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課 程 設 計課程名稱 液壓與氣壓傳動 題目名稱 鋼卷運輸液壓系統(tǒng)設計 學生學院 專業(yè)班級 學 號 學生姓名 指導教師 成績評定 教師簽名 2013 年 12 月 04 日1目錄一、設計任務書 .1二、擬定液壓系統(tǒng)原理圖 .2三、液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 .3四. 液壓系統(tǒng)的驗算 8五、液壓集成塊結構與設計 .10六、小結 .13七、參考資料 .142一、設計任務書 1、設計題目：鋼卷運輸液壓系統(tǒng)設計2、要求：1. 每個學生的設計數(shù)據(jù)不一樣，每個學生根據(jù)自己的設計數(shù)據(jù)完成自己的液壓系統(tǒng)方案設計和設計計算。2．結構設計選出其中一個成員的設計方案和數(shù)據(jù)，完成該方案液壓系統(tǒng)的集成塊組的結構設計。3．答辯4．考核1) 每個成員需要提交的資料(1) 設計說明書 1 份；(2) 液壓系統(tǒng)原理圖 1 份（A4） ；(3）集成塊集成油路圖 1 份（A4)；(4) 集成塊零件圖 1 份（A4） ；三、 動作順序要求及工作參數(shù)1 橫移缸前進，至卷取機卷筒下方，行程 L1，負載力 F1，速度 V1。2 頂伸缸上升，將鋼卷托住，行程 L2，負載力 F2，速度 V2。3 橫移缸退回。4 頂伸缸縮回，將鋼卷擱在小車上，行程 L3，負載扭矩 T，轉速 N。5 小車由液壓馬達驅動向前進。6 卸完鋼卷，小車由液壓馬達驅動退回。以上參數(shù)為最大值，應可調。所有動作由行程開關自動控制。頂伸缸下腔須設置背壓，以防下行產生沖擊。四、設計內容、要求(一) 液壓系統(tǒng)設計根據(jù)設備的用途、特點和要求，利用液液壓有關參數(shù)，然后按照所得參數(shù)選擇液壓元件、相關設備的規(guī)格型號。(二) 液壓裝置結構設計液壓裝置包括集成塊、液壓站等，進行結構設計時應考慮元件布局合理、緊湊、美觀、外連管道少，裝卸、調試方便，集成塊中的油路盡可能簡單、短、交叉少，加工容易、加工工作量盡可能少。(三) 繪制工程圖、編寫設計說明書繪制液壓系統(tǒng)原理圖(系統(tǒng)總油路、集成塊集成回路 )、液壓裝置工程圖 (集成塊結構圖、集成塊元件裝配圖)，圖紙必須按 GB 要求打印，2 張以上的 A3 圖紙，A4 圖紙量根據(jù)實際定：編寫設計說明書 7 頁（1.5 萬字） 。3參數(shù)表學號 F1(N)F2(T)T(m.N)V1(mm/s)V2(mm/s)N r/sL1(m)L2(mm)L3(m)12 3700 8 400 50 20 4 3.2 550 3二、擬定液壓系統(tǒng)原理圖1、確定供油方式該液壓系統(tǒng)工作時負載恒定，速度較低。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，成本，泵源系統(tǒng)宜選葉片泵。2、調速方式的選擇在該液壓系統(tǒng)中，執(zhí)行機構需要單方向節(jié)流，另一個方向可自由流動，調速的穩(wěn)定性要求不高，頂伸缸下腔須設置背壓，以防下行產生沖擊，所以可以選擇單向節(jié)流閥調速。3、方向控制方式的選擇考慮到鋼卷運輸液壓系統(tǒng)的工作要求，流量不大，本系統(tǒng)用三位四通電磁換向閥方向控制方式，它的特點是結構簡單、調節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。4、確定執(zhí)行元件按照設計任務要求所需的執(zhí)行元件有：兩個液壓缸，一個液壓馬達。橫向移動設置為缸 1，頂伸缸上升縮回設置為缸 2，小車的向前進退回由液壓馬達驅動。5、完成順序和循環(huán)的方式在執(zhí)行元件的控制使用行程開關，使用行程開關控制，有使系統(tǒng)簡單，電路控制穩(wěn)定，易于控制的特點。6、系統(tǒng)的調壓，保壓方式在回路 1 中 AB 出口應該設置減壓閥，使壓力降低，缸 2 應該使用單向順序閥進行保壓。7、壓力測量點的選擇在液壓泵出口應設置壓力表以測量系統(tǒng)壓力。8、最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成下圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖。45三、液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件3.1 液壓缸主要尺寸的確定1）工作壓力 p 的確定。工作壓力 p 根據(jù)負載的大小和機器的類型來確定，運輸屬中型機械，工作負載最大為 80000N。據(jù)此初定工作壓力為 10MPa。2）計算液壓缸內徑 D 和活塞桿直徑 d。（1）橫移缸已知橫移缸動作時最大負載為 3700N，背壓 =0.5MPa， 取 0.9，根據(jù)2pcm?工作壓力取 d/D=0.8，缸進退時的速度相同，則 ??1029.8.015.9.014.337d1p4722cm11 ??????????????????????????????????DFD??根據(jù)液壓缸內徑的標準表，圓整為標準系列直徑為 ；則活塞桿m251?D直徑為 。20d1?（2）頂伸缸已知缸動作時最大負載力為 80000N，根據(jù)系統(tǒng)類型為回油路設置有背壓閥的系統(tǒng)，選取背壓值 =1.5MPa， 為 0.9，根據(jù)工作壓力取 d/D=0.7，則2pcm???m107015.9.014.38d14 272cm12 ??????????????????????????????????DFD??圓整后取缸的直徑為 ，活塞桿的直徑為 。02 8d23）計算各工作階段液壓缸所需的流量（1）橫移缸工作時的流量min10473.605.2.4vq312 ??????D進?? in10.56.2d341211 ?????）（退6（2）頂伸缸工作時的流量min104.602.1.4vq32 ??????D升?? in107.562.8d32222 ????）（退4）馬達的計算（1）馬達的排量為：r/103.90142pv 346mmT????????式中：T——液壓馬達的負載力矩（m*N） ；——液壓馬達的進出口壓差（Pa） ，設壓降 90%；12?——液壓馬達的機械效率，一般齒輪和柱塞馬達取 0.9~0.95。m?（2）液壓馬達的流量：min/4.760130vq3LN????因此選用型號為：XM-D320F 的柱塞馬達，其排量為 40mL/r，額定壓力為10MPa，額定轉速為 80r/min，額定轉矩為 458 。?N3.2 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號1）確定液壓泵的壓力液壓泵的工作壓力應當考慮液壓缸的最高有效工作壓力和管路系統(tǒng)的壓力損失。所以泵的工作壓力為： 1MPa0pp1?????泵上得為靜態(tài)奪力，考慮到壓力大于靜態(tài)壓力和須有壓力儲備，所以因此選被的額定壓力 應滿足n 泵額 )6.~25(Pa4.1p?泵額2）泵的流量確定。液壓泵的最大流量應為 maxqk泵式中 ——液壓泵的最大流量；泵q7——同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，在本液壓maxq系統(tǒng)中，各元件單獨執(zhí)行，液壓馬達的流量最大；——系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 =1.1~1.3，本例取 。LKLK2.1?LK所以 ： min/28.94.72.1qmaxk???泵3）與液壓泵匹配的電動機的選定。分別計算不同工況時的功率，取較大值作為選擇電動機規(guī)格的依據(jù)。（1）計算橫移缸所需的功率。負載為 3200N，進油路的壓力損失定為0.3MPa，效率為 0.6，由式 可得：1p????a837.a.01025.437a3.014p 662 MPMPDF ????????????????? ????橫移缸動作時所需電動機功率為： kw3.6.07183.qp????（2）計算頂伸缸所需的功率。負載為 80000N，進油路壓力損失定為0.5MPa，效率定為 0.85，同理可得： a8.925.01.048a3.014p 6262 MPMPDF ???????????????????????頂伸缸動作所需電動機功率為： kw94.185.069qp????（3）計算馬達所需功率。 k7.139.06741qpP綜上可知，馬達所需功率最大，根據(jù)最大功率選擇 Y160L-4 型電動機，其額定功率為 15kW，額定轉速 1460r/min。4）選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù) 和 查閱有關手冊，現(xiàn)選用型號為 YB1-E63，該泵的基本參數(shù)為：額P泵q每轉排量 ，泵的額定壓力 ，電動機轉速r/m63L?a6pnMP?8，驅動功率為 20.5kw。min/180~6rnH?3.3 液壓閥的選擇根據(jù)具體工作需要查閱液壓元件手冊，選擇元件如表 3-1 所示。表 3-1 液壓元件明細表規(guī)格序號 元件名稱 最大通過流量q(L/min)型號 額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降ΔP n/MPa1 過濾器 89.28 XU-100×80－ － －2 過濾器 89.28 XU-100×80－ － －3 單向閥 89.28 DF-B20H2 100 35 0.24 壓力表開關－ KF-L8/20E － － －5 壓力表 － Y-60 － 0~25 －6 冷卻器 － ZLQF1L － － ＜0.17 電磁溢流閥89.28 YFD-OB20H2100 － －8 三位四通換向閥1.47 34DYO-B20H-TZ75 21 －9 三位四通換向閥11.4 34DYO-B20H-TZ75 21 －10 三位四通換向閥74.4 34DYO-B20H-TZ75 21 －11 單向節(jié)流閥1.47 LDF-B20C 75 14 －12 單向節(jié)流閥1.47 LDF-B20C 75 14 －13 單向節(jié)流閥11.4 LDF-B20C 75 14 －14 單向順序閥11.4 XD2F-B20E50 1~3 －15 單向節(jié)流閥74.4 LDF-B20C 75 14 －16 單向節(jié)流閥74.4 LDF-B20C 75 14 －3.4 確定管道尺寸油管內徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進行計算。本例根據(jù)各油路流量和流速來確定油管直徑。9（1） 橫移缸工作時流量 1.4727L/min，壓油管的允許流速取，則內徑 d 為：4/vms?m79.24.16.vq. ???（2）頂伸缸工作時流量 ， ， 則內徑 d 為：in/.1L升 /vs76.46.vq.4d???（3）馬達工作時流量 ， ，則 內徑 d 為：min/.7L/vs84.19.6.4vq.d???綜合計算結果，與元件實際尺寸的配合，取油管的內徑 d 為 20mm。3.5 液壓油箱容積的確定本例為中壓液系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的 5~7 倍來確定，所以體積： ，圓整后取為 。LV4.628.95q???泵 LV450?四. 液壓系統(tǒng)的驗算已知該液壓系統(tǒng)中進，回油管的內徑均為 20mm，取油路總長度為 2m 計算。選用 L-HL32 液壓油，考慮到油的最低溫度為 15℃ ，查得 15℃時該液壓油的運動粘度 ，油的密度 。2150./cstms?? 3920/kgm??4.1 壓力損失的驗算頂伸缸工作時（1）進油路壓力損失。運動部件工作進給時的速度為 1.2m/min，進給時的最大流量為 11.4L/min，則液壓油在管內流速 為：1vs/cm48.60s/c2604.1dqv321 ????管道流動雷諾數(shù) 為：1Re64.805.1e?102300，可見油液在管道內流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)為：1Re。93.064.8751e?R?進油管道 BC 的沿程壓力損失： a10.a28.1025.vdlp 6211 P?????????查得換向閥 34DYO-B20H-TZ 的壓力損失為 ，液控單向閥3.p61??的壓力損失為 ，單向節(jié)流閥的壓力損失為 ，a.0p631P? a105.p641?忽略油液通過管接頭，油路板等處的局部壓力損失，則進油路總壓力損失 .02.301.p413211 MP??????????（2）回油路壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，由液壓缸無桿腔和有桿腔的工作面積之比，可得 s/cm49.28.6018vd222 ???D35.49e?R2872e??回油管道的沿程壓力損失： a1075.a249.012vdlp 6212 PP?????????換向閥 34DYO-B20H-TZ 的壓力損失為 ，單向順序閥的壓3.p6???力損失為 ，忽略油液通過管接頭，油路板等處的局部壓力損a05.1p632P?失，則回油路總壓力損失： a8075.13.075.p32212 MP?????????（3）變量泵出口處的壓力： ??a72.10.1.04.95.08pp 626112cm MPAF ??????????11從上述驗算可以看出，兩個液壓缸所需的壓力都與設計時相符，變量泵出口壓力都在變量泵額定壓力范圍內，故無需修改原設計。4.2 系統(tǒng)溫升的驗算在一個工作循環(huán)中，由于每個動作都是獨立的，因此需單獨驗算每個過程的發(fā)熱量。1）橫移缸橫移缸工作時的速度為 50mm/s，壓力為 3700N，而且有 3.2 中可知橫移缸的輸入功率為 ，而且輸出功率為：kw32.0p?輸 入 kw185.0570v6???F輸 出此時的功率損失為： 3.p??輸 出輸 入2）頂伸缸工作時速度為 20mm/s，壓力為 80000N，而且有 3.2 中可知頂伸缸的輸入功率為 ，而且輸出功率為：kw94.1p輸 入 kw6.1028v????F輸 出此時的功率損失為： 394.p?輸 出輸 入3）馬達工作時轉速為 240r/min，轉矩為 T=400N*m，由式 ，有950PTN?kw78.1?輸 入 1.095240p?TN輸 出 63p??輸 出輸 入由上可見，馬達損失功率最大，則馬達工作時發(fā)熱量也最大。假定系統(tǒng)的散熱情況良好，取 ，油箱的散熱面積為：3201/()KkWcm????℃ 2328.4506.v5. ???A系統(tǒng)的溫升為： ℃6.1.10pt3??K驗算證明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內。12五、液壓集成塊結構與設計5.1、液壓集成回路設計1）把液壓回路劃分為若干單元回路，每個單元回路一般都有三個液壓元件組成，采用通用的壓力油路 P 和回油路 T。設計液壓單元集成油路時，優(yōu)先選用通用液壓單元集成回路，以減少集成塊設計工作量，提高通用性。2）2）把各液壓單元集成回路連接起了，組成液壓集成回路。一個完整的液壓集成回路由底板、供油回路、壓力控制回路、方向回路、調速回路、頂蓋及測壓回路等單元液壓集成回路組成。液壓集成回路設計完成后，要和液壓回路進行比較，分析工作原理是否相同，否則說明液壓集成回路出了差錯。5.2、液壓集成塊及其設計（1）底板及供油塊設計底板及供油塊的作用時連接集成塊組。液壓泵供應的液壓油 P 由底板引入各集成塊，液壓系統(tǒng)回油路 T 及泄漏油路 L 經底板引入液壓油箱冷卻沉淀。（2）頂蓋及測壓塊設計頂蓋的主要用途是封閉主油路，安裝壓力表開關及壓力表來觀察液壓泵及系統(tǒng)各部分工作壓力的。設計頂蓋時要充分利用頂蓋的有效空間，也可把測壓回路、卸荷回路以及定位加緊回路等布置在頂蓋上。（3）集成塊設計集成塊上一般布置三個液壓元件，采用 GE 系列液壓閥。若液壓單元集成塊回路中液壓元件較多或者不好安排時，可以采用過渡板把閥與集成塊連接起來。集成塊設計步驟為：1）制做液壓元件樣板。根據(jù)產品樣本，對照實物繪制液壓元件頂視圖輪廓尺寸，虛線繪出液壓元件底面各油路口位置尺寸，依照輪廓線剪下來，便是液壓元件樣板。2）決定通道的孔徑。集成塊上的公用通道，即壓力油孔 P、回油孔 T、卸油孔 L 及四個安裝孔。壓力油孔由液壓泵流量決定，回油孔一般不得小于壓力油孔。直接與液壓元件連接的液壓油孔由選定的液壓元件規(guī)格確定?？着c孔只見的連接孔（即工藝孔）用螺塞在集成塊表面堵死。與液壓油管連接的液壓油孔可采用米制細牙螺紋或英制管螺紋。133）集成塊上液壓元件的布置。把制做好的液壓元件樣板放在集成塊各視圖上進行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板應以連接板為準。電磁閥應布置在集成塊的前、后面上，要避免電磁換向閥的兩端的電磁鐵與其它部分相碰。液壓元件的布置應以在集成塊上加工的孔最少為好?？椎老嗤ǖ囊簤涸M可能布置在同一水平面，或在直徑 d 的范圍內，否則要鉆垂直中間油孔， ，不通孔道之間的最小壁厚 h 必須進行強度校核。液壓元件在水平面上的孔道若與公共油孔相同，則應盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑 d 范圍內，否則要鉆中間孔道，集成塊前后與左右連接的孔道應互相垂直，不然也要鉆中間孔道。設計專用集成塊時，要注意其高度應比裝在其上的液壓元件的最大橫向尺寸大 2mm，以避免上下集成塊上的液壓元件相碰，影響集成塊緊固。4）集成塊上液壓元件布置程序。電磁換向閥布置在集成塊的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免電磁換向閥的固定螺孔與閥口通道、集成塊固定螺孔相通。液壓元件泄漏孔可考慮與回油孔合并。水平位置孔道可分三層進行布置。根據(jù)水平孔道布置的需要，液壓元件可以上下左右移動一段距離。溢流閥的先導閥部分可伸出集成塊外，有的元件如單向閥，可以橫向布置。（4）集成塊零件圖的繪制集成塊的六個面都是加工面，其中有三個側面要裝液壓元件，一個側面引出管道。塊內孔道縱橫交錯、層次多，需要多個視圖和 2～3 各剖面圖才能表達清楚?？紫档奈恢镁纫筝^高，因此尺寸、公差及表面粗糙度均應標注清楚，技術要求也應予說明。集成塊的視圖比較復雜，視圖應盡可能少用虛線表達。為了便于檢查和裝配集成塊，應把單向集成回路圖和集成塊上液壓元件布置簡圖繪在旁邊。而且應將各孔道編上號，列表說明各孔的尺寸、深度以及與哪些孔相交等情況。14六、小結經過這次近兩周的液壓課程設計，我學到了很多，讓我知道設計一個液壓設備的基本過程和一些基礎知識，也使得我們在上學期所學的液壓及氣壓傳動的知識和基本的原理進一步的得到了鞏固和加強，使得我們明白了液壓設備里面的各個孤立的液壓元件之間是通過怎么樣的相互聯(lián)系而連接起來的?？傊@次課程設計的收獲是很大的。 首先，對我們學過的液壓及氣壓傳動的基本知識和基本的原理得到了一次系統(tǒng)的梳理和回顧。當老師發(fā)下來設計題目的時候覺得這不太難，但當我們自己親手開始去做的時候，才發(fā)現(xiàn)要做好老師布置的任務的卻不是一件簡單的事，它不僅需要液壓的基本的計算還要畫液壓元件的三維模擬圖，并且根據(jù)液壓原理的計算還要兼帶查表等各項工作，在這過程當中我們必須的要細心和耐心，因為稍微的疏忽可能就會造成整個過程的錯誤，進而使得忙乎了半天的事情徒勞了。 其次，通過這次液壓及氣壓傳動課程設計的學習，也是我明白了一個道理，那就是讓我懂得各門功課之間是有著相互的聯(lián)系的，液壓課程設他們并不是相互的孤立的。尤其是在課程設計的過程當中對上學期學的計算機輔助設計知識和材料力學以及機械原理等課程的中相關知識的應用就是一個很明顯的事實。在這個過程中也鍛煉了我解決實際問題的能力。同時又鍛煉了我應用和查閱資料進行設計的能力。 再次，通過這次液壓及氣壓傳動課程設計的的學習，培養(yǎng)了我們參考資料和自己查閱先關資料的能力，在課程設計之前老師也給了我們一大堆的電子的有關液壓方面的資料，當時似乎覺得有咱們以前學過的液壓及氣壓傳動的基礎理論和相關的知識就足夠了，那些材料都是多余的，但當我們真的開始做的時候才發(fā)現(xiàn)自己具備的知識是遠遠不足以完本次的課程設計要求的。通過對這些資料的學習和參考，也是的我們的液壓知識的層次由原來的書本層面又外延到了更深的一個層面。通過這些課外的資料的學習也真的使得我們深刻的認識到液壓傳動的各個元件和零部件之間的緊密的聯(lián)系，增強了我們對問題考慮的整體性和全局觀。 第四，通過這次液壓及氣壓傳動課程設計的學習也初步的培養(yǎng)起了我們的集體協(xié)作的團隊精神。就這么簡單的一次課程設計也是在我們一組成員各自分工和協(xié)作的前提下完成的就在我們大家的共同努力下終于完成的， 真也真正的讓我知道了為什么無論當今世界的重大的科技成果還在某一個方面的一點突破都是由團隊來完成的了。所以通過這次實踐也讓我們在這方面的能力得到了一次鍛煉，為以后的學習和工作奠定了基礎。 總之，這次課程設計對我們的幫助很大，既讓我們把所學知識得到了加強和鞏固，又使得我們所學的基本理論和書本知識得到了初步的應用，達到了學以致用的學習效果。這對我們今后的學習和工作都有很大幫助，并且在以后的學習過程當中我們會繼續(xù)保持這種積極的學習態(tài)度去學習新的知識15七、參考資料《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》 機械工業(yè)出版社 主編 楊培元 朱福元《液壓與氣壓傳動》 國防工業(yè)出版社 主編 李笑 《機械設計課程設計》 高等教育出版社 主編 席偉光 楊光 李波《新編液壓工程手冊》 機械工業(yè)出版社 主編 雷天覺《液壓元件手冊》 機械工業(yè)出版社 主編 黎啟柏《液壓氣動技術手冊》 機械工業(yè)出版社 主編 路甬祥