广工液压课程设计.docx
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广工液压课程设计
课程设计
课程名称液压与气压传动
题目名称钢卷运输液压系统设计
学生学院
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
成绩评定
教师签名
2013年12月04日
一、设计任务书
一、设计题目：
钢卷运输液压系统设计
二、要求：
1.每个学生的设计数据不一样，每个学生根据自己的设计数据完成自己的液压系统方案设计和设计计算。
2．结构设计
选出其中一个成员的设计方案和数据，完成该方案液压系统的集成块组的结构设计。
3．答辩
4．考核
1）每个成员需要提交的资料
（1）设计说明书1份；
（2）液压系统原理图1份（A4）；
（3）集成块集成油路图1份（A4）；
（4）集成块零件图1份（A4）；
三、动作顺序要求及工作参数
1横移缸前进，至卷取机卷筒下方，行程L1，负载力F1，速度V1。
2顶伸缸上升，将钢卷托住，行程L2，负载力F2，速度V2。
3横移缸退回。
4顶伸缸缩回，将钢卷搁在小车上，行程L3，负载扭矩T，转速N。
5小车由液压马达驱动向前进。
6卸完钢卷，小车由液压马达驱动退回。
以上参数为最大值，应可调。
所有动作由行程开关自动控制。
顶伸缸下腔须设置背压，以防下行产生冲击。
四、设计内容、要求
（一）液压系统设计
根据设备的用途、特点和要求，利用液
液压有关参数，然后按照所得参数选择液压元件、相关设备的规格型号。
（二）液压装置结构设计
液压装置包括集成块、液压站等，进行结构设计时应考虑元件布局合理、紧凑、美观、外连管道少，装卸、调试方便，集成块中的油路尽可能简单、短、交叉少，加工容易、加工工作量尽可能少。
（三）绘制工程图、编写设计说明书
绘制液压系统原理图（系统总油路、集成块集成回路）、液压装置工程图（集成块结构图、集成块元件装配图），图纸必须按GB要求打印，2张以上的A3图纸，A4图纸量根据实际定：
编写设计说明书7页（1.5万字）。
参数表
学号
F1
（N）
F2
（T）
T
（m.N）
V1
（mm/s）
V2
（mm/s）
N
r/s
L1
（m）
L2
（mm）
L3
（m）
12
3700
8
400
50
20
4
3.2
550
3
二、拟定液压系统原理图
1、确定供油方式
该液压系统工作时负载恒定，速度较低。
从节省能量、减少发热考虑，成本，泵源系统宜选叶片泵。
2、调速方式的选择
在该液压系统中，执行机构需要单方向节流，另一个方向可自由流动，调速的稳定性要求不高，顶伸缸下腔须设置背压，以防下行产生冲击，所以可以选择单向节流阀调速。
3、方向控制方式的选择
考虑到钢卷运输液压系统的工作要求，流量不大，本系统用三位四通电磁换向阀方向控制方式，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。
4、确定执行元件
按照设计任务要求所需的执行元件有：
两个液压缸，一个液压马达。
横向移动设置为缸1，顶伸缸上升缩回设置为缸2，小车的向前进退回由液压马达驱动。
5、完成顺序和循环的方式
在执行元件的控制使用行程开关，使用行程开关控制，有使系统简单，电路控制稳定，易于控制的特点。
6、系统的调压，保压方式
在回路1中AB出口应该设置减压阀，使压力降低，缸2应该使用单向顺序阀进行保压。
7、压力测量点的选择
在液压泵出口应设置压力表以测量系统压力。
8、最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成下图所示的液压系统原理图。
三、液压系统的计算和选择液压元件
3.1液压缸主要尺寸的确定
1）工作压力p的确定。
工作压力p根据负载的大小和机器的类型来确定，运输属中型机械，工作负载最大为80000N。
据此初定工作压力为10MPa。
2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d。
（1）横移缸
已知横移缸动作时最大负载为3700N，背压=0.5MPa，取0.9，根据工作压力取d/D=0.8，缸进退时的速度相同，则
根据液压缸内径的标准表，圆整为标准系列直径为；则活塞杆直径为。
（2）顶伸缸
已知缸动作时最大负载力为80000N，根据系统类型为回油路设置有背压阀的系统，选取背压值=1.5MPa，为0.9，根据工作压力取d/D=0.7，则
圆整后取缸的直径为，活塞杆的直径为。
3）计算各工作阶段液压缸所需的流量
（1）横移缸工作时的流量
（2）顶伸缸工作时的流量
4）马达的计算
（1）马达的排量为：
式中：
T——液压马达的负载力矩（m*N）；
——液压马达的进出口压差（Pa），设压降90%；
——液压马达的机械效率，一般齿轮和柱塞马达取0.9~0.95。
（2）液压马达的流量：
因此选用型号为：
XM-D320F的柱塞马达，其排量为40mL/r，额定压力为10MPa，额定转速为80r/min，额定转矩为458。
3.2确定液压泵的规格和电动机功率及型号
1）确定液压泵的压力
液压泵的工作压力应当考虑液压缸的最高有效工作压力和管路系统的压力损失。
所以泵的工作压力为：
上得为静态夺力，考虑到压力大于静态压力和须有压力储备，所以因此选被的额定压力应满足
2）泵的流量确定。
液压泵的最大流量应为
式中——液压泵的最大流量；
——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值，在本液压系统中，各元件单独执行，液压马达的流量最大；
——系统泄露系数，一般取=1.1~1.3，本例取。
所以：
3）与液压泵匹配的电动机的选定。
分别计算不同工况时的功率，取较大值作为选择电动机规格的依据。
（1）计算横移缸所需的功率。
负载为3200N，进油路的压力损失定为0.3MPa，效率为0.6，由式可得：
横移缸动作时所需电动机功率为：
（2）计算顶伸缸所需的功率。
负载为80000N，进油路压力损失定为0.5MPa，效率定为0.85，同理可得：
顶伸缸动作所需电动机功率为：
（3）计算马达所需功率。
综上可知，马达所需功率最大，根据最大功率选择Y160L-4型电动机，其额定功率为15kW，额定转速1460r/min。
4）选择液压泵的规格。
根据和查阅有关手册，现选用型号为YB1-E63，该泵的基本参数为：
每转排量，泵的额定压力，电动机转速，驱动功率为20.5kw。
3.3液压阀的选择
根据具体工作需要查阅液压元件手册，选择元件如表3-1所示。
表3-1液压元件明细表
序号
元件名称
最大通过流量q（L/min）
规格
型号
额定流量qn/L/min
额定压力Pn/MPa
额定压降ΔPn/MPa
1
过滤器
89.28
XU-100×80
－
－
－
2
过滤器
89.28
XU-100×80
－
－
－
3
单向阀
89.28
DF-B20H2
100
35
0.2
4
压力表开
关
－
KF-L8/20E
－
－
－
5
压力表
－
Y-60
－
0~25
－
6
冷却器
－
ZLQF1L
－
－
＜0.1
7
电磁溢流阀
89.28
YFD-OB20H2
100
－
－
8
三位四通换向阀
1.47
34DYO-B20H-TZ
75
21
－
9
三位四通换向阀
11.4
34DYO-B20H-TZ
75
21
－
10
三位四通换向阀
74.4
34DYO-B20H-TZ
75
21
－
11
单向节流阀
1.47
LDF-B20C
75
14
－
12
单向节流阀
1.47
LDF-B20C
75
14
－
13
单向节流阀
11.4
LDF-B20C
75
14
－
14
单向顺序阀
11.4
XD2F-B20E
50
1~3
－
15
单向节流阀
74.4
LDF-B20C
75
14
－
16
单向节流阀
74.4
LDF-B20C
75
14
－
3.4确定管道尺寸
油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。
本例根据各油路流量和流速来确定油管直径。
（1）横移缸工作时流量1.4727L/min，压油管的允许流速取，则内径d为：
（2）顶伸缸工作时流量，，则内径d为：
（3）马达工作时流量，，则内径d为：
综合计算结果，与元件实际尺寸的配合，取油管的内径d为20mm。
3.5液压油箱容积的确定
本例为中压液系统，液压油箱有效容量按泵的流量的5~7倍来确定，所以体积：
，圆整后取为。
四.液压系统的验算
已知该液压系统中进，回油管的内径均为20mm，取油路总长度为2m计算。
选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15℃，查得15℃时该液压油的运动粘度，油的密度。
4.1压力损失的验算
顶伸缸工作时
（1）进油路压力损失。
运动部件工作进给时的速度为1.2m/min，进给时的最大流量为11.4L/min，则液压油在管内流速为：
管道流动雷诺数为：
<2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数为：
。
进油管道BC的沿程压力损失：
查得换向阀34DYO-B20H-TZ的压力损失为，液控单向阀的压力损失为，单向节流阀的压力损失为，忽略油液通过管接头，油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失
（2）回油路压力损失。
由于选用单活塞杆液压缸，由液压缸无杆腔和有杆腔的工作面积之比，可得
回油管道的沿程压力损失：
换向阀34DYO-B20H-TZ的压力损失为，单向顺序阀的压力损失为，忽略油液通过管接头，油路板等处的局部压力损失，则回油路总压力损失：
（3）变量泵出口处的压力：
从上述验算可以看出，两个液压缸所需的压力都与设计时相符，变量泵出口压力都在变量泵额定压力范围内，故无需修改原设计。
4.2系统温升的验算
在一个工作循环中，由于每个动作都是独立的，因此需单独验算每个过程的发热量。
1）横移缸
横移缸工作时的速度为50mm/s，压力为3700N，而且有3.2中可知横移缸的输入功率为，而且输出功率为：
此时的功率损失为：
2）顶伸缸工作时速度为20mm/s，压力为80000N，而且有3.2中可知顶伸缸的输入功率为，而且输出功率为：
此时的功率损失为：
3）马达工作时转速为240r/min，转矩为T=400N*m，由式，有
由上可见，马达损失功率最大，则马达工作时发热量也最大。
假定系统的散热情况良好，取，油箱的散热面积为：
系统的温升为：
验算证明系统的温升在许可范围内。
五、液压集成块结构与设计
5.1、液压集成回路设计
1）把液压回路划分为若干单元回路，每个单元回路一般都有三个液压元件组成，采用通用的压力油路P和回油路T。
设计液压单元集成油路时，优先选用通用液压单元集成回路，以减少集成块设计工作量，提高通用性。
2）
2）把各液压单元集成回路连接起了，组成液压集成回路。
一个完整的液压集成回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、调速回路、顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。
液压集成回路设计完成后，要和液压回路进行比较，分析工作原理是否相同，否则说明液压集成回路出了差错。
5.2、液压集成块及其设计
（1）底板及供油块设计
底板及供油块的作用时连接集成块组。
液压泵供应的液压油P由底板引入各集成块，液压
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