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机电液综合设计与实验
本科课程设计(论文)
题目机电液综合设计与实验
学院机械工程学院
年级07专业机械工程及自动化
班级0704072学号070407233
学生姓名张明磊
指导教师张敬妹、管建峰、孟涛
论文提交日期2011年1月6日
目录
一.设计目的、要求及任务2
1.1设计的目的2
1.2设计的要求2
1.3设计任务3
二.液压系统设计计算及元件选型4
2.1.确定执行元件主要参数4
2.2.选择液压基本回路6
2.3.确定液压泵的规格及电动机功率8
2.4.控制阀的选择9
2.5.确定油管直径9
2.6.确定油箱容积10
三.液压缸的设计计算11
四.实验安装及调试14
五.心得体会15
参考文献16
机电液综合设计与实验
机电液综合设计与实验是一项设计型、综合型、实践型的教学环节。
它将课程设计与实验相结合,用于培养学生的综合动手能力,进一步加深对金属切削加工、液压传动、机械加工设备的继电器控制。
一.设计目的、要求及任务
1.1设计的目的
液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节,通过该教学环节,要求达到以下目的:
1.巩固和深化已学知识,掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤,培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力;
2.正确合理地确定执行机构,选用标准液压元件;能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统;
3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。
对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练,以提高这些技能的水平。
1.2设计的要求
1.设计时必须从实际出发,综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。
如果可以用简单的回路实现系统的要求,就不必过分强调先进性。
并非是越先进越好。
同样,在安全性、方便性要求较高的地方,应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件,不能单独考虑简单、经济;
2.独立完成设计。
设计时可以收集、参考同类机械的资料,但必须深入理解,消化后再借鉴。
3.在课程设计的过程中,要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成,积极思考。
4.液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。
5.液压传动课程设计一般要求学生完成以下工作:
(1)设计计算说明书一份;
(2)液压缸内径D,活塞杆直径d的确定及绘制液压缸总图,活塞零件图;
(3)液压泵及匹配电动机选择;
(4)液压元件选择;
(5)按规定机械动作要求,设计液压传动系统原理图,设计电气控制系统;
(6)液压传动装置的安装及电气控制系统的连接;
(7)调试。
1.3设计任务
快进200
1、机械动作要求
图1-1动作要求
2、设计参数
工作时最大负载F=8000N;液压缸工作压力p1=1.7Mpa;快进、快退速度V=5m/min;工进速度V=0.8m/min;油缸内径与活塞杆直径比d/D=0.75;回油腔背压p2=0.5Mpa;油路压力损失
=0.3Mpa;
=0.2L/min。
1快进行程L1=200mm,1工进行程L2=50mm。
3、设计要求
(1)、液压缸内径D,活塞杆直径d的确定及绘制液压缸总图。
学号单号:
双作用单出杆液压缸及端盖零件图。
学号双号:
双作用单出杆液压缸及活塞零件图。
(2)、液压泵及匹配的选择;
(3)、液压元件的选择;
(4)、按规定机械动作要求,设计液压传动系统原理图,设计电气控制系统。
(5)、液压传动装置的安装及电气控制系统的连接。
(6)、调试。
二.液压系统设计计算及元件选型
2.1.确定执行元件主要参数
1、液压缸内径D和活塞杆直径d的计算
由受力平衡方得:
(3.1)
式中A1—无杆腔面积,为;A2—有杆腔面积,为;F—负载,为8000N。
由已知条件的d/D=0.75(3.2)
由
(1)、
(2)式的D=82.96mm,d=62.22mm。
经查表,取D=90mm,d=63mm
2、液压缸实际有效面积计算
无杆腔面积A1=πD2/4=3.14×902/4mm2=6358.5mm2
有杆腔面积A2=π(D2-d2)/4=3.14×(902-632)/4mm2=3242.84mm2
活塞杆面积A3=πd2/4=3.14×632/4mm2=3115.66mm2
3、最低稳定速度验算
最低稳定速度为工进时u=0.8m/min,工进采用无杆腔进油,单向行程调速调速,查得最小稳定流量qmin=0.2L/min
A1≥qmin/umin=(0.2/1000)/0.8=250mm2
满足最低稳定速度要求。
4、液压缸的工作压力、流量和功率值
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2-1所列:
表2-1液压缸在各阶段的压力、流量和功率值
工况
推力
F/N
回油腔力
P2/MPa
进油腔压力
P1/MPa
输入流量
输入功率
P/KW
计算公式
快进
0
0.5
0.5
12.5
0.1
工进
5500
0.5
1.7
4
0.11
快退
0
0.5
1
12.5
0.21
注:
1.快退时,液压缸有杆腔进油,压力为p1,无杆腔回油,压力为p2。
2.经圆整,取A1=0.6dm2,A2=0.3dm2。
2.2.选择液压基本回路
由设计任务可知:
该系统的流量、压力较小,可选用定量双联叶片泵和溢流阀、单向阀组成的供油源,采用二位二通电磁换向阀、单向阀与调速阀组成的回路控制快慢换接回路,采用三位四通电磁阀控制流动方向,其特点是结构简单,系统启动、停止平稳,可实现速度平稳运动。
选用简便的接近行程开关来控制液压缸的动作顺序和停止。
并用先导式溢流阀进行过载保护。
所设计的液压系统原理图如图2-1,液压系统电磁铁动作顺序表如表2-1
图2-1液压系统原理图
油路中用到的上述提供的元器件有:
二位二通电磁换向阀、调速阀、先导式溢流阀、三位四通电磁换向阀。
表2-1液压系统电磁铁动作顺序表
动作名称
电磁铁工作状态
2DT
3DT
1DT
快进
+
-
+
工进
+
-
-
快退
-
+
+
强退
-
+
+
2.3.确定液压泵的规格及电动机功率
(1)液压泵的工作压力和流量计算。
小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油,由表2-1可见,液压缸在工进时工作压力最大,最大工作压力为p1=1.7MPa,如在调速阀进口节流调速回路中,选取进油路上的总压力损失∑∆p=0.3MPa,则泵的最高工作压力估算为
(2)计算液压泵的流量
由图2-1可知,液压泵应向液压缸提供的最大流量为
因系统比较简单,取泄露系数K=1.1,
泵的总流量为
根据上述计算数据查泵的产品目录,选用PV2R1—17型定量叶片泵。
当液压泵的转速np=940r/min时,其理论流量为16.074L/min,若取液压泵容积效率ηv=0.9,则液压泵的实际输出流量为
Qp=(16.074×0.9)L/min=14.47L/min
(3)确定驱动电动机功率。
由表2-1知,最大功率出现在快退阶段,此时液压泵工作压力为
,液压泵流量
液压泵总效率η=0.75
则电动机功率为:
根据此数值查阅电动机产品样本选用Y100L-6型电动机,其额定功率为1.5KW,额定转速为
。
2.4.控制阀的选择
(1)确定阀类元件及辅件
根据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,选出的阀类元件和辅件规格如表2-2所列。
其中,溢流阀9按小流量泵的额定流量选取,调速阀4选用Q—10B型,其最小稳定流量为0.03L/min,小于本系统工进时的流量0.2L/min。
表2-2液压元件规格及型号
序号
元件名称
规格
型号
额定流量qn/(L/min)
额定压力Pn/(Mpa)
额定压降∆Pn/(Mpa)
1
定量叶片泵
PV2R1—17
16.074*
16
—
2
先导式式溢流阀
Y—10B
10
6.3
0.3
3
调速阀
Q—10B
10
6.3
—
4
二位二通电磁换向阀
24—25B
25
6.3
0.3
5
三位四通电磁换向阀
34—25B
25
6.3
0.3
6
接近开关
E3—A4JK/JB
—
—
—
*注:
此为电动机额定转速为940r/min时的流量。
2.5.确定油管直径
确定油管在选定了液压泵后,液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量,与原定数值不同,重新计算的结果如表2-3所示。
表2-3各工况实际运动速度、时间和流量
快进
工进
快退
输入流量/(L·min-1)
排除流量/(L·min-1)
运动速度/(m·min-1)
进出液压缸无杆腔的流量,在快退和差动工况时为
,所以管道流量
按13L/min计算。
取压油管流速
,取内径为
的管道。
吸油管的流速
,通过流量为
,则
,取内径为
管道。
确定管道尺寸应与选定的液压元件接口处的尺寸一致。
2.6.确定油箱容积
确定油箱的容量按式V=ζQp估算,取经验数据ζ=7,故其容积为
V=ζQp=7×13.75=96.25
按JB/T7938-1999规定,取最靠近的标准值V=100L
三.液压缸的设计计算
3.1、液压缸壁厚δ和外径的计算
根据液压缸壁厚优先系列预选厚度δ8mm
则δ/D=8/90=0.08
(3.1)
式中,
—液压缸工作压力;[σ]—缸筒材料的许用压力;
经查表,取[
]=105Mpa
经算得
=0.9mm<<δ,符合安全要求
缸筒外径D1=D+2δ=100mm
取D1=100mm
3.2、液压缸工作行程的确定
液压缸工作行程长度,可根据执行机构实际工作的最大行程确定,快进200mm,工进50mm,参照液压缸活塞行程参数系列选用工作行程为280mm。
3.3、缸盖厚度的确定
一般液压缸多为平地缸盖,其有效厚度t按强度要求进行如下计算:
前端盖厚度:
(3.2)
后端盖厚度:
(3.3)
式中:
—1.5倍的工作压力;
[
]—缸盖的材料的许用应力,缸盖材料为45钢,取[
]=105Mpa;
D2=90mm,d0=63mm,
计算得:
t1>=12.05mm;t2>=6.22mm
根据结构要求,取
15mm;
10mm;
3.4最小导向长度H的确定
对一般的液压缸,最小导向长度H应满足
(3.4)
计算得:
H>=59mm
活塞的宽度B=(0.6~1.0)D
取B=60mm
3.5缸体长度的确定
缸体的长度由活塞宽度、行程及结构决定,
经计算得缸体长度L=370mm
3.6活塞杆稳定性的验算
由于液压缸支承长度LB<<(10~15)d,不需要进行活塞杆稳定性的验算。
3.7缸筒端部螺纹连接的强度计算
缸筒与前后端盖用螺纹连接,缸筒处螺纹连接的强度计算如下:
螺纹处的拉应力
(3.5)
螺纹处的剪切应力
(3.6)
合成应力
(3.7)
(3.8)
式中:
F—缸筒端部承受的最大推力(N),为;
D—缸筒内径(m),为0.09m;
d0—螺纹外径(m),为0.11m;
d1—螺纹底径(m),为0.1078m;
K—拧紧螺纹的系数:
变载荷,取K=3;
K1—螺纹连接的摩擦系数,K1=0.12;
—缸筒材料的许用应力(Mpa),缸筒为无缝钢管,取
计算得:
符合要求
3.8活塞端部螺钉连接强度计算
螺钉的合成应力
(3.9)
(3.10)
式中:
F—螺钉受到的最大拉力,
—螺纹公称直径,为10mm;
—为螺钉的许用应力,材料为45钢,取
计算得:
69Mpa<
符合要求。
四.实验安装及调试
根据图2-1液压传动系统及表2-1所示工作情况,设计电器控制系统如图所示
图4-1电器控制系统
基本工作过程:
快进:
按下SB2,启动液压泵,按下SB3使2DT和1DT得电,执行快进。
工进:
碰到行程开关YA3,使1DT失电,2DT仍得电,执行工进。
快退:
碰到行程开关YA5,使3DT和1DT得电,2DT失电,执行快退。
强退:
按下SB4,使3DT和1DT得电,2DT失电,执行强退。
按图2-1连接系统油路,连接时需注意调速阀的P1口和P2口的链接。
按图连接电气控制线路,连接时注意控制电路接的是220V,从火线引出一根线,最后回到的是零线。
接信号指示灯时,是并联到,每个电磁上不是串联,否则电路将出现问题。
五.心得体会
三周的机电液综合设计与实验终于结束了,虽然很忙碌很疲劳,但感觉收获还是蛮大的。
在设计液压缸期间,我们也把以前的知识有针对性的复习了一遍。
算是对以前知识的一项回顾与梳理。
这期间,也让我们感受到,书本的知识只是理论,没有进过实践的洗礼的话,都只是文字,并没有多少被我们所吸收消化,但是进过这次课程设计以后,我们对这方面的知识有了更加理性的,全面的,正确的认识。
为了使液压缸各个结构设计的精确,我查阅了许多手册和参考书,为我以后的毕业设计打下了牢固的基础。
我几乎每天的专注和辛劳,唤回了我对液压与气压传动的重新认识,对液压缸结构的深刻理解,还有一种对设计制图工作的热情和认真态度,我的细心再次发挥了优势,我不敢说我的这份设计图一定会得优秀,但看着图纸上的每一个细节,我觉得没有枉费这两周来的心血。
同时也让我觉得大学里学到了很多知识,我的大学生活没有浪费。
设计液压缸只是一个过程,并不是需要我们真正的去设计,去生产,我们只是享受这其中的把理论转化为实践的一个过程,是在求实的阶段,不断提高自己的能力。
参考文献
杨元培、朱福元,液压系统设计简明手册。
北京,机械工业出版社,1994
王积伟、章宏甲、黄谊,液压与气压传动(第2版),北京,机械工业出版社,2005
李仁,电气控制,北京,机械工业出版社,1987
电工手册编写组电工手册(第三版)上海,科技工业出版社,1990
雷天觉、杨尔庄、李寿刚,新编液压工程手册,北京,北京理工大学出版社,1998
周恩涛,液压系统设计元件选型手册,北京,机械工业出版社,2007
附录(图纸)
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- 机电 综合 设计 实验