上料机液压传动系统设计【带CAD图纸文件】
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上料机液压系统设计 绪论工业上料机是人类创造的一种机器,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的.我国的工业上料机是从80年代七五科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过七五,八五科技攻关,目前已经基本掌握了上料机操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和行程规划技术,生产了全部的关键元器件,开发出多种多样的上料机,上料机与卸料上料机相比,其中上料上料机中的移动式搬运上料上料机适用于各种棒料,工件的自动搬运及上下料工作。根据作业要求及载荷情况,液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式,它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性,液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质,来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来 。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式,液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位,它既是一门理论课,也与生产实际有着密切的联系。关键词 :上料机、液压系统、控制系统。Industrial is a machine created by human beings, it is a great miracle of human creation, research, development and design is from the beginning of the mid twentieth Century. The industrial manipulator in China from 80s 75 science and technology started, in support of the state, through the 75, 85 science and technology research, has mastered the basic design of manipulator machine manufacturing technology, hardware and software of control system design, kinematics and trajectory planning of technology, production of some key components, the development of painting, arc welding, spot welding, assembly, handling , manipulator feeding and unloading manipulator compared to the mechanic hands of the mobile moving on the material is suitable for all kinds of bar, automatic workpiece handling and loading and unloading work. According to the operation requirements and load conditions, the speed of each joint of the manipulator can be adjusted. Mobile moving on the material is mainly composed of gripper, arm, arm, arm rotation mechanism, trolley traveling mechanism, construction of electrical control system of hydraulic pump station, but also has high bar start thinning feeding device and used for optical security protection system. The whole manipulator and hydraulic system are set on the walking trolley, the structure is compact. Hydraulic transmission control is a kind of control method which is often used in industry. Because of the flexibility and convenience of the hydraulic transmission control mode, hydraulic control has been paid more and more attention in industry. Hydraulic transmission is to study the pressure of the fluid as an energy medium, to achieve a variety of mechanical and automatic control disciplines. Hydraulic transmission using this component. Hydraulic drive and mechanical drive, electric drive is one of three major traditional forms, the design of the hydraulic drive system plays an important role in modern mechanical design, it is not only a theory, but also with the actual production are closely linked.Key words: feeding manipulator, hydraulic system, control system. 目 录1设计分析1 1.1系统机构的主要构成12方案选择2 2.1方案的拟定2 2.2方案的确定2 3总体设计3 3.1 负载分析33.1.1工作负载 3 3.1.2摩擦负载 3 3.1.3 惯性负载 33.2 速度负载图 43.3 主要参数的确定5 3.3.1工作压力 53.3.2 液压缸尺寸 53.3.3 活塞杆稳定性 53.3.4 液压缸最大流量 53.3.5 工况图 63.3.6 其他参数 7 3.4 液压系统图的拟订8 3.5 液压元件的选择103.5.1液压泵和电机的选择 103.5.2 阀类元件及辅助元件的选择 10 3.6液压系统性能的验算 123.6.1压力损失的确定 123.6.2 系统的发热与温升 14致谢15 参考文献17攀枝花学院本课程设计 任务分析 1 设计分析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。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3mm,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。2 方案分析 系统总共承受的负载为7000N,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40m/min,慢上的速度大于10m/min,快下的速度大于60m/min,要完成的工作循环是:快进上升、慢速上升、停留、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。 - 1 - - 2 - 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 -攀枝花学院本课程设计 总体设计 3 总体设计3.1 负载分析3.1.1 工作负载 3.1.2 磨擦负载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计算出滑台垂直作用于导轨的压力约为132N,取则有:静摩擦负载 动磨擦负载 3.1.3、惯性负载加速 减速 制动 反向加速 反向制动 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()。表3.1 液压缸各阶段负载工况计算公式总负载 F/N缸推力 F/N启 动7032.117580.33加 速7450.548171.81快 上6516.977161.51减 速5764.836334.98慢 上6516.977161.51制 动6340.546536.63反向加速1476.151521.80快 下16.9718.65制 动1432.261572.823.2液压缸主要参数的确定 3.2.1、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,所以初选液压缸的工作压力为2.0MPa1.3.2计算液压缸的尺寸按标准取:80mm。根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径:按标准取:45mm。所以液压缸的有效作用面积为:无杆腔面积 有杆腔面积 3.2.2、活塞杆稳定性校核因为活塞杆总行程为450mm,而且活塞杆直径45 mm,= =10 =10,不需要进行稳定性校核。3.2.3、求液压缸的最大流量3.2.4、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、流量和功率工况压力流量功率P/W快上163211.005013.06慢上16340.91952.48快下00054226.7820.51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45mm。 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450mm。(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L,缸筒直径为D时,最小导向长度为: 所以取。(3)活塞的宽度的确定 取B=0.7D=56mm(4)活塞杆长度的确定17 活塞杆的长度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+H+=450+95+78+32=655mm.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=655+50=705mm.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。工作太速度下降。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。 图3.3液压系统原理图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1.63MPa,由于该系统比较简单,所以取其压力损失0.4MPa,所以液压泵的工作压力为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,慢进时液压缸所需流量为40.19L/min,所以,高压泵的输出流量为44.209L/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0.9总效率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:查看电机产品目录、拟选用电动机的型号为Y160L-6,功率为11000W,额定转速为970r/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所示油管的确定:可按公式:快退时候流量最大为226.78l/min,V取10m/s计算 =0.022m本油路系统中出油口采用内径为25mm,外径为34mm的紫铜。表3.3 元件的型号及规格序号名称通过流量根据流量选择型号及规格1滤油器400XUA4030FS2双联叶片泵44.209/195.249PV2R24(47/200)3单向阀200CIT-10-35-504行程阀(二位二通)20022EF3-E10B5溢流阀144.43Y2-Ha32L6三位四通电液换向阀239.458H-1WEH7液控单向阀239.458CT1-10B8单向顺序阀239.458AXF3-20B9二位二通电磁换向阀22EF3-E10B10单向调速阀239.458MSA30EF25011电动机Y90S-6油箱:油箱容积根据液压泵的流量计算,取其体积V=(24),即取V=3247=741 L取800L油箱的三个边长在1:1:11:2:3范围内,设定油箱可以设计为L=1100mm,D=910mm,H=800mm。由于油箱选择容量时系数偏大,就把油箱壁厚包括在以上的计算出的长度中。 油箱容量大于400ml,壁厚取5mm,油箱底部厚度取8MM,箱盖应为壁厚的3倍,取15mm。为了增加油液的循环距离,使油液有足够的时间分离气泡,沉淀杂质,消散热量,所以吸油管和回油管相距较远,并且中间用隔板隔开,油箱底应微微倾斜以便清洗。由于油箱基本装满油,隔板高取液面高的3/4,取为600mm.其他油箱辅助元件和油箱结构见油箱的结构设计见零件图 3.6 液压系统的性能验算3.6.1压力损失及调定压力的确定根据计算慢上时管道内的油液流动速度约为0.50m/s,通过的流量为1.5L/min,数值较小,主要压力损失为调整阀两端的压降;此时功率损失最大;而在快下时滑台及活塞组件的重量由背压阀所平衡,系统工作压力很低,所以不必验算。所以有快进做依据来计算卸荷阀和溢流阀的调定压力,由于供油流量的变化,快进时液压缸的速度为此时油液在进油管中的流速为(1)沿程压力损失 首先要判别管中的流态,设系统采用N32液压油。室温为20时,动力粘度,所以有:,管中为层流,则阻力损失系数,若取进、回油管长度均为2m,油液的密度为,则其进油路上的沿程压力损失为(2)局部压力损失 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失,前者视管道具体安装结构而定,一般取沿程压力损失的10;而后者则与通过阀的流量大小有关,若阀的额定流量和额定压力损失为和,则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失式为因为25mm通径的阀的额定流量为260L/min,所以通过整个阀的压力相比14MPa很小,且可以忽略不计。同理,快上时回油路上的流量,则回油路油管中的流速。由此可计算出(层流),,所以回油路上沿程压力损失为:(3)总的压力损失 同上面的计算所得可求出 (4)压力阀的调定值溢流阀的调节器定压力应大于压力0.30.6MPa,所以取溢流阀定压力为2.3MPa背压阀的调定压力以平衡滑台自重为根据,即, 取。3.6.2、系统的发热与温升根据以上的计算可知,在快上时电动机的输入功率为;慢上时的电动机输入功率为;而快上时其有用功率为;慢上时的有效功率为1091.83W;所以慢上时的功率损失为1026.51W,略小于快上时的功率损失713.05W,现以较大的值来校核其热平衡,求出发热温升。油箱的三个边长在1:1:11:2:3范围内,则散热面积为假设通风良好,取,由于升降台在上升后有时间停留,在快下后也有上料上时间要停留,综合考滤取其工作时理论的油温升的1/4作油箱的温升,所以油液的温升为室温为20,热平衡温度为28.7565,没有超出允许范围。系统合格。 致 谢紧张的毕业设计即将接近尾声,我在这次设计中收获了很多。这次设计对于我们每一即将走向工作岗位的同学来说都是非常重要。这不仅是我们在这四年里所学过的知识进行综合运用,而且是将我们所学的知识应用于实践的一次检验。通过这次毕业设计,我将大学四年所学的知识进行了一次系统的学习总结,加深了对所学知识的掌握,提高了我们对所学的知识的合理运用的能力,同时也发现了自己知识的弱点和薄弱环节,并及时地加以改正和补充。也使我的知识系统更加的完善。毕业设计是对大学四年所学知识及个人能力的一次综合检验,既巩固了原有知识,又拓宽了知识面,加深了对机械设计的认识,也了解了当今世界工业的发展趋势,更进一步学习了有关工业机器人的相关知识,学到了许多未曾接触过的知识,增强了自己的学习能力和逻辑思维能力。我在设计过程中,不仅应用了以前所学过的相关专业知识,同时还查阅了大量的相关资料和文献,使我对这一领域有了初步的了解和认识。在整个设计过程中,我在现有产品设计的基础之上又充分地发挥了自己的创造和思维能力,使此产品更加的完善。能将自己学习的理论知识真正运用到实际中,让理论真正的得到检验,这对我们每个人来说都是一个十分宝贵而难得的机会。对实际中出现的问题用理论解决的能力,也是我们在今后走向工作岗位所十分需要的。通过设计培养了我科学严谨、精益求精、认真对待问题的工作态度;使我明白在实际中来不得半点马虎。由于实际设计的经验不足、相关的专业知识缺乏、设计水平也是有限的,在设计上还存在着许多的不足。在此感谢指导老师给予的充分指导,并提出了许多的宝贵意见,及时地改正了许多设计中的错误,使我的设计更加的合理、完善。再次向李老师表示深深的谢意。同时也感谢各位同学能在繁忙的设计工作之余给予我很多建议和帮助。短暂而充实的大学的生活即将结束,在这四年的学习和生活中,全体老师的严谨的教学作风和忘我的敬业精神使我深深地受到了感动。老师们的言传身教培养了我良好的学习态度。各位老师教给我的知识将伴随我以后的工作生涯。老师的教诲我将牢记在心中,在今后的学习和工作中我会更加努力地拼搏,不辜负各位老师的期望和厚爱。再次对老师们的教导和辛勤劳动表示万分感谢。参考文献 1濮良贵.机械设计.北京:高等教育出版社,2003.6 2张普礼.机械工程手册.北京:机械工业出版社,1992.53邓广敏.工业上料机手册.北京:机械工业出版社,1995.84何发昌,邵远.多功能上料机的原理及应用.北京:高等教育出版社,2002.15吴延本,刘世华.机械设计标准手册.吉林:吉林科技出版社,1996.76刘跃南.机械零件设计问题解析.北京:中国致公出版社,1999.47徐福玲.液压与气压传动.北京:机械工业出版社,2004.2
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