上料机液压系统课程设计
液压与气压传动
课程设计
姓
名：廖聪
学
号：27
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 (1)
一、明确系统设计的要求，进行工况分析 (3)
明确系统设计的要求 (3)
分析液压系统工况 (3)
二、确定液压缸主要参数 (7)
初选液压缸的工作压力 (7)
计算液压缸主要参数 (7)
各工作阶段的时间计算 (8)
计算液压缸流量、压力和功率 (9)
绘制液压缸的工况图 (10)
三、液压系统图的拟定 (11)
液压系统的拟定 (11)
拟定液压系统原理图 (12)
四、计算与选择液压元件 (14)
确定液压泵的型号及电动机功率 (14)
选择阀类元件及辅助元件 (15)
五、验算液压系统的主要性能 (17)
压力损失验算 (17)
液压系统的发热和温升验算 (19)
参考文献 (21)
设计心得 (22)
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：
b）摩擦负载：，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，取, , V型角，一般为90°，则
静摩擦负载：
动摩擦负载：
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计算。以下合力只代表大小。
加速
减速
制动
反向加速
反向制动
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，计算结果见表所示。
表液压缸各中的负载
缸推力F（N）工况计算公式总负载F’
（N）
起动
加速
快上
减速
慢上
制动
反向
加速
快下
反向
制动
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]
负载F （kN）<5
5~1
10~
20
20~
30
30~
50
>50
压力p
（MPa）
<~~~~~>~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
计算缸筒内径D得
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]
液压缸内…40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160 …
径D
活塞杆直
径d
…16、18、20、22、25、28、
32、36
、
40、45、50、56…
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：，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：
有杆腔面积：
各工作阶段的时间计算
1）快上阶段
2）慢上阶段
3）快退阶段
计算液压缸流量、压力和功率1）流量计算
2）压力计算
3）功率计算
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
工况时间t
（s）
压力p
（MPa）
流量q
（）
功率P
（W）
快上9
慢上
快退
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
，有调速阀和管路较复杂的系统取。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，计算液压泵的工作压力为
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1450r/min。
pV
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
计算所需电动机功率为
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]
序
号
名称型号规格主要参数
1滤油器WV-40×18
流量40L/min
8
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
(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，回油量为
。
1)确定油液的流动状态
雷诺数
则工作缸进油路中液流的雷诺数为
工作缸进油路中液流的雷诺数为