí)也學(xué)會(huì)了一些怎樣將理論知識運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)際的方法。 2） 在設(shè)計(jì)實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握了通用液壓元件的選用，各類閥體的用途、組合方法和設(shè)計(jì)技能。 3） 在這次的設(shè)計(jì)中不僅僅是液壓方面的知識，對計(jì)算機(jī)會(huì)圖等各方面的知識、運(yùn)用于熟悉設(shè)計(jì)資料以及進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算等放面進(jìn)行一次調(diào)練，同時(shí)，通過設(shè)計(jì)培養(yǎng)了分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。 4） 通過這次設(shè)計(jì)使我感到自己掌握的知識和我在生產(chǎn)實(shí)踐中的距離，在今后的工作中依然得繼續(xù)學(xué)習(xí)。 參考文獻(xiàn) 1、《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊》，楊培元、朱福元主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 2、《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)》第三版，官忠范主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 3、《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊》，煤炭工業(yè)部、煤炭科學(xué)研究院上海研究所主編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社。 4、《袖珍液壓氣動(dòng)手冊》第二版，劉新德主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 5、《液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》，高等工程專科學(xué)校機(jī)制及液壓教學(xué)研究會(huì)液壓組主編。 6、《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》第二版，何存興、張鐵華主編，華中科技大學(xué)出版社。 7、《金屬鉆削機(jī)床液壓傳動(dòng)》，章宏甲主編，江蘇科學(xué)技術(shù)出版社。 8、《工程機(jī)械液壓與液力傳動(dòng)》，李芳民主編，人民交通出版社。 9、《新編液壓工程手冊》，雷天覺主編，北京理工大學(xué)出版社。 10、《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集》，周士昌主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 19