液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算是液壓液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)、擬定液壓系統(tǒng)原理圖、計(jì)算和選擇液壓件以及驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能等。現(xiàn)以一臺(tái)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)為例，介紹液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。1 設(shè)計(jì)要求工況分析1.1設(shè)計(jì)要求要求設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：切削阻力；運(yùn)動(dòng)部件所受重力；快進(jìn)、快退速度，工進(jìn)速度；快進(jìn)行程，工進(jìn)行程；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速時(shí)間；動(dòng)力滑臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)，動(dòng)摩擦系數(shù)。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。1.2負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析（1）工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削阻力。（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(dòng)摩擦阻力 （3）慣性負(fù)載 （4）運(yùn)動(dòng)之間快進(jìn) 工進(jìn) 快退 設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所列。表1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載液壓缸推力啟 動(dòng)加 速快 進(jìn)工 進(jìn)反向啟動(dòng)加 速快 退1440108072042720144010807201600120080047466.6716001200800根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，即可繪制出負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖，如圖1所示。2 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)2.1初選液壓缸工作壓力所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表2和表3，初選液壓缸工作壓力。2.2計(jì)算液壓缸主要尺寸鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選此背壓為。表2 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/KN50工作壓力/MPa0.811.522.533445表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.82352881010182032表4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡(jiǎn)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)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)表5 按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7 表6 按速比要求確定d/D1.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度；有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。由式得則活塞直徑 參考表5及表6，得，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得，。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為根據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，可估計(jì)出液壓缸在工作循環(huán)中各個(gè)階段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況如圖2所示。表7 液壓缸在各個(gè)階段的壓力、流量和功率值工況推力回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量輸入功率計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)16000.25 加速12000.65恒速8000.590.640.38工進(jìn)427201.03.950.042快退啟動(dòng)16000.27加速12000.51.24恒速8000.51.180.500.59注：1.為液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取。2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為，無(wú)桿腔回油，壓力為。3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1 選擇基本回路（1）選擇調(diào)速回路 由圖2可知，這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必須為開式循環(huán)系統(tǒng)。（2）選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比；其相應(yīng)的時(shí)間之比。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源?？紤]到前者流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時(shí)向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖2a所示。（3）選擇快速運(yùn)動(dòng)和幻換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖2b所示。（4）選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大（），為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖2c所示。（5）選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷回路問題都已經(jīng)基本解決。即滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無(wú)需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。圖2 選擇的基本回路3.2 組成液壓系統(tǒng)將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖3所示。在圖3中，為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無(wú)法建立的問題，增設(shè)了單向閥6。為了避免機(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，圖中添置了一個(gè)單向閥13?？紤]到這臺(tái)機(jī)床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對(duì)位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器14。當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號(hào)，操縱電液換向閥換向。圖3 整理后的液壓系統(tǒng)原理圖4 計(jì)算和選擇液壓件4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率（1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大壓力為，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差，則小流量泵的最高工作壓力估算為大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，由表7可見，快退時(shí)液壓缸的工作壓力為，比快進(jìn)時(shí)大?？紤]到快退時(shí)進(jìn)油不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失，則大流量泵的最高工作壓力估算為（2）計(jì)算液壓泵的流量由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，若取回路泄漏系數(shù)，則兩個(gè)泵的總流量為考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為，工進(jìn)時(shí)的流量為，則小流量泵的流量最少應(yīng)為。（3）確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取YB-6/40型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為和，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速時(shí)，其理論流量分別為和，若取液壓泵容積效率，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為 根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為，額定轉(zhuǎn)速為。4.2確定其它元件及輔件（1）確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表8所列。其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用型，其最小穩(wěn)定流量為，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量。表8 液壓元件規(guī)格及型號(hào)序號(hào)元件名稱通過的最大流量規(guī)格型號(hào)額定流量額定壓力額定壓降1雙聯(lián)葉片泵PV2R126/335.1/27.9162三位五通電液換向閥7035DY100BY1006.30.33行程閥62.322C100BH1006.30.34調(diào)速閥Q6B66.35單向閥70I100B1006.30.26單向閥29.3I100B1006.30.27液控順序閥28.1XY63B636.30.38背壓閥B10B106.39溢流閥5.1Y10B106.310單向閥27.9I100B1006.30.211濾油器36.6XU80 200806.30.0212壓力表開關(guān)K6B13單向閥70I100B1006.30.214壓力繼電器PFB8L14*注：此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為時(shí)的流量。（2）確定油管在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計(jì)算的結(jié)果如表9所列。表9 各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量快進(jìn)工進(jìn)快退表10 允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0.51.5壓油管道36,壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1.53由表9可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)表9數(shù)值，按表10推薦的管道內(nèi)允許速度取，由式計(jì)算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑、外徑的號(hào)冷拔鋼管。（3）確定油箱油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，；中壓系統(tǒng)，；高壓系統(tǒng)，。現(xiàn)取，得5 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能5.1 驗(yàn)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(shí)，首先確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進(jìn)、回油管道長(zhǎng)為，油液的運(yùn)動(dòng)粘度取，油液的密度取。（1） 判斷流動(dòng)的狀態(tài)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油管路中所通過的流量以快退回油流量為最大，此時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)也為最大。因?yàn)樽畲蟮睦字Z數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各種工況下的進(jìn)、回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。（2） 計(jì)算系統(tǒng)壓力損失將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。在管道結(jié)構(gòu) 尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失常按下式經(jīng)驗(yàn)計(jì)算 各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算 其中的由產(chǎn)品樣本查出，和數(shù)值由表8和表9 列出?；_(tái)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退工況下的壓力損失計(jì)算如下：快進(jìn)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過電液換向閥差動(dòng)連接。在進(jìn)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(jìn)入無(wú)桿腔。在進(jìn)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(jìn)油路上去，便得出差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失工進(jìn)滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥2、調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為。在回油路上，油液通過電液換向閥2、背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失為。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進(jìn)油路上總的壓力損失為此值略小于估計(jì)值。在回油路上總的壓力損失為該值即為液壓缸的回油腔壓力，可見此值與初算時(shí)參考表4選取的背壓值基本相符。按表7的公式重新計(jì)算液壓缸的工作壓力為此略高于表7數(shù)值?？紤]到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差，則小流量泵的工作壓力為此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥10的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)?？焱嘶_(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥10、電液換向閥2進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥5、電液換向閥2和單向閥13返回油箱。在進(jìn)油路上總的壓力損失為此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。在回油路上總的壓力損失為此值與表7的數(shù)值基本相等，故不必重算