上料机液压系统的毕业设计.docx
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上料机液压系统的毕业设计
上料机液压系统的毕业设计
1.绪论
1.1背景介绍
液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。
液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。
如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。
液压传动和控制由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展,使液压系统和元件在技术水平上有很大提高.液压传动将向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展.液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展。
液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。
因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。
液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。
液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。
从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。
所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。
我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。
液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。
其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。
液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。
齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。
其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。
液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。
液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。
液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。
正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。
液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。
按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。
除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。
这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。
通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。
所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。
根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。
根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。
之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。
这个过程中，原理图的绘制是最关键的。
它决定了一个设计系统的优劣。
液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。
也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。
这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。
1.2液压技术现状和发展趋势
1.2.1液压技术现状
我国液压行业是从当年的小作坊、主机厂的车间或分厂发展壮大起来的。
经过改革开放三十的发展，已经成为品种规格齐全、基本可以满足我国各种装备要求、具有一定国际竞争力的产业，成为我国机械工业的重要基础行业。
改革开放30年来，我国液压行业企业从30年前的小作坊，主机厂的车间走出来，经过技术引进及消化吸收再创造，多次技术改造及工艺流程再造，已经成为装备制造业的重要基石和机械工业的基础产业，为国家大工程和重点项目配套取得显著成就。
近年来，我国液压行业企业为国家重点工程和重大技术装备，提供了大量的液压系统，如三峡工程二、三期工程的升船机、启闭机液压系统秦皇岛码头二三期工程、宝钢、鞍钢等。
1.2.2液压业发展趋势
（1）节省能耗，充分利用能量,提高效率,如果全部压力能都能得到充分利用，
则将使能量转换过程的效率得到显著提高。
（2）发展机电一体化元件和系统。
电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传动与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。
（3）发展具有比例阀的耐污染和伺服阀高精度、高频响的直动型电液控制阀。
（4）重视环保，发展零泄漏液压系统和低噪声元件环保型产品将具竞争优势。
随着人们环境意识的加强，开发保护型液压产品，将成为今后液压技术的主流。
（5）应用现代控制技术，提高电液压自动控制系统的性能。
2.上料机液压系统设计
2.1设计基本数据
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900V型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N，启动、制动时间均为0.5s，液压缸的机械效率为0.9。
设计数据如下表2.1所示：
表2.1设计参数表
参数
数据
滑台自重（
）
1400
工件自重（
）
5800
快速上升速度（
）
55
快速上升行程（
）
420
慢速上升速度（
）
≤18
慢速上升行程（
）
100
快速下降速度（
）
60
快速下降行程（
）
550
图2.1上料机示意图
2.2工况分析
对液压缸的执行元件进行工况分析，就是查明液压缸的每个执行元件在各自的工作过程中的速度和负载的变化规律，通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值。
必要时还应该作出速度、负载随时间或位移变化的曲线图。
2.2.1运动分析
根据各执行元件在完成一个工作循环内各阶段的速度，绘制以速度为纵坐标，时间或位移为横坐标的速度循环图，如2.2图所示：
图2.2工作循环中速度的变化情况图
2.2.2负载分析
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
（式2.1）
式中
—工作负载；
—导向摩擦负载；
—惯性负载。
（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。
=滑台自重+工件自重=1400+5800=7200
（式2.2）
（2）导向摩擦负载
导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力，其值与运动部件的导轨形式、放置情况及运动状态有关，各种形式导轨的摩擦负载计算公式可查阅有关手册。
V形导轨：
（式2.3）
式中
—运动部件的重力（
）；
—垂直于导轨的工作负载（
）；
—V形导轨的夹角，一般
=90°；
—摩擦系数，其值可查《机床设计手册》。
而摩擦系数有静摩擦系数和动摩擦系数；
静摩擦系数s=0.2,动摩擦系数d=0.1。
所以可得到：
=
0.2×
=16.9706
=0.1×
=8.4853
（3）惯性负载
惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出，即
（式2.4）
式中
—重力加速度（
）；
—
时间内的速度变化值（
）；
—启动、制动或速度转换时间（
）。
所以快速上升：
=
=
=80.8163
慢速上升：
=
=
=54.3673
制动：
=
=
=26.4490
快速下降：
=
=
=88.1633
制动：
=
=
=88.1633
由于液压缸垂直安放，其重量较大，为了防止因重量而自行下滑，所以系统中应该设置平横回路。
而机械效率为0.9。
则系统中液压缸在各阶段的负载如下表2.2：
表2.2各阶段负载表
工况
计算公式
总负载
（
）
液压缸推力
（
）
启动
=
7216.9706
8018.8562
加速
=
+
7289.3016
8099.224
快上
=
7208.4853
8009.4281
减速
=
-
7154.1180
7949.02
工进
=
7208.4853
8009.4281
制动
=
-
7182.0363
7980.0403
反向加速
=
96.6486
107.3873
快退
=
8.4853
9.4281
制动
=
-
-80.1633
-89.0703
2.2.3绘制负载和速度图
按照前面的负载分析结果及已知的速度要求行程限制等，绘制出负载图及速度图如图2.3所示。
图2.3负载图
图2.4速度图
2.3液压系统原理图的拟定
在拟定液压统时，应根据各类主机的工作特点和性能要求，先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路，然后再考虑其他辅助回路。
液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面的问题：
由工况图（见图3.1，图3.2，图3.3）分析可知，系统在快速上升和快速下降时所需的流量较大，慢速上升时所需的流量较小，且为了实现快速运动用液压缸的差动联接。
2.3.1液压回路的基本选择
（1）由于系统在慢速上升时速度要求可调节，且流量小，速度低且负载变化不是很大故采用调速回路。
（2）由于快速上升和慢速上升之间需要速度换接故需要速度换接回路。
（3）为了防止上端停留时滑台下落和保持重物在一定时间内平衡，故应有平衡及锁紧回路。
2.3.2绘制液压系统的原理图及工作过程分析
（液压系统原理见间附图①）
系统工作过程如下：
（1）快速上升
按下启动按钮，三位四通电磁阀5的1YA得电，使阀的左位进入工作状态，这时的主油路是：
进油路：
滤油器2→泵3→单向阀4→电磁阀5的P口到A口→油路10、11→行程阀17→油路18→液压缸19的无杆腔（左腔）。
回油路：
液压缸19的有杆腔（右腔）→油路20→电磁阀5的B口到T口→油路８→液控单向阀9→油路11→行程阀17→油路18→液压缸19的无杆腔（左腔）。
（2）慢速上升
在快速上升行程结束时，行程阀17的挡铁压下，是其上位进行工作，使油路11、18断开。
电磁阀5的电磁铁1YA继续通电，使电磁阀5的左位继续工作。
电磁阀14处于断电状态则右位工作，进油路经过调速阀12，与此同时顺序阀7打开，并关闭液控单向阀9，使差动联接的油路切断。
进油路：
滤油器2→泵3→单向阀4→电磁阀5的P口到A口→油路10→调速阀12→两位两通电磁阀14→线路18→液压缸19的无杆腔（左腔）。
回油路：
液压缸19的有杆腔（右腔）→油路20→电磁阀５的B口到T口→油路８→顺序阀7→背压阀6→油箱。
（3）保压（停留）
当动力滑台进给终了时，液压缸停止不动。
当系统压力达到压力继电器所给定的值是，经过时间继电器的延时，使滑台有向下运动的趋势。
（4）快速下降
时间继电器在发出信号后，电磁阀5的2YA得电，1YA失电，3YA断电，电磁阀5的右位进行工作，这时主油路是：
进油路：
滤油器2→泵3→单向阀4→电磁阀5的P口到B口→油路20→液压缸19的有杆腔（右腔）。
回油路：
液压缸19的无杆腔（左腔）→油路18→单向阀15→油路11→电磁阀5的A口到T口→油箱。
（5）原位停止
当滑台回到原始位置时，电磁铁1YA、2YA、3YA都失电，电磁铁5处于中位，滑台停止运动。
液压系统的电磁铁和
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