液压传动课程设计说明书

液压传动课程设计

题目名称 稻麦秸杆压紧机构送料液压系统设计 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师

机械与电子工程系

二○一四年6月3日

目 录

一、课程设计任务书......................................................................3 二、课程设计评阅表......................................................................4 三、设计内容..................................................................................5

1、任务分析.........................................................................5 2、方案选择.........................................................................6

3、总体设计.........................................................................6

3.1 负载分析.....................................................................6 3.2 负载图和速度图的绘制................................................8

3.3 液压缸主要参数的确定................................................9

3.4 液压系统图的拟定.......................................................13 3.5 液压元件的选择..........................................................15

四、液压缸的设计.........................................................................17

1、液压缸的分类及组成.......................................................17 2、液压缸的主要参数设计...................................................17

3、液压缸的结构设计..........................................................17 4、液压缸设计需要注意的事项............................................17 5、液压缸主要零件的材料和技术要求..................................17

五、液压缸装配图........................................................................18 六、设计小结.................................................................................19 七、参考文献.................................................................................20

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蚌埠学院机械与电子工程系 液压传动课程设计任务书

一、设计题目：

班级 11机械设计制造及自动化 姓名_____ 学号_________指导教师：________

稻麦秸秆压紧机构送料液压系统设计

要求：工作循环：“快速上升—慢速上升—停留料送进—快速下降”的工作循环，其垂直上升工件的重量为5000N，滑台的重量为1500N，快速上升行程400mm，速度要求≥40mm/s；慢速上升行程为150mm，停留料送进最小速度为8mm/s；快速下降行程550mm，速度要求≥50mm/s；滑台采用V形导轨，其导轨面的夹角为90度，滑台与导轨的最大间隙为2mm，启动加速和减速时间均为0.5s，液压缸的机械效率为0.9。

二、设计要求：

液压系统图拟定时需要提供2种以上的设计方案的选择比较。从中选择你认为更好的一种进行系统元件选择计算。 三、工作量要求

1·液压系统图1张（A1） 2·液压缸装配图1张 3·设计计算说明书1份

四、设计时间：2014年5月19日--2014年5月23日

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蚌埠学院本科课程设计评阅表

机械与电子工程系 2011级 机械设计制造及自动化专业

（班级）：________________

学生姓名 课题名称 指导教师评语： 学 号 稻麦秸杆压紧机构送料液压系统设计 指导教师（签名）： 2014年 月 日 评定成绩

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三、设计内容

1、任务分析

1.1 系统机构的主要构成

机构不断地将材料从低的位置运到高的位置，然后又回到起始位置重复上一次的运动。其结构如图1.1所示，滑台采用V形导轨，其导轨面的夹角为90度，滑台与导轨的最大间隙为2mm，工作台和活塞杆连在一起，在活塞杆的作用下反复做上下运动。

图1.1 上料机构示意图

系统总共承受的负载为6500N，所以系统负载很小，应属于低压系统。系统要求快上速度大于40mm/s,慢上的速度大于8mm/s,快下的速度大于50mm/s，要完成的工作循环是：快进上升、慢速上升、停留料送进、快速下降。但从系统的用途可以看出系统对速度的精度要求并不高，所以在选调速回路时应满足经济性要求。

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2、方案选择

2.1 方案的拟定 2.11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。

2.12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。

2.13速度换接回路

由于系统各阶段对换接的位置要求不高，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。

2.14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。

2.2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。

3、总体设计

3.1 负载分析

3.1.1 工作负载

FLFG(550010N00)N65

3.1.2 摩擦负载

FffFN/sin2- 6 -

由于工件为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构尺寸可根据公式FN

2120/siNn45)N 3静摩擦负载 Ffs(0.iNn45)N 1动摩擦负载 Ffd(0.1120/s2FlKX2.，fd01.计算出滑台垂直作用于导轨的压力约为120N，取fs02COS则有：

3.1.3 惯性负载 加速 Fa1减速 Fa2制动 Fa3Gv65000.0450.01N gt9.810.5Gv65000.040.00842.41N gt9.810.5Gv65000.00810.60N gt9.810.5Gv65000.0566.26N gt9.810.5GvFa466.26N gt反向加速 Fa4反向制动 Fa5根据以上计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止自重而下滑，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2的重量。则液压缸各阶段中的负载如表3.1所示（m0.91）。

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表3.1 液压缸各阶段负载

工况 启 动 加 速 快 上 减 速 慢 上 制 动 反向加速 快 下 制 动

计算公式 FFLFfs FFLFfdFa1 总负载 F/N 缸推力 F/N 6533.94 6566.98 6516.97 74.56 6516.97 6506.37 83.23 16.97 －42.29 7180.15 7216.46 7161.51 7114.90 7161.51 7149.86 91.46 18.65 －54.16 FFLFfd FFLFfdFa2 FFLFfd FFLFfdFa3 FFfdFa4 FFfd FFfdFa5 3.2 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、行程等，绘制出负载图及速度图如图3.1所示。

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/液压缸负载图及速度图

图3.1 液压缸各阶段负载和速度

3.3液压缸主要参数的确定

3.3.1 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

3.3.2 计算液压缸的尺寸

AF7216.46242m36.110m 5p2010D4A436.11046.8102m 3.14按标准取：D80mm。

根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：

D250，代入数值，解得：d=,30.41mm 22Dd40按标准取：d32mm。

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所以液压缸的有效作用面积为：

1无杆腔面积 A1D28.0250.24cm2

441有杆腔面积 A2D2d28.023.2242.20cm2

443.3.3 活塞杆稳定性校核

因为活塞杆总行程为550mm，而且活塞杆直径32 mm，

l=550/32=17.19>10,需要进行稳定性的校核，由材料力学中的有关公式，根据液压缸的

d一端支撑，另一端铰链，取末端系数1=2活塞杆材料用普通碳钢制：材料强度试验值f 4.9

1×108Pa，系数a = 5000，柔性系数Ψ1=85，rkl100·12120rkJd328，因为A44 ，所以有其临界载荷：

FKfA4.9108432210683333.3N

l21()2rk155021()250008FK83333.320833.3N8557.18N n4活塞杆的稳定性满足，此时可以安全使用。 取安全系数，n4时

3.3.4 求液压缸的最大流量

q快上=A1V快上=50.2440107=2.010L/min q慢上=A1V慢上=50.248107=0.402L/min q快下=A2V快下=42.2050107=2.110L/min

3.3.5 绘制工况图

工作循环中各个工作阶段的液压缸压力、流量和功率如表3.2所示

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表3.2工作循环中各个工作阶段的液压缸压力、流量和功率 工况 快上 慢上 快下 压力pMpa 1.30 1.30 0.0034 流量q(L/min) 2.010 0.402 2.100 功率pw 43.55 8.71 0.12 由此表绘出液压缸的工况图，如图3.2所示。

钢筒壁及法兰的材料选45钢，活塞杆材料选Q235。

液压缸的内径D和活塞杆直径d都已在前面的计算中算出，分别为80mm和32mm。

pMpa 1.30 0.0034 0 t/s

q(L/min) 2.010 2.100 0.402 0 t/s

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p w 43.55 8.71 0.12 0 t/s 快上 慢上 快下

图3.2系统工况图

3.3.6 液压缸其它参数的选择

（1）活塞的最大行程L已由要求给定为550mm。

离称为最小导向长度H。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保留有一最小导向长度。对于一般的液压缸，当液压缸的最大行程为

（2）小导向长度 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距

L，缸筒直径为D时，最小导向长度为：

HLD5508067.5 所以取H95。 202202（3）活塞的宽度的确定 取B=0.7，D=56mm

（4）活塞杆长度的确定

活塞杆的长度L'活塞杆的长度应大于最大工作行程、导向长度、缸头、缸盖四者长度之和。既L'L+H+L盖+L头=550+95+78+32=755mm.但是为了使其能够工作，必须和工作台连接，所以还应支出一部分。考虑实际工作环境和连接的需要，取这部分长度为50mm.

所以液压缸的总长L'=755+50=805mm.

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3.4液压系统图的拟定

液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面的问题：

3.4.1 供油方式

从工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需流量较大，且比较接近。

在慢上时所需的流量较小，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是不合适的，宜选用双联式定量叶片泵作为油源。

3.4.2 调速回路

由工况图可知，该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑

台运动速度低，工作负载变化小，所以采用调速阀的回油节流调速回路。

3.4.3 调速换接回路

由于快上和慢上之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，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。

3.4.4 平衡及锁紧

为防止在上端停留时重物下落和在停留斯间内保持重物的位置，特在液

压缸的下腔（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，设置一单向背压阀。

本液压系统的换向阀采用三位四通Y型中位机能的电磁换向阀。拟定系统如图3.3： 系统工作过程：

快上时，电磁阀2有电，两泵同时工作，液压油经过电磁换向阀6、液控单向阀7、背压阀8，流入无杆腔，再经过单向电磁阀9、换向阀6回油箱。

慢上时，活塞走到420mm处，压下行程开关，行程阀3，4换接，同时使电磁3有电，大流量泵经过它卸荷，只有小流量泵供油，调速阀10调节回油。工作速度下降。

快下时，行程阀复位，电磁阀1有电，双泵同时供油，经过换向阀6（左位）、调速阀10、背压阀8、液控单向阀7、换向阀6回到油箱。

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行程开关 图3.3液压系统原理图

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3.5 液压元件的选择

3.5.1确定液压泵的型号及电机功率

液压缸在整个工作循环中最大工作压力为1.30MPa，由于该系统比较简单，所以取其压力损失p0.4MPa，所以液压泵的工作压力为

pppp1.300.41.74Mpa

两个液压泵同时向系统供油时，若回路中的泄漏按10%计算，则两个泵总流为qp10.12.1002.31L/min，由于溢流阀最小稳定流量为3L/min，而工进时液压缸所需流量为0.402L/min，所以高压泵的流量不得少于（3+0.402）L/min=3.402L/min。

根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用RV2R34的双联叶片泵，前泵输出流量47ml/r, 后泵输出流量200ml/r，额定压力为14MPa，容积效率

pv0.9总效率p0.8，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力

(2.03MPa)和输出流量(970r/min) 求出：

qp2169100.9103Lmin

ppppqpp1.9110626.21103w981.6w

600.85查电动机产品目录，拟选用的电动机的型号为Y90-6，功率为1.1kw,额定转速为910r/min。

3.5.2 选择阀类元件及辅助元件

根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，可选出这些元件的型号及规格如表3.3所示

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表3..3 元件的型号及规格

序号 名称 通过流量 qmax(Lmin1) 根据流量选择 型号及规格 1 滤油器 400 XUA4030FS 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 双联叶片泵 单向阀 行程阀（二位二通） 溢流阀 三位四通电液换向阀 液控单向阀 单向顺序阀 二位二通电磁换向阀 单向调速阀 电动机 44.209/195.249 200 200 144.43 239.458 239.458 239.458 239.458 PV2R24（47/200） CIT-10-35-50 22EF3-E10B Y2-Ha32L H-1WEH CT1-10B AXF3-20B 22EF3-E10B MSA30EF250 Y90S-6

（1） 内径一般可参考所接元件口尺寸进行确定，也可按管中允许速度计算，在本设计中，出油口采用内径为8mm，外径为10mm的紫铜管。 （2）油箱 油箱的主要功能是储存油液，此外还起着散发油液中的热量，逸出混在油液中的气体，沉淀油中的污物等作用。 油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积:

V(57)qp, 即V=130L

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四、液压缸的设计

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。液压缸除单个使用外，还可以几个组合起来和其他机构组合起来，在特殊场合使用，已实现特殊的功能。

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。 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。

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。

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。

4、液压缸设计需要注意的事项

1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。

2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。

3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。

4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。 5、液压缸主要零件的材料和技术要求 1）缸体

材料---灰铸铁: HT200,HT350;铸钢：ZG25,ZG45 粗糙度---液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.2~0.4m 技术要求：a内径用H8-H9的配合

b缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度

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2）活塞

材料---灰铸铁：HT150,HT200

粗糙度---活塞外圆柱粗糙度Ra0.8~1.6m

技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取f7~f9的配合，内孔与活塞杆的配合可取H8。 3）活塞杆

材料---实心：35钢，45钢；空心：35钢，45钢无缝钢管 粗糙度---杆外圆柱粗糙度为Ra0.4~0.8m 技术要求：a调质20~25HRC

b活塞与导向套用H8f7的配合，与活塞的连接可用H8h8 4）缸盖

材料---35钢，45钢；作导向时用（耐磨）铸铁 粗糙度---导向表面粗糙度为Ra0.8~1.6m 技术要求：同轴度不大于0.03m 5）导向套

材料---青铜，球墨铸铁

粗糙度---导向表面粗糙度为Ra0.8m

技术要求：a导向套的长度一般取活塞杆直径的60%~80%， b外径D内孔的同轴度不大于内孔公差的一半

五、液压缸装配图

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六、设计小结

经过这次关于稻麦秸秆压紧机构送料液压系统的课程设计，我学到了很多，了解了要设计一个液压设备的基本过程和一些基础知识，明白了应该怎么做？如何做？过程怎么样？这次课程设计也使我更加体会到液压传动的知识。通过自己动手实践，对已经学习到的知识再一次进行复习和巩固。

一开始觉得这有点太简单了，但等具体动手做了之后事实证明之前的想法是完全错误的，它不仅要求计算还要画图并且兼带查表等各项工作，有时先查表再计算有时要反过来，所以一旦一步走错那么就意味着下一步肯定错了。这方面要求很高，既考验耐心又考验细心，同时还要有信心，还好在同学的帮助下让我所困惑的问题都顺利解决了。

液压课程设计还是对所学知识的一次具体的应用和实践，这对于增强所学识、方法的实际应用能力很有帮助。通过这次课程设计，我对于实际生活中的设计过程有了一个更加形象，生动和鲜明的了解和体会。在这个过程中锻炼了我解决实际问题的能力，同时又锻炼了我应用和查阅资料进行设计的能力。

我们参考了许多资料，通过指导老师给予的一些资料，让我们的视角伸向了书本之外，而在找寻部件型号的同时，我们对过去不足的地方进行了弥补。在我们大家的共同努力下，终于完成了这次的课程设计，通过这次实践也让我对液压系统有了一个比较具体的概念。这些都为我以后的工作打下基础。

所以我认为此次课程设计对我们的帮助很大，既让我们把所学知识运用了，又让我们对实际生产实践中的知识有了更深的体会。这对我们今后的学习和工作都有很大帮助。

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七、参考文献

[1]机械设计手册．第2、4卷．机械设计手册编委会编著 —3版．北京：机械工业出版社，2004.8

[2]、液压传动—2版．—北京．机械工业出版社

[3]、液压气压传动—3版．—北京．机械工业出版社，2007.1

[4]、材料力学（Ⅰ）/单辉祖编著．—北京：高等教育出版社，1999（2004重印） [5]、雷天觉主编．液压工程手册．北京：机械工业出版社，1990 [6]、陆元章主编．现代机械设备手册（2）．北京：机械工业出版社，1996

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