中间罐车防溢板升降液压系统设计

学生课程设计（论文）题 目： 液压防溢板的设计 学生姓名： 学 号： 所在院(系)： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其制造化 班 级： 指 导 教 师： 职称： 2011年6月20日教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目2中间罐车防溢板升降液压系统设计1、课程设计的目的液压与气压传动课程设计是机制专业学生在学完液压与气压传动课程之后进行的一个重要的实践性综合练习。学生通过设计能进一步熟悉液压与气压传动的基本概念、熟悉液压元件的结构和原理以及选择、掌握液压基本回路的应用、熟悉液压系统图的绘制。能够综合运用本课程及流体力学、工程制图等相关课程的知识设计一般工程设备液压系统。同时，学生得到以下几方面的训练：1)、培养正确使用技术文件和资料的能力；2)、掌握系统方案设计的一般方法；3)、正确表达设计思想的方法和能力（绘图）。2、课程设计的内容和要求1)、查阅文献，了解并熟悉设计工况；确定执行元件主要参数；拟定系统原理图；计算选择液压元件；验算系统性能；绘制工作图，编制技术文件；撰写课程设计说明书。2) 防溢板的作用是保护中间罐车在行走过程中以免钢水的溢出，在中间罐车到达终点时，又要将防溢板提起，以便将钢水倒出。该系统通常采用双油缸工作，工况如下：防溢板下降 盖紧中间罐车 保压 防溢板升起3)、设计原始数据见下表设计题目号12345678910防溢板下降速度mm/s30405060708090304050防溢板的自重/T10111213141516171415防溢板升降行程/mm740最大压紧力/KN1001101201301401501601301401504)要求： 每人一题，每人必须提交：系统图1张、课程设计说明书一份。3、主要参考文献1上海市职业技术教育课程改革与教材建设委员会组编.液气压传动.北京：机械工业出版社.2001.9 2章宏甲.液压与气压传动.第2版.北京：机械工业出版社.2001.93许福玲.液压与气压传动.武汉：华中科技大学出版社.20014 中央电大编写小组. 液压传动辅导教材. 中央电大出版社5张世伟.液压传动系统的计算与结构设计. 宁夏人民出版社.19876成大先.机械设计手册(液压传动单行本).第5版.北京：化学工业出版社.2010.14、课程设计工作进度计划(1) 查阅文献，了解并熟悉设计工况；（0.5天）(2) 确定执行元件主要参数、拟定系统原理图、计算选择液压元件；（1.5天）(3) 验算系统性能、绘制系统图；（1.5天 ，尺规绘图 ）(4)设计油箱、集成块并绘制油箱、集成块工程图（3天，尺规绘图）(5) 撰写课程设计说明书。（0.5天）指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日摘要 现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。因此，液压传动课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。为了学好这样一门重要课程，除了在教学中系统讲授以外，还应设置课程设计教学环节，使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能和方法。液压传动课程设计的目的主要有以下几点： 1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实际只是，进行液压传动设计实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。 2、在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。 3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。关键字 防溢板，液压传动，液压设计目 录摘要5ABSTRACT61 绪论91.1题目拟定9 1.1.1 工况参数9 1.1.2 设计要求91.2明确系统要求92 设计要求及工况分析102.1分析系统工况102.2负载与运动分析102.3确定液压缸主要参数，编制工况图112.4液压泵的选择132.5电动机的选择132.6确定油管132.7确定油箱143 油箱的设计153.1油箱的长宽高确定153.2各种油管的尺寸163.3吸油管和过滤器之间管接头的选择163.4过滤器的选取163.5堵塞的选取173.6空气过滤器的选取173.7液位/温度计的选取173.8 油箱内隔板及除气网的设置184 确定系统原理图194.1 快速和慢速换接回路194.2 换向回路和快速回路194.3 卸荷回路204.4 保压回路204.5 防溢板液压系统原理图215 验算液压系统性能235.1验算系统压力损失23 5.1.1快进时23 5.1.2工进时23 5.1.3快退时235.2验算系统发热与温升24 5.2.1工况持续时间24 5.2.2验证温升24参考文献261 绪论1.1题目拟定1.1.1工况参数防溢板的的作用是保护中间罐车在行走过程中以免钢水的溢出，在中间罐车到达终点时，又要将防溢板提起，以便将钢水倒出。该系统通常采用双油缸工作，工况如下：防溢板下降盖紧中间罐车保压防溢板升起。防溢板下降速度：，防溢板的自重：，防溢板升降行程：总行程，快速行程700,慢速行程；压紧力：。启动制动时间。1.1.2设计要求：1、升降速度可调，保压过程中油泵卸荷。2、设计计算液压系统。3、画出原理图；选择液压元件。4、画出集成块图。1.2明确系统设计要求1、主机的用途、主要结构、总体布局；主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸以及质量上的限制。2、主机的工艺流程或工作循环；液压执行元件的运动方式（移动、转动或摆动）及其工作范围。3、主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求，各动作的同步要求及同步精度。4、液压吃性元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。5、对液压系统工作性能（如工作平稳性、转换精度等）、工作效率、自动化程度等方面的要求。6、液压系统的工作环境和工作条件，如周围介质、环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等。7、其他方面要求，如液压装置在外观、色彩、经济性等方面的规定或限制。2 设计要求及工况分析2.1分析系统工况对液压系统进行工况分析，就是要查明它的每个执行元件在各自工作过程中的运动速度和负载的变化规律，这是满足主机规定的动作要求和承载能力所必须具备的。液压系统承受的负载可由主机的规格规定，可由样机通过实验测定，也可以由理论分析确定。当用理论分析确定系统的实际负载时，必须仔细考虑它所有的组成项目，例如：工作负载（切削力、挤压力、弹性塑性变形抗力、重力等）、惯性负载和阻力负载（摩擦力、背压力）等，并把他们绘制成图。2.2负载与运动分析要求设计的防溢板实现的工作循环是：快进工进快退停止。主要性能参数与性能要求如下：最大压紧力；防溢板的自重；下降速度，工进速度，快退速度，防溢板快降行程：，防溢板慢降行程，防溢板上升行程：；启动制动时间，液压系统执行元件选为液压缸。由于两个液压缸在各个时刻所受负载相同,所以只要分析其中一个即可.单缸所受负载的变化可分为以下几个阶段:（1）在下降刚开始启动时，液压缸要受到防溢板惯性力的作用，此力为。（2）当下降达到恒速状态时，防溢板完全靠自重下降，此时液压缸所受负载为。（3）在慢降阶段,因为油液压力逐渐升高，约达到最大压紧力的左右，故此时。（4）在保压阶段，因为系统要求最大压紧力为150KN,所以每个液压缸所受负载为75KN。（5）在上升的启动阶段,液压缸除了受到防溢板自身的重力外,同样要受到惯性力的作用,此时惯性力为。（6）匀速上升阶段, 。（7）在上升的制动阶段,同样要考虑惯性力的作用,此时，推出。根据技术要求和已知参数对液压缸各工况外负载进行计算，结果如下：表2.2.1 负载情况和工况表工况计算公式外负载（N）快降启动加速快降匀速慢降（工进）保压快速回退启动快速回退匀速快速回退制动根据已知参数，各工况持续时间近似计算结果如下：表2.2.2 工况持续时间表工况计算式时间快降5（）慢降0.8（）上升7.2（）由以上数据，并在负载和速度过渡段作粗略的线性处理后，可得到负载循环图和速度循环图：图2.2.1 负载循环图和速度循环图2.3确定液压缸主要参数，编制工况图根据液压传动系统及设计可选液压缸的设计压力，将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到缸下行时，滑块自重蚕蛹液压方式平衡，则可计算出液压缸无杆腔的有效面积，取液压缸的机械效率。液压缸内径：按，取标准值。又由，可推出，即为标准值。由此计算两腔面积：因此，液压缸在各阶段的压力和流量计算如下：表2.3.1 液压缸各阶段的压力和流量表工作阶段计算式负载工作腔压力输入流量快降启动快降匀速慢降保压上升启动匀速上升制动循环中各阶段的功率计算如下：表2.3.2 循环中各阶段的功率工作阶段计算式功率快速下行阶段匀速下行阶段慢降阶段保压阶段上升起动阶段匀速上升阶段制动阶段2.4液压泵的选择由液压缸的工况图，可以得出液压缸的最高工作压力在保压时出现，考虑泵至缸的进油路压力损失，估取为，则最高工作压力实际为。液压泵的最大供油量按液压缸的最大输入流量进行估算，取泄漏系数，则单缸的流量为根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取外啮合双联齿轮泵，其额定压力，最高压力，排量，额定转速。最高转速。 2.5电动机的选择由以上第四点计算结果所选泵的参数情况，及系统各个阶段功率计算的结果可知，系统的最大功率出现在防溢板上升阶段，此时液压泵的最大理论功率为：取泵的总效率为，则液压泵的实际功率即所需电机功率为根据此数值按，查阅电动机产品样本选取型电动机，其额定功率为，转速为，额定转矩为。按所选电动机转速和液压泵的排量，取液压泵的容积效率，则液压泵的最大理论流量为：，故大于计算所需流量，满足使用要求。2.6确定油管各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出油量已与原定数值不同，所以要重新计算如下表所示。表中数值说明，液压缸快进、快退速度与设计要求相近。这表明所选液压泵的型号、规格是适宜的。表2.6.1 流量速度表快进工进快退输入流量排出流量运动速度根据上表中数值，当油液在压力管中流速取时，按课本中式（7-9）算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：这两根油管都按选用外径内径的无缝钢管。2.7确定油箱油箱的容量按式估算，其中为经验系数，低压系统；中压系统；高压系统。现取，得按规定，取标准值。3 油箱的设计3.1 油箱的长宽高确定油箱的体积为：因为油箱的长、宽、高的比例范围是，此处选择比例是。由此可算出油箱的长、宽、高大约分别是、。并选择开式油箱中的分离式油箱设计。其优点是维修调试方便，减少了液压油的温升和液压泵的振动对机械工作性能的影响；其缺点是占地面积较大。由于系统比较简单，回路较短，各种元件较少，所以预估回路中各种元件和管道所占的油液体积为。因为推杆总行程为，选取缸的内腔长度为。忽略推杆所占的体积，则液压缸的体积为当液压缸中油液注满时，此时油箱中的液体体积达到最小为：则油箱中油液的高度为：由此可以得出油液体下降高度很小，因此选取隔板的高度为,并选用两块隔板。此分离式油箱采用普通钢板焊接而成，参照书上取钢板的厚度为：。 按箱底厚度应大于箱壁的原则：箱底厚度为：按箱盖厚度应为34倍箱壁的原则：箱盖厚度为：为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地的距离为。故可知，油箱的总长总宽总高为：长：，宽：，高：邮箱外形图大致如下：图2.7.1 邮箱外形图3.2 各种油管的尺寸回油管直径取上边用到油管的最大管好，内径为：,外径为：。泄油管的尺寸取为和回油管尺寸一样。吸油管尺寸的确定：取吸油管中油液的流速为1m/s。则依书上公式79得： 查资料1表42.7133得，将其取公称直径圆整取,故有外径为。3.3 吸油管和过滤器之间管接头的选择在此选用卡套式软管接头查机械设计手册4表23.966得其连接尺寸如下表：表2.7.1 卡套组合直角管接头公称压力管子内径卡套式管接头公称尺寸极限偏差3.4 过滤器的选取取过滤器的流量至少是泵流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的倍。故有 ： 查中国机械设计大典表42.77得，先取通用型WU系列网式吸油中过滤器：表2.7.2 通用型WU系列网式吸油中过滤器参数型号通径mm公称流量过滤精度尺寸M（d）HD_3.5 堵塞的选取 考虑到钢板厚度只有，加工螺纹孔不能太大，查中国机械设计大典表42.7178选取外六角螺塞作为堵塞，详细尺寸见下表：- - 16 - -表2.7.3 外六角螺塞基本尺寸极限偏差重量3.6空气过滤器的选取按照空气过滤器的流量至少为液压泵额定流量2倍的原则，即： 选用系列液压空气过滤器，参照机械设计手册表23.8-95得，将其主要参数列于下表：表7.6参数型号过滤注油口径注油流量空气流量油过滤面积四只螺钉均布空气进滤精度油过滤精度注：油过滤精度可以根据用户的要求是可调的。3.7 液位/温度计的选取- - 26 - -选取系列液位液温计，参照机械设计手册表23.8-98选取 型。考虑到钢板的刚度，将其按在偏左边的地。3.8 油箱内隔板及除气网的设置为了延长油液在油箱中的逗留时间，促进油液在油箱中的环流，促使更多的油液参与系统中的循环，以更好地发挥油箱的散热、除气、沉积的作用，在油箱中的上下板上设置隔板，其隔板的高度为油箱内油液高度的2/3以上。隔板高度取为箱内油面高度的，故可知隔板的高度为：隔板的厚度仍然取。并在下隔板的下部开缺口，以便吸油侧的沉积物经此缺口至回油侧，经放油孔排出。在油箱中为了使油液中的气泡浮出液面，并在油箱内设置除气网，其网眼的直径可用网眼直径为的金属网制成，并倾斜布置。在油箱内回油管与吸油管分布在回油测和吸油测，管端加工成朝向箱壁的 斜口，以便于油液沿箱壁环流。油管管口应在油液液面以下，其入口应高于底面倍管径，但不应小于，以避免空气或沉积物的吸入或混入。对泄油管由于其中通过的流量一般较小，为防止泄油阻力，不应插入到液面以下。另外在油箱的表面的通孔处，要妥善密封，所以在接口上焊上高出箱顶的凸台，以免维修时箱顶的污物落入油箱。4 确定系统原理图系统设计要求：1、升降速度可调，保压过程中油泵卸荷。2、设计计算液压系统。3、任意位置可停。4、要求两缸同步，但精度要求不高。根据系统设计要求，再结合速度循环图和负载循环图，首先选择调速回路。由于工况要求为：防溢板下降盖紧中间罐车保压防溢板升起，由于当防溢板快速下降即将盖紧中间罐车的时候要求速度有所减小，即实现一次工进，所以应该设置快速和慢速换接回路，此回路受压力继电器的控制。4.1 快速和慢速换接回路如下所示：图3.1 快速和慢速换接回路快速回路和换向回路的选择，系统中采用快、慢速换接回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸，以实现快速运动。当防溢板由保呀转为快退时，回路中通过的流量很大，为了保证换向平稳期间，可采用电液换向阀式换接回路。4.2 换向回路和快速回路换向回路和快速回路如下：图3.2 换向回路和快速回路4.3 卸荷回路再由于系统保压过程中要求油泵卸荷，故设置卸荷回路如下：图3.3 卸荷回路同时在保压过程中，通过设置在进油路上的液控单向阀和电接点压力表当换向回路中的换向阀位于中位时，液控单向阀对系统实行保压，从而达到系统设计要求。4.4 保压回路保压回路如下：图3.4保压回路4.5 防溢板液压系统原理图把上面选出的各种回路组合画在一起，就可以得到如下图所示的防溢板液压系统原理图： 图3.5 防溢板液压系统原理图表6：系统动作循环表动作名称信号来源电磁铁工作状态液压元件工作状态1YA2YA3YA4YA换向阀7换向阀5换向阀10快进启动按钮+-+-左位左位右位工进压力继电器发出信号+-右位保压电接点压力表发出信号，液控单向阀保压-+中位右位左位快退停止按钮-+-右位左位右位根据所选择的液压泵规格及系统工作情况、系统原理图、系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件、辅件元件以及其他液压元件，由于两条支路上的液压元件完全相同，所以现只选一条支路即可，一并列入下表中：表7：元件的类型及规格序号元件名称型号规格额定压力额定流量说明1电接点压力表可测压力点数：2压力继电器公称通径，灵敏度。3溢流阀调压范围公称通径4液控单向阀公称通径5二位二通换向阀公称通径6调速阀公称通径。最高压力7三位四通换向阀公称通径8单向阀公称通径9溢流阀调压范围公称通径10换向阀公称通径11齿轮泵12电动机额定功 率为，转速为5 验算液压系统性能5.1 验算系统压力损失由于系统管路布置尚未确定，整个系统的压力损失无法全面估算，估算阀类元件的压力损失、待设计好管路布局后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。5.1.1 快进时在防溢板快进时，进油路上油液通过换向阀7的流量是，换向阀5的流量是，通过液控单向阀4的流量是，并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为此值不大，不会使安全阀开启，故能保证泵的流量全部进入液压缸。回油路上液压缸双缸有杆腔中的油液通过电磁换向阀7的流量都是，经过换向阀7直接回油箱此时有杆腔和无杆腔的压力差为： 因为是1条路的压力差，所以需要乘以2，则此值小于估计值，所以是安全的。5.2.2 工进时工进时，油液在回油路上通过换向阀7的流量是。因此在液压缸回油腔的压力为：考虑到压力继电器动作需要压差，故实际回油腔压力为：，同样的两条支路总共的回油腔压力为此值小于原估计值，所以是安全的。5.2.3 快退时快退时，油液在进油路上电磁换向阀7的流量为。油液在回油路上通过液控单向阀4、电磁换向阀5和电磁换向阀7的流量都是。因此进油路上的总压降为此值较小，所以所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为此值与估计值相近，故不必重算。所以，快退时液压泵的最大工作压力应为：由此可得所选液压泵的额定工作压力满足最大工作压力，即安全。5.2 验算系统发热与温升5.2.1 工况持续时间：表4.2.1 工况持续时间表工况计算式时间快降5（）慢降0.8（）上升7.2（）由上述工况时间表可知，本液压系统在整个工作循环持续时间中，快速回退（即：上升）动作所占时间最多，所以系统效率、发热和温升可用快速回退时的数值来粗略计算。5.2.2验证温升快速回退阶段的回路效率为：取泵的总效率，现取液压缸的总效率为，则可计算本液压系统的效率为：可见快速回退时液压系统的效率比较低，这主要是由于溢流损失造成的。快速回退工况液压泵的输入功率为：由系统的发热量计算式：，可得快速退回阶段的发热功率：取散热系数，算得系统温升为：油温在允许范围内，油箱散热面积符合要求，不必设置冷却器。参 考 文 献1、液压传动教材 机械工业出版社2、液压站设计与使用 海军出版社3、机械零件设计手册（液压传动） 化学工业出版社4、新编液压件使用与维修技术大全 中国建材工业出版社5、液压传动系统及设计 化学工业出版社6、液压工程手册 机械工业出版社