液压元件课程设计铸型

学 号： 0120818380618课 程 设 计题 目铸型辅送机液压传动系统学 院物流工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级机设0806班姓 名王 健指导教师李受人2011年11月28日本科生课程设计成绩评定表姓 名王 健性 别男专业、班级 机设0806班课程设计题目：铸型输送机液压传动系统课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：评 定 项 目评分成绩1图纸(20分)2平时表现（30分）3设计说明书（30分） 4答辩（20分）总分备注：成绩等级：优（90分100分）、良（80分89分）、中（70分79分）、及格（60分69分）、60分以下为不及格。最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日课程设计任务书学生姓名： 王 健 专业班级： 机设0806 指导教师： 李受人 工作单位： 武汉理工大学 题 目: 铸型输送机液压传动系统 初始条件：设计铸型输送小车步移和定位液压系统，已知小车步移所需牵引力为40kN，要求循环周期12s。工作时，当插销油缸上升插入车体后，定位油缸才拔销，然后两个刚性连接的步移油缸同步地通过两个插销缸，将小车向前移动一个小车距离，随之定位缸插入小车定位。接着拔销缸拔销，最后步移缸返回原位，等待下一个周期的步移动作。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1. 进行工况分析和确定液压系统的主要参数2. 制定基本方案和绘制液压系统图3. 液压元件的选择和专业件的设计4. 液压系统性能验算5. 设计小结6. 参考文献（不少于5篇）时间安排：11月19日11月21日: 布置任务,阅读指导书,查阅相关资料;11月22日11月28日: 分析并确定液压系统,绘制液压系统原理图,计算并选择液压元件，撰写课程设计说明书；11月29日11月30日: 课程设计答辩指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录 1.设计要求及参数11.1设计要求 11.2设计参数 12.执行元件载荷力计算 22.1动力与运动分析 22.2负载和速度计算 32.3负载图和速度图 33.液压系统主要参数计算 33.1初选系统工作压力 33.2液压缸的结构尺寸 43.3液压执行元件实际工作压力 53.4液压执行元件实际所需流量 54.制定系统方案和拟定液压系统图 64.1制定系统方案 64.2拟定液压系统图 75.液压元件的选择 95.1液压泵的选择 95.2电动机的确定 105.3液压阀的选择 105.3油箱容积的确定 115.4油管内径计算 116.液压系统性能验算 116.1验算回路中压力损失 116.2液压系统发热温升计算 137.小结体会 148.参考资料 14液压元件与系统课程设计1.设计要求及参数1.1设计要求设计铸型输送小车步移和定位液压系统，已知小车步移所需牵引力为40kN，要求循环周期12s。步移式铸型辅送机功用是，有节奏地把输送小车向前移动一个小车距离，并能实现精确定位。该机由铸型输送小车及其传动装置组成（见下图）。每一个小车的车体中心都有一个定位孔，车体左右有两个滚轮2分别支撑在两滚道1上，前后各一导论9夹于两滚道之间。每两个小车的台面3以回转铰轴5相连接，车台面上放着铸型沙箱4。由于每个车体和车台面连接之间的距离彼此对应相等，因此每个小车之间的节距相等，均为1m。 1- 滚道；2-滚轮；3-小车台面；4-铸型；5-回转铰轴；6-步移缸；7-车体；8-插销缸；9-导轮；10-定位缸。图1 铸型输送机传动示意1.2设计参数已知该铸型辅送机的主要技术参数如下表所示。表1 铸型辅送机参数液压缸名称负载力（）行程(mm) 运动时间 (S)步移液压缸40000100前移后退44插销液压缸56插销拔销1.30.9定位液压缸56插销拔销0.90.92.执行元件载荷力计算2.1动力与运动分析根据输送小车的动作和工况特点，所设计的液压系统拟采用三种液压缸的执行器配置方案，见表2. 表2 铸型输送机的执行器配置方案执行器功能结构形式和特点序号名称数量1步移液压缸2驱动小车移动为了增大步移缸的推力而不致使缸的尺寸过大，步移缸采用两个双杆活塞缸并联而成，两个步移缸的活塞固定，两个缸体刚性连为一体，并做往复运动。2插销液压缸2连接步移缸和小车，带动小车前移设在两步移缸刚性连接前后部位，用以连接步移缸和小车，带动小车前移，为了改善活塞杆的受力情况，插销缸采用双杆活塞缸。3定位液压缸1小车定位保证输送带与各主机、辅机间正确的相对位置关系，采用双杆活塞缸。工作时，当插销油缸上升插入车体后，定位油缸才拔销，然后两个刚性连接的步移油缸同步地通过两个插销缸，将小车向前移动一个小车距离，随之定位缸插入小车定位。接着拔销缸拔销，最后步移缸返回原位，等待下一个周期的步移动作。三种液压缸的动作顺序为：插销缸活塞上升（插销）定位缸下降（拔销）步移缸前移定位缸上升定位（插销）插销缸下降（拔销）步移缸后退返回。这些动作严格按顺序进行，即只有上一个动作完成后，下一个动作才开始，动作间互不重叠。步移缸前进和返回行程均与小车节距相等，L1=100mm，定位缸单向行程L2及插销缸的单向行程L3相等，即L2=L3=56mm。为了满足循环周期12s的要求，循环周期按下列情况细分：步移缸前进后退哥4s，插销缸插销和拔销分别为1.3s和0.9s（可调）；定位缸拔销的插销各0.9s。辅助时间合计4s。2.2负载和速度计算对于步移缸的外负载m，忽略摩擦负载和惯性负载，只考虑工作负载，即牵引力Fe=40kN。各液压缸运动速度的计算及结果见表3.表3 液压缸运动速度计算执行器计算式速度（ms-1）说明步移液压缸v1=L1/t1=1/40.25步移缸的往返速度相等，定位缸的往返速度相等。插销液压缸插销v1=L2/t2=5.610-2/1.34.310-2拔销v1=L3/t3=5.610-2/0.96.210-2定位液压缸v1=L4/t4=5.610-2/0.96.210-22.3负载图和速度图由于定位缸和插销缸对负载要求不高，这里只绘制步移缸的负载图（图2）和速度图（图3）。vm/s0.252.26.2t/s40F/kN812t/s2.26.2812 图2 负载F-t图 图3 速度v-t图 3.液压系统主要参数计算 3.1初选系统工作压力对于步移缸，根据表4、表5，预选缸的设计压力p1=5MPa。表4 按负载选择工作压力 负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表5 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.823528810101820323.2液压缸的结构尺寸根据受力情况取活塞杆的外径d=100mm=0.1m（标准值）。忽略各种损失，则由力平衡方程 可求出步移缸的内径为按GB/T 2348-1993（表6），取标准值D=125mm=0.125m。 对于插销缸和定位缸，液压力不要很大，但对刚性要求较高，经受力分析及考虑到液压缸的刚性及美观，将其活塞杆直径取为d2=80mm=0.08m，缸内径取为D2=100mm=0.1m（均为标准值）。表6 液压缸缸筒内径尺寸系列（摘自GB/T2348-93） 单位：mm81012 1620253240506380(90)100 (110)125(140)160(180)200(220)250(280)320 (360)400(450)500注：圆括号内尺寸为非优先选用者。表7 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自GB/T2348-93） 单位：mm4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203603.3液压执行元件实际工作压力据此，可算出步移缸的有效作用面积A和实际工作压力p1为：插销缸和定位缸的有效作用面积A2为： 3.4液压执行元件实际所需流量由上述各缸的几何参数及速度，对各液压缸所需流量进行计算，其结果如下：步移液压缸：插销液压缸：插销 拔销 定位液压缸：说明：步移缸往返流量相等，定位缸往返流量相等。由计算做出流量循环图，见图4，由图可知，步移缸所需流量最大。t/s12420 图4 流量循环图4.制定系统方案和拟定液压系统图4.1制定系统方案铸型输送机液压系统共三种执行器，工作性质不同，且有严格的动作顺序，为此，总体上将作为工作执行器的步移液压缸、作为辅助执行器的定位液压缸和插销液压缸各划分为一个支路并且相互并联，而定位液压缸与两插销液压缸又相互并联，两插销液压缸相互并联。步移液压缸由于其往返速度相等，且不需要调速，但为了满足往返运动到端点避免冲击，达到准确定位的要求，采用双向减速回路，即在进油路上装设两个单向行程减压阀，当步移缸运行至接近终点时压下行程减压阀的阀芯而减速。考虑到定位液压缸的插销和拔销速度相同，且不需要调速；而两插销液压缸插销和拔销时间要求可以调节，为此在各插销缸之路上采用回油节流调速回路，在实现调速功能的同时并由此保证两缸同步。由于已选用减速和节流调速回路，故系统必然为开式循环方式。其次选择油源形式：由流量循环可知，系统中三个液压缸所需流量以步移缸最大，但考虑到各缸运行时间短，故选用单向定量泵供油，当然，泵的流量需按步移缸的要求确定。选择换向回路：考虑系统流量较大，为保证换向平稳，故对步移缸单独使用一个三位四通电液换向阀换向；而并联的定位缸和两插销缸则共用另外一个三位四通电液换向阀换向；并采用活动挡块压下电气行程开关控制换向阀电磁铁的通断电实现自动换向。电液换向阀则采用辅助泵供油的控制方案。步移缸与辅助缸的动作顺序控制，采用活动挡块压下电气行程开关控制换向阀的电磁铁通断电的行程控制方式；而并联的定位缸和两插销缸之间的顺序控制则采用单向顺序阀的压力控制方式。实现自动换向。选定压力回路，在主液压泵并联一溢流阀，实现系统调压溢流；在主液压泵出口并联一个远程卸荷阀（由辅助泵供油并采用一个二位四通电磁换向阀切换控制），用于使步移缸返回后，等待下一个周期开始的时间继电器发令前，液压泵卸荷，以实现节能。在辅助泵出口并联一个溢流阀，以限定其最高供油压力。4.2拟定液压系统图在主回路初步选定的基础上，再增加一些辅助回路即可组成一个完整的液压回路，如图所示，在两液压泵出口分别设一个压力表及其开关20和21，以便观察泵的压力等；在泵的进口分别设置过滤器22和23，以保证油液清洁。液压回路如下：1主液压泵；2辅液压泵；3单向阀；4，5溢流阀；6卸荷阀；7二位四通电磁换向阀； 8，9三位四通电液换向阀；10，11单向行程减速阀；12，13单向顺序阀；14，15单向节流阀；16，17插销缸；18定位缸；19步移缸；20，21压力表及其开关；22，23过滤器图5 铸型输送机液压系统原理系统的动作顺序见表8，系统的工作原理简述如下：当按下启动按钮后，辅助泵2启动，同时电磁铁5YA通电使二位四通电磁换向阀切换至下位，主液压泵1空载（卸荷）启动，周期时间继电器到时后发信，使电磁铁5YA断电，卸荷阀6关闭，液压系统按下列顺序开始运行。表8 电磁铁动作顺序表序号信号来源动作名称电磁铁状态1YA2YA3YA4YA5YA1按下启动按钮液压泵1、2启动+2周期时间继电器插销缸插销（定位缸拔销）+3压下行程开关3SQ步移缸前移+4压下行程开关4SQ定位缸定位（插销缸拔销）+5压下行程开关1SQ2SQ步移缸返回+6压下行程开关5SQ液压泵卸荷+1）插销缸插销-定位缸拔销 周期时间继电器发信，使电磁铁3YA通电，换向阀9切换至右位，此时的油液流动线如下：进油路：主泵1的压力油单向阀3换向阀9（右位）插销缸16和17的下腔，使两插销缸的活塞杆伸出（插销），当活塞上升至上止点时，油压升高，压力油打开顺序阀13进入定位缸18的上腔，使定位活塞杆下降（拔销）。回油路：两插销缸16、17上腔单向节流阀14、15单向顺序阀12中的单向阀与定位缸下腔回油一起换向阀9（右位）油箱。2）步移缸前进 定位缸拔销后，压下行程开关3SQ，使电磁铁1YA通电，换向阀8切换至左位，3YA断电，换向阀9复至中位。此时的油液流动路线如下：进油路：主泵1的压力油单向阀3换向阀8（左位）单向行程减速阀10步移缸19左腔，使步移缸缸筒向前移动，当步移缸快至终点时，缸体压下单向行程减速阀10，进行节流减速，缸缓慢停止。回油路：步移缸19右腔单向行程减速阀11换向阀8（左位）油箱。3）定位缸插销-插销缸拔销 步移缸前移到左端时压下行程开关4SQ，使电磁铁1YA断电（换向阀8复至中位），同时使4YA通电（换向阀9切换至左位），此时的油液流动路线如下：进油路：主泵1的压力油单向阀3换向阀9（左位）定位缸18的下腔，使定位缸活塞杆上升（插销）。当活塞杆上升至死点时，系统压力升高，打开单向顺序阀12，压力油单向节流阀14、15中的单向阀插销缸上腔，使插销缸活塞返回（拔销）。回油路：定位缸上腔单向顺序阀13的单向阀后和插销缸下腔的回油一起换向阀9（左位）油箱。4）步移缸返回 两插销缸活塞返回至终点时，挡铁压下行程开关1SQ及2SQ，使电磁铁2YA通电（换向阀8切换至右位），4YA断电（换向阀9复至中位）。此时的油液流动路线如下：进油路：主泵1的压力油单向阀3换向阀8（右位）单向行程减速阀11步移缸19右腔，使步移缸缸筒向后退回，当步移缸快行至右端终点时，缸体压下单向行程减速阀11，进行节流减速，缸缓慢停止。回油路：步移缸19左腔单向行程减速阀10的单向阀换向阀8（右位）油箱。5）卸荷 当步移缸返回原位压下行程开关5SQ时，使电磁铁2YA断电（换向阀8复至中位）、5YA通电（换向阀7切换至下位），辅助泵2的压力油打开卸荷阀6，主泵1经阀6卸荷。输送小车停止不动，直至周期时间继电器发信，才重复上述工作循环。5.液压元件的选择5.1液压泵的选择主液压泵：首先确定液压泵的最高工作压力：前面已经算出步移缸的工作压力p1 =4.53MPa，考虑到本系统油路较为简单，故取液压泵至液压缸间的进油路压力损失为p=0.5MPa，所以主液压泵的最高工作压力pp为pp =4.53+0.5=5.03MPa然后确定液压泵的流量：液压泵的最大供油量qp 按液压缸的最大输入流量（22.07810-4 m3/s）进行计算。取泄漏系数K=1.15，则： 最后确定液压泵的规格：根据以上计算查阅机械设计手册液压传动，选用规格比实际计算大些的YB-C171B型叶片泵，其额定压力7MPa，理论排量176.9mL/r，额定转速为1000r/min，额定工况下保证输出流量为157.6L/min。5.2电动机的确定取叶片泵的总效率p=0.80，则所需电动机功率为选用电机型号，参照Y系列电动机主要技术参数表，选用规格相近的Y200L1-6型封闭式三相异步电动机，其额定功率为18.5kW，转速为970r/min。5.3液压阀的选择系统工作压力为5.03MPa，油泵额定最高压力为7MPa，所以可以选取额定压力大于或等于7MP a的各种元件，其流量按大于实际执行元件所需分别选取。表9 液压元件明细表序号元件名称额定压力/MP额定流量/Lmin-1型号、规格说明1主液压泵7157.6YB-C171Bn=1000r/min，P=18.5kW2辅助液压泵711.9YB-A14Bn=1000r/min，P=2.1kW3单向阀16160AF3-Ea20B通径为20mm，最低0.6MPa4先导式溢流阀调压范围0.85-7170CG-03-B通径为10mm5先导式溢流阀调压范围0.5-6.363YF3-10B通径为10mm6卸荷阀（远控顺序阀）3-7150X3F-B32F通径为32mm7二位四通电磁换向阀162524DF3-E6B通径为6mm8、9三位四通电液换向阀6.318034DYF3-16B通径为16mm，最低0.6MPa10、11单向行程减速阀21200ZCG-10通径为10mm12、13单向顺序阀1.7-7284RC-G-10-D通径为1in14、15单向节流阀16100ALF3-E10B通径为10mm20、21压力表及其开关6.3AF6P30/Y63通径为6mm22过滤器0.02损失160XU-16080J通径为40mm23过滤器0.02损失16XU-1680J通径为12mm5.3油箱容积的确定液压系统的油箱有效容积一般根据经验，对于中压系统取液压泵额定流量的57倍，本设计取5倍，故油箱有效容积为：根据液压泵站油箱公称系列（JB/T 7938-1999），选取油箱容积为800L。5.4油管内径计算本系统取几条主要管路，按式：计算，有关参数及计算结果列于表10，其它管道及连接件由液压元件的尺寸确定。 表10 主要管路内径管路名称通过流速/(L/s)允许流速/(m/s)管路内径/m实际取值/m主泵吸油管2.630.850.0630.065辅泵吸油管0.2010.0160.020主泵排油管2.634.50.0270.032辅泵排油管0.204.50.0080.010步移缸进油管2.214.50.0250.0326.液压系统性能验算6.1验算回路中压力损失该系统步移液压缸是主要受力执行元件，管路损失较大，故主要验算有主泵到步移缸这段管路的损失。（1）沿程压力损失 沿程压力损失，主要是步移缸进油管路的压力损失。此管路长5m，管内径0.032m，通过流量2.21L/s，选用20号机械系统损耗油，正常运转后油的运转粘度=27mm2/s，油的密度=918kg/m3。油在管路中的实际流速为油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为： 按式 求得沿程压力损失为：（2）局部压力损失 局部压力损失包括通过管路中的折管和管接头等处的管路局部损失，以及通过控制阀的局部损失。其中管路局部损失相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部损失。参看液压系统原理图，从主泵到步移缸要经过单向阀3，额定流量160/Lmin-1，额定压力损失0.2Mpa；换向阀8，额定流量180/Lmin-1，额定压力损失0.3MPa；单向行程减速阀10，额定流量200/Lmin-1，额定压力损失0.2MPa。 有以上计算结果，得到主泵到步移缸的总压力损失：=（0.023+0.55）MPa =0.573 MPa主泵出口压力： Pp =（4.53+0.573）Mpa =5.103 MPa 由计算结果，主泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的压力裕度，所选泵是合适的。根据各工况需要，确定系统最高工作压力5.1MPa，也就是溢流阀4的调定压力。6.2液压系统发热温升计算1）计算发热功率 液压系统的功率损失全部转化为热量。计算该系统的发热功率为：是整个工作循环中主泵的平均输入功率。由于步移缸的返回、插销缸和定位缸的负载力都不大，压力按0.75Mpa计算。 是系统的输出有效功率。总的发热功率为：2）计算散热功率 前面初步求得油箱的有效容积为0.8m，按V=0.8abh求得油箱各边之积：取a，b，h各为1m。求得油箱散热面积为：=1.8h(a+b)+1.5ab=1.81(1+1)+1.511 m=5.1 m油箱的散热功率为： 式中 油箱散热系数，查表，取16W/()； 油温与环境温度之差，取=35。 所以 =165.135 W=2.9kW3.8kW由此可见，油箱的散热不能满足系统的散热，需要另设冷却器。3）冷却器面积的计算式中 K传热系数，用管式冷却器是，取K=116W/()； 平均温升， 。取油进入冷却器的温度T1=60，油流出冷却器的温度T2=50，冷水入口温度t1=25，冷水出口温度t2=30。则：所需冷却器的散热面积为： 考虑到冷却器长时间使用，设备腐蚀、油垢和水垢对传热的影响，冷却面积应比实际计算大30%，实际选用冷却器散热面积为： 7.小结体会通过这次液压元件与系统课程设计，加强了自己的专业能力。包括：液压系统方案设计，液压系统的设计与计算(包括：负载分析和运动分析，元件计算与选型，系统性能验算等)，液压装置的结构设计(包括：结构类型的确定，油路块设计，液压泵站的设计等)，以及相关设计软件(如AutoCAD，Pro/Engineer等)和设计手册的熟练使用等。在设计过程中培养了我的综合运用机械设计知识及其他理论知识来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用，但我觉得更为重要的一点是它更理性的认识我们专业，学会查阅资料的能力。同时培养了我们的团队精神和吃苦耐劳的能力，相信我们有了些许设计方面的经验，将在设计应用方面有更大的进步。8.参考资料1 雷天觉. 新编液压工程手册. 北京理工大学出版社. 2005.092 王守城. 段俊勇. 液压元件及选用. 化学工业出版社. 2007.013 杜国森. 液压元件产品样本. 机械工业出版社. 2000.044 李壮云. 液压元件与系统. 机械工业出版社. 2010.015 成大先. 机械设计手册（液压传动）. 化学工业出版社.2004.016 周士昌. 液压系统图集. 机械工业出版社. 2003.087 张利平. 液压传动系统及设计. 化学工业出版社. 2005.08- 16 -