液压课程设计说明书2

xiaoxiao 2月前 21

 
湖南工学院
      
 
液压与汽压传动课程设计说明书 
 
     
题    目      YA32-3150型四柱万能液压机液压系统设计           机械制造与自动化     专业    2005    级  模具0502  班 姓    名        陈巧丽        学号        48              指导老师        伍利群        职称                         
2007年5月28日 
 
 
课程设计答辩负责人签字:                         
年    月课程设计评语:                    
    日 
 
 
目  录 
 
一、设计课题 二、主要参数确定 
三、确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸 四、液压缸运动中的供油量计算 
五、确定快速空程供油方式,液压泵规格,驱动电机功率 六、选取液压系统图 七、液压系统工作油路分析 八、计算和选取液压元件 九、液压系统稳定性论证 十、设计小结 十一、参考文献      
 
     
 
 
一、设计课题 
1.设计内容 
设计一台YA32-3150KN型四柱万能液压机,设该四柱万能液压机下行部件G=1.5吨,下行行程1.2m – 1.5m。 
2. 设计要求: 
   (1)确定液压缸的主要结构尺寸D,d     (2 ) 绘制正式液压系统图(1号图纸),动作表、明细表     (3 ) 确定系统的主要参数 
    (4 ) 进行必要的性能验算(压力损失、热平衡) 
    
二、主要参数确定 
液压系统最高工作压力P=32MPa,在本系统中选用P=25MPa; 主液压缸公称吨位3150KN; 
主液压缸用于冲压的压制力与回程力之比为8%,塑料制品的压制力与回程力之比为2%,取800KN; 顶出缸公称顶出力取主缸公称吨位的五分之一,取650KN; 顶出缸回程力为主液压缸公称吨位的十五分之一,210KN 行程速度 
主液压缸     快速空行程  V=50mm/s              工作行程    V=10mm/s              回程        V=50mm/s 顶出液压缸   顶出行程    V=50mm/s              回程        V=80mm/s    
三、确定主液压缸、顶出液压缸结构尺寸 
1. 主液压缸 
   A. 主液压缸内径D:       D主?4R?4?3150?103.14?25?1036?P?0.4006m?400.6mm 
   根据GB/T2346-1993,取标准值 D主=400mm    B. 主液压缸活塞杆径d:       d主?D2?4R回?P?0.4?24?800?10363.14?25?10?0.2536m?253.6mm 
根据GB/T2346-1993,取标准值d主=250mm    C. 主液压缸有效面积:(其中A1为无杆腔面积,A2为有杆腔面积) 
 
 
      A1??D42?4002?3.144?125600mm 
2      A2??(D?d)422?3.14?(40042?250)2?76537.5mm 
2   D. 主液压缸实际压制力和回程力: 
      R压制?PA1?25?106?0.1256?3.14?106N    E. 主液压缸的工作力: 
      (1)主液压缸的平衡压力            P平衡?GA2?1.5?10?9.80.076543?1.96?10Pa 
5      (2)主液压缸工进工作压力            P工?R压制A1?P平衡?A2A1?25.12MPa 
      (3)液压缸回程压力            P回?R回程A2?800?100.076543?10.45MPa 
   2. 顶出液压缸 
      A. 顶出液压缸内径:          D顶?4R顶?4?650?1036?P3.14?25?10?0.18199m?181.99mm 
     根据GB/T2346-1993,取标准值D顶=200mm      B. 顶出液压缸活塞杆径         d顶?D2顶?4R顶?P?0.2?24?210?10363.14?25?10?0.1711m?171.1mm 
     根据GB/T2346-1993,取标准d顶=160mm 
     C. 顶出液压缸有效面积(其中A3为无杆腔面积,A4为有杆腔面积)         A3??D42?3.14?200422?31400mm 
2        A4??(D?d)42?3.14?(20042?160)2?11304mm 
2     D. 顶出液压缸的实际顶出力和回程力 
        R顶出?PA3?25?10?0.0314?7.85?10N      E. 顶出压缸的工作力 
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        P项出?25MPa         P顶回?  
R顶回A4210?100.01133??18.58Mpa 
四、液压缸运动中的供油量计算 
1.主液压缸的进出油量 
   A. 主液压缸空程快速下行的进出油量: 
      q快进?A1?1?125600?50?6280000mm/s       q快回?A2?1?76537.5?50?3826875mm/s    B. 主液压缸工作行程的进出油量: 
      q工进?A1?2?125600?10?1256000mm/s       q工回?A2?2?76537.5?10?765375mm/s    C. 主液压缸回程进出油量: 
      q回进?A2?3?76537.5?50?3826875mm/s       q回出?A1?3?125600?50?6280000mm/s 2. 顶出液压缸退回行程的进出油量 
   A. 顶出液压缸顶出行程的进出油量: 
      q顶进?A3?4?31400?50?1570000mm/s       q顶回?A4?4?11304?50?565200mm/s    B. 顶出液压缸退回行程的进出油量: 
      q退进?A4?5?11304?80?904320mm/s       q退回?A3?5?31400?80?2512000mm/s    
3333333333五、确定快速空程供油方式,液压泵规格,驱动电机功率 
1.液压系统快速空程供油方式: 
   q快进?A1?1?125600?50?6280000mm/s?376.8L/min 

 
由于供油量大,不宜采用由液压泵供油方式,利用主液压缸活塞等自重快速下行,形成负压空腔,通过吸入阀从油箱吸油,同时使液压系统规格降低档次。 
2.选定液压泵的流量及规格: 
设计的液压系统最高工作压力P=25MPa,主液压缸工作行程,主液压缸的无杆腔进油量为: 
   q工进?A1?2?125600?10?1256000mm/s?75.36L/min 主液压缸的有杆腔进油量为: 
   q回进?A2?3?76537.5?50?3826875mm/s?229.6L/min 顶出液压缸顶出行程的无杆腔进油量为: 
   q顶进?A3?4?31400?50?1570000mm/s?94.2L/min 
设选主液压缸工作行程和顶出液压缸顶出行程工作压力最高(P=25MPa)工件顶出后不需要高压。主液压缸工作行程(即压制)流量为75.36L/min,主液压缸工作回程流量为229.6L/min,选用5ZKB732型斜轴式轴
向柱塞变量泵,该泵主要技术性能参数如下:排量 234.3ml/r, 额定压力 16MPa, 最大压力 25MPa, 转速 970r/min, 容积效率 96%。该液压泵基本能满足本液压系统的要求。 
3.液压泵的驱动功率及电动机的选择: 
主液压缸的压制力与顶出液压缸的顶出工作压力均为P=25MPa,主液压缸回程工作压力为10.45MPa,顶出液压缸退回行程工作压力为18.58MPa,液压系统允许短期过载,回此快速进退选10.45MPa,q=200L/min,工进选P=25MPa,q=75.36L/min,液压泵的容积效率ηv=0.96,机械效率ηm=0.95,两种工况电机驱动功率为: 
P快?Pq60?v?mPq60?v?m?10.45?10?200?1060?0.96?0.9525?10?75.36?1060?0.96?0.956?36?3333?38.19KW 
P工???34.43KW  
由以上数据,查机械设计手册,选取Y280S-6三相异步电动机驱动液压泵,该电动机主要性能参数如下:额定功率 45KW, 满载转速 980r/min。 
   
六、选取液压系统图 
1.液压系统图: 
 
 
 
2. 电磁铁动作表: 
动 作 顺 序 主液压缸 顶出缸  
3.油箱容积:    上油箱容积: 
       V上?3?227?671L  
   根据GB2876-81标准,取其标准值630L。 
   下油箱容积: 
       V下?7?227?1589L        
1YA            2YA           3YA            4YA           5YA           6YA           快速下行 慢速加压 保    压 卸压回程 停    止 顶    出 退    回 压    边 浮动拉伸    根据GB2876-81标准,取其标准值1600L。    
七、液压系统工作油路分析 
 
 
A.启动:电磁铁全断电,主泵卸荷。 
   主泵(恒功率输出)--? 电液换向阀7的M型中位--? 电液换向阀17的K型中位--? 油箱 B.液压缸15活塞快速下行: 
   1YA,5YA通电,电液换向阀7右位工作,控制油路经电磁换向阀12打开液控单向阀13,接通液压缸15下腔与液控单向阀13的通道。 
   进油路:主泵(恒功率输出)--? 电液换向阀7--?单向阀8--? 液压缸15上腔 
   回油路:液压缸15下腔--? 单向阀13--? 电液换向阀7--? 电液换向阀17的K型中位--?油箱    液压缸活塞依靠重力快速下行形成负压空腔:大气压油--? 吸入阀11--? 液压缸15上腔 C.液压缸15活塞接触工件,慢速下行(增压行程): 
   液压缸活塞碰行程开关2XK使5YA断电,切断液压缸15下腔经液控单向阀13快速回油通路,上腔压力升高,同时切断(大气压油--? 吸入阀11--? 上液压缸15上腔)吸油路。 
   进油路:主泵(恒功率输出)--? 电液换向阀7--? 单向阀8--? 液压缸15上腔 
   回油路:液压缸15下腔--? 顺序阀14--? 电液换向阀7--? 电液换向阀17的K型中位--? 油箱 D. 保压: 
   液压缸15上腔压力升高达到预调压力,电接触压力表9发出信息,1YA断电,液压缸15进口油路切断,(单向阀8和吸入阀11的高密封性能确保液压缸15活塞对工件保压,利用液压缸15上腔压力很高,打开外控顺序阀10的目的是防止控制油路使吸入阀11误动而造成液压缸15上腔卸荷)当液压缸15上腔压力降低到低于电接触压力表9调定压力,电接触压力表9又会使1YA通电,动力系统又会再次向液压缸15上腔供应压力油……。 
   主泵(恒功率输出)--? 电液换向阀7的M型中位--? 电液换向阀17的K型中位--? 油箱,主泵卸荷。 
E.保压结束,液压缸15上腔卸荷后:   
   保压时间到位,时间继电器电出信息,2YA通电(1YA断电),液压缸15上腔压力很高,打开外控顺序阀10,大部分油液经外控顺序阀10流回油箱,压力不足以立即打开吸入阀11通油箱的通道,只能先打开吸入11的卸荷阀,实现液压缸15上腔先卸荷,后通油箱的顺序动作,此时: 
   主泵1大部分油液--? 电液换向阀7--? 外控顺序阀10--? 油箱 F.液压缸15活塞快速上行: 
   液压缸15上腔卸压达到吸入阀11开启的压力值时,外控顺序阀10关闭。    进油路:主泵1--? 电液换向阀7--? 液控单向阀13--? 液压缸15下腔    回油路:液压缸15上腔--? 吸入阀11--? 油箱 G.顶出工件 
   液压缸15活塞快速上行到位,碰行程开关1XK,2YA断电,电液换向阀7复位,3YA通电,电液换向阀17右位工作。 
   进油路:主泵1--? 电液换向阀7的M型中位--? 电液换向阀17--? 液压缸16下腔    回油路:液压缸16上腔--? 电液换向阀17--? 油箱 
H. 顶出活塞退回:4YA通电,3YA断电,电液换向阀17左位工作 
   进油路:主泵1--? 电液换向阀7的M型中位--? 电液换向阀17--? 液压缸16有杆腔    回油路:液压缸16无杆腔--? 电液换向阀17--? 油箱 I. 压边浮动拉伸: 
   薄板拉伸时,要求顶出液压缸16无杆腔保持一定的压力,以便液压缸16活塞能随液压缸15活塞驱动一同下行对薄板进行拉伸,3YA通电,电液换向阀17右位工作,6YA通电,电磁阀19工作,溢流阀21调节液压缸16无杆腔油垫工作压力。 
   进油路:主泵1--? 电液换向阀7的M型中位--? 电液换向阀17--? 液压缸16无杆腔    吸油路: 大气压油--? 电液换向阀17--? 填补液压缸16有杆腔的负压空腔    
 
 
八、计算和选取液压元件 
根据上面计算数据,查液压设计手册选取液压元件如下: 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 元 件 名 称 斜轴式轴向柱塞变量泵 实际流量 227L/min 18L/min  245L/min 227L/min 18L/min 227L/min 227L/min  227L/min 376L/min 18L/min 227L/min 227L/min   227L/min 227L/min 227L/min 227L/min 227L/min    
规    格 5ZKB732 BBXQ 齿轮泵 电动机 滤油器 先导式溢流阀 溢流阀 电液换向阀 单向阀 压力继电器 外控内泄型顺序阀 液控单向阀 两位四通电磁换向阀 液控单向阀 顺序阀 主液压缸 顶出液压缸 电液换向阀 节流阀 两位两通电磁换向阀 先导式溢流阀 溢流阀 Y802-4三相异步电机 WU-250×F CG2V-8FW YF-L10B 24DY-B32H-Z DF-L32H2 IPD01-H6L-Y XD4F-L32H DFY-F50H2 24D-10H-TZ DFY-F32H2 XD2F-L32H   24DY-B32H-Z LDF-L32C 22D-32B CG2V-8FW YF-L32B 九、液压系统稳定性论证 
(一)主液压缸压力损失的验算 1、快速空行程时的压力损失 
       快速空行程时,由于液压缸进油从吸入阀11吸油,油路很短,因此不考虑进油路上的压力损失,在回油路上,已知油管长度l=2m,油管直径d=32×10-3m,通过的流量q=3.83×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油,考虑最低工作温度15℃,由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s,油的密度ρ=900kg/m3,液压系统元件采用集成块式的配置形式。 
      (1) 确定油流的流动状态,回油路中液流的雷诺数为            Re?1.2732?3.83?1032?10?3?3?1.5?104?1015?2300 
  由上可知,回油路中的流动是层流。  (2)沿程压力损失ΕΔpλ 
 

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      在回油路上,流速??4q?d2?4?3.83?102?3?63.14?32?102?4.76m/s 
      则压力损失为 ??p??64l??2Red?64?2?900?4.762?1015?32?102?3?40181Pa 
(3)局部压力损失  由于采用集成块式的液压装置,所以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列于下表中: 元 件 名 称 液控单向阀 电液换向阀*2 额定流量 250 250 实际流量 229.8 229.8 额定损失 2 4 实际损失 168986 675943 若取集成块进油路压力损失为30000Pa,回油路压力损失为50000Pa,则回油路总的压力损失为        ??p?40181?168986?675943?50000?935110Pa 
2. 慢速加压行程的压力损失        在慢速加压行程中,已知油管长度l=2m,油管直径d=32×10-3m,通过的流量进油路q1=1.26×10-3m3/s,回油路q2=0.77×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油,考虑最低工作温度15℃,由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s,油的密度ρ=900kg/m3,液压系统元件采用集成块式的配置形式。       (1)确定油流的流动状态 
进油路中液流的雷诺数为 Re1?1.2732?1.26?1032?10?3?3?1.5?3?104?334?2300 
回油路中液流的雷诺数为 Re2?1.2732?0.77?1032?10?3?1.5?104?204?2300 
       由上可知,进回油路中的流动是层流。 
 (2)沿程压力损失ΕΔpλ 
      在进油路上,流速??4q?4?1.26?102?3?6?d23.14?32?102?1.57m/s 
      则压力损失为 ??p??64l??2Red4q?64?2?900?1.572?334?32?10?3?62?3?13284Pa 
      在回油路上,流速???d2?4?0.77?1023.14?32?102?0.96m/s 
      则压力损失为 ??p?? 
64l??2Red?64?2?900?0.962?204?32?102?3?8132Pa 
(3)局部压力损失  由于采用集成块式的液压装置,所以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列于下表中: 元 件 名 称 单向阀  
额定流量 80 实际流量 75.6 额定损失 2 实际损失 182883  
电液换向阀 顺序阀 250 50 229.8 46.2 4 3 337973 256133 若取集成块进油路压力损失为30000Pa,回油路压力损失为50000Pa,则进油路总的压力损失为        ??p1?13284?182883?337973?30000?564140Pa 
回油路总的压力损失为 ??p2?8132?337973?337973?256133?50000?990211Pa 
3. 快速退回行程的压力损失 
       在快速退回行程中,主液压缸从顺序阀10卸荷,油路很短,压力损失忽略不计,已知油管长度l=2m,油管直径d=32×10-3m,通过的流量进油路q1=3.83×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油,考虑最低工作温度15℃,由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s,油的密度ρ=900kg/m3,液压系统元件采用集成块式的配置形式。 
      (1)确定油流的流动状态 
进油路中液流的雷诺数为 Re1?1.2732?3.83?1032?10?3?3?1.5?104?1015?2300 
       由上可知,进油路中的流动是层流。 
 (2)沿程压力损失ΕΔpλ 
      在进油路上,流速??4q?4?3.83?102?3?6?d23.14?32?102?4.76m/s 
      则压力损失为 ??p?? 
64l??2Red?64?2?900?3.832?1015?32?102?3?40181Pa 
(3)局部压力损失  由于采用集成块式的液压装置,所以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列于下表中: 元 件 名 称 单向阀 电液换向阀 额定流量 250 250 实际流量 229.8 229.8 额定损失 2 4 实际损失 168986 337973 若取集成块进油路压力损失为30000Pa,回油路压力损失为50000Pa,则进油路总的压力损失为        ??p1?40181?168986?337973?30000?577140Pa 
(二)顶出液压缸压力损失验算 1. 顶出行程的压力损失 
       在顶出液压缸顶出行程中,已知油管长度l=2m,油管直径d=32×10-3m,通过的流量进油路q1=1.57×10-3m3/s,回油路q2=0.57×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油,考虑最低工作温度15℃,由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s,油的密度ρ=900kg/m3,液压系统元件采用集成块式的配置形式。       (1)确定油流的流动状态 
进油路中液流的雷诺数为 Re1?1.2732?1.57?1032?10?3?3?1.5?104?416?2300 
 
 
回油路中液流的雷诺数为 Re2?1.2732?0.57?1032?10?3?3?1.5?104?151?2300 
       由上可知,进回油路中的流动是层流。 
 (2)沿程压力损失ΕΔpλ 
      在进油路上,流速??4q?4?1.57?102?3?6?d23.14?32?102?1.95m/s 
      则压力损失为 ??p??64l??2Red4q?64?2?900?1.952?416?32?10?3?62?3?16453Pa 
      在回油路上,流速???d2?4?0.57?1023.14?32?102?0.71m/s 
      则压力损失为 ??p?? 
64l??2Red?64?2?900?0.712?151?32?10?32?6009Pa 
(3)局部压力损失  由于采用集成块式的液压装置,所以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列于下表中: 元 件 名 称 电液换向阀 额定流量 250 实际流量 94.2/34.2 额定损失 4 实际损失 56791/7486 若取集成块进油路压力损失为30000Pa,回油路压力损失为50000Pa,则进油路总的压力损失为        ??p1?16453?56791?56791?30000?160035Pa 回油路总的压力损失为 ??p2?6009?7486?50000?63495Pa 
2. 顶出液压缸退回行程的压力损失        在慢速加压行程中,已知油管长度l=2m,油管直径d=32×10-3m,通过的流量进油路q1=0.9×10-3m3/s,回油路q2=2.51×10-3m3/s。液压系统选用N32号液压油,考虑最低工作温度15℃,由手册查出此时油的运动粘度v=1.5cm2/s,油的密度ρ=900kg/m3,液压系统元件采用集成块式的配置形式。       (1)确定油流的流动状态 
进油路中液流的雷诺数为 Re1?1.2732?0.9?1032?10?3?3?1.5?104?238?2300 
回油路中液流的雷诺数为 Re2?1.2732?2.51?1032?10?3?3?1.5?104?666?2300 
       由上可知,进回油路中的流动是层流。 
 (2)沿程压力损失ΕΔpλ 
      在进油路上,流速??4q?4?0.9?102?3?6?d23.14?32?10?1.12m/s 
 
 
      则压力损失为 ??p??64l??22Red4q?64?2?900?1.122?238?32?10?3?62?3?9487Pa 
      在回油路上,流速???d2?4?2.51?1023.14?32?102?3.12m/s 
      则压力损失为 ??p?? 
64l??2Red?64?2?900?3.122?666?32?102?3?26309Pa 
(3)局部压力损失  由于采用集成块式的液压装置,所以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列于下表中: 元 件 名 称 电液换向阀 额定流量 250 实际流量 54/150.6 额定损失 4 实际损失 18662/145154 若取集成块进油路压力损失为30000Pa,回油路压力损失为50000Pa,则进油路总的压力损失为        ??p1?9487?18662?18662?30000?76811Pa 
回油路总的压力损失为 ??p2?26309?145154?50000?221463Pa 
从以上验算结果可以看出,各种工况下的实际压力损失都能满足要求,说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的,满足要求。 (三)液压系统发热和温升验算 
      在整个工作循环中,工进阶段所占用的时间最长,所以系统的发热主要是工进阶段造成的,帮按工进工况验算系统温升。 
      系统总的发热功率Φ为 
            Φ=38.65-34.5=4.15KW=4150W 
3
      已知油箱容积V=1600L=1.6m,则油箱的近似散热面积A为             A?0.065316002?8.892m 
-3
2
3      假定通风条件良好,取油箱散热系数Cr=15×10KW/(m·℃),则可得油液温升为             ?T??CrA?4150?1015?10?3?3?8.892?31.14℃ 
      设环境温度T=25℃,则热平均温度为56.14℃,油箱散热基本可达到要求。    
十、设计小结 
    这次液压系统课程设计,是我们第一次较全面的液压知识的综合运用,通过这次练习,使得我们对液压基础知识有了一个较为系统全面的认识,加深了对所学知识的理解和运用,将原来看来比较抽象的内容实现了具体化,初步掊养了我们理论联系实际的设计思想,训练了综合运用相关课程的理论,结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力,巩固、加深和扩展了有关液压系统设计方面的知识。 
通过制订设计方案,合理选择各液压零件类型,正确计算零件的工作能力,以及针对课程设计中出现的
 
 
问题查阅资料,大大扩展了我们的知识面,培养了我们在本学科方面的兴趣及实际动手能力,对将来我们在此方面的发展起了一个重要的作用。本次课程设计是我们对所学知识运用的一次尝试,是我们在液压知识学习方面的一次有意义的实践。 
在本次课程设计中,我独立完成了自己的设计任务,通过这次设计,弄懂了一些以前书本中难以理解的内容,加深了对以前所学知识的巩固。在设计中,通过老师的指导,使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面都得到了一次良好的训练。 
   
十一、参考文献 
[1]  许福玲,陈尧明主编. 液压与气压传动. 北京:机械工业出版社. 2004.7 [2]  贾明新主编. 液压传动与控制解难和练习. 北京:国防工业出版社. 2003 [3]  液压设计手册(电子版R1.0). 北京:机械工业出版社  
 

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