上料机液压系统设计说明书学院：湖北理工学院机电工程学院班级：姓名：学号：指导老师：组员：设计目的：液压系统的设计是整机设计的重要组成部分,主要任务是综合运用前面各章的基础知识,学习液压系统的设计步骤、内容和方法。
通过学习，能根据工作要求确定液压系统的主要参数、系统原理图，能进行必要的设计计算，合理地选择和确定液压元件，对所设计的液压系统性能进行校验算，为进一步进行液压系统结构设计打下基础。
设计步骤和内容：(1)明确设计要求，进行工况分析；(2)确定液压系统的主要性能参数；(3)拟订液压系统原理图；(4)计算和选择液压元件；(5)验算液压系统的性能；(6)液压缸设计；(7)绘制工作图，编写技术文件，并提出电气控制系统的设计任务书。
一.明确设计要求，进行工况分析1.1 明确设计要求设计一台上料机液压系统，要求驱动它的液压传动系统完成快速上升→慢速上升→停留→快速下降的工作循环。
采用90度V型导轨，垂直于导轨的压紧力为60N，启动和制动的时间均为0.5s，液压缸的机械效率为0.9。
其垂直上升工作的重力为4500N，滑台的重量为800N，快速上升的行程为300mm，其最小速度为40mm/s;慢速上升行程为100mm ，其最小速度为10mm/s ；快速下降行程为400mm ，速度要求45mm/s.1.2 工况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。
工作机构作直线运动时，液压缸必须克服的负载为：F=F C +F f +F I 式中F C 为工作阻力，F f 为摩擦阻力，F I 为惯性阻力. (1)工作负载此系统的工作阻力即为工件的自重与滑台的自重。
F c =F G =（4500+800）N=5300N (2)摩擦负载此系统的摩擦阻力为滑台所受阻力，与导轨的形状，放置情况和运动状态有关。
此系统为v 型导轨，垂直放置，故为F f =fF N /sin 2a 取静摩擦系数为f s =0.2，动摩擦系数为f d =0.1 静摩擦负载为F fs =0.2×120/sin ︒45=33.94N 动摩擦负载为F fd =0.1×120/sin ︒45=16.97N (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 牛顿第二定律计算：F a =ma=tvg △△G ，g=9.8m/s 2加速：F a1=t v g △△G =8.95300×5.004.0=43.265N 减速：F a2=t v g △△G =8.95300×5.001.0-04.0=32.449N制动：F a3=t v g △△G =8.95300×5.001.0=10.816N 反向加速：F a4=t v g △△G =8.95300×5.0045.0=48.673N 反向制动：F a5=F a4=48.673N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，系统中应设置应平衡回路。
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，如下表（m =0.9）。
表一：液压缸各阶段的负载按前面的负载分析及已知的速度要求，行程限制等，绘制出负载和速度图（如下所示）二.确定液压系统的主要性能参数；液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑一下因素：（1）各类设备的不同特点和使用场合。
（2）考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重，压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。
2.1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，所以初选此设备的工作压力为1.5Mpa 。
2.2 计算液压缸的尺寸 A=mηP F式中：F---液压缸上的外负载 P---液压缸的工作压力 m---液压缸的工作效率A---所求液压缸有有效工作面积 A=mηP F=5308.484/(0.9×1.5×105)=39.385×10-4m 2液压缸内径D=πA 4=14.31032.3944-⨯⨯=7.08×10-2m按标准值取D=80mm ，由222d -D D =4045得，d=34.1mm按标准值取d=35mm 活塞宽度：B=0.8D=48mm 导向套长度：C=0.8d=28mm 液压缸缸套长度：L=400+B+C=476mm无杆腔面积：A 1=41πD 2=4π×82=50.24cm 2有杆腔面积：A 2=41π（D 2-d 2）=4π×（82-3.52）=40.64cm 2L/d=400/35=11.2>10,应该校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。
根据液压缸一端固定，另一端为铰链，取末端系数为n=2.活塞材料用中碳钢，查表得材料强度的试验值f=4.9×108,Pa ，系数为a=1/5000,柔性系数为m=85，J=64d 4π，A=4d 2π，K=K J =4d =8.75mm因为K L =75.8476=54.4<m n =852=120.2，由戈登—兰金公式 P K =2n a 1f ）（K L A +=26-2875.8476500021110354109.4）（π⨯+⨯⨯⨯⨯N=3.636×105N 取安全系数n k =4时，K K P n =510636.35⨯N=72720N>5955.814N稳定性满足，故可以安全使用。
2.3求液压缸的最大流量q 快上=A 1V 快上=50.24×10-4×40×10-3m 3/s=12.06L/min q 慢上=A 1V 慢上=50.24×10-4×10×10-3m 3/s=3.01L/min q 快下=A 2V 快下=40.64×10-4×45×10-3m 3/s=10.97L/min 2.4求液压缸的最大压力 快上：P 1=2121P A A A F +=2.045401024.50968.53164-⨯+⨯=1.236MPa 慢上：P 1=2121P A A A F +=2.045401024.50968.53164-⨯+⨯=1.236MPa 快下：P 1=2212P A A A F +=0.0042MPa2.5 求液压缸的最大功率快上：P1=P1q1=1.236×106×200.96×10-6W=248.386W慢上：P1=P1q1=1.236×106×50.24×10-6W=62.097W快下：P1=P1q1=0.0042×106×182.88×10-6W=0.768W 2.6 绘制工况图表二：液压缸各阶段的流量,压力和功率三.液压系统原理图3.2液压系统工作过程分析（1）快上进油路：泵2（单向变量泵）→三位四通电磁换向阀5右位（2YA得电）→液控单向阀6→单向背压阀7→液压缸下腔回油路：液压缸上腔→二位二通电磁换向阀9左位（3YA失电）→三位四通电磁换向阀5→油箱（2）慢上进油路：泵2（单向变量泵）→三位四通电磁换向阀5右位（2YA得电）→液控单向阀6→单向背压阀7→液压缸下腔回油路：液压缸上腔→调速阀10（3YA得电）→三位四通电磁换向阀5→油箱（3）停留三位四通电磁换向阀5中位，泵输出的油液被三位四通电磁换向阀5堵住，液压缸停止运动，液控单向阀锁紧回路，背压阀7起背压作用（4）快下进油路：泵2→三位四通电磁换向阀5左位（1YA得电）→二位二通电磁换向阀9左位（3YA失电）→液压缸上腔回油路：液压缸下腔→单向背压阀7→液控单向阀6反向打开→三位四通电磁换向阀5→油箱为了防止在上端停留时重物下落和在停留的期间内保持重物的位置，特在液压缸的下腔进油路设置液控单向阀；另一方面，为了克服滑台在快下过程中的影响，设置了单向背压阀。
四.液压元件的选择4.1液压泵型号和电机的选择液压缸在整个工作循环中的最大压力为1.236MPa压力损失为∑P △=0.45MPa压力泵的最大工作压力为P P ≥P max +∑P △=1.686MPa液压泵向液压泵供油时，若回路中的泄漏按10%计算，则泵的总流量为q P =1.1×12.06L/min=13.266L/min ，由于溢流阀最小稳定流量为2L/min ，工进时液压泵所需流量为3.01L/min ，高压泵的流量不得少于（2+3.01）L/min=5.01L/min 。
根据以上压力和流量的数值查产品目录，故应选用YB 1—16/16型的叶片泵，其额定压力为6.3MPa ，容积效率PV η≥85%，总效率P η≥76.5% 功率为W W q P P P PP P 29.487765.06010266.1310686.13-6=⨯⨯⨯⨯==η, 选择电动机型号Y90L —4,功率为1.5KW,额定转速为1400r/min 。
4.2 油箱容积油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积V=（3—5）q P ,取V=5q P ，V=5×13.266L/min=66.33L/min ，取80L ，油箱三个边长在1:1:1—1:2:3范围内，设定油箱可以设定为L=800mm ，D=400mm ， H=250mm 。
4.3 管道尺寸根据选定的液压阀的连接尺寸确定油管尺寸，也可以按管道中允许流速计算。
设管道内允许流速为v=4m/s 。
液压缸无杆腔相连的油管内径d 1=v q 41π=4601006.1243-⨯⨯⨯πmm=8mm 液压缸有杆腔相连的油管内径d 2=v q 42π=4601097.1043-⨯⨯⨯πmm=7.63mm 查表选内径8mm ，外径14mm 的钢管。
5.验算液压系统的性能5.1缸筒壁厚强度校核由3.136/80/==δD >10,故缸体为薄壁件，由于液压缸工作压力小于10MPa ，故缸体材料选铸铁HT200，抗拉强度为b σ=195MPa ，取安全系数为n=5,则许用应力为：[]n b σσ==5195MPa=39MPa 。
因为该缸体是薄壁件，故对其校核如下：[]σσ2t D P ≥=3928025.2⨯⨯mm=2.308mm 显然mm 6=δ满足缸体的强度要求。
D-缸体内径缸体试验压力P t =1.5P=2.25MPa 。
5.2 活塞杆强度校核由于该系统负载压力不大，故活塞杆材料选用45钢，许用应力为[]a 600b MP =σ，取安全系数n=5，则许用应力[]n b σσ==5600MPa=120MPa ， 对活塞杆的校核如下：（F max =5360.233N ）d ≥[]12014.3233.536044max ⨯⨯=σπF mm=7.54mm 显然d=35mm 满足要求。