一、液压课程设计的题目
设计一台上料机液压系统，要求该系统完成：快速上升——慢速上升（可调速）——快速下降——下位停止的半自动循环。

采用900V型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N，启动、制动时间均为0.5s，液压缸的机械效率为0.9。

设计原始数据如下表所示。

试完成以下工作：
1、进行工况分析，绘制工况图。

2、拟定液压系统原理图（A4）。

3、计算液压系统，选择标准液压元件。

4、绘制液压缸装配图（A3）。

5、编写液压课程设计说明书。

上料机示意图如下：
图2 上料机示意图
4.1
一、工况分析及参数确定
1.1 方案的拟定
1）供油方式
从系统速度相差很大可知，该系统在快上和慢上时流量变化很大，因此可以选用变量泵或双泵供油。

2）调速回路
由于速度变化大，所以系统功率变化也大，可以选容积调速回路或双泵供油回路。

3）速度、换接回路
由于系统各阶段对换接的位置要求高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。

4）平衡及锁紧
为了克服滑台自重在快下过程中的影响和防止在上端停留时重物下落，必需设置平衡及锁紧回路。

根据上述分析，至少有两种方案可以满足系统要求。

（1）用变量泵供油和容积调速回路调速，速度换接用二位二通电磁阀来实现，平衡和锁紧用液控单向阀和单向背压阀。

系统的机械特性、调速特性很好，功率损失较小，但是系统价格较贵。

（2）用双泵供油，调速回路选节流调速回路，平衡及锁紧用液控单向阀和单向背压阀实现。

系统的机械特性、调速特性不及第一种方案，但其经济性很好，系统效率高。

1.2方案的确定
综上所述，考虑到系统的流量很大，变量泵不好选，第二种方案的经济性好，系统效率高，因此从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的、供油方式不太适，宜选用双联式定量叶片泵作为油源，所以选第二种方案。

1.3负载分析
1）工作负载
工作负载等于工作台自重加上物料的重量即
L G F F ==（5800+1400）N=7200N
2）摩擦负载
/sin
2
f N F fF α
=
由导轨的角度与间隙计算平均摩擦
由于工件为垂直起升，垂直作用于导轨的预紧力F=60N,取f s =0.2，f d =0.1则有
静摩擦负载 F fs =（0.2×60/sin45°）N=16.96N 动摩擦负载F fd =（0.1×60/sin45°）N=8.458N 3）惯性负载
加速阶段
减速阶段
制动阶段
反向加速阶段
反向制动阶段
根据以上计算，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。

因此在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台的重量。

则液压缸各阶段中的负载如以下表所示：
液压缸各阶段负载
1.4负载图和速度图的绘制
按照前面的负载分析结果及已知的速度要求，行程限制等，绘制出负载图及速度图如下图
负载图-速度图
二、系统原理图的拟定
从以上液压缸工况图可知，该系统在快上和慢上时流量变化确实很大，因此可以选用双泵供油是正确的。

该系统在慢速和快下时速度需要调节，由于系统功率和速度变化大，但系统的工作负载变化小，
调速特性要求不高，是可行的。

此外，为防止在上端停留时重物下落和在停留期间内保持重物的位置，在液压缸的无杆腔进油路上设置了液控单向阀。

另一方面，为了克服滑台自重在快下过程中的影响，设置了一个单向背压阀。

快上、快下和慢上之间速度换接采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现。

综上所述拟定液压系统原理图见附图。

1)系统工作过程：
快上时，溢流阀11关闭，两泵同时工作且电磁换向阀2（2YA）带电，液压油经过电磁换向阀2右端、液控单向阀5、单向背压阀6，流入无杆腔，再经过换向阀9回油箱。

慢上时，活塞走到300mm处，压下行程阀7，使电磁阀9（3YA）有电，液压油经过调速阀流回油箱。

液压油压力升高，溢流阀11打开，大流量泵卸荷，只有小流量泵供油，工作太速度下降。

快下时，电磁换向阀2（1YA）有电，溢流阀11关闭，双泵同时供油，经过换向阀2左端、单向阀、单向背压阀6、液控单向阀5回到油箱。

三、液压缸结构设计（见A3纸）
1、液压缸的分类机组成
液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸、和摆动缸三类。

活塞缸和柱塞刚实现往复运动，输出推力和速度。

摆动缸则能实现小于
360的往复摆动，输出转矩和角速度。

根据使用场合和工况分析，采用活塞缸。

液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个部分。

2、液压缸的主要参数设计（已经计算）
3、液压缸的结构设计
1）缸体与缸盖的连接形式常用的连接方式法兰连接、螺纹连接、外半环连接和内半环连接，其形式与工作压力、缸体材料、工作条件有关。

根据工况分析，采用法兰连接。

2）活塞杆与活塞的连接结构常见的连接形式有：整体式结构和组合式结构。

组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。

根据工况分析，采用半环连接。

3）活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘、锁紧装置等。

4）活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。

常见的密封圈类型：O型圈，O型圈加挡圈，高底唇Y型圈，Y型圈，奥米加型等。

采用O型圈。

5）液压缸的缓冲装置液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。

为防止此现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。

常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。

6）液压缸排气装置对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要
设置排气装置。

十一、参考资料
1、《液压与气动技术》 机械工业出版社
2、《机械零件设计手册》（液压与气动部分） 冶金出版社
3、《机械设计手册》 化学工业出版社
4、《液压工程手册》 机械工业出版社
八、液压缸主要参数的确定
1 ）初选液压缸的工作压力
根据分析此设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选液压缸的工作压力为2.0Mpa 。

2 ）计算液压缸的尺寸
按标准取：D=80 mm
根据 d 与D 的关系取 56.57d mm =，则液压缸的有效作用面积为：无杆腔面积 222
11805026.5544A D mm ππ==⨯=
有杆腔面积 22222
21()(8056)2563.5444A D d mm ππ=-=⨯-=
3) 活塞杆稳定性校核
因为活塞杆总行程520 mm,而活塞杆直径为56
mm,l/d=520/56=9.29<10,无需进行稳定性校核。

4)求液压缸的最大流量
5）绘制工况图
工作循环中各个工作阶段的液压缸压力，流量和功率如下表所示
液压缸压力，流量和功率
由上表可绘制液压缸的工况图如下:。