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挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計Companynumber:【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"緒論3\o"CurrentDocument"1.1現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r4\o"CurrentDocument"液壓傳動的研究對象4\o"CurrentDocument"液壓傳動的組成4\o"CurrentDocument"液壓傳動的優(yōu)缺點55液壓傳動的主要缺點5\o"CurrentDocument"液壓技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用667\o"CurrentDocument"第1章挖掘機的液壓系統(tǒng)8\o"CurrentDocument"挖掘機的工作循環(huán)及對液壓系統(tǒng)的要求8\o"CurrentDocument"WY—100挖掘機液壓系統(tǒng)的工作原理9\o"CurrentDocument"第3章液壓系統(tǒng)的設(shè)計12明確設(shè)計要求進(jìn)行工況分析12確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)131315計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)的排151516液壓泵的確定與所需功率的計算17181817選擇液壓泵的規(guī)格閥類元件的選擇---1818TOC\o"1-5"\h\z管道的選擇191919油箱的設(shè)計202020\o"CurrentDocument"濾油器的選擇20\o"CurrentDocument"液壓系統(tǒng)的性能驗算211818\o"CurrentDocument"體會與感受23\o"CurrentDocument"參考資料24緒論隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步,液壓設(shè)備的年增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它設(shè)備的年增長率,其原因是由于液壓傳動在許多領(lǐng)域是機械傳動無法取代的。液壓傳動能實現(xiàn)低速大噸位運動;采用適當(dāng)?shù)墓?jié)流技術(shù)可使運動機構(gòu)的速度十分均勻穩(wěn)定;使用伺服、仿形、調(diào)速等機構(gòu)可使執(zhí)行元件的運動精度達(dá)到很高,可以微米計;液壓系統(tǒng)各部分間是用管道連接的,其布局安裝有很大的靈活性,而其體積重量比卻比機械傳動小得多,因此能夠成用其它方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng);液壓傳動可以用很小的功率控制速度、方向;液壓元件體積小、重量輕,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,便于集中大批量生產(chǎn)。由于采用集成、疊加、插裝技術(shù),使裝配容易,造價低,比起機械傳動來,它是一種最經(jīng)濟的選擇。近年來微電子技術(shù)應(yīng)用到工程機械中,實現(xiàn)了智能化和自動化,靜液壓傳動裝置替代了傳統(tǒng)的液壓便矩——齒輪箱傳動,使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展??傊?,液壓技術(shù)在各行業(yè)中得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。為適合液壓技術(shù)的發(fā)展,設(shè)計完成了這篇論文。本論文采用液壓技術(shù),運用了大學(xué)三年所學(xué)的綜合知識,結(jié)合即便從事這項工作的實際,設(shè)計了挖掘機的液壓系統(tǒng)。由于自己的實踐水平有限,設(shè)計過程難免出現(xiàn)紕漏,敬請各位評委老師不吝賜教,提出寶貴的意見。以便可以改正,并能找到目標(biāo)和方向。第1章現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r1?2液壓傳動的研究對象液壓傳動是以研究有壓流體為傳動介質(zhì)來實現(xiàn)各種機械的傳動和控制的學(xué)科。液壓傳動是基于流體力學(xué)的帕斯卡原理,主要利用流體的壓力能來進(jìn)行能量傳遞和控制的傳動方式,它實現(xiàn)傳動和控制的方法是利用各種元件組成具有所需功能的基本回路,在有若干基本回路有機組合成傳遞的控制系統(tǒng),從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和控制。因此,了解穿傳動介質(zhì)的基本物理特性及力學(xué)特性,研究各類元件的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能,以及各種回路的性能和特點,并在此基礎(chǔ)上形成對傳動及控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計和使用,這就是本學(xué)科研究的對象。液壓傳動所用的介質(zhì)是液體(主要是礦物油)。液壓傳遞動力大(液體工作壓力高),運動平穩(wěn),但液體粘性較大,流動過程阻力損失大因而不宜做遠(yuǎn)距離的傳動和控制。1?3液壓傳動系統(tǒng)的組成液壓傳動系統(tǒng)由以下四部分組成:(1)能量裝置液壓泵(又稱動力元件),其功能是將原動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換成液壓能,為系統(tǒng)提供動力。(2)執(zhí)行元件液壓缸、液壓馬達(dá),它們的功能是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能,以帶動負(fù)載進(jìn)行直線運動或旋轉(zhuǎn)運動。(3)控制元件壓力、流量和方向控制閥,它們的作用是控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中液體的壓力、流量和流動方向,以保證執(zhí)行元件達(dá)到所要求的輸出力(或力矩)、運動速度和運動方向。(4)輔助元件保證系統(tǒng)正常工作所需要的輔助裝置,包括管道、管接頭、油箱或貯氣罐、過濾器和指示儀表。1?3液壓傳動的優(yōu)缺點液壓傳動的主要優(yōu)點(1)體積小、重量輕,單位重量輸出的功率大。這是由于液壓傳動可以采用很高的壓力(一般已達(dá)30MP,個別場合更高),因此具有體積小、重量輕的特點。如同功率下,液壓馬達(dá)的外形尺寸和重量為電動機的12%左右。在中、大功率以及實現(xiàn)直線往復(fù)運動時,這一優(yōu)點尤為突出。(2)可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速,且調(diào)節(jié)方便。調(diào)速范圍一般可達(dá)100:1,甚至高達(dá)2000:1。(3)操縱控制方便,與電子技術(shù)結(jié)合更易于實現(xiàn)各種自動控制和遠(yuǎn)距離操縱。(4)由于體積小、重量輕,因而慣性小,響應(yīng)速度快,啟動、制動和換向迅速。如一個中等功率的電動機起動需要幾秒鐘,而液壓馬達(dá)只需。(5)因執(zhí)行元件的多樣性(如液壓缸、液壓馬達(dá)等)和各元件之間僅靠管路連接。使得機器的結(jié)構(gòu)簡化,布置靈活方便。(6)易于實現(xiàn)過載保護(hù),安全性好;采用礦物油作介質(zhì),自潤性好。液壓傳動的主要缺點(1)液壓傳動系統(tǒng)中存在的泄漏和油液的壓縮性,影響了傳動的準(zhǔn)確性,不易在溫度變化較大的場合工作。(2)由于油液粘度隨溫度變化,容易引起工作性能的變化,所以液壓傳動不宜在溫度變化范圍較大的場合工作。(3)由于受液體流動阻力和泄漏的影響,液壓傳動的效率還不高O(4)液壓傳動系統(tǒng)對油液的污染比較敏感,必須有良好的防護(hù)和過濾措施。液壓傳動的優(yōu)點是主要的,液壓元件已標(biāo)準(zhǔn)化和通用化,便于系統(tǒng)的設(shè)計、制造和推廣應(yīng)用。因此液壓傳動在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中有著廣闊的發(fā)展前途和應(yīng)用前景。1.4液壓技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用、液壓傳動在各類機械中的應(yīng)用液壓傳動在機械設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛。有的設(shè)備是利用其能傳遞大的動力,且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕的優(yōu)點,如工程機械、礦山機械、冶金機械等;有的設(shè)備是利用它操縱控制方便,能較容易地實現(xiàn)較復(fù)雜工作循環(huán)的優(yōu)點,如各類金屬切削機床、輕工機械、運輸
機械、軍工機械、各類裝載機等。液壓傳動在其他機械工業(yè)部門的應(yīng)用情況見下表所示:液壓傳動在各類機械行業(yè)中的應(yīng)用實例行業(yè)名稱應(yīng)用場所舉例工程機械挖掘機、裝載機、推土機、壓路機、鏟運機等起重運輸機械汽車吊、港口龍門吊、叉車、裝卸機械、皮帶運輸機等礦山機械鑿巖機、開掘機、開采機、破碎機、提升機、液壓支架等建筑機械打樁機、液壓千斤頂、平地機等農(nóng)業(yè)機械聯(lián)合收割機、拖拉機、農(nóng)具懸掛系統(tǒng)等冶金機械電爐爐頂及電極升降機、軋鋼機、壓力機等輕工機械打包機、注塑機、校直機、橡膠硫化機、造紙機等汽車工業(yè)自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車、汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器等智能機械折臂式小汽車裝卸器、數(shù)字式體育鍛煉機、模擬駕駛艙、機器人等液壓傳動相對于機械傳動來說,是一門發(fā)展較晚的技術(shù)。自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機算起,液壓傳動技術(shù)只有二三百年的歷史。直到20世紀(jì)30年代它才較普遍地用于起重機、機床及工程機械。在第二次世界大戰(zhàn)期間,由于戰(zhàn)爭需要,出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后,戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè),液壓技術(shù)不斷應(yīng)用于各種自動機及自動生產(chǎn)線,從而使它在機械制造、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)得到推廣應(yīng)用。20世紀(jì)60年代以來,液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展,并滲透到各個工業(yè)領(lǐng)域中。液壓技術(shù)開始向高速、高壓、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時,新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助測試(CAT)、計算機直接控制(CDC)、機電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。我國的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代,最初只應(yīng)用于機床和鍛壓設(shè)備上,后來又用于拖拉機和工程機械?,F(xiàn)在,我國的液壓元件隨著從國外引進(jìn)一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計,現(xiàn)已形成了系列,并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛的使用。盡管如此,我國的液壓元件與國外先進(jìn)的同類產(chǎn)品相比,在性能上,在種類上、在規(guī)格上仍存在著較大的差距。我國已瞄準(zhǔn)世界發(fā)展主流的液壓元件系列型譜,有計劃地引進(jìn)、消化、吸收國外最先進(jìn)的液壓技術(shù)和產(chǎn)品,大力開展產(chǎn)品國產(chǎn)化工作。我國的液壓技術(shù)在21世紀(jì)必將獲得更快的發(fā)展。第2章挖掘機液壓系統(tǒng)挖掘機在工業(yè)和民用建筑、交通運輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有廣泛的應(yīng)用,是各種土石方施工中不可缺少的高效率的機械設(shè)備。液壓挖掘機的組成1鏟斗2斗桿3動臂4轉(zhuǎn)臺5行走機構(gòu)上圖所為液壓挖掘機的組成圖。由柴油機驅(qū)動液壓泵,向工作裝置、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)和性走機構(gòu)的執(zhí)行元件供油。工作裝置由動臂3、斗桿2和鏟斗1組成,分別由液壓驅(qū)動,回轉(zhuǎn)機構(gòu)4和行走機構(gòu)5由液壓馬達(dá)驅(qū)動。2.1挖掘機的工作循環(huán)及對液壓系統(tǒng)的要求挖掘機的每一工作循環(huán)的主要動作是:挖掘一一以斗桿收回動作為主,用鏟斗調(diào)整切削角度,配合挖掘;提升回轉(zhuǎn)一一動臂升起,滿斗提升,轉(zhuǎn)臺向卸載方向回轉(zhuǎn);卸載——斗桿放出,鏟斗打開卸載;返回——卸載結(jié)束,轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn),動臂下降,使鏟斗下放到挖掘位開始下一次作業(yè)。有時為了調(diào)整或轉(zhuǎn)移挖掘地點,還要作整機行走。挖掘機對液壓系統(tǒng)的要求是:(1)由工作循環(huán)可知,應(yīng)能實現(xiàn)兩個執(zhí)行機構(gòu)的復(fù)合動作。(2)工作循環(huán)時間短(12?25s),各執(zhí)行機構(gòu)起動、制動頻繁,負(fù)載變化大,因而振動沖擊大,要求系統(tǒng)元件耐沖擊、抗振動,有足夠的可靠性和完善的安全保護(hù)措施。(3)負(fù)載變化大,作業(yè)時間長,應(yīng)能充分利用發(fā)動機的功率和提高傳動效率。(4)有超越負(fù)載工況,應(yīng)有動臂超速下降、整機超速溜坡的限速措施。(5)野外作業(yè)環(huán)境惡劣、溫度變化大,應(yīng)有防塵、過濾和冷卻裝置。(6)執(zhí)行元件多,操作應(yīng)靈活方便、安全可靠。WY—100挖掘機液壓系統(tǒng)的工作原理
WY—100型挖掘機液壓系統(tǒng)原理圖1、2——液壓泵3——背壓閥4、10——補油閥5——阻尼孔6——回轉(zhuǎn)馬達(dá)7——雙速閥8、9——行走馬達(dá)11——中心回轉(zhuǎn)接頭12--—限速閥13、15-—多路換向閥組14——梭閥16——合流閥17-過載閥18——單向節(jié)流閥19—-—動臂缸20——斗桿缸21—鏟斗缸22—一磁性過濾器23一-冷卻器24——精過濾器25——空氣過濾器上圖所視為WY—100型挖掘機的液壓系統(tǒng)圖。此挖掘機鏟斗容量為1立方米。液壓系統(tǒng)是雙泵雙回路變量系統(tǒng),即兩臺恒功率變量泵1、2分別向兩組執(zhí)行元件供油;液壓泵1向回轉(zhuǎn)馬達(dá)6、鏟斗缸21、左行走馬達(dá)8供油;液壓泵2向動臂缸19、斗桿缸20、右行走馬達(dá)9供油。每個執(zhí)行元件由三聯(lián)多路換向閥控制,并構(gòu)成串聯(lián)連接,即前一個執(zhí)行元件的回油是后一執(zhí)行元件的進(jìn)油。這樣可實現(xiàn)任意兩個(或兩個以上)執(zhí)行元件的復(fù)合動作。每個執(zhí)行元件的進(jìn)、回油路均配有過載閥17。液壓系統(tǒng)工作原理按回路說明:(1)一般操作回路單個執(zhí)行元件動作時,操縱某一手動換向閥,切斷卸荷回路,使壓力油經(jīng)多路換向閥進(jìn)入相應(yīng)的執(zhí)行元件,回油經(jīng)多路換向閥、限速閥12回到總回油管B。要同時操縱兩個執(zhí)行元件的動作時,可同時操縱相應(yīng)的手動換向閥,實現(xiàn)兩個執(zhí)行元件的復(fù)合運動。(2)合流回路合流閥16斷電狀態(tài)下,兩液壓泵分別向各自的多路換向閥組供油;需要合流時,電磁合流閥16通電,液壓泵1輸出的油液經(jīng)閥組15中的合流閥16進(jìn)入閥組13,使兩泵合流,從而提高閥組13所控制的執(zhí)行元件的工作速度。(3)限速回路閥組15、13的回油經(jīng)限速閥12到總回油管B,限速閥12是一個液控節(jié)流閥,其控制壓力油經(jīng)梭閥14取自兩多路換向閥組13和15的進(jìn)油口,當(dāng)兩個回路的進(jìn)油壓力均低于?(即出現(xiàn)超越負(fù)載)時,限速閥12自動對回油進(jìn)行節(jié)流,增加回油阻力,實現(xiàn)自動限速作用。由于梭閥的選擇作用,當(dāng)兩個回路中有一個壓力高于?時,限速閥不起節(jié)流作用。因此,限速閥可以在整機下坡行走時起限速作用。另夕卜,動臂缸19活塞桿回縮、鏟斗缸21活塞桿回縮和斗桿缸20活塞桿外伸的回油路上均設(shè)計有單向節(jié)流閥,也起限速作用。(4)調(diào)速回路由于此系統(tǒng)采用手動換向閥控制執(zhí)行元件的動作,可以實現(xiàn)利用手動控制換向閥的開口大小來實現(xiàn)進(jìn)、出口同時節(jié)流調(diào)速。左右行走馬達(dá)8和9為雙排內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá),雙排柱塞采用串、并聯(lián)連接(用電磁閥7控制)。電磁閥7斷電為并聯(lián),馬達(dá)排量大,為低速檔;電磁飯7通電為串聯(lián),馬達(dá)排量是并聯(lián)時的一半,為高速擋。(5)背壓回路總回油管B上設(shè)置背壓閥3,形成?1MPa的回油背壓,保證內(nèi)曲線馬達(dá)的柱塞滾輪始終不脫離滾道。由背壓油路引出的管路C和A,分別經(jīng)補油閥10和4給行走馬達(dá)和回轉(zhuǎn)馬達(dá)補油(這是在馬達(dá)制動時,為避免馬達(dá)某一側(cè)可能出現(xiàn)的吸空現(xiàn)象而設(shè)置的)。(6)循環(huán)及加熱回路從背壓油路引出的低壓熱油,經(jīng)阻尼孔節(jié)流減壓后,通向液壓馬達(dá)的殼體,使馬達(dá)殼體內(nèi)保持一定的循環(huán)熱油。其目的是:(1)將馬達(dá)殼體內(nèi)的磨損物沖洗掉;(2)對馬達(dá)殼體進(jìn)行預(yù)熱,防止溫差過大造成的馬達(dá)內(nèi)部零件卡死現(xiàn)象。系統(tǒng)設(shè)有風(fēng)冷式冷卻器23,系統(tǒng)在連續(xù)工作的情況下,油溫可保持在50?70攝氏度的范圍內(nèi)。主要回路上設(shè)有精過濾器24(帶報警發(fā)訊裝置),泄露油路設(shè)有磁性過濾器22,油箱上設(shè)有空氣過濾器25,都是用來維持系統(tǒng)油液清潔的。第3章液壓系統(tǒng)的設(shè)計
液壓系統(tǒng)設(shè)計的步驟大致如下:明確設(shè)計要求,進(jìn)行工況分析。初定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。擬定液壓系統(tǒng)原理圖。計算和選擇液壓元件。估算液壓系統(tǒng)性能。繪制工作圖和編寫技術(shù)文件。根據(jù)液壓系統(tǒng)的具體內(nèi)容,上述設(shè)計步驟可能會有所不同,下面對各步驟的具體內(nèi)容進(jìn)行介紹。提示:在本論文里只對提升過程進(jìn)行計算和分析,兼有其它液壓系統(tǒng)的分析和設(shè)計過程。提升過程:動臂升起,滿斗提升。動臂升起過程中:電磁合流閥16通電,液壓泵1、2同時對液壓缸19供油。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)計依據(jù)。.主機的用途、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。.主機對液壓系統(tǒng)的性能要求,如自動化程度、調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、換向定位精度以及對系統(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和易燃物質(zhì)存在等情況。在上述工作的基礎(chǔ)上,應(yīng)對主機進(jìn)行工況分析,工況分析包括運動分析和動力分析,對復(fù)雜的系統(tǒng)還需編制負(fù)載和動作循環(huán)圖,由此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,以下對工況分析的內(nèi)容作具體介紹。運動分析主機的執(zhí)行元件按工藝要求的運動情況,可以用位移循環(huán)圖(L—t),速度循環(huán)圖(v—t),或速度與位移循環(huán)圖表示,由此對運動規(guī)律進(jìn)行分析。(a)位移循環(huán)圖(a)位移循環(huán)圖(1).位移循環(huán)圖L—t(b)速度循環(huán)圖圖a為液壓機的液壓缸位移循環(huán)圖,縱坐標(biāo)L表示活塞位移,橫坐標(biāo)t表示從活塞啟動到返回原位的時間,曲線斜率表示活塞移動速度。該圖清楚地表明液壓機的工作循環(huán)分別由快速下行、減速下行、壓制、保壓、泄壓慢回和快速回程六個階段組成。(2).速度循環(huán)圖v—t(或v-L)工程中液壓缸的運動特:圖b為三種類型液壓缸的v—t圖.實線所示,液壓缸開始作勻加速運動,然后勻速運動,最后勻減速運動到終點確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)工作載荷Fu17000N運動部件受的重力G15000N外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力Fn30000N工作載荷FgFg=17000N導(dǎo)軌摩擦載荷FfFf=fSFnf為摩擦因數(shù)摩擦因數(shù)f導(dǎo)軌類型導(dǎo)軌材料運動狀態(tài)摩擦因數(shù)(f)滑動導(dǎo)軌鑄鐵對鑄鐵啟動時低速(v<s)高速(v>s)~~~滾動導(dǎo)軌鑄鐵對滾柱(珠)淬火鋼導(dǎo)軌對滾柱(珠)~~靜壓導(dǎo)軌鑄鐵取f=
=4500N計算得F=4500N計算得F(3)慣性載荷FaFa=G△v/g△tg=10m/ss行走機械一般取^v/^t=?m/ss取△v/△t=1m/ss計算得:Fa=1500N液壓系統(tǒng)的外載荷FW起動加速時Fw=Fg+Fa+Ff穩(wěn)態(tài)運動時Fw=Fg+Ff減速制動時Fw=Fg-Fa+Ff計算得:起動加速時F=23000Nw穩(wěn)態(tài)運動時F=21500Nw減速制動時F=20000Nw工作機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動時,液壓馬達(dá)必須克服的外負(fù)載為:M=M+Mf+Mj工作負(fù)載力矩M、工作負(fù)載力矩可能是定值,也可能隨時間變化,應(yīng)根據(jù)機器工作條件進(jìn)行具體分析。摩擦力矩Mf。為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩,其計算公式為:M=GfR(N-m)f式中:G為旋轉(zhuǎn)部件的重量(N);f為摩擦因數(shù),啟動時為靜摩擦因數(shù),啟動后為動摩擦因數(shù);R為軸頸半徑(m)。慣性力矩Mj。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:M.=Je=J忌(N-m)式中:e為角加速度(r/s2);^3為角速度的變化(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=1GD2/4g。式中:GD2為回轉(zhuǎn)部件的飛輪效應(yīng)(Nm2)。各種回轉(zhuǎn)體的GD2可查《機械設(shè)計手冊》。根據(jù)式M=M+Mf+M.,分別算出液壓馬達(dá)在一個工作循環(huán)內(nèi)各階段的負(fù)載大小,便可繪制液壓馬達(dá)的負(fù)載循環(huán)圖。計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)的排量.初定液壓缸工作壓力液壓缸工作壓力主要根據(jù)運動循環(huán)各階段中的最大總負(fù)載力來確定,此外,還需要考慮以下因素:各類設(shè)備的不同特點和使用場合??紤]經(jīng)濟和重量因素,壓力選得低,則元件尺寸大,重量重;壓力選得高一些,則元件尺寸小,重量輕,但對元件的制造精度,密封性能要求高。所以,液壓缸的工作壓力的選擇有兩種方式:一是根據(jù)機械類型選;二是根據(jù)切削負(fù)載選。如下表所示:按負(fù)載選執(zhí)行文件的工作壓力機械類型機械類型機床農(nóng)業(yè)機械工程機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/MPaaW23?5W88?1010?1620?32由上表可得:初選液壓缸的工作壓力為20MPa.(2)液壓缸主要尺寸的計算負(fù)載/N<5000500?1000010000?2000020000?3000030000?50000〉50000工作壓力/MPaW?1?2?33?44?5>5按機械類型選執(zhí)行文件的工作壓力缸的有效面積和活塞桿直徑,可根據(jù)缸受力的平衡關(guān)系具體計算。也可以根據(jù)液壓缸的缸徑,活塞桿直徑,活塞行程,供油孔直徑選擇合適的液壓缸。(3)液壓缸的流量計算液壓缸的最大流量:qmax=a?vmax(皿/,)式中:A為液壓缸的有效面積A1或A2(m2);vmax為液壓缸的最大速度(m/s)。液壓缸的最小流量:qmin=A-vmin(m3/s)式中:Vmjn為液壓缸的最小速度。液壓缸的最小流量qmin,應(yīng)等于或大于流量閥或變量泵的最小穩(wěn)定流量。若不滿足此要求時,則需重新選定液壓缸的工作壓力,使工作壓力低一些,缸的有效工作面積大一些,所需最小流量qmin也大一些,以滿足上述要求。流量閥和變量泵的最小穩(wěn)定流量,可從產(chǎn)品樣本中查到。計算液壓馬達(dá)排量液壓馬達(dá)排量根據(jù)下式?jīng)Q定:v=Apn.(m3/r)式中:T為液壓馬達(dá)的負(fù)載力矩(N?m);Apm^液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力差(N/m3);邛…為液壓馬達(dá)的機械效率,一般齒輪和柱塞馬達(dá)取?,葉片馬達(dá)取?。計算液壓馬達(dá)所需流量液壓馬達(dá)的最大流量:qmax=Vm'"-⑴3/')式中:vm為液壓馬達(dá)排量(m3/r);七北為液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速(r/s)。液壓泵的確定與所需功率的計算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)各階段所需最大壓力P1,再加上油泵的出油口到缸進(jìn)油口處總的壓力損失SAp,即pB=p:SApSAp包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部壓力損失、管路沿程損失等,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)速系統(tǒng)SAp為(2?5)X105Pa,用調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)SAp為(5?15)X105Pa,SAp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,也可參照下表選取。常用中、低壓各類閥的壓力損失(Ap)n閥名APn(X105Pa)閥名APn(X105Pa)閥名APn(X105Pa)閥名APn(X105Pa)單向閥?背壓閥3?8行程閥?2轉(zhuǎn)閥?2換向閥?3節(jié)流閥2?3順序閥?3調(diào)速閥3?5(2)確定液壓泵的流量qB。泵的流量qB根據(jù)執(zhí)行元件動作循環(huán)所需最大流量qmax和系統(tǒng)的泄漏確定。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))所需的最大流量,并應(yīng)考慮系統(tǒng)的泄漏和液壓泵磨損后容積效率的下降,即qB^K(Sq)(ms/s)系統(tǒng)壓力為20MPa流量為55X2l/min回油流量為l/min總流量為l/min取K=得:qB=ms/s式中:K為系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取?,大流量取小值,小流量取大值;(Sq)max為同時動作的液壓缸(或馬達(dá))的最大總流量(ms/s)。選擇液壓泵的規(guī)格:根據(jù)上面所計算的最大壓力Pb和流量qB,查液壓元件產(chǎn)品樣本選擇與Pb和qB相當(dāng)?shù)囊簤罕玫囊?guī)格型號。上面所計算的最大壓力Pb是系統(tǒng)靜態(tài)壓力,系統(tǒng)工作過程中存在著過渡過程的動態(tài)壓力,而動態(tài)壓力往往比靜態(tài)壓力高得多,所以泵的額定壓力Pb應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大25%?60%,使液壓泵有一定的壓力儲備。若系統(tǒng)屬于高壓范圍,壓力儲備取小值;若系統(tǒng)屬于中低壓范圍,壓力儲備取大值。因此,選用Y2B-C192-※F型雙級葉片泵。、閥類元件的選擇選擇依據(jù)為:額定壓力,最大流量,動作方式,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。應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品,除非不得已時才自行設(shè)計專用件。閥類元件的規(guī)格主要根據(jù)流經(jīng)該閥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?。贿x擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時,應(yīng)考慮其最小穩(wěn)定流量滿足機器低速性能的要求。一般選擇控制閥的額定流量應(yīng)比系統(tǒng)管路實際通過的流量大一些,必要時,允許通過閥的最大流量超過其額定流量的20%。本系統(tǒng)工作壓力在20MPa左右,所以閥選用中、高壓閥。選用閥的型號如下:1.溢流閥YF3-E20B2.背壓閥B-2503.限速閥QF-B10C4.單向節(jié)流閥LCI-63B5.精過濾器滬Q/FJO33/646.壓力表開關(guān)4K-F100-17.三位四通換向閥4WE6E50/OAG24管道的選擇液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管,選擇的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力,同時,應(yīng)盡量縮短管路,避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。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。銅管:紫銅管工作壓力在?10MPa以下,易變曲,便于裝配;黃銅管承受壓力較高,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,應(yīng)盡量少用,只用于液壓裝置配接不方便的部位。軟管:用于兩個相對運動件之間的連接。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物;低壓橡膠軟管中夾有棉線或麻線編織物;尼龍管是乳白色半透明管,承壓能力為?8MPa,多用于低壓管道。因軟管彈性變形大,容易引起運動部件爬行,所以軟管不宜裝在液壓缸和調(diào)速閥之間。本系統(tǒng)為中高壓系統(tǒng),因此,本系統(tǒng)用鋼管。(1)油管內(nèi)徑d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?5(m/s);壓力油管取?5(m/s);回油管取?2(m/s)。(2)油管壁厚5按下式計算:6Np?d/2〔?!呈街校簆為管內(nèi)最大工作壓力;〔。〕為油管材料的許用壓力,〔?!扯"n;七為材料的抗拉強度;n為安全系數(shù),鋼管pV
7MPa時,取n=8;pV時,取n=6;p>時,取n=4o根據(jù)計算出的油管內(nèi)徑和壁厚,查手冊選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管。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),逸出油中的氣體。其形式有開式和閉式兩種:開式油箱油液液面與大氣相通;閉式油箱油液液面與大氣隔絕。開式油箱應(yīng)用較多。油箱應(yīng)有足夠的容積以滿足散熱,同時其容積應(yīng)保證系統(tǒng)中油液全部流回油箱時不滲出,油液液面不應(yīng)超過油箱高度的80%。吸箱管和回油管的間距應(yīng)盡量大。油箱底部應(yīng)有適當(dāng)斜度,泄油口置于最低處,以便排油。注油器上應(yīng)裝濾網(wǎng)。油箱的箱壁應(yīng)涂耐油防銹涂料。計算油箱的有效容量V可近似用液壓泵單位時間內(nèi)排出油液的體積確定。V=KSq取K=6Sq=m3/sV=m3中:K為系數(shù),低壓系統(tǒng)取2?4,中、高壓系統(tǒng)取5?7;Sq為同一油箱供油的各液壓泵流量總和。濾油器的選擇選擇濾油器的依據(jù)有以下幾點:承載能力:按系統(tǒng)管路工作壓力確定。過濾精度:按被保護(hù)元件的精度要求確定,選擇時可參閱下表通流能力:按通過最大流量確定。阻力壓降:應(yīng)滿足過濾材料強度與系數(shù)要求。濾油器過濾精度的選擇系統(tǒng)過濾精度(Rm)元件過濾精度(呻)低壓系統(tǒng)100~150滑閥1/3最小間隙70x105Pa系統(tǒng)50節(jié)流孔1/7孔徑(孔徑小于100x105Pa系統(tǒng)25流量控制閥~30140x105Pa系統(tǒng)10~15安全閥溢流閥15~25電液伺服系統(tǒng)5高精度伺服系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的性能驗算在確定了各個液壓元件之后,有時還要根據(jù)需要對整個液壓系統(tǒng)的某些技術(shù)性能進(jìn)行必要驗算,以便對所選液壓元件和液壓系統(tǒng)參數(shù)作進(jìn)一步調(diào)整。液壓系統(tǒng)性能驗算的項目很多,常見的有回路壓力損失驗算和發(fā)熱溫升驗算。壓力損失包括管道內(nèi)的沿程損失和局部損失以及閥類元件處的局部損失三項。管道內(nèi)的這兩種損失可用有關(guān)公式估算;閥類元件處的局部損失則須從產(chǎn)品樣本中查出。當(dāng)通過閥類元件的實際流量q不是其公稱流量qn時,它的實際壓力損失Np與其額定壓力損失Npn間將呈如下的近似關(guān)系:計算液壓系統(tǒng)的回路壓力損失時,不同的工作階段要分開來汁算。回油路上的壓須折力損失一般到進(jìn)都算油路上去。計算時所得的總壓力損失如果與計算液壓元件時假定的壓力損失相差大太,則應(yīng)對設(shè)計進(jìn)行必要的修改。這項驗算是用熱平衡原理來對油液的溫升值進(jìn)行估計。單位時間內(nèi)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的熱量Q(以W計)是液壓泵輸入功率P]和液壓執(zhí)行元件有效功率P0之差。假如這些熱量全部由油箱散發(fā)出去,不考慮系統(tǒng)其它部分的散熱效能,則油液溫升的估算公式可以根據(jù)不同的條件分別從有關(guān)的手冊中找出來。例如,當(dāng)油箱三個邊的尺寸
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