第八章 液壓及氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第八章液壓與氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)二任務(wù)一液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械設(shè)備動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，因此，它的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的一部分，必須與主機(jī)設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起同時(shí)進(jìn)行。一般在分析主機(jī)的工作循環(huán)、性能要求、動(dòng)作特點(diǎn)等基礎(chǔ)上，經(jīng)過認(rèn)真分析比較，在確定全部或局部采用液壓傳動(dòng)方案之后才會(huì)提出液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。階段一液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須從實(shí)際出發(fā)，注重調(diào)查研究，吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想，在滿足工作性能要求、工作可靠要求的前提下，力求使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高、操作維護(hù)方便、使用壽命長。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟大致為：（1）明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；（2）分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù)；（3）擬訂液壓系統(tǒng)原理圖；（4）計(jì)算并選擇液壓元件；（5）估算液壓系統(tǒng)的性能；（6）繪制工作圖，編寫技術(shù)文件。1.明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。設(shè)計(jì)前必須把主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和與設(shè)計(jì)相關(guān)的情況了解清楚，一般要明確下列主要問題：（1）主機(jī)用途、總體布局與結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)與性能要求、工藝流程或工作循環(huán)、作業(yè)環(huán)境與條件等。（2）液壓系統(tǒng)應(yīng)完成哪些動(dòng)作，各個(gè)動(dòng)作的工作循環(huán)及循環(huán)時(shí)問;負(fù)載大小及性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)形式及速度快慢;各動(dòng)作的順序要求及互鎖關(guān)系，各動(dòng)作的同步要求及同步精度;液壓系統(tǒng)的工作性能要求，如運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、調(diào)速范圍、定位精度、轉(zhuǎn)換精度，自動(dòng)化程度、效率與溫升、振動(dòng)與噪聲、安全性與可靠性等。（3）液壓系統(tǒng)的工作溫度及其變化范圍，濕度大小，風(fēng)沙與粉塵情況，防火與防爆要求，安裝空問的大小、外廓尺寸與質(zhì)量限制等。（4）經(jīng)濟(jì)性與成本等方面的要求，只有明確了設(shè)計(jì)要求及工作環(huán)境，才能使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不僅滿足性能要求，目_具有較高的可靠性、良好的空問布局及造型。2.分析系統(tǒng)工況并確定主要參數(shù)

（1）分析系統(tǒng)工況對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，就是要查明它的每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過程中的運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載的變化規(guī)律，這是滿足主機(jī)規(guī)定的動(dòng)作要求和承載能力所必須具備的。液壓系統(tǒng)承受的負(fù)載可由主機(jī)的規(guī)格規(guī)定，可由樣機(jī)通過實(shí)驗(yàn)測定，也可由理論分析確定。當(dāng)用理論分析系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)載時(shí)，必須仔細(xì)考慮它所有的組成項(xiàng)目。（2）確定主要參數(shù)這里是指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量。負(fù)載/KN<55~1010~2020~3030~50>50系統(tǒng)壓力/MPa<0.8~11.6~22.5~33~44~5>5~7設(shè)備類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械汽車工業(yè)小型工程機(jī)械及輔助機(jī)械工程機(jī)械重型機(jī)械鍛壓設(shè)備液壓支架船用系統(tǒng)磨床組合機(jī)床牛頭刨床插床齒輪加工機(jī)床車床銑床鏜床珩磨機(jī)床拉床龍門刨床壓力/MPa<2.5<6.32.5~6.3<1010~1616~3214~25執(zhí)行元件的工況圖3.擬定液壓系統(tǒng)圖擬訂液壓系統(tǒng)草圖是從作用原理上和結(jié)構(gòu)組成上具體體現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中提出的各項(xiàng)要求。它包含三項(xiàng)內(nèi)容：確定系統(tǒng)類型，選擇液壓回路和拼搭液壓系統(tǒng)。4.選擇液壓元件液壓泵的最大工作壓力必須大于或等于液壓執(zhí)行元件最大工作壓力和進(jìn)油路上總壓力損失這兩者之和。液壓執(zhí)行元件的最大工作壓力可以從工況圖中查到。進(jìn)油路上的總壓力損失可以按經(jīng)驗(yàn)資料選?。阂话愎?jié)流調(diào)速及簡單系統(tǒng)取ΔP=0.2Mpa～0.5MPa；對(duì)于進(jìn)油路上有調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)取ΔP=0.5Mpa～1.5MPa。5．液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算在確定了各個(gè)液壓元件之后，有時(shí)還要根據(jù)需要對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的某些技術(shù)性能進(jìn)行必要驗(yàn)算，以便對(duì)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(yàn)算的項(xiàng)目很多，常見的有回路壓力損失驗(yàn)算和發(fā)熱溫升驗(yàn)算。(1)回路壓力損失驗(yàn)算(2)發(fā)熱溫升驗(yàn)算階段二液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例【設(shè)計(jì)任務(wù)】設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式組合機(jī)床液壓動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)。要求：液壓系統(tǒng)完成工作循環(huán)：快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止。切削阻力F=15kN，滑臺(tái)自重G=22kN，平面導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)0.1，快進(jìn)/退速度5m/min，工進(jìn)速度100mm/min，最大行程350mm，其中工進(jìn)行程200mm，啟動(dòng)換向時(shí)間0.1s，液壓缸機(jī)械效率0.9。任務(wù)分析1.工況分析（1）工作負(fù)載FW（2）慣性負(fù)載（3）阻力負(fù)載任務(wù)分析2.計(jì)算液壓缸尺寸和所需流量（1）確定工作壓力（2）確定液壓缸主要尺寸（3）確定液壓缸所需的流量任務(wù)分析3.確定液壓系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖（1）速度控制回路的選擇（2）換向和速度換接回路的選擇a.換向回路b.速度換接回路任務(wù)分析（3）油源的選擇和能耗控制任務(wù)分析

（4）壓力控制回路的選擇4.選擇液壓泵（1）選擇液壓泵根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計(jì)算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失之和。（2）計(jì)算總流量在整個(gè)工作循環(huán)過程中，液壓油源應(yīng)向液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快進(jìn)工作階段，為25.1L/min，若整個(gè)回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的10%計(jì)算5.閥類元件和輔助元件的選擇液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、換向閥、單項(xiàng)閥等閥類元件以及濾油器、空氣濾清器等輔助元件。序號(hào)元件名稱估計(jì)流量規(guī)格額定流量

額定壓力MPa型號(hào)1三位五通電磁閥66/821006.335D-100B2行程閥49.5/61.5636.322C-63BH3調(diào)速閥<166.3Q-6B4單向閥66/821006.3I-100B5單向閥816.5/20.5256.3I-25B6背壓閥90.475/0.6106.3B-10B7溢流閥4.13/5106.3Y-10B8單向閥1166/821006.3I-100B9單向閥327.92/34.7636.3I-63B10單向閥45.1/5.1106.3I-10B11順序閥28.4/35.2636.3XY-63B任務(wù)分析（2）過濾器的選擇按照過濾器的流量至少是液壓泵總流量的兩倍的原則，取過濾器的流量為泵流量的2.5倍。（3）油管的選擇（4）油箱的容量本設(shè)計(jì)為中壓系統(tǒng)，油箱的有效容量可按泵每分鐘內(nèi)公稱流量的5～7倍來確定7液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算本例所設(shè)計(jì)系統(tǒng)屬壓力不高的中低壓系統(tǒng)，無迅速起動(dòng)、制動(dòng)需求，而且設(shè)計(jì)中已考慮了防沖擊可調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)及相關(guān)防沖擊措施，因此不必進(jìn)行沖擊驗(yàn)算。這里僅對(duì)系統(tǒng)油液的溫升進(jìn)行驗(yàn)算。任務(wù)二氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根機(jī)械設(shè)備的用途、特點(diǎn)和要求明確機(jī)械設(shè)備對(duì)氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的