上料机液压系统课程设计修订稿

上料机液压系统课程设
计
内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
液压与气压传动
课程设计
姓名：廖聪
学号：7
层次：本科
专业：机械电子工程班级：15机电2班指导教师：刘方方
2017年12月
目录
任务书
设计一台上料机液压系统，要求该系统完成：快速上升——慢速上升（可调速）——快速下降——下位停止的半自动循环。

采用90°V型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N，启动、制动时间均为，液压缸的机械效率为。

设计原始数据如下表所示。

请完成以下工作：
1、进行工况分析，绘制工况图。

2、拟定液压系统原理图（A4）。

3、计算液压系统，选择合适的液压元件。

4、编写液压课程设计说明书。

上料机示意图如下：
图1 上料机示意图
一、明确系统设计的要求，进行工况分析
明确系统设计的要求
上料机是由通用部件和部分专用部件组成的高效、专用、自动化程度较高的机器。

机器将材料从低的位置运到高的位置，当材料取走后按下按钮，机器从高的位置回到低的位置。

实现沿垂直向方向的“快速上升——慢速上升（可调速）——快速下降——下位停止”的半自动循环。

工作循环拟采用液压传动方式来实现。

故拟选定液压缸作执行机构。

分析液压系统工况
1）运动分析
根据各执行在一个工作循环内各阶段的速度，绘制其循环图，如图所示：
图上料机动作循环图
2）负载分析
a）工作负载：F F=F F=4500+800=5300F
b）摩擦负载：F F=FF F
FFF
2
，由于工件为垂直起开，所以垂直作用于导航的载荷可由间隙和结构尺寸，可知F F=60F，取F F=
0.2,F F=0.1 , V型角，一般为90°，则
静摩擦负载：F FF=F F F F
FFF45°=0.2×60
FFF45°
=16.97F
动摩擦负载：F FF=F F F F
FFF45°=0.1×60
FFF45°
=8.49F
c）惯性负载Fa
惯性负载为运动部件在起动和制动的过程中可按F=ma=F
F F
F
计算。

以下合力只代表大小。

加速F F1=F
F F
F
=5300
9.8
×0.04
0.5
=43.27F
减速F F2=F
F F
F
=5300
9.8
×0.03
0.5
=32.45F
制动F F3=F
F F
F
=5300
9.8
×0.01
0.5
=10.82N
反向加速F F4=F
F F
F
=800
9.8
×0.045
0.5
=7.35N
反向制动F F5=F
F F
F
=800
9.8
×0.045
0.5
=7.35N
d）各阶段总负载F
计算液压缸各阶段中的总负载F'和液压缸推力F 。

考虑密封等阻力，取ηm=，则F=F′
η
，计算结果见表所示。

表液压缸各中的负载
按前面的负载分析及已知的速度要求，行程限制等，绘制出速度—时间和负载—时间图（如图所示）
图液压缸的速度—时间和负载—时间图
二、确定液压缸主要参数
初选液压缸的工作压力
按负载大小根据表选择液压缸工作压力。

表按负载选择执行元件工作压力表[2]
由液压缸负载计算，按上表初定液压缸工作压力p=。

计算液压缸主要参数
按最大负载F
max
计算缸筒面积A得
A=F FFF
F
=
5946.4
1.5×106
=3.716×10−3F2
计算缸筒内径D得
D=√4F
F
=√
4×3.96×10−3
F
=0.0688F=68.8FF
按计算结果根据表选择缸筒内径标准值。

表液压缸内径和活塞杆直径标准系列[2]
按标准取：D=63mm。

根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直
径：F2
F2−F2=45
40
，代入数值，解得：d=21mm，按标准取值：d=22mm。

活塞宽度：B==
导向套：C==
缸筒长度：L=l+B+C=450++=518mm 计算液压缸有效作用面积为
无杆腔面积：F1=1
4FF2=F
4
×0.0632=0.00311F2
有杆腔面积：F2=1
4F(F2−F2)=F
4
×(0.0632−0.0222)=0.00274F2
各工作阶段的时间计算1）快上阶段
F
加速=
F1
F
=
40×10−3
0.5
=0.08F F2
⁄
F
加速=
1
2
F
加速
F2=
1
2
×0.08×0.52=0.01F
F1=F1−F加速
F1
+?F=
0.35−0.01
0.04
+0.5=9F
2）慢上阶段
F
减速=
F2−F1
F
=
(10−40)×10−3
0.5
=−0.06F F2
⁄
F
减速=F1F+
1
2
F
减速
F2=40×10−3×0.5−
1
2
×0.06×0.52 =0.0125F
F2=F2−F减速
F2
+?F=
0.1−0.0125
0.01
+0.5=9.25F
3）快退阶段
F
反向加速=F反向制动=
F3
F
=
0.045
0.5
=0.09F F2
⁄
F
反向加速=F反向制动=
1
2
F
反向加速
F2=
1
2
×0.09×0.52=0.0113m
F3=F3−F反向加速−F反向制动
F3
+2?F=
0.4−0.0113−0.0113
0.045
=9.39F
计算液压缸流量、压力和功率1）流量计算
F
快上=F1F1=0.00311×0.04=0.000124F3F
⁄=7.464F FFF
⁄
F
慢上=F1F2=0.00311×0.01=0.000031F3F
⁄=1.866F FFF
⁄
F
快上=F1F1=0.00274×0.045=0.000123F3F
⁄=7.398F FFF
⁄
2）压力计算
F
快上=
F
快上
F1
=
5898
0.0031
=1.896FFF
F
慢上=
F
慢上
F1
=
5898
0.0031
=1.896FFF
F
快退=
F
快退
F2
=
879.5
0.0027
=0.321FFF
3）功率计算
F
快上
=F快上F快上=1.896×106×124.4×10−6=235.9W
=F慢上F慢上=1.896×106×31.1×10−6=59.0W F
慢上
=F快退F快退=0.321×106×123.3×10−6=39.6W F
快退
绘制液压缸的工况图
工作循环中液压缸各阶段压力、流量和功率如表所示。

表液压缸各阶段压力、流量和功率
由表绘制液压缸的工况图如图所示。

图液压缸的工况图
三、液压系统图的拟定
液压系统的拟定
1)选用执行元件
由系统动作循环图，选定单活塞杆液压缸作为执行元件。

2)确定供油方式
从工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需流量较大，且比较接近，且慢上时所需的流量较少，因此选用双联叶片泵为油泵。

3)调速方式选择
从工况图可知，该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，所以采用调速阀的回油节流调速。

4)速度换接选择
由于快上和慢上之间速度需要换接，但对缓解的位置要求不高，所以采用由行程开关控制二位二通电磁阀实现速度换接。

5)换向方式选择
采用三位四通电磁阀进行换向，以满足系统对换向的各种要求。

选用三位阀的中位机能为Y型。

6)平衡及锁紧
为防止在上端停留时重物下落和停留的时间内保持重物的位置，特在液压缸的下腔（即无杆腔）进油路上设置液控单向阀；另一方面，为了克服滑台自重在快下过程中的影响，设置了一节流阀。

7)其它选择
为便于观察调整压力，在液压泵的出口处设置测压点。

拟定液压系统原理图
完成以上各项选择后，作出拟定的液压系统原理图和各电磁铁的动作顺序表如图所示。

1--滤油器；2—双联叶片泵；3—溢流阀；4—单向阀；5—节流
阀；
6—三位四通电磁换向阀；7—调速阀；8—二位二通电磁换向阀；
9—液控单向阀；10—单向顺序阀；11—压力表；12—压力表开关；
13—油箱；15—行程开关
图液压系统的原理图
四、计算与选择液压元件
确定液压泵的型号及电动机功率
1）计算液压泵压力
估算压力损失经验数据：一般节流调速和管路简单的系统取
∑F F=0.2~0.5FFF，有调速阀和管路较复杂的系统取∑△F F=
0.5~1.5MPa。

液压缸在整个工作循环中最大工作压力为，由于系统有调速阀，但管路简单，所以取压力损失∑△F F=0.5MPa，计算液压泵的工作压力为
F F=F+∑△p F=1.896+0.5=2.396FFF
2）计算所需液压泵流量
考虑泄漏的修正系数K：K=~。

液压缸在整个工作循环中最大流量为min。

取回路泄漏修正系数K=，计算得所需两个液压泵的总流量为
⁄，由于溢流阀最小稳定流量为
F F=1.1×7.464=8.2104F FFF
3L/min，工进时液压缸所需流量为min，所以高压泵的流量不得少于min。

3）选用液压泵
选用YB1—型的双联叶片泵。

液压泵额定压力为，排量分别为r和r，取容积效率η
=，总效率η=，额定转速分别为1450r/min和
pV
1450r/min。

4）选用电动机
拟选Y系列三相异步电动机，满载转速2830r/min，按此计算液压泵实际输出流量为
F F=(6.3+6.3)×10−3×2830×0.85=30.309F FFF
⁄
计算所需电动机功率为
F F=F F F F
F F
=
2.396×106×30.309×10−3
60085
=1.424FF
选用YE2-90S-2电动机。

电动机额定功率为，满载转速为
2830r/min。

选择阀类元件及辅助元件
1）标准件
根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，由产品目录确定这些元件的型号及规格如表所示。

2）非标件
a）油管：根据实际流量类比确定，采用内径为8mm，外径为10mm的紫铜管。

b)油箱：低压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的2-4倍，为了更好的散热，取油箱容积为150L。

表液压元件型号规格及主要参数[2]
五、验算液压系统的主要性能压力损失验算
现在元件、管道、安装形式均已基本确定，所以需要验算一下系统各部分的压力损失，看其是否在前述假设的范围内，借此可较准确的确定泵和系统各处的工作压力，以较准确的调节变量泵、溢流阀和各种压力阀。

保证系统的正常工作，并达到所要求的工作性能，当系统执行元件为液压缸时，液压泵的最大工作压力应满足
F F ≥F FFF F 1+F 2
F 1F 2
+F 1
(1)慢上时的压力损失。

慢上时管路中的流量较小，流速较低，沿程压力损失和局部压力损失可忽略不计。

(2)快退时的压力损失。

快退时，缸的无杆腔的回油量是进油量的两倍，其压力损失比快进时要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。

快退时工作缸的进油量为F 1=0.123×10−3F 3
F ⁄，回油量为F 2=
0.14×10
−3F 3F
⁄。

1)确定油液的流动状态
雷诺数 Re =
FF F
=
4F FFF
则工作缸进油路中液流的雷诺数为
Re 1=4×0.123×10−3
F ×8×10−3×1.5×10
−4
=130.5<2320 工作缸进油路中液流的雷诺数为
Re 2=4×0.14×10−3
F ×8×10−3×1.5×10
−4
=148.5<2320 因此，工作缸进、回油路中的流动都是层流。

2)计算沿程压力损失∑F λ
进油路上，流速F1=4F
FF2=4×0.123×10−3
F×(8×10−3)
2
≈2.45F F
⁄，有
∑Fλ1=
75
FF1
F
F
FF2
2
=
75
130.5
×
1.8
0.008
×
900×2.792
2
=3.5×105FF
回油路上，流速F2=4F
FF2=4×0.14×10−3
F×(8×10−3)
2
≈2.79F F
⁄，有
∑Fλ2=
75
FF2
F
F
FF2
2
=
75
148.5
×
1.8
0.008
×
900×2.792
2
=3.98×105FF
(3)计算局部压力损失
由于采用集成块式的液压装置，因此只考虑阀类元件和集成块内油
路的压力损失。

通过各阀的局部压力损失按F F=F F(F
F F )
2
计算，结果
列于表中。

表阀类元件局部压力损失
若取集成进油路的压力损失F F=0.3×105FF，回油路压力损失F F=0.5×105FF，则进油路和回油路总的压力损失分别为
∑F1=∑F F1+∑F F1+∑F F1
=(3.5+1.218+0.233+0.336+0.3)×105FF
=5.587×105FF
∑F2=∑F F2+∑F F2+∑F F2
=(3.98+1.38+0.3+0.5)×105FF=6.16×105FF 工作缸快退时的工作压力为
F1=F+∑F2F1
F2
=
879.5+5.47×105×3.11×10−3
2.74×10−3
=9.985×105FF
这样，快退时泵的工作压力为
F F=F1+∑F1=(9.985+5.58)×105=15.572×105FF
≈1.56FFF<2.396FFF
根据计算结果可知，该液压泵的最大工作压力满足要求。

从以上验算结果可以看出，说明该系统的油路结构、元件的参数比较合理，压力和流量满足要求[3]。

液压系统的发热和温升验算
该系统采用双泵供油方式，在工进阶段，大流量泵卸荷，功率使用合理，同时油箱容量可以取较大值，系统发热温升不大，故省略了系统温升验算[3]。

参考文献
[1] 徐灏主编. 机械设计手册（M）.机械工业出版社，
[2] 黎启柏主编. 液压元件手册（M）.机械工业出版社，
[3] 于治明主编. 液压传动（M）.航空工业出版社，
设计心得
为期一周的液压实训已经结束，在这个过程中，我们学到了很多。

通过本次设计，让我很好的锻炼了，与具体、相结合开发、设计产品的能力。

既让我们懂得了怎样把应用于实际，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，我们了解到了设计一套完整的液压系统需要经过哪些步骤，要做哪些计算。

在设计的过程中我们还需要大量的以前没有学到过的知识，因此我们需要大量的因此我们需要大量的查阅资料，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。

一周的时间并不是很长，要完成一套液压系统的设计并不是轻松的事情，所以需要团队中要协调分工，体现出了团队合作的重要性。

在中，总是遇到考虑不周、计算出错等问题，而每次发现的时候，我们就需要做大量的工作，花大量的时间才能解决，为此，我也变得更加耐心和细心，为以后的工作积累了宝贵的。

附图1 上料机液压系统原理图附表1 液压元件清单表。