課程設(shè)計(jì)液壓

10液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算10.1液壓系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整體設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、特點(diǎn)和要求、利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，在經(jīng)過(guò)必要的計(jì)算來(lái)確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來(lái)選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如下：10.1.1明確設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行液壓系統(tǒng)的工況分析在開(kāi)始設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)明確設(shè)計(jì)要求，對(duì)機(jī)器的工作情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，一般要考慮下面幾個(gè)問(wèn)題：明確主機(jī)的動(dòng)作要求，確定那些運(yùn)動(dòng)需要液壓傳動(dòng)來(lái)完成。確定各運(yùn)動(dòng)的工作順序和各執(zhí)行元件的工作循環(huán)。確定液壓系統(tǒng)的主要工作性能。例如：執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度、調(diào)速范圍、最大行程以及對(duì)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性要求等。明確主機(jī)的工作條件，以便正確選擇液壓元件和液壓油。確定各執(zhí)行元件所承受的負(fù)載及變化范圍。10.1.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，一般要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：采用何種形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和供油方式。確定調(diào)速方案和速度換接方法。如何完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)循環(huán)和順序動(dòng)作。系統(tǒng)的液壓、卸荷及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向和安全互鎖等要求。壓力測(cè)量點(diǎn)的合理選擇。根據(jù)以上要求，在綜合應(yīng)用前面各章內(nèi)容，選擇基本回路，然后將各基本回路組合成液壓系統(tǒng)。當(dāng)液壓系統(tǒng)中有多個(gè)執(zhí)行部件時(shí)，要注意到它們相互間的聯(lián)系和影響，有時(shí)要采用防干擾回路。在液壓系統(tǒng)原理圖中，應(yīng)該附有運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序表。10.1.3液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選擇液壓系統(tǒng)計(jì)算的目的是確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，以便按照這些參數(shù)合理選擇液壓元件和設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)元件。具體計(jì)算步驟如下：計(jì)算液壓缸的主要尺寸以及所需的壓力和流量。計(jì)算液壓泵的工作壓力、流量和傳動(dòng)功率。計(jì)算液壓泵和電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和規(guī)格。選擇閥內(nèi)元件和輔助元件的規(guī)格。10.1.4對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進(jìn)行驗(yàn)算，但是有經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)過(guò)的同類(lèi)型設(shè)備可供類(lèi)比參考。如有可靠的試驗(yàn)結(jié)果，那么也可不在進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力損失進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，各工作階段的壓力損失應(yīng)分別計(jì)算，需要將各回路中的壓力損失折算到進(jìn)油路上，以便確定系統(tǒng)的供油壓力。10.1.5繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件設(shè)計(jì)的最后一步是要整理出全部圖樣和技術(shù)文件。正式工作圖一般包括如下內(nèi)容：液壓系統(tǒng)原理圖；自行設(shè)計(jì)的全套工作圖（紙液壓缸和液壓油等非標(biāo)準(zhǔn)液壓元件）；液壓泵、液壓閥及管路的安裝總圖。技術(shù)文件一般包括以下內(nèi)容：零部件目錄表、表文件、通用件及外購(gòu)件匯總表，液壓系統(tǒng)操作使用說(shuō)明書(shū)，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等。10.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例設(shè)計(jì)題目：一臺(tái)銑削專(zhuān)用機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求其完成的工作循環(huán)是：工件夾緊工作臺(tái)快進(jìn)工作臺(tái)工進(jìn)工作臺(tái)快退工件松開(kāi)。運(yùn)動(dòng)部件的重力為25000N，快進(jìn)快退速度為5m/min，工進(jìn)速度為100～1200mm/min，最大行程為400mm，其中工進(jìn)進(jìn)程為180mm，最大切削力為18000N，采用平面導(dǎo)軌，夾緊缸的行程為20mm，夾緊力為30000N，夾緊時(shí)間為1s。按上述設(shè)計(jì)步驟計(jì)算如下：工況分析首先根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如圖10.1所示。然后計(jì)算各階段的外負(fù)載大小并繪制負(fù)載圖。液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類(lèi)型，即：F=Fw+Ff+Fa式中：Fw——工作負(fù)載，對(duì)于金屬切削銑床來(lái)說(shuō)，即為沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的切削力：在本例中Fw為12000N；Ff——導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦阻力。對(duì)于平導(dǎo)軌，F(xiàn)f可由下式求得：Ff=f（G+FRn）式中：G為運(yùn)動(dòng)部件重力，本例中為4000N；FRn為垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，本例中為零；f為導(dǎo)軌摩擦因數(shù)，本例中靜摩擦因數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1.則求得Ffs=0.2×4000N=800NFfa=0.1×4000N=400N上式中Ffs為靜摩擦力，F(xiàn)fa為動(dòng)摩擦力。Fa——運(yùn)動(dòng)部件速度變化是的慣性阻力，有Fa=式中：g為重力加速度；為加速或減速時(shí)間，一般=0.01～0.5s；為時(shí)間內(nèi)的速度變化量。在本例中取=0.05s，=4m/min，則Fa=×=544N算出個(gè)工作階段的外負(fù)載大小，列于表10-1，圖10-2為其負(fù)載—位移曲線圖10-1速度循環(huán)圖圖10-2負(fù)載-位移曲線表10-1工作循環(huán)個(gè)階段的外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載F/N啟動(dòng)、加速F=Ffs+Fn1144快進(jìn)F=Ffa400工進(jìn)F=Ffa+Fw12400快退F=Ffa400二，擬定液壓系統(tǒng)原理圖（1）確定供油方式考虐到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)，快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)能、減少發(fā)熱方面考虐，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量供油?，F(xiàn)采用限壓式變量葉片泵。(2)調(diào)速方式的選擇在中小型專(zhuān)用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)銑削專(zhuān)用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，使之具有承受負(fù)向切削力的能力。(3)速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥控制的快慢速換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)行程比較方面，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。(4)夾緊回路的選擇用二位四通電磁閥來(lái)控制夾緊、松開(kāi)換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然斷電松開(kāi)，應(yīng)采用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持夾緊力，所以接入單向節(jié)流閥:節(jié)流閥調(diào)速，單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小并保持夾緊力的穩(wěn)定。最后把所選擇的液壓回路組合起來(lái)，即可組合成圖10-3所示的液壓系統(tǒng)原理圖。圖10-3液壓系統(tǒng)原理圖3）：液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件液壓缸主要尺寸的確定①工作壓力p1的確定。工作壓力p1可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類(lèi)型來(lái)初步確定，現(xiàn)+參閱表10.2取液壓缸工作壓力為p1=3MPa。液壓設(shè)備常用的工作壓力p1/MPa機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)床、起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門(mén)刨床拉床0.8-2.03-52-88-1010-1620-32②機(jī)械液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。由負(fù)載圖知最大負(fù)載為F=20500N，按表10-3可取背壓力=0.5MPa,機(jī)械效率=0.95，快進(jìn)快退速度相等，所以取d/D=0.7。10-3執(zhí)行元件背壓力的估算值系統(tǒng)類(lèi)型背壓力p2/Mpa中、低壓系統(tǒng)（0～8Mpa簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)回油路帶背壓閥采用帶補(bǔ)液壓泵的閉式回路0.2～0.50.5～0.80.5～1.50.8～1.5中、高壓系統(tǒng)（>8～16Mpa）同上比中、低壓系統(tǒng)高50%～100%高壓系統(tǒng)（>16～32Mpa）如：鍛壓機(jī)械初算時(shí)背壓力可忽略液壓缸內(nèi)徑D可用下式計(jì)算：（10.4）將上述數(shù)據(jù)代入式（10.4）可得根據(jù)GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=100mm；活塞桿直徑d按d/D=0.7及標(biāo)準(zhǔn)，取d=70mm。=3\*GB3③最小穩(wěn)定速度驗(yàn)算。由產(chǎn)品樣本查得GE系列調(diào)速閥AQF3-E10B的最小穩(wěn)定流量，為使液壓缸能獲得最小穩(wěn)定速度，必須滿(mǎn)足>式中：為液壓缸有效工作面積；為液壓缸最小穩(wěn)定流量下的面積。因?yàn)槭街校菏亲畹凸みM(jìn)速度，比例中為。本例中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，且可見(jiàn)上述不等式能滿(mǎn)足，液壓缸能達(dá)到所需低速度。=4\*GB3④計(jì)算夾緊缸內(nèi)徑和活塞桿直徑。考慮到夾緊力的穩(wěn)定，且?jiàn)A緊缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給液壓缸的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為2.5Mpa，回油背壓力為零，機(jī)械效率為0.95，則夾緊缸內(nèi)徑根據(jù)GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)，取夾緊缸的和分別為和=5\*GB3⑤計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量：＝確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格=1\*GB3①泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為（10.5）式中：為液壓泵最大工作壓力；執(zhí)行元件最大工作壓力；為管路中的壓力損失，初算時(shí)間簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2~0.5，本例取0.5，所以上述計(jì)算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力。系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力，另外考慮到要有一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此先泵的額定壓力應(yīng)滿(mǎn)足>（1.25~1.6）。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本例中＝1.25，＝4.4。=2\*GB3②泵的流量確定液壓泵的最大流量應(yīng)為（10.6）式中：為液壓泵的最大流量；為同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之各的最在值。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚需加溢泫閥的最小溢流量2~3L/min；為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般?。?~1.3，現(xiàn)取＝1.2。所以＝=3\*GB3③選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上算得的和再查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)先用YBX－16限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量，泵的額定壓力；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，容積效率，總效率=4\*GB3④與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選擇首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種工況的功率，取二者較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在工進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.2~1L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取0.03~0.04。同時(shí)還應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即（10.7）式中：為限壓式變量泵的限定壓力；為壓力時(shí)泵的輸出流量；為所選電動(dòng)機(jī)額定功率。首先計(jì)算快過(guò)快退時(shí)的功率?？爝M(jìn)快退時(shí)的外負(fù)載為2500N，進(jìn)油路的壓力損失定為0.3，由式（10.5）可得快進(jìn)快退時(shí)泵的工作壓力為快進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，可選用Y90S型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為,額定轉(zhuǎn)速為。根據(jù)產(chǎn)品樣本科查得液壓泵的流量壓力特性曲線。再由已知的快進(jìn)時(shí)的流量，工進(jìn)時(shí)的流量，壓力，畫(huà)出泵的實(shí)際工作時(shí)的流量壓力特性曲線。如圖10.4所示，查得該曲線拐點(diǎn)處的流量為，壓力為，該工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率為所選電動(dòng)機(jī)功率滿(mǎn)足式（10.7），拐點(diǎn)處能正常工作。（3）液壓閥的選擇本液壓系統(tǒng)可采用力士樂(lè)系統(tǒng)或系列的閥。方案一：控制液壓缸部分選用力士樂(lè)系列的閥，其夾緊部分選用疊加閥；方法二：均選用系列閥。根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格。選擇的液壓元件如表10.4所示。P/MPa圖10.4YBX-16液壓泵特性曲線1-額定流量、壓力下的特性曲線2-實(shí)際工作時(shí)的特性曲線表10-4液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱(chēng)方案一方案二通過(guò)流量/L?min123456789101112濾油器液壓泵壓力表開(kāi)關(guān)三位四通換向閥二位五通換向閥單向調(diào)速閥減壓閥壓力表開(kāi)關(guān)單向閥二位四通換向閥壓力繼電器單向節(jié)流閥XU-B32×100YBX-16K-H64WE6E50/OAG243WE6E50/OAG243FRM5-20/6J-FC10D-P-14K-F10D-1A-F10D-D/DP124DF3B-E10B-BDP1-63BLA-F10D-B-1XU-B32×100YBX-16KF3-EA10B34EF30-E10B23EF3B-E10BAQF3-E10BJF3-10B與序號(hào)3共用AF3-EA10B24EF3-E10BDP1-63BALF-E10B24242020209.49.49.49.49.4確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可接管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)時(shí)，液壓缸進(jìn)油管流量計(jì)算約，壓油管的允許流速取，因有關(guān)內(nèi)經(jīng)和流量的關(guān)系為（10.8）式中：為油管的內(nèi)徑（mm）；為通過(guò)油管的流量；為允許流速。所以，將以上數(shù)值代入式（10.8），得若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取，則可算得油管內(nèi)徑。綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑。吸油管同樣可按上式計(jì)算（，），現(xiàn)參照YBX-16型變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑為。（5）本例為中壓液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的5～7倍來(lái)確定，所以現(xiàn)選用容量為160的郵箱。4）液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)、回油管的內(nèi)徑均為12mm，各段管道的長(zhǎng)度分別為：.選用L-HL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15℃，查得15℃時(shí)該液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度。（1）壓力損失的驗(yàn)算=1\*GB3①工作進(jìn)給時(shí)僅有路壓力損失運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為，最大流量為，則液壓油在管內(nèi)流速為管道流動(dòng)雷諾數(shù)為可見(jiàn)，<，油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)進(jìn)油管道BC段的沿程壓力損失為查得換向閥4WE6E50/AG24的壓力損失為