液壓系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)型

1、目 錄1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟2 1.1設(shè)計步驟21.2明確設(shè)計要求21.3制定基本方案21.4選擇液壓動力源41.5液壓閥的配置形式51.6集成快的設(shè)計51.7繪制正事工作圖、編寫技術(shù)文件6二設(shè)計要求及工況分析72.1設(shè)計要求72.2負(fù)載與運動分析7三負(fù)載圖和速度圖的繪制9四確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)124.1初選液壓缸工作壓力124.2計算液壓缸主要尺寸12五擬定液壓系統(tǒng)原理圖155.1選擇基本回路155.2組成液壓系統(tǒng)15六計算和選擇液壓件166.1確定液壓泵的容量及電動機功率166.2選擇液壓控制閥166.3確定油管直徑及管接頭176.4確定油箱流量18七驗算液壓系統(tǒng)性能207.1驗算系統(tǒng)壓力

2、損失207.2驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升21八設(shè)計小結(jié)22九參考文獻22一、液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。1.1 設(shè)計步驟 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟并無嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進行。一般來說，在明確設(shè)計要求之后，大致按如下步驟進行。（1）確定液壓執(zhí)行元件的形式；（2）進行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；（3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；（

3、4）選擇液壓元件；（5）液壓系統(tǒng)的性能驗算；（6）繪制工作圖，編制技術(shù)文件。1.2 明確設(shè)計要求 計要求是進行每項工程設(shè)計的依據(jù)。在制定基本方案并進一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計之前，必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。（1）主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；（2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；（3）液壓驅(qū)動機構(gòu)的運動形式，運動速度；（4）各動作機構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；（5）對調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；（6）自動化程序、操作控制方式的要求；（7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；（8）對效率、成本等方面的

4、要求。 1.3 制定基本方案（1）制定調(diào)速方案液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合容積節(jié)流調(diào)速。 節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功

5、率不大的場合。 容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。節(jié)流調(diào)速又分別有進油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進油節(jié)流起動沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓

6、力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。（2）制定壓力控制方案液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中

7、，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。（3）制定順序動作方案主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場合。另外有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動

8、，經(jīng)過一段時間，當(dāng)泵正常運轉(zhuǎn)后，延時繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機床、擠壓機壓力機等場合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動作時，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個動作。1.4選擇液壓動力源液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量

9、要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。整機的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)

10、的工作效率。為便于液壓系統(tǒng)的維護和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。 大型設(shè)備的關(guān)鍵部位，要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時能迅速更換，保證主要連續(xù)工作。各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設(shè)計的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。 系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。集中式結(jié)構(gòu)是將整個設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨立設(shè)置于主機之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機、鍛壓機、電弧爐等有強烈熱源和煙塵污染的冶金設(shè)備，一般都

11、是采用集中供油方式。 分散式結(jié)構(gòu)是把液壓系統(tǒng)中液壓泵、控制調(diào)節(jié)裝置分別安裝在設(shè)備上適當(dāng)?shù)牡胤?。機床、工程機械等可移動式設(shè)備一般都采用這種結(jié)構(gòu)。 1.5液壓閥的配置形式（1）板式配置 板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對應(yīng)的孔，通過管接頭聯(lián)接油管而將各閥按系統(tǒng)圖接通。這種配置可根據(jù)需要靈活改變回路形式。液壓實驗臺等普遍采用這種配置。（2）集成式配置 目前液壓系統(tǒng)大多數(shù)都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方面起內(nèi)部油路作用。這種配置結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便。1.6集成塊設(shè)計（1）塊體結(jié)構(gòu) 集成塊的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設(shè)備可用鑄鐵

12、，高壓強振場合要用鍛鋼。塊體加工成正方體或長方體。對于較簡單的液壓系統(tǒng)，其閥件較少，可安裝在同一個集成塊上。如果液壓系統(tǒng)復(fù)雜，控制閥較多，就要采取多個集成塊疊積的形式。相互疊積的集成塊，上下面一般為疊積接合面，鉆有公共壓力油孔P，公用回油孔T，泄漏油孔L和4個用以疊積緊固的螺栓孔。P孔，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)調(diào)壓后進入公用壓力油孔P，作為供給各單元回路壓力油的公用油源。T孔，各單元回路的回油均通到公用回油孔T，流回到油箱。L孔，各液壓閥的泄漏油，統(tǒng)一通過公用泄漏油孔流回油箱。集成塊的其余四個表面，一般后面接通液壓執(zhí)行元件的油管，另三個面用以安裝液壓閥。塊體內(nèi)部按系統(tǒng)圖的要求，鉆有溝通各閥的孔道。

13、（2）集成塊結(jié)構(gòu)尺寸的確定 外形尺寸要求滿足閥件的安裝，孔道布置及其他工藝要求。為減少工藝孔，縮短孔道長度，閥的安裝位置要仔細(xì)考慮，使相通油孔盡量在同一水平面或是同一豎直面上。對于復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，需要多個集成塊疊積時，一定要保證三個公用油孔的坐標(biāo)相同，使之疊積起來后形成三個主通道。各通油孔的內(nèi)徑要滿足允許流速的要求，具體參照本章4.4節(jié)確定孔徑。一般來說，與閥直接相通的孔徑應(yīng)等于所裝閥的油孔通徑。油孔之間的壁厚不能太小，一方面防止使用過程中，由于油的壓力而擊穿，另一方面避免加工時，因油孔的偏斜而誤通。對于中低壓系統(tǒng)，不得小于5mm，高壓系統(tǒng)應(yīng)更大些。1.7繪制正式工作圖，編寫技術(shù)文件 液壓系統(tǒng)

14、完全確定后，要正規(guī)地繪出液壓系統(tǒng)圖。除用元件圖形符號表示的原理圖外，還包括動作循環(huán)表和元件的規(guī)格型號表。圖中各元件一般按系統(tǒng)停止位置表示，如特殊需要，也可以按某時刻運動狀態(tài)畫出，但要加以說明。 裝配圖包括泵站裝配圖，管路布置圖，操縱機構(gòu)裝配圖，電氣系統(tǒng)圖等。 技術(shù)文件包括設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計說明書和設(shè)備的使用、維護說明書等。 二設(shè)計要求及工況分析2.1設(shè)計要求設(shè)計一臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺的液壓系統(tǒng)（含圖）。動力滑臺的工作循環(huán)是：快進工進快退停止。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)與性能要求如下：切削力Ft=20000N，移動部件總重力G=10000N，快進行程L1=100mm，工進行程L2=50mm，快

15、進快退的速度為4m/min，工進速度為0.05m/min；加速、減速時間t=0.2s，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動摩擦系數(shù)fd=0.1。該動力滑臺采用水平放置的平導(dǎo)軌，動力滑臺可在任意位置停止。2.2負(fù)載與運動分析(1) 工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削阻力FL=20000N。(2) 摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力 動摩擦阻力 (3) 慣性負(fù)載 工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力啟動20002223加速1333.31481.4快進10001112工進2100023333快退10001112表1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力注：1.液壓缸的機械效率取2.不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用三

16、負(fù)載圖和速度圖的繪制負(fù)載圖按上面數(shù)值繪制，如下圖a所示。速度圖按已知數(shù)值和工進速度繪制，如下圖b所示圖a 負(fù)載圖圖b 速度圖確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)負(fù)載/ KN<5510102020303050>50工作壓力/MPa<0.811.522.5334455表2 按負(fù)載選擇工作壓力機械類型機 床農(nóng)業(yè)機械小型工程機械建筑機械液壓鑿巖機液壓機大中型挖掘機重型機械起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.82352881010182032表3 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.

17、6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計表4 執(zhí)行元件背壓力工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表5 按工作壓力選取d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71表6 按速比要求確定d/D 注:1無桿腔進油時活塞運動速度； 2有桿腔進油時活塞運動速度。 四確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)4.1初選液壓缸工作壓力參考表2和表3，所設(shè)計的動力滑臺在工進時負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，初選液壓缸的工作壓力p1=4MPa。

18、鑒于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸A1=2A2，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d = 0.707D的關(guān)系。快進時液壓缸差動連接。工進過程中，當(dāng)孔被鉆通時，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過設(shè)置背壓閥的方式)，選取此背壓值為p2=0.8MPa。快進時液壓缸雖然作差動連接（即有桿腔與無桿腔均與液壓泵的來油連接），但連接管路中不可避免地存在著壓降，且有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時取0.5MPa。快退時回油腔中也是有背壓的，這時選取被壓值=0.6MPa。4.2計算液壓缸主要尺寸 由工進時的推力式（53）計算液壓

19、缸面積 故有 當(dāng)按GB/T23482001和表5、表6將這些直徑圓整成就進標(biāo)準(zhǔn)值時得：D=90mm,d=70mm。由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為： 經(jīng)檢驗，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。根據(jù)上述D和d的值，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率，如表7所示，并據(jù)此繪出工況圖如下圖所示。 圖2表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推力F'/N回油腔壓力進油腔壓力輸入流量輸入功率P/KW計算公式快進啟動222300.578加速1481.41.2110.711恒速11121.1150.61515.390.158工進233330.83.9850.3180.0211快退啟動22

20、2300.885加速1481.40.62.11恒速11121.96210.050.337 注：五擬定液壓系統(tǒng)原理圖 5.1選擇液壓基本回路從工況圖上可以得出：（1）本系統(tǒng)壓力流量和功率都較小，可以選用單定量泵和溢流閥組成的供油源。（2）調(diào)速系統(tǒng)可采用調(diào)速閥出口節(jié)流調(diào)速回路，以滿足銑削加工的順銑和逆銑而且速度穩(wěn)定的要求。（3）速度緩解方式。銑削是未知精度要求不高，而且可以用行程擋鐵控制行程開關(guān)使電磁閥換向閥切換來實現(xiàn)換向。（4）液壓缸的快進用單桿活塞缸的差動連接來實現(xiàn)。（5）換向閥用三位四通電磁換向閥換線向。5.2組成液壓系統(tǒng)圖 根據(jù)上述基本回路再加上必要的輔助裝置（如濾油器，壓力表等）組成如下

21、圖所示的液壓系統(tǒng)，并配以電磁鐵動作順序表。液壓系統(tǒng)圖和電磁鐵順序表六、計算和選擇液壓件6.1確定液壓泵的容量及電動機功率1、液壓泵的選擇取進油壓力損失p1=0.3MPa；賄賂泄露系數(shù)K=1.1。，則液壓泵最高工作壓力Pp=P1+按表7取P1=3.985Pa，q=15.39L/min，Pp=3.985+0.3=4.285MPaQp=Kp=1.1×15.39=16.929L/min根據(jù)上述計算選用單作用葉片泵，其型號規(guī)格為YB120(排量V=20mL/r)，其流量Qp=n×v=850r/min*4ml/r=17L/min2、確定電機的功率，在快速時為最大功率P= 式中：查電機手

22、冊，可選用Y系列Y90L-6電動機P=1.1KW（n=940r/min）6.2選擇液壓控制閥根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過閥的實際流量選取,本設(shè)計采用國產(chǎn)GE系列液壓閥，各閥選定規(guī)格如下表6.3確定油管直徑及管接頭在選定了液壓泵后，液壓缸在實際快進、工進和快退運動階段的運動速度、時間以及進入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計算的結(jié)果如表9所列。表9各工況實際運動速度、時間和流量流量、速度快進工進快退輸入流量=28.1=17排出流量=11.1=0.1256=43.04運動速度=4.43=0.05=6.77由表9可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設(shè)計要求。q=2qp=35.1L/min

23、，進入無桿腔的流量在快退及差動連接時為2qp 所以流量為2qp=35.1L/min，取壓油速度v=3m/s，則取吸油速度v=1m/s，則為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼。6.4確定油箱流量V=（57）qp= 85119L按JB/T7983-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。 郵箱結(jié)構(gòu)示意圖1.油面指示器 2.空氣濾清器 3.上蓋 4.隔板 5.放油塞油缸裝配圖七驗算液壓系統(tǒng)性能7.1驗算系統(tǒng)壓力損失 由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首先確定管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失。1 快進滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。在進油路上，油液通過單向閥10、電液換向閥2，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥3進入無桿腔。在進油路上，壓力損失分別為在回油路上，壓力損失分別為將回油路上的壓力損失折算到進油路上去，便得出差動快速運動時的總的壓力損失2工進 滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥2、調(diào)速閥4進入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，