上料机系统设计说明书

上料机液压系统设计

说明书

学院：湖北理工学院机电工程学院

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设计目的：液压系统的设计是整机设计的重要组成部分,主要任务是综合运用前面各章的基础知识,学习液压系统的设计步骤、内容和方法。通过学习，能根据工作要求确定液压系统的主要参数、系统原理图，能进行必要的设计计算，合理地选择和确定液压元件，对所设计的液压系统性能进行校验算，为进一步进行液压系统结构设计打下基础。

设计步骤和内容：

(1)明确设计要求，进行工况分析；

(2)确定液压系统的主要性能参数；

(3)拟订液压系统原理图；

(4)计算和选择液压元件；

(5)验算液压系统的性能；

(6)液压缸设计；

(7)绘制工作图，编写技术文件，并提出电气控制系统的设计任务书。

一.明确设计要求，进行工况分析

1.1 明确设计要求

设计一台上料机液压系统，要求驱动它的液压传动系统完成快速上升→慢速上升→停留→快速下降的工作循环。采用90度V型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N，启动和制动的时间均为0.5s，液压缸的机械效率为0.9。其垂直上升工作的重力为4500N，滑台的重量为800N，快速上升的行程为300mm，其最小速度为40mm/s;慢速上升行程为

100mm ，其最小速度为10mm/s ；快速下降行程为400mm ，速度要求45mm/s.

1.2 工况分析

负载分析就是研究各执行元件在一个工作循环内各阶段的受力情况。工作机构作直线运动时，液压缸必须克服的负载为：F=F C +F f +F I 式中F C 为工作阻力，F f 为摩擦阻力，F I 为惯性阻力. (1)工作负载

此系统的工作阻力即为工件的自重与滑台的自重。 F c =F G =（4500+800）N=5300N (2)摩擦负载

此系统的摩擦阻力为滑台所受阻力，与导轨的形状，放置情况和运动状态有关。此系统为v 型导轨，垂直放置，故为F f =fF N /sin 2

a 取静摩擦系数为f s =0.2，动摩擦系数为f d =0.1 静摩擦负载为F fs =0.2×120/sin ︒45=33.94N 动摩擦负载为F fd =0.1×120/sin ︒45=16.97N (3)惯性负载

惯性负载是运动部件的速度变化时，由其惯性而产生的负载，可用 牛顿第二定律计算：F a =ma=t

v

g △△G ，g=9.8m/s 2

加速：F a1=t v g △△G =8.95300×5.004

.0=43.265N 减速：F a2=

t v g △△G =8.95300×5

.001

.0-04.0=32.449N

制动：F a3=

t v g △△G =8.95300×5

.001

.0=10.816N 反向加速：F a4=

t v g △△G =8.95300×5

.0045

.0=48.673N 反向制动：F a5=F a4=48.673N

根据以上的计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自行下滑，系统中应设置应平衡回路。因此，在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台的重量，则液压缸各阶段中的负载，如下表（m =0.9）。

表一：液压缸各阶段的负载

按前面的负载分析及已知的速度要求，行程限制等，绘制出负载和速度图（如下所示）

二.确定液压系统的主要性能参数；

液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载力来确定，此

外，还需要考虑一下因素：

（1）各类设备的不同特点和使用场合。

（2）考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重，压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。

2.1初选液压缸的工作压力

根据分析此设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选此设备的工作压力为1.5Mpa 。 2.2 计算液压缸的尺寸 A=

m

ηP F

式中：F---液压缸上的外负载 P---液压缸的工作压力 m

---液压缸的工作效率

A---所求液压缸有有效工作面积 A=

m

ηP F

=5308.484/(0.9×1.5×105)=39.385×10-4m 2

液压缸内径D=πA 4=14

.31032.3944

-⨯⨯=7.08×10-2m

按标准值取D=80mm ，由222d -D D =40

45

得，d=34.1mm

按标准值取d=35mm 活塞宽度：B=0.8D=48mm 导向套长度：C=0.8d=28mm 液压缸缸套长度：L=400+B+C=476mm

无杆腔面积：A 1=41πD 2=4

π×82=50.24cm 2

有杆腔面积：A 2=41

π（D 2-d 2）=4

π×（82-3.52）=40.64cm 2

L/d=400/35=11.2>10,应该校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。根据液压缸一端固定，另一端为铰链，取末端系数为n=2.活塞材料用中碳钢，查表得材料强度的试验值f=4.9×108,Pa ，系数为a=1/5000,

柔性系数为m=85，J=64d 4π，A=4

d 2

π，K=K J =4d =8.75mm

因为

K L =75

.8476=54.4

-2875

.8476500021110354109.4）（π

⨯+⨯⨯⨯⨯N=3.636×105N 取安全系数n k =4时，K K P n =5

10636.35

⨯N=72720N>5955.814N

稳定性满足，故可以安全使用。 2.3求液压缸的最大流量

q 快上=A 1V 快上=50.24×10-4×40×10-3m 3/s=12.06L/min q 慢上=A 1V 慢上=50.24×10-4×10×10-3m 3/s=3.01L/min q 快下=A 2V 快下=40.64×10-4×45×10-3m 3/s=10.97L/min 2.4求液压缸的最大压力 快上：P 1=2121P A A A F +=2.04540

1024.50968.53164-⨯+⨯=1.236MPa 慢上：P 1=2121P A A A F +=2.045401024.50968.53164-⨯+⨯=1.236MPa 快下：P 1=

22

1

2P A A A F +=0.0042MPa