液压传动毕业课程设计报告.docx

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液压传动毕业课程设计报告

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摘要

将液压缸提供的液压能重新转换成机械能的装置称为执行元件。

执行元件是直接做功者，从能量转换的观点看，它与液压泵的作用是相反的。

根据能量转换的形式，执行元件可分为两类三种：

液压马达、液压缸、和摆动液压马达，后者也可称摆动液压缸。

液压马达是作连续旋转运动并输出转矩的液压执行元件；而液压缸是作往复直线运动并输出力的液压执行元件。

本说明书根据前人设计好的液压缸，设定一定的工作压力和载荷，根据液压缸的材料，用手工计算和软件编程的方法分别校核缸筒内径，壁厚，活塞杆的稳定性，抗爆能力等，并设计快进、工进、快退系统图，选择液压阀的型号，完成课程设计的教学要求。

关键字：

液压缸、执行元件、液压阀、稳定性校核

Abstract

Hydrauliccylinderwillbeabletoprovidethehydraulic-mechanicalenergyconversiondevicecalledactuators.Workisadirectimplementationofcomponents,fromthepointofviewofenergyconversion;itistheroleofthehydraulicpumpopposite.Accordingtoenergyconversionintheformofimplementationofthethreecomponentscanbedividedintotwocategories:

hydraulicmotors,hydrauliccylinders,hydraulicmotorsandswing,whichmayalsobesaidswinghydrauliccylinder.Hydraulicmotoristhecontinuoustorqueandrotationalmovementofthehydraulicactuators,andhydrauliccylinderisareciprocatinglinearmotionandtheoutputofthehydrauliccomponents.Andthisstatementaccordingtothedesignedhydrauliccylinders，setaworkpressureandload，accordingtothematerialsofhydrauliccylinder,

withmanualcalculationandsoftwareprogrammingmethod,checkcylinderdiameterandthickness,thestabilityofthepistonrod,anti-explosionability,anddesignedforfastforward,theProgressive,fastforward,andothermovements,choosehydraulicvalvemodel,andcompletethecoursedesignoftheteachingrequirement.

keyword：

Hydrauliccylinderactuatorshydraulicvalve

stabilitycheaking

目录

1绪论………………………………………………………………4

1.1课程设计的目的……………………………………………4

1.2课程设计的教学要求…………………………………………4

1.3本文的设计工作……………………………………………4

2总体结构及方案设计………………………………………………5

2.1个人零件图…………………………………………………5

2.1.1液压缸底座零件图二维图纸………………………………5

2.1.2液压缸底座三维图…………………………………………5

2.2液压缸总装图………………………………………………6

2.2.1液压缸总装图二维图纸……………………………6

2.2.2液压缸总装图三维图………………………………7

3液压缸的载荷设计验算……………………………………………8

3.1使用的工作状况………………………………………………8

3.2设计参数………………………………………………………8

3.3设计计算校核…………………………………………………8

3.3.1公式计算法……………………………………………8

3.3.2应用MATLAB软件校核计算……………………………8

3.3.3应用ANSYS有限元分析缸筒径向变形………………11

3.3.4应用ANSYS有限元分析缸筒轴向变形………………14

4液压缸快进、供进、快退系统图…………………………………18

参考文献………………………………………………………………20

1、绪论

1.1课程设计的目的

课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。

通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计〈论文〉打基础。

●进一步巩固和加深学生所学专业基础课-液压与气压传动理论知识，培养

学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能；

●培养学生实践动手能力,使学生得到独立分析和解决实际问题的初步训练；

●培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。

1.2课程设计的教学要求

坚持理论联系实际的优良传统，加强基本功训练，充分发挥学生的主观能动性与教师因材施教、严格要求相结合，继承与创新相结合，抓智力因素教育与非智力因素教育相结合，做到教书育人。

课程设计的指导教师下达课程设计任务书，指导、督促、检查学生课程设计的进行情况，课程设计完成后负责学生的成绩考核。

学生需认真阅读课程设计任务书，熟悉有关设计资料及参考资料，熟悉有关设计规范的有关内容，认真完成任务书规定的设计内容，在教师指导下，按时独立完成规定的内容和工作量。

本课程设计的计算说明书不少于五千字。

要求计算说明书计算准确、文字通顺、书写工整。

要求图纸、图面布置合理、正确清晰、符合相关标准及有关规定。

1.3本文的设计工作

与液压泵和液压马达相比，液压缸的设计相对简单，但并不是轻而易举的，而是一件细致的工作。

如果白手起家设计一台液压缸，那也是相当耗时和费力的。

尤其对第一次从事液压元件设计的新手来说，最大的困难不是理论计算，而是零件图的细节设计；结构形状的构思，配合精度等级的选择，形位公差的确定，工艺要求和技术要求等。

对于常见常用的单活塞杆液压缸来说，液压缸的结构设计参数有：

液压缸的内径D（活塞的外径），缸筒外径D1，缸体长度L1，行程S，油口直径d’及接口法兰尺寸，活塞杆直径d，活塞宽度B，活塞杆长度L，活塞头部与尾部的机构及尺寸。

这些结构形式，尺寸参数的选择或确定的依据是液压缸的负载力F和运动速度u.

本次设计采用已有的液压零件参考图纸，应用AutoCAD，Pro-E软件做出2D图,3D图，并进行组装和渲染，再应用MATLAB,ANSYS软件根据所要求的载荷进行校核计算和有限元分析，大大减小了设计难度。

2总体结构及方案设计

本组设计的液压缸内经为125mm,外径为152mm,行程为1.5m.采用底部为铰支安装的底座，法兰式缸体，空心活塞杆，活塞杆接头为带关节轴承的杆头。

液压缸底座与缸体采用焊接方法连接，活塞杆杆头和杆尾与杆体也采用焊接方法连接。

2.1个人零件图

2.1.1液压缸底座零件图

图1开怀液压缸二维图

2.1.2液压底座三维图

图2液压缸底座三维图

2.2液压缸总装图

2.2.1液压缸总装图二维图纸

图3液压缸总装图

2.2.2液压缸总装图三维图

（a）

（b）（c）

（d）（e）

图4三维效果图

3液压缸的载荷设计验算

3.1使用的工作状况

●该液压缸处于常温室内安装；

●该液压缸采用垂直安装，起举升作用；

●工作速度满足密封件要求。

3.2设计参数

●液压缸缸径：

D=φ125mm;D1=152mm

●活塞杆杆径：

d=φ90mm；d1=51mm

●液压缸行程：

S=1500mm；

●工作压力：

p=21MPa;

●工作载荷：

F=125KN。

3.3设计计算校核

3.3.1公式计算法

设计依据额定压力

1）、活塞杆的设计计算

液压缸推力F=125KN

活塞杆的材料：

采用45#调质HB220~280

活塞杆只计算推力时的强度

未调质屈服极限强度：

调质后屈服极限强度：

安全系数n=5时，活塞杆的极限应力为

故设计符合要求

2）、活塞杆的稳定性计算

3）、缸筒壁厚的验算

缸筒的材料为45#无缝钢管，外径152mm，内径125mm，壁厚13.5mm，其屈服强度为685MPa，调质处理HB220~280。

验算壁厚：

在屈服极限下的极限压力

故壁厚满足要求

3.3.2应用MATLAB软件校核计算

以校核材料屈服极限皆取1000MPa

1）、应用MATLAB软件编程校核液压缸的安全系数

程序如下：

clc

clear

b=13.5e-3;D=125e-3;pA=21*1.25e6;delta=1000e6;

bizhi=b/D;

pmax=pA;

ifbizhi<=0.08,idelta=pmax*D/（2*b）;

else

idelta=pmax*D/（2*b）+3*pmax/2;

end

n=delta/idelta

程序运行结果为

n=6.2149

安全系数n=6.2149>5,故设计是安全的。

2）、应用MATLAB软件编程校核液压缸壁厚

由公式可编写程序如下：

clc

clear

yl=1000e6;D=125e-3;D1=152e-3;pA=21*1.25;

pj=0.35*yl*（D1*D1-D*D）/（D*D）/1e6

ifpA

else

disp（'缸不安全使用，请重新设计'）

end

程序运行结果为

pj=167.5296

缸安全使用

3）、应用MATLAB软件编程校核液压缸是否满足塑性变形要求

程序如下：

clc

clear

yl=1000e6;D=125e-3;D1=152e-3;pA=21*1.25e6;

prL=2.3*yl*log10（D1/D）;

bizhi=pA/prL

ifbizhi>0.35orbizhi<0.42,disp（'该缸满足塑性变形要求！

'）

else

disp（'该缸不满足塑性变形要求，重新设计！

'）

end

程序运行结果为

bizhi=0.1344

该缸不满足塑性变形要求，重新设计！

4）、应用MATLAB软件编程计算液压缸的径向变形量

由公式ΔD=可编写程序如下：

clc

clear

D=125e-3;D1=152e-3;pn=21*1.25e6;E=2.06e11;v=0.3;

pr=1.5*pn;

disp（'一级缸缸筒径向变形量（mm）'）

deltDd=pr*D*1000*（（D1^2+D^2）/（D1^2-D^2）+v）/E

程序运行结果为

一级缸缸筒径向变形量（mm）deltDd=0.1309

5）、应用MATLAB软件编程计算液压缸的爆裂压力

由爆裂压力公式编写程序如下：

clc

clear

D=125e-3;D1=152e-3;pn=21*1.25e6;yl=1000e6;

pr=1.5*pn;

disp（'--缸筒爆破力--'）

pEd=2.3*yl*log10（D1/D）

ifpEd>pr,disp（'爆裂压力满足要求'）

else

disp（'爆裂压力不满足要求，重新设计！

'）

end

程序运行结果为

--缸筒爆破力--

pEd=1.9535e+008

爆裂压力满足要求

3.3.3应用ANSYS有限元分析缸筒径向变形

1）、选择单元类型

MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→Solid→Brick8node45→OK→Close

2）定义材料参数

MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX2.6E11PRXY0.3→OK

3）生成几何模型

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Cylinder→HollowCylinder→InputRad-10.0625Rad-20.076Depth1.639→OK.适当旋转模型，如下图所示

4）划分网格

MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh→Pickall→Close

5）模型施加约束和载荷

（1）将端面固定

MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnAreas→选择两个端面→OK→ALLDOF→OK

（2）在缸筒内部施加1.5*21MPa的压力

MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→选择缸筒的内壁→OK→InputVALUE1.5*21e6→OK

6）、分析计算

MainMenu→Solution→CurrentLS→OK

7）、结果显示

1）显示变形图

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShapes→Def+Undeformed→OK

2）显示应力图

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu→Stress→vonMisesstress

图5变形图

图6应力图

由分析的结果可知：

液压缸径向的最大变形量为0.0414mm，所受到的最大应力为36.5MPa

3.3.4应用ANSYS有限元分析缸筒轴向变形

1）、选择单元类型

MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→Solid→Brick8node45→OK→Close

2）、定义材料参数

MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX2.6E11PRXY0.3→OK

3）、生成几何模型

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Cylinder→HollowCylinder→InputRad-10.1495Rad-20.125Depth1.768→OK.适当旋转模型，如下图所示

4）、划分网格

MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh→Pickall→Close

5）、模型施加约束和载荷

（1）将一个端面固定

MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnAreas→选择一个端面→OK→ALLDOF→OK

（2）在另一个端面施加1.5*21MPa的压力

MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→选择另一个端面→OK→InputVALUE1.5*21e6→OK

6）、分析计算

MainMenu→Solution→CurrentLS→OK

7）、结果显示

（1）显示变形图

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShapes→Def+Undeformed→OK

（2）显示应变图

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu→Stress→vonMisesstress

图7变形图

图8应力图

由分析的结果可知：

液压缸径向的最大变形量为0.198mm，所受到的最大应力为32.3MPa

4液压缸快进、工进、快退系统

4.1液压缸快进、工进、快退系统图

图9液压系统图

1-背压阀;2-顺序阀;3、6、11-单向阀;4-供进调速阀;5-压力继电器;7-液压缸;8-行程阀;9-先导阀;10-换向阀;12-液压泵

4.2液压缸系统循环图

（1）快速前进电磁铁1YA通电，换向阀10左位接入系统，顺序阀2因为系统压力不高仍处于关闭状态。

这时液压缸7做差动连接，变量泵12输出最大流量。

（2）工作进给在滑台前进到预定位置，挡块压下行程阀8时开始。

这时系统压力升高，顺序阀2打开；变量泵12自动减小其输出流量，以便于调速阀4的开口相适应。

（3）停留状态在滑台以工进速度行进到死挡块不再前进开始，并使系统压力进一步升高，压力继电器5景时间几点起按预定停留时间发出信号后终止。

（4）快退状态在时间继电器发出信号，电磁铁1YA断电，2YA通电开始

这时系统的压力下降，变量泵12流量又自动增大。

表1电磁铁状态表

动作名称

信号来源

电磁铁

工作状态

液压元件工作状态

1YA

2YA

顺序阀2

先导阀9

换向阀10

行程阀8

快进

启动按钮

+

-

关闭

左位

左位

右位

工进

挡板压下

行程阀8

+

-

打开

左位

停留

滑台靠

压在死挡块处

+

-

快退

时间继电器

发出信号

-

+

关闭

右位

右位

右位

元件的型号及规格

序号

元件名称

估计通过流量/

额定流量/

额定压力

/

额定压降/

型号

规格

1

背压阀

0.3

63

21

--

YF3-E10B

3

单向阀

60

63

21

0.2

AXQF-E10B

4

调速阀

0.5

0.07-50

21

--

8

行程阀

60

63

21

<0.3

5

压力继电器

--

--

15

--

HED1kA/10

6

单向阀

25

63

21

<0.2

AF3-Ea10B

7

液控顺序阀

22

63

21

<0.3

XF3-E10B

9

溢流阀

5.1

63

21

--

YF3-E10B

10

三位五通电液阀

50

80

21

<0.5

35DYF3Y-E10B

11

单向阀

22

63

21

<0.2

AF3-Ea10B

12

叶片泵

--

23

21

--

PV2R12-6/26

Vp=（6+26）mL/r

参考文献

[1]宋志安等.机械结构有限元分析——ANSYS与ANSYSWorkbench工程应用[M],北京：

国防工业出版社，2010.6.

[2]宋志安徐瑞银等.机械工程控制基础——MATLAB工程应用[M],

北京：

国防工业出版社.

[3]王积伟张宏甲等.液压传动，机械工业出版社.

[4]程居山,曹连民.液压支架双伸缩煤机缸的结构型式和性能分析[J],煤矿机械，2001.11，34-37.

[5]宋志安，李新平.12MN外加载液压支架整架试验技术[J]，矿业工程研究，2010.6，Vol25

（2）,56-59.

[6]程居山，宋志安等.矿山机械液压传动[M]，北京：

中国矿业大学出版社，2007.

[7]宋志安等.MATLAB/Simulink与机电控制系统仿真[M]（第2版）,

北京：

国防工业出版社，2011.6.

[8]《中国煤炭工业百科全书》编辑部.中国煤炭工业百科全书（机电卷）[M].北京:

煤炭工业出版社,1997.

[9]成大先.机械设计手册—液压控制[M].化学工业出版社，2004.

[10]王国法.高效综合机械化采煤成套装备技术[M].徐州:

中国矿业大学出版社,2008.

[11]王虹,李炳文.综合机械化掘进成套设备[M].徐州:

中国矿业大学出版社,2008.

[12]王启广等.采掘机械与支护设备[M].徐州:

中国矿业大学出版社,2006.

[13]王启广,黄嘉兴.液压传动与采掘机械[M].徐州:

中国矿业大学出版社,2005.

[14]谢锡纯,李晓豁.矿山机械与设备[M].第二版.徐州:

中国矿业大学出版社,2007.

[15]许福玲,陈尧明.液压与气压传动[M].北京:

机械工业出版社,2007.

[16]赵济荣.液压传动与采掘机械[M].徐州:

中国矿业大学出版社,2008.