外文翻譯：液壓系統(tǒng)設(shè)計-

1、液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算1 明確設(shè)計要求進(jìn)行工況分析在設(shè)計液壓系統(tǒng)時,首先應(yīng)明確以下問題,并將其作為設(shè)計的依據(jù)。主機(jī)的用途、工藝過程、總體布局以及對液壓傳動裝置的位置和空間尺寸的要求;主機(jī)對液壓系統(tǒng)的性能要求,如自動化的程度、調(diào)速范圍、運(yùn)動的平穩(wěn)性、換換向定位精度及系統(tǒng)的效率、溫升等的要求;液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境,如溫度、濕度、振動沖擊以及是否有腐蝕性以及易燃物質(zhì)存在等等情況。在上述工作的基礎(chǔ)上,應(yīng)對主機(jī)進(jìn)行工況分析,包括運(yùn)動分析和動力分析,對于復(fù)雜的系統(tǒng)還需要編制負(fù)載和動作循環(huán)圖,從而了解液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載和速度隨時間變化的規(guī)律,下面是對工況分析內(nèi)容的具體介紹。1.1 運(yùn)動分析主機(jī)的執(zhí)行元件按工藝

2、要求的運(yùn)動情況,可以用位移循環(huán)圖(Lt,速度循環(huán)圖(vt,或者速度與位移循環(huán)圖來表示,從而對工況分析的內(nèi)容作具體的介紹。1.1.1 位移循環(huán)圖Lt圖1.1為液壓機(jī)的液壓缸位移循環(huán)圖,縱坐標(biāo)L表示活塞的位移,橫坐標(biāo)t 則表示從活塞啟動到返回原位的時間,曲線斜率表示活塞的移動速度。 圖1.1 位移循環(huán)圖1.1.2 速度循環(huán)圖vt(或vL工程中液壓缸的運(yùn)動特點可以歸納為三種類型。圖1.2為三種類型液壓缸的vt圖,第一種如圖1.2中實線所示,液壓缸開始做勻加速運(yùn)動,然后勻速運(yùn)動,最后勻減速運(yùn)動到終點;第二種,液壓缸在總行程的前一半做勻加速運(yùn)動,在另一半做勻減速運(yùn)動,且加速度 圖1.2 速度循環(huán)圖的數(shù)值

3、相等;第三種,液壓缸在總行程的一大半以上時以較小的加速度做勻加速運(yùn)動,然后勻減速至行程的終點。Vt圖的三條速度曲線,不僅清楚的表明了三種類型液壓缸的運(yùn)動規(guī)律,也間接的表明了三種工況的動力特性。1.2 動力分析是研究機(jī)器在工作過程中,其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況,對液壓系統(tǒng)而言,就是研究液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載情況。1.2.1 液壓缸的負(fù)載及負(fù)載循環(huán)圖1.2.1.1 計算液壓缸的負(fù)載力工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動時,液壓缸必須克服的負(fù)載由六部分組成: 式中:F c為切削阻力;F f為摩擦阻力;F i為慣性阻力;F g為重力;F m為密封阻力;F b 為排油阻力。1.2.1.2 液壓缸運(yùn)動循環(huán)各階段的總負(fù)載力液壓

4、缸運(yùn)動循環(huán)各階段的總負(fù)載力計算,一般包括啟動加速、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、減速制動等幾個階段,每個階段的總負(fù)載是有區(qū)別的。(1啟動加速階段:這是液壓缸或活塞處于由靜止到啟動并加速到一定速度,其總負(fù)載力包括導(dǎo)軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機(jī)械效率m =0.9計算、重力和慣性力等項,即: (2快速階段: (3工進(jìn)階段: (4減速制動階段: 對于簡單的液壓系統(tǒng),上述計算過程可簡化。如采用單定量泵供油,只需計算工進(jìn)階段的總負(fù)載力,若簡單系統(tǒng)采用限壓式變量泵或雙聯(lián)泵供油,則只需要計算快進(jìn)階段和工進(jìn)階段的總負(fù)載力。1.2.2 液壓馬達(dá)的負(fù)載計算工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時,液壓馬達(dá)必須克服的外在負(fù)載為: 1.2.2

5、.1 工作負(fù)載力M e?？赡苁嵌ㄖ?也可能隨時間變化,應(yīng)根據(jù)及其工作條件進(jìn)行具體分析。1.2.2.2 摩擦力矩M f。它為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩,其計算公式為: 式中:G為旋轉(zhuǎn)部件的重量(N;f為摩擦因數(shù),啟動是為靜摩擦因數(shù),啟動后為動摩擦因數(shù);R為軸頸半徑(m。1.2.2.3 慣性力矩M i。它為旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時產(chǎn)生的慣性力矩,其計算公式為: 式中:為角加速度(r/s2;為角加速度的變化(r/s;t為加速或減速時間(s;J為旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量(Kg·m2,J=GD2/4G,GD2為回轉(zhuǎn)部件的飛輪效應(yīng)(N·M2。各種回轉(zhuǎn)體的GD2可查機(jī)械設(shè)計手冊。根據(jù)式(1.6分別求

6、出液壓馬達(dá)在一個工作循環(huán)內(nèi)的負(fù)載力大小,便可繪制液壓馬達(dá)的負(fù)載循環(huán)圖。2 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)2.1 液壓缸的設(shè)計計算2.1.1 初步確定液壓缸的工作壓力液壓缸工作壓力主要根據(jù)運(yùn)動循環(huán)各階段中的最大負(fù)載力來確定,另外,還需要考慮以下影響因素:2.1.1.1 各類設(shè)備的特點和使用場合不同。2.1.1.2 考慮經(jīng)濟(jì)和重量因素。壓力選的低,則元件尺寸大,重量重;壓力選的高,則元件尺寸小,重量輕,但對于案件的制造精度,密封性要求高。所以,液壓缸的工作壓力的選擇有兩種方式:一是根據(jù)機(jī)械類型;二是根據(jù)切削負(fù)載選擇。如表2.1、表2.2所示。表2.1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力 表2.2 按機(jī)械類型選擇

7、執(zhí)行元件的工作壓力 2.2 液壓馬達(dá)的設(shè)計計算2.2.1 液壓馬達(dá)的排量計算液壓馬達(dá)的排量由下式?jīng)Q定 式中:T為液壓馬達(dá)的負(fù)載力矩(N·m;P m為呀呀馬達(dá)凈出口壓力差(N/m3;min為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率,一般的齒輪和柱塞馬達(dá)取0.80.95。葉片馬達(dá)取0.80.9。2.2.2 計算液壓馬達(dá)所需流量液壓馬達(dá)的最大流量 式中:V m為液壓馬達(dá)的排量(m3/r;n max為液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速(r/s。3 液壓元件的選擇3.1 液壓泵的確定及其功率計算3.1.1 確定液壓泵3.1.1 確定液壓泵的最大工作壓力。液壓泵所需工作壓力的確定主要根據(jù)液壓缸在工作循環(huán)中的各階段所需最大壓力P 1,

8、再加上油泵的出油口到缸的進(jìn)油口處得總的壓力損失,即 包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部壓力損失、管道沿程損失等,在系統(tǒng) 管路未設(shè)計之前,可根據(jù)同類系統(tǒng)經(jīng)驗估計,一般管路簡單的節(jié)流閥調(diào)調(diào)系統(tǒng)為(25x105Pa ,用調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)為(515x105Pa , 也可只考慮流經(jīng)各控制閥的壓力損失,而將管路系統(tǒng)的沿程損失忽略不計,各閥的額定壓力損失可從液壓元件手冊或產(chǎn)品樣本中查找,也可參照表3.1選取。 表3.1常用中、低壓各類閥的壓力損失(P n PnPn Pn Pn 3.1.2 確定液壓泵的流量q B泵的流量q B 是根據(jù)執(zhí)行元件的動作循環(huán)所需要的最大流量q max 和系統(tǒng)的泄流確定的。3.

9、1.2.1 多液壓缸同時動作時,液壓泵的流量要大于同時動作的幾個液壓缸(或馬達(dá)所需要的最大流量,同時應(yīng)考慮系統(tǒng)的泄流和液壓泵的磨損后的容積效率的下降,即 式中:K為系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取1.11.3,大流量去小值,小流量取大值;max 為同時動作的液壓缸(或馬達(dá)的最大流量(m3/s。3.1.2.2 選擇液壓泵的規(guī)格型號。根據(jù)上面計算的最大壓力p B和流量q B,差液壓元件樣本,選擇與之相當(dāng)?shù)囊簤罕玫囊?guī)格型號。 按上述功率和泵的轉(zhuǎn)速,課從產(chǎn)品樣本中選取標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī),在進(jìn)行驗算,使電動機(jī)發(fā)出最大功率時,其超載量在允許的范圍內(nèi)。3.2 閥類元件的選擇3.2.1 選擇依據(jù)選擇依據(jù)為:額定壓力,最大流量,動

10、作方式,安裝固定方式,壓力損失數(shù)值,工作性能參數(shù)和工作壽命等。3.2.2 應(yīng)注意的問題3.2.2.1 應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品,除非必要時才自行設(shè)計專用件。3.2.2.2 閥類元件的規(guī)格主要根據(jù)流經(jīng)該閥的油液的最大壓力和最大流量選取。選擇溢流閥時,應(yīng)按液壓泵的最大流量選取;選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時,應(yīng)考慮它們的最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足機(jī)器低速性能要求。3.3 蓄能器選擇3.3.1 蓄能器用于液壓泵供油不足時的補(bǔ)充,其有效容積為: 式中:A為液壓缸有效面積(m2;L為液壓缸行程(m;K為液壓缸損失系數(shù),估算時可取K=1.2;q B為液壓泵供油流量(m3/s;t為動作時間(s。3.3.2 蓄能器作應(yīng)急能源時,

11、其有效容積為: 當(dāng)蓄能器用于吸收脈動緩和液壓沖擊時,應(yīng)將其作為系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)與其關(guān)聯(lián)部分一起綜合考慮其有效容積。根據(jù)求出的有效容積并考慮其他要求,即可選擇蓄能器的形式。3.4 管道的選擇3.4.1 油管類型的選擇液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管,選擇的油管應(yīng)有足夠的流通截面和承壓能力,同時,應(yīng)盡量縮短管路,避免急轉(zhuǎn)彎和截面沖突。3.4.1.1 鋼管:中高壓系統(tǒng)選用無縫鋼管,低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管,鋼管價格低,性能好,使用廣泛。3.4.1.2 銅管:紫銅管工作壓力在6.510MPa以下,易彎曲,便于裝配;黃銅管承受壓力較高,可達(dá)25MPa,不如紫銅管易彎曲,銅管價格高,抗震能力弱,易使油液氧化,

12、盡量少用,一般只用于液壓裝置配接不方便的部位。3.4.2 油管尺寸的確定3.4.2.1 油管內(nèi)經(jīng)d可按下式計算: 式中:q為通過油管的最大流量(m3/s;v為管道內(nèi)允許的流速(m/s。一般吸油管取0.55(m/s;壓力油管取2.55(m/s;回油管取1.52(m/s。3.4.2.2 油管壁厚按下式計算: 式中:p為管內(nèi)最大工作壓力;n為安全系數(shù),鋼管p<7MPa時,取n=8;p<17.5MPa 時,取n=6;p>17.5時,取n=4。根據(jù)計算所得油管內(nèi)徑和壁厚,查手冊選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的油管。3.5 油箱的設(shè)計油箱的作用是儲油,散發(fā)油的熱量,沉淀油中雜質(zhì),逸出油中的氣味。3.5.1

13、 油箱的設(shè)計要點3.5.1.1 油箱應(yīng)該有足夠的容積滿足散熱,同時其容積應(yīng)保證系統(tǒng)中油液全部流回油箱時不溢出,油液液面不應(yīng)該超出油箱高度的80%。3.5.1.2 吸油管和回油管的間距要盡量大。3.5.1.3 油箱底部要有適當(dāng)斜度,泄油口置于最低處,方便排油。3.6 濾油器選擇。選擇濾油器有以下幾點依據(jù):3.6.1 承載能力:按系統(tǒng)管路工作壓力確定。3.6.2 過濾精度:按被保護(hù)元件的精度要求確定。3.6.3 流通能力:按通過最大流量確定。3.6.4 阻力壓降:應(yīng)滿足過濾材料強(qiáng)度與系數(shù)要求。4 液壓系統(tǒng)性能的驗算當(dāng)液壓元件規(guī)格型號和管道尺寸確定之后,就可以較準(zhǔn)確的計算系統(tǒng)的壓力損失,壓力損失包括

14、:油液流經(jīng)管道的沿程壓力損失P L、局部壓力損失P C和流經(jīng)閥類元件的壓力損失P V,即: 系統(tǒng)的調(diào)整壓力: 式中:P0為液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力;P1為執(zhí)行元件的工作壓力。如果計算出來的P比在初選系統(tǒng)工作壓力時的粗略選定的壓力損失大得多,擇應(yīng)重新調(diào)整有關(guān)元件、輔件的規(guī)格,重新確定管道的尺寸。4.2 系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算系統(tǒng)發(fā)熱來源于系統(tǒng)內(nèi)部的能量損失,如液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失、溢流閥的溢流損失、液壓閥及管道的壓力損失等。系統(tǒng)發(fā)熱功率P的計算: 式中:P B為液壓泵的輸入功率(W;為液壓繃得總效率。如果一個工作循環(huán)中有多個工序,則可根據(jù)工序的發(fā)熱量,求出系統(tǒng)單位時間內(nèi)的平均發(fā)熱量:

15、式中:T為工作循環(huán)周期(s;t i為第i個工序的工作時間(s;p bi為循環(huán)中第i個工序的輸入功率(W。4.3 系統(tǒng)效率的驗算液壓系統(tǒng)的效率是由液壓泵、執(zhí)行元件和液壓回路效率來確定的。液壓回路效率g一般由下式算得: 式中:p1;q1;p2;q2;為每個執(zhí)行元件的工作壓力和流量;p b1;q b1;p b2;q b2為每個液壓泵的供油壓力和流量。液壓系統(tǒng)的總效率： 式中：B 為液壓泵總效率；m 為執(zhí)行元件總效率；C 為回路效率。 5 繪制正式工作圖和編寫技術(shù)文件 經(jīng)過對液壓系統(tǒng)性功能的鹽酸和必要的修改之后，便可繪制正式的工作圖， 其中包括繪制液壓系統(tǒng)原理圖、系統(tǒng)管路裝置圖和各種非標(biāo)準(zhǔn)元件設(shè)計圖。

16、 正是液壓系統(tǒng)原理圖要標(biāo)明各液壓元件的型號規(guī)格。對于自動化程度較高的 機(jī)床，還應(yīng)包括運(yùn)動部件的運(yùn)動循環(huán)圖和電磁鐵、壓力繼電器的工作狀態(tài)。 5.1 確定液壓系統(tǒng)參數(shù) 由工況分析可知，工進(jìn)階段的負(fù)載力最大，所以，液壓缸的工作壓力按此負(fù) 載計算，根據(jù)液壓缸與負(fù)載的關(guān)系，選 p140x105Pa。本機(jī)床為鉆孔組合機(jī)床， 為防止鉆通時發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔應(yīng)有相應(yīng)背壓，設(shè)為 p26x105Pa， 為使快進(jìn)快退速度相等，選用 A2A差動油缸，假定快進(jìn)、快退的回油壓力損 失為p7x105Pa。 5.2 選擇液壓元件 5.2.1 選擇液壓泵和電動機(jī) 5.2.1.1 確定液壓泵的工作壓力 前面已經(jīng)確定了液壓缸的最大工作壓力為 40x105Pa，選取進(jìn)油管路壓力損失 p=8x105Pa， 其調(diào)整壓力一般比系統(tǒng)最大工作壓力大 5x105Pa， 所以泵的工作壓 力 PB=（40+8+5）x105=53x105Pa 這是高壓小流量泵的工作壓力。 液壓缸快退時的工作壓力比快進(jìn)時大，取其壓力損失p，=4x105Pa，則快退 時泵的工作壓力為：PB=（16.4+4）x105Pa 這是低壓大流量泵的工作壓力。 5.2.1.2 液壓泵的流量?？爝M(jìn)時的流量最大，其值為 30L