毕业设计(论文)-皮带轮压机的液压系统设计.doc
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1、皮带轮压机的液压系统设计摘要液压压力机是进行皮带轮装配电机的关键设备,是集机、液、电为一体的现代化技术设备。本文是针对现实问题中人工装配皮带盘费时费力而且会影响轴承寿命的缺点而设计了一套压机设备,这套压机设备是利用液压传动,将皮带盘装配在电机的轴上,并对该机的液压系统进行了全面的设计。液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转为液体的压力能,通过液体压力能的变化来传递能量,经过各种控制阀和管路的传递,借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能,从而驱动工作机构,实现直线往复运动和回转运动。关键词:液压压力机 ,机械压机,液压系统
2、传动Abstract目录1 绪论 1 1.1 压力机械的概况和发展趋势 1.2 课题的提出与意义 1.3 课题的主要内容2 总体方案的确定 3 2.1 确定液压压力机的设计参数 2.2 确定液压系统方案2.2.1 液压系统的组成2.2.2 液压传动的主要优缺点2.2.3 现在液压机液压系统设计要点3 压机的液压系统的设计 4 3.1 主要参数 3.2 工况分析 3.2.1 动作循环分析 3.2.2 运动分析 3.3 负载分析 3.4 确定执行元件的主要参数 3.4.1 系统工作压力的选定 3.4.2 执行元件主要结构尺寸的确定3.4.3 液压缸校核 3.5 液压系统原理图拟订 3.6 电磁换向
3、阀电磁铁动作顺序表 3.7 执行元件工况计算3.8 液压元件的选择3.8.1泵的选择3.8.2电机的选择3.8.3液压阀及辅助元件的选择3.8.4液压管道的选择3.9 液压油箱的设计 3.10 液压泵站的设计 3.11阀块的设计3.11.1块体结构3.11.2 集成块结构尺寸的确定4 液压系统的调试与液压设备的维护 4.1 液压系统的调试 4.2 液压设备的维护5 电气控制6 总结 57 翻译 6高效传动液压技术研究6液压传动与工程机械68附录86.186.286.386.496.5 116.6 139谢辞1410参考文献 161 绪论1.1压力机械的概况和发展趋势液压机是一种用于金属、非金属
4、材料(塑料、橡胶、石材、木材等)成形的压力加工机械。由于液压机具有多种独特优点,在国民经济各部门中得到了广泛应用。随着先进制造技术、微电子技术与计算机技术的发展和应用,现代工业生产对液压机提出了高压、高速、高效化、产品绿色化(无油污和噪声污染、节能等)、机电液一体化、数控智能化、系统集成化等技术要 。因此,在现代液压机开发中,作为其核心组成部分的液压系统的设计显得尤为重要。近年来,液压机技术发展迅猛,对作为其核心的液压系统的技术要求也愈来愈高。由于液压机的技术经济性能在很大程度上取决于液压系统设计的优劣,为此,液压机的研发设计、制造生产企业,应及时了解和把握国际液压机行业液压技术的最新发展趋势
5、、信息和成果,为国民经济的发展提供技术先进、性能优良的现代液压机产品。1.2 课题的提出与意义众所周知,在各类机械设备中,电动机是最常用的动力源之一。电机行业作为工业装备业的重要基础产品,具有强大的市场领域。随着生产现代化程度的不断提高和人们对家用电器、汽车等消费的不断增加,以及技术的进步,产品的快速更新换代,市场对电机的需求空间也将越来越大。目前,我国电机厂近2000家,2005年全年电机行业工业总产值为993亿元,产品销售收入938亿元,利润总额491亿元。 同步皮带很多厂家将它用在电机和丝杠之间的连接上,以取代直接连接的连轴器,这样由于皮带的间隙和弹性使精度下降,但对于厂家的好处就是装配
6、要求降低、更方便。电动机是通过输出轴上的皮带轮的转动来传递动力。所以皮带轮是整个电动机设备中不可缺少的部分,但是,通常的电动机是有一定的规格的,为了使规格化的电动机能够适应不同类型的机械设备,就必须配以相应的皮带轮。所以在电动机的生产过程中,电动机和皮带轮不是一个整体,而是相互分开的。从而在具体使用中存在着一个电动机和皮带轮的装配过程。在大部分机械行业,尤其机床行业,除了数控机床外,其他机床均需要电动机装上皮带盘。传统的装配过程是由工人师傅用大铁锤将皮带轮锤入电动机输出轴来完成。(见图一)但这种方法存在着许多不足之处。首先,在锤打过程中,由于力方向难以控制,很容易破坏电动机内部主轴上的轴承,同
7、时也将产生剧烈的振动,这会大大减少电机的使用寿命。其次,这种装配方法需要消耗大量体力,而且装配效率非常的低。就算5W的电机配上皮带轮,通常都需要人工将皮带盘装入电机,通常采用过渡配合。采用这种配合出现过紧配合的可能性很大,加上轮槽的误差等,对于大型皮带轮装配,工人要付出的劳动力是很大的。此外,随着大型工业的发展,越来越多的大型设备需要大规格尺寸的电动机,而皮带轮也将相应增大,传统的人工装配已很难完成这项装配过程。因此,迫切需要用一台机械设备来解决上述问题,解放工人的劳动力。1.3 课题的主要内容本课题是依据现实问题中存在的问题,而设计出来的这么一台机器。它集机、电、液于一体的一台装置。而我主要
8、负责它的液压传动系统设计这一方面。这套压机的液压系统完成如下动作。要求:小油缸:推动工作台的进退,以便工人师傅装上马达。装好马达,油缸推动工作台进,油缸到位后,触到行程开关,发讯,使大油缸工作。大油缸完成动作后,发讯,小油缸推动工作台推出,将装配好的马达卸下。大油缸:小油缸到位后,大油缸下降,开始压皮带盘,压好后退回。 根据工作要求,要求计算工作载荷,设计原理图,选型,阀块的设计,油箱的设计与布局,泵站设计等。需要了解整套液压设计流程,并画出必要的一些图纸。图纸要求:大油缸装配图1张(0#)、系统原理图1张(3#)、阀块图1张(1#)、 油箱零件图1张(3#)、泵站装配图1张(1#)、管路布置
9、图1张(0#)2 总体方案的确定2.1 确定液压压力机的设计参数系统压力: 60kg/cm2对皮带轮的压力(Y向油缸): 10吨工作台进退推力(X向油缸): 150kgY向最大行程: 300mmX向最大行程: 500mm2.2 确定液压系统方案 2.2.1 液压系统的组成 液压传动系统有五个部分组成:(1) 动力元件完成机械能至压力能的转换。如液压泵。(2) 执行元件将压力能转换成工作装置的直线往复式,摆动或旋转式的机械能。如液压缸、液压马达。(3) 控制元件对系统压力,对执行机构的运动速度和方向实行控制。如溢流阀、单向节流阀、电磁换向阀等。(4) 辅助元件起辅助作用。如油箱、滤油器、油管、密
10、封装置等分别起贮油、过滤、输送和防漏保压等作用。辅助元件在液压系统中必不可少。(5) 工作介质(油液、水基液体)存在于上述四种元件当中,起传递动力和能量的作用。 它们相互之间的关系用方框图表示如下: 执行元件控制元件动力元件 辅助元件 图2.1 液压系统组成方框图 2.2.2 液压传动的主要优缺点 目前广泛应用的传动方式主要有机械传动、电气传动、气压传动和液压传动。各有各的优缺点。机械传动是通过齿轮、齿条、蜗杆、蜗轮、带、链条、杠杆等机械零件进行传动,它是发展最早而且应用最普遍的一种传动形式。它具有传动准确可靠,操作简单,机构直观易掌握,负荷变化对传动比影响小及受环境影响小等优点。但对自动控制
11、的情况,单纯靠机械传动来完成就显得结构复杂而笨重,而且远距离操纵困难、操作力大、安装位置变化的自由度小等缺点,因此在许多场合逐步被其他传动方式所取代。电气传动是通过电来进行传动和控制的,利用交流电机来传动,简单而且价廉,因此应用最广,也是各种传动的组成部分。但交流电机一般难于进行无级变速,而直流电机虽可以实现无级变速,但直流电机价格较昂贵。目前晶闸管技术使交流电机无级变速大为简化,但在大功率及低速大扭矩等场合的应用尚有待于进一步完善。电气控制,特别是电子计算机控制,具有信号变化及传递方便,远距离操纵容易等独特优点,因此在自动化程度要求高的场合是必不可少的。气压传动以压缩空气为传动介质,可通过调
12、节气量很容易地实现无级变速。同时有传递及变换信号方便、反应快、构造简单等优点。而且空气取决于大气,所以气源价格低廉。泄露也可以直接放入大气,不会引起污染。空气粘度小,故管道压力损失小,流速大,而且可获得高速运动。但气压传动的致命弱点是空气压缩性大,无法获得均匀而稳定的运动。此外为减少泄露,提高效率,气动系统的压力不能太高,一般只有0.7-0.8MPs左右。这使其不能用于大功率的场合。液压传动是用液体作为作为介质来传递能量的,液压传动与上述三种传动来比较有以下一些优点:(1) 易于获得较大的力或力矩(2) 功率重量比大(3) 易于实现往复运动(4) 易于实现较大范围的无级变速(5) 传递运动平稳
13、(6) 可实现快速而且无冲击的变速和换向(7) 与机械传动相比易于布局和操纵(8) 易于防止过载事故(9) 自动润滑、元件寿命较长(10) 易于实现标准化、系列化与其他传动形式比较,液压传动有以下缺点:(1) 易于出现泄露(2) 油的粘度随温度变化,引起工作机构运动不稳定(3) 空气渗入液压油后会引起爬行、振动、噪声(4) 用矿物油作液压介质时,有燃烧危险,应注意防火(5) 矿物油与空气接触会发生氧化,使油变质,必须定期换油(6) 液压件的零件加工质量(几何精度、表面粗糙度等)要求较高经过几种传动系统的比较,还是决定选择液压系统作为传动系统。2.2.3 现代液压机液压系统设计要点(1)工作介质
14、以往,液压机液压系统一般以矿物油为工作介质,然而,油压传动存在着污染环境、易燃烧、浪费能源等严重问题。随着科学技术的进步和人类环保、能源危机意识的提高,促使人们重新认识和研究以纯水作为工作介质的纯水液压传动技术151。纯水液压系统无污染危害,有利于环保,阻燃性与安全性好、温升小,介质经济性好,运行中压力损失小,发热少,传动效率高,流量稳定性好,系统的刚性大,有利于系统动态性能的提高,维护保养方便,监测成本较低,所以已广泛应用于国内外机械设备的液压系统中。考虑到国际液压市场已能购到不同压力等级的商品化纯水液压元件,因此,在新型液压机产品的设计开发中,若条件允许应考虑采用以纯水作为绿色工作介质的液
15、压系统。(2)主设计参数 工作压力P和流量q是液压机液压系统两个重要的主设计参数,它们将直接影响液压系统设计质量和综合技术经济性能的优劣。为了满足各工作阶段的功率和持续时间要求,若选用较高的工作压力,可以减小液压缸缸径及相关几何尺寸,并减小流量q,从而主机结构尺寸及重量也得到减小。但是,如果工作压力过高,又对液压缸、管路等元件的强度提出了较高要求, 因而又可能需要增大液压缸缸筒及管路的壁厚、活塞杆的直径和重量;反之,若选用较低的工作压力P,就必须加大液压缸缸径及相关几何尺寸与主机结构尺寸及重量,并且必须成比例增大流量q。同时,工作压力选取的合理与否,还会对液压系统的效率、经济性和可靠性等产生重
16、要影响。通常可用类比法参照同类产品的压力并根据液压元件可能的货源情况来选取液压机液压系统工作压力。若侧重液压系统节能,则应采用极值法6J确定最佳工作压力,以使液压系统在运行中具有最高效率。液压系统的流量应满足液压机执行器工作速度的要求,而工作速度可按工艺试验的最佳速度范围、生产率要求及现实可能性确定。(3) 液压源液压机在运行中,其液压系统的压力和流量变化范围很大。为使液压系统在满足工作循环前提下,降低无功能耗,实现节能,通常可在如下三种液压源方案中选用:其一是高低压双泵供油,即用一台高压小流量泵和一台低压大流量泵组合供油;其二是采用单台变量泵供油,以满足低压快速和高压慢速的工况要求;其三是采
17、用单台低压大流量定量泵供油。为了降低液压源的容量,对于前两种液压源方案,快速行程可采用自重充液、蓄能器、差动缸、复合缸等增速液压回路,对于第三种液压源方案,慢速加压行程可采用增压器液压回路。3 压机的液压系统的设计3.1 主要参数进给缸:工作行程:500mm工作台进退推力:150KgV进=V退=2m/min升降缸: 工作行程:300mm 皮带轮压力:10吨 下降速度:1m/min 上升速度:3m/min3.2 工况分析3.2.1 动作循环分析(1) 进给缸工作循环图 进 退(2) 升降缸工作循环图 升 降3.2.2 运动分析(1) 进给缸工 步行 程(mm)速 度(m/min)时 间(s)前
18、进 500 2 15 后 退 500 2 15(2) 升降缸工 步行 程(mm)速 度(m/min) 时 间(s) 下 降 300 1 18 上 升 300 3 63.3 负载分析(1) 进给缸F=150KgF=FW+Ff=FW+0.1Ff=1.1*150*9.8=1617N所以 Fmax=1617N(2)升降缸主要以压皮带盘为主要运动,故计算以缸的下降为主要计算由于10T较大,故活塞杆重力及磨擦力可以忽略计算10T F=FW=10T=10*103*9.8=9.8*104N 所以 Fmax=9.8*104N3.4 确定执行元件的主要参数3.4.1 系统工作压力的选定查手册得,初选进给缸的工作压
19、力P1=1.5MPa, 背压P2=0.1Mpa 升降缸的工作压力P1=6MPa,背压P2=0.1Mpa3.4.2 执行元件主要结构尺寸的确定(1) 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定a. 进给缸P1A1-P2A2= Fmax/m 取m=0.95查手册,按工作压力选取d/D=0.6251.5*(1.6d)2-0.1*(1.6d)2-d2=所以 d=24.25mm D=38.81mm查手册 圆整D与d 所以d=25mm, D=40mmb. 升降缸P1A1-P2A2= Fmax/m 取m=0.95查手册,按工作压力选取d/D=0.56*4d2-0.1*3d2= 所以 d=74.44mm D=148.8
20、9mm查手册 圆整D与d 所以d=75mm, D=150mm3.4.3 液压缸校核(1) 液压缸有效面积a. 进给缸 A1=D2=*402=1256.64mm2 A2=*(D2-d2)= *(402-252)=765.76mm2查手册 qmin=0.5L/min又因为 Vmin=0.5m/min所以 A=100mm2所以 符合要求b. 升降缸 A1=D2=*1502=17671.46mm2 A2=*(D2-d2)= *(1502-752)=13253.59mm2查手册 qmin=0.5L/min又因为 Vmin=0.5m/min所以 A=100mm2所以 符合要求(2) 缸筒壁厚a. 进给缸
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