挤压机液压传动系统及液压缸设计
课程设计计算说明书课程设计计算说明书课程名称： 专业课程设计 题 目： 挤压机液压传动系统及液压缸设计 学 院： 机电工程学院 系： 机械系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： xxx 班 学 号： xxxxxxxxxxx 学生姓名： xxx 起讫日期： 20xx.12.9 20xx.12.29 指导教师： xxx 职称： 教授 系分管主任： 审核日期： 20xx.12.6 目录目录第一章第一章 总体要求总体要求 1 11.1 设计目的11.2 设计任务11.3 进度安排11.4 技术要求1第二章第二章 挤压机挤压机液压液压系统原理设计系统原理设计 2 22.1 工况分析22.1.1 运动分析.22.1.2 负载分析 .22.1.3 负载循环图和速度循环图的绘制 .42.2 确定液压系统主要参数 .42.2.1 初选液压缸工作压力 .42.2.2 计算液压缸主要尺寸 .52.2.3 绘制液压缸工况图.72.3 拟定液压系统原理图82.3.1 调速回路的选择.82.3.2 选用执行元件.92.3.3 速度换接回路的选择.92.3.4 选择快速运动和换向回路 .92.3.5 选择调压和卸荷回路 .92.3.6 平衡及安全保护 102.3.7 组成液压系统原理图 102.3.8 系统图的原理 10第三章第三章 液压系统的元件选型液压系统的元件选型 1 12 23.1 确定液压泵的规格和电动机功率.123.1.1 计算液压泵的最大工作压力123.1.2 计算总流量123.2 确定其它元件及辅件.133.2.1 确定油管133.2.2 油箱的设计143.2.3 确定阀类元件及辅件 .153.3 主要零件强度校核.153.3.1 杆径 d 153.3.2 缸盖和缸筒联接螺栓的底径.15sd第四章第四章 液压系统性能验算液压系统性能验算1 16 64.1 验算系统压力损失 164.2 油液温升验算 17第五章第五章 液压缸的设计液压缸的设计1 18 85.1 液压缸主要尺寸.185.1.1 液压缸工作压力185.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆 d 185.1.3 液压缸壁厚的确定和外径185.1.4 液压缸工作行程195.1.5 液压缸油口直径195.1.6 缸盖厚度205.1.7 最小导向长度205.2 液压缸的结构设计 .215.2.1 液压缸的组成225.2.2 液压缸组件的连接225.2.3 活塞及活塞杆处密封225.2.4 液压缸的缓冲装置225.2.5 液压缸排气装置225.2.6 密封装置225.3 液压缸主要零件的材料和技术要求 .22第第六六章章 总结总结 2 23 3参参 考考 文文 献献 2 25 5第第 1 1 章章 总体要求总体要求1.11.1 设计目的设计目的1、应用液压传动及控制课程及其相关的理论知识，进行液压传动及控制系统综合设计实践，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深、提高和扩展。2、在设计过程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，培养学生设计技能，提高分析和解决实际问题的初步能力。3、通过设计，学生应在计算、绘图和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行设计估算等方面得到实际训练。1.21.2 设计任务设计任务1、进行工况分析、计算，拟定液压传动系统；2、主要液压元件的设计计算和选择；3、液压辅助装置（油箱、滤油器、蓄能器、管路等）的计算、设计或选择；4、液压传动系统的验算和校核；5、液压传动系统的绘制；6、液压传动系统部件装配图、零件图的绘制；7、编写设计计算说明书。1.31.3 进度安排进度安排第一周：设计准备、液压传动系统的设计与计算。第二周：液压部件或零件装配图的设计及绘制。第三周：编写设计计算说明书及答辩。1.41.4 技术要求技术要求设计挤压压力机液压传动系统，要求：实现快速下降压制快速退回原位停止的工作循环。运动部件自重G=5000N，快速下降外负载FR=100N，快速下降速度VR=6m/min，快速下降行程LR=80mm，压制时外负载FP=15000N，压制时速度VP=0.2m/min，挤压行程LP=30mm，快速回退外负载FR=100N，快速回退速度VR=12m/min。第第2 2章章 挤压机液压系统挤压机液压系统原理设计原理设计2.12.1 工况分析工况分析工况分析是对液压执行元件的工作情况进行分析，以得到工作过程中执行元件在各个工作阶段中的流量、压力和功率的变化规律，并将其用曲线表示出来，作为确定液压系统主要参数、拟定液压系统方案的依据。2.1.2.1.1 1运动分析运动分析按设备工作要求和执行元件的运动规律，绘制出执行元件工作循环图，和速度位移图，即速度循环图。如下所示：为挤压机运动分析图。2.1.2.1.2 2负载分析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。（1）压制外负载：；NFP15000 （2）摩擦负载：由题目设计要求，知该系统摩擦负载； NFFRf100 （3）惯性负载：惯性负载是运动部件的速度变化时，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律求出，即：tv gGmaFa G-运动部件的重力（N）g-重力加速度，28 . 9gsm v-速度变化值（）smt-起动或制动时间（s）快进：Ntv gGFa1 .2552 . 060 6 8 . 9 50001 快退：Ntv gGFa2 .5102 . 060 12 8 . 9 50002 （4）运动时间快进：svLt0.866008. 011 1 工进：svLt90.26030 . 022 2 快退：ssvLLt0.55126010)0380(3321 1 根据以上的计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自行下滑，系统中应设置平衡回路。因此，在负载分析时，就不考虑运动部件的重量，则液压缸各阶段中的负载，如下表：【取（=0.9） 】m 表表 1 1 液压缸在各运动阶段的负载和推力（液压缸在各运动阶段的负载和推力（=0.9）m 工况计算公式负载值 F/N液压缸推力/N mF 启动加速RaFFF 1355.1394.6快进 RFF 100111.1压制 PFF 1500016666.7反向加速RaFFGF 25610.26233.62.1.32.1.3 负载循环图和速度循环图的绘制负载循环图和速度循环图的绘制根据液压缸在上述各阶段内的负载和速度，即可绘制出负载循环图和速度循环图，如图 1 所示。图 12.22.2 确定液压系统主要参数确定液压系统主要参数2.2.12.2.1 初选液压缸工作压力初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其他工况负载都不太高，参考表 2 和表 3，初选液压缸的工作压力=3MPa，快进工进时液压缸的回油腔1p应有背压，参考表 4 选此背压为 p2=0.6MPa。表表2 按载荷选择工作压力按载荷选择工作压力表表3 各类设备常用的工作压力各类设备常用的工作压力设备类型压力范围/MPa压力等级说明设备类型压力范围/MPa压力等级说明快退 RFGF 51005666.7制动2aRFFGF 4589.85099.8载荷/kN551010202030305050工作压力/MPa0.811.522.5334455机床、压铸机、汽车7低压低噪声、高可靠性系统油压机、冶金机械、挖掘机、重型机械2131.5高压空间有限、响应速度高、大功率下降低成本农业机械、工矿车辆、注塑机、船用机械、搬运机械、工程机械、冶金机械7212中压一般系统金刚石压机、耐压试验饥、飞机、液压机具31.5超高压追求大作用力、减轻重量表表4 执行元件的回油背压执行元件的回油背压2.2.22.2.2 计算液压缸主要尺寸计算液压缸主要尺寸根据设计要求可知无杆腔与有杆腔的速比，Dd 又因为，所以，根据表 5 可得61222213 dDD vv0.7122 Dd表 5 按速比要求确定d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：1无杆腔进油时活塞运动速度；2有杆腔进油时活塞运动速度。工进时液压缸的推力计算公式为，因此，根据已c1122/mFA pA p知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为；2 141DA 液压缸缸筒直径为：mmppFDm88.7)221(6 . 039 . 014. 3150004 )1(422 21 ）（ 系 统 类 型背压力/MPa系 统 类 型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统 0.20.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路较复杂的工程机械1.23 回油路设置有背压阀的系统0.51.5回油路较短，且直接回油箱可忽略不计由于有前述液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.71D，因此活塞杆直径为 d=0.71×88.7=62.97mm，根据表 6、表 7 对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=90mm，活塞杆直径为d=63mm。表表 6 6 液压缸内径尺寸系列（液压缸内径尺寸系列（GB2348-80GB2348-80）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250表表 7 7 活塞杆直径系列（活塞杆直径系列（GB2348-80GB2348-80）456810121416182022252832364045505663708090100110125140此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：242 11059.6341mDA 2422 21043.32)(41mdDA 按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式A>A>=2525vQminmin 41 . 0103 cm2式中是由产品样本差得调速阀 2FRM5-20/6 的最小稳定流量为 0.1QminminL本例中调速阀是安装在进油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应取液压缸无杆腔的实际面积，即=A1cmD22259.63414. 349 . 0 可见上述不等式能满足，液压缸所达到所需低速。根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表 8 所示。表表 8 8 各工况下的主要参数值各工况下的主要参数值工况推力 F /N进油腔 压力 P1/MPa输入流量 q/L.min-1输入功 率P/w计算公式启 动 加 速394.60.368 快 进 快 速111.10.32338.15205.4121' 1/ )(AApFp 11vAq qpP1 压制16666.72.927
